1、歐洲航天局(ESA) China MERIS衛(wèi)星拍攝到的一張中國東部地區(qū)的照片 一層灰蒙蒙的煙霧籠罩在黃河附近的沿岸平原，并逐漸向黃海、東海地區(qū)擴(kuò)散。,緒 論：,衛(wèi)星遙感NO2濃度數(shù)據(jù)（全球）,Pollutants Emissions in China,(Unit: Mt),主要能源的CO2排放量,清潔、可再生能源可減少溫室氣體排放。 例如，風(fēng)電每提供100萬千瓦時電量，平均可減少600噸CO2排放量。,主要溫室氣體來源與含量,CO2排放量前五位的國家,胡錦濤主席在2004年6月1日院士大會報告中提出,我們必須把經(jīng)濟(jì)發(fā)展真正轉(zhuǎn)到依靠科技進(jìn)步和提高勞動者素質(zhì)的軌道上來，堅定不移地依靠科技進(jìn)步和創(chuàng)

2、新來實現(xiàn)全面、協(xié)調(diào)、可持續(xù)發(fā)展。 加強(qiáng)能源領(lǐng)域的科技進(jìn)步和創(chuàng)新，加強(qiáng)生態(tài)、環(huán)境領(lǐng)域的科技進(jìn)步和創(chuàng)新。 全面貫徹人才強(qiáng)國戰(zhàn)略，要堅持在創(chuàng)新實踐中識別人才，在創(chuàng)新活動中培養(yǎng)人才，在創(chuàng)新事業(yè)中凝聚人才，特別是要為年輕人才脫穎而出、施展才干提供更大的舞臺和更多的機(jī)會。,國際能源機(jī)構(gòu)預(yù)測（百萬噸標(biāo)油）,未來能源需求的特點(diǎn),總需求持續(xù)上升,（1）總量2020年比2000年增長50%以上，能源供應(yīng)形勢緊張； （2）在長一段時期內(nèi)，化石能源仍是主要的一次能源； （3）天然氣比例增加，石油減少； （4）可再生能源2030年前后大規(guī)模應(yīng)用。,未來能源需求的特點(diǎn),（1）為減少燃煤污染：大量使用天然氣、石油； （2）

3、為減少溫室氣體排放：注重節(jié)能和科學(xué)用能； （3）加速可再生能源開發(fā)：逐步建立可持續(xù)發(fā)展能源結(jié)構(gòu)。,環(huán)境保護(hù)對能源結(jié)構(gòu)影響大,未來能源需求的特點(diǎn),高新技術(shù)對能源技術(shù)影響大,新一代能源系統(tǒng)注意吸取國外經(jīng)驗教訓(xùn)，避免走彎路也是跨越式發(fā)展。,電力與新能源發(fā)電總裝機(jī)容量規(guī)劃,全球氣溫變化,1904,1914,1909,1919,1924,1929,1934,1939,1944,1949,1964,1969,1974,1954,1959,1979,1984,1989,1994,0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 -0.1 -0.2 -0.3 -0.4 -0.5,氣溫異常值,本世紀(jì)氣溫異常曲線,西南

4、中沙群島的油氣田分布,南沙油氣資源主要分布在曾母暗沙、萬安西和禮樂灘等10幾個盆地，總面積約41萬平方公里，油氣地質(zhì)儲量估計為350億噸。其中曾母暗沙盆地的油氣地質(zhì)儲量為126一137億噸。位于南沙群島 的海寧礁（Herald Reef）大約70公里南部。,文萊一沙巴地，禮樂灘盆地，西北巴拉望盆地及鄭和盆地等，總面積約71萬平方公里，在我斷續(xù)國界線內(nèi)的面積約26萬平方公里。,南沙群島全部或部分在我斷續(xù)國界線內(nèi)的新生代含油盆地有8個，即：曾母盆地，萬安盆地，中越盆地，安渡灘盆地，,第一章 天然氣的基本性質(zhì),中山大學(xué)工學(xué)院2010級熱能動力專業(yè) 二一二年九月二十一日,目 次（Contents）,1

5、.燃?xì)獾亩x及其分類,1.1定義,主要成分： 低級烴（甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、乙烯、丙烯、丁烯）； 氫氣和一氧化碳等可燃組分； 氨、硫化物、水蒸氣、焦油、萘和灰塵等雜質(zhì)所組成。,燃?xì)馐菤怏w燃料的總稱，它能燃燒而放出熱量，供城市居民和工業(yè)企業(yè)使用。,按燃?xì)鈿庠吹姆N類，通?？梢园讶?xì)夥譃樘烊粴狻⑷斯と細(xì)?、液化石油氣和生物質(zhì)氣（沼氣）。,沼氣是一種混合氣體，可以燃燒。沼氣是有機(jī)物經(jīng)微生物厭氧消化而產(chǎn)生的可燃性氣體。 沼氣一般含甲烷5070%，其余為二氧化碳和少量的氮、氫和硫化氫等。,華白數(shù),又稱為韋伯值（Wobbe Number） 表示一定壓力的氣體輸給燃燒器具的熱量 華白數(shù)= 式中：H標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下干

6、天然氣的高熱值，千卡/米3；比重（以標(biāo)準(zhǔn)狀況下空氣比重為1計）,燃料熱值,燃料熱值也叫燃料發(fā)熱量，指單位質(zhì)量 (指固體或液體)或單位的體積(指氣體)的燃料完全燃燒，燃燒產(chǎn)物冷卻到燃燒前的溫度(一般為環(huán)境溫度)所釋放出來的熱量。,高位發(fā)熱量和低位發(fā)熱量,高位熱值是指燃料在完全燃燒時釋放出來的全部熱量，即包括燃燒生成物中的水蒸汽凝結(jié)成水時的發(fā)熱量，也稱毛熱。 低位熱值是指燃料完全燃燒，其燃燒產(chǎn)物中的水蒸汽以氣態(tài)存在時的發(fā)熱量，也稱凈熱。,1.2 燃?xì)獾姆诸?天然氣含義：天然生成，并以一定壓力蘊(yùn)藏于地下巖層或縫隙中的混合氣體。它們埋藏在深度不同的地層中，通過井筒引至地面。,一、天然氣的組分,（1）烷

7、烴 通式為CnH2n+2，是目前已發(fā)現(xiàn)的大部分天然氣的主要成分。天然氣中可能存在的烷烴有：,在常壓20時，甲、乙、丙、丁烷為氣態(tài)，戊烷以上到C7H36為液態(tài)，C18H38以上為固態(tài)； 在天然氣中，庚烷以上的烷烴含量極少。,CH4甲烷 C2H6乙烷 C3H8丙烷 C4H10丁烷 C5H12戊烷 C6H14己烷 C7H16庚烷,（2）烯烴 通式為CnH2n，在大部分天然氣中僅以痕量存在。天然氣中可能存在的烯烴有：,C2H4乙烯 C3H6丙烯 C4H8丁烯,（3）芳香烴 天然氣中可能存在的有苯、甲苯、二甲苯和三甲苯。 （4） 非烴類 非烴類有氮?dú)?、硫化氫、氫氣、氦氣、氬氣、水蒸氣，還有硫醇、硫醚以及

8、二氧化碳等有機(jī)硫化合物。,（5）其它化合物 多硫化氫（H2Sx）。含硫天然氣氣藏中的多硫化氫會分解成硫化氫和硫磺。,瀝青質(zhì)。以膠溶態(tài)粒子的形態(tài)存在于氣相中，主要是脂肪族性質(zhì)的化合物。,硫磺沉積在油管、井口、礦場設(shè)備、集氣系統(tǒng)中，有時還會被帶到氣體加工廠； 瀝青質(zhì)不能用一般的重力分離法進(jìn)行分離； 瀝青質(zhì)的存在會引起固體干燥劑吸附和液相吸收系統(tǒng)操作困難。,小 結(jié)：,油田伴生氣基本不含硫化氫； 天然氣中CO含量通常不高，CO2含量一般占百分之幾，高的可達(dá)百分之幾十； 在空氣、天然氣和含放射性元素的礦石和某些礦泉水中都含有少量的氦。目前氦的主要來源是從含氦天然氣或從含氦天然氣為原料的合成氨尾氣中提取。

9、,二、天然氣的分類,天然氣的主要成分為甲烷，還含有乙烷、丙烷等低分子量烷烴和少量的氮?dú)狻⒍趸?、硫化氫和微量的氦、氬等其他非烴類氣體。根據(jù)其礦藏特點(diǎn)，可分為：,人工燃?xì)夂x：是指從固體或液體燃料加工所產(chǎn)生的可燃?xì)怏w。,干餾煤氣：對煤進(jìn)行干餾所獲得的煤氣稱為干餾煤氣，這類煤氣中甲烷和氫的含量較高，低發(fā)熱值在16700KJ/m3； 氣化煤氣：包括壓力氣化煤氣、水煤氣和發(fā)生爐煤氣； 油制氣：利用重油裂解制取的城鎮(zhèn)燃?xì)猓?高爐煤氣：冶金工廠煉鐵時的副產(chǎn)氣，主要成分是一氧化碳和氮?dú)狻?各類燃?xì)獾囊话憬M分與低熱值如下表所示。,我國“城鎮(zhèn)燃?xì)夥诸悺睒?biāo)準(zhǔn)對城市燃?xì)庾龀隽讼鄳?yīng)的分類，分類的指標(biāo)是國際上廣泛采用

10、的華白指數(shù)和燃燒勢。,表中華白指數(shù)為22.7，燃燒勢為94的人工煤氣的類別為5R； 華白指數(shù)是燃具相對熱負(fù)荷的一個度量； 燃燒勢反映了燃?xì)馊紵鹧嫠a(chǎn)生離焰、黃焰、回火和不完全燃燒的傾向性，是一項反映燃具燃燒穩(wěn)定狀況的綜合指標(biāo)。,燃燒勢是指反映預(yù)混火焰內(nèi)焰高度的指數(shù)，又稱燃燒過度指數(shù)。它的計算式為：,附錄：穩(wěn)定燃燒,火焰的穩(wěn)定性，是指在規(guī)定的燃燒條件下火焰能保持一定的位置和體積，既不回火，也不斷火。,火焰?zhèn)鞑ニ俣龋夯鹧嫦鄬τ跓o窮遠(yuǎn)處的未燃混合氣在其法線方向上的速度。,附錄：火焰穩(wěn)定的基本原理,要保證火焰前沿穩(wěn)定在某一位置上，可燃物向前流動的速度等于火焰前沿可燃物傳播的速度，這兩個速度方向相反，

11、大小相等，因而火焰前沿就靜止在某一位置上。 當(dāng)預(yù)混氣體流量很小時、使得出口斷面上的流動速度總是小于火焰?zhèn)鞑ニ俣葧r，火焰就會向管內(nèi)傳播，造成回火。 若流速過高，則會造成吹滅。,可燃?xì)怏w和空氣混合物在293K及1個大氣壓下的火焰前沿移動的正常速度值,2.燃?xì)獾奈锢砗蜔崃W(xué)性質(zhì),2.1 燃?xì)獾慕M成表示方法和密度,混合氣體的組分有三種表示方法：容積成分yi, 質(zhì)量成分gi, 和分子成分mi。,容積成分是指各組分的分容積與混合氣體的總?cè)莘e之比，即yi=Vi/V； 質(zhì)量成分是指各組分的質(zhì)量與混合氣體的總質(zhì)量之比，即gi=Gi/G；,分子成分是指各組分的摩爾數(shù)與混合氣體的摩爾數(shù)之比。由于同溫同壓下，1mol

12、任何氣體的容積大致相等，因此分子成分在數(shù)值上近似等于其容積成分。,燃?xì)馐嵌嘟M分的混合物，不能用一個分子式來表示。通常將燃?xì)獾目傎|(zhì)量與燃?xì)獾哪枖?shù)之比稱為燃?xì)獾钠骄肿恿俊?式中，M-平均分子量，Mi-組分氣體分子量，yi-組分氣 體容積成分。,燃?xì)獾钠骄肿恿靠砂聪率接嬎?，即? 單位體積的燃?xì)馑哂械馁|(zhì)量稱為燃?xì)獾钠骄芏?。平均密度的單位為kg/m3。燃?xì)獾钠骄芏葹椋?在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，燃?xì)獾拿芏扰c干燥空氣密度的比值稱為相對密度，用符號S表示。,【例1-1】已知干燃?xì)獾娜莘e成分是甲烷27%，一氧化碳6%，氫氣56%，二氧化碳3%，氧氣1%，氮?dú)?%，CmHn為2%。求混合氣體平均分子量、平均密

13、度和相對密度。如含濕量為0.002kg/m3干燃?xì)?，求濕燃?xì)獾娜莘e成分及其平均密度。,3.求混合氣體的相對密度：,首先確定換算系數(shù)：,依次求得濕燃?xì)饨M分的容積成分：,5.求濕燃?xì)獾钠骄芏龋?一、臨界參數(shù) 混合氣體的平均臨界壓力和平均臨界溫度為：,2.1 燃?xì)獾奈锢砼c熱力學(xué)性質(zhì),（注：Pci-各組分的臨界壓力，MPa; Tci-各組分的臨界溫度）,二、實際氣體狀態(tài)方程,當(dāng)壓力低于1MPa,溫度在10-20之間時，燃?xì)庠趯嶋H工程中可以看成理想氣體。對高壓氣體，引入壓縮因子Z，得到實際氣體狀態(tài)方程：,壓縮系數(shù)Z是一個無因次系數(shù)。根據(jù)對應(yīng)狀態(tài)理論，在相同的對應(yīng)狀態(tài)下的氣體，對理想氣體狀態(tài)方程式的偏差

14、相同，即具有相等的Z值。,Z是由Tr、Pr查兩參數(shù)壓縮因子圖得到。,Tr = T / TC ； Pr = P / PC；Z=yizi,式中：Tc氣體的臨界溫度，Pc氣體的臨界壓力；T氣體的絕對溫度，P氣體的絕對壓力。,氣體的壓縮因子Z與對比溫度Tr、對比壓力Pr的關(guān)系,當(dāng)Pr 1， Tr=0.61.0,當(dāng)Pr 5.6， Tr=1.02.0,壓縮因子圖,適用范圍：特別適用于以烴為主要組成的任何一種天然氣，但當(dāng)天然氣中含有較多非烴組成時，則必須進(jìn)行非烴效正。,附：Redlich-Kwong方程：,RK方程是繼著名的范德華方程之后發(fā)表的最為廣泛使用的二參數(shù)狀態(tài)方程，適用于烴類、氮、氫等非極性氣體時精

15、度較高，對氨氣、水蒸氣等極性較強(qiáng)的氣體，則精度較差。,一、比熱 含義：單位質(zhì)量燃?xì)馍?吸收的熱量。,二、粘度 混合氣體的動力粘度可以近似按下式計算，即：,注：-混合氣體在0時的動力粘度（Pa.S）； i-組分氣體在0時的動力粘度（Pa.S）； gi-各組分的質(zhì)量成分（%）。,在絕對壓力小于1MPa的情況下，壓力的變化對粘度的影響較小。溫度的影響，卻不允許忽略。t時混合氣體的動力粘度為：,注：t-t時混合氣體的動力粘度（Pa.S）； T-混合氣體的熱力學(xué)溫度；C-混合氣體的無因次實驗系數(shù)，可用混合法則求得。單一氣體的C值由表1-4、1-5可以查到。,若已知天然氣的平均分子量M或相對密度S，欲求

16、某一壓力P和溫度T狀態(tài)下的粘度，可由0.1Mpa下的粘度再根據(jù)所給狀態(tài)算出對比壓力Pr， 由圖查得粘度比/1，則所求粘度為 ：,注：-壓力P和溫度T狀態(tài)下的動力粘度；1-0.1Mpa、t時混合氣體的動力粘度（Pa.S）。,由密度和相對密度計算天然氣的粘度：,根據(jù)天然氣所處壓力、溫度條件下的密度和標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的相對密度S，可按下式計算天然氣粘度：,注： T-溫度,K； S-相對密度； -標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下密度，kg/m3。,一、飽和蒸氣壓與溫度的關(guān)系 含義：液態(tài)烴的飽和蒸汽壓，簡稱蒸汽壓，就是在一定溫度下密閉容器中的液體及其蒸氣處于動態(tài)平衡時蒸氣所表示的絕對壓力。,蒸汽壓與密閉容器的大小及液量無關(guān)，僅取決

17、于溫度。 溫度升高時，蒸汽壓增大。,根據(jù)道爾頓定律，混合液的蒸汽壓等于各組分蒸汽分壓之和。,注：P-混合液體的蒸氣壓（Pa）;Pi-組分液體的蒸氣分壓（Pa）。,二、混合液體的蒸汽壓,根據(jù)拉烏爾定律，在一定溫度下，當(dāng)液體與蒸汽處于平衡狀態(tài)時，混合液體上方各組分的蒸汽分壓等于此純組分在該溫度下的蒸汽壓乘以混合液體中的分子成分，即：,注：xi-混合液體中該組分的分子成分（%）；pi-該組分在同溫度下的蒸汽壓（Pa）。,【例】：如果容器中為丙烷和丁烷所組成的液化石油氣，當(dāng)溫度一定時，其蒸汽壓取決于丙烷和丁烷含量的比例。,當(dāng)溫度一定時，p丙、p丁不變； p丙p丁； 丙烷的分子含量越高，液化石油氣的蒸汽

18、壓越高。,當(dāng)使用容器中的液化石油氣時，總是先蒸發(fā)出較多的丙烷，而剩余的液體中的丙烷的含量漸漸減少，所以溫度雖然不變，容器中的蒸汽壓也會逐漸下降。,15時容器中不同剩余量氣相組成和液相組成的變化情況。,（a）氣相組成的變化 （b）液相組成的變化,三、相平衡常數(shù),當(dāng)混合液體與其蒸汽處于平衡狀態(tài)時，各組分的蒸汽壓為:,根據(jù)混合氣體分壓定律，各組分的蒸汽分壓為:,由上兩式得到:,注：ki-相平衡常數(shù)； p-混合液體的蒸汽壓； pi-混合液體任一組分飽和蒸汽壓； yi-該組分在氣相中的分子成分（%）； xi-該組分在液相中的分子成分（%）。,相平衡常數(shù)表示：,在一定溫度和壓力下，汽液兩相達(dá)到平衡狀態(tài)時：

19、 某一組分在該溫度下的飽和蒸汽壓pi與混合液體蒸汽壓p的比值是一個常數(shù)ki； 氣相中某一組分的分子成分yi與其液相中的分子成分xi的比值是一個常數(shù)ki。,【例】：利用相平衡常數(shù)來計算液化石油氣的氣相組成或液相組成。 步驟： 確定系統(tǒng)的壓力或者相平衡常數(shù) 計算氣相組成或液相組成,【例1-5】 已知液化石油氣由丙烷C3H8、正丁烷nC4H10和異丁烷iC4H10組成，其液相分子組成為xC3H8=70%, xnC4H10=20%, xiC4H10=10%, 求溫度為20時系統(tǒng)的壓力和達(dá)到平衡狀態(tài)時的氣相分子組成。,解：運(yùn)用道爾頓和拉烏爾定律，得到系統(tǒng)的壓力為：,達(dá)到平衡狀態(tài)時，氣相分子組成為：,下面

20、利用平衡常數(shù)k計算： 當(dāng)溫度為20時，連接3、溫度為20的點(diǎn)交基線于A。又因為丙烷的蒸汽壓為0.846，連接A和蒸汽壓為0.846的點(diǎn)，得到丙烷的相平衡常數(shù)為kC3H8=1.26, 則20時丙烷的氣相分子成分為：,依此類推.,一、絕對濕度 絕對濕度：單位體積天然氣所含水汽重量，單位為mg/m3，用E表示。,二、相對濕度 在一定溫度和壓力下，天然氣的含水量如達(dá)到飽和，則這個飽和時的含水量稱為飽和濕度。相對濕度是指天然氣的絕對濕度與飽和濕度之比。,三、水露點(diǎn) 水露點(diǎn)：是指在一定壓力下的天然氣中，水蒸氣開始冷凝結(jié)露的溫度。,【例】：露點(diǎn)的直接計算(工程中，液化石油氣的儲存和輸送壓力在0.1-0.3M

21、Pa的范圍內(nèi)，有必要對他們進(jìn)行露點(diǎn)計算),計算公式：,式中，td-氣態(tài)液化石油氣的露點(diǎn)（）；p-氣態(tài)液化石油氣的壓力（MPa）；c-液化石油氣-空氣混合氣中液化石油氣組分的容積成分，對氣態(tài)液化石油氣c=1.0；yi-液化石油氣各組分的容積成分；ai-液化石油氣各組分的特性系數(shù)，見表1-11。,一、地層體積系數(shù)： 是指1標(biāo)準(zhǔn)立方米的天然氣在地層中所占據(jù)的體積，即在地層中的氣體體積與它在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積之比。,二、容積膨脹系數(shù) 容積膨脹系數(shù)是地層體積系數(shù)的倒數(shù)。一些液態(tài)碳?xì)浠衔锏娜莘e膨脹系數(shù)見表1-14。,表1-14 一些液態(tài)碳?xì)浠衔锏娜莘e膨脹系數(shù),三、液態(tài)碳?xì)浠衔锏娜莘e膨脹系數(shù),液態(tài)碳?xì)浠?/p>

22、合物的容積膨脹系數(shù)可按下式計算： 對于單一液體，,式中，v1-溫度為t1（）時的液體體積；v2-溫度為t2（）時的液體體積；-t1至t2（）溫度范圍內(nèi)的容積膨脹系數(shù)平均值。 對于混合液體，,式中，v2-溫度為t2（）時混合液體的體積；v1-溫度為t1（）時混合液體的體積；xi-溫度為t1（）時混合液體各組分的容積成分；i-各組分在t1至t2（）溫度范圍內(nèi)的容積膨脹系數(shù)平均值。,可燃性氣體和空氣的混合物遇明火而引起爆炸時的可燃?xì)怏w濃度范圍稱為爆炸極限。,在混合物中，可燃?xì)怏w的含量減少到不能形成爆炸混合物時的含量，此含量稱為可燃?xì)怏w的爆炸下限； 可燃?xì)怏w的含量增加到不能形成爆炸混合物時的含量，此含

23、量稱為可燃?xì)怏w的爆炸上限。,常用可燃?xì)怏w爆炸極限,常用可燃?xì)怏w爆炸極限,一、只含有可燃?xì)怏w的混合氣體的爆炸極限,按Le Chatelier法則計算：,式中，L-混合氣體的爆炸下（上）限（體積%）；L1、L2、.Ln-混合氣體中各可燃?xì)怏w的爆炸下（上）限（體積%）；y1、y2、.yn-混合氣體中各可燃?xì)怏w的容積成分（體積%）。,一、只含有可燃?xì)怏w的混合氣體的爆炸極限,按Le Chatelier法則計算：,式中，L-混合氣體的爆炸下（上）限（體積%）；L1、L2、.Ln-混合氣體中各可燃?xì)怏w的爆炸下（上）限（體積%）；y1、y2、.yn-混合氣體中各可燃?xì)怏w的容積成分（體積%）。,二、含有惰性氣體

24、的混合氣體的爆炸極限,當(dāng)混合氣體中含有惰性氣體時，可將某一惰性氣體成分與某一可燃?xì)怏w成分組合起來視為混合氣體的一種成分，其容積成分為兩者之和，爆炸極限可由圖1-12、圖1-13查得。再按下式計算這種燃?xì)獾谋O限，即：,式中，L-含有惰性氣體的混合氣體的爆炸下（上）限（體積%）； L1、L2、.Ln-由某一可燃?xì)怏w成分與某一惰性氣體成分組成的混合氣體中的爆炸下（上）限（體積%）； y1、y2、.yn-由某一可燃?xì)怏w成分與某一惰性氣體成分組成的混合氣體的容積成分（體積%）； L1、L2、.Ln-未與惰性氣體組合的可燃?xì)怏w的爆炸下（上）限（體積%）； y1、y2、.yn-未與惰性氣體組合的可燃?xì)怏w

25、的容積成分（體積%）。,隨著惰性氣體含量的增加，混合氣體的爆炸極限范圍將縮小。對于含有惰性氣體的混合氣體，也可以采用公式修正法計算爆炸極限，即：,式中，L-含有惰性氣體的混合氣體的爆炸下（上）限（體積%）；Lc-該燃?xì)獾目扇蓟谋ㄏ拢ㄉ希┫蓿w積%）；yN-含有惰性氣體的燃?xì)庵?，惰性氣體的容積成分（體積%）。,三、含有氧氣的混合氣體爆炸極限,當(dāng)混合氣體中含有氧時，則可認(rèn)為混入了空氣。對于這種含有氧氣的混合氣體，應(yīng)先扣除氧含量以及按空氣的氧氮比例求得的氮含量，并重新調(diào)整混合氣體中各組分的容積成分得到該混合氣體的無空氣基組成，再按下式計算混合氣體的爆炸極限：，即：,式中， LT-包含有空氣的混合

26、氣體的爆炸極限（%）； LnA-該混合氣體的無空氣基爆炸極限（%）； yAir-空氣在該混合氣體中的容積成分（%）。,解：將組分中的惰性氣體按照圖1-12與可燃?xì)怏w 進(jìn)行組合，即：,，由圖1-12查得該組分的爆炸極限為40.0%73.5%。,而未與惰性氣體組合的甲烷的爆炸極限為5.0%15%。因此，發(fā)生爐煤氣的爆炸極限為：,3.天然氣的燃燒性質(zhì),決定天然氣燃燒狀態(tài)的主要參數(shù)有以下三個： 一、韋伯值（Wobbe Number） 韋伯值是氣態(tài)燃料燃燒和使用過程中一項重要的參數(shù)，它等于氣體熱值和比重的平方根的比值。 韋伯值表示一定壓力的氣體輸給燃燒器具的熱量； 韋伯值也粗略表示氣體燃料燃燒需要的空氣

27、量。,二、氣體模數(shù)（Gas Modulus）,式中：P氣體壓力；W韋伯值。,對于供風(fēng)燃燒器，氣體模數(shù)不變則表示達(dá)到了給定程度的預(yù)混氣； 影響氣體燃料燃燒狀況的基本性質(zhì)是韋伯值和火焰?zhèn)鞑ニ俣?，對于供風(fēng)燃燒器，還決定于氣體模數(shù)M，為使M值保持不變，則燃料氣壓力必須正比于韋伯值的平方變化。,三、魏沃火焰速度因子（Weaver flame-speed facto）,魏沃火焰速度因子S表示燃燒時火焰的傳播速度，一般假定氦氣的魏沃火焰速度因子等于100，其它氣體燃料的S值是根據(jù)實驗，并與氦氣比較而定。,按以上三個參數(shù)，氣體燃料大致可以分為三類：,熱值為42005200千卡/標(biāo)米3，魏沃火焰速度因子為324

28、5的燃料氣體為高火焰?zhèn)鞑ニ俣热剂蠚猓?熱值為800010000千卡/標(biāo)米3，魏沃火焰速度速度因子為1325，則為低火焰?zhèn)鞑ニ俣热剂蠚猓?介于上兩種氣體之間的為中間氣體類型。,煤或某些油品生產(chǎn)的城市煤氣屬于高火焰?zhèn)鞑ニ俣热剂蠚猓烊粴鈱儆诘突鹧鎮(zhèn)鞑ニ俣鹊娜剂蠚?，其火焰速度因子約為1316。,天然氣的主要成分是甲烷，甲烷在空氣中可燃性極限范圍很窄，因此，在燃燒過程中對缺氧很敏感，同時也減少了回火的危險性； 甲烷的最大燃燒速度比較小，大約只有33.8厘米/秒。惰性氣體的存在對天然氣的燃燒速度影響不大； 韋伯值較高。甲烷的約為12000千卡/標(biāo)米3； 輻射系數(shù)低； 碳?xì)浔鹊汀Ｔ谝欢囟认掠蔁焽枧欧诺奈?/p>

29、氣中的熱量損失比其它燃料高。,作為燃料，天然氣有以下特點(diǎn)：,結(jié) 論,天然氣燃燒速度較慢，火焰有時會離開燃燒器的噴出口，比較容易熄滅； 在設(shè)計天然氣燃燒器時，可使用“小的保留火焰”來穩(wěn)定天然氣火焰，即使小量的天然氣在低速下由單獨(dú)噴孔噴出，其速度低到足以同天然氣燃燒速度達(dá)到平衡。 實踐證明：保留火焰能很好地穩(wěn)定主火焰，防止了主火焰熄滅。,天然氣的火焰速度有兩個限界流速值：,下限值：發(fā)生回火現(xiàn)象時燃燒器出口氣體流速； 上限值，發(fā)生火焰離開燃燒器出口時燃燒器出口氣體流速。,結(jié) 論,天然氣的限界流速值最低，約為0.048千卡/秒厘米2； 其次為丙烷和丁烷，約為0.06千卡/秒厘米2； 熱值為4180千卡

30、/標(biāo)米3的城市煤氣約為0.134千卡/秒厘米2。 實踐證明：天然氣燃燒速度較慢，所以較不易發(fā)生回火現(xiàn)象。,結(jié) 論,限界流速的上限值決定于燃燒器流出口直徑，燃料氣體的類型及一次供風(fēng)與理論空氣需要量的比值A(chǔ)； 限界流速上限值與比值A(chǔ)的關(guān)系曲線近似為一拋物線，當(dāng)比值A(chǔ)達(dá)到0.880.98時，限界流速上限值達(dá)到最高點(diǎn)； 天然氣限界流速上限值比城市煤氣上限值低，受A的影響很小。 實踐證明：從燃燒角度看，天然氣既不同于固體和液體燃料，也不同于其它氣體燃料，必須根據(jù)其特點(diǎn)設(shè)計燃燒器。,4.天然氣水合物,一、水化物及其生成條件 如果碳?xì)浠衔镏械乃殖^一定含量，在一定的溫度壓力條件下，水能與液相和氣相的C1

31、、C2、C3和C4生成結(jié)晶水化物CmHn.xH2O。,對于甲烷，x=67；對于乙烷，x=6；對于丙烷及異丁烷，x=17； 水化物在聚集狀態(tài)下是白色的結(jié)晶體，或帶鐵銹色； 在深海和永久凍土層下存在大量的甲烷水化物（天然氣水合物），具有潛在的開發(fā)價值，應(yīng)列入能源資源。,天然氣水化物也叫水合物，它是由非極性或弱極性氣體分子與接近冰點(diǎn)的水接觸，水分子靠氫鍵作用將氣體分子包絡(luò)其中形成的。水合物具有多面體籠性結(jié)構(gòu)，根據(jù)籠性結(jié)構(gòu)的不同，分為型、型和型。,氣體水合物的類型,構(gòu)成水合物的分子主要有：水分子、甲烷、乙烷、二氧化碳等弱極性分子； 天然氣水合物有個最高臨界溫度，超過此溫，再大壓力也無法使水化物生成；

32、圖1-14給出甲烷及其他烷烴形成水化物的壓力、溫度范圍。其中，點(diǎn)C是水化物存在的臨界溫度； 甲烷形成水化物的最高臨界溫度是21.5、乙烷是14.5、丙烷是5.5、正丁烷1、異丁烷2.5； 天然氣形成水合物的可能性最大。而其他燃?xì)?，即使含有較多水分，生成水化物的可能性不大。,高壓輸送天然氣并且管道中含有足夠水分時，會遇到生成水化物的問題。水合物的形成條件歸納如下： 1、含過飽和水汽或液體水； 2、足夠低溫度，足夠高壓力； 3、壓力波動，氣流突變和晶種存在。,二、天然氣水合物形成條件預(yù)測,天然氣水化物形成條件計算常用的有經(jīng)驗圖解法（相對密度法）、相平衡常數(shù)法（Katz法）、統(tǒng)計熱力學(xué)法。,（1）經(jīng)

33、驗圖解法 該法使用書P26圖2-15曲線，根據(jù)天然氣相對密度預(yù)測天然氣水合物形成的大致溫度、壓力條件，對含較多H2S的天然氣計算誤差較大。,【例】：求比重為0.62的天然氣在10時最低形成水合物壓力是多少？,解：比重0.6的天然氣可直接查出其10形成天然氣水合物的最低壓力為3300kPa， 比重0.7時為2280kPa，則比重為0.62的天然氣水合物最低形成壓力可按下式計算：,內(nèi)插公式：,y=y1+（y2-y1）/（x2-x1）（x-x1）,則：P=P1+(P2P1)/(S2S1)(SS1) =3300-(3300-2280)/(0.7-0.6)(0.62-0.6) =3100kPa,(2)平

34、衡常數(shù)法 (Katz法),1、原理 Ki = yi / xi xi = yi / Ki 注：Ki-氣固平衡常數(shù) 因各相中各組分摩爾分?jǐn)?shù)之和應(yīng)恒等于1，即有:,2、計算步驟,A. 先假設(shè)在給定溫度T下水合物形成壓力為P1，再由各組分氣固平衡常數(shù)圖求出各組分的Ki，算出Xi，并求（Xi）1。若（Xi）1 =1則假定水合物形成壓力P1即為所求; B.若計算出（Xi）1 1則另設(shè)一壓力P2求出相應(yīng)（Xi）2，若第二次計算的（Xi）2 1則可由內(nèi)插法求出給定溫度T下生成水合物的最低形成壓力P。,三、天然氣水合物的防止措施,水合物是不穩(wěn)定的結(jié)合物，當(dāng)壓力降低或溫度升高時，可自動分解。在輸送濕燃?xì)獾墓艿乐?，?yīng)采取措施防止水合物的形成。具體如下：,在給定溫度、組分的天然氣，降壓至最低形成壓力以下； 在給定壓力、組分的天然氣，保持溫度在水合物形成溫度以上。 降低天然氣濕度、水露點(diǎn)，即脫水； 加入水合物抑制劑如CaCl2、乙二醇等。,5.城鎮(zhèn)燃?xì)獾馁|(zhì)量要求,一、城鎮(zhèn)燃?xì)獾幕疽?作為城鎮(zhèn)燃?xì)鈿庠?，首先?yīng)滿足一下要求：,熱值高。燃?xì)獾臒嶂颠^低，輸配系統(tǒng)的投資和金屬耗量就會增加。只有在特殊情況下，才允許低熱值的燃?xì)庾鳛槌擎?zhèn)氣源；,毒性下，為了防止燃?xì)庑孤兑鹬卸?，確保用氣安全，城鎮(zhèn)燃?xì)庵械腃O、H2S等有毒成分的含量必須控制； 雜質(zhì)少，雜質(zhì)會引起設(shè)備故障