天然氣基礎(chǔ)02天然氣

第八局部輸氣工藝自然氣根底學(xué)問第八局部輸氣工藝自然氣根底學(xué)問第第1頁(1章)第一章自然氣根底學(xué)問一、自然氣的類別及用途自然氣的類別依據(jù)油氣藏的特點(diǎn)，自然氣可分為三類，即氣田氣、凝析氣田氣和油田伴生氣。l〕氣田氣。是指在開采過程中沒有或只有較少自然汽油凝析出來的自然氣，這種自然氣在氣藏中，烴類以單相存在，其甲烷的含量約為80％～90％，而戊烷以上的烴類組分含量很少。氣田氣在開采過程中一般沒有凝析油同時(shí)采出。凝析氣田氣。是指在開采過程中有較多自然汽油凝析出來的自然氣，這種自然氣中戊烷以上的組分含量較多，但是在開采中沒有較重組分的原油同時(shí)采出，只有凝析油同時(shí)采出。油田伴生氣。是指在開采過程中與液體石油一起開采出來的自然氣，這種自然氣是油藏中烴類以液相或氣液兩相共存，采油時(shí)與石油同時(shí)被采出，自然氣中的重?zé)N組分較多。依據(jù)自然氣中烴類組分的含量多少，自然氣可分為干氣和濕氣。l〕干氣。是指戊烷以上烴類可分散組分的含量低于100g／m烷含量一般在80％以上，乙烷、丙烷、丁烷的含量不多，戊烷以上烴類組分很少。大局部氣田氣都是干氣。2〕濕氣。是指戊烷以上烴類可分散組分的含量高于100g／m3的自然氣。濕氣中的甲烷含量一般在80％以下，戊烷以上的組分含量較高，開采中可同時(shí)回收自然汽油〔即凝析油。一般狀況下，油田氣和局部凝析氣田全可能是濕氣。依據(jù)自然氣中的含硫量差異，自然氣可分為潔氣和酸性自然氣。潔氣。通常是指不含硫或含硫量低于20mg／m3的自然氣，潔氣不需要脫硫凈化處理，即可以進(jìn)展管道輸送和一般用戶使用。酸性自然氣。通常是指含硫量高于20mg／m3的自然氣。酸性自然氣中含硫化氫以及其它硫化物組分，一般具有腐蝕性和毒性，影響用戶使用。酸性自然氣必需過脫硫凈化處理后，才能進(jìn)入輸氣管線；在供用戶使用前一般應(yīng)予脫硫。自然氣的用途隨著自然氣資源的不斷覺察和開采，自然氣工業(yè)在改革開放的形勢下蓬勃進(jìn)展，自然氣的利用范圍逐步擴(kuò)大，它在社會(huì)主義四個(gè)現(xiàn)代化建設(shè)中顯示出更重要的作用。首先，自然氣的用途是作為燃料，它是一種優(yōu)質(zhì)能源。自然氣具有熱值大，運(yùn)輸和使用便利，燃燒完全，無煙無渣，價(jià)格較為廉價(jià)等優(yōu)點(diǎn)。因此自然氣廣泛用于交通、冶金、電力、輕工、化工等行業(yè)的內(nèi)燃機(jī)、汽車、煉鋼、熱處理、發(fā)電、工業(yè)鍋爐、加熱爐、印20﹪。其次，自然氣是貴重的化工原料，與其它固體或液體化工原料相比，它具有含水、含灰粉極少，含硫化物等雜質(zhì)極微，使用、處理便利等優(yōu)點(diǎn)。因此，使用自然氣作為化工原料，可使生產(chǎn)的產(chǎn)品本錢降低，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。用自然氣作為化工原料，可以生產(chǎn)近千主要有合成氨、甲醇、乙炔、甲烷氯化物、硝基甲烷、甲醛、氫氰酸、烯烴、芳烴、二硫塑料、醫(yī)藥、溶劑、冷凍劑、滅火劑、電影膠片、炸藥、高能燃料等等。而合成纖維、合成橡膠、塑料還可以進(jìn)一步加工，制造出眾多的工業(yè)、軍事和民用產(chǎn)品。人們還可以從有的自然氣中提出貴重的氦氣和氬氣，用于航天和電氣工程；回收單質(zhì)家畜和魚類，其效果很好?？傊匀粴獠粌H在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防等國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)方面發(fā)揮重要的作用，而且自然氣及其產(chǎn)品已廣泛使用于人們生活的各個(gè)領(lǐng)域之中。二、自然氣的組分自然氣是一種以飽和碳?xì)浠衔餅橹饕煞值幕旌蠚怏w，對已開采的世界各地區(qū)的自然氣分析化驗(yàn)結(jié)果證明，不同地區(qū)、不同類型的自然氣，其所含組分是不同的。下面分別介紹自然氣的主要組分。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，各類自然氣中包含的組分有一百多種，將這些組分加以歸納，大致可以分為三大類，即烴類組分、含硫組分和其它組分。烴類組分我們知道，只有碳和氫兩種元素組成的有機(jī)化合物，稱為碳?xì)浠衔?，簡稱烴類化合物。烴類化合物是自然氣的主要組分，大多數(shù)自然氣中烴類組分含量為60％～90％。自然氣的烴類組分中，烷烴的比例最大，其中最簡潔的是甲烷，其分子式為CH4。一般來說，大多數(shù)自然氣的甲烷含量都很高，通常為70％～90％。甲烷是無色無臭比空氣輕的可燃?xì)怏w，是優(yōu)良的氣體燃料。甲烷的化學(xué)性質(zhì)相當(dāng)穩(wěn)定，但經(jīng)過熱裂解、水蒸氣轉(zhuǎn)化、鹵化及硝化等反響后，可以制造出化肥、塑料、橡膠及人造纖維等，即甲烷同時(shí)又是一種用途廣泛的化工原料。甲烷是自然氣最主要的組分，其含量相當(dāng)高，故通常將自然氣作為甲烷來處理。自然氣中除甲烷組格外，還有乙烷、丙烷、丁烷〔含正丁烷和異丁烷常壓下都是氣體。有些自然氣中，乙烷、丙烷和丁烷的含量較高，而丙烷、丁烷?？梢赃m當(dāng)加壓或降溫而液化，這就是常說的液化石油氣，簡稱為液化氣。液化氣可以進(jìn)展加工制成很多化工產(chǎn)品，是很貴重的化工原料，同時(shí)也可以裝入煤氣罐內(nèi)，供城鎮(zhèn)居民生活中使用。自然氣中常含有確定量的戊烷〔碳五、己烷〔碳六、庚烷〔碳六、辛烷〔碳八、壬烷〔碳九、和癸烷〔碳十，這些含碳量較多的烷烴，簡稱為碳五以上組分，它們在常溫常壓下是液體，是汽油的主要成分。在自然氣開采中，上述組分凝析為液態(tài)而被回收，稱為凝析油，是一種自然汽油，可以用作汽車的燃料。含碳量更高的烷烴，自然氣中的含量極少。不飽和烴烯烴和炔烴，在自然氣中的含量很少，大多數(shù)自然氣中不飽和烴的總含量小于1％其多數(shù)為苯、甲苯和二甲苯，上述組分常?？梢院湍鲇鸵黄饛淖匀粴庵蟹謩e出來。含硫組分自然氣中的含硫組分，可分為無機(jī)硫化物和有機(jī)硫化物兩類。無機(jī)硫化物組分，只有硫化氫，分子式為HS。硫化氫是一種比空氣重、可燃、有毒、2有臭鴨蛋氣味的氣體。硫化氫的水溶液叫硫氫酸，顯酸性，故稱硫化氫為酸性氣體。有水存在的狀況下，硫化氫對金屬有猛烈的腐蝕作用，硫化氫還會(huì)使化工生產(chǎn)中常用的催化劑中毒而失去活性〔催化力氣減弱。因此，自然氣中含有硫化氫時(shí)，必需經(jīng)過脫硫凈化處理，才能進(jìn)展管輸和利用。由脫硫工藝可知，在進(jìn)展自然氣脫硫的同時(shí)，可回收硫化氫并將它轉(zhuǎn)換為硫磺及進(jìn)一步加工為硫化工產(chǎn)品。自然氣中有時(shí)含有少量的有機(jī)硫化物組分，例如流醇、硫醚、二硫醚、二硫化碳、羰基硫、噻酚、硫酚等。有機(jī)酸化物對金屬的腐蝕不及硫化氫嚴(yán)峻，但對化工生產(chǎn)中的催化劑的毒害作用與硫化氫一樣，使催化劑失去活性。大多數(shù)有機(jī)硫有毒、具有臭味、會(huì)污染大氣，因此，對自然氣中的有機(jī)硫，也應(yīng)當(dāng)通過凈化處理，盡量脫除。其它組分自然氣中，除去烴類和含硫組分之外，相對而言，較為多見的組分，還有二氧化碳及一氧化碳、氧和氮、氫、氦、氟以及水汽。二氧化碳是無色、無臭、比空氣重的不行燃?xì)怏w，溶于水生成碳酸，故二氧化碳是酸性氣體。有水存在時(shí)，二氧化碳對金屬設(shè)備腐蝕嚴(yán)峻，通常在自然氣脫硫工藝中，將二氧化碳同硫化氫一起盡量脫除。二氧化碳在自然氣中的含量，對于個(gè)別氣井而言，可高達(dá)10％以上。一氧化碳在自然氣中的含量甚微。在某些自然氣中覺察有微量氧，大多數(shù)自然氣中含有氮，一般狀況下，其含量都在10％以下，也有高達(dá)50％、甚至更多的。如美國某氣田生產(chǎn)的自然氣中，氮的含量高達(dá)94％。自然氣中氫、氦、氬的含量極低，一般都在1％以下。氣井采出的自然氣，大多含有飽和水蒸氣，即水汽，隨著自然氣的開采輸送，自然氣溫度降低，其中的水汽會(huì)不斷冷凝為液態(tài)水。自然氣中凝析出的液態(tài)水，會(huì)影響管輸工作，假設(shè)自然氣中含有硫化氫和二氧化碳，會(huì)腐蝕設(shè)備及管道，故對自然氣中的飽和水汽應(yīng)進(jìn)展脫除處理。一．自然氣的相對分子質(zhì)量眾所周知，物質(zhì)是由很多格外細(xì)小的分子所組成的，分子是保持物質(zhì)原有成分和一切化學(xué)性質(zhì)的最小粒子。一個(gè)分子的質(zhì)量很小，例如一個(gè)氫分子的質(zhì)量是3.34610-24g。所以，化學(xué)上承受碳元素C12的質(zhì)量的十二分之一作為測量一切分子的質(zhì)量的單位，用這種質(zhì)量單位表示的分子質(zhì)量叫相對分子質(zhì)量。自然氣的相對分子質(zhì)量，是依據(jù)自然氣各組分的相對分子質(zhì)量和它們的體積組成，用求和法計(jì)算的，通常稱為視相對分子質(zhì)量，簡稱相對分子質(zhì)量。二．密度及相對密度對于自然氣來說，單位體積自然氣的質(zhì)量稱之為密度。由此可得到如下自然氣密度的計(jì)算公式：MV〔l－l〕式中ρ-----自然氣的密度，Kg/m3；m——自然氣的質(zhì)量，kg；V——自然氣的體積，m3。在石油自然氣生產(chǎn)中，常常使用相對密度這一概念。自然氣的相對密度，是指在同溫同壓條件下，自然氣的密度與空氣的密度之比。即：Ga式中G——自然氣的相對密度；ρ---自然氣的密度，kg／m3；aρ ——同溫同壓下空氣的密度，kg／m3。a101.325kPa、溫度為273.15K〔即0℃〕條件下自然氣密度與空氣密度之比值，即自然氣在準(zhǔn)狀態(tài)下的相對密度。自然氣比空氣輕，其相對密度一般小于1，通常在0.5～0.7范圍內(nèi)變化。三．自然氣的粘度從宏觀上講，粘度表示流體〔含氣體和液體〕流淌時(shí)的難易程度，粘度小的流體易于流淌，粘度大的流體流淌困難。實(shí)質(zhì)上，粘度表征流體內(nèi)部有相對相運(yùn)動(dòng)時(shí)，相互間的內(nèi)摩擦力，即相互阻礙運(yùn)動(dòng)的力，內(nèi)摩擦力亦叫粘滯力。流體的內(nèi)摩擦力與流體內(nèi)部兩層流體的相對運(yùn)動(dòng)速度、接觸面積及相對距離有關(guān)。自然氣的粘度，與其組分的相對分子質(zhì)量、組成、溫度及壓力有關(guān)。在低壓條件下，壓力變化對氣體粘度的影響不明顯；氣體粘度隨溫度的上升而增大；氣體粘度隨相對分子質(zhì)量的增大而減?。环菬N類氣體的粘度比烴類氣體的粘度高。在高壓條件下，氣體粘度隨壓力的增大而增大；氣體粘度隨溫度的增高而降低；氣體的粘度隨相對分子質(zhì)量的增大而降低。自然氣中的主要烴類組分甲烷，一般狀況下，其體積組成為95％以上，故可以用甲烷的粘度代替自然氣粘度。四．自然氣的熱值自然氣作為燃料使用，其熱值是一項(xiàng)重要的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。自然氣的熱值，是指單位數(shù)量的自然氣完全燃燒所放出的熱量。自然氣的主要組分烴類是由碳和氫構(gòu)成的，氫在燃燒時(shí)生成水并被汽化，由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)，這樣，一局部燃燒熱能就消耗于水的汽化。消耗于水的汽化的熱叫汽化熱域蒸發(fā)潛熱。將汽化熱計(jì)算在內(nèi)的熱值叫全熱值〔高熱值，不計(jì)算汽化熱的熱值叫凈熱值〔低熱值。由于自然氣燃燒時(shí)汽化熱無法利用，工程上通常用低熱值即凈熱值。五．自然氣的含水量自然氣在地層里長期與水接觸，一局部自然氣溶解于水之中，一些水蒸氣也進(jìn)入自然氣。所以，從地下氣藏中開采出來的自然氣，總是含有水汽。通常所說的自然氣含水量，是指自然氣中水汽的含量。自然氣的含水量，與自然氣的壓力、溫度有關(guān)。在氣藏中或密閉系統(tǒng)中，自然氣與液態(tài)水同時(shí)存在時(shí)，自然氣的含水量隨壓力的增高而削減，隨溫度的上升而增加。自然氣含水量的多少，通常用確定濕度、相對濕度和露點(diǎn)來表示。自然氣確實(shí)定濕度，是指單位數(shù)量自然氣中所含水蒸氣的質(zhì)量，單位是g／m3。自然氣含水量的多少，與自然氣的壓力、溫度有關(guān)。在自然氣的壓力和溫度確定的條件下，自然氣的含水量到達(dá)某一最大值時(shí)，就不能再增加水汽的含量，同時(shí)開頭有水從自然氣中凝析出來，即此時(shí)自然氣為水汽所飽和。自然氣為水汽飽和時(shí)確實(shí)定濕度，稱之為飽和確定濕度，或簡稱飽和濕度。飽和濕度是確定壓力和溫度下自然氣的水汽最大含量。自然氣的飽和濕度與壓力和溫度有關(guān)，通常狀況下，自然氣的飽和濕度隨著溫度的升高而增大，隨著壓力的上升而降低。在確定壓力下，將自然氣降溫，自然氣的含水量就可能由較高溫度時(shí)的不飽和，變化為到達(dá)某一較低溫度時(shí)的飽和，此時(shí)，自然氣中開頭凝析出液態(tài)水，再降低溫度，自然氣中的水汽就不斷凝析出來。在確定壓力下，自然氣的含水量剛到達(dá)飽和濕度時(shí)的溫度，稱之為自然氣的水露點(diǎn)，簡稱為露點(diǎn)。露點(diǎn)是確定壓力下自然氣為水汽飽和時(shí)的溫度；是確定壓力下，自然氣中剛有一滴露珠消滅時(shí)的溫度。自然氣在管輸過程中，在輸壓條件下，隨著自然氣不斷流淌及輸送距離的增長，自然氣溫度漸漸降低，當(dāng)自然氣的溫度降低到其露點(diǎn)溫度時(shí)，就會(huì)凝析出液態(tài)水。為此，對自然氣進(jìn)展管輸時(shí)，必需將自然氣中的水汽盡量脫除，使其露點(diǎn)降低到輸壓條件下的輸氣溫度以下。這樣自然氣在輸送過程中就不會(huì)消滅液態(tài)水。六．自然氣的可燃性限和爆炸限可燃?xì)怏w與空氣混合〔空氣中的氧氣為助燃物質(zhì)炸。爆炸是一種猛烈燃燒，與之相區(qū)分的就是穩(wěn)定燃燒?？扇?xì)怏w與空氣的混合物，對于放開系統(tǒng)，遇明火可進(jìn)展穩(wěn)定燃燒。可燃?xì)怏w與空氣的混合物進(jìn)展穩(wěn)定燃燒時(shí)，可燃?xì)怏w在混合氣體中的最低濃度稱為可燃下限，最高濃度稱為可燃上限，可燃下限與可燃上限之間的濃度范圍稱為可燃性界限，簡稱可燃性限?？扇?xì)怏w與空氣的混合物，在封閉系統(tǒng)中遇明火可以發(fā)生猛烈燃燒，即發(fā)生爆炸。可燃?xì)怏w與空氣的混合物，在封閉系統(tǒng)中遇明火發(fā)生爆炸時(shí)，可燃?xì)怏w在混合氣體中的最低濃度稱為爆炸下限，其最高濃度稱為爆炸上限，爆炸上限與爆炸下限之間的可燃?xì)怏w的濃度范圍，稱為爆炸界限，簡稱爆炸限。2023～300020233000／s的高速傳播的燃燒波〔即爆炸波，體積突然猛烈膨脹，同時(shí)發(fā)出巨大的聲響，因而稱之為爆炸。自然氣是可燃?xì)怏w，在輸送及各種維護(hù)工作中，自然氣有可能與空氣混合遇明火發(fā)生爆炸事故，這是需要認(rèn)真對待的。的更小區(qū)間，例如氫氣，可燃性限是4％～74.2％，它的爆炸限是12％～45％。一般狀況下，將可燃性限與爆炸限混用，即用可燃性限代替爆炸限，這對于實(shí)際工作是適宜的，有利于安全工作。壓力對可燃?xì)怏w的可燃性限有很大影響，如當(dāng)壓力低于6665Pa時(shí)，自然氣與空氣的混合氣體遇明火不會(huì)發(fā)生爆炸。而在常溫常壓下，自然氣的可燃性限為5％～15％；隨著壓