天然气的组成和分类

1、天然气的组成和分类化学三班Contents目录认识天然气认识天然气天然气的组成天然气的组成天然气的分类天然气的分类Part One认识天然气认识天然气01011-1 天然气的定义天然气的定义从广义来说，天然气是指自然界中天然存在的一切气体，包括大气圈、水圈、和岩石圈中各种自然过程形成的气体（包括油田气、气田气、泥火山气、煤层气和生物生成气等）。而人们长期以来通用的“天然气”的定义，是从能量角度出发的狭义定义，是指天然蕴藏于地层中的烃类和非烃类气体的混合物，其主要成分是烷烃，其中甲烷占绝大多数，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷，此外一般还含有硫化氢、二氧化碳、氮和水气，以及微量的惰性气体，如氦和氩等。

2、1-2 天然气的应用天然气的应用天然气与煤炭、石油并称目前世界一次能源的三大支柱。天然气与煤炭、石油并称目前世界一次能源的三大支柱。天然气的蕴藏量和开采量都很大，它除了是廉价的化工原料外，主要作为燃料使用，它不仅作为居民的生活燃料，而且还被用作汽车、船舶、飞机等交通运输工具的燃料，还可用于制造炭黑、化学药品和液化石油气，由天然气生产的丙烷、丁烷是现代工业的重要原料，由于天然气热值高，燃烧产物对环境污染少，被认为是优质洁净燃料。Part Two天然气的组成天然气的组成0202天然气是一种以饱和碳氢化合物为主要成分的混合气体，对已开采的世界各地区的天然气分析化验结果证实，不同地区、不同类型的天然气

3、，其所含组分是不同的。下面分别介绍天然气的主要组分。据有关资料统计，各类天然气中包含的组分有一百多种，将这些组分加以归纳，大致可以分为三大类，即烃类组分、含硫组分和其它组分。2-1 天然气的组成天然气的组成我们知道，只有碳和氢两种元素组成的有机化合物，称为碳氢化合物，简称烃类化合物。烃类化合物是天然气的主要组分，大多数天然气中烃类组分含量为60%90%天然气的烃类组分中，烷烃的比例最大，其中最简单的是甲烷，其分子式为CH4 ，一般来说，大多数天然气的甲烷含量都很高，通常70%90%。甲烷是无色无臭比空气轻的可燃气体，是优良的气体燃料。甲烷的化学性质相当稳定，但经过热裂解、水蒸气转化、卤化及硝化

4、等反应后，可以制造出化肥、塑料、橡胶及人造纤维等，即甲烷同时又是一种用途广泛的化工原料。甲烷是天然气最主要的组分，其含量相当高，故通常将天然气作为甲烷来处理。2-2 烃类组分烃类组分天然气中除甲烷组分外，还有乙烷、丙烷、丁烷(含正丁烷和异丁烷），它们在高温常压下都是气体。有些天然气中，乙烷、丙烷和丁烷的含量较高，而丙烷、丁烷常可以适当加压或降温而液化，这就是常说的液化石油气，简称为液化气。液化气可以进行加工制成许多化工产品，是很宝贵的化工原料，同时也可以装入煤气罐内，供城镇居民生活中使用。2-2 烃类组分烃类组分天然气中常含有一定量的戊烷（碳五)、已烷(碳六)、庚 (碳六)、辛烷(碳八）、王烷

5、（碳九）、和癸烷(碳十），这些含碳量较多的烷烃，简称为碳五以上组分，它们在常温常压下是液体，是汽油的主要成分。在天然气开采中，上述组分凝析为液右而被回收，称为凝析油，是一种天然汽油，可以用作汽车的燃料。含碳量更高的烷烃，天然气中的含量极少。不饱和烃烯烃和炔烃，在天然气中的含量很少，大多数天然气中不饱和烃的总含量小于1%。有的天然气中含有少量的环戊烷和环已烷。有的天然气中含有少量的芳香烃，其多数为苯、甲苯和二甲苯，上述组分常常可以和凝析油一起从天然气中分离出来2-3 含硫组分含硫组分无机无机有机有机天然气中的含硫组分，可分为无机硫化物和有机硫化物两类无机硫化物组分，只有硫化氢，分子式为HS。硫化

6、氢是一种比空气重、可燃、有毒、有臭鸭蛋气味的气体。硫化氢的水溶液叫硫氢酸，显酸性，故称硫化氢为酸性气体。有水存在的情况下，硫化氢对金属有强烈的腐蚀作用，硫化氢还会使化工生产中常用的催化剂中毒而失去活性（催化能力减弱）。因此，天然气中含有硫化氢时，必须经过脱硫净化处理，才能进行管输和利用。由脱硫工艺可知，在进行天然气脱硫的同时，可回收硫化氢并将它转换为硫碳及进一步加工为硫化工产品。天然气中有时含有少量的有机硫化物组分，例如流醇、硫醛、二硫醚、二硫化碳、球基硫、腰酚、硫酚等。有机酸化物对金属的腐蚀不及硫化氢严重，但对化工生产中的催化剂的毒害作用与硫化氢一样，使催化剂失去活性。大多数有机硫有毒、具有

7、臭味、会污染大气，因此，对天然气中的有机硫，也应该通过净化处理，尽量脱除。天然气中，除去烃类和含硫组分之外，相对而言，较为多见的组分，还有二氧化碳及一氧化碳、氧和氮、氢、氨、氟以及水汽。2-4 其他组分其他组分二氧化碳是无色、无臭、比空气重的不可燃气体，溶于水生成碳酸，故二氧化碳是酸性气体。有水存在时，二氧化碳对金属设备腐蚀严重，通常在天然气脱硫工艺中，将二氧化碳同硫化氢一起尽量脱除。二氧化碳在天然气中的含量，对于个别气井而言，可高达10%以上，一氧化碳在天然气中的含量甚微。在某些天然气中发现有微量氧，大多数天然气中含有氮，一般情况下，其含量都在10%以下，也有高达50%、甚至更多的。如美国某

8、气田生产的天然气中，氨的含量高达94%。天然气中氢、氨、氩的含量极低，一般都在1%以下。气井采出的天然气，大多含有饱和水蒸气，即水汽，随着天然气的开采输送，天然气温度降低，其中的水汽会不断冷凝为液态水。天然气中凝析出的液态水，会影响管输工作，如果天然气中含有硫化氢和二氧化碳，会腐蚀设备及管道，故对天然气中的饱和水汽应进行脱除处理。从图中可以看出，天然气中，C1含量最高达到了78%，其次是C3，含量为5.31%，之后依次是nC1、CO2、C2等2-5 天然气组分检测天然气组分检测2-6 油田气的具体组成油田气的具体组成我国某些油田气我国某些油田气 的组成的组成Part Three天然气的分类天然

9、气的分类03033-1 天然气的大致分类天然气的大致分类按组成分类天然气可分为：气、非烃类气；按酸气含量分为：净气、酸气我国习惯分法：伴生气、气藏气和凝析气按来源分类天然气可分为：有机来源和无机来源；按烃类组成分为:干、湿气（富气、贫气），烃类按产状分类天然气可分为：游离气、溶解气、吸附气及固体气;按经济价值分类天然气可分为：常规天然气和非常规天然气；010102020303天然气按在地下存在的相态可分为游离态、溶解态、吸附态和固态水合物。只有游离态的天然气经聚集形成天然气藏，才可开发利用。按地下相态分类按地下相态分类依天然气蕴藏状态，又分为构造性天然气、水溶性天然气、煤矿天然气等三种。而构造

10、性天然气又可分为伴随原油出产的湿性天然气、不含液体成份的干性天然气。按天然气蕴藏状态分类按天然气蕴藏状态分类天然气按成因可分为生物成因气、油型气和煤型气。无机成因气尤其是非烃气受到高度重视。按成因分类按成因分类按天然气在地下的产状又可以分为油田气、气田气、凝析气、水溶气、煤层气、及固态气体水合物等。按在地下的产状分类按在地下的产状分类3-2 天然气的具体分类天然气的具体分类3-3 天然气的具体分类天然气的具体分类天然气按照存生成形式又可分为伴生气和非伴生气两种。伴随原油共生，与原油同时被采出的油田气。其中伴生气通常是原油的挥发性部分，以气的形式存在于含油层之上，凡有原油的地层中都有，只是油、气

11、量比例不同。即使在同一油田中的石油和天然气来源也不一定相同。他们由不同的途径和经不同的过程汇集于相同的岩石储集层中。非伴生气：包括纯气田天然气和凝析气田天然气两种，在地层中都以气态存在。凝析气田天然气从地层流出井口后，随着压力的下降和温度的升高，分离为气液两相，气相是凝析气田天然气，液相是凝析液，叫凝析油。若为非伴生气，则与液态集聚无关，可能产生于植物物质。世界天然气产量中，主要是气田气和油田气。对煤层气的开采，现已日益受到重视。按照存生按照存生形式分类形式分类伴生气非伴生气按矿藏特点的不同矿藏特点的不同可将天然气分为气井气、凝析井气和油田气。前两者合称非伴生气，后者又称为油田伴生气。 凝析井

12、气：即凝析气田天然气，在气藏中以气体状态存在，是具有高含量可回收烃液的气田气，其凝析液主要为凝析油，其次可能还有部分被凝析的水。这类气田的井口流出物除含有甲烷、乙烷外，还含有一定量的丙、丁烷及C5以上的烃类。气井气：即纯气田天然气，气藏中的天然气以气相存在，通过气井开采出来，其中甲烷含量高。 油田气：即油田伴生气，它伴随原油共生，是在油藏中与原油呈相平衡接触的气体，包括游离气(气层气)和溶解在原油中的溶解气，从组成上亦认为属于湿气。在油井开采情况中，借助气层气来保持井压，而溶解气则伴随原油采出。当油田气随原油一起被开采到地面后，由于油气分离条件(温度和压力)和分离方式(一级或多级)的不同，以及

13、受气液平衡规律的限制，气相中除含有甲烷、乙烷、丙烷、丁烷外，还含有戊烷、己烷，甚至C9、C10组分。液相中除含有重烃外，仍含有一定量的丁烷、丙烷，甚至甲烷。与此同时，为了降低原油的饱和蒸气压，防止原油在储运过程中的蒸发损耗，油田上往往采用各种原油稳定工艺回收原油中的C1C5组分，回收回来的气体，称为原油稳定气，简称原稳气。3-4 天然气的具体分类天然气的具体分类3-5 天然气的具体分类天然气的具体分类 (1) C5(1) C5界定法界定法干、湿气的划分干、湿气的划分 据天然气中C5以上烃液含量的多少，用C5界定法划分干气和湿气。 干气：指在1基方(101.325kPa，20)井口流出物中，C5

14、以上烃液含量低于 13.5cm3的天然气。 湿气：指在1基方井口流出物中。C5以上烃液含量高于13.5cm3的天然气。按天然气的烃类组成分类按天然气的烃类组成分类(2) C32) C3界定法界定法贫、富气的划分贫、富气的划分 据天然气中C3以上烃类液体的含量多少，用C3界定法划分贫气和富气。 贫气：指在1基方井口流出物中，C3以上烃类液体含量低于94cm3的天然气。 富气：指在1基方井口流出物中，C3以上烃类液体含量高于94cm3的天然气。按酸气含量分类按酸气含量分类指含有显著量的硫化物和CO2等酸气，这类气体必须经处理后才能达到管输标准或商品气气质指标的天然气。 酸性天然气（酸性天然气（sour gas）是指硫化物含量甚微或根本不含的气体，它不需净化就可外输和利用。 洁气（洁气（sweet g