1、1,天然氣基礎(chǔ)知識(shí),馬國(guó)光 TELE-MAIL:SWPIMGG126.COM,石油工程學(xué)院油氣儲(chǔ)運(yùn)研究所 西南石油大學(xué)設(shè)計(jì)研究院,2,一、然氣概述,1、燃?xì)獾母拍罴胺诸?燃?xì)獾姆诸?燃?xì)猓涸诰哂兄嘉?、著火源、可燃?三者同時(shí)存在時(shí)可以控制燃燒的氣體。,天然氣,人工燃?xì)?液化石油氣,生物氣 （沼氣）,新型合成能源,3,2 、 天然氣的概念及分類,組成以甲烷為主，同時(shí)還含有少量的二氧化碳、 硫化氫、氮和微量的氦、氖、氬等氣體。,石油伴生氣,凝析氣田氣,礦井氣,隨石油一起開采出來、經(jīng)分離而獲得,含石油輕質(zhì)餾分 的凝析的氣田氣,從井下煤層抽出 來的可燃?xì)怏w,從氣井開采 出來

2、的氣田氣,純天然氣,天然氣,一次 能源,一、然氣概述,4,3 、 人工燃?xì)獾母拍罴胺诸?一般將固體或液體燃料通過加工后獲得的可燃?xì)怏w， 用于作為城市民用和工業(yè)使用的氣體燃料。,氣化煤氣 CH4和H2,油制氣 H2、 CH4和CO,高爐煤氣 CO和N2,在1.5-3.0MPa時(shí)以煤為原料采用純氧和水作為氣化劑生成高壓煤氣 (水煤氣、發(fā)生爐煤氣),利用重油或石蠟油經(jīng)過 熱裂解制取的城市燃?xì)?蓄熱裂解和催化裂解,冶金廠在高爐煉鋼（鐵） 時(shí)的副產(chǎn)品，主要組 分為一氧化碳和氮,利用高爐、伍德爐、主箱爐對(duì)煤進(jìn)行干餾所得的氣體 熱值為16.7MJ/M,干餾氣 CH4和H2,人工燃?xì)?二次 能源,一、然氣概述

3、,5,1.4 液化石油氣、沼氣及新型能源,液化石油氣（LPG）：開采和煉制石油過程中作為副產(chǎn)品而獲得的 一部分碳?xì)浠衔铩?主要成分：C3H8（丙烷）、C4H10（丁烷）、 通稱為C3、 C4。 常溫常壓下呈氣態(tài)，升壓或降溫易液化；氣態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)體積縮小250-300倍。呈氣態(tài)時(shí)比空氣重，易于積聚低洼處。,生物氣（沼氣）：多種有機(jī)物（蛋白質(zhì)、纖維素、脂肪、淀粉等） 在隔絕空氣的條件下發(fā)酵，同時(shí)在微生物的作用 下產(chǎn)生的可燃?xì)怏w 主要成分：CH4（60%）、 CO2。,二次 能源,可再生 能源,新型合成能源：對(duì)化工原料進(jìn)行化學(xué)處理，加工制成的新型燃料，如二甲醚,一、然氣概述,6,2.1天然氣的組成

4、天然氣的組分以甲烷為主，含有少量的二氧化碳、硫化氫、氮和微量的惰性等氣體，平均密度為0.75 0.8 Kg/Nm3左右。甲烷的理論燃燒溫度為1970 ，最大燃燒速度為0.38米/秒,爆炸濃度極限為5 15， ，在0.1MPa、-162的情況下可由氣態(tài)天然氣轉(zhuǎn)換成液態(tài)天然氣（LNG），氣液比為625：1，即一立方液體天然氣（LNG）氣化后可以形成625立方氣體天然氣。,二、天然氣基礎(chǔ)知識(shí),7,天然氣的主要成分是甲烷，基本不含硫，是無(wú)色、無(wú)毒、無(wú)腐蝕性氣體。 天然氣的熱值為8500 9500大卡/立方；密度約0.75 0.8 kg/Nm3 ，比空氣輕，容易逸散。 相對(duì)密度：天然氣的相對(duì)密度是指相同

5、壓力和相同溫度條件下，天然氣的密度和空氣密度之比，約為0.580.62 天然氣燃燒后生成二氧化碳和水，煙氣清潔，不污染大氣 CH42O2 CO22H2O 綠色潔凈能源,是理想的城市氣源。,二、天然氣基礎(chǔ)知識(shí),8,1、密度：指單位容積所含有的重量。 液化石油氣的氣態(tài)密度為2.0 2.5kg/Nm3 天然氣的密度為： 0.75 0.8 kg/Nm3 2、比重：天然氣的比重指單位容積的天然氣所具有的密度，同相同狀態(tài)下空氣密度的比值，也叫相對(duì)密度或相對(duì)比重。 天然氣的比重：0.580.62,2.2天然氣基本特性,二、天然氣基礎(chǔ)知識(shí),9,3、熱值：?jiǎn)挝蝗莘e天然氣完全燃燒所放出的熱量，成為該天然氣的熱值。

6、 熱值分為高熱值和低熱值。 高熱值是指單位天然氣完全燃燒后，其煙氣被冷卻到初始溫度，其中的水蒸氣以凝結(jié)水的狀態(tài)排出時(shí)，所放出的全部熱量。 低熱值是指單位天然氣完全燃燒后，其煙氣被冷卻到初始溫度，其中的水蒸氣以蒸氣的狀態(tài)排出時(shí)，所放出的全部熱量。,二、天然氣基礎(chǔ)知識(shí),10,天然氣的低熱值大約為36000 46000 KJ/m3， 液化石油氣的低熱值大約為88000 12000KJ/m3。 煤 ：29308kJ/kg 干木材：12560kJ/kg 熱值的換算 常用熱值單位有：兆焦每標(biāo)準(zhǔn)立方米（MJ/Nm3）、千卡每標(biāo)準(zhǔn)立方米（kcal/Nm3）。 焦（J）、卡（cal）是功、能和熱量的常用單位。

7、1000cal=1kcal=4.186kJ=4186J 1MJ=1000kJ=106J Nm3是指標(biāo)準(zhǔn)立方米，即在101325Pa，20下的體積。,二、天然氣基礎(chǔ)知識(shí),11,4、著火溫度 燃料能連續(xù)燃燒的最低溫度，稱著火溫度。 在常壓（大氣壓）下，液化石油氣的著火溫度為365 460，天然氣的著火溫度為270 540，城市煤氣著火溫度為270 605。其著火溫度比其它燃料要低的多，所以又叫易燃?xì)怏w。,二、天然氣基礎(chǔ)知識(shí),12,5、爆炸極限： 可燃?xì)怏w和空氣的混合物遇明火而引起爆炸時(shí)的可燃?xì)怏w濃度范圍稱為爆炸極限。在這種混合物中當(dāng)可燃?xì)怏w的含量減少到不能形成爆炸混合物時(shí)的那一含量，稱為可燃?xì)怏w的

8、爆炸下限；而當(dāng)可燃?xì)怏w的含量一直增加到不能形成爆炸混合物時(shí)的那一含量，稱為爆炸上限 天然氣爆炸濃度極限為5 15,天然氣的爆炸是在一瞬間產(chǎn)生高壓、高溫的燃燒過程，爆炸波可達(dá)到2000-3000m/s，破壞力極大。,二、天然氣基礎(chǔ)知識(shí),13,6、標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)與標(biāo)準(zhǔn)體積 在天然氣工業(yè)中，通常用天然氣在某種特定狀態(tài)下的體積作為計(jì)量單位，這些的狀態(tài)稱為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)或基準(zhǔn)狀態(tài)，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積稱為標(biāo)準(zhǔn)體積。常用的標(biāo)態(tài)有三種。 7、天然氣的組成表示方法 有三種表示方法： 體積分?jǐn)?shù)（百分比） 摩爾分?jǐn)?shù) 質(zhì)量分?jǐn)?shù),二、天然氣基礎(chǔ)知識(shí),14,8、天然氣的相對(duì)分子質(zhì)量、密度及相對(duì)密度 相對(duì)分子質(zhì)量： 密度：?jiǎn)挝惑w積天然氣

9、的質(zhì)量 相對(duì)密度：在同溫同壓下（或標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下）天然氣的密度與空氣密度之比。 9、天然氣的粘度 表示天然氣流動(dòng)的難易程度，其與天然氣的相對(duì)分子質(zhì)量、組成、壓力和溫度有關(guān)。低壓下，壓力變化對(duì)粘度影響不明顯，此時(shí)溫度升高，粘度增大;相對(duì)分子量增大, 粘度減少，非烴類氣體的粘度比烴類氣體粘度高。在高壓下，氣體的粘度隨壓力增大而增大，隨溫度增高而降低，隨相對(duì)分子質(zhì)量的增大而降低。,二、天然氣基礎(chǔ)知識(shí),15,粘度有兩種表示方法： 動(dòng)力粘度： 運(yùn)動(dòng)粘度 ： 單位：m2/s,二、天然氣基礎(chǔ)知識(shí),16,10、天然氣的含水量 是指天然氣中水蒸氣的含量，與天然氣的溫度和壓力有關(guān)。壓力不變，溫度升高天然氣含水量越高，

10、溫度不變，壓力升高，天然氣的含水量減少。 天然氣的含水量通常用絕對(duì)濕度、相對(duì)濕度和露點(diǎn)來表示。,單位體積或單位質(zhì)量天然氣中所含水蒸氣的質(zhì)量,單位體積或單位質(zhì)量天然氣中所含水蒸氣的質(zhì)量與相同條件下呈飽和狀態(tài)的單位體積天然氣中所含水蒸氣的質(zhì)量之比。,在一定壓力下，天然氣中剛有一滴露珠出現(xiàn)時(shí)的溫度。,二、天然氣基礎(chǔ)知識(shí),17,11、天然氣的壓縮因子 對(duì)于理想氣體，其狀態(tài)方程（PVT方程）為： 而實(shí)際氣體其狀態(tài)方程為： 反應(yīng)了實(shí)際氣體與理想氣體的偏離程度。表示在分子量、溫度與壓力均相等的條件下，真實(shí)氣體與理想氣體的比容之比。 真實(shí)氣體的Z值不但取決于其化學(xué)組成，還取決于其溫度于壓力。壓縮因子的求解有經(jīng)

11、驗(yàn)圖解法、經(jīng)驗(yàn)公式法。還可以用狀態(tài)方程來求解，包括：范得華方程、R-K方程、S-R-K方程、BWR方程、BWRS方程等。,二、天然氣基礎(chǔ)知識(shí),18,12、天然氣的比熱（容） 單位數(shù)量的氣體溫度升高1 所需要的熱量。有三種比熱。其還與加熱的過程有關(guān)，分為定壓比熱CP和定容CV比熱。 CP-CV=R CP/CV=K 氣體混合物在低壓下的比熱可根據(jù)各組分的比熱用摩爾分?jǐn)?shù)加合法或質(zhì)量分?jǐn)?shù)加合法求得：,二、天然氣基礎(chǔ)知識(shí),19,13、天然氣的導(dǎo)熱系數(shù)（熱導(dǎo)率） 在溫差為1K時(shí)，每秒通過單位面積、單位長(zhǎng)度物質(zhì)的熱量稱為導(dǎo)熱系數(shù)，其表示物質(zhì)傳遞熱量的性能。 其單位為： J/（m.s.K）或者W/(m.K)

12、在較高壓力條件下，天然氣混合物的導(dǎo)熱系數(shù)利用常壓下的導(dǎo)熱系數(shù)和對(duì)壓力的校正值求得，即,二、天然氣基礎(chǔ)知識(shí),20,14、天然氣與其它燃?xì)獾膮^(qū)別 人工煤氣含810%有毒的一氧化碳?xì)怏w，萬(wàn)一泄漏若處理不當(dāng)會(huì)對(duì)人體造成傷害，而天然氣不含有毒的一氧化碳?xì)怏w、萬(wàn)一泄漏不易引發(fā)中毒事故，只有大量泄漏使空氣中氧氣濃度降低才會(huì)對(duì)人體造成窒息傷害； 液化石油氣比空氣重，若泄漏容易積聚在居室下部不易擴(kuò)散，且液化石油氣的爆炸下限為1.5%，因此液化石油氣若泄漏造成爆炸、火災(zāi)的危險(xiǎn)性較大。,二、天然氣基礎(chǔ)知識(shí),21,天然氣比空氣輕，泄漏后易從窗戶溢出，爆炸下限大于5%且爆炸極限范圍小，萬(wàn)一泄漏不易引發(fā)爆炸事故；因此其安

13、全性比人工煤氣和液化石油氣的安全性要好； 天然氣的熱值高，是人工煤氣的2.3倍，因而比人工煤氣耐用； 天然氣的雜質(zhì)含量極少是潔凈能源，其燃燒所造成的污染僅為石油的1/40、煤炭的1/800； 所以天然氣以其比人工煤氣、液化石油氣更清潔、快捷、高效、安全的優(yōu)勢(shì)已被世界廣泛采用。主要用于發(fā)電、化工原料并廣泛用于民用及商業(yè)燃?xì)狻?二、天然氣基礎(chǔ)知識(shí),22,15、天然氣毒性 天然氣的主要成分是甲烷（CH4），它本身是一種無(wú)毒可燃的氣體。同其它所有燃料一樣，天然氣的燃燒需要大量氧氣（O2）。如果居民用戶在使用灶具或熱水器時(shí)不注意通風(fēng)，室內(nèi)的氧氣會(huì)大量減少，造成天然氣的不完全燃燒。不完全燃燒的后果就是產(chǎn)生

14、有毒的一氧化碳（CO），最終可能導(dǎo)致使用者中毒。 2CH4+3O22CO+4H2O,二、天然氣基礎(chǔ)知識(shí),23,天然氣從氣田開采出來，要經(jīng)過處理、液化、航運(yùn)、接收和再氣化等幾個(gè)環(huán)節(jié)，最終送至終端用戶。液化過程能凈化天然氣，除去其中的氧氣、二氧化碳、硫化物和水。這個(gè)處理過程能夠使天然氣中甲烷的純度接近100%。,井場(chǎng)裝置,井場(chǎng)裝置,集氣站,天然氣處理廠,礦場(chǎng)壓氣站,干線首站,三、天然氣開采集輸,24,管道天然氣 指通過長(zhǎng)輸管道把天然氣引入到各個(gè)城市。 液化天然氣（縮寫為L(zhǎng)NG）指在一個(gè)大氣壓下，天然氣被冷卻至約 -162時(shí)，可以由氣態(tài)轉(zhuǎn)變成液態(tài)，其體積約小為同量氣態(tài)天然氣體積的1/625，重量?jī)H為

15、同體積水的45%左右。 壓縮天然氣（縮寫為CNG）指把天然氣加壓到2025Mpa的壓力后以氣態(tài)儲(chǔ)存在容器中的方式。它與管道天然氣的組分相同。,四、天然氣的供應(yīng)方式,25,1壓縮天然氣（CNG） Compressed Natural Gas,簡(jiǎn)稱CNG,是天然氣加壓以氣態(tài)儲(chǔ)存在容器中。它與管道天然氣的組分相同。CNG可作為車輛燃料利用。供應(yīng)方式由加氣站、減壓站和壓縮天然氣槽車三部分組成。在加氣站對(duì)從高壓長(zhǎng)輸管線來的天然氣過濾、計(jì)量，然后經(jīng)過天然氣壓縮機(jī)壓縮加壓后，壓力達(dá)到2025Mpa，再經(jīng)過高壓深度脫水，充入高壓鋼瓶組槽車。通過公路運(yùn)輸方式，把壓縮天然氣運(yùn)送至使用城市的減壓站，減壓站調(diào)壓、計(jì)量

16、、加臭后再進(jìn)入城市燃?xì)夤芫W(wǎng)，向居民用戶及商業(yè)用戶、工業(yè)企業(yè)用戶、采暖通風(fēng)和空調(diào)用戶供應(yīng)天然氣。,四、天然氣的供應(yīng)方式,26,CNG加氣站流程圖,過濾器,0.3MPa 天然氣氣源,計(jì)量,緩沖罐,壓縮機(jī),脫水裝置,加氣島,高壓鋼瓶拖車,21MPa,21MPa,20MPa,使用的地方,詳見附圖：標(biāo)準(zhǔn)站、子母站,四、天然氣的供應(yīng)方式,27,標(biāo)準(zhǔn)站,四、天然氣的供應(yīng)方式,28,子母站,四、天然氣的供應(yīng)方式,29,2.液化天然氣（ LNG） 當(dāng)天然氣在一個(gè)大氣壓下，冷卻至約-162度時(shí)，天然氣由氣態(tài)轉(zhuǎn)變成液態(tài)，稱為液化天然氣（Liquefied Natural Gas，縮寫為L(zhǎng)NG）。其體積約為同量氣態(tài)天

17、然氣體積的1/625，LNG的重量?jī)H為同體積水的45%左右。 天然氣從氣田開采出來，要經(jīng)過處理、液化、航運(yùn)、接收和再氣化等幾個(gè)環(huán)節(jié)，最終送至終端用戶。液化過程需凈化天然氣，除去其中的氧氣、二氧化碳、硫化物和水。這個(gè)處理過程能夠使天然氣中甲烷的純度接近100%。,天然氣液化過程,四、天然氣的供應(yīng)方式,30,一、LNG基本性質(zhì),液化天然氣其主要物理性質(zhì)為（氣田不同其性質(zhì)略有差異）： 甲烷含量：8199%； 液態(tài)密度：0.4210.485t/m3 ； 氣態(tài)密度：0.6880.872kg/m3； 氣化潛熱：510.25kJ/m3； 液態(tài)熱值：50.18MJ/kg； 氣態(tài)熱值：36.240.8MJ/m3

18、； 臨界壓力：4.49MPa； 臨界溫度：-182.3； 常壓沸點(diǎn)：-162.15； 熔點(diǎn)：-182； 燃點(diǎn)(氣態(tài) )650； 辛烷值：130（研究法）； 爆炸極限5%15%； 華白指數(shù)55MJ/m3左右； 液態(tài)體積與氣態(tài)體積比為1:（600625）。,31,一、LNG基本性質(zhì),表11 不同LNG產(chǎn)地的產(chǎn)品組成,32,國(guó)內(nèi)不同LNG產(chǎn)地的產(chǎn)品組成,一、LNG基本性質(zhì),33,國(guó)外不同LNG產(chǎn)地的產(chǎn)品組成,一、LNG基本性質(zhì),34,二、LNG特點(diǎn),LNG的特點(diǎn)： 1、低溫、氣液膨脹比大、能效高易于運(yùn)輸和儲(chǔ)存 LNG儲(chǔ)存成本僅為氣態(tài)天然氣的1/71/6，與輸氣管道比較輸送相同體積的天然氣，LNG輸送

19、管的直徑要小得多； 1標(biāo)準(zhǔn)立方米的天然氣熱質(zhì)約為9300千卡 1噸LNG可產(chǎn)生1350標(biāo)準(zhǔn)立方米的天然氣，可發(fā)電8300度。,35,二、LNG特點(diǎn),2.清潔環(huán)保：LNG被認(rèn)為是地球上最干凈的化石能源！ LNG作為汽車燃料，比汽油、柴油的綜合排放量小85%左右，其中CO排放減少97%，CO2減少90%，HC減少7080%，NOx減少3040%，微粒排放減少40%，噪音減少40%，而且無(wú)鉛、苯等致癌物質(zhì)。,36,3.靈活方便： LNG通過專門的槽車或輪船可以將大量的天然氣運(yùn)輸?shù)焦艿离y以到達(dá)的任何用戶。 4.安全可靠： LNG的燃點(diǎn)比汽油高230，比柴油更高；LNG爆炸極限比汽油高2.54.7倍。,

20、二、LNG特點(diǎn),37,LNG的廣泛用途 LNG作為一種清潔燃料，必將成為新世紀(jì)的主要能源之一。概括其用途，主要包括： (1)用作城市管網(wǎng)供氣的高峰負(fù)荷和事故調(diào)峰 (2)用作大中城市管道供氣的主要?dú)庠?(3)用作LNG小區(qū)氣化的氣源 (4)用作汽車加氣的燃料 (5)用作飛機(jī)燃料 (6)LNG的冷能利用 (7)分布式能源系統(tǒng),二、LNG特點(diǎn),38,三、天然氣與液化氣（LPG）比較,天然氣與液化氣的部分物理性質(zhì),結(jié)論：LNG安全性比LPG高； LNG比LPG更為環(huán)保。,39,密度0.420.46g/cm （420 460kg/m ） 1公斤（kg）=2.4升=1.4Nm 1升（L）=0.42kg=0

21、.001m =0.6Nm 1m3=600Nm =420公斤 460公斤 1噸=2.2m =1350Nm 1標(biāo)方天然氣發(fā)熱值為9300大卡左右。 1標(biāo)方天然氣相當(dāng)于1.1升汽油 1升柴油相當(dāng)于1.11.2標(biāo)方天然氣,LNG單位換算,40,3、液化石油氣（ LPG ） 根據(jù)來源不同可以分為，煉油廠石油氣、油田伴生氣、天然氣中獲得。 液化石油氣的重要性質(zhì)參數(shù) 液化石油氣的密度，有氣體密度和液體密度之分。液化石油氣的密度隨著溫度和壓力而變化，在壓力不變的情況下，氣態(tài)物質(zhì)的密度隨著溫度的升高而減小。標(biāo)況下液化石油氣的氣態(tài)密度約為1.92.5kg/Nm3。對(duì)于液態(tài)密度，溫度升高，密度減小，同時(shí)體積膨脹。液態(tài)密度一般為500600kg/m3 相對(duì)密度 分為氣態(tài)和液態(tài) 液化石油氣的著火溫度為426-537。 液化石油