《天然氣物理性質(zhì)》課件

天然氣物理性質(zhì)天然氣是一種重要的能源，廣泛應(yīng)用于工業(yè)、民用和交通領(lǐng)域。了解天然氣的物理性質(zhì)對于安全、高效地利用天然氣至關(guān)重要。課程概述課程目標(biāo)本課程旨在幫助學(xué)生深入了解天然氣的物理性質(zhì)，包括組成、狀態(tài)、密度、黏度等。課程內(nèi)容課程涵蓋天然氣的定義、形態(tài)、組成、狀態(tài)方程、熱學(xué)性質(zhì)、相圖等方面。課程方法通過課堂講授、案例分析、實驗演示等方式，幫助學(xué)生理解掌握相關(guān)知識。課程意義學(xué)習(xí)天然氣物理性質(zhì)對于理解天然氣開采、處理、儲存、運輸?shù)冗^程至關(guān)重要。天然氣的定義1天然氣是地下沉積的烴類氣體，主要成分是甲烷，此外還含有少量乙烷、丙烷、丁烷等烴類氣體。2氣態(tài)能源天然氣是一種清潔高效的氣態(tài)能源，可用于發(fā)電、供暖、工業(yè)生產(chǎn)等方面。3重要的化工原料天然氣也是重要的化工原料，可用于生產(chǎn)合成氨、甲醇等化工產(chǎn)品。天然氣的形態(tài)天然氣通常以氣態(tài)形式存在于地下儲層中，也可能以溶解于石油或吸附在煤層中的形式存在。天然氣儲層通常位于地表以下數(shù)千米處，壓力和溫度條件與地表不同。天然氣在開采、處理、輸送和使用過程中可能發(fā)生形態(tài)變化，例如液化和氣化。天然氣的組成甲烷天然氣中含量最高，占總體積的80%~95%。甲烷是主要的燃?xì)獬煞郑哂泻芨叩臒嶂?。乙烷天然氣中的第二大成分，占總體積的1%~5%。乙烷也是一種重要的燃?xì)獬煞郑瑹嶂当燃淄槁缘?。丙烷天然氣中的第三大成分，占總體積的0.5%~2%。丙烷可以作為液化石油氣(LPG)的原料，也可以作為燃料使用。丁烷天然氣中含量較少的成分，占總體積的0.1%~1%。丁烷也可以作為液化石油氣(LPG)的原料，也可以作為燃料使用。天然氣的狀態(tài)方程理想氣體狀態(tài)方程描述理想氣體狀態(tài)與壓力、體積和溫度之間的關(guān)系。范德華狀態(tài)方程考慮了氣體分子之間引力、體積的影響，更準(zhǔn)確地描述實際氣體行為。Peng-Robinson狀態(tài)方程廣泛應(yīng)用于天然氣等混合氣體系統(tǒng)的熱力學(xué)性質(zhì)計算。天然氣的密度天然氣的密度是指單位體積天然氣的質(zhì)量，它受天然氣的組成、溫度和壓力影響。天然氣的密度通常用公斤每立方米(kg/m3)表示。0.65kg/m3標(biāo)準(zhǔn)狀況下，天然氣密度約為0.65公斤每立方米。0.75kg/m3在高壓下，天然氣密度會增加，例如，在10兆帕下，天然氣密度可達(dá)0.75公斤每立方米。天然氣的黏度天然氣的黏度是指天然氣抵抗流動的能力。它受多種因素影響，包括溫度、壓力和天然氣組成。天然氣的黏度對管道輸送、天然氣井產(chǎn)量以及天然氣處理工藝都有重要影響。天然氣的表面張力定義天然氣表面層分子間的吸引力導(dǎo)致的表面現(xiàn)象，衡量液體抵抗表面積增大的程度。影響因素溫度、壓力、組成成分等。重要性影響天然氣流動、儲運、加工等過程，尤其在液化天然氣（LNG）生產(chǎn)和儲運方面意義重大。天然氣的熱學(xué)性質(zhì)天然氣熱學(xué)性質(zhì)描述其對熱量變化的響應(yīng)。主要性質(zhì)包括比熱容、熱導(dǎo)率、熱膨脹系數(shù)等。比熱容是指單位質(zhì)量的物質(zhì)升高或降低1℃所需的熱量。天然氣的比熱容取決于其組成和溫度。熱導(dǎo)率是指物質(zhì)傳遞熱量的能力。天然氣的熱導(dǎo)率隨壓力和溫度的變化而變化。熱膨脹系數(shù)是指物質(zhì)在溫度變化時體積變化的程度。天然氣的熱膨脹系數(shù)會影響其在管道中的流動和儲存。天然氣的熱傳導(dǎo)性質(zhì)熱傳導(dǎo)系數(shù)是指在單位時間內(nèi)，單位面積上的熱量傳遞速率，反映了物質(zhì)傳熱能力的大小。影響因素溫度、壓力、組分等都會影響天然氣的熱傳導(dǎo)系數(shù)。應(yīng)用在天然氣管道輸送、儲罐設(shè)計、燃燒器設(shè)計等方面具有重要意義。天然氣的熱膨脹系數(shù)天然氣的熱膨脹系數(shù)是指溫度變化時，天然氣體積變化的程度。它是一個重要的物理性質(zhì)，反映了天然氣對溫度變化的敏感程度。0.0034系數(shù)通常用每攝氏度體積膨脹的百分比表示，大約為0.0034%。100溫度變化當(dāng)溫度升高100攝氏度時，天然氣的體積將膨脹約0.34%。0.0034影響熱膨脹系數(shù)會影響天然氣的管道輸送，因為溫度變化會導(dǎo)致管道內(nèi)壓力波動。天然氣的相圖壓力和溫度影響天然氣相圖顯示壓力和溫度如何影響天然氣的相態(tài)。氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)天然氣可以存在于氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)，取決于壓力和溫度條件。臨界點和沸點相圖中顯示了天然氣的臨界點和沸點，這些點代表天然氣的相變點。天然氣的液化液化天然氣(LNG)是一種重要的清潔能源，天然氣的液化是將氣態(tài)天然氣冷卻至-162℃，使之變成液體。降低溫度將天然氣冷卻至-162℃增加壓力壓縮天然氣體積液化氣態(tài)天然氣變成液體液化過程可減少天然氣體積，便于儲存和運輸。天然氣的儲存1地下儲氣庫利用地下鹽穴、廢棄油氣田等儲層，將天然氣壓縮儲存，為長周期供氣提供保障。2液化天然氣（LNG）將天然氣冷卻至-162℃，液化后體積減小約600倍，方便運輸和儲存。3高壓儲氣罐利用高壓儲氣罐，將天然氣壓縮至高壓狀態(tài)，實現(xiàn)短期儲存。天然氣的輸送1管道輸送管道是輸送天然氣的主要方式2壓縮機(jī)站用于提高天然氣壓力3計量站測量天然氣流量4閥門控制天然氣流動方向天然氣輸送管道通常為長距離的地下管道，需要使用壓縮機(jī)站來提高天然氣壓力，以克服輸送過程中的摩擦阻力。在輸送過程中，需要使用計量站來測量天然氣流量，并使用閥門來控制天然氣流動方向，確保安全和高效的輸送。天然氣處理主要處理過程天然氣處理是指將開采出來的天然氣進(jìn)行凈化和脫水處理，以去除雜質(zhì)并滿足管道輸送和終端用戶的需求。這些過程旨在提高天然氣的熱值、降低腐蝕性，并避免管道和設(shè)備的堵塞。常見處理方法常見的天然氣處理方法包括脫水、脫硫、脫碳、脫氮等。脫水是指去除天然氣中的水分，脫硫是指去除天然氣中的硫化氫，脫碳是指去除天然氣中的二氧化碳。天然氣凈化去除雜質(zhì)天然氣凈化工藝去除雜質(zhì)，如硫化氫、二氧化碳和水蒸氣，保證天然氣質(zhì)量。提高燃料價值凈化后的天然氣更清潔、燃燒效率更高，提升燃料價值，減少對環(huán)境污染。安全可靠供應(yīng)凈化過程確保天然氣符合管道運輸和終端用戶安全使用要求，保障天然氣供應(yīng)的可靠性。天然氣脫硫硫化氫的危害硫化氫具有毒性，腐蝕性，會造成設(shè)備腐蝕，影響下游裝置運行。脫硫方法常用的脫硫方法包括胺法脫硫，氧化脫硫，吸附脫硫等。硫含量控制脫硫工藝需要嚴(yán)格控制硫含量，確保天然氣符合環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)和管道輸送要求。天然氣脫水目的去除天然氣中的水分，防止管道和設(shè)備腐蝕，并確保天然氣安全可靠地運輸和儲存。方法常用的脫水方法包括：冷凍法、吸附法、膜分離法。效果天然氣脫水后，可降低氣體中水分含量至標(biāo)準(zhǔn)要求，確保天然氣的質(zhì)量。天然氣脫碳脫碳工藝脫碳工藝是指從天然氣中去除二氧化碳的過程，這是一種常見的天然氣處理方法。脫碳過程使用各種技術(shù)，例如胺洗脫，將二氧化碳從天然氣中分離出來。脫碳目的脫碳的主要目的是提高天然氣的熱值，減少二氧化碳對管道和設(shè)備的腐蝕性。脫碳后，天然氣更安全且更適合運輸和使用。天然氣壓縮壓縮機(jī)類型往復(fù)式壓縮機(jī)離心式壓縮機(jī)螺桿式壓縮機(jī)壓縮過程將天然氣壓縮至所需的壓力，以便進(jìn)行輸送或儲存。壓縮機(jī)選型根據(jù)天然氣流量、壓力要求和經(jīng)濟(jì)效益等因素選擇合適的壓縮機(jī)。安全控制壓縮過程需要嚴(yán)格的安全控制，防止壓縮機(jī)過載或發(fā)生意外。天然氣制冷1制冷劑天然氣可用作制冷劑。2低溫天然氣沸點低，可用于低溫制冷。3應(yīng)用用于食品加工、醫(yī)藥、電子等行業(yè)。4環(huán)保天然氣制冷劑對環(huán)境友好。天然氣制冷是一種利用天然氣的低溫特性實現(xiàn)制冷的技術(shù)，具有環(huán)保、高效的優(yōu)勢，在食品、醫(yī)藥等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。天然氣分餾1分離根據(jù)沸點不同2提純分離出多種組分3混合物天然氣中多種組分4烴類甲烷、乙烷等5非烴類二氧化碳、氮氣等天然氣分餾是利用不同組分沸點差異，將天然氣中的多種組分分離的過程，并進(jìn)一步提純。分餾過程通常使用冷凝和蒸發(fā)操作，根據(jù)沸點不同進(jìn)行分離。分餾后的組分可以作為各種用途的原料，例如燃料、化工原料、制冷劑等。天然氣化工應(yīng)用合成氨天然氣是合成氨的主要原料，合成氨是生產(chǎn)氮肥和硝酸的重要原料。甲醇合成天然氣可用于生產(chǎn)甲醇，甲醇可用于生產(chǎn)各種化工產(chǎn)品，如甲醛、醋酸等。乙烯裂解天然氣可用于生產(chǎn)乙烯，乙烯是塑料、橡膠、合成纖維等的重要原料。其他化工產(chǎn)品天然氣還可用于生產(chǎn)其他化工產(chǎn)品，如二氧化碳、氫氣、合成氣等。天然氣燃料應(yīng)用11.發(fā)電天然氣作為發(fā)電燃料，排放污染物少，燃燒效率高，是環(huán)保型能源。22.工業(yè)燃料天然氣用于鋼鐵、化工、陶瓷等工業(yè)領(lǐng)域，是重要的生產(chǎn)原料和燃料。33.居民燃料天然氣用于家庭烹飪、取暖和熱水供應(yīng)，是重要的民用燃料。44.交通燃料天然氣作為汽車燃料，排放污染物少，是清潔能源。天然氣燃料特性高熱值天然氣的熱值很高，約為8,500千卡/立方米。燃燒清潔燃燒后產(chǎn)生的污染物少，如二氧化碳、氮氧化物和硫化物。燃燒效率高燃燒效率高達(dá)95%，能有效地利用能源。安全性高天然氣本身無毒，但易燃，在使用過程中要做好安全措施。天然氣燃料成本天然氣燃料成本取決于多種因素，包括天然氣價格、運輸成本、儲存成本、以及處理成本等。與其他燃料相比，天然氣燃料成本通常較低，且具有較高的熱效率，這使其成為一種經(jīng)濟(jì)高效的燃料選擇。天然氣燃料環(huán)境影響低碳排放天然氣燃燒產(chǎn)生的二氧化碳比煤炭少，對大氣層的溫室效應(yīng)影響較小。天然氣燃燒產(chǎn)生的氮氧化物和硫氧化物也較少，減少了酸雨的形成。清潔能源天然氣是清潔的能源，對環(huán)境的影響相對較小。天然氣燃燒過程中產(chǎn)生的污染物少，對空氣質(zhì)量的影響較小。天然氣未來發(fā)展趨勢清潔能源發(fā)展天然氣作為清潔能