천연가스(Natural Gas)는 천연적으로 지하에서부터 석유와 함께 매장되어 있는 기체 상태의 가스로, 석유 또는 석탄과 함께 중요한 에너지 자원으로 꼽힌다.
개요
천연가스는 지하에서 천연적으로 산출되어 지표 조건에서 기체상을 이루는 탄화수소물 및 비탄화수소 물질을 모두 일컫는다. 보통은 메탄을 주성분으로 하는 파라핀계 탄화수소로 구성된 가연성 천연가스를 가리킨다. 천연가스의 양은 온도 섭씨 15.6도, 압력 14.73 psia 상태를 기준으로 계산된다.[1] 천연으로 산출되는 탄산가스인 이산화탄소, 화산활동에 의하는 분기에 수반되는 아황산가스, 황화수소, 온천가스 등은 제외된다. 탄화수소를 주성분으로 하는 가연성 가스로, 특히 가공 기술이 발달함에 따라 근래에 들어 세계적인 에너지원으로 꼽히고 있다. 산출 상황에 따라 유전가스, 가스전 가스, 탄전가스로 분류되며, 유전가스는 석유와 생성원인이 같고, 원유 속에 녹아 있는 것이 채유 때 채취되는 유용형의 것이다.[2]
특징
화학적 성질
천연가스는 탄화수소 가스와 비 탄화수소 가스의 혼합물이다. 이 중 탄화수소 가스로는 메탄, 에탄, 프로판, 부탄, 펜탄 등이 있으며, 비 탄화수소 가스로는 헬륨, 아르곤, 라돈, 질소, 수소, 이산화탄소, 황화수소 등이 포함된다. 탄화수소 가스 중 메탄은 맨틀에서 기원하거나, 깊게 묻힌 유기물의 열적 성숙작용으로 형성되거나 지각 천부에서 박테리아에 의한 유기물의 분해작용으로 형성된다. 그 외의 탄화수소 가스는 모두 지각 깊숙한 곳에 묻힌 유기물의 열적 성숙작용으로 형성되며, 따라서 석유 탐사를 위한 시추 작업 중 미량으로 존재하는 탄화수소 가스의 양을 측정하여 탄화수소 가스의 양이 많아질수록 석유와 천연가스를 함유하고 있는 저류층에 근접하였음을 보여주는 지표로 사용하기도 한다. 천연가스에 포함된 비 탄화수소 가스 중 헬륨은 우라늄, 토륨, 라듐 등의 방사성 붕괴로 형성되며, 화강암 계열 기반암의 심부까지 뚫려 있는 시추공에서 주로 생산되는데, 헬륨은 공기보다 가볍고 수소보다 안전하기 때문에 많은 양이 생산되는 경우 상업적인 이용이 가능하다. 아르곤과 라돈은 칼륨과 라듐의 방사성 붕괴로 형성되며, 특히 라돈은 폐암을 일으키는 발암물질로 특별한 경제적 가치는 없다. 질소는 주로 기반암이 화성암인 지역에서 생산되는데, 지각 천부에서는 유기물의 분해로 일부 형성이 가능하며, 초중질유 탄산염암의 열적 변성과정으로 생성되기도 한다. 수소는 지하에 거의 존재하지 않으나 유기물의 열적 성숙과정에서 형성이 가능하다. 이산화탄소는 유기적 및 무기적 과정으로 형성되는데, 화산 지역이나 탄산염암에 화성암이 관입한 지역에 흔하며, 케로진이 열적 성숙작용을 받는 과정에서도 생성된다. 또한 천연가스에 많이 포함되어 생산되는 경우 이를 포집한 후 다시 저류층에 주입하는 형태로 삼차생산에 사용하기도 한다. 독성이며 매우 부식성이 강한 황화수소의 존재 유무에 따라 천연가스를 신가스와 단가스로 나누는데, 신가스에 포함된 황화수소 가스의 생성은 증발암과 탄산염암과 연관되는 경우가 많으며, 형성되는 예로는 화산지대 주변, 황산염 환원 박테리아를 포함한 현생 퇴적물, 그리고 경석고와 같은 증발암과 유기물이 반응하는 경우 등이 있다. 과거에는 이러한 신가스를 처리하기 위한 별도의 정유공장과 공정이 필요하여 생산 비용면에서 단가스에 비해 불리했으나, 최근 황화수소가 다량 포함된 천연가스의 정유 과정에서 황 성분을 추출하여 활용하는 방법으로 경제적인 이익을 얻기도 한다.[3]
종류
부존된 광상 종류 기준
- 유전가스 : 유전에서 원유와 함께 산출되거나 유리형 광상을 이루어 존재하는 천연가스이다.
- 수용성 천연가스 : 원유 또는 석탄의 광상을 갖지 않은 지층에서 주로 지층수 중에 용해된 채로 존재하는 가스이다.
- 탄전가스 : 탄층에서 생산되는 메탄가스이다.
- 캡 가스 : 유전가스에서 가스가 배사구조의 저류층에서 원유에 용해되지 않고 상부를 덮은 채 부존되어 있는 가스이다.
- 유용성 가스 : 저류층 내에서 원유에 용해되어 있는 가스로, 용존 가스로도 불린다.
- 구조성 천연가스 : 물이나 원유를 함유하지 않고 가스만을 분출하는 가스광상의 천연가스를 말하며, 수용성 천연가스에 대응된다.[1]
혼재여부 기준
- 수반가스 : 원유에 수반해서 지하에서 산출되는 천연가스를 말하며, 유정에서 산출되는 가스이므로 유정 가스 또는 케이싱헤드 가스라고도 부른다.
- 비수반가스 : 원유를 수반하지 않고 가스만 산출되는 천연가스로 원유로부터 유리되어 있다는 뜻에서 유리 가스 또는 자유 가스라고도 하며, 가스정에서 산출되는 가스정 가스가 이에 해당된다.
- 습성가스 : 유정에서 생산되는 가스로서 천연가스가 프로판 이상의 고급 탄화수소를 함유하여 상온 상압에서 액체성분을 생성하는 특징을 가지고 있다.
- 건성가스 : 습성가스와 대조적인 가스로 보통 원유가 생산되지 않는 가스전에서 생산된 가스를 일컫는데, 엄밀히 말하면 액상 탄화수소가 포함되지 않은 가스이다.
- 치밀가스 : 지질 구조상 통상적인 가스정에 비해 시추가 훨씬 어려운 가스유층에 부존되어 있는 가스이다.
- LNG : 미량의 메탄, 프로판, 질소 기타의 성분을 수반하는 메탄올을 주성분으로 한 가연성 천연가스를 저온인 영하 165.5도에서 인공으로 액화한 가스를 의미한다.
- 천연가스액체 : 갱정을 통해 산출된 천연가스에서 분리, 회수된 액체 탄화수소인 LPG 및 천연 가솔린 등을 총칭한다. 천연가스액체는 콘덴세이트를 포함하며, 유정 가스에서 추가로 분리되고 회수된 액체분인 에탄올, 펜탄, 프로판, 부탄, 천연 가솔린도 포함한다.
- LPG : 원유 정제 시 나오는 탄화수소가스를 비교적 낮은 압력을 가해 냉각 액화시킨 것이다. 주성분은 가정용, 버너용으로 많이 사용되고 있는 프로판과 자동차용으로 많이 사용되고 있는 부탄이며, 원래 무색 무취이나 누출 시 탐지를 용이하게 하기 위해 불쾌한 냄새가 나는 메르캅탄류의 화학물질을 섞어서 유통된다.
- 도시가스 : 배관을 통하여 수요자에게 공급되는 연료용 가스로, 석유정제 시 나오는 나프타를 분해시킨 것이나 액화석유가스 또는 액화천연가스를 원료로 사용한다.
- CNG : 천연가스를 운반이 용이하도록 압축한 것으로 디젤과 유사한 특성을 갖고 있어 버스 등의 대형 차량에 이용된다.
- 고체천연가스 : 메탄을 주성분으로 한 천연가스가 물과 결합하여 결빙된 것으로 1970년대 초 시베리아의 영구동토지대에서 발견되었다.
- 대체 천연가스 : 합성천연가스라고도 부르며 석유 및 석탄 등 탄소원으로부터 제조된 천연가스의 성상을 가진 가스이다.
- 오일가스 : 주로 나프타 등 경유분의 열분해 또는 접촉분해로 얻어지는 열량이 높은 연료가스로 도시가스와 혼합하여 사용된다
- 리치 가스 : 린 가스와 구별하여 천연가스 혹은 정유소 가스 중 액화하기 쉬운 가스인 에탄, 헥산을 다량 함유한 가스를 일컫는다.[1]
각주
참고자료
같이 보기
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