【建投能化|新品种解码】液化天然气品种手册系列（一）：基础知识

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【建投能化|新品种解码】

液化天然气品种手册系列（一）：基础知识

分析师:刘书源

期货交易咨询从业信息:Z0017242 

研究助理：赵瑞 

期货从业资格证号：F03155292  

发布日期：2026年7月30日

期货交易咨询业务资格：证监许可〔2011〕1461 号

作为现代能源体系中最核心的清洁化石能源，天然气凭借其低碳、高效、安全、适配性强的特质，成为全球能源转型的核心过渡能源，也是工业生产、民生保障、发电调峰的刚需能源品种。本文主要介绍了天然气的定义成分、物理化学特性、分类和产业链上下游等方面的基础知识。

一、 什么是天然气？

天然气（Natural Gas）是一种主要存在于油田和天然气田、少量出于煤层的以烃类为主的复杂混合物，是一种气态可燃化石燃料，与石油、煤炭并列全球三大一次能源，也是三者中唯一的清洁低碳能源。天然气的主要成分为甲烷（CH4），占比通常在70～90%，有些高纯度气田甲烷含量可达98%；还包括乙烷、丙烷、正丁烷、异丁烷等烃类气体，以及少量非烃类杂质：氮气、二氧化碳、硫化氢、水蒸气、氦气等。

在标准状态下，天然气是一种无色、无味、无毒（除硫化氢等杂质带来的毒性外）的气体，比重约0.65，比空气轻。其主要成分甲烷在标准情况下密度约0.716～0.717kg/m3，相对空气密度约0.55，泄漏后会快速向上扩散，不易在低洼处积聚，安全属性优于液化石油气。天然气属于易燃易爆气体，当甲烷在空气中的体积浓度处于5%到15%之间时，静电即可引发燃烧爆炸。因此，为便于泄漏预警，民商用天然气中会专门加入微量加臭剂（如四氢噻吩等），确保微量泄漏即可被人们及时察觉。还需要注意的是，甲烷是一种短期效应极强的温室气体：以20年尺度计，其增温效应是二氧化碳的82～87倍；以100年尺度计，其增温效应是二氧化碳的28倍左右。

非烃类组分是天然气品质和加工处理难度的关键变量，其分类如下：

酸性气体：硫化氢和二氧化碳。二者遇水易形成酸性溶液，腐蚀管线和设备。硫化氢剧毒，脱出过程对安全生产要求极高。通常将硫化氢含量超过1克/立方米的称为“酸性气”，低于此标准则为“甜气”。

惰性气体：氮气和氦气。氮气会降低天然气热值，含量过高则无商业开采价值。氦气是极其稀有的战略资源，当气田中氦气含量超过0.05%时，就具备了单独分离提纯的经济意义。

水蒸气：管输天然气中的水蒸气在特定温度压强条件下会与甲烷等形成笼状冰晶，即天然气水合物，俗称“可燃冰”，会堵塞管道阀门，是储运环节必须解决的技术问题。

天然气燃烧反应充分，完全燃烧的主要产物为二氧化碳和水，几乎不产生烟尘、二氧化硫与粉尘颗粒物，氮氧化物排放量也远低于煤炭和重油，是清洁度最高的化石能源品种。衡量天然气能量密度的常用指标有高热值和低热值之分，二者的区别在于是否包含燃烧生成水蒸气的凝结潜热。高热值（总热值）包含了这部分热量，数值更高；低热值（净热值）则将其扣除，更接近实际可利用的热量。热值高低主要由甲烷含量决定，甲烷含量越高，热值通常也越高。不同气源（如陆上气、海上气、进口LNG）的组分差异会导致热值不同。现行国家标准(GB17820-2018)规定于2019年6月1日起实施，将天然气按高位发热量、总硫、硫化氢和二氧化碳含量分为一类和二类，质量要求如下表所示：

标准规定，在天然气交接点的压力和温度条件下，天然气中应不存在液态水和液态烃，天然气中的固体颗粒应不影响天然气的输送和利用。进入长输管道的天然气应符合一类气的质量要求。约1.2立方米天然气所提供的热量就等效于1公斤标准煤，天然气的燃烧热效率突出，《锅炉节能技术监督管理规程》及第1号修改单中规定工业燃气锅炉的限定值为92%；《热电联产管理办法》（发改能源〔2016〕617号）中明确规定天然气分布式能源项目能源综合利用效率不低于70%；均显著高于燃煤利用效率。若天然气开采、储运、应用全链条过程中发生甲烷泄漏，其部分低碳优势则会被抵消，因此全球天然气行业均将甲烷减排作为核心发展方向。

二、 天然气的主流行业分类

天然气行业分类维度较多，市场最常用的是按照地质成因、开采来源和储运形态三大标准划分，这也是能源交易、产业统计的核心依据。

按地质开采来源划分

常规天然气：储存于常规砂岩、碳酸盐岩储层中的天然气，天然气在浮力驱动下，从烃源岩运移到背斜构造等高处的储层中，上方被致密的盖层封堵，形成气藏。这类气田储层渗透率高、开采难度小、单井产量稳定，是传统主力气源，国内主要分布在四川盆地、鄂尔多斯盆地、塔里木盆地等，技术成熟、开采成本可控。

非常规天然气：储存在致密岩层、煤层、页岩中的天然气，储层致密、渗透性差，需依托压裂、水平井等特殊工艺开采，是近年国内能源增产的核心增量。主要包含三类：页岩气、致密气、煤层气。其中，我国致密气产量占非常规天然气比重最高，页岩气处于快速扩容阶段。

1）页岩气：生成和储集均在页岩层中原地完成。页岩极为致密，孔隙直径通常是纳米级别。必须依靠水平钻井和大型水力压裂技术，在水平井段中分段射孔，用高压泵车将混有化学试剂和支撑剂的水打入地层，“撕裂”岩石，让石英砂撑开裂缝，天然气才能解吸、汇聚并采出。美国的页岩气革命深刻重塑了全球能源版图。

2）致密砂岩气：赋存于渗透率极低的砂岩层中，介于常规和页岩气之间，也是需要压裂改造才能获得工业产量。

3）煤层气：俗称“瓦斯”，储存在煤层中，并吸附在煤基质颗粒表面，以吸附态附着在煤基质微孔表面，是煤的伴生矿产资源。开采煤层气主要有两种方式：一是地面钻井开采，在地面钻探井眼至煤层，通过排水降压使吸附的甲烷解析出来；二是井下瓦斯抽采，在煤矿井下巷道内向煤层打钻，通过抽采泵负压抽吸瓦斯。目前，“井上下联合抽采” 和“采煤采气一体化” 是更高效的立体开发模式。

4）天然气水合物：即“可燃冰”，分布于深海沉积物或陆地永久冻土带。它是甲烷分子被水分子笼形结构包裹的固态晶体，1立方米可燃冰可释放出约160~180立方米的甲烷气。其储量巨大，但商业化开采仍需跨越技术和环境双重挑战。

按储运形态划分

这是流通与消费端最常用的分类方式，直接决定了天然气的贸易形式、运输半径与应用场景，核心分为三类：

管道天然气（PNG）：经净化处理后保持气态，通过长输干线、省级管网、城市配气管网逐级输送至终端用户。管道运输是大规模陆上输送的命脉。核心在于高压，干线压力常设计为10～12兆帕。沿程每间隔百余公里需设置压缩机站加压。全球已形成洲际级管网，如中亚-中国管道、中俄东线管道，构成了区域性气气竞争的市场基础。其优势是供应连续稳定、单位输送成本低，适合长距离、大流量的陆上运输，是居民炊事、工业生产、商业用气的主流供气形式。

液化天然气（LNG）：将天然气深度净化后，冷却至-162℃使其液化，体积压缩为标准气态的 1/625，大幅降低储运成本。LNG是跨境远洋天然气贸易的核心载体，打破了地理束缚，创造了真正的全球市场。LNG产业链往往投资额巨大，横跨上游的气田和液化厂，中游的专用运输船队以及下游的接收站。接收站码头将LNG卸入大型低温储罐，再经高压泵气化器系统将其复温为常温气体，注入区域管网。这种灵活性使澳洲、卡塔尔、美国的天然气可以竞争性地供应欧亚大陆。同时LNG可用于城市应急调峰、偏远无管网区域供气，以及重型卡车、船舶的交通燃料。

压缩天然气（CNG）：将天然气加压至 20兆帕左右，以高压气态形式储存，体积约为常压气态的1/200。CNG充装便捷、成本低于 LNG，多用于城市公交、出租车等短途交通燃料，也可作为中小规模工业用户的分散气源。

按烃液含量划分

行业内也常根据重烃含量将天然气分为干气与湿气，直接决定其加工路径与经济价值：

干气：甲烷含量高于95%，乙烷、丙烷等重烃组分极少，常温加压下难以析出液态烃，是管输天然气的主流气质，主要用作燃料气。

湿气：重烃含量较高，常温加压下可分离出凝析油与液化石油气组分，除作为燃料外，湿气处理厂分离出的乙烷、丙烷、丁烷等凝析液，是石化行业裂解制烯烃的优质原料。

同时，业内还常按照产出状态，将气区分为伴生气和非伴生气。伴生气是指与原油共生、在油田开采过程中随原油一同产出的天然气，存在形式主要为气顶气或溶解气，过去多被放空燃烧浪费，如今已实现全面回收利用。伴生气经油气分离、净化处理后可直接进入输气管网作为燃料，或进一步加工为液化石油气等产品，是油气田开发中重要的补充气源。与之对应的是纯气藏产出的气藏气，不依附原油单独成藏，是常规天然气的主要存在形式。

三、 天然气产业链

天然气产业链条长、环节多、专业性强，整体可划分为上游勘探生产、中游储运输配、下游终端应用三大环节，各环节分工明确、协同联动。

上游：勘探与生产

上游是天然气产业的资源源头，是一项从勘探评价、钻井完井、采气生产到集输处理的系统性工程。该环节决定了天然气的资源储量、产量规模与基础成本。气田开发的基本原理为降压开采，主要工艺过程包括地质勘探、钻井、完井、储层改造、采气、天然气集输与处理以及配套辅助工程。

勘探评价是天然气开采的前期基础工作，旨在准确识别含气构造并评估其商业开发价值。天然气勘探主要依托地质调查、地球物理勘探（以三维地震技术为主）和地球化学勘探等手段。在勘探数据基础上，需对气藏进行综合评价，包括储量计算、产能预测和开发方案设计。钻井工程是建立地面与气藏之间流体通道的关键环节。按照井眼轨迹分类，钻井技术分为直井技术和定向井技术：直井技术是最基础的钻井方式，钻头垂直向下钻进，直达气层。它工艺简单、成本低，但井眼和气层的接触面积有限，适合浅层、厚度大的常规气藏；定向井技术使井眼轨迹能够在储层内精确控制，实现最优的储层接触，避免浪费产能。固井是在钻井过程中或钻完井后下入套管并用水泥封固井壁的工程措施。其目的是隔绝不同地层、防止流体窜流、保障井筒完整性。固井完成后，需根据不同储层特征，采用不同的完井方式（套管完井、裸眼完井、筛管完井、分层完井、连续管完井等）。采气阶段的任务是将地下天然气经气井和井口设备开采出地面。采气工艺的核心目标是保持气井长期稳定生产，减少或延缓气井出水，分为自喷采气、排水采气和增压开采等技术。对于低渗透气藏和非常规气藏，天然产能往往不足以实现经济开采，需通过储层改造技术提高储层渗透性，应用最广泛的改造技术为水力压裂技术。

刚从井口采出的原料气几乎无法直接利用，通常含有水分、酸性气体（H?S、CO?）和重烃等杂质，必须进入处理厂净化处理才能满足管输和用户要求，达到严格的管输标准。第一步是分离游离水和固体杂质。之后进行脱硫脱碳，主流的化学吸收法是使用醇胺溶液循环吸收硫化氢和二氧化碳。吸收了酸性气体的富胺液在再生塔中加热，析出高浓度的酸气。这些酸气若含硫化氢，会被送入克劳斯炉，通过催化反应回收高纯度的硫磺，实现变废为宝。接下来是脱水，通常利用三甘醇强吸水特性进行吸收，或采用分子筛深度吸附，将水露点降至输送压力下比环境最低温还要低5℃以下。若气中有汞，还需通过活性炭载硫等脱汞剂予以脱除。净化至管输标准的天然气，便可通过管道和液化两种核心方式输送到千里之外。

如今天然气开采正朝着数字化、低碳化方向升级。智能气田通过井下永久传感器实时传输压力、温度、产量数据，结合人工智能算法预判井筒故障、优化配产方案，实现远程精准管控。绿色开采技术也在快速普及：压裂返排液经过处理后循环利用，降低水资源消耗；二氧化碳压裂技术用液态CO?替代部分水资源，同时可实现二氧化碳地下封存；清洁压裂液、无水压裂等新技术的研发，也在持续降低开采过程的环境影响。

中游：运输与存储

中游是天然气流通的“血管与蓄水池”，核心由输气管网与调峰储能设施构成。

天然气管网通常分为三个层级，构成了一个完整的输送体系：矿场集输管道负责将气井开采的天然气汇集到处理厂；长输干线管道是输气的主通道，管径大、压力高，可长达数千公里。城市输配管网像“毛细血管”一样将天然气从城市门站分配到最终用户。管网体系承担跨区域、长距离的天然气输送功能。我国目前已建成“西气东输、川气东送、海气登陆、北气南下”的全国性管网格局，管网总里程超11万公里，中游基础设施的互联互通程度持续提升。

调峰设施包括地下储气库、LNG 接收站、沿海 LNG 储罐等，用于平抑季节用气波动、保障应急供气，是天然气保供体系的核心支撑。地下储气库主要包括枯竭油气藏储库、盐穴储库和含水层及岩洞储库。枯竭油气藏储库是利用已开采殆尽的油藏或气藏改建而成，因其地质构造清晰、密封性已证实、原有设施可部分利旧，成本最低，占全球储气库总量的绝大部分，但注采速度较慢，常用于季节性调峰。盐穴储库是在地下厚层盐岩中，通过注水溶盐形成的规则空腔。其机械稳定性好，注采极快，一年可完成多个注采周期，是满足日内、周内短期尖峰需求的最佳选择。含水层及岩洞储库的经济性往往不如前两类，应用相对较少。储气库的工作气量，就是一个国家或地区面对极端寒潮或供应中断时，能够主动调配的关键“家底”。

下游：分销与应用

下游是天然气价值的最终落地环节，天然气适配性极强，横跨民生、工业、电力、交通、化工五大领域，是应用场景最丰富的能源品种之一。下游需求结构直接决定了天然气的消费规模与增长潜力。

城市燃气连接千家万户，民生与商业用气主要用于居民炊事、生活热水与冬季采暖，以及商业餐饮、写字楼、商场的采暖制冷，是城市燃气的基础刚性需求，具备极强的民生保障属性。我国北方地区冬季采暖期用气峰值显著，是全年用气负荷的核心高点。

发电分为基荷发电与调峰发电两类。燃气电厂启停灵活、爬坡速度快，可在半小时内完成启停调峰，是配合风电、光伏等间歇性新能源消纳的最佳电源，在新型电力系统中承担调峰保供的“压舱石”作用。由“煤转气”驱动的减碳，是过去十几年许多国家温室气体减排的首要路径。

工业燃料用气广泛应用于陶瓷、玻璃、钢铁、有色金属、食品加工、纺织印染等行业，替代燃煤实现清洁生产，是工业领域减污降碳的核心路径。交通燃料用气以LNG重型卡车、CNG城市公交/出租车、LNG内河船舶为主要应用形式。相比传统汽柴油，天然气燃料污染物排放更低、使用成本更具优势，是陆路货运、水运领域低碳转型的重要方向。在船运领域，LNG作为船舶燃料可满足国际海事组织日益严苛的硫排放限值。

最后不可忽视的是化工原料用途。天然气，尤其是其中的甲烷，是制造合成氨继而生产尿素的核心原料。同时，以天然气为原料生产甲醇，进而制备烯烃的路线，在中国等市场形成了对传统石脑油裂解路线的有力补充。乙烷和丙烷等凝析液，更是裂解制取乙烯、丙烯的顶级优质原料，其收率和经济性远胜于传统重质液体原料。

整体而言，天然气是当前全球能源体系中唯一兼具清洁性、经济性、可靠性与灵活性的化石能源，是支撑高碳能源向零碳能源平稳过渡的核心桥梁。随着我国非常规天然气产能持续释放、全国管网互联互通不断深化、储气调峰体系逐步完善，天然气的保供能力与应用边界还将持续拓展，在工业减碳、新型电力系统建设、民生用能品质提升中继续发挥不可替代的关键作用。

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