認識天然氣

台灣區瓦斯器材工業同業公會 總幹事 盧東岳

前言

天然氣(Natural Gas)俗稱天然瓦斯，它是碳氫化合物的混合物，也是現代工、商業、家庭所浦片使用的清潔能源，烈當作原料或燃料，醞釀量較原油多，且產地分布較廣。在廣義而言，天然氣是泛指蘊藏在地殼內的氣體總稱。其中，又可分成可燃性天然氣與不可燃性天然氣兩大類。一般人所謂之天然氣，係專指可燃性天然氣而言，至於不可燃性天然氣有火山氣之(CO2，SO2)溫泉氣(O2N2，H2S)等。

天然氣之來源

天然氣之發現甚早，在1667年英國Wigan地方有利用做點燈，1821年美國才開始利用，中國四川宋代即用煮鹽，謂之「火井」。台灣石油的最早發現，在清朝咸風末年(1861年)，於苗栗出磺坑地方，首先在該處發現石油，當時每天的產量約10斤，用做點燈。台灣在日治時代，於1903年正式由出磺坑第一油井鑽探成功後，在以後40年間共鑽井二百餘口，也都獲有天然氣。

民國49年(1960年)中國石油公司加深錦水第三十八號井，獲得成功，發現深層具有更高度經濟價值的氣油田以後，台灣天然氣之生產，從此進入新的里程。台灣地區之油氣田經開採使用至今，目前尚有鐵覘衫氣田，出磺坑氣田、錦水、青草湖、永和山、白砂屯氣田及新營與八掌溪氣田，由於長期開採及使用人口的成長，史自產天然氣逐漸感到不足，因此，政府自民國79年(1990年)啟用位於高雄永安液化天然氣接收站，將印尼、馬來西亞進口之液化天然氣，利用氣化器轉化為氣態之天然氣，再以大型口徑地下輸氣管輸送至各地供氣中心，供應電廠，城市瓦斯公司，及工業用戶使用。

天然氣之成份

天然氣與液化石油氣一樣，皆具無色、無毒、易燃、易爆的特性，同樣基於安全考量，瓦斯公司供應之天然氣皆遵照政府之法令規定加臭味劑，以防止天然氣易外洩漏而造成危險。國內自產天然氣因產原及產氣層的不同生成之天然氣成份、熱值與比重，皆有所差異，各產源天然氣主要成份見表1，其中以鐵覘山氣田產出之天然氣熱值最高為987Kcal/sm3，而出磺坑氣田，產出天然氣熱值最低為5626Kcal/sm3，但政府為使器具之使用方便，經中國石油公司調配後，以8500~8900Kcal/sm3(9825~9345Kcal/Nm3)之熱值供應國內家庭用戶來使用(註一)。

天然氣之比重

通常液體比固體的比重，都以在一個大氣壓之下4°C時的純水密度做標準，和他相比的結果。但氣體則以一個大氣壓之下60°F時空器的密度做標準，和它相比的結果。又可經由氣體定律的演算，得出氣體的比重，等於它的分子量除以空氣的分子量。即: 天然氣的比重-天然氣的分子量 28.9644

天然氣因所含的成份不同，因此，它的比重也各不相同，如已知它的成份，則可用計算的方法求出它的比重。例如某一天然氣的成份，經分析結果如下：

二氣化碳 5.3%

甲 烷 90.1%

乙 烷 30.1%

丙 烷 1.0%

異 丁 烷 0.3%

正 丁 烷 0.2%

把表2所列各種成份的比重乘以含量，然後相加，即可求得該種天然氣的比重為0.6388，如表3所示。

天然氣之熱值

一定量的天然氣，再一特定的情況下燃燒所釋放出來的熱量，稱為該定量天然氣的熱值。

熱值分公制和英制兩種，公志的單位為卡路里(Calorie)，英制的英熱單位(British thermal unit) (Btu)，其定義如下：

(一)卡路里

純水一公克在一大氣壓的壓力下，從14.5℃升到15.5℃所需要的熱量稱之為「15℃卡路里」，以記號「cal 15」表示。一個cal 15等於4.1855焦耳。此外，一公克的水一大氣壓的壓力下，從0℃升到100℃所需熱量的百分之一稱之為「平均卡路里」，以記號cal表示。一個cal等於4.1868焦耳。因為水的比熱變化十分複雜，因此，精確的熱量單位都以焦耳為主。1948年國際度量衡總會決定以焦耳(J)為能量及熱量單位。

(二)英熱單位

純水一磅在一大氣的壓力下，從58.5°F升到59.5°F所需要的熱量稱之為英熱單位，以記號But表示。

上述兩種單位的換算如下:

1 Kcal=3.969Btu

1 Btu=0.252Kcal

1 Btu/ft3=0.1124Kcal/m3

1 Kcal/m3=8.8988 Btu/ft3

熱值可用熱量計測定，天然氣是在定量的流率下燃燒，它所含的熱值，則由流經熱量計的水鎖升高的溫度計算之。由於天然氣燃燒時，它所含的氫元素會產生水蒸氣，將水蒸氣所含的熱值扣除後的熱值，稱為淨熱值，否則，稱為總熱值。通常所謂的熱值，均係指總熱值而言。在一個大氣壓和60℉時，一立方公尺(m3)甲烷和空氣燃燒時，具有1012Btu，如附表4。

熱值也可以由分析所知的成份計算而得，例如某一種天然氣的成份，經分析結果得知含有二氧化碳5.3%，甲烷90.1%，乙烷3.1%，丙烷1.0%，異丁烷0.3%，丁正烷0.2%，把表4所列各種成份的熱值乘以含量，然後相加，即可得到該種天然氣在一個大氣壓和華氏60度時的熱值，如表5。

計算結果，該種天然氣的熱值在一個大氣壓和60℉時，為8982.80Kcal/m3，或1009.44 Btu/ft3。

天然氣之液化

天然氣在常溫與常壓之下為氣體，如遇大量越洋過海的輸送，因技術與經濟方面之限制，非常困難，例如攝氏零度和一大氣壓力之下，一公斤重的天然氣體積為1.4m3，但如壓力不變，而把溫度降低到攝氏162℃以下時，則1公斤重的天然氣體積只有0.0024m3，它的體積縮小為原來的1/600，而成為液體，如此，就很容易的利用特種船舶把變成液體的天然氣，輸送到世界各地。

天然氣在液化之前。必須先經過再處理，除去其中所含的雜質，例如H2S、CO2、H2O 以及重質的碳氫化合物，因此液化天然氣非常純淨。

由於天然氣為乾淨能源，因此我國政府亦鼓勵使用天然氣，因此，自民國79年啟用高雄永安接收站後，我國進口之液化天然氣，主要供應中南部區家庭使用(註二)，目前中國石油公司供應之液化天然氣熱值為15℃一大氣壓下熱值約9900Kcal/Sm3(10400Kcal/Nm3)，一般而言，天然器具適用之天然氣熱值範圍約在5%以內，因此，在台灣適用較低熱值(NG1)之器具，若使用較高熱值之天然氣(NG2)可能造成燃燒不完全之狀況，而適用較高熱值(NG2)的器具若使用較低熱值(NG1)的天然氣，可能造成熱效率降低，火焰較短，熱水不熱的現象。

(註二)進口之液化天然氣目前供應彰化以南的家庭使用。