天然气工业是怎么发展的？

天然气工业是怎么发展的？

天然气的发现历史已达数千年，但是，作为一种燃料，它直到最近才在我们的生活中变得重要起来，这种情况始于20世纪30年代。到了20世纪后期，天然气已经成为绝大多数工业化国家的一种独立的燃料资源。

早在公元前940年，中国古代劳动人民就利用一些空竹筒插入滨海来获取天然气了。当时人们用天然气煮沸海水，然后收集盐。一些专家说，当时的中国人可以钻深达2000ft（600m）的井。 日本人的钻井记录大概出现在公元前600年。

还有一些古代的人们注意到了从地下散发出来的天然气并发现它们可以燃烧。人们在这些神秘的“永恒火焰”处特意盖起了庙宇，以供那些信仰和崇拜这些火的人们一同顶礼膜拜。后来的报道注意到“火柱子”和一种发泡的神奇水，它可以“像油一样燃烧”。无独有偶，乔治·华盛顿描述了一种“可以燃烧的喷泉”。但是，这种现象出现得并不广泛，直到最近，天然气才得到了实际利用。

天然气工业的诞生

天然气工业在美国和欧洲的出现并不是起源于天然气本身，而是“人造”天然气，这是一种加热煤炭而产生的气体。这种“煤气”（又被称为“城市气”）出现在 19世纪早期，被用来点灯照明，改变了人们的生活方式。工厂从此可以有更多的工作时间，家庭成员可以在天黑以后在家中阅读报纸和书籍，而不必使用昂贵而危险的蜡烛照明。

William Murdon是一位英格兰发明家，他是最早认识到煤气是一种比煤炭更为方便的能源的人士之一，因为天然气可以用管线进行输送而且更加容易控制。在 1792年，他就用煤气在家中点灯照明，当时他四周的邻居还以为发生了爆炸。Murdon继续从事他的开发、储存和纯化煤气的工作，他所在的公司（Boulton & Watt公司，以蒸汽机出名）开始在英国与法国的工厂中实现煤气照明。1802年，为了庆祝英国与法国缔结和平条约，伯明翰市全部用煤气灯照明，引发了天然气工业发展的风暴。

同时，在法国，Phillippe Lebon进行了通过加热锯木架、木头和木炭而产生气体的实验。在 1799年，他获得了从木材中制得蒸馏气体的专利，他发明的天然气灯是最早的此类灯具之一，称为“热灯”，并于1802年在法国巴黎公开展示了自己的这一发明。然而，法国政府拒绝了Lebon关于大范围使用煤气灯照明的提议。而在欧洲大陆其他国家及英国，人们却对煤气照明产生了极大的兴趣。

一位德国企业家Frederick Winson，提出了关于生产更多的煤气并通过一套中心系统输送的工程方案。他创办了一个投资企业，以保证投资安全，并用这种煤气灯照明为英国女王祝贺生日。1807年，Winson在英国伦敦第一次展示了街头路灯照明，这也是世界上最古老的煤气灯装置之一。在与William Murdon争议之后，Winson于1812年创立了世界上第一个天然气配气公司。

早期的天然气配气系统采用木制管线，后来被金属管线 （与海军的机枪枪管相似的方法制造）代替。一些城市和乡镇安装了中心气站并铺设管线，到1819年，伦敦已经铺设了近300mile（482.7km）的天然气管线，为50000多个灶具提供天然气。

在大西洋区域，美国的企业跟上了欧洲企业的发展。1802年，Charles Peale于设在Philadephia的独立大厦的历史博物馆中试验了天然气照明。他的儿子Rembrand Peale于1816年受雇到Baltimore天然气装配照明系统公司，在那里，美国建立了第一个天然气公用设施。与英国的情况相似，天然气的配气系统也使用木制管线。许多天然气公司很快就在美国东部几个大城市中成立了。新奥尔良建立了美国南部第一个天然气公司，加拿大的第一家天然气公司在蒙特利尔成立。

到了19世纪后期，在美国有近千家销售煤气的公司，所出售的煤气主要用于照明，而煤气已经在世界上许多大城市中使用了。煤气灯已经不仅限于工厂和街道的使用，而且进入了家庭、教学楼、公共场所，在这些地方，人们可以尽情地享受夜生活。

遭遇竞A

虽然，早在 1815年，一种用于天然气测量的计量表就已经发明了，但绝大多数天然气用户所消耗的天然气在最初是不计量的。当时是根据用户所使用灯的种类和使用时间来记账付费的。用来测量用气量的煤气表于 1862年在英国伦敦被发明，而这种早期计量表的基本原理目前依然在使用。在 19世纪90年代，人们发明了一种投币式计量表，可以适应不同等级的煤气灯的计量和大量增加的煤气用户。

在1855年，当代最有意义的发明之一诞生了，这就是Bunsen燃烧炉，它可以产生灼热的蓝色火焰。这种炉具可以在燃烧前将空气与煤气预先混合在一起，在炉内煤气可以更加充分地燃烧，能够释放出更多的热量。这一原理向着天然气更大用途迈进了一大步。在 19世纪，还出现了更加复杂的煤气制造工艺，它可以使煤气的照明性能更加出色。

但是，到了19世纪后期，这种新生的煤气工业险些被电力照明所扼杀，这包括Thomas Edison（爱迪生）的电灯泡。Karl Auer （Baron von Welsbach）于1885年及时地发明了白炽天然气灯罩，才使得天然气工业免遭灭顶之灾。这种圆锥形的气罩 （图1.2）安装在煤气灯的火焰上，可以产生更加明亮的白色光，而早期的电灯泡发出的光则相对要暗一些。即使到了1920年，人们所生产的煤气中有 1/4的还是被用于照明，而这种灯罩依然被人们使用着，同时也可以装饰煤气灯。

图1.2　白炽煤气灯罩

当时另一项极有意义的进步是上推—惯流式炼焦炉的诞生 （图1.3），它是因炼铁和炼钢工业日益增长而导致高炉焦炭需求量大增的形势应运而生的。焦炭是一种固体，是制取煤气时炼焦过程中的副产品，它也可以用来进行室内加热。由于焦炭的用途，许多公共设施依然保持着 “焦炭”的名称。到了1920年，炼焦炉所生产的煤气已经达到了所有人造煤气的18.7%之多。

天然气工业继续多元化发展，天然气的用途已远远不止点灯照明。在美国，最早的天然气计量仪于 1840年左右出现，到了1897年，一种现代化的天然气用具诞生了——Goodwin公司制造的Sun Dial型炊具 （图1.4）闪亮登场。在4年内，第一家完全使用天然气设备的商店于 1887年在美国的罗德岛开张了。这些天然气设施公司的出现使得天然气炊具得到了大发展与极大的成功。到了1900年，天然气做饭已经成为该工业最为重要的用途。

图1.3　上推—惯流式炼焦炉

图1.4　 Goodwin式炊具

这些进展还在利用天然气热水方面产生了极大的推动。在 19世纪60年代初期，燃气炉被用于加热储水罐。循环式热水器这种便宜而有效的设施首次出现在 1883年，随后的几年中出现了带有热力学控制的热水器及自动控制的热水装置。

从人造煤气到天然气的过渡

在 19世纪早期，用于钻取水和卤水的井偶然会产出天然气。在绝大多数情况下，这种气体被认为是一种讨厌的东西，因为它会干扰这些水井的正常出水。通常，人们仅仅尝试着小规模地利用天然气。1821年，在纽约的Fredonia，一位名叫William Hart的军械工人钻成了美国历史上第一口天然气井，完井后他用一个大桶罩在了井口上，从这口浅井 （27ft，即8.2m）产出的天然气用几根木制的管子引到井口附近的家中。几年后，天然气被用于城市的街道照明，以表达对Lafayette（拉法耶特）将军到访的敬意。

从1830年到1840年，人们又在宾夕法尼亚、纽约和西弗吉尼亚等地钻成了几口天然气井，包括位于乔治·华盛顿附近的“燃烧的泉水”一带钻成的一口1000ft（300m）的深井。这口井中的天然气具有足够的压力把 150ft（50m）高的水柱射到空中。这一时期，天然气的使用还仅限于气井四周的用户，其主要原因就是早期的输气管线无法长途输送。

第一个天然气公司于 1865年在Fredonia成立时，人们已经在宾夕法尼亚的Titusville发现了石油，那是世界上第一口成功的石油钻井。在随后的石油钻井中，钻井工人尽量避开天然气。如果没有输送管线之类的设备，这种钻井技术是难以控制和使用的。钻井时，采出的石油用马车等运离油井。而在钻采石油的过程中所发现的天然气是无法控制的，但技术人员可以将这些井放喷数周或数月，以期最终能够采出石油，与这些石油一同产出的天然气通常被点火烧掉。

在宾夕法尼亚州，天然气最早被应用于钢铁工业，这也刺激了天然气的应用，尤其是在Pittsburgh地区的应用。这儿，好几家公司组织起来，将天然气进行短途运输，抵达州内各个钢铁厂。1885年，Andrew Carnegie注意到，每天用于钢铁制造业的天然气可以代替10000t的煤炭。然而，这种“繁盛”是短暂的，因为已经探明的天然气很快就被耗尽了。到了1900年，Pittsburgh的钢铁工业又回头使用煤炭了。

在接下来的25年中，天然气的供应依然没能恢复到以前大发展的势头。一些早期开发的天然气田迅速地荒废了，而且，一些修建得很差的管线也出现了裂缝。到了1920年，这种颓势得到了遏制，但是在一些油田中，依然有大量的天然气被烧掉了，这种情况一直延续到20世纪50年代初期。

输气管线的延伸

随着管线技术的进步和天然气发现量的大增，天然气工业渐渐地开始了再次发展。1870年，在纽约的West Bloomfield钻井过程中发现了高产的天然气流。虽然一开始这些天然气被烧掉了，但后来终于通过第一条“远距离”管线被输送到了Rochester（图1.5）。这条管线是用松木材料制造的，仅长25mile（40km），而且其直径还不到1ft（30cm）。

天然气的高压输送始于1891年，是由印第安纳州石油天然气公司完成的， 由两条长达120mile（198km） 并行的天然气输送管线构成，从印第安纳气田铺设到了芝加哥。这两条管线中的天然气输送压力达到了525psi（3620kPa）。到1907年，该气田大量开采的天然气和所有被烧掉的天然气都实现了管线输送。

图1.5　早期管线中向Rochester输送天然气的木制管子

当得克萨斯州、俄克拉何马州和路易斯安那州发现了大量的天然气后，人们就采用了管线输送，将天然气输送到附近的市场。出于经济和技术上的原因，长距离的天然气输送依然没有被提到议事日程上来。而且，向美国的东部和西部的天然气输送依然受到了铁路和其他一些将会因燃料竞争而失去市场的人们的抵制。

但是，当20世纪20年代引入无缝钢管以后，天然气的输送就开始了蓬勃的发展。采用无缝钢管制成的管线可以将天然气在更高的压力下输送，因此可以使输送的天然气量大增。1911年，氧乙炔焊接技术的引入实现了钢管的长距离焊接，而且还开发了大体积天然气的测量技术。A.O.Smith在1927年发明了高强度的电焊接管线技术。

天然气的长距离输送使天然气的价格下降并使其具备了与其他燃料更大的竞争性，这也使得天然气的用途大增，可用于空间加热。

当然，天然气的这种运输证实了铺设更多输送管线的必要性，包括铺设并行的双管线，以便为已经使用了天然气的城市提供更多的用气。为了避免那些早期产出天然气田的枯竭，并进一步满足用户对天然气的需求，一些联合公司应运而生，实现了从天然气开采、输送、分配再到用户的一条龙服务。在 1925年之前，最长的输气管线为300mile （500km），而到了1931年，人们就修建了多条长距离输送系统。

由于 1929年的经济衰退和第二次世界大战中对钢铁使用的限制，在20世纪30—40年代，天然气的管线建设出现了暂时的停顿。在这一时期，美国的天然气工业几乎全部限于对人造煤气的配送方面，而那些容易发现大型天然气田的区域则是例外。

在那次经济衰退时期，几乎没有制造什么与天然气工业有关的设备，所以，第二次世界大战对燃料的极大需求，使得绝大多数生产天然气的公司极度缺乏。那些曾经被斥责为过时的工厂也纷纷重新上马。但是，二战结束之后不久，经济迅速复苏，而且长距离的输气管线的铺设也得到了大力发展。到 1950年，天然气管线的长度就超过了输油的管线。

参考文献

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