天然氣基本知識（課件）

1、 第一節(jié)第一節(jié) 天然氣概述天然氣概述一、天然氣概述一、天然氣概述 天然氣是從自然界中產(chǎn)生的，以碳氫天然氣是從自然界中產(chǎn)生的，以碳氫化合物為主要成分的可燃氣體。不同地區(qū)、化合物為主要成分的可燃氣體。不同地區(qū)、不同類型的天然氣，其所含組分是不同的。不同類型的天然氣，其所含組分是不同的。二、天然氣的組成二、天然氣的組成天然氣的組分大致可以分為三大類：天然氣的組分大致可以分為三大類：烴類組分、含硫組分和其它組分。烴類組分、含硫組分和其它組分。1、烴類組分、烴類組分烷烴比例大，其中甲烷占烷烴比例大，其中甲烷占7090。甲烷是無色無味比空氣輕的可燃氣體，可甲烷是無色無味比空氣輕的可燃氣體，可以作為燃料，也

2、是一種用途廣泛的化工原以作為燃料，也是一種用途廣泛的化工原料。由于甲烷含量高，通常將天然氣作為料。由于甲烷含量高，通常將天然氣作為甲烷來處理。甲烷來處理。除甲烷外，還有乙烷、丙烷、丁烷，在除甲烷外，還有乙烷、丙烷、丁烷，在常溫下是氣體。丙烷、丁烷通過加壓或降溫常溫下是氣體。丙烷、丁烷通過加壓或降溫而液化，即為液化石油氣，簡稱液化氣。而液化，即為液化石油氣，簡稱液化氣。天然氣中還含有一定量的含碳量較多的天然氣中還含有一定量的含碳量較多的烷烴，簡稱碳五以上組分，它們在常溫常壓烷烴，簡稱碳五以上組分，它們在常溫常壓下是液體，是汽油的主要成分。在天然氣開下是液體，是汽油的主要成分。在天然氣開采中，上述

3、組分凝析成液態(tài)被收回，稱為凝采中，上述組分凝析成液態(tài)被收回，稱為凝析油。析油。2、含硫組分天然氣中的含硫組分，可分為無機硫化物和有機硫化物兩類。無機硫化物為硫化氫，硫化氫是一種比空氣重、可燃、有毒、有臭鴨蛋氣味的氣體。硫化氫的水溶液呈酸性，對金屬有強烈的腐蝕作用。所以天然氣含硫化氫時，必須經(jīng)過脫硫凈化處理，才能進行管輸和利用。天然氣中有時也含有少量的有機硫。3、其它組分天然氣除了含以上成分外，還含有二氧化碳和一氧化碳、氧和氮、氫等以及水分。二氧化碳溶于水呈酸性，對金屬設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，通常在天然氣脫硫工藝中，將二氧化碳同硫化氫一起盡量脫除（脫硫、脫碳）。天然氣中含水分，溫度降低會不斷冷凝為液態(tài)水，

4、會影響管輸工作。一般采用吸收法、低溫分離法和吸附法等將水和烴的露點降低到規(guī)定值。表1-1 我國某些氣田天然氣的組成氣田名稱產(chǎn)層天然氣組成 %（體積）甲烷乙烷丙烷正丁烷異丁烷正戊烷異戊烷己烷及以上二氧化碳硫化氫氫氮氦氬四 川 盆 地威遠震旦系86.80 0.11 0 4.466 1.091 7.26 0.236 臥龍河 嘉五 92.44 1.01 0.56 0.36 0.22 0.27 4.48 0.09 0.10 石炭系97.89 0.40 0.05 0.89 0.12 0.002 0.60 0.049 相國寺石炭系97.07 0.81 0.08 0.20 0.001 0.001 1.74 0

5、.096 0.004 五百梯石炭系97.38 0.50 0.06 0.991 0.178 0.891 中壩須二 90.97 5.62 1.66 0.36 0.37 0.096 0.131 0.128 0.41 0 0.008 0.23 0.017 0.003 雷三84.01 1.68 0.50 0.181 0.124 0.086 0.077 4.42 6.86 0.03 1.82 0.059 0.001 磨溪 雷一95.22 0.19 1.30 0.13 1.61 0.003 1.53 0.003 0.01 陜甘寧盆地中部油田馬五95.942 0.324 0.045 0.002 0.002 3

6、.037 0.319 0.291 0.291 0.028 三、天然氣的分類三、天然氣的分類1、按照天然氣的來源分類油田伴生氣這種天然氣是指開采過程中與液體石油一起開采出來，含重?zé)N組分較多。氣田氣這種天然氣自氣田產(chǎn)生，甲烷含量約為8090%。凝析氣田氣這種氣田氣在地層中以氣態(tài)存在，開采出來常溫下為液態(tài)。 煤層伴生氣 通常存在于煤層中，即通常所說的瓦斯氣。 此外還有水溶天然氣、水合物天然氣。 2、按照含凝析油量來分類 干氣 這種天然氣含甲烷在90%以上，含其它成分較少。 濕氣 這種天然氣含甲烷在90%以下，含其它成分10%以上。 3、按照含硫量的多少來分類 無硫和微硫天然氣:這種天然氣中硫化氫的含

7、量符合管輸要求。 低含硫天然氣:天然氣中硫化氫的含量約0.01%-1%(體積比). 中含硫天然氣: 天然氣中硫化氫的含量約1%-2%(體積比). 高含硫天然氣: 天然氣中硫化氫的含量約2%-7%(體積比).四、天然氣的特點四、天然氣的特點a) 是一種清潔能源；b) 資源豐富（煤層氣、水合物氣、水溶氣）；c) 熱值遠高于人工煤氣；d) 燃燒效率高；e) 市場競爭加強，價格較穩(wěn)定；f)最佳運輸方式管道運輸（LNG、水合物）。一、摩爾質(zhì)量一、摩爾質(zhì)量 天然氣是一種混合氣體，它的摩爾質(zhì)量是由各組分的摩爾質(zhì)量和體積百分比的乘積加權(quán)平均計算出來的。計算公式如下： M=M1V1+ M2V2+ M3V3+ M

8、nVn式中:M表示:天然氣的摩爾質(zhì)量, V1、V2、V3 Vn表示:天然氣各組 分的體積百分比. M1、M2、M3 Mn表示: 天然氣各組分的摩爾質(zhì)量. 例:某天然氣的組分和體積百分含量如下表：求天然氣的摩爾質(zhì)量?解:由公式M=M1V1+ M2V2+ M3V3+ MnVn得M=93.5%16.043+2.3%30.07+1.2%44.097+0.3%58.12+1.5%34.09+1.2%28.02 =17.09答:此種天然氣的摩爾質(zhì)量為17.09.1.228.02氮氣1.534.09硫化氫0.358.12丁烷1.244.097丙烷2.330.07乙烷93.516.043甲烷體積百分含量摩爾質(zhì)

9、量成分二、 重度、密度、比重（一）、重度、密度 1、概念單位體積天然氣的重量稱為天然氣的重度。計算公式為:式中: 天然氣的重度,Kgf/m3 G天然氣的重量,Kgf V天然氣的體積,m3 VG2、影響因素（1）壓力的影響 在溫度一定時,一定重量的天然氣壓力越大,重度越大; 壓力越小,重度越小.（2）溫度的影響 在壓力一定時,一定重量的天然氣溫度越大,重度越小; 溫度越小,重度越大. （二）天然氣的比重 、概念 單位體積天然氣的重量與相同條件(壓力、溫度)下單位體積空氣重量的比值。 計算公式為：S=g/a 式中: g天然氣的重度; a空氣的重度.、影響因素 天然氣的比重只要是在相同條件下,天然氣

10、與空氣重度之比,其值是定值.三、天然氣的含水量（濕度） 天然氣的含水量指在濕天然氣中，標(biāo)準(zhǔn)單位體積干氣所分攤到水蒸氣的質(zhì)量稱為含水量，單位為Kg/Nm3。1、研究含水量的意義 天然氣從地層中開采出來，如果處理不干凈，將含有水和酸性離子，形成一種電解質(zhì)，對金屬設(shè)備產(chǎn)生電化腐蝕和化學(xué)腐蝕。天然氣中含有水時，天然氣中的烴成分在一定條件下，將與水結(jié)合形成水化物，堵塞管道、儀表、閥門。天然氣中含有液態(tài)水時，將在管道低洼處分離出來減小流通面積，增大輸氣阻力。天然氣中含有液態(tài)水燃燒時，水將汽化吸熱，降低天然氣的燃燒值。由于上述問題，將增加許多維修管理的工作量，因此會增加許多管理費用。2、影響天然氣含水量的因

11、素、影響天然氣含水量的因素 1)溫度和壓力的影響 在天然氣中含有液態(tài)（或游離態(tài)）水時，溫度一定，壓力越高，天然氣中含水量（水汽量）越少；壓力越低，天然氣中含水量（水汽量）越多。壓力一定，溫度越高，天然氣中含水量（水汽量） 越多；溫度越低，天然氣中含水量（水汽量）越少。 2)天然氣的分子量越大，天然氣中含水量（水汽量）就越多。 3、 天然氣含水量的表示方法天然氣的含水量用絕對濕度、相對濕度、露點來表示。1)絕對濕度 單位體積或單位重量天然氣中所含水蒸氣的重量稱為天然氣的絕對濕度或含水量。2)相對濕度 單位體積天然氣的含水量與相同條件（溫度、壓力）下飽和狀態(tài)天然氣的含水量的比值。 3) 露點 a)

12、天然氣的飽和狀態(tài) 在一定的溫度和壓力下，天然氣達到最多容納水蒸汽量時的狀態(tài)，就稱為天然氣的飽和狀態(tài)。在天然氣達到飽和狀態(tài)時，其多余的水蒸氣將凝析出來。 b)露點 在壓力一定時，天然氣中水蒸氣達到飽和時的溫度就叫做天然氣在這種壓力下的露點（水露點)。不同的壓力下天然氣有不同的露點。壓力越大露點越低，壓力越小露點越高。四、天然氣的爆炸性四、天然氣的爆炸性（一）（一）概念1、 燃燒物質(zhì)發(fā)生激烈氧化，是連續(xù)穩(wěn)定的氧化過程并發(fā)出光和熱叫燃燒。2、爆炸物質(zhì)在極短的時間內(nèi)激烈氧化，瞬間向外傳播發(fā)光、發(fā)熱并產(chǎn)生沖擊波，是不連續(xù)、不穩(wěn)定的氧化過程。3、爆炸低限當(dāng)空氣中含有天然氣時，其含量一直減小到不能形成爆炸混

13、合物的那個量。4、爆炸高限當(dāng)空氣中含有天然氣時，其含量一直增加到不能形成爆炸混合物的那個量。5、天然氣的爆炸范圍常溫常壓下，一般在5%-15%（體積）范圍內(nèi)。不同的天然氣成分不同，爆炸范圍有所變化，但變化不大。一、一、壓力1、 概念垂直作用在器壁單位面積上的力。單位：Kg/cm2、Mpa、Kpa、Pa、物理大氣壓等。2、常用壓力的單位換算1Mpa=103Kpa=106Pa =146.96 1Psi（磅/平方英寸）1Mpa=10.197 Kg/cm210 Kg/cm21Psi（磅/平方英寸）=0.070307 Kg/cm2 1atm（標(biāo)準(zhǔn)大氣壓）=1.033 Kg/cm2 =1.0133bar(

14、巴）3、絕壓、表壓、真空度a)絕壓以絕對真空為準(zhǔn)的壓力。b)表壓 壓力表測出的壓力，以大氣壓為基準(zhǔn)的壓力。c)絕壓、表壓兩者關(guān)系 P表=P絕- P大氣壓 二、二、溫度1、概念(1)溫度 表示物體的冷熱程度，是分子平均平動動能的標(biāo)志。單位：攝氏溫標(biāo)。絕對溫標(biāo)K。華氏溫標(biāo)F。(2)攝氏溫標(biāo)以純水的冰點定為0，沸點定為100。然后進行定分，這樣的溫標(biāo)稱為攝氏溫標(biāo)。 (3)絕對溫標(biāo)以攝氏溫度的零下273.15為起點,即為絕對零度,這種溫標(biāo)稱為絕對溫標(biāo).(4)華氏溫標(biāo) 以攝氏零度定為32F,100定為212F,這種溫標(biāo)稱為華氏溫標(biāo).2、三種溫標(biāo)之間換算關(guān)系 T = 273.15 + t F = 9t/5

15、 + 32 式中:T絕對溫度K. t攝氏溫度. F華氏溫標(biāo)F.三、三、天然氣體積單位換算1、我國天然氣的計量標(biāo)準(zhǔn)（基方）1個大氣壓（760mmHg），20為標(biāo)準(zhǔn)條件。2、國際物理學(xué)界的標(biāo)準(zhǔn)條件（標(biāo)方）1個大氣壓（760mmHg），0為標(biāo)準(zhǔn)條件。3、1基方天然氣=0.931784標(biāo)方天然氣1標(biāo)方天然氣=1.07321基方天然氣一、一、節(jié)流效應(yīng)的概念又稱焦耳-湯姆遜效應(yīng)，氣體遇到壓力突變（如調(diào)壓閥）引起溫度急劇降低，甚至產(chǎn)生冰凍，這種現(xiàn)象叫做節(jié)流效應(yīng)。對于理想氣體，節(jié)流效應(yīng)是不存在的，只發(fā)生在真實氣體上。氣體通過彎頭、變徑管等，都會引起節(jié)流。 二、二、產(chǎn)生節(jié)流降溫現(xiàn)象的原因氣體在節(jié)流處急劇產(chǎn)生壓降

16、，使氣體很快膨脹，對外做功而氣體在極短的時間內(nèi)又來不及與外界發(fā)生熱交換，近似可以看成為絕熱膨脹，因此只能消耗氣體自己的內(nèi)能，對外做功，而內(nèi)能與氣體的溫度成正比，因此氣體的溫度也急劇降低。對于氣田內(nèi)部管道，節(jié)流效應(yīng)系數(shù)為3.54/MPa，對于干線輸氣管道，節(jié)流效應(yīng)系數(shù)為2.53/MPa.三、節(jié)流前后壓力、溫度的關(guān)系式式中：P1、T1節(jié)流前的壓力、溫度。P2、T2節(jié)流后的壓力、溫度。k絕熱指數(shù)，一般天然氣為1.21.4,干氣取1.3,濕氣取1.2.kkPPTT12121四、節(jié)流效應(yīng)的危害和用途危害：產(chǎn)生水化物甚至結(jié)冰，堵塞管路、設(shè)備、儀表。用途：用節(jié)流降溫可以除去天然氣中的水和凝析油。節(jié)流效應(yīng)適用

17、于一切真實氣體。一、一、水化物的特點1、水化物是一種白色結(jié)晶物質(zhì)，類似冰和微密的雪。2、水化物是由碳氫化和物和幾分子水組成的水合物。例如：CH4.6H2O、C3H8.7H2O、C4H10.7H2O等。3、水化物是一種不穩(wěn)定的化合物，當(dāng)其所處的溫度升高或壓力降低至適當(dāng)值時，會分解為碳氫化合物和水。二、二、形成水化物的條件1、天然氣處于水汽過飽和狀態(tài)或有液態(tài)水存在。2、天然氣有足夠高的壓力和足夠低的溫度。3、其次還要有輔助條件：1壓力波動，2流向突變產(chǎn)生擾動，3有晶體存在。 管道水合物曲線圖管道水合物曲線圖水化物形成區(qū)三、三、形成水化物臨界溫度的概念天然氣溫度升高到一定值時，無論壓力多大，也不能形

18、成水化物，這個溫度就叫做天然氣形成水化物的臨界溫度。 五、五、防止水化物形成的方法防止水化物形成的方法1、在長輸管線上安裝分水器，排除冷凝水。2、在礦場集輸管上用加熱氣管的方法預(yù)防形成水化物。3、再無其他方法遇形成水化物時，可以暫時將氣體放空降低輸氣管線壓力或降低下游壓力，增加輸氣量，讓已形成的水化物分解并隨之排處 4、往輸氣管中噴注化學(xué)反應(yīng)劑，吸收氣中的水分，以降低天然氣的露點，防止形成水化物或促使水化物分解5、天然氣進入輸氣干線之前，進行脫水，這是防止形成水化物的根本方法。只要使天然氣露點低于管線周圍介質(zhì)（土壤、空氣等）最低溫度5-7，就可以防止水化物形成。一、天然氣的凈化目的及危害1、天然氣的凈化目的天然氣從地層中開采出來，含有大量的沙粒、巖屑、鐵屑等固體物質(zhì)，含有凝析油等液體雜質(zhì)，還含有水汽、硫化氫、二氧化碳等氣體雜質(zhì)，這些固體、液體汽體將對管線、設(shè)備、儀表產(chǎn)生很大危害。因此清除天然氣中的固體、液體、汽體雜質(zhì)，減少對管線設(shè)備、儀表的危害是天然氣凈化的目的。2、天然氣