劉國偉

為了保衛(wèi)藍天，減少空氣污染的危害，我國越來越多的城鄉(xiāng)用天然氣來烹飪、取暖，取代了秸稈、木柴、煤炭。天然氣主要成分是甲烷，完全燃燒生成二氧化碳和水，顯然更清潔。不過，我國部分地區(qū)在剛剛過去的2017年冬季卻出現了“天然氣荒”。那么，天然氣會被用完嗎？其他國家是怎么利用和儲存天然氣的？如何避免“氣荒”？

天然氣會被用完嗎

天然氣形成于漫長的地質年代中，和石油、煤炭一樣經歷了復雜的形成過程，是上天賜給人類的不可再生的化石能源。論成分，天然氣以甲烷為主，還有乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、以及少量的其他烷烴。不過，天然氣的成分從來不是一成不變的，不同地區(qū)的油、氣井中采出的天然氣成分差別很大，所以天然氣與石油一樣有產地之分。

天然氣既然是不可再生能源，理論上就有被用光的一天。國際能源署的資料顯示，按照2015年世界天然氣消費量來衡量的話，全球剩余的可利用天然氣儲量估計還能使用250年。當然，天然氣消費量不是每年不變的，而是逐年增多的。如果按照每年使用量增幅為2%-3%來計算的話，剩余的天然氣大約只能用80到100年了。不過，大家也不用太悲觀.一方面是天然氣的探明儲量在不斷增長，另一方面作為替代能源的可再生能源也在迅猛增長中。西方何時開始利用天然氣？

中國利用天然氣之早是世界公認的，2000年前的四川人就利用天然氣燃燒來加工井鹽了。1626年，天然氣被西方人在北美洲發(fā)現。法國探險家來到北美洲漫步伊利湖畔，發(fā)現當地的原住民把湖周圍滲出的氣體點燃了。但是，這些利用方式受時代和地理條件的制約，是非常有限的。

直到200年后的1825年，威廉·哈特在紐約的弗雷多尼挖掘出第一口專門用于獲取天然氣的井，哈特因此被許多人視為美國的“天然氣之父”。在哈特工作的基礎上，弗雷多尼亞燃氣公司最終得以成立，這是美國第一家天然氣公司。在19世紀的大部分時間里，天然氣幾乎全部用作照明，因為缺乏管道等基礎設施，很難將天然氣運輸到很遠的地方，也就難以廣泛地用來取暖或烹飪。

現代意義上的管道基礎設施，是20世紀20年代才開始在西方國家出現的。二戰(zhàn)后，新的焊接技術以及管材軋制和冶金技術的進步，進一步提高了煤氣管道的可靠性。成千上萬公里的煤氣管道從此出現在許多國家，為更多的人們送來溫暖和方便。

地下儲氣庫有四種類型

地下儲氣庫能夠在供氣的淡季把多余天然氣注入地下儲存起來，在用氣高峰時將天然氣采出來.這對天然氣的調峰作用不可低估。1915年，加拿大建成世界上第一座地下儲氣庫。截至2016年，運營地下儲氣庫最多的國家依次是美國（419座）、加拿大（55座）、德國（46座）和俄羅斯（26座）。目前，世界上典型的天然氣儲氣庫主要有以下4種類型：

一是廢棄油氣藏儲氣庫，就是利用已經枯竭廢棄的天然氣藏或開采到一定程度的退役氣藏而建造的儲氣庫。這種類型的儲氣庫數量最多，人們對其地質信息掌握得比較詳細，可節(jié)省大量投資。

二是含水層儲氣庫，就是將天然氣注入地下合適的含水層而形成的人工氣藏。天然氣儲氣庫由含水砂層和不透氣覆蓋層組成。含水砂層要有一定的滲透性，這種滲透性對用天然氣置換水的速度起決定作用，滲透性越好，天然氣置換的速度就越快。含水砂層起到的作用類似海綿。

三是鹽穴儲氣庫，就是在地下鹽層或鹽丘中，利用水溶解鹽的開采方式形成地下空穴，用來儲存天然氣。對于周圍缺乏多孔地下巖層的城市，特別是在具有巨大巖鹽礦床地質構造的地區(qū)，建造這種地下儲氣庫已是各國普遍做法。但是鹽穴儲氣庫從可行性研究到投產時間較長。目前，我國最大的鹽穴儲氣庫是江蘇常州的金壇儲氣庫。

四是廢棄礦坑及巖洞儲氣庫，即利用廢棄的符合儲氣條件的礦坑、洞穴，或在山體中開鑿的巖洞改建的地下儲氣庫。由于符合儲存天然氣地質條件的礦坑很少，人工開鑿也受地質條件的限制，因此這種儲氣庫屈指可數，目前全世界只有三座，兩座在美國，一座在德國。

儲氣庫的建設成本除了地質工程上的支出外，墊底氣的花銷也是一筆不小的固定投資。所謂墊底氣就是注入儲氣庫后再也采不來的那部分天然氣，注進去是為了形成一個壓力下限，創(chuàng)造一個儲存天然氣的環(huán)境。例如，我國重慶著名的相國寺地下儲氣庫的設計庫容為42.6億立方米，其中近20億立方米的庫容為墊底氣。

煤制氣始于納粹德國

因為我國的煤炭資源豐富，所以有專家就主張要發(fā)展煤制氣，來減少我國的天然氣進口量，從而保證能源安全。煤制氣也稱為合成天然氣（SNG），這是一種由煤炭經過化工處理生成的天然氣。作為天然氣的替代品，煤制氣具有類似于天然氣的燃燒特性，適于用天然氣管道來輸送。媒體上近年提起煤制氣，無不強調中國煤制氣的產業(yè)規(guī)模一家獨大。不過，這種用煤炭制取油氣的工藝起源于德國。

截至目前，外國規(guī)?；a煤制油氣的案例主要有三個：一是納粹德國從1936年到1945年的煤制油項目；二是南非從1955年開始的煤制油工程；三是美國的大平原煤制氣廠。煤制油氣在技術上有許多相關的地方，德國、南非和美國的技術也有一定的傳承性。這種工藝能流傳至今，說明煤制氣仍有其用武之地。

美國的煤制油氣研發(fā)從20世紀40年代開始，至今只有大平原煤制氣廠實現了商業(yè)化運轉。該廠的最初評估始于1973年，1984年開始投產。但是僅僅運營了一年，美國油氣價格不漲反跌，在失去美國政府財政補貼后，大平原氣化聯合公司在1985年宣布破產。此后，該廠被美國能源部轉讓給新北電力合作集團經營。

如今的大平原廠仍在運轉，是美國煤制天然氣的獨苗。每天有1.6萬噸的褐煤在14臺氣化器處理，形成煤制氣，再通過管道傳送出廠銷售。值得一提的是，現在的大平原廠除了煤制氣有商業(yè)收益外，還把生產過程中捕獲的二氧化碳用來銷售盈利。2000年伊始，該廠安裝了兩臺大型二氧化碳壓縮機，通過一條330公里的管道向加拿大油田輸送二氧化碳（將二氧化碳注入地下，可提高采油率）。到2007年，大平原銷售的二氧化碳超過1200萬噸。

“天然氣火炬”為何白白燒掉？

說到天然氣與環(huán)保的關系，很多地方熊熊燃燒的天然氣火炬（類似煙囪等形狀的放空燃燒天然氣的設施）照亮了天空，是很讓環(huán)保人士費解的事情，感覺這么做很浪費能源。

筆者就此咨詢了能源專家。專家的解釋是，這些火炬是現代天然氣加工場站里的放空系統(tǒng)。放空系統(tǒng)對企業(yè)意義重大：檢修或改造時，必須把設施內的天然氣排光，以防施工作業(yè)時因為引起爆炸。此外，一旦發(fā)生意外，安全閥白動打開，生產設施里的天然氣就全部跑到放空管，進入放空火炬，然后燒掉，避免站內存積天然氣，發(fā)生次生災害。之所以用燃燒的方式，是因為天然氣的主要成分是甲烷，甲烷的溫室氣體效應比二氧化碳還要高數十倍。

在很多石油生產現場，天然氣火炬非常普遍。油田生產者通常認為，把天然氣燒掉比收集并使用它更合算，省事省時。其根本原因是，油田缺乏將天然氣運輸至市場的管道。從天然氣火炬數量來看，美國位居榜首；從白白燒掉的天然氣總量來看，俄羅斯排在第一。無論如何，這都是浪費寶貴資源的做法。因此，從2015年起，世界銀行等組織牽頭，努力采取各種措施，決心到2030年在全世界的石油開采場所終結天然氣火炬。