输气管道设计第三章

第三章天然气及其基本特性§3.1天然气的组成及分类一、天然气的组成天然气：以甲烷为主要成分的可燃混合气体，通常是从地层中开采出来的，但也有人造天然气（如煤制气）。组成：烃类，非烃类烃类：常温常压下为气态的碳氢化合物，可燃。天然气中的烃类气体以正构或异构烷烃为主，甲烷（CH4）比例最高。非烃类：H2O，N2，CO2，CO，H2S，O2，H2，有机硫，微量惰性气体（氦、氖、氩）。一般不可燃。在天然气中,CH4比例占绝对优势。常温常压：C1C4为气体，C5+为液体。

几种天然气的组成(mol%)

产地组分塔里木靖边榆林C198.196.32288.35C20.510.6055.555C30.040.0841.133iC40.010.0120.152nC40.010.0110.219iC50.0110.0438nC50.0030.061C60.04

C7+0.01N20.70.7231.131CO20.582.1853.276H2O28ppm0.0050.0622H20.0390.0165H2S<20mg/m3<20mg/m3<20mg/m3二、天然气分类1、按来源划分纯气田气NaturalGas(NG)凝析气田气CondensedGas石油伴生气AssociatedGas煤层气Coalbedgas，CoalSeamMethane(CSM)水合物气田气NaturalGasHydrate(NGH)页岩气ShaleGas致密气Tightgas合成气Synthetic(Substitute)NaturalGas(SNG)（例如煤制气Coal-derivedGas）纯气田气、煤层气、煤制气、页岩气、致密气:CH4含量很高，重烃含量低。凝析气田气和石油伴生气：重烃含量较高，热值一般高于纯气田气和煤层气。四川气田：CH4一般超过90%，发热值34～36MJ/m3大港油田：CH4约80%，C2～C4约15%左右，发热值高达42MJ/m3。

2、按含酸性气体情况划分酸性天然气(酸气，sourgas)：CO2和H2S超标，需经过净化处理才能成为商品气。洁净天然气(洁气，sweetgas)：不含CO2和H2S或含量达标。GB50183-2004:《石油天然气工程设计防火规范》天然气中CO2分压≥300Pa，则视为酸气。3、按重烃组分含量（折算为凝析液体积）划分干气(drygas):C5+≤10ml(liquid)/m3湿气(wetgas):C5+

>10ml(liquid)/m3贫气(poorgas):C3+≤100ml(liquid)/m3富气(richgas):C3+>100ml(liquid)/m34、按储运形态划分NG:NaturalGasCNG:CompressedNaturalGas(20～25MPa)LNG:LiquefiedNaturalGas(1atm，-162℃)ANG:AbsorbedNaturalGasNGH:NaturalGasHydrate(1atm，-15℃）全世界已探明NGH储量已达其他矿物燃料（fossilfuel，包括煤、石油、天然气、油页岩等）储量的两倍以上。根据地质调查结果，我国南海、东海大陆架存在较丰富的NGH资源。WhyLNG?NaturalGasisliquefiedtoreducethevolume.Atatmosphericpressure,theratioofvolumesofthegaseousstatetotheliquidstateisintherangeof600:1to620:1NaturalGasisliquefiedinordertoeasilytransportitfromareaswherethereisanabundanceofgasbutnomarket,toanareawithamarketbutshortageofgasAllowslargestorage

LNG接收站常用16万方储罐，气态体积为多少？ReducedcostsforhighervolumesLNG海运成本和运价？查阅文献LNGUses:OverviewStorageInventoryforshippinglogisticsInventoryforshorttermdemandvariationInventoryforseasonalloadsRapidwithdrawalTransportationShippingTruckRailBarge/smallshipVehicleUse俄罗斯总理普京准备登上潜艇勘探全球最深湖泊贝加尔湖

俄罗斯总理普京2009年8月1日潜入1400米深的贝加尔湖近5小时，观察湖底天然气水化物晶粒。普京在潜艇内透过窗户向外张望

MidsizeChineseLNGplanttosupplydomesticmarketsOct16,2009WarrenR.True

ChiefTechnologyEditor-LNG/GasProcessing

HOUSTON,Oct.16--China’sNingxiaHanasNaturalGasCo.willemployAirProducts’LNGprocesstechnologyandequipmentforamidsizeLNGprojectinYinchuan,China,accordingtoanagreementwithoverallprojectmanagerTechnipannouncedOct.15.

AirProductswillsupplysinglemixed-refrigerantprocesstechnology,engineering,design,andmanufacturingoftheheatexchangerequipmentforliquefactionprocesssectionsintwo400,000-tonne/yeartrains.TheprocessusesAirProducts’proprietarywound-coilmaincryogenicheatexchangertechnology.Targetcompletionfortheunitsissecond-half2011.§3.2天然气的用途及优势两大类应用：燃料，化工原料工业：炉窑，锅炉，加热炉…发电

居民家庭燃料城市燃气公共服务业：集中供热、供暖、空调商业服务业：食堂，饭店，餐馆，洗浴中心汽车、轮船、发动机NGV:NaturalGasVehicleCNGV，LNGV，ANGVLMG:LiquefiedMethaneGas中国首座LNG加气站，位于北沙滩京藏高速东侧CNG和LNG加气站，位于北京地铁5号线大屯东站东南侧化工原料CH4氢氰酸，卤化甲烷，碳黑…

裂解CH4乙炔塑料，化纤，合成橡胶，其它有机化工原料转化CH4CO+H2C2H4，C3H6，C4H8…烯烃塑料，化纤，合成橡胶H2S硫磺，硫酸，硫铵…CO2干冰，油井气举开采He国防工业，原子能工业天然气作为燃料的四大优势：1、清洁燃料。燃烧产物中有害气体及固体颗粒含量低。西气东输三线工程建设总投资1250亿元，西起新疆霍尔果斯，东至福建、广东，总长度为7378公里，建成后，每年可向沿线市场输送300亿立方米天然气，每年可替代煤炭7680万吨，减少二氧化碳排放1.3亿吨、二氧化硫144万吨、粉尘66万吨。NGV的环保优势：（车船燃料）一氧化碳减少97%碳氢化合物减少72%氮氧化物减少39%二氧化碳减少24%二氧化硫减少90%噪声降低40%各种燃料锅炉的污染物排放量（g/GJ）

SOX颗粒物NOX烃类微量金属煤244.93109.1438.670.210.39渣油138.369.8816.760.430.01固体废物21.06138.3613.32

——木头0.86209.6910.74

—

—天然气0.040.439.880.130

说明：（1）煤按高硫(质量百分比为3.5%)、高灰份（质量百分比为10.6%）考虑。（2）渣油按高硫（质量百分比为3%）考虑。。燃料排放物2、热值较高。燃料热值：低(净)热值，高热值。

一般采用低热值。天然气：8000～10000kcal/m3

33.5～41.87MJ/m3人工煤气：3600～4200kcal/m315～17.6MJ/m3

LPG：约为甲烷的3倍。沼气：21MJ/m3（CH4—60%,CO2—40%）(Marshgas,Biogas)3、燃烧效率高，使用方便。

民用灶具：烧煤15%～18%烧天然气50%～60%

小锅炉：烧煤50%烧天然气80%～98%

发电：80%～90%

天然气发电的优势：环境影响小燃烧效率高节省投资20%左右启动/停运快，适合调峰电厂。便于实现自动控制。天然气发电的劣势：按等热值衡量,气价相对于煤价偏高。标准煤低热值:7000kcal/kgcece:coalequivalent新版《天然气利用政策》2012-12-1实施用户优先级：优先类，允许类，限制类，禁止类。煤层气发电项目：优先类非重要用电负荷中心：允许类（原来为限制类）预计未来十年我国天然气发电厂会进入快速发展阶段2025年之前，美国计划新建电厂50%为天然气发电。4、安全性较好：燃点高，爆炸限较窄。气体燃点范围（℃）CH4645～800C2H6530～588C3H8490～569CO630～650

几种可燃气体的燃点范围

几种可燃气体的爆炸极限气体爆炸下限%爆炸上限%天然气4.915.6焦炉煤气4.726.5水煤气6.373.8CO12.574.2H24.174.2天然气的危险有害因素易燃易爆性

易扩散性

高压缩性Joule-Thomson效应

形成水合物

窒息：空气中甲烷含量达25%~30%毒性：硫化氢

酸性气体（二氧化碳，硫化氢）腐蚀性

二十一世纪是天然气的世纪？1、清洁能源，环保效益好。2、在一次能源结构中的比例不断上升。预计2050年全球天然气消费量将超过石油。

1920年—2%

全球

1990年—22.5%

1993年—23.2%

2013年—23.7%

亚洲：2013年11.2%

中国：

2013年天然气消费量1676亿立方米。

1997年2.4%，

2007年3.4%，2011年4.6%2012年5.4%，2013年5.9%，

2014年6.3%

煤炭消耗量接近一次能源的70%。3、全球天然气资源丰富。常规天然气资源量:398×1012m3(估计可开采60年左右)其中探明储量:145×1012m3

已采出量：50×1012m3

NGH资源量：16992×1012m3

（相当于其他化石能源总量的2倍多）

中国天然气资源量：常规天然气:47×1012m3，其中可采14×1012