天然气有许多用途

2026-06-27 17:14:00

(1)天然气可以取暖。

冬天来临,天气渐冷,供暖这一大事提上日程,我国供暖界限以秦岭—淮河为界,北方地区多为集中供暖,南方地区很多城市不供暖,室内取暖很多都是依靠空调。当南方人躲在厚厚的被窝里,戴着大帽子,捂着热水袋,冻得瑟瑟发抖时,北方人穿着单衣单裤坐在温暖的暖气房里吃雪糕,能够温暖地度过整个冬天是一件多么幸福的事情啊!那么我们靠什么来取暖,又是怎么来取暖的呢?

北方的集中供暖通常都是燃煤进行供热,但是煤炭燃烧污染严重,每年进入冬季后,我国雾霾天气频频发生,给我们的城市环境和居民生活造成严重影响。因此许多城市都在进行能源结构调整,相继推行“煤改气”。所谓的“气”指天然气,与其他化石燃料相比,天然气燃烧时仅排放二氧化碳、水和极微量的一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化物等,是一种非常清洁的能源。

燃气锅炉是最简单的一种供暖设施,天然气在燃气锅炉内燃烧,对炉内的水进行加热来供暖。燃气锅炉主要由燃烧器、锅炉、控制器组成。市面上的燃气锅炉容量从几吨到几百吨不等,根据实践经验,平均1吨容量的燃气锅炉供暖面积为5000~7000平方米。

通常按照供暖规模来划分,天然气供暖包括一家一户的家用燃气炉,以及用于大面积供热的区域性燃气锅炉的集中供暖。分布式供暖的主要设备是家用燃气炉和小型燃气炉,通常安装在厨房或阳台这种通风良好的环境里,家用燃气炉一般配有先进的电子点火控制、安全保护和温度调节等系统,操作简单,调节灵活,还能同时满足家用生活热水的需求。但是分布式的家庭供暖方式存在一定的安全隐患,例如,燃气泄漏、燃烧故障甚至发生爆炸等。

集中供暖采用的设备主要是大型燃气锅炉,通过热水管道向大面积大量用户供热。这种供暖方式热源更为集中,供热系统运行工况更加稳定,锅炉运行效率更高,同时大型锅炉更有条件采用先进的低氮氧化物燃烧技术,环境污染更小,这也是目前北方大多数家庭采用的供暖方式。南方的朋友们,选用适合自己的天然气供暖方式,有了天然气的温暖陪伴,你们也可以实现在冬天优哉游哉吃雪糕的梦想!

(2)天然气也可制衣。

腈纶,跟涤纶、尼龙一样属于合成纤维,是毛纺工业的常用材料,可以用来制作套衫、毛毯、地毯、童装及遮阳篷等产品。腈纶面料摸上去非常柔软且有很好的保暖性,各方面特性与羊毛接近,所以也被称为“人造羊毛”。相比羊毛织物,由腈纶制成的衣服不仅耐腐蚀而且不易出现霉变和虫蛀的现象,在阳光下暴晒也不易损坏布质,因此在洗涤和保养方面也更加简单和省心。

那么,腈纶是怎么得到的呢?它和天然气之间有着怎样千丝万缕的联系?这就要提到腈纶的化学名称——聚丙烯腈纤维。腈纶虽然称为聚丙烯腈纤维,但通常丙烯腈(C3H3N,第一单体)占85%以上,还有约15%的其他单体,丙烯腈和其他单体的共聚物经过纺制得到聚丙烯腈纤维。单一丙烯腈聚合物制成的纤维缺乏柔性且发脆,染色也非常困难。添加其他单体的高分子聚合物后,可以改善可仿性且纤维的手感,具柔软性、弹性和染色性。聚丙烯腈纤维对原料丙烯腈的纯度要求较高,各种杂质的总含量应低于0.005%。

现在,我们需要追溯丙烯腈的来源了。丙烯腈是一种重要的化工原料,工业上通常用丙烯氨氧化法生产,即将丙烯、氨、空气和水蒸气按一定比例通入流化床反应器,在催化剂的作用下发生化学反应生成丙烯腈。因此,丙烯腈主要是以丙烯作为原料生产得到的。

那么,丙烯又来自何处呢?目前,丙烯主要来源于石油、煤和天然气等传统能源,其中有6%的丙烯会用来生产丙烯腈。丙烯可以通过原油催化裂化、蒸汽裂解、甲醇制烯烃、丙烷脱氢等路径生产得到,其中约17%的丙烯来源于丙烷脱氢。

到此,我们就可以把腈纶和天然气建立起联系,因为丙烷是处理天然气或精炼原油得到的副产物。在处理天然气的过程中,必须将丁烷、丙烷和大量的乙烷从原料气中去除,否则这些挥发物会在天然气管道中发生缩合。天然气中含有3%的丙烷,经过处理后可以得到纯度较高的丙烷。现在,让我们一窥从天然气到腈纶这一流程的全貌吧。一支勘探队伍跋山涉水后终于发现了埋藏在地底下和海洋深处的油气田,然后物探队、钻井队来了……搭起钻井平台,开采出天然气。经过简单处理后的天然气被送到天然气加工厂,在处理过程中得到纯度较高的丙烷,经过“净化”的天然气则输送到管路中给千家万户带去能源。丙烷以液态的形式储存并运输到化工厂,经过丙烷脱氢装置后得到丙烯,丙烯再被送到丙烯氨氧化装置生产丙烯腈。丙烯腈和其他单体、溶剂在反应釜中聚合得到聚丙烯腈,经过溶解调配等工序后形成纺丝原液。

最后就是把聚丙烯腈纺丝成型的过程,我们介绍一种比较有代表性的工艺——湿法纺丝工艺。由聚合工段送来的纺丝原液用泵压入过滤器中,纺丝细流就会从喷头喷出。这个过程是在凝固液中进行的,顾名思义,就是让纺丝细流在其中凝固成型。然后这些刚成型的纤维在一定温度的拉伸溶液(拉伸浴)中进行低倍数的拉伸,目的是提高这些初生纤维的强度。从拉伸浴出来的纤维丝束不可避免地带有一定量的溶剂,如果不把溶剂除掉,纤维就会存在手感粗硬、色泽灰暗、容易发黄及染色过程中容易产生斑点等问题。因此从拉伸浴出来的纤维,需要经过洗涤槽进行水洗。水洗过后的纤维就可以上油了,这一步可以减少纤维摩擦,防止起静电。随后就是进行纤维的干燥、热定型和卷曲工序,目的是让它们的形状更加稳定、不容易断裂、后续易于染色和纺织。最后,经过切断和打包,我们就得到了聚丙烯腈短纤维,也就是腈纶。

(3)丙烷炉。

越野露营已成为现代都市人一项时髦健康的休闲方式,它体现了一种乐观向上的人生态度,是人们精神追求的一种表现。这项户外活动不仅陶冶情操、增长见闻、扩大胸怀、锻炼身体,同时也是对自我的一种挑战。户外露营不仅需要强健的体魄和周密的安排,更重要的是生存所需的各种装备,比如帐篷、背包、睡袋等,这其中就有一项装备我们不得不提——丙烷炉。丙烷炉作为野外炊具中的重要一员,为我们提供烹煮食物的热源,它不仅热效率高,并且具有便于携带、安全环保的优点,是露营中必不可少的法宝。

那么究竟什么是丙烷炉呢?它又是怎么提供热源的呢?

丙烷炉其实是野外便携式气炉中的一个代表,气炉一般分为两种:燃料罐和炉头一体式、燃料罐和炉头分离式。

气炉配备的燃料罐内装的通常是液态丁烷、丙烷、异丁烷,或是由它们混合而成的混合燃料。气炉的燃料罐其实就是个小型的液化气罐,正是里面储存的燃料通过燃烧产生热量,能快速融雪、把水烧开及加热食物。250毫升的燃料大约可供燃烧1小时;若是在海平面高度,4~6分钟就可烧开1升水。燃料罐内,燃料气相、液相共存,压力为当时环境温度下的饱和蒸气压。丙烷可以适应比较宽的温度范围,在-40℃时仍能产生1个以上饱和蒸气压,高于外界大气压,形成燃烧。使用时瓶内液态燃料吸收环境热量而连续自然汽化,再经减压器减压后送至燃具。只有用火点燃炉嘴上的汽化燃料,才能点燃炉头。有些气罐炉头自带点火器,但大部分炉头都需用火柴或打火机引燃。这样燃料燃烧的热值就足以加热食物了。丙烷炉具备便于携带、燃烧效率高、安全无污染等优点,因此是户外爱好者们的露营必备利器。

除此之外,采用轻烃液体燃料可替代柴油或燃煤锅炉用于冬季取暖,不但降低烟气中的一氧化碳、二氧化碳及颗粒物的排放,而且能节约柴油。因此,何不带上你的丙烷炉,来一场说走就走的露营?

(4)天然气发电。

希腊人发现,通过摩擦琥珀可以吸引羽毛,因此把琥珀叫作“elektron”(与英文“电”同音)。18世纪,意大利帕维亚大学教授伏打(Volta)将铜和锌作为两个电极放入稀硫酸中,发现两个电极之间存在电压,电压的单位“伏特”(Volt)就来源于他的名字。伏打电池的发明使得电的研究和应用真正普及开来。当今社会,日常生活已经离不开电,停电往往给人们的生活带来沉重的打击。

我们所用的电的来源主要包括火电、水电、风电、光伏、核电、燃气发电等,如果只算发电成本,火电并没有优势,但考虑到核能安全性、水电资源容量、风电和光伏的成本和技术限制,火电在我国电力结构中占比仍高达80%,在世界范围内占比62%。火电的燃料主要包括煤炭和天然气,传统的产煤大国,包括中国、澳大利亚、南非等煤电占有较大的比重。随着碳中和碳减排,以及国内煤改气政策的推进,天然气发电逐渐成为主流,2013年北京所有火电站均已完成煤改气。2020年,国家能源局批准建设的151座火电站中,118座属于天然气发电,煤炭发电仅33座。

传统的燃煤电厂是把块状煤粉碎后吹入锅炉进行燃烧,锅炉加热水变成水蒸气,推动汽轮机转动,汽轮机带动发电机发电,效率通常仅35%,这主要是因为煤炭发电仅使用了汽轮机。相比之下,天然气燃烧具有更高的温度,因此天然气发电通常采用燃气-蒸汽联合循环方式,随着燃烧温度降低可依次采用内燃机、燃气轮机和汽轮机进行发电,效率可达56%。与燃煤相比,天然气燃烧几乎无粉尘(PM2.5)排放,二氧化硫与氮氧化物排放量极低,二氧化碳等温室气体排放量仅是燃煤电厂的一半左右,环保优势十分突出。此外,启停灵活、占地面积小、水资源需求少都是天然气发电厂的主要优势。

除了在大型发电厂替代煤炭进行发电,天然气还可以作为燃料供固体氧化物燃料电池进行发电和供热。在固体氧化物燃料电池运行过程中,甲烷并不与氧化剂直接接触燃烧,而是在电解质片两侧分别电解后再进行化学反应,将燃料和氧化剂中的化学能高效、环境友好地转化成电能。而电池运行过程中放出的热量可用于生产热水,实现热电联供。此外,偏远地区和临时场地用电采用固体氧化物燃料电池,节省了电网铺设成本并避免了电网远程输送20%的电力损耗。

随着我国页岩气、可燃冰开采技术发展,中俄、中伊等贸易协议进口更多天然气,未来天然气在我国火电结构中将发挥更大的作用,为我们生产生活提供清洁稳定的电力供应。

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