天然气

天然气是地质构造中天然存在的气体混合物，主要成分为甲烷（CH₄），还含有少量其他烃及非烃化合物。它是一种化石燃料，既可提供能量，也可作为化工生产的原料。商品天然气通常先经过处理，去除液体和杂质，再通过管道输送或以液化形式运输。井口产出的天然气与最终交付给用户的天然气，成分并不相同。(eia.gov)

成分与性质

未经处理的天然气可能含有乙烷、丙烷、丁烷和更重的烃类，以及二氧化碳、氮、硫化氢、氦和水蒸气。各成分的比例取决于气藏。含有较多可回收液态烃的天然气通常称为湿气；经过处理、富含甲烷且符合管道输送标准的天然气称为干气。这些商业术语描述的是气体成分和处理状态，并不对应某一种统一的化学式。(eia.gov)

处理后的天然气无色，通常也无味。为使泄漏能通过气味被察觉，供给用户的天然气中会添加加臭剂，常用的是硫醇等含硫化合物。天然气具有可燃性，泄漏的气体积聚后若遇到点火源，便可能造成爆炸。因此，天然气的生产、储存、运输和使用都需要采取安全管控措施。(eia.gov)

形成与地质赋存

大多数天然气资源属于热成因天然气：埋藏的有机质在较高温度和压强下，经过漫长地质时期的化学变化而形成天然气。另有一部分天然气由微生物作用产生。不同成因的天然气，其化学组成和同位素特征可能有所不同。(pubs.usgs.gov)

常规气藏中的天然气赋存于岩层内，能够较容易地流入井中。非常规资源包括赋存于流动受限地层中的页岩气和致密气，以及与煤矿床伴生的煤层气。天然气也可能与石油共同赋存，并从同一口井中采出。常规与非常规的区别在于地质赋存方式和开采要求，而不是甲烷本身的种类不同。(eia.gov)

勘探、开采与处理

勘探通常采用地震勘探技术调查地下构造，随后通过钻探探井，确定地层中的天然气储量及赋存条件是否适合开发。生产井可以是直井，也可以是水平井。在低渗透率地层中，水力压裂通过高压注入流体，使岩石产生裂缝，从而改善天然气流入井中的条件。(eia.gov)

集输管道将采出的天然气送往处理设施。处理过程可包括分离原油和凝析油、脱水、脱除硫化氢和二氧化碳，以及回收液态烃。酸性气体通常采用胺溶液吸收。脱水可减少管道中水凝结和水合物形成所引起的问题。回收的液态烃可根据沸点分离为不同产品，与富含甲烷的天然气分别销售。所需的处理流程取决于进料气体的成分。(eia.gov)

运输与储存

天然气供应依赖庞大的基础设施网络。长距离输气管道将处理后的天然气输往消费地区，较小的配气干管和入户管线则将其送入建筑物。储气设施用于平衡短期内相对稳定的产量与每日及季节性的需求变化。地下储气设施包括枯竭的油气田、盐穴，以及不透水岩层下方适宜储气的含水层。(eia.gov)

液化天然气（LNG）通过将天然气冷却至约−162°C制成。液化后，其体积缩小至气态时的约六百分之一，便于在没有管道或不适合铺设管道的情况下储存和运输。专用船舶使用隔热储罐运输液化天然气。液化天然气在接收站储存，随后再气化并送入管道系统。液化及装卸等操作需要额外的能量和专用设备。(eia.gov)

能源与工业用途

天然气用于室内供暖、热水供应、烹饪以及工业过程供热，也可用于生产电和为部分车辆提供燃料。工业用户既将其用作可燃燃料，也将其用作制造化学品和化肥的原料。(eia.gov)

在联合循环发电厂中，燃气轮机先发电，其高温排气再用于产生蒸汽，驱动汽轮机进一步发电。与单独运行燃气轮机相比，回收排气余热能够提高燃料所产生的有效能量输出。(energy.gov)

天然气也是生产氢的原料。在甲烷蒸汽重整过程中，甲烷在催化剂作用下与高温蒸汽反应，生成氢和一氧化碳。随后进行的水煤气变换反应使一氧化碳与补充的蒸汽反应，生成二氧化碳和更多的氢。最后通过纯化去除氢气流中残留的杂质。(energy.gov)

市场与环境影响

天然气价格随供给与需求变化而波动，相关因素包括产量、库存、进口、出口、天气以及竞争性燃料的价格。寒冷天气会增加供暖需求，而炎热天气可能因空调用电增加而推高燃气发电需求。管道输送能力的限制，以及短期内改用其他燃料的能力不足，都可能加剧价格波动。(eia.gov)

在产生等量能量的情况下，燃烧天然气通常比燃烧煤或石油产品产生更少的二氧化碳，许多空气污染物的排放量也较低。不过，天然气燃烧仍会释放二氧化碳，而从气井、处理厂、管道或储存设施逸出的甲烷是一种强效温室气体。因此，评估天然气对气候变化的影响时，必须同时考虑燃烧排放和供应链排放。(eia.gov)

天然气开采和运输可能扰动土地与水资源，并产生噪声、空气污染和受污染的废水。水力压裂产生的废水需要处理或采取受控方式处置。向地下注入废水可能诱发地震。通过火炬燃烧处置不需要的天然气，会将其中大部分甲烷转化为二氧化碳，但也会产生其他污染物；具体排放情况取决于气体成分和燃烧条件。(eia.gov)