天然气开发利用综述

天然气作为一种能源为人类了解和(当作燃料)利用，已经有了2000多年的历史。中国作为世界上最早利用天然气的国家之一，早在公元前三世纪，就在四川有了用天然气熬盐的记载。但是，作为重要的能源和化工原料为社会所重视和大力开发利用应该以1925年美国铺设第一条天然气长输管道(路易斯安那州北部至德克萨斯州博芒特市)作为现代工业利用的标志，它不仅把天然气作为商品大量推向市场，而且促进了天然气的化工利用，开创了天然气利用的新时代。
　　
　　凭借其在清洁性、经济性、方便性、用途广泛性和高效性等方面的禀赋优势，天然气在全世界许多地方，在越来越多的领域代替煤炭或石油，用于居民生活、城市燃气、工业发电、化工生产等，成为有利于提高人类生活质量、促进经济发展的“绿色能源”，在能源消费结构中的比例日益攀升，已经与石油、煤炭并列被称为能源的“三大豪门”，在全球一次性能源（指以自然形态存在的可利用能源）消费中，分别占了24.3%、37.5%和25.5%。据推算到21世纪40年代，天然气在世界一次能源消费结构中的比例将会超过石油并跃居世界第一能源。
　　
　　相比之下，我国目前天然气利用率还很低，尚不足3%，具有极大的开发潜力。近几年来鄂尔多斯盆地、新疆、青海、川渝、海上以及油田伴生气等地天然气田的开发，提供了较丰富的气源；与此同时，在“西气东输”、“北气南输”、“海气上岸”、“LNG登陆”的大天然气能源战略指导下，在有关高压长输管道干线建成运营的基础上，我国的天然气管网建设在全国范围内如火如荼的展开，天然气开发利用已经进入一个持续、快速的发展时期。
　　
　　自治区一直以来就是国家的能源大省，但以煤炭为主。鄂尔多斯盆地天然气田的发现，既进一步强化了区域的能源优势，同时也为多元化能源结构调整带来了机遇。首先，根据初步的勘探结果，盆地总资源量为11.14万亿立方米，占全国的22%，其中，自治区境内资源量占全盆地资源量的41%；目前全盆地探明储量1.25万亿立方米，自治区境内天然气探明储量7900亿立方米。随着勘探程度的深入和勘探面积的扩大，自治区境内天然气储量将进一步增大。其次，途经鄂尔多斯市、包头市的自治区第一条天然气长输管道—长庆气田至呼和浩特天然气输气管道已经建成运营，管道年输气能力9.5亿立方米（增压后可达21亿立方米）；规划中的长庆气田—乌海—临河天然气输气管道（输气能力年4-6亿立方米）、呼和浩特—集宁—兴和—张家口（输气能力年4-6亿立方米）天然气输气管道也正在筹建中。随着管道的不断建设和延伸，管网覆盖区域将进一步扩展。丰富的气资源、纵横的输送管道，为自治区天然气大规模、高速度、全方位开发利用奠定了坚实的基础，并因此促成终端消费产业与中间制造产业的发展，促进区域社会经济更加快速、健康、和谐的增长。
　　
　　◆天然气终端消费产业
　　
　　一、民用市场消费稳步推开
　　
　　世界天然气开发利用的实际情况表明，天然气首先进入大城市居民的生活和生产，实现城市能源的气化，是天然气发展过程中尤其是起步阶段的成功经验。结合环保工作，以中心城市和大城镇的能源气化为突破口，加强民用市场开发，也应该成为我们促进天然气产业发展的重要策略。
　　
　　燃煤是城市污染的罪魁祸首之一，据统计城市烟尘排放量的90%、NOχ的60%、SO2的90%，均来自燃煤。我区作为燃煤大省，煤炭在能源消费结构中达占到了70%以上，因此造成各大中城市大气质量普遍较差，已经直接影响到了生活、商业、以及生产的环境，为此国家有关部门规划，到2010年全国省会以上大城市的气化率要达到85%-90%，中等城市要达到80%。要达到这一目标，就成熟而具有比较优势的替代能源来看，用天然气代替燃煤，无疑是最佳选择。
　　
　　由此，随着自治区各天然气管道的建成投产，民用天然气作为终端消费的发展将呈燎原之势，覆盖自治区中西部中心城市和沿线城镇。
　　
　　二、化工原料利用风起云涌
　　
　　天然气化工已成为世界化学工业的主要支柱，目前世界上80%的合成氨，90%的甲醇用天然气为原料，在美国75%以上的乙炔以天然气为原料生产，而我国分别还不到20%，可见我国天然气化工利用有着很大的发展空间。
　　
　　合成氨是生产氮肥不可替代的主要原料，由于石油价格的居高不下，导致重油价格上升，以天然气为原料的化肥比以重油为原料的化肥成本上有明显的优势，因此，气头化肥成为化肥生产的重点。由于技术的进步，油头改气头化肥已经相对成熟。国内兰州大化肥，银川大化肥已有成功的改造先例。内蒙古天野化工集团的30万吨/年合成氨、52万吨/年尿素也已经实施油头改气头，加上联产20万吨甲醇/年，用气量达到了5.5亿立方米/年。
　　
　　甲醇是碳—化学的关键产品，又是重要的化工原料，同时还是未来清洁能源之一，既广泛用于生产塑料、合成纤维、合成胶、染料、涂料、香料、饲料、医药、饲料、农药等，还可与汽油掺和或代替汽油作为动力燃料。由于甲醇下游产品需求旺盛，预计到2010年甲醇总需求量将达到700万吨以上。近几年来有天然气条件的地方都在酝酿新上较大规模的甲醇装置。鄂尔多斯伊化18万吨/年甲醇装置已建成投产，包头和鄂尔多斯规划拟建的三套大型甲醇及深加工项目，也正在筹建当中。
　　
　　天然气化工的发展还可以和氯碱工业发展相结合，我国氯碱工业的主要氯产品PVC总产量已大大突破200万t，50%以上仍采用电石法，乙烯法PVC受原料乙烯来源限制只占PVC总量30%-35%，进口VCM或EDC生产PVC，现占总量的15%-20%。由于电石法PVC环境污染严重，受环保政策限制，天然气用以生产乙炔再加工成PVC，与国内电石法生产成本基本持平，而环保优势突出。
　　
　　此外，随着近年国际天然气合成油技术以及相关技术突破，天然气制合成油已具有竞争力，天然气制的合成油不含芳烃、重金属、硫等环境污染物，是环保型优质燃料，有广大的消费市场。
　　
　　气资源和价格是影响天然气化工的重要因素，自治区具有丰富的天然气资源，且享有着一定的区域价格优势，在充分进行经济比较的前提下发展天然气重化工产业正当其时。
　　
　　三、汽车燃油替代快速增长
　　
　　近几年来随着汽车保有量的快速增长，汽车尾气的污染问题越来越突出，天然气成分是以甲烷为主，天然气汽车排放的尾气中可彻底清除铅、苯、芬香烃等致癌物质，基本不含硫化物，与燃油相比，一氧化碳减少97%，碳氢化物减少72%，氮氧化物减少39%，对改善大气质量十分有利；受能源紧缺影响，石油与成品油价格飞涨，天然气价格相对低廉，按照热值1立方米天然气相当于1.12升汽油，以目前的价格计算，使用压缩天然气替代燃油，费用至少可以下降60%，大幅度降低了汽车运行成本。恰恰是受优良的环保和经济效益驱使，天然气汽车越来越受到人们的青睐，并随着汽车整装、改装技术的不断改进和日趋成熟，得到了大范围的推广使用。
　　
　　受距离因素制约，目前天然气汽车主要适用于城市出租车及部分家用车的替代，国内包括北京、西安、重庆等许多具备气源条件的城市已经推广使用。自治区内，随着天然气管网的建设，呼、包、鄂三市压缩天然气项目也已经实施，天然气汽车已经初具规模，并可在不久的将来拓展到集宁、临河等地区；特别值得提出的是，自治区煤炭运输车辆保有量巨大（初步统计约8万辆）且行驶线路相对稳定、距离适中，随着柴油车改装技术的逐步成熟，柴油改装天然气汽车将会成为自治区最具潜力和特色的天然气使用领域之一。
　　
　　四、工业炉窑利用大放异彩
　　
　　工业炉窑大多传统上是以煤制气和柴油作燃料，由于煤制气的严重污染和油价上涨，天然气作为炉窑燃料已经具备经济和环保优势。特别是由于天然气的高效、清洁还可有效提高炉窑制成品的质量，如机械工业的热处理，陶瓷烧制过程以及其它工业生产加热过程天然气都显示出其高效、清洁、廉价的优越性。包头的一机、二机、包铝、包头希望铝业还有呼市、包头、鄂尔多斯市的多家陶瓷厂都将采用天然气作燃料改造其原有的炉窑。天然气的工业炉窑利用将大放异彩。
　　
　　五、天然气发电方兴未艾
　　
　　从20世纪80年代起，天然气逐渐渗入电力部门，发电用天然气消费量及燃气发电所占比例不断增加。天然气发电具有热效率高、排放污染少、投资费用低、建设周期短、环境污染小、占地面积少等诸多优势，特别是天然气发电的调峰优势，对于解决经济快速发展带来的日负荷和季节性负荷的峰谷差问题具有极为重要的现实意义。因此，天然气发电是21世纪天然气的重要消费方向之一。
　　
　　但比较而言，我国天然气发电处于很低的水平。目前我国天然气发电仅为总发电量的1%，而世界上大体为20%。随着我国经济的增长对电力需求增长的推动，将使天然气发电在我国的发展大有前途。自治区作为国家重要的电力能源供应基地，已经制订了在包头、呼市以及气源地乌审旗分别新上天然气发电机组作为调峰电厂的规划，并已开始筹建，不久就将填补我区天然气发电的空白。
　　
　　◆天然气中间制造产业
　　
　　一、压缩天然气（CNG）蓬勃发展
　　
　　压缩天然气（CNG）是促进天然气开发利用的一种重要方式，在国外已经有近100年的历史。它是指将不同压力等级的中低压天然气，经过天然气压缩机升压到25Mpa，再由加气机向汽车钢瓶加注或通过卸气站给居民或公建用户供气，是管道运输方式的一种补充，成为当前普遍使用以解决合理半径在200公里内且管网未覆盖的中小城镇或零散用户的天然气利用问题的主要方式，更催生了替代燃油汽车的CNG汽车大范围的快速发展。
　　
　　自治区中西部地区干线管道布局完成后，区域内仅管网无法惠及而具备压缩天然气供气条件的城镇，符合CNG改装条件的公交车、出租车、客货运车辆（特别是煤炭运输车），将形成至少3亿立方米/年的压缩天然气需求市场。长庆气田至呼和浩特天然气输气管道建成运营后，呼和浩特、包头、鄂尔多斯已经建成加气站座（类型包括常规站与母子站），尚远远不能满足市场需要。CNG良好的发展预期，吸引各类投资不断进入，呈现蓬勃发展的态势。
　　
　　二、液化天然气（LNG）尽显商机
　　
　　液化天然气（LNG）是促进天然气开发利用的另一种重要方式，在国外已有40多年的历史，在国内到90年代初才被人提及，尚属新兴产业。它是将气田生产的天然气经净化处理后去除硫、二氧化碳、水分等杂质，后经一连串超低温在-162摄氏度时液化，体积缩小为气态的1/625，再利用液化天然气船或车运送目的地，作为民用、工业、汽车燃料等使用。
　　
　　经过净化处理，液化天然气更为高效、洁净，被公认是地球上最干净的能源；经过液化后，液化天然气能量密度大，比管道天然气更能胜任远途运输；液化和再气化技术条件成熟、经济成本适中，比汽柴油、LPG便宜、安全、环保；液化后和再气化过程可提供大量的冷能，将这些冷能回收，还可以利用于6种低温用途上：使空气分离而制造液态氧、液态氮，液化二氧化碳、干冰制造，利用冷能进行发电，制造冷冻食品或使用于冷冻仓库，橡胶、塑料、铁屑等产业废弃物的低温破碎处理等，综合利用效果明显。因此，世界LNG的产量持续快速增长，其占天然气地区间贸易的比例从1970年的0.3%，增加到2004年的26.2%，有专家预测，LNG未来将占燃料市场的半壁江山，将毫无疑问地成为万众瞩目的能源新宠。
　　
　　我国近年来出于能源战略的考虑，也大力发展LNG产业，广东、福建、海南等地的大型LNG项目都在积极的筹建当中。自治区通过发展LNG项目，可以突破管道长距离运输的局限性和中石油、中石化在该行业的垄断限制，使天然气在更大范围内参与市场竞争，实现资源效益的更大化。
　　
　　综上所述，在未来相当长的时期内，全球天然气市场必将保持高速增长的势头。根据有关预测，全球天然气需求将从目前的2.4万亿立方米增加到2020年的4.9万亿立方米，2040年世界天然气供应量将超过石油和煤炭，所占比例将达到51.1%，成为一次能源中的首选能源。而我国目前天然气在一次能源消费结构中的比例尚不足3%，为加大天然气在一次能源结构中的比例，提高人民生活质量，适应人类改善生态环境的要求，制定了“油气并举”的战略方针，大力鼓励开发利用天然气资源。根据国家天然气战略发展规划，2010年天然气在一次能源总需求构成中的比例将达到约6%，需求量将达到900亿立方米。2020年需求量将达到2000亿立方米，占整个一次能源构成的10%，届时发电、城市燃气、化工、工业等其他用户消费结构比例如下：
　　
　　发电占42%，天然气需求量将达到840亿立方米。
　　
　　城市燃气占22%，天然气需求将达到440亿立方米。
　　
　　化工用气占16%，天然气需求将达到320亿立方米。
　　
　　工业等其他用户用气占近20%，天然气需求将达到近400亿立方米。
　　
　　内蒙古自治区作为天然气资源的富集区，发展天然气产业可谓占尽了“天时、地利”。只要制订适宜的政策，鼓励投资、引导消费，就完全可以培育和规范出一个“人和”的天然气市场，进而推动天然气在民用、工业、汽车、发电等各个方面得到全面、合理、高效的利用。而压缩天然气、液化天然气的推动发展，将使有限的能源资源参与到更大范围、更广领域的市场竞争，实现最为有效的配置，为区域带来最为实惠的利益。
　　
　　总而言之，相信在不久的将来，我们会迎来自治区天然气产业蓬勃发展的新纪元，并促进自治区经济增长迈上新的台阶。