Газохи́мия, отрасль промышленности, основанная на применении химических процессов, сырьём в которых выступают углеводородные газы [низшие алканы от метана (СH₄) до бутана (C₄H₁₀)]. В зависимости от происхождения, углеводородные газы можно разделить на 2 группы: природные газы и газы нефтеперерабатывающих заводов.

Природный газ – газ, распространённый в природе в виде крупных залежей. Состав газа варьируется в зависимости от его происхождения. Месторождения природного газа делятся на 3 типа: газовые, газоконденсатные и нефтегазоконденсатные.

Газовые месторождения характеризуются высоким содержанием метана, до 98%, вследствие чего такой газ называют «сухим». Кроме метана в его состав могут входить углеводороды строения С₂–С₄ в количестве 1,5–7,0%.

Газоконденсатные месторождения отличаются от газовых наличием в составе газов более тяжёлых углеводородов, которые при выносе на поверхность во время добычи ввиду снижения давления и температуры представляют собой жидкость (конденсат), имеющую температуру кипения до 200–300 °С.

Углеводородные газы, растворённые в условиях пластового давления в нефти и выделяющиеся при её добыче, называются попутными нефтяными газами. В их состав входит метан (30–80%), этан (10–26%), пропан (7–22%), бутан и изобутан (4–7%), пентан (1–3%). Компоненты С₂–С₄ являются ценным сырьём для газохимии. Этановая фракция используется для получения этилена, а пропан и бутаны – для получения сжиженных углеводородных газов (СУГ). Попутные газы также содержат небольшие количества сероводорода, диоксида углерода и инертных газов.

К нетрадиционным источникам природного газа относят залежи газовых гидратов, которые представляют собой твёрдые кристаллические соединения с общей формулой C_nH_2n+2·xH₂O. Образование газовых гидратов происходит ввиду способности молекул метана и других лёгких углеводородов при высоком давлении и пониженной температуре внедряться в пустоты кристаллических структур, составленных из молекул воды. Запасы природного газа в виде газогидратной формы в несколько раз превышают ресурсы традиционного газа, нефти и угля вместе взятых. Около 98% газовых гидратов сконцентрировано в акватории Мирового океана, что затрудняет их добычу. Разработанные в настоящее время технологии по извлечению метана из газогидратов являются нерентабельными и требуют дальнейших исследований.

Газы нефтеперерабатывающих заводов представляют собой лёгкие продукты процессов вторичной переработки нефти, содержащие насыщенные и ненасыщенные углеводороды строения С₂–С₅, водород и сероводород.

Путём выделения индивидуальных компонентов и их переработки газы превращаются в энергоносители, экологически чистые моторные топлива и сырьё для крупнотоннажных химических процессов. Использование углеводородных газов в качестве источника энергии имеет ряд преимуществ. С экономической точки зрения добыча газа намного дешевле по сравнению с другими природными энергоносителями. Оборудование, используемое для его переработки и сжигания, менее громоздкое и металлоёмкое, при этом более износостойкое. Главным преимуществом применения газа является его экологичность: при сжигании выделяется гораздо меньшее количество углекислого газа в атмосферу, чем при использовании угля или нефтепродуктов.

Подавляющая часть выделенного метана используется в качестве топлива: промышленного, бытового и моторного. К процессам глубокой переработки метана относят его паровую конверсию, углекислотную конверсию, технологию «газ в жидкость» (gas-to-liquids, GTL) (получение жидких углеводородов путём химических превращений природного газа), получение технического углерода и технической газовой серы. Конверсией метана получают ацетилен, водород, синильную кислоту, синтез-газ (смесь СО и Н₂), галоид- и нитропроизводные метана.

Конденсат, отделённый от газа путём процесса сепарации, является сырьём для получения стабильного газового бензина. Оставшиеся после отделения метана и этана компоненты представляют собой широкую фракцию лёгких углеводородов (ШФЛУ), в состав которой входят сжиженные пропан, бутаны и пентаны. ШФЛУ используется для получения индивидуальных компонентов и СУГ на установках газофракционирования на нефте- и газоперерабатывающих заводах (ГПЗ).

Россия обладает почти 40% мировых запасов природного газа, в связи с чем газохимия получила широкое развитие. В состав газохимического комплекса входят установки по разделению газовых и газожидкостных смесей, их осушке (удалению влаги) и очистке от нежелательных примесей, установки стабилизации конденсата, газофракционирования, переработки ШФЛУ, получения серы, гелия и т. д.