天然氣基本知識(shí)-天然氣處理原理與加工藝

1、天然氣處理原理與加工藝課件制作 王云芳 主 講 王云芳第一章 天然氣基礎(chǔ)知識(shí)第一節(jié) 天然氣資源及其利用第二節(jié) 天然氣的分類、組成和體積參比條件第三節(jié) 天然氣的相特性第四節(jié) 天然氣處理的含義及產(chǎn)品質(zhì)量要求第五節(jié) 用作城鎮(zhèn)燃?xì)獾奶烊粴饣Q性和分類第六節(jié) 綜合能耗及其計(jì)算方法第一節(jié) 天然氣資源及其利用天然氣資源天然氣利用天然氣在能源消費(fèi)中的地位一、天然氣資源 1.世界天氣資源 常規(guī)天然氣資源：根據(jù)中國能源報(bào)2011年06月27日?qǐng)?bào)道，世界天然氣資源量為471萬億立方米，其中俄羅斯天然氣儲(chǔ)量居世界之首，占世界天然氣儲(chǔ)量的近23.7%，以下依次為伊朗、卡塔爾、阿聯(lián)酋和沙特阿拉伯。 非常規(guī)天然氣：非常規(guī)天

2、然氣主要包括頁巖氣、致密砂巖氣、煤層氣和天然氣水合物等。全球非常規(guī)天然氣資源豐富,達(dá)4000萬億立方米,是常規(guī)天然氣資源量的8.3倍。其中煤層氣256萬億立方米，致密氣210萬億立方米，頁巖氣456萬億立方米，水合物3000萬億立方米。（非常規(guī)天然氣咨詢網(wǎng)：） 世界廣義天然氣資源量大大超過了石油，根據(jù)估計(jì)，世界廣義天然氣可用250年，而石油的可用年限不到45年。 我國的常規(guī)天然氣遠(yuǎn)景資源量達(dá)56萬億立方米，其中59%的資源分布在中西部的川渝、陜甘寧、青海和新疆四大氣區(qū)，四大氣區(qū)內(nèi)天然氣資源量約為22.4萬億立方米。除陸上四大氣區(qū)外，我國近海天然氣資源也十分豐富，海南、渤海、東海都是天然氣富集地

3、區(qū)。到2010年底月，全國累計(jì)探明的可開采天然氣資源量超過38萬億立方米。 據(jù)中國工程院介紹，我國非常規(guī)天然氣資源也相當(dāng)豐富，初步預(yù)測(cè)，頁巖氣、致密氣的可采資源總量在20-36萬億立方米，煤層氣地質(zhì)儲(chǔ)量為36.8萬億立方米，居世界第三位。我國境內(nèi)也有豐富的水合物儲(chǔ)藏。據(jù)專家分析,青藏高原盆地和東海、南海、黃海的大陸坡及其深海,都可能存在體積巨大的水合物。據(jù)報(bào)道,我國的南海海域蘊(yùn)藏著豐富的水合物,約70萬億立方米,其能源總量大約是石油儲(chǔ)量的一半。 2.我國的天然氣資源二、天然氣的利用 天然氣是一種清潔能源和優(yōu)質(zhì)化工原料。它與石油相比，在清潔性、經(jīng)濟(jì)性、方便性和用途的廣泛性有著明顯的優(yōu)越性。天然氣

4、的利用主要集中在發(fā)電、工業(yè)燃料、化工原料、城市居民和商業(yè)用氣等幾個(gè)方面、發(fā)動(dòng)機(jī)燃料。 天然氣發(fā)電 天然氣發(fā)電不僅可以減少污染，而且燃?xì)鈾C(jī)組啟動(dòng)速度快，既可帶基本負(fù)荷，又可用于電網(wǎng)調(diào)峰，可有效提高電網(wǎng)調(diào)峰能力，改善電網(wǎng)運(yùn)行質(zhì)量。 清潔民用燃料 天然氣作為城市居民生活用燃料，可極大地減少城市污染，改善城市環(huán)境。我國大城市的供熱正在逐步完成天然氣鍋爐代替燃煤鍋爐的改造過程，家用燃?xì)忮仩t在新建住宅小區(qū)中的使用也正在快速發(fā)展。天然氣將成為城市居民主要生活燃料。 我國于2002年7月4日正式開工建設(shè)的“西氣東輸”工程，西起新疆塔里木盆地經(jīng)甘肅、寧夏、陜西、山西、河南、安徽、江蘇，輸送天然氣到上海、浙江，供

5、應(yīng)沿線各省的民用和工業(yè)用氣。這一工程的建成，不僅緩解東部經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)的能源短缺問題 ，同時(shí)也使這一地區(qū)的空氣質(zhì)量將有大的改進(jìn)。另據(jù)報(bào)道，西氣東輸二線已于2011年6月30日開工建設(shè)。來自土庫曼斯坦阿姆河右岸的天然氣通過該線可以直達(dá)珠三角。工程總投資約1422億元人民幣，橫貫中國東西兩端，年輸氣能力300億立方米，并可穩(wěn)定供氣30年以上。 天然氣用作發(fā)動(dòng)機(jī)燃料 天然氣是一種理想的車用汽油替代品。天然氣的研究法辛烷值高達(dá)100以上，并可有效的降低汽車尾氣對(duì)環(huán)境的污染，而費(fèi)用僅為汽油的2/31/2。所以，世界上應(yīng)用天然氣的發(fā)動(dòng)機(jī)的數(shù)量越來越多，截止2010年，世界上用天然氣作燃料的汽車總數(shù)超過了10

6、00萬輛。近年來，我國汽車用天然氣的發(fā)展也很迅速。 作為化工原料 天然氣作為化工原料，現(xiàn)已逐步形成具有特色的甲烷化學(xué)與化工。以甲烷氣為原料生產(chǎn)合成氨和甲醇的產(chǎn)量分別占兩種產(chǎn)品總產(chǎn)量的85%和90%，構(gòu)成了天燃?xì)饫玫暮诵?。甲烷氧化偶?lián)制乙烯和天然氣經(jīng)合成氣轉(zhuǎn)化為液體燃料等新技術(shù)也為天然氣的有效利用開辟了新的途徑。用天然氣凝液（NGL)為原料生產(chǎn)的乙烯占全球總產(chǎn)量的40%。三、 天然氣在能源消費(fèi)中的地位 據(jù)近20年統(tǒng)計(jì)，世界天然氣的消費(fèi)量大致以平均每年23%的速度在增長(zhǎng)；在當(dāng)今世界能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中，達(dá)到24%，成為三大主力之一。目前，世界正處于天然氣取代石油而成為世界主要能源的過度時(shí)期，國際能源界

7、普遍認(rèn)為，今后，世界天然氣產(chǎn)量和消費(fèi)量將會(huì)以較高的速度增長(zhǎng)，2020年以后世界天然氣的產(chǎn)量將要超過煤和石油，成為世界最主要的能源。“十二五”期間，我國天然氣消費(fèi)比例將翻番，由目前在能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中占4%的比重提高到8%。 21世紀(jì)將是天然氣的世紀(jì)。其發(fā)展趨勢(shì)見下圖。 1. 按礦藏特點(diǎn)可分為： 氣田氣（氣藏氣；氣層氣） 在地下儲(chǔ)層中呈均一氣相存在, 采出地面仍為氣相的天然氣。從氣田中開采出來的，主要成分是甲烷和乙烷。 凝析氣 在地下儲(chǔ)層中呈氣態(tài)，但開采到一定階段，隨儲(chǔ)層壓力下降，流體狀態(tài)進(jìn)入露點(diǎn)線內(nèi)的反凝析區(qū)，部分烴類在儲(chǔ)層及井筒中呈液態(tài)(凝析油)析出。 伴生氣 在地下儲(chǔ)層中伴隨原油共生，或呈溶解

8、氣形式溶解在原油中，或呈自由氣形式在含油儲(chǔ)層游離存在的天然氣。與油共生，甲烷含量一般為7080。 一、常規(guī)天然氣的分類第二節(jié) 天然氣的分類、組成和體積參比條件2.按烴類組成可分為： 干氣 每m3(20,101.325kPa)天然氣C+5液體含量小于13.5cm3的天然氣。 濕氣 每m3(20,101.325kPa)天然氣C+5液體含量大于13.5cm3的天然氣。 貧氣 每m3(20,101.325kPa)天然氣C+3液體含量小于100cm3的天然氣。 富氣 每m3(20,101.325kPa)天然氣C+3液體含量大于100cm3的天然氣。 通常，人們還習(xí)慣將脫水(脫除水蒸氣)前的天然氣稱為濕氣

9、，脫水后水露點(diǎn)降低的天然氣稱為干氣；將回收天然氣凝液前的天然氣稱為富氣，回收天然氣凝液后的天然氣稱為貧氣。此外，也有人將干氣與貧氣、濕氣與富氣相提并論。由此可見，它們之間的劃分并不是卜分嚴(yán)格的。因此，講課時(shí)提到的貧氣與干氣、富氣與濕氣也沒有嚴(yán)格的區(qū)別第二節(jié) 天然氣的分類、組成和體積參比條件第二節(jié) 天然氣的分類、組成和體積參比條件在C6+ 的組分中，還包括：環(huán)烷烴（甲基環(huán)戊烷、環(huán)己烷等） 芳烴（苯、甲苯、二甲苯等） 天然氣的組成并不是固定不變的，不僅不同地區(qū)油、氣藏中采出的天然氣 組分差別很大，甚至同一油、氣藏的不同生產(chǎn)井天然氣組成也會(huì)不同。 世界上有少數(shù)的天然氣中含有大量的非烴組分，甚至主要成

10、分是非烴氣體。 例如勝利油田發(fā)現(xiàn)了含量是99%的二氧化碳井；美國發(fā)現(xiàn)了含量97.4%的氮?dú)饩?；我國也發(fā)現(xiàn)了高濃度硫化氫氣井。二、天然氣的組成 天然氣是以甲烷為主的碳?xì)浠衔锏幕旌衔?，而且這些化合物大部分是烷烴，其組成如下（詳細(xì)見書第5頁）： CH4 C2H6 C3H8 C4H10 C5+ N2 CO2 H20 H2S He Ar Xer微量(70-95%)C2+ (5-30%)少量三、天然氣體積計(jì)量的參比條件參比條件簡(jiǎn)寫備注溫度壓力0101.325kPaNm3，m3(0)我國城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范采用20101.325kPam3我國大部分采用15.6101.325kPam3(15.6)，m3(15)

11、外國采用第二節(jié) 天然氣的分類、組成和體積參比條件第三節(jié) 天然氣的相特性烴類的相特性烴水系統(tǒng)相特性烴二氧化碳系統(tǒng)相特性 在天然氣開采、集輸及處理與加工過程中，天然氣往往會(huì)發(fā)生相態(tài)的變化，液態(tài)變成氣相或氣相變成液相。含水天然氣在加工過程中會(huì)生成水合物固體或所含水蒸汽冷凝出現(xiàn)水相，含二氧化碳的天然氣在低溫下會(huì)生成固體等等。所以研究天然氣的相態(tài)特性以及含水和二氧化碳天然氣的相態(tài)特性，對(duì)于指導(dǎo)天然氣的開采和加工具有重大的指導(dǎo)意義。本章要研究的相態(tài)體系為：FH氣、固相平衡線HD固、液相平衡線HC氣、液相平衡線H點(diǎn)三相點(diǎn)C點(diǎn)臨界點(diǎn)（Pc,Tc)氣體、過熱蒸汽、超臨界流體的區(qū)別(一) 純組分的 P-T圖壓縮液

12、體氣體超臨界氣體過熱蒸汽一、烴類的相態(tài)特性(二) 兩組份及多組分體系 M點(diǎn)溫度：氣、液能夠平衡共存的最高溫度，稱為臨界冷凝溫度（TM）。 N點(diǎn)壓力：氣、液能夠平衡共存的最高壓力，稱為臨界冷凝壓力（PN） TM-TC、PN-PC并不重合 反凝析現(xiàn)象：由JH線和LK線說明 (三) 相特性的實(shí)際應(yīng)用原油儲(chǔ)層：在泡點(diǎn)線上邊，儲(chǔ)層為液體，即原油層。凝析氣儲(chǔ)層：在露點(diǎn)線外，氣體儲(chǔ)層，開采中（降壓）有液體析出，所以叫凝析氣儲(chǔ)層。天然氣儲(chǔ)層：DD線有液體析出，稱為富天然氣層；EE線為“干”（或“貧”）天然氣層。 不論是氣田氣還是伴生氣，從井口采出后都含有飽和水。天然氣中含有的這種飽和水蒸氣的量通稱為天然氣的含

13、水量；以液態(tài)的形式存在于天然氣中水，我們稱之為游離水或液態(tài)水。 天然氣中水的危害： 降低了天然氣的熱值和輸氣管道的輸送能力。 當(dāng)溫度降低或壓力增加時(shí)，天然氣中的水會(huì)呈液相析出，在管道或設(shè)備中造成積液，增加流動(dòng)壓降，加速天然氣中酸性組分對(duì)管道和設(shè)備的腐蝕。 液態(tài)水在冰點(diǎn)時(shí)會(huì)結(jié)冰，在高壓低溫下形成水合物，堵塞管道或閥門。因此，在天然氣的加工處理過程中，首先要除去天然氣中的水。二、烴-水體系相特性預(yù)測(cè)方法用圖來查取天然氣的水含量。根據(jù)天然氣的溫度、 壓力及酸性組分含量來確定其水含量。應(yīng)用狀態(tài)方程來進(jìn)行多組份平衡計(jì)算來求取 天然氣中的水含量，如用 SRK、PR等方程。1. 不含酸性組分的天然氣含水量預(yù)

14、測(cè)（見圖16）(一) 天然氣含水量及其預(yù)測(cè)方法圖解法熱力學(xué)模型法應(yīng)用圖16時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：圖中水合物形成曲線（虛線）以下是水合物形成區(qū)，氣體和水合物呈平衡狀態(tài)。水合物曲線以上是液態(tài)水析出區(qū)，氣體與液態(tài)水之間程平衡?？v坐標(biāo)是相對(duì)密度為0.6，并與純水接觸時(shí)天然氣的飽和含水量, 單位為g/103m3。已知天然氣的含水量和壓力，可查天然氣的水露點(diǎn)。當(dāng)天然氣的相對(duì)密度不是0.6或者氣體與含鹽水接觸時(shí)，應(yīng)對(duì)天然氣的含水量進(jìn)行校正，其校正方法如下當(dāng)氣體相對(duì)密度不是0.6時(shí)，可從附圖中查得校正系數(shù)CRD，其定義式為： 當(dāng)氣體與鹽水接觸時(shí)，可從附圖中查得校正系數(shù)CB，其定義式為： 因此，當(dāng)氣體密度不是0.6

15、，且與鹽水接觸時(shí)，含水量W為 W0 由圖16查得的未經(jīng)校正天然氣含水量 ，g/103m3 2. 含酸性組分的天然氣水含量預(yù)測(cè)式中： WS 酸性天然氣的含水量，g/103m3; yHC酸性天然氣中除CO2和H2S外所有組分的摩爾分?jǐn)?shù)。 yCO2, yH2S酸性天然氣中CO2和H2S的摩爾分?jǐn)?shù)。 WHC由圖16查得的天然氣含水量，（已用附圖校正） WCO2純CO2的含水量，由圖28查得。 WH2S純硫化氫的含水量，由圖29查得。 （1） 坎貝爾（Campbell）法 當(dāng)天然氣中的酸性組分低于40時(shí)，用下式計(jì)算其含水量（2）Wichert法 Wichert等提出了一種確定含酸性組分的天然氣水含量的圖

16、解法，此法是先用其它方法得到脫除酸性組分后的天然氣水含量(可利用圖16查得)，再由其提供的圖18查得含酸性組分與脫除酸性組分的天然氣水含量比值，從而計(jì)算出酸性天然氣的含水量。 當(dāng)天然氣中同時(shí)含有CO2時(shí)，將CO2的摩爾含量乘以0.75折算成H2S的當(dāng)兩含量。 其適用條件為：壓力70MPa，溫度175，H2S含量(55(X)） 其用法如紅虛線所示。3.水合物區(qū)域的含水量4.天然氣水露點(diǎn)/水含量的預(yù)測(cè) 在確定水合物形成區(qū)域的天然氣水含量時(shí)，因?yàn)榇藭r(shí)天然氣中的水和水合物達(dá)成平衡，所以應(yīng)確定氣體與水合物呈平衡時(shí)的天然氣水含量。（二）天然氣水合物 在一定的條件（高壓、低溫）下，天然氣中的某些組分能與其所

17、含水分形成固體水化物，這種天然氣水合物是白色結(jié)晶體，相對(duì)密度為0.960.98，外觀類似于松散的冰或致密的雪，可浮在水面上或沉在液烴中。這種固體水合物會(huì)堵塞輸送管道和設(shè)備，影響天燃?xì)獾拈_采和加工。因此，必須弄清水合物的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、形成機(jī)理和形成條件，以便預(yù)防和破壞水合物的形成。 1. 水合物的結(jié)構(gòu)及形成條件 在適宜的條件（T、P）下，水分子首先用氫鍵方式自身連結(jié)為“籠狀”結(jié)構(gòu)的晶格，氣體分子包籠在晶格的空腔內(nèi)，起到穩(wěn)定晶格的作用。沒有烴分子存在，這種籠狀結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)的晶格就不能形成。（熱力學(xué)不穩(wěn)定） 水合物結(jié)構(gòu)示意圖見圖1-9 型:晶格內(nèi)有46個(gè)水分子,共有8個(gè)晶穴2個(gè)小晶穴,直徑0.52nm6個(gè)

18、大晶穴,直徑0.59nm型:晶格內(nèi)有136個(gè)水分子,共有24個(gè)空腔16個(gè)小晶穴,直徑0.48nm 8個(gè)大晶穴,直徑0.69nmH型:晶格內(nèi)有34個(gè)水分子,共有6個(gè)空腔由大、中、小三種晶穴組成dmax0.69nm的分子，不能形成型和型水合物，例戊烷dmax0.59nm的分子，能形成型和型水合物，例甲烷0.59dmax0.69nm的分子，只能形成型水合物，例丙烷下面是一些分子形成水合物的類型組分 N2 CO2 H2S CH4 C2H6 C2H4 C3H8 C3H6 C4H10 iC5H10結(jié)構(gòu)型、型、H型型、H型由此可知：H型水合物形成的主要條件天然氣處于水蒸汽過飽和狀態(tài)或由液態(tài)水存在。有足夠的高

19、壓力和足夠低的溫度。在條件滿足的情況下，氣體壓力產(chǎn)生波動(dòng)、流向突然改變而產(chǎn)生擾動(dòng)、或有晶種存在都會(huì)促進(jìn)產(chǎn)生水合物。所以，水合物容易產(chǎn)生的地方有：閥門處（壓力突變）、彎頭部位（流向改變）等2. 無硫天然氣水合物形成條件預(yù)測(cè) 在天然氣開采、集輸及處理與加工中，常常需要知道天然氣水合物的形成條件。目前，有許多預(yù)測(cè)水合物形成溫度和壓力的方法。其中，采用較多的有相對(duì)密度法、平衡常數(shù)法、熱力學(xué)模型法和實(shí)驗(yàn)法。其中相對(duì)密度法、平衡常數(shù)法僅適用于無硫天然氣的預(yù)測(cè)，而熱力學(xué)模型法測(cè)還可用于含硫天然氣的預(yù)測(cè)，下面我們將分別介紹。 （1）相對(duì)密度法（經(jīng)驗(yàn)圖解法） 相對(duì)密度法認(rèn)為：假定有游離水存在的條件下，天然氣水合

20、物的形成溫度和形成壓力只和天然氣的相對(duì)密度有關(guān)。此法不適合高濃度的酸性氣體。 注意：對(duì)于甲烷和天然氣，相對(duì)密度小于0.7時(shí)誤差較小，當(dāng)天然氣密度在0.9-1.0時(shí)，誤差較大。由圖可知：T=f(P,S) 為天然氣在P、S條件下生成水合物的最高溫度；P=f(T,S) 為天然氣在T、S條件下生成水合物的最低壓力； 認(rèn)為氣相中i組分與水合物中i組分具有與相平衡關(guān)系類似的平衡關(guān)系。 即： 氣體混合物中i組分的水合物氣固平衡常數(shù)； 氣體混合物中i組分在氣相中的摩爾分?jǐn)?shù)（干基） 氣體混合物中i組分在水合物固相中的摩爾分?jǐn)?shù)（干基） 形成水合物的初始條件為： （2）平衡常數(shù)法（K值法）應(yīng)用本方法時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)

21、： 此方法僅限于混合氣體，不適用于純氣體； CH4、C2H6、C3H8、i-C4H10、n-C4H10，CO2和H2S等的KVS圖見有關(guān)文獻(xiàn)。 N2及戊烷以上烴類的KVS可視為無限大，因?yàn)樗鼈儾荒苄纬伤衔铩?當(dāng)壓力超過7.010.0MPa時(shí)，不推薦采用此關(guān)聯(lián)式 3. 高CO2、H2S含量的天然氣水合物形成條件預(yù)測(cè) （1）熱力學(xué)模型法 熱力學(xué)模型法是建立在相平衡理論和實(shí)驗(yàn)研究基礎(chǔ)上的一種預(yù)測(cè)水合物形成條件的方法。目前，幾乎所有預(yù)測(cè)水合物形成條件的方法都是建立在verder Waal-Platteeuw(vdWP)統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)模型的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。根據(jù)相平衡準(zhǔn)則，多組分體系處于平衡時(shí)每個(gè)組分在各

22、相中的壓力、溫度和化學(xué)位(或逸度)相等。其中，化學(xué)位相等可表示為：式中 水在水合物相H(客體分子占據(jù)晶穴)內(nèi)的化學(xué)位； 水在其他平衡共存含水相內(nèi)的化學(xué)位。 目前，基于狀態(tài)方程的軟件是預(yù)測(cè)水合物形成的最準(zhǔn)確方法。與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)比較，其準(zhǔn)確度一般在1之間。此法通常適用于工程設(shè)計(jì)。 （2）Baillie 和 Wichert 法 Baillie 和 Wichert用PR狀態(tài)方程對(duì)大量天然氣的水化物生成條件進(jìn)行了計(jì)算，并繪制圖（見圖111）。在已知體系壓力、H2S含量和氣體混合物相對(duì)密度的情況下，可查圖得到天然氣水合物的形成溫度。其預(yù)測(cè)精度的考察結(jié)果如下： 考察條件 酸性組分總含量：170； H2S含量：1

23、50； H2SCO21:3 10:1；對(duì)C3H8的含量進(jìn)行校正。 考察結(jié)果 與PR狀態(tài)方程預(yù)測(cè)的結(jié)果相比，75的數(shù)據(jù)相差1.1； 90的數(shù)據(jù)相差1.7 圖的用法見紅虛線所示。（三）烴水體系的相特性 烴-水體系的相特性是指含水天然氣在一定條件下（P、T）下的相態(tài)特性。和我們以前學(xué)過的相圖一樣，烴水體系的相特性圖直觀地表示了含水天然氣在不同定條件下的相特性。右圖是一般烴水體系的相特性。 開始有液烴出現(xiàn)出現(xiàn)液態(tài)水出現(xiàn)水合物 在天然氣加工過程中，二氧化碳的含量較多時(shí)，將出現(xiàn)以下兩方面的問題： 在低溫、高壓下，二氧化碳和水形成固體水合物，堵塞設(shè)備和管道； 當(dāng)天然氣的溫度較低（一般-57）時(shí)，二氧化碳本身

24、會(huì)形成干冰，同樣會(huì)堵塞設(shè)備和管道，尤其是透平膨脹機(jī)出口和脫甲烷塔頂部。 脫除天然氣中的水可以防止二氧化碳水合物的形成；脫二氧化碳可防止生成干冰，但是，如果選擇好工藝條件，在不脫除二氧化碳情況下，仍可防止生成干冰。因此，研究烴二氧化碳體系相特性，預(yù)測(cè)固體二氧化碳的形成條件，可幫助選擇防止水合物生成的條件。三、烴二氧化碳體系相特性 圖解法 圖的使用方法： 先根據(jù)體系溫度、壓力用圖114右上角圖確定體系是在液相區(qū)，還是在氣相區(qū)； 若是在液相區(qū)，根據(jù)溫度查圖114固液 平衡虛線，得到能夠生成固體二氧化碳的液體中二氧化碳濃度； 若是氣體，根據(jù)體系溫度及壓力查圖114固氣 平衡圖，得到生成固體二氧化碳的氣

25、體二氧化碳濃度。第四節(jié) 天然氣處理含義及產(chǎn)品質(zhì)量要求 一、天然處理的含義 1. 天然氣處理的目的 (4個(gè)） 燃?xì)夤芫W(wǎng)供氣：主要內(nèi)容包括，脫除天然氣中的硫化氫和二氧化碳，解決空氣污染和熱值問題，脫重?zé)N和水，解決輸送過程的重?zé)N和水的冷凝問題。 天然氣液化：主要解決天然氣的遠(yuǎn)距離輸送問題, 特別是跨海運(yùn)輸問題。由于液化（常壓，-162）天然氣的體積為其氣體（20，101.325kp）體積的1/625，故有利于輸送和儲(chǔ)存。 供應(yīng)石油化工原料：a.提供較純的原料甲烷作為制氫、生產(chǎn)尿素和甲醇的原料；b.回收輕烴，作為裂解、脫氫、異構(gòu)化、芳構(gòu)化及氧化等生產(chǎn)化學(xué)品的原料。 提供石油液化氣和天然氣凝析油: 石油

26、液化氣為城市提供燃料，凝析油經(jīng)物理加工生產(chǎn)系列溶劑油。2. 天然氣加工過程 商品天然氣的質(zhì)量要求是根據(jù)其經(jīng)濟(jì)效益、安全衛(wèi)生和環(huán)境保護(hù)三方面的因素綜合考慮制訂的，其主要質(zhì)量指標(biāo)如下。 (一) 熱值（發(fā)熱量） 表示天然氣質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。是用戶正確選用燃燒設(shè)備或燃具時(shí)所必須考慮的一項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)。用H表示，單位為 KJ/m3 低熱值 (燃燒生成的水以氣態(tài)形式存在）高熱值 (燃燒生成的水以液態(tài)形式存在）熱值 各國習(xí)慣不同，有的取高熱值，有的取低熱值，我國取高熱值。二、商品天然氣的質(zhì)量指標(biāo)表18 各種燃?xì)獾蜔嶂?燃 氣 天 然 氣 人 工 天 然 氣 氣臧氣 伴生氣焦?fàn)t煤氣炭化爐煤氣壓力氣化煤氣熱值，M

27、JNm331.636.031.643.914.718.316.216.415.315.5 由表18可知，不同種類的燃料氣，氣體熱值差別很大。天然氣的熱值大約是人工氣的2倍。 燃?xì)鉄嶂凳怯脩粽_選用燃燒設(shè)備和或燃具時(shí)必須考慮的一項(xiàng)重要指標(biāo) (二) 烴露點(diǎn) 在一定壓力下天然氣中烴類開始冷凝的溫度。為防止天然氣在管輸過程中有液烴析出，烴露點(diǎn)應(yīng)低于當(dāng)?shù)丨h(huán)境最低溫度。 (三) 水露點(diǎn)（也稱露點(diǎn)） 在一定壓力下，天然氣中水開始冷凝的溫度。為防止天然氣在管輸或加工過程中有水析出，水露點(diǎn)應(yīng)低于環(huán)境最低溫度。 (四) 硫含量 單位體積天然氣所含硫化物的量，常用硫化氫含量和總硫含量表示，單位，mg/m3。 天然氣

28、中除了含有硫化氫外，還含有二硫化碳（CS2）、羰基硫（COS）、硫醇（CH3SH、C2H5SH)、噻吩（C4H4S）、硫醚（CH3SCH3)等有機(jī)硫化物，但主要含有硫化氫，有機(jī)硫?qū)儆谖⒘糠秶?(五) 二氧化碳含量 天然氣中二氧化碳的體積百分含量 。由于二氧化碳具有不可燃燒性和在水存在時(shí)具有腐蝕性，一些國家規(guī)定天然氣中二氧化碳的含量不得高于23。 (六) 機(jī)械雜質(zhì)（固體顆粒） 標(biāo)準(zhǔn)不同，對(duì)顆粒要求也不一樣。我國國家標(biāo)準(zhǔn)天然氣（GB1720-2011）規(guī)定“天然氣中固體顆粒含量應(yīng)不影響天然氣的輸送和利用”；中石油行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/SY 30-2002規(guī)定天然氣中固體顆粒直徑應(yīng)小于5m，俄羅斯國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)

29、定天然氣中固體顆粒含量應(yīng)小于1mg/m3。項(xiàng) 目質(zhì) 量 指 標(biāo)高位熱值/(MJ/m3) 36.031.4 31.4總硫（以硫計(jì)）/含量，mg/m3 60 200 250硫化氫含量/(mg/m3) 6 20 350二氧化碳含量/%(體積分?jǐn)?shù)） 2.03.0水露點(diǎn)/，在天然氣交接點(diǎn)的壓力和溫度條件下，天然氣的水露點(diǎn)應(yīng)比最低環(huán)境溫度低5表112 我國天然氣質(zhì)量指標(biāo)（GB 17820-2011）產(chǎn) 品 名 稱 C1 C2 C3 C4 C5 英 文 名 稱 液化天然氣(LNG) Liquefied natural gas 天然氣凝液(NGL) Natural gas liquids 液化石油氣(LPG)

30、 Liquefied petroleum gas 天然氣油 (穩(wěn)定輕烴)壓縮天然氣(CNG) Compressed natural gas 三、天然氣處理主要產(chǎn)品及其質(zhì)量要求表1-13 天然氣處理主要產(chǎn)品組成（一）液化天然氣 液化天然氣是由天然氣液化制取的，以甲烷為主的液烴混合物。其摩爾組成約為：C1 8095，C2 310，C3 05，C4 03，C+5微量。一般是在常壓下將天然氣冷凍到約-162使其變?yōu)橐后w。 由于液化天然氣的體積為其氣體體積的1/625，故有利于輸送和儲(chǔ)存。（二）天然氣凝液 天然氣凝液也稱為天然氣液，簡(jiǎn)稱凝液 ，我國習(xí)慣稱為輕烴是指從天然氣中回收到的液烴混合物，包括乙烷、

31、向烷、丁烷及戊烷以上烴類等，有時(shí)廣義地說，從氣井井場(chǎng)及天然氣處理廠得到的凝析油均屬天然氣凝液。天然氣凝液可直接作為產(chǎn)品，也可進(jìn)步分離出乙烷、丙烷、丁烷或丙、丁烷混合物和天然汽油等。天然氣凝液及由其得到的乙烷、丙烷、丁烷等烴類是制取乙烯的主要原料。此外，丙烷、丁烷或丙、丁烷混合物不僅是熱值很高(約83.7125.6MJ/m3)、輸送及儲(chǔ)存方便、硫含量低的民用燃料，還是汽車的清潔替代燃料。（三）液化石油氣 液化氣分為煉廠液化石油氣和油氣田液化石油氣兩種。煉廠主要由丙烷、丙烯、丁烷和丁烯等組成。油氣田液化石油氣則是丙和丁烷的混合物等，不合烯烴。我國油氣田液化石油氣質(zhì)量指標(biāo)見表1-15。（四）天然氣油

32、 天然汽油也稱為凝析汽油，是指天然氣凝液經(jīng)過穩(wěn)定后得到的，以戊烷及更重?zé)N類為主的液態(tài)石油產(chǎn)品。我國習(xí)慣上稱為穩(wěn)定輕烴，國外也將其稱為穩(wěn)定凝析油。我國將天然汽油按其蒸汽壓分為兩種牌號(hào)其代號(hào)為1號(hào)和2號(hào)。1號(hào)產(chǎn)品可作為石油化工原料；2號(hào)產(chǎn)品除作為石油化工原料外，也可用作車用汽油調(diào)和原料。它們的質(zhì)量指標(biāo)見表1-16。（五）壓縮天然氣 壓縮天然氣是經(jīng)過壓縮的高壓商品天然氣，其主要成分是甲烷。目前，大多灌裝在20-30MPa的氣瓶中供汽車用，稱為汽車用壓縮天然氣其質(zhì)量指標(biāo)見下表。 表1-17 我國車用壓縮天然氣質(zhì)量指標(biāo)（GB18047-2000）第五節(jié) 城鎮(zhèn)用天然氣互換性和分類一、天然氣的燃燒特性和穩(wěn)定

33、性 城鎮(zhèn)天然氣是指質(zhì)量符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，供給居民生活、商業(yè)和工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)作燃料用的公共性質(zhì)的的天然氣。 目前國內(nèi)用作城鎮(zhèn)燃?xì)獾奶烊粴庵饕獊碜暂斔凸艿?，其質(zhì)量符合天然氣GB17820-2011的二類指標(biāo)。此外，我國沿海一帶城鎮(zhèn)目前采用液化天然氣作為燃?xì)獾脑絹碓蕉唷Ｌ烊粴獾娜紵匦裕褐饕ㄌ烊粴獾臒嶝?fù)荷、火焰穩(wěn)定、完全燃燒以及可靠的點(diǎn)火等。天然氣的燃燒穩(wěn)定性：是指燃燒時(shí)不發(fā)生黃焰、回火、離焰和煙氣中的CO含量不超標(biāo)等。二、天然氣的的互換性和燃具的適應(yīng)性（一）燃具的適應(yīng)性 燃具的適應(yīng)性：當(dāng)天然氣的組成、密度或發(fā)熱量變化時(shí)，燃具只需要改變一次空氣系數(shù)和熱負(fù)荷就能使燃?xì)夥€(wěn)定燃燒的特性。天然氣組成變化時(shí)

34、，至少從三方面影響燃具的適應(yīng)性： 導(dǎo)致燃具熱負(fù)荷改變而影響燃燒穩(wěn)定性； 導(dǎo)致燃燒不完全，可能使煙氣中CO含增加，甚至?xí)鎏迹?使火焰特性（例如尺寸和形狀）發(fā)生變化，導(dǎo)致火焰溫度不能滿足生產(chǎn)要求。（二）天然氣的互換性 天然氣的互換性：兩種不同組成的天然氣可以在同一爐具上穩(wěn)定燃燒，則這兩種燃?xì)饩哂谢Q性。 華白指數(shù)和燃燒勢(shì)是判定天然氣互換性的兩個(gè)重要指標(biāo)。華白指數(shù)，或稱熱負(fù)荷指數(shù)燃?xì)鉄嶂等細(xì)庀鄬?duì)密度 1. 華白（Wobb)指數(shù) 燃?xì)饣Q性的個(gè)判定指數(shù)。只要兩種燃?xì)獾娜A白指數(shù)相同，則兩種燃?xì)庠谕蝗季呱暇哂谢Q性。具有相同華白指數(shù)的不同的燃?xì)獬煞?，在相同的燃燒壓力下，能釋放出相同的熱?fù)荷。其定義為： 2. 燃燒勢(shì) 也稱德布爾（Delbourg）指數(shù)，是反映內(nèi)焰高度的指數(shù)，其計(jì)算公式為： CP=K1.0H2+0.6(CmHn+CO)+0.3CH4/d1/2式中 CP燃燒勢(shì) H2、CO、CH4 燃燒氣中氫氣、一氧化碳、甲烷體積分?jǐn)?shù)，%； CmHn燃?xì)庵谐淄橐酝獾奶細(xì)浠衔矬w積百分?jǐn)?shù)，%； d燃?xì)庀鄬?duì)密度（空氣=1）； K燃?xì)庵醒鹾啃拚禂?shù)，K=1+0.005O22； O2燃?xì)庵醒躞w積分?jǐn)?shù)，%。 我國城鎮(zhèn)燃