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天然氣主要成分烷烴,其中甲烷占絕大多數,另有少量的乙烷、丙烷和丁烷,此外一般有硫化氫、二氧化碳、氮和水氣和少量一氧化碳及微量的稀有氣體,如氦和氬等。天然氣在送到最終用戶之前,為助于泄漏檢測,還要用硫醇、四氫噻吩等來給天然氣添加氣味。
天然氣不溶于水,密度為0.7174kg/Nm3,相對密度(水)為約0.45(液化)燃點(℃)為650,極限(V%)為5-15。在標準狀況下,甲烷至丁烷以氣體狀態存在,戊烷以上為液體。甲烷是最短和最輕的烴分子。有機硫化物和硫化氫(H?S)是常見的雜質,在大多數利用天然氣的情況下都必須預先除去。含硫雜質多的天然氣用英文的專業術語形容為"sour(酸的)"。