天然氣加工與工藝

天然氣處理與加工盧錦華第一章概論第一節(jié)天然氣基本知識第二節(jié)天然氣組成及分類第三節(jié)天然氣及其產品的質量標準第四節(jié)天然氣處理與加工的含義第一節(jié)天然氣基本知識介紹一、天然氣的定義（能源、可燃氣體、石油煤炭、地下開采、H2S中毒）天然氣（naturalgas)：在一定條件下，生成、運移、并儲集在巖石中的以烴類氣體為主的可燃性氣體。LNG

(liquefiednaturalgas)液化天然氣CNG

(compressednaturalgas)壓縮天然氣ANG

(absorbednaturalgas)吸附天然氣LPG

(liquefiedpetroleumgas)液化石油氣NGL

(naturalgasliquilds)天然氣凝液二、天然氣的形成過程

大多認為石油和天然氣是由大量有機質轉化而來。一切有機物質均可作為石油的原始物質，包括高等植物在內。有機質中的蛋白質、脂肪和碳水化合物等都有可能轉化為石油的物質成分。這些生物遺體和泥砂一起沉積在湖、海底部，逐漸形成有機質淤泥。然后在一定的物理化學因素和地質作用下轉化為石油和天然氣。

石油和天然氣形成的地質條件主要取決于：具有大量的有機物質來源；有利的還原環(huán)境；要有促使有機質轉化為石油的溫度、壓力以及細菌作用的影響等。油氣的形成實際上是去氧、加氫、富碳的一種化學過程，因此溫度和壓力是重要因素。隨著有機物質的埋深加大，當溫、壓升高到50—150℃，30—70Mpa時，或深度在1.5km以上時，就有大量的烴類物質產生。因而，長期穩(wěn)定下沉的深坳陷是形成石油的主要有利條件。淺海特別是瀉湖、海灣和三角洲的集水盆地及潮濕氣候區(qū)的廣闊湖盆是有利的生油環(huán)境。

天然氣在地層中形成后，會向相鄰的空隙豐富和滲透性好的巖層轉移。在地層應力、水動力和自身浮力的作用下由底層向高層移動，遇到有遮擋條件的地方停止轉移，聚集形成天然氣藏。“生、儲、蓋、圈、運、保”三、天然氣資源與分布1、世界資源與分布

地球上蘊藏著極其豐富的天然氣資源，據(jù)估計，僅常規(guī)天然氣的資源量為600*1012m3，非常規(guī)天然氣資源潛力更加巨大。（資源量不是自然界存在的數(shù)量，而是人們經過地質勘探和研究而認識到的地下蘊藏?？刹蓛α渴墙涍^勘探證實，并在現(xiàn)有條件就有經濟價值的資源。已經發(fā)現(xiàn)并且預期可采的石油天然氣稱為探明儲量。）

目前的開采速度為2～3*1012m3/年，按照這個速度，僅常規(guī)天然氣可供人類開采200～300年。

世界天然氣資源分布極不均勻，常規(guī)天然氣主要集中于俄羅斯和中東地區(qū)，這兩個地區(qū)天然氣可采儲量約占世界天然氣總探明儲量的2/3。其余天然氣資源主要分布于北美洲、拉丁美洲、歐洲、非洲和亞洲地區(qū)，且這五個地區(qū)的天然氣資源量也比較接近。2、我國天然氣的資源與分布

2008年8月最新評估結果，我國天然氣總資源量為56*1012m3，可采資源量為22*1012m3，居世界第15位。

我國天然氣資源主要分布在四川、鄂爾多斯、塔里木、柴達木、準格爾、松遼六大盆地，占全國總量的62.8%。四、我國天然氣的發(fā)展戰(zhàn)略

根據(jù)我國發(fā)改委2007年發(fā)布的《天然氣利用政策》，天然氣利用領域歸納為四大類，即城市燃氣、工業(yè)燃料、天然氣發(fā)電和天然氣化工。天然氣利用堅持全國一盤棋，由國家統(tǒng)籌規(guī)劃，堅持天然氣產地的合理需求；堅持區(qū)別對待，明確順序，確保天然氣優(yōu)先用于城市燃氣，促進天然氣科學利用、有序發(fā)展；堅持節(jié)約優(yōu)先，提高資源利用效率。

我國的天然氣資源和生產發(fā)展狀況與需求量尚存在較大的缺口。為滿足未來天然氣的需求，我國提出天然氣工業(yè)的發(fā)展思路：以市場為導向，積極利用兩種資源和兩個市場。兩種資源國內資源：加大國內天然氣勘探開發(fā)力度，努力發(fā)現(xiàn)和開發(fā)大型氣田。國外資源：從俄羅斯、土庫曼斯坦以及中東和東南亞地區(qū)進口管道天然氣和液化天然氣。兩個市場國內市場：1）西氣東輸工程經過9個省到上海市，管線長4000Km,輸氣能力每年120*108m3。2004年年底實現(xiàn)全線貫通，2008年達到設計輸氣量。管徑1016mm，全程同徑，輸氣壓力為10MPa。2）川氣東送工程建設從重慶忠縣到湖北武漢的主管道，全程703Km，管徑700mm，年輸氣能力30*108m3,2004年年底已建成通氣，主要供湖北省、湖南省用氣，中遠期部分共江西省。兩個市場之國外市場俄氣南供工程：中國石油天然氣集團公司受國家計劃委員會的委托，于2000年2月在北京召開了“引進俄聯(lián)邦東西伯利亞地區(qū)天然氣項目市場協(xié)調會”，會議對項目的前期工作進行了協(xié)調，并作了具體的布置。該項目對東北及環(huán)渤海地區(qū)的發(fā)展將具有重大的政治、經濟意義。2005～2007年建成投產并送氣，2010年滿負荷運行。規(guī)劃每年從俄羅斯進口300*108m3，中國境內利用200*108m3，其中東北地區(qū)100*108m3，環(huán)渤海地區(qū)100*108m3；輸送到韓國100*108m3。五、天然氣的用途1、城市燃氣

天然氣與其它燃料相比，具有使用方便、經濟、熱值高、污染少等優(yōu)點。發(fā)達國家的天然氣首先用來滿足住宅用氣，把這種利用稱作最有價值的貴重用途。

作為一次能源，天然氣燃燒放出的SO2、NOx、CO、CO2和灰分遠小于石油和煤炭。（相同熱值下以天然氣排放的污染物為1計。）能源SO2NOxCOCO2灰分天然氣11111石油4005161.3314煤炭70010291.671482、天然氣發(fā)電

a、

污染小天然氣由于經過凈化處理，含硫量低，每億度電排放二氧化硫為2噸。耗水量小，只有煤電廠的1/3，廢水排放量減少到最低程度。至于灰渣，排放量為零。

b、熱效率高普通燃煤蒸汽電廠的熱效率高限為40%，而天然氣燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)電廠的熱效率目前已達56%。

C、占地小，定員少燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)電廠占地小，以2500兆瓦電廠為例，其占地12*104m2，而煤電廠卻高達52*104m2。同時燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)電廠布置緊湊，自動化程度高。d、投資省由于單機容量大型化、輔助設備少，聯(lián)合循環(huán)電廠的投資不斷下降。聯(lián)合投資電廠每千瓦投資已降到400美元左右，而煤電帶脫硫裝置的電廠每千瓦投資為800～850美元。聯(lián)合循環(huán)電廠建設周期短，約2～3年，燃煤電廠約4～5年。e、調峰性能好燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)電廠開停車方便、調峰性能好，從啟動到滿負荷僅需1小時左右。f、發(fā)電成本低3、天然氣汽車

天然氣作為汽車燃料，具有辛烷值高、與空氣混合均勻、燃燒完全、發(fā)動機不結炭、磨損小、環(huán)境污染小、運行成本低等優(yōu)點。

壓縮天然氣汽車

吸附天然氣汽車

液化天然氣汽車缺點：氣罐占用車的面積大適用于行程短、經常處于怠速下的城市公交和短途運輸車。4、化工原料

以天然氣為原料的一次化工產品有氨、甲醇、合成油、氫氣、乙炔、氯甲烷、二氯甲烷、四氯化碳、炭黑等。其中氨、甲醇、乙炔是天然氣化工的三大基礎產品。

第二節(jié)天然氣組成和分類一、組成

天然氣是由低分子飽和烴為主的烴類氣體與少量非烴類組成的混合氣體。烴類

甲烷（CH4)乙烷（C2H6)、丙烷(C3H8)丁烷(C4H10)、戊烷C5H12)C6+不飽和烴(C2H4、C3H6、C4H8)占大部分不多極少痕跡非烴類H2S、CO2、CO、N2、H2、H2O、RSH（硫醇）、RSR（硫醚）、COS（羰基硫）、C4H4S（噻吩）、稀有氣體He、Ar少量微量

天然氣的化學組成多達100多種，各氣田的組成各不相同

氣象條件，地質條件不同、不同地區(qū)、不同儲層深度、同一儲層不同進口

礦藏依賴性二、分類

從天然氣凈化和處理的角度分類有三種分類方法按礦藏特點分按烴類組成分按酸氣含量分一、按礦藏特點分氣井氣凝析井氣油田氣非伴生氣伴生氣1、氣井氣：純氣田天然氣，氣藏中的天然氣以氣相存在，通過氣井開采出來。這類氣體中甲烷含量高，屬于干氣。青海臺南氣田：甲烷：99.2丙烷：0.02氮氣：0.12、凝析井氣凝析氣田天然氣，在氣藏中以氣相存在，采出地面分為氣液兩相。

氣相：含有甲烷、乙烷外，還含有一定的丙烷、丁烷及C5+以上的烴類。液相：也叫凝析油，又稱天然汽油，主要成分為C5～C22烴類混合物，餾分20～200℃.新疆柯克亞凝析氣田甲烷：82.69乙烷：8.14丙烷：2.47丁烷：1.22戊烷：0.47C6+:0.39氮氣：0.8CO2:0.263、油田氣即油田伴生氣，它是與油田共生，在油藏中與原油呈相平衡接觸的氣體。包括游離氣（氣層氣)和溶解氣兩種，從組成上講屬于濕氣，富含丁烷以上組分，隨原油的開采以一定的氣油比采出。華北油田氣甲烷：59.37乙烷：6.48丙烷：10.02丁烷：18.42戊烷：7.62C6+:1.34氮氣：1.79CO2

:4.58

20世紀70年代以前，油田伴生氣都以點天燈餓形式浪費。20世紀80年代以后，開始進行回收。2、按烴類組成分1）C3界定法（貧富氣劃分）

貧氣：指1m3井口流出物中，C3以上烴類氣體按液態(tài)計含量低于100ml.

富氣：指1m3井口流出物中，C3以上烴類氣體含量按液態(tài)計含量高于于100ml.2）C5界定法（干濕氣劃分）

干氣：指1m3井口流出物中，C5以上烴類含量低于10ml.

濕氣：指1m3井口流出物中，C5以上烴類含量高于于10ml.

m3

基準立方米1atm20℃

Nm3

標準立方米1atm0℃3、按酸氣含量分酸氣：CO2+硫化物1）酸氣：指含有顯著的