天然气基础知识

1天然气基础知识21燃气的分类与天然气理、化性质课程概要12

LNG的优势与危险性常见单位换算33燃气：在具有氧气、火源二者同时存在时可以控制燃烧的可燃混合气体。城市燃气：城市民用和厂矿企业使用的燃气，一般是由数种单一气体组成的可燃混合气体。天然气：指动、植物通过生物、化学及地质变化作用，在不同地质条件下生成、转移，在一定压力下储集，埋藏在深度不同的地层中的优质的可燃混合气体。其组分以甲烷为主，同时还含有少量的其他碳氢化合物、二氧化碳、硫化氢、氮和微量的氦、氖、氩等气体。一、什么是燃气？4城市燃气的分类天然气人工煤气液化石油气生物气（沼气）新型合成能源（二甲醚DME等）二、燃气的分类5

气田气：由气井开采出的可燃气体。主要成分是甲烷，约占98％左右。平均热值：38MJ/NM3（合9080kcal)。石油伴生气：随石油开采一起喷出，经分离而获得。乙烷含量较高，平均热值：42MJ/NM3(合9910kcal)。凝析气田气：天然气开采过程中，从天然气中凝析出的一部分石油轻质馏分。戊烷含量较高，平均热值：46MJ/NM3(合10992kcal)。矿井气：原煤开采中，从井下煤层中抽出的可燃气体。CH4含量约为30-55%。平均热值：18.84MJ/NM3(合4502kcal)。页岩气：页岩气是从页岩层中开采出来的天然气,成分以甲烷为主,是一种重要的非常规天然气资源。我国页岩气的勘探与开发还处于起步阶段，美国成为世界上唯一实现页岩气大规模商业性开采的国家，2010年页岩气的开采量增长至美国天然气总量20%三、天然气的种类NG、LNG、CNG、ANG的具体含义NG的储存主要有液化天然气（LNG）、压缩天然气（CNG）、吸附天然气（ANG）和天然气水合物（NGH）等方式。

LNG是天然气经过净化之后，通过压缩升温，在混合致冷剂的作用下，冷却移走热量，并除去其中的氮气、二氧化碳、固体杂质、硫化物和水，再节流膨胀而得到-162℃的以液态形式存在的LNG。经过这一过程，天然气体积缩小了625倍。CNG通常是在常温、20～25MPa下保存的压缩超临界流体。在298K、20MPa条件下，CNG的密度约为0.15g/cm3，相当于STP条件下NG的密度的230倍，CNG的体积储存量一般可达200V（STP）/V（换算成STP条件下的甲烷体积同吸附剂体积之比）。ANG是吸附储存在多孔材料中的天然气，通常维持在常温、中低压（3.5～4MPa）条件下。由于ANG以CNG的1/6的压力（只需单级压缩）就有望实现相当于CNG的天然气储存量，因此被寄予厚望，获得了广泛的研究。ANG技术的关键是开发出适合天然气储存的高效专用吸附剂，自20世纪50年代以来研究过的吸附剂包括天然沸石、分子筛、活性氧化铝、硅胶、碳黑、活性炭、金属有机框架化合物等。

NGH是水和天然气之间以氢键形式形成的笼形结构冰状晶体化合物，最早发现的NGH是海洋和冻土区的自然天然气水合物矿藏。在笼形水合物全部填满的情况下，NGH的理论体积储存量可达174V（STP）/V，但是，实验室实现的NGH储量通常仅为其1/3，同时NGH技术还存在着一些重要缺陷：形成速度非常缓慢、需要分离和富集水合物颗粒、在水合物中包含了大量的未反应的间隙水和储存的天然气不能仅仅通过减压方式释放。7煤炭、石油、天然气并称为世界能源的三大支柱。我国是多煤少油乏气的国家。天然气现已成为全球公认的最清洁能源，是世界各国改善环境和维持经济可持续发展的最佳能源选择。世界各国能源结构将逐步围绕天然气作巨大的调整。在中国能源结构中，到2020年，预测天然气占一次能源消费总量的比例将从现在的4％上升至10％。一些能源界人士认为，中国天然气行业的黎明已经来临。一场以天然气为主力军的历史性能源革命正在展开。(朝阳产业：改善生存环境；提高生活品质)天然气行业发展现状8天然气资源概况我国大约在公元前900年就开始使用天然气，是世界上最早利用天然气的国家之一，公元前211年在四川钻了第一口天然气气井。蕴藏量丰富，现已探明储量为38.6万亿立方米，可开采量24.7万亿立方米，可供使用60年西一线、西二线、西三线、川东线、陕京一、二、三线贯穿内陆管网，合计年输气能力达1190亿立方米。俄气南下、海气登陆、西气东输、川气东送、形成良好的天然气发展格局。天然气液化与天然气压缩技术极大的推动天然气的利用与蓬勃发展。2011年国内达产近1400万立方/日，2015年LNG年接收预计可达3000万吨。进口LNG将满足中国需求量30%21世纪是天然气的世纪9LNG是英文LiquefiedNaturalGas（液化天然气）的缩写。LNG是天然气经过净化之后，通过压缩升温，在混合致冷剂的作用下，冷却移走热量，并除去其中的氮气、二氧化碳、固体杂质、硫化物和水，再节流膨胀而得到-162℃的以液态形式存在的LNG。经过这一过程，天然气体积缩小了625倍。天然气液化后，为维持其低温状态，必须用特殊冷冻船运送到买方接收站，并经由卸料臂送到低温储存，经由海水汽化装置，将低温液态天然气复原为常温气态天然气，然后经由管线，将天然气输送到发电厂、工厂及家庭用户使用。LNG的主要成份为甲烷，化学名称为CH4，还有少量的乙烷C2H6、丙烷C3H8以及氮N2等其他成份组成。LNG作为一种清洁燃料，必将成为新世纪的主要能源之一。四、LNG的基本性质LNG基本知识——LNG的主要物理化学性质10LNG基本知识——LNG的主要物理化学性质11主要物理性质①沸点为-162.15℃，熔点为-182℃，着火点650℃②临界温度为-82.3℃，临界压力为45.8kg/cm3③液态密度为420—460kg/m³，气态密0.688kg/Nm3④气态热值9100Kcal/m3，液态热值12000Kcal/kg⑤无色无味气体1、LNG沸点都在-162°C左右-162°C的温度使LNG从生产、运输、储存、使用都具有了特殊性：①天然气液化过程，需要多级冷却，并不是一下就能直接冷到-162°C的。②存储运输过程中需要用保温材料，防止冷能过多流失。可用耐低温、绝热性能好的储罐低温储存，LNG储罐进行绝热处理（珍珠粉，双层抽真空）。可采用LNG槽车、LNG运输船进行远距离运输。也可采用低温材料的管道进行输送，需进行保温绝热处理。③利用过程中又要防止LNG低温冻伤，操作人员应佩戴防冻手套、防护面罩；如果是气化成气体使用的话，考虑的就是大型LNG项目冷能利用的问题。2、熔点：在一定压力下纯物质的固态和液态呈平衡时的温度。对LNG来说液态变为固态的温度。3、着火点650℃物理性质一：温度临界温度：物质以液态形式出现的最高温度。LNG（由天然气变LNG的温度，气态变液态后的温度：—82.3℃压力越小，临界温度就越低。天然气与压力没有直接关系，严格的来说天然气的形态是与温度有着非常重要的关系，如果温度高于—82.3℃（就为气态）；若温度低于—82.3℃（为液态）—82.3℃叫临界温度。临界压力：就是在临界温度时使气体液化所需要的最小压力。也就是液体在临界温度时的饱和蒸汽压。物理性质二：临界温度、临界压力15

液态与气态密度比大1体积液化天然气的密度大约是1体积气态天然气的625倍，即1体积LNG大致转化为625体积的气体。天然气比空气轻，且小于1Kg/Nm3，其密度一般在0.7-0.8kg/Nm3左右，不同产地、不同气田天然气组分之别导致其密度是有差异的。相对密度指气体密度与空气平均密度（1.293kg/Nm3)之比，显然天然气的相对密度小于1，比空气轻，LNG泄露气化后易扩散。LNG的密度取决于其组分，通常在430㎏/m3～470㎏/m3之间，但是在某些情况下可高达520㎏/m3。密度还是液体温度的函数，其变化梯度约为1.35㎏·m-3·℃-1。物理性质三：密度16天然气的热值：

单位体积天然气完全燃烧可放出的热量称为天然气的热值，单位kJ/Nm3。热值分高热值和低热值两种。天然气的高热值在数值上大于其低热值，区别是高热值指烟气中所含水蒸气以冷凝状态呈现，释放出汽化潜热时的热值。

低热值=高热值-水蒸气的气化潜热甲烷在标准状态下：高热值为39.82MJ/m3；低热值为35.88MJ/m3气态热值9100Kcal/m3，液态热值12000Kcal/kg。天然气作为混合气体，其热值根据组分不同在一定区间波动，具体数值对应具体抽样分析到样本气。物理性质四－热值注：1MJ=238.9Kcal天然气正是拥有较高的热值，才能用作燃料17因为LNG无味，当LNG气化作为城镇燃气使用时必须加臭，以便天然气若有泄露能及时发现，第一时间处理。常用的加臭剂是四氢噻吩。加臭标准：16-25mg/NM3物理性质五：无色透明、无味18爆炸极限：天然气的爆炸极限是5－15%（占空气中体积%）。LNG泄漏一定会爆炸吗？不一定，若LNG泄漏到地面或水面，即使被点燃也不会在开阔区域的空气中爆炸。LNG泄漏后产生的蒸汽扩散到大气中的移动距离取决于哪些因素？移动的距离取决于LNG的泄漏量、持续时间、风速、风向、地形、大气温度、湿度。天然气化学性质一：燃烧特性气体甲烷乙烷乙烯丙烷丙烯正丁烷异丁烷一氧化碳氢气硫化氢爆炸下限5.02.92.72.12.01.51.812.54.04.3爆炸上限15.013.034.09.511.78.58.574.275.945.519

LNG有毒吗？LNG和天然气是无毒的，但高浓度的天然气可以使人窒息。液体大量溢出会迅速气化吸热，造成大量的雾气，降低氧气浓度，有可能造成窒息。化学性质二：无毒无腐蚀性20CNG的生产过程：经过干燥、压缩机加压而成。天然气经压缩机加压后，压力达到20-25MPa，再经过高压深度脱水干燥充装进入高压钢瓶组槽车储存，通过公路运输方式，把其送至使用城市或其它用气点。

它与管道天然气的组分相同。CNG可作为车用燃料利用，CNG、LNG不可用于长输管线输送。应用：由于CNG压力非常高，因此相应容器、管道压力等级很高。万一发生泄漏，除了本身易燃易爆外，还可能因为高压损坏设备、对人体造成致命伤害。所以，必须严格按操作规程进行相关操作，定期进行设备检维修，作好个人安全防护（佩戴好安全帽等）CNG的基本特性LNG的优势（1）供气平稳：LNG作为气源供气时，一是建设气化站采用点对点方式供气；二是以气化站为气源建立局域网方式供气，与管道气相比，气源独立，可根据用户用量设定LNG储罐储量，不受上下游用户的影响，供气平稳性好。（2）热效率高：LNG与管道气相比，在液化前需要去除水分、二氧化碳、氮气、硫化物和其它杂质，组分纯，热值高，是管道天然气的1.25倍，应用于工业燃气，无过多的氮气、水分和其它杂质参加燃烧，热效率高。（3）安全性好：LNG燃点高（650℃），爆炸极限窄（5-15%），气化后相对密度为0.47-0.55，只有空气的一半左右。即使稍有泄漏，也会立即挥发扩散，在非受限空间内不存在爆炸的可能。且由于LNG的低温特性，一旦发生不安全事故，保温罐体漏热，液体会急剧蒸发向外部喷射气体，即使燃烧，也不会回燃，不存在爆炸的可能，安全性好。热值MJ/kg爆炸极限%密度千kg/m3着火温度C汽油46-481.1--5.90.73450柴油43.6-46.21.5--4.50.84230LNG36-435--150.46650LNG的优势（4）环保性强：LNG组分纯净，主要成分是甲烷，替代车、船发动机用汽柴油，减少尾气有害排放物85%以上；替代工业燃气乙炔、丙烷、液化石油气，减少二氧化碳排放50%左右，与燃煤相比环保性更加显著，且LNG不含有苯、铅、磷等有毒、有害物质，环保性好。（5）经济性佳：LNG替代车、船发动机用汽柴油，可节约燃料成本30%左右，替代工业燃气乙炔、丙烷、液化石油气，可节省综合成本40%以上；与CNG相比，运输费用低，是CNG运费的1/10。（6）方便灵活：LNG单位体积密度大，便于携带运输，可实现非管网供气，达到天然气供应无死角，方便灵活。（7）用途广泛：LNG既可以为管网进行季节、故障调峰，也可以实现非管网供气，使天然气资源多元化，优化能源结构，保证供气平稳安全，更是大中城市节能减排的理想能源，广泛应用于运输业、物流业、机加工业、造船业、铝业、食品加工业、铸造业、玻璃、陶瓷、路桥、水泥加工、冷藏、深冷加工等，应用领域广。LNG在车船上的应用—可行性

根据LNG的物理、化学性质与柴油、汽油的性质相近，做为燃料在车船上的应用，技术上是可行的。

LNG车辆有两种类型：一种以LNG为燃料的单燃料汽车，一种LNG与柴油混合使用的双燃料汽车。整车生产LNG汽车厂家有：陕汽、东风、长安、重汽、金龙、宇通

LNG双燃料汽车改装厂家有：上海、深圳、贵州、北京等发动机生产厂家：潍柴、玉柴、无柴、上柴等LNG加气站设备厂家有安瑞科、四川华气厚普等。

建站不受天然气管网制约，加气站占地少。另外建站资金较低建站周期较短。由于LNG是液态，便于运输。特别适应于矿山、港口运输的重型卡车和城际大巴以及内湖和近海船舶上应用。23LNG在车船上的应用——优势续驶里程长扩展性好经济性更优清洁环保投资节约安全性高重卡用450L瓶可行驶400Km以上。车辆节约燃油成本，设备简单，维护成本低，车辆超载效果更突出。LNG的燃点为650℃，比汽、柴油高；LNG的爆炸极限为5%—15%，爆炸极限比汽、柴油宽，且气化后密度很低，稍有泄漏即挥发扩散。CO和硫化物等污染物排放量少，环境效果明显。LNG储存效率高、占地少、无大型动力设备运营成本低、投资省。只需增加一台压缩机和汽化器即可生产CNG。24LNG在车船上的应用——优势

LNG的主要成份为甲烷，硫化物和碳氢化和物少，因此LNG燃烧基本无污染；LNG车用燃料可以降低汽车尾气排放污染，改善城市空气质量，环保效果显著。

LNG环保性25

污染物燃料

污染物排放量g/m3)CO碳氢化合物NO总SO总微粒总量CNG、LNG0.020.160.76000.94柴油7.130.561.430.650.19.87汽油5.180.341.190.440.057.2甲醇1.80.160.34002.3电力0.060.021.420.980.032.51LNG在车船上的应用——优势LNG环保性26山东地区柴油与LNG价格比较（重卡）百公里油/气耗50升50/1.273=39公斤平均单价 4.95元/升3.5元/公斤 百公里燃料费用比较247.5元136.5元经济效益分析行驶里程：10万公里/年300km/日每年节省燃料费用：1.11元/公里×10万公里/年11.1万元采用LNG车的购车成本比柴油车增加8-10万.一年收回购车成本。冬季北方重卡必须用低温柴油，天然气不存在低温问题,效益更加显著。LNG在车船上的应用——优势LNG经济性27LNG在车船上的应用——结论用LNG作为车用燃料从技术上是可行的。

国内LNG资源是充足的

结论

LNG在车船上用经济效益是明显的。占地少、投资省污染低，环保效能高28LNG的安全性燃烧范围：5%~15%，即体积分数低于5%和高于15%都不会爆炸。自然温度：可燃气体与空气混合物，在没有火源的情况下，达到某一温度后，能够自动点燃着火的最低温度成为自然温度。甲烷性质比较稳定，在大气压力条件下，纯甲烷的平均自然温度为650℃。以甲烷为主要成分的天然气自然温度较高，LNG的自然温度随着组分的变化而变化。燃烧速度：是火焰在空气—燃气的混合物中的传递速度。天然气的燃烧速度较低，其最高燃烧速度只有0.3m/s。BOG加热器LNG储罐日蒸发率大约为0．15％，这部分蒸发了的气体(简称BOG)如果不及时排出，将造成储罐压力升高，为此设置了降压调节阀，可根据压力自动排出BOG。储罐蒸发的BOG和槽车卸车的BOG，通过1台BOG加热器加热后进入BOG储罐储存，在冬季使用水浴式NG加热器时，BOG可作为热水锅炉的燃料，夏季可进入管网。EAG加热器低温系统安全阀放空的全部是低温气体，在大约-107℃以下时，天然气的重度大于常温下的空气，排放不易扩散，会向下积聚。因此设置一台空温式放散气体加热器，放散气体先通过该加热器，经过与空气换热后的天然气比重会小于空气，高点放散后将容易扩散，从而不易形成爆炸性混合物LNG的危险性（1）翻滚：由于贮槽中LNG不同的组成和密度引起分层，两层之间进行传质和传热，最终完成混合，同时在液层表面进行蒸发。此蒸发过程吸收上层液体的热量而使下层液体处于过热状态。当两液体的密度接近相等时就会突然迅速混合而在短时间内产生大量气体，使储罐内压力急剧上升，甚至顶开安全阀。为避免这种危险，应采取特殊处理的方法：①轻LNG从槽底进料，或重LNG槽顶进料，或两者结合使用；②在槽内安装一自动密度仪检测不同密度的层；③用槽内泵使液体从底至顶循环；④保持LNG的含氮量低于1%，并且密切监测气化速率。（2）低温冻伤由于LNG是-162℃的深冷液体，皮肤直接与低温物体表面接触会产生严重的伤害。直接接触时，皮肤表面的潮气会凝结，并粘在低温物体表面上。皮肤及皮肤以下组织冻结，很容易撕裂，并留下伤口。粘接后，可用加热的方法使皮肉解冻，然后再揭开。这时候如硬将皮肤从低温表面撕开，就会将这部分皮肤撕裂，所以当戴湿手套工作时应特别注意。低温液体黏度较低，它们会比其他液体（如水）更快地渗进纺织物或其他多孔的衣料里去。在处理与低温液体或蒸汽相接触或接触过的任何东西时，都应戴上无吸收性的手套（PVＣ或皮革制成），手套应宽松，这样如发生液体溅到手套上或渗入手套里面时，就可容易地交手套脱下。如有可能发生激烈的喷射或飞溅，应使用面罩或护目镜保护眼睛。LNG的危害（3）LNG的泄露由于低温操作，金属部件会出现明显的收缩，在管道系统的任何部位尤其是焊缝，阀门、法兰、管件、密封及裂缝处，都可能出现泄漏和沸腾蒸发，如果不及时封闭这些蒸气，它就会逐渐上浮，且扩散较远，容易遇到潜在的火源，十分危险。可以采用围堰和天然屏障对比空气重的低温蒸气进行拦截。（4）低温麻醉没有充分保护措施，在低于10℃下待久后，就会有低温麻醉的危险产生，随着体温下降生理功能和智力活动下降，心脏功能衰竭，进一步下降会致人死亡。对明显受到体温过低影响的人，应迅速从寒冷地带转移并用热水洗浴使体温恢复，不应该用干热的方法提升体温。（5）窒息呼吸LNG低温蒸气有损健康，短时间内，导致呼吸困难，时间一长，就会产生严重的后果。虽然LNG蒸气没有毒，但其中的氧含量低，容易使人窒息。如果吸入纯净LNG蒸气而不迅速脱离，很快就会失去知觉，几分钟后便死亡。当空气中的氧含量逐渐降低，操作人员没有一点感觉，也没有任何警示。等意识到，则为时已晚。LNG的危害（6）冷爆炸在LNG泄漏遇到水情况下，（例如集液池中的雨水），水与LNG之间非常高的热传递速率，LNG将激烈地沸腾并伴随大的响声、喷出水雾，导致LNG蒸气爆炸。这个现象类似水落在一块烧红的钢板上发生的情况，可使水立即蒸发，为避免这种危险，应定期排放集液池中的雨水。（7）火灾LNG蒸气遇到火源着火后，火焰会扩散到氧气所及的地方。游离云团中的天然气处于低速燃烧状态，云团内形成的压力低于5kPa，一般不会造成很大的爆炸危害。燃烧的蒸气就会阻止蒸气云团的进一步形成，然后形成稳定燃烧。在处理LNG失火时，推荐干粉（最好是碳酸钾）灭火器。高倍数泡沫材料或泡沫玻璃块可用于覆盖LNG池火并能极大降低其辐射作用。必须保证