輸氣管道設(shè)計(jì)第三章

第三章天然氣及其基本特性§3.1天然氣的組成及分類一、天然氣的組成天然氣：以甲烷為主要成分的可燃混合氣體，通常是從地層中開(kāi)采出來(lái)的，但也有人造天然氣（如煤制氣）。組成：烴類，非烴類烴類：常溫常壓下為氣態(tài)的碳?xì)浠衔铮扇?。天然氣中的烴類氣體以正構(gòu)或異構(gòu)烷烴為主，甲烷（CH4）比例最高。非烴類：H2O，N2，CO2，CO，H2S，O2，H2，有機(jī)硫，微量惰性氣體（氦、氖、氬）。一般不可燃。在天然氣中,CH4比例占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。常溫常壓：C1C4為氣體，C5+為液體。

幾種天然氣的組成(mol%)

產(chǎn)地組分塔里木靖邊榆林C198.196.32288.35C20.510.6055.555C30.040.0841.133iC40.010.0120.152nC40.010.0110.219iC50.0110.0438nC50.0030.061C60.04

C7+0.01N20.70.7231.131CO20.582.1853.276H2O28ppm0.0050.0622H20.0390.0165H2S<20mg/m3<20mg/m3<20mg/m3二、天然氣分類1、按來(lái)源劃分純氣田氣NaturalGas(NG)凝析氣田氣CondensedGas石油伴生氣AssociatedGas煤層氣Coalbedgas，CoalSeamMethane(CSM)水合物氣田氣NaturalGasHydrate(NGH)頁(yè)巖氣ShaleGas致密氣Tightgas合成氣Synthetic(Substitute)NaturalGas(SNG)（例如煤制氣Coal-derivedGas）純氣田氣、煤層氣、煤制氣、頁(yè)巖氣、致密氣:CH4含量很高，重?zé)N含量低。凝析氣田氣和石油伴生氣：重?zé)N含量較高，熱值一般高于純氣田氣和煤層氣。四川氣田：CH4一般超過(guò)90%，發(fā)熱值34～36MJ/m3大港油田：CH4約80%，C2～C4約15%左右，發(fā)熱值高達(dá)42MJ/m3。

2、按含酸性氣體情況劃分酸性天然氣(酸氣，sourgas)：CO2和H2S超標(biāo)，需經(jīng)過(guò)凈化處理才能成為商品氣。潔凈天然氣(潔氣，sweetgas)：不含CO2和H2S或含量達(dá)標(biāo)。GB50183-2004:《石油天然氣工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范》天然氣中CO2分壓≥300Pa，則視為酸氣。3、按重?zé)N組分含量（折算為凝析液體積）劃分干氣(drygas):C5+≤10ml(liquid)/m3濕氣(wetgas):C5+

>10ml(liquid)/m3貧氣(poorgas):C3+≤100ml(liquid)/m3富氣(richgas):C3+>100ml(liquid)/m34、按儲(chǔ)運(yùn)形態(tài)劃分NG:NaturalGasCNG:CompressedNaturalGas(20～25MPa)LNG:LiquefiedNaturalGas(1atm，-162℃)ANG:AbsorbedNaturalGasNGH:NaturalGasHydrate(1atm，-15℃）全世界已探明NGH儲(chǔ)量已達(dá)其他礦物燃料（fossilfuel，包括煤、石油、天然氣、油頁(yè)巖等）儲(chǔ)量的兩倍以上。根據(jù)地質(zhì)調(diào)查結(jié)果，我國(guó)南海、東海大陸架存在較豐富的NGH資源。WhyLNG?NaturalGasisliquefiedtoreducethevolume.Atatmosphericpressure,theratioofvolumesofthegaseousstatetotheliquidstateisintherangeof600:1to620:1NaturalGasisliquefiedinordertoeasilytransportitfromareaswherethereisanabundanceofgasbutnomarket,toanareawithamarketbutshortageofgasAllowslargestorage

LNG接收站常用16萬(wàn)方儲(chǔ)罐，氣態(tài)體積為多少？ReducedcostsforhighervolumesLNG海運(yùn)成本和運(yùn)價(jià)？查閱文獻(xiàn)LNGUses:OverviewStorageInventoryforshippinglogisticsInventoryforshorttermdemandvariationInventoryforseasonalloadsRapidwithdrawalTransportationShippingTruckRailBarge/smallshipVehicleUse俄羅斯總理普京準(zhǔn)備登上潛艇勘探全球最深湖泊貝加爾湖

俄羅斯總理普京2009年8月1日潛入1400米深的貝加爾湖近5小時(shí)，觀察湖底天然氣水化物晶粒。普京在潛艇內(nèi)透過(guò)窗戶向外張望

MidsizeChineseLNGplanttosupplydomesticmarketsOct16,2009WarrenR.True

ChiefTechnologyEditor-LNG/GasProcessing

HOUSTON,Oct.16--China’sNingxiaHanasNaturalGasCo.willemployAirProducts’LNGprocesstechnologyandequipmentforamidsizeLNGprojectinYinchuan,China,accordingtoanagreementwithoverallprojectmanagerTechnipannouncedOct.15.

AirProductswillsupplysinglemixed-refrigerantprocesstechnology,engineering,design,andmanufacturingoftheheatexchangerequipmentforliquefactionprocesssectionsintwo400,000-tonne/yeartrains.TheprocessusesAirProducts’proprietarywound-coilmaincryogenicheatexchangertechnology.Targetcompletionfortheunitsissecond-half2011.§3.2天然氣的用途及優(yōu)勢(shì)兩大類應(yīng)用：燃料，化工原料工業(yè)：爐窯，鍋爐，加熱爐…發(fā)電

居民家庭燃料城市燃?xì)夤卜?wù)業(yè)：集中供熱、供暖、空調(diào)商業(yè)服務(wù)業(yè)：食堂，飯店，餐館，洗浴中心汽車、輪船、發(fā)動(dòng)機(jī)NGV:NaturalGasVehicleCNGV，LNGV，ANGVLMG:LiquefiedMethaneGas中國(guó)首座LNG加氣站，位于北沙灘京藏高速東側(cè)CNG和LNG加氣站，位于北京地鐵5號(hào)線大屯東站東南側(cè)化工原料CH4氫氰酸，鹵化甲烷，碳黑…

裂解CH4乙炔塑料，化纖，合成橡膠，其它有機(jī)化工原料轉(zhuǎn)化CH4CO+H2C2H4，C3H6，C4H8…烯烴塑料，化纖，合成橡膠H2S硫磺，硫酸，硫銨…CO2干冰，油井氣舉開(kāi)采He國(guó)防工業(yè)，原子能工業(yè)天然氣作為燃料的四大優(yōu)勢(shì)：1、清潔燃料。燃燒產(chǎn)物中有害氣體及固體顆粒含量低。西氣東輸三線工程建設(shè)總投資1250億元，西起新疆霍爾果斯，東至福建、廣東，總長(zhǎng)度為7378公里，建成后，每年可向沿線市場(chǎng)輸送300億立方米天然氣，每年可替代煤炭7680萬(wàn)噸，減少二氧化碳排放1.3億噸、二氧化硫144萬(wàn)噸、粉塵66萬(wàn)噸。NGV的環(huán)保優(yōu)勢(shì)：（車船燃料）一氧化碳減少97%碳?xì)浠衔餃p少72%氮氧化物減少39%二氧化碳減少24%二氧化硫減少90%噪聲降低40%各種燃料鍋爐的污染物排放量（g/GJ）

SOX顆粒物NOX烴類微量金屬煤244.93109.1438.670.210.39渣油138.369.8816.760.430.01固體廢物21.06138.3613.32

——木頭0.86209.6910.74

—

—天然氣0.040.439.880.130

說(shuō)明：（1）煤按高硫(質(zhì)量百分比為3.5%)、高灰份（質(zhì)量百分比為10.6%）考慮。（2）渣油按高硫（質(zhì)量百分比為3%）考慮。。燃料排放物2、熱值較高。燃料熱值：低(凈)熱值，高熱值。

一般采用低熱值。天然氣：8000～10000kcal/m3

33.5～41.87MJ/m3人工煤氣：3600～4200kcal/m315～17.6MJ/m3

LPG：約為甲烷的3倍。沼氣：21MJ/m3（CH4—60%,CO2—40%）(Marshgas,Biogas)3、燃燒效率高，使用方便。

民用灶具：燒煤15%～18%燒天然氣50%～60%

小鍋爐：燒煤50%燒天然氣80%～98%

發(fā)電：80%～90%

天然氣發(fā)電的優(yōu)勢(shì)：環(huán)境影響小燃燒效率高節(jié)省投資20%左右啟動(dòng)/停運(yùn)快，適合調(diào)峰電廠。便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。天然氣發(fā)電的劣勢(shì)：按等熱值衡量,氣價(jià)相對(duì)于煤價(jià)偏高。標(biāo)準(zhǔn)煤低熱值:7000kcal/kgcece:coalequivalent新版《天然氣利用政策》2012-12-1實(shí)施用戶優(yōu)先級(jí)：優(yōu)先類，允許類，限制類，禁止類。煤層氣發(fā)電項(xiàng)目：優(yōu)先類非重要用電負(fù)荷中心：允許類（原來(lái)為限制類）預(yù)計(jì)未來(lái)十年我國(guó)天然氣發(fā)電廠會(huì)進(jìn)入快速發(fā)展階段2025年之前，美國(guó)計(jì)劃新建電廠50%為天然氣發(fā)電。4、安全性較好：燃點(diǎn)高，爆炸限較窄。氣體燃點(diǎn)范圍（℃）CH4645～800C2H6530～588C3H8490～569CO630～650

幾種可燃?xì)怏w的燃點(diǎn)范圍

幾種可燃?xì)怏w的爆炸極限氣體爆炸下限%爆炸上限%天然氣4.915.6焦?fàn)t煤氣4.726.5水煤氣6.373.8CO12.574.2H24.174.2天然氣的危險(xiǎn)有害因素易燃易爆性

易擴(kuò)散性

高壓縮性Joule-Thomson效應(yīng)

形成水合物

窒息：空氣中甲烷含量達(dá)25%~30%毒性：硫化氫

酸性氣體（二氧化碳，硫化氫）腐蝕性

二十一世紀(jì)是天然氣的世紀(jì)？1、清潔能源，環(huán)保效益好。2、在一次能源結(jié)構(gòu)中的比例不斷上升。預(yù)計(jì)2050年全球天然氣消費(fèi)量將超過(guò)石油。

1920年—2%

全球

1990年—22.5%

1993年—23.2%

2013年—23.7%

亞洲：2013年11.2%

中國(guó)：

2013年天然氣消費(fèi)量1676億立方米。

1997年2.4%，

2007年3.4%，2011年4.6%2012年5.4%，2013年5.9%，

2014年6.3%

煤炭消耗量接近一次能源的70%。3、全球天然氣資源豐富。常規(guī)天然氣資源量:398×1012m3(估計(jì)可開(kāi)采60年左右)其中探明儲(chǔ)量:145×1012m3

已采出量：50×1012m3

NGH資源量：16992×1012m3

（相當(dāng)于其他化石能源總量的2倍多）

中國(guó)天然氣資源量：常規(guī)天然氣:47×1012m3，其中可采14×1012