【兰格特学习社】第4辑：人类早期“驯服”天然气的珍贵画面

2022-09-08
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图文 | 兰格特整理，转载请注明出处

资料来源：中国城市燃气协会、美国石油和天然气历史协会、美国公共天然气协会


在中国、古波斯、古希腊的文献资料中，都有过关于天然气的记录。


在申力生主编的《中国石油工业发展史》第一卷中写道：“《周易》卜的‘泽中有火’，是现已发现的我国古代文献中有关天然气（或石油）燃烧的最早的文字记载。”这一时期人们对天然气持敬畏态度，用以占卜吉凶，赋予其浓厚的神秘色彩。

        班固《汉书·郊祀志》说汉宣帝“祠天封苑火井于鸿门。”又《地理志》说西河郡鸿门县：“有天封苑、火井祠，火从地出也。”火井是古人对天然气井燃烧现象的称谓，当时人们认知有限，认为是神灵显示，遂将天然气作为神祗来崇拜。


古希腊人在燃烧的天然气喷口上建造了一座阿波罗神庙，这座寺庙被称为“德尔斐神谕”。古波斯的巴库地区盛产石油和天然气，地缝中溢出的天然气被闪电点燃后形成了长明火，古波斯人用这种“永恒之火”举办宗教仪式。


火庙Fire Temple

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相传拜火教就是古时波斯人见天然气自燃而创。拜火教开创于3千年前，它的发源地在古波斯的南阿塞拜疆地区巴库，Ateshgah波斯语意为“火地”，即有圣火的地方、祭祀圣火的地方。巴库因地表天然气形成长明火，逐渐成为拜火教圣地之一。根据铭文记载,这座火庙还被用作印度教、锡克教的礼拜场所。建筑群正中央的火焰坛长年燃烧，直到19世纪因资源枯竭熄灭过。如今重新燃烧的火焰来自天然气管道，供游客点燃。

中国是有史记载世界上第一个开凿天然气井和利用天然气的国家，西汉扬雄《蜀王本纪》、西晋张华所著《博物志》都有过对临邛（今邛崃）火井的记载。


其中东晋时期常璩撰写的《华阳国志》对我国劳动人民钻井开采天然气煮盐的情景描写最为生动：“临邛县……有火井，夜时光映上昭。民欲其火，先以家火投之，顷许，如雷声，火焰出，通耀数十里。以⽵筒盛其光藏之，可拽⾏终⽇不灭也。井有⼆，⼀燥⼀水。取井火煮之，⼀斛水得五斗盐……”。


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▲中国汉代火井遗址-位于邛崃火井镇

到了北宋时期，中国的钻井工艺有了大的革新。四川大英县卓筒井镇人发明了卓筒井采卤技术，其口径仅有竹筒大小，然而能打井深达数十丈，被称为“中国古代第五大发明”、“世界石油钻井之父”。钻井技术的发展变相促进了天然气的开发利用。

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▲沿用至近代的北宋钻井技术


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▲1924年美国电影里的钻井工人


公元1600年左右，为了克服天然气运输的困难，防止泄漏而造成的危害，在缺少金属材料的情况下，我国古代劳动人民发挥了聪明才智，因地制宜，利用当地唾手可得的竹子和木材，创造性地制造出一种叫做“笕”的运输管线。


“笕”能翻山越岭，还能穿河过湖，把天然气和盐水输送到一二十公里以外的地方。到明朝中期，自流井天然气的开发规模已相当庞大，地面的输送管线已能形成比较完善的集输系统。这不仅在当时是一项令人惊叹的工程，今天看来，仍然闪烁着智慧的光芒。


由于木竹管道制作简单，便于就地取材，从古代直到新中国成立以前，木竹管道在中国浅气层低压天然气集输中起过巨大作用。


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▲中国运输天然气的竹制管道


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▲建国后的中国村民用塑料袋灌装天然气


明代科学家宋应星在其《天工开物》第五卷《作咸·井盐》中对天然气的输送记载更为详细，也说明当时的竹管输送技术已经比较成熟：“西川有火井，事奇甚。其井居然冷水，绝无火气，但以长竹剖开去节，合缝漆布，一头插入井底，其上曲接，以口紧对釜脐，注卤水釜中，只见火意烘烘，水即滚沸，启竹而视之，绝无半点焦炎意。”宋应星还绘制了“蜀省井盐图”，把当时用竹管输送天然气的做法形象展示。

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▲明代宋应星《天工开物》中的蜀省井盐图


虽然中国先民是世界上较早储运、利用天然气的国家，不过在相当长的一段时间里，天然气一直依附于盐业联合生产，没有独立出来形成其他用途。18世纪开始，英国和美国开始探索天然气的使用和开采，并且随着工业革命将天然气发展推动前进了一大步。


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▲美洲和中东地区人们对天然气的惊奇


1727年，英国的卡莱尔·斯佩丁（Carlisle Spedding）用煤矿的甲烷照亮了他在煤矿的办公室，并在1732年试图用同样的方式给怀特黑文(Whitehaven)街道提供照明，虽然当时遭受到保守市议会议员们的反对，但是自此开始，从碳化煤中提取的天然气（即煤层气）成为照亮欧洲大部分地区街道和房屋的主要燃料。


而美国的天然气照明工业则始于1816年，马里兰(Maryland)的巴蒂尔摩市（Baltimore）开始将天然气用以街灯照明。相比自然的天然气而言，此时的天然气效率低下且对环境极为不利，天然气的商业化使用非常有限。


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▲中国上海第一盏煤气灯和被煤气灯照亮的美国印第安纳州


天然气在被广泛用以照明后，其商业化进程逐渐加快。1821年，美国第一口用于商业用途的天然气井是威廉·哈特（William Hart）在纽约弗雷多尼亚（Fredonia）村钻探，用于照亮该村主要街道上的100盏路灯。他创办的弗雷多尼亚煤气灯和水厂公司（Fredonia Gas Light and Water Works Company）被认为是美国第一家天然气企业，同时也是今天价值数十亿美元的能源公司National Fuel的前身。威廉·哈特因此被认为是美国“天然气之父”。


1885年，罗伯特·威廉·本生（Robert Wilhelm Bunsen）发明了本生灯（Bunsen burner），一种能安全燃烧混合天然气和空气的装置。本生灯的大范围推广也使得人们开始把天然气应用于烹饪和取暖，从而拓展了天然气的需求。但是由于天然气的开发需要相应的配套设施保证安全性，当时主流的燃料还是以容易获得的木材、煤炭为主，天然气产业仍旧未出现大规模的开采和商业贸易。

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▲美国20世纪20年代初的天然气井

随着管道技术的不断进步，长距离天然气输送在20世纪20年代后期变得切实可行。美国大型气田的出现以及长输管道的修建，助力了天然气产业大规模商业化的运作。


此后天然气化工研究工作也开始兴起，人们开始使用天然气分离生产甲醛、醋酸、乙炔、合成氨、合成橡胶等化工产品。1939年在瑞士一座市政发电站，世界上第一台发电用燃气轮机投入商业运行，这是第一个以天然气为动力的发电涡轮。


欧洲城市天然气管道建设和天然气管网计划的深入发展，以及后来战争与经济振兴的需求都不断推动天然气能源产业的革新与成熟。第二次世界大战后，天然气成为了工业新秀，而非仅仅用作公用照明或取暖。

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▲19 世纪 90 年代后期使用的天然气泵站

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▲20世纪20年代美国的阿斯托利亚光、热和电力公司


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▲20世纪30年代初的天然气汽车


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▲20世纪70年代后期的天然气合作社


1958年，第一条跨国长输管道从加拿大到美国。70年代开始，天然气的大容量长距离输送有了长足进步。1981年，世界第一条跨洲、跨海输气管道建成，即阿尔及利亚到意大利的跨地中海管道。


在输气管道建设以及配套储气设施逐步完善的背景下，天然气的跨国贸易越来越频繁，主要由俄罗斯、加拿大、北非、中东流向欧洲、美国和东亚地区。1980年以来，世界天然气贸易以约6%的速度增长着。


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▲20世纪40年代年意大利天然气管道施工


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▲20世纪60年代美国天然气管道施工

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▲1959年世界上第一艘LNG船-甲烷先锋号

新中国成立后，由于中国油气勘探开发技术的落后，我国最早的天然气产业局限于四川盆地，以多个小型气田为产量主体。上世纪70年代，初步建成了川渝输气管网，这是我国天然气发展的起步期。受当时“天然气作为宝贵的化工原料，烧掉可惜”的理念所限，国家政策不允许天然气作为城市燃气气源。”当时的天然气仅仅作为工业原料或燃料所使用，并且使用的地区仅仅局限于四川地区。


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▲20世纪初中国自贡天然气井架


改革开放以来到2001年左右，中国天然气进入缓慢增长期，石油仍然占据我国能源的首位。从2001年开始，中国的的天然气进入新时代。国民经济进入高速增长阶段，经济发展的能源需求也随之加快。随着塔里木、长庆等气区的发现和投产，全国主要管网持续快速建设，天然气的产量也越来越提高。


并且随着我国的开放政策和液化天然气技术的成熟，开始从国外进口天然气，天然气供应量大大增加。2004年以后，随着西气东输天然气管道建成投产，天然气开始大规模进入城市，并逐渐取代液化石油气和人工煤气成为我国主要的城市燃气。


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▲2014年签约的中俄天然气管道项目


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▲2014年中国勘探发现的“深海一号”大气田


如今，天然气是世界能源供应的重要组成部分。天然气约占美国工业所用能源的41%，2020 年天然气在美国能源消费结构中占比高达 34%，与第一大能源石油的占比相当。同期我国能源消费结构中的比例也达到了8.4%。


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▲2015年洛杉矶的甲烷气体泄漏是美国历史上最严重的环境灾难之一


近十多年来，随着技术的改革和创新，越来越多的新型天然气产业开始出现并不断发展。其中受到关注的包括：天然气合成液体石油(Gas to Liq-uids)、生物天然气（Bio Natural Gas）、混氢天然气（HCNG）、非常规天然气（Unconventional Gas）等。由于这些非传统意义的天然气产业不断壮大，天然气的使用率和附加值也在不断提高。


全球变暖导致的冰川融化

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甲烷是一种非常强大的温室气体，其吸热能力约为二氧化碳的25倍。尽管天然气长期以来一直被认为是一种相对清洁的能源，但储存设施和管道以及运输过程中释放的甲烷会导致全球变暖，仍然是一个备受关注的问题。

虽然天然气的开采和利用在全世界范围内得到鼓励支持，但仍然需要警惕它的缺点。

不可再生

和煤炭和石油的化石燃料一样，天然气是一种不可再生资源，也是现代经济中不可持续的燃料来源。要为我们的世界提供远大的未来燃料，就需要转向可再生资源。

环境污染

水力压裂法是开采天然气的主要形式，要求用大量掺入化学物质的水灌入页岩层进行液压碎裂以释放天然气。水力压裂液会污染地下水，流体的回流会留在地下处理井中。这种提取方法增加了化学污染和侵蚀的风险，对环境造成破坏。

气候变化

天然气主要由甲烷组成，甲烷是一种比二氧化碳更有效的温室气体。这意味着甲烷比二氧化碳捕获更多的热量。油井和运输管道中的泄漏会将大量甲烷释放到环境中。这对全球气候变化产生了负面影响，并扰乱了生态系统中的化学成分。

用气安全

根据中国城市燃气协会统计，2021年全年共收集到媒体报道的国内（不含港澳台）燃气事故1140起，造成106人死亡，763人受伤。今年第一季度已发生278起，每年天然气事故屡见不鲜，安全使用问题不可忽视。


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