《天然气物理性质》课件

天然气物理性质天然气是一种重要的能源，广泛应用于工业、民用和交通领域。了解天然气的物理性质对于安全、高效地利用天然气至关重要。课程概述课程目标本课程旨在帮助学生深入了解天然气的物理性质，包括组成、状态、密度、黏度等。课程内容课程涵盖天然气的定义、形态、组成、状态方程、热学性质、相图等方面。课程方法通过课堂讲授、案例分析、实验演示等方式，帮助学生理解掌握相关知识。课程意义学习天然气物理性质对于理解天然气开采、处理、储存、运输等过程至关重要。天然气的定义1天然气是地下沉积的烃类气体，主要成分是甲烷，此外还含有少量乙烷、丙烷、丁烷等烃类气体。2气态能源天然气是一种清洁高效的气态能源，可用于发电、供暖、工业生产等方面。3重要的化工原料天然气也是重要的化工原料，可用于生产合成氨、甲醇等化工产品。天然气的形态天然气通常以气态形式存在于地下储层中，也可能以溶解于石油或吸附在煤层中的形式存在。天然气储层通常位于地表以下数千米处，压力和温度条件与地表不同。天然气在开采、处理、输送和使用过程中可能发生形态变化，例如液化和气化。天然气的组成甲烷天然气中含量最高，占总体积的80%~95%。甲烷是主要的燃气成分，具有很高的热值。乙烷天然气中的第二大成分，占总体积的1%~5%。乙烷也是一种重要的燃气成分，热值比甲烷略低。丙烷天然气中的第三大成分，占总体积的0.5%~2%。丙烷可以作为液化石油气(LPG)的原料，也可以作为燃料使用。丁烷天然气中含量较少的成分，占总体积的0.1%~1%。丁烷也可以作为液化石油气(LPG)的原料，也可以作为燃料使用。天然气的状态方程理想气体状态方程描述理想气体状态与压力、体积和温度之间的关系。范德华状态方程考虑了气体分子之间引力、体积的影响，更准确地描述实际气体行为。Peng-Robinson状态方程广泛应用于天然气等混合气体系统的热力学性质计算。天然气的密度天然气的密度是指单位体积天然气的质量，它受天然气的组成、温度和压力影响。天然气的密度通常用公斤每立方米(kg/m3)表示。0.65kg/m3标准状况下，天然气密度约为0.65公斤每立方米。0.75kg/m3在高压下，天然气密度会增加，例如，在10兆帕下，天然气密度可达0.75公斤每立方米。天然气的黏度天然气的黏度是指天然气抵抗流动的能力。它受多种因素影响，包括温度、压力和天然气组成。天然气的黏度对管道输送、天然气井产量以及天然气处理工艺都有重要影响。天然气的表面张力定义天然气表面层分子间的吸引力导致的表面现象，衡量液体抵抗表面积增大的程度。影响因素温度、压力、组成成分等。重要性影响天然气流动、储运、加工等过程，尤其在液化天然气（LNG）生产和储运方面意义重大。天然气的热学性质天然气热学性质描述其对热量变化的响应。主要性质包括比热容、热导率、热膨胀系数等。比热容是指单位质量的物质升高或降低1℃所需的热量。天然气的比热容取决于其组成和温度。热导率是指物质传递热量的能力。天然气的热导率随压力和温度的变化而变化。热膨胀系数是指物质在温度变化时体积变化的程度。天然气的热膨胀系数会影响其在管道中的流动和储存。天然气的热传导性质热传导系数是指在单位时间内，单位面积上的热量传递速率，反映了物质传热能力的大小。影响因素温度、压力、组分等都会影响天然气的热传导系数。应用在天然气管道输送、储罐设计、燃烧器设计等方面具有重要意义。天然气的热膨胀系数天然气的热膨胀系数是指温度变化时，天然气体积变化的程度。它是一个重要的物理性质，反映了天然气对温度变化的敏感程度。0.0034系数通常用每摄氏度体积膨胀的百分比表示，大约为0.0034%。100温度变化当温度升高100摄氏度时，天然气的体积将膨胀约0.34%。0.0034影响热膨胀系数会影响天然气的管道输送，因为温度变化会导致管道内压力波动。天然气的相图压力和温度影响天然气相图显示压力和温度如何影响天然气的相态。气态、液态和固态天然气可以存在于气态、液态和固态，取决于压力和温度条件。临界点和沸点相图中显示了天然气的临界点和沸点，这些点代表天然气的相变点。天然气的液化液化天然气(LNG)是一种重要的清洁能源，天然气的液化是将气态天然气冷却至-162℃，使之变成液体。降低温度将天然气冷却至-162℃增加压力压缩天然气体积液化气态天然气变成液体液化过程可减少天然气体积，便于储存和运输。天然气的储存1地下储气库利用地下盐穴、废弃油气田等储层，将天然气压缩储存，为长周期供气提供保障。2液化天然气（LNG）将天然气冷却至-162℃，液化后体积减小约600倍，方便运输和储存。3高压储气罐利用高压储气罐，将天然气压缩至高压状态，实现短期储存。天然气的输送1管道输送管道是输送天然气的主要方式2压缩机站用于提高天然气压力3计量站测量天然气流量4阀门控制天然气流动方向天然气输送管道通常为长距离的地下管道，需要使用压缩机站来提高天然气压力，以克服输送过程中的摩擦阻力。在输送过程中，需要使用计量站来测量天然气流量，并使用阀门来控制天然气流动方向，确保安全和高效的输送。天然气处理主要处理过程天然气处理是指将开采出来的天然气进行净化和脱水处理，以去除杂质并满足管道输送和终端用户的需求。这些过程旨在提高天然气的热值、降低腐蚀性，并避免管道和设备的堵塞。常见处理方法常见的天然气处理方法包括脱水、脱硫、脱碳、脱氮等。脱水是指去除天然气中的水分，脱硫是指去除天然气中的硫化氢，脱碳是指去除天然气中的二氧化碳。天然气净化去除杂质天然气净化工艺去除杂质，如硫化氢、二氧化碳和水蒸气，保证天然气质量。提高燃料价值净化后的天然气更清洁、燃烧效率更高，提升燃料价值，减少对环境污染。安全可靠供应净化过程确保天然气符合管道运输和终端用户安全使用要求，保障天然气供应的可靠性。天然气脱硫硫化氢的危害硫化氢具有毒性，腐蚀性，会造成设备腐蚀，影响下游装置运行。脱硫方法常用的脱硫方法包括胺法脱硫，氧化脱硫，吸附脱硫等。硫含量控制脱硫工艺需要严格控制硫含量，确保天然气符合环保标准和管道输送要求。天然气脱水目的去除天然气中的水分，防止管道和设备腐蚀，并确保天然气安全可靠地运输和储存。方法常用的脱水方法包括：冷冻法、吸附法、膜分离法。效果天然气脱水后，可降低气体中水分含量至标准要求，确保天然气的质量。天然气脱碳脱碳工艺脱碳工艺是指从天然气中去除二氧化碳的过程，这是一种常见的天然气处理方法。脱碳过程使用各种技术，例如胺洗脱，将二氧化碳从天然气中分离出来。脱碳目的脱碳的主要目的是提高天然气的热值，减少二氧化碳对管道和设备的腐蚀性。脱碳后，天然气更安全且更适合运输和使用。天然气压缩压缩机类型往复式压缩机离心式压缩机螺杆式压缩机压缩过程将天然气压缩至所需的压力，以便进行输送或储存。压缩机选型根据天然气流量、压力要求和经济效益等因素选择合适的压缩机。安全控制压缩过程需要严格的安全控制，防止压缩机过载或发生意外。天然气制冷1制冷剂天然气可用作制冷剂。2低温天然气沸点低，可用于低温制冷。3应用用于食品加工、医药、电子等行业。4环保天然气制冷剂对环境友好。天然气制冷是一种利用天然气的低温特性实现制冷的技术，具有环保、高效的优势，在食品、医药等领域有着广泛应用。天然气分馏1分离根据沸点不同2提纯分离出多种组分3混合物天然气中多种组分4烃类甲烷、乙烷等5非烃类二氧化碳、氮气等天然气分馏是利用不同组分沸点差异，将天然气中的多种组分分离的过程，并进一步提纯。分馏过程通常使用冷凝和蒸发操作，根据沸点不同进行分离。分馏后的组分可以作为各种用途的原料，例如燃料、化工原料、制冷剂等。天然气化工应用合成氨天然气是合成氨的主要原料，合成氨是生产氮肥和硝酸的重要原料。甲醇合成天然气可用于生产甲醇，甲醇可用于生产各种化工产品，如甲醛、醋酸等。乙烯裂解天然气可用于生产乙烯，乙烯是塑料、橡胶、合成纤维等的重要原料。其他化工产品天然气还可用于生产其他化工产品，如二氧化碳、氢气、合成气等。天然气燃料应用11.发电天然气作为发电燃料，排放污染物少，燃烧效率高，是环保型能源。22.工业燃料天然气用于钢铁、化工、陶瓷等工业领域，是重要的生产原料和燃料。33.居民燃料天然气用于家庭烹饪、取暖和热水供应，是重要的民用燃料。44.交通燃料天然气作为汽车燃料，排放污染物少，是清洁能源。天然气燃料特性高热值天然气的热值很高，约为8,500千卡/立方米。燃烧清洁燃烧后产生的污染物少，如二氧化碳、氮氧化物和硫化物。燃烧效率高燃烧效率高达95%，能有效地利用能源。安全性高天然气本身无毒，但易燃，在使用过程中要做好安全措施。天然气燃料成本天然气燃料成本取决于多种因素，包括天然气价格、运输成本、储存成本、以及处理成本等。与其他燃料相比，天然气燃料成本通常较低，且具有较高的热效率，这使其成为一种经济高效的燃料选择。天然气燃料环境影响低碳排放天然气燃烧产生的二氧化碳比煤炭少，对大气层的温室效应影响较小。天然气燃烧产生的氮氧化物和硫氧化物也较少，减少了酸雨的形成。清洁能源天然气是清洁的能源，对环境的影响相对较小。天然气燃烧过程中产生的污染物少，对空气质量的影响较小。天然气未来发展趋势清洁能源发展天然气作为清洁能