劉國(guó)偉

為了保衛(wèi)藍(lán)天，減少空氣污染的危害，我國(guó)越來(lái)越多的城鄉(xiāng)用天然氣來(lái)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(guò)，我國(guó)部分地區(qū)在剛剛過(guò)去的2017年冬季卻出現(xiàn)了“天然氣荒”。那么，天然氣會(huì)被用完嗎？其他國(guó)家是怎么利用和儲(chǔ)存天然氣的？如何避免“氣荒”？

天然氣會(huì)被用完嗎

天然氣形成于漫長(zhǎng)的地質(zhì)年代中，和石油、煤炭一樣經(jīng)歷了復(fù)雜的形成過(guò)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(guò)，天然氣的成分從來(lái)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(chǎn)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(guó)際能源署的資料顯示，按照2015年世界天然氣消費(fèi)量來(lái)衡量的話，全球剩余的可利用天然氣儲(chǔ)量估計(jì)還能使用250年。當(dāng)然，天然氣消費(fèi)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(lái)計(jì)算的話，剩余的天然氣大約只能用80到100年了。不過(guò)，大家也不用太悲觀.一方面是天然氣的探明儲(chǔ)量在不斷增長(zhǎng)，另一方面作為替代能源的可再生能源也在迅猛增長(zhǎng)中。西方何時(shí)開始利用天然氣？

中國(guó)利用天然氣之早是世界公認(rèn)的，2000年前的四川人就利用天然氣燃燒來(lái)加工井鹽了。1626年，天然氣被西方人在北美洲發(fā)現(xiàn)。法國(guó)探險(xiǎn)家來(lái)到北美洲漫步伊利湖畔，發(fā)現(xiàn)當(dāng)?shù)氐脑∶癜押車鷿B出的氣體點(diǎn)燃了。但是，這些利用方式受時(shí)代和地理?xiàng)l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(guó)的“天然氣之父”。在哈特工作的基礎(chǔ)上，弗雷多尼亞燃?xì)夤咀罱K得以成立，這是美國(guó)第一家天然氣公司。在19世紀(jì)的大部分時(shí)間里，天然氣幾乎全部用作照明，因?yàn)槿狈艿赖然A(chǔ)設(shè)施，很難將天然氣運(yùn)輸?shù)胶苓h(yuǎn)的地方，也就難以廣泛地用來(lái)取暖或烹飪。

現(xiàn)代意義上的管道基礎(chǔ)設(shè)施，是20世紀(jì)20年代才開始在西方國(guó)家出現(xiàn)的。二戰(zhàn)后，新的焊接技術(shù)以及管材軋制和冶金技術(shù)的進(jìn)步，進(jìn)一步提高了煤氣管道的可靠性。成千上萬(wàn)公里的煤氣管道從此出現(xiàn)在許多國(guó)家，為更多的人們送來(lái)溫暖和方便。

地下儲(chǔ)氣庫(kù)有四種類型

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

一是廢棄油氣藏儲(chǔ)氣庫(kù)，就是利用已經(jīng)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(chǔ)氣庫(kù)。這種類型的儲(chǔ)氣庫(kù)數(shù)量最多，人們對(duì)其地質(zhì)信息掌握得比較詳細(xì)，可節(jié)省大量投資。

二是含水層儲(chǔ)氣庫(kù)，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(chǔ)氣庫(kù)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(duì)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(chǔ)氣庫(kù)，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(lái)儲(chǔ)存天然氣。對(duì)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(zhì)構(gòu)造的地區(qū)，建造這種地下儲(chǔ)氣庫(kù)已是各國(guó)普遍做法。但是鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)從可行性研究到投產(chǎn)時(shí)間較長(zhǎng)。目前，我國(guó)最大的鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)是江蘇常州的金壇儲(chǔ)氣庫(kù)。

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

儲(chǔ)氣庫(kù)的建設(shè)成本除了地質(zhì)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(chǔ)氣庫(kù)后再也采不來(lái)的那部分天然氣，注進(jìn)去是為了形成一個(gè)壓力下限，創(chuàng)造一個(gè)儲(chǔ)存天然氣的環(huán)境。例如，我國(guó)重慶著名的相國(guó)寺地下儲(chǔ)氣庫(kù)的設(shè)計(jì)庫(kù)容為42.6億立方米，其中近20億立方米的庫(kù)容為墊底氣。

煤制氣始于納粹德國(guó)

因?yàn)槲覈?guó)的煤炭資源豐富，所以有專家就主張要發(fā)展煤制氣，來(lái)減少我國(guó)的天然氣進(jìn)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(jīng)過(guò)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(lái)輸送。媒體上近年提起煤制氣，無(wú)不強(qiáng)調(diào)中國(guó)煤制氣的產(chǎn)業(yè)規(guī)模一家獨(dú)大。不過(guò)，這種用煤炭制取油氣的工藝起源于德國(guó)。

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

美國(guó)的煤制油氣研發(fā)從20世紀(jì)40年代開始，至今只有大平原煤制氣廠實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化運(yùn)轉(zhuǎn)。該廠的最初評(píng)估始于1973年，1984年開始投產(chǎn)。但是僅僅運(yùn)營(yíng)了一年，美國(guó)油氣價(jià)格不漲反跌，在失去美國(guó)政府財(cái)政補(bǔ)貼后，大平原氣化聯(lián)合公司在1985年宣布破產(chǎn)。此后，該廠被美國(guó)能源部轉(zhuǎn)讓給新北電力合作集團(tuán)經(jīng)營(yíng)。

如今的大平原廠仍在運(yùn)轉(zhuǎn)，是美國(guó)煤制天然氣的獨(dú)苗。每天有1.6萬(wàn)噸的褐煤在14臺(tái)氣化器處理，形成煤制氣，再通過(guò)管道傳送出廠銷售。值得一提的是，現(xiàn)在的大平原廠除了煤制氣有商業(yè)收益外，還把生產(chǎn)過(guò)程中捕獲的二氧化碳用來(lái)銷售盈利。2000年伊始，該廠安裝了兩臺(tái)大型二氧化碳?jí)嚎s機(jī)，通過(guò)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(guò)1200萬(wàn)噸。

“天然氣火炬”為何白白燒掉？

說(shuō)到天然氣與環(huán)保的關(guān)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(shè)施）照亮了天空，是很讓環(huán)保人士費(fèi)解的事情，感覺這么做很浪費(fèi)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(xiàn)代天然氣加工場(chǎng)站里的放空系統(tǒng)。放空系統(tǒng)對(duì)企業(yè)意義重大：檢修或改造時(shí)，必須把設(shè)施內(nèi)的天然氣排光，以防施工作業(yè)時(shí)因?yàn)橐鸨?。此外，一旦發(fā)生意外，安全閥白動(dòng)打開，生產(chǎn)設(shè)施里的天然氣就全部跑到放空管，進(jìn)入放空火炬，然后燒掉，避免站內(nèi)存積天然氣，發(fā)生次生災(zāi)害。之所以用燃燒的方式，是因?yàn)樘烊粴獾闹饕煞质羌淄?，甲烷的溫室氣體效應(yīng)比二氧化碳還要高數(shù)十倍。

在很多石油生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，天然氣火炬非常普遍。油田生產(chǎn)者通常認(rèn)為，把天然氣燒掉比收集并使用它更合算，省事省時(shí)。其根本原因是，油田缺乏將天然氣運(yùn)輸至市場(chǎng)的管道。從天然氣火炬數(shù)量來(lái)看，美國(guó)位居榜首；從白白燒掉的天然氣總量來(lái)看，俄羅斯排在第一。無(wú)論如何，這都是浪費(fèi)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(chǎng)所終結(jié)天然氣火炬。