《天然气的化学组成》课件

天然气的化学组成天然气作为重要能源资源主要由甲烷和其他烃类气体组成目录1基本概念天然气定义及特性2化学成分分析主要成分及分子结构3开采与处理资源分布及应用技术4应用与发展什么是天然气？定义地下埋藏的可燃性气体混合物形成过程有机物在地下高温高压下长期演化存在形式天然气的主要特征无色纯净天然气呈透明状态无味原始状态无明显气味易燃与空气混合后极易燃烧密度小天然气的主要成分70-90%甲烷（CH₄）天然气的主要组成部分0-20%其他烃类乙烷、丙烷、丁烷等0-8%非烃气体二氧化碳、氮气、硫化氢等甲烷的分子结构1234四面体结构中心碳原子与四个氢原子成键键角H-C-H键角为109.5°sp³杂化碳原子呈sp³杂化状态键长C-H键长为1.09埃甲烷的化学性质燃烧与氧气反应释放大量热能氧化可被氧化形成甲醇等衍生物卤化与卤素发生取代反应裂解高温下可裂解为氢气和碳天然气中的其他烃类乙烷（C₂H₆）含量：1-10%用途：制备乙烯丙烷（C₃H₈）含量：0.1-3%用途：液化石油气丁烷（C₄H₁₀）含量：微量用途：打火机燃料天然气中的非烃成分二氧化碳（CO₂）含量：0-8%特点：降低热值氮气（N₂）含量：0-5%特点：惰性气体硫化氢（H₂S）含量：0-5%特点：有毒、腐蚀性天然气的分类分类标准主要类型特点烃含量干气、湿气重烃含量多少来源常规气、非常规气储藏方式不同伴生情况非伴生气、伴生气是否与石油共存干气vs湿气干气甲烷含量超过95%重烃含量极少直接用作燃料湿气含有较多重烃成分需要进行分馏处理可提取液化石油气天然气的化学组成变化因素温度和压力影响气态平衡埋藏深度影响成熟度地质条件决定基础组成天然气的地理分布中东俄罗斯伊朗卡塔尔美国其他中国天然气资源分布天然气的开采方法常规天然气开采传统钻井技术气藏压力自流生产开采难度相对较低非常规天然气开采水平钻井水力压裂技术需要特殊工艺处理页岩气开采水平钻井延页岩层方向钻进水力压裂高压注入压裂液支撑剂注入保持裂缝开放状态气体采集天然气通过裂缝流出煤层气开采1排水降压排出煤层中的水分2解吸游离甲烷从煤基质中解吸出来3定向钻井提高单井产气量4地面集气收集并处理煤层气天然气的处理过程脱水去除水分，防止管道结冰腐蚀脱硫去除硫化氢等有害成分分馏分离提取重烃组分气质调整使其符合商品气标准天然气的储存方式压缩天然气（CNG）常温高压下压缩压力约为20-25MPa液化天然气（LNG）低温液态形式储存温度约为-162°C地下储气库利用地下构造储存用于调峰和应急压缩天然气（CNG）的特性高压压缩体积减小约200倍常温储存无需制冷设备应用范围主要用于车辆燃料经济性设备投资较小液化天然气（LNG）的特性低温液态-162°C下液化体积减小体积减小约600倍便于运输适合远距离海运存储效率单位体积能量密度高天然气的运输方式管道运输适合陆地区域固定路线连接连续供应特点船舶运输跨洋远距离LNG专用船灵活性较高车辆运输末端配送CNG/LNG槽车适合小规模供应天然气管道网络LNG运输船266,000m³最大载容量超大型LNG船-163°C储存温度低温保持液态500+全球船队不断扩大中19节平均航速约35公里/小时天然气的主要用途工业燃料发电民用燃气化工原料交通燃料天然气作为燃料的优势清洁燃烧产物污染物少高效热值高，燃烧充分便捷管网输送，使用方便经济相对其他燃料价格合理天然气发电燃气轮机天然气燃烧驱动燃气轮机余热锅炉利用高温烟气产生蒸汽蒸汽轮机蒸汽推动二次发电电能输出综合发电效率可达60%以上天然气汽车公共交通城市公交车大量使用CNG燃料出租车清洁环保，运营成本低改装系统传统汽车可改装为双燃料系统天然气在化工行业的应用甲醇生产合成氨、氢氰酸、乙醇等重要原料合成氨化肥生产的关键原料制氢重要的工业气体碳黑生产用于橡胶、塑料工业甲醇生产天然气制合成气CH₄+H₂O→CO+3H₂合成气转化CO+2H₂→CH₃OH精馏提纯分离得到纯甲醇合成氨生产制合成气天然气重整变换反应CO与水反应生成H₂氮氢合成N₂+3H₂→2NH₃天然气制氢蒸汽重整法CH₄+H₂O→CO+3H₂主流工艺能耗较低部分氧化法CH₄+½O₂→CO+2H₂无需催化剂操作简单自热重整法结合两种方法能量自给工艺复杂天然气与可持续发展环境影响比煤炭和石油排放少但仍产生温室气体碳排放每千瓦时约0.2千克CO₂是煤电的40%左右过渡角色向清洁能源转型的桥梁与可再生能源互补天然气与温室效应甲烷泄漏问题温室效应甲烷是强效温室气体比CO₂强25倍泄漏源开采、处理和运输过程设备老化和管理不善检测方法红外热像仪激光探测器天然气安全使用泄漏检测安装气体探测器防爆措施通风良好，远离火源设备检查定期维护燃气设备应急处理发现泄漏立即关阀并通风天然气添加剂四氢噻吩(THT)化学式：C₄H₈S特征：强烈硫臭味添加比例：约10mg/m³甲硫醇化学式：CH₃SH特征：腐烂卷心菜味添加比例：约5mg/m³天然气燃烧方程式CH₄+2O₂→CO₂+2H₂O+热能(890kJ/mol)C₂H₆+3.5O₂→2CO₂+3H₂O+热能(1560kJ/mol)C₃H₈+5O₂→3CO₂+4H₂O+热能(2220kJ/mol)天然气的热值8500平均热值8500千卡/标准立方米38兆焦耳/立方米国际单位制表示1050英热单位/立方英尺美国常用单位天然气与其他化石燃料的比较特性天然气石油煤炭碳氢比1:4(CH₄)约1:2约2:1污染物排放低中高能量密度38MJ/m³约42MJ/kg约29MJ/kg天然气的环境效益天然气石油煤炭天然气在能源转型中的角色1过渡能源从煤炭到清洁能源的桥梁调峰电源平衡可再生能源波动减排工具实现近期碳减排目标天然气市场概况供应方俄罗斯、卡塔尔、美国等亚太区供需缺口较大需求方欧盟、中国、日本等中国需求增长迅速价格趋势区域差异明显季节性波动特征天然气贸易天然气定价机制油价挂钩传统亚洲市场模式价格与原油价格关联气气竞争北美市场模式基于供需关系的市场定价混合定价欧洲市场模式长期合同与现货市场结合天然气期货市场天然气行业的技术创新勘探技术地震成像精度提高开采技术水平钻井和多级压裂处理技术膜分离技术应用利用技术燃料电池和微型燃气轮机天然气水合物形成条件低温高压环境主要分布在海底和永久冻土区资源量潜在储量巨大可能超过常规天然气总和开发难点开采技术复杂环境风险高生物天然气原料来源农业废弃物、污水、垃圾1产生过程厌氧发酵微生物分解2主要成分甲烷(50-70%)和二氧化碳3净化提纯去除CO₂和杂质4天然气与氢能的结合氢气掺混天然气管网中掺入氢气天然气制氢蓝氢生产+碳捕集燃料电池应用高效发电低排放天然气行业的数字化转型人工智能应用优化生产和管理云计算与大数据数据分析与预测物联网技术设备连接与监控天然气与智能电网发电侧整合天然气发电柔性调节能源互联电气耦合系统需求响应峰谷调节与负荷管理分布式能源微型天然气发电并网天然气在工业4.0中的应用智能计量实时监测用气数据自动化控制生产过程智能管理预测性维护设备故障提前预警天然气行业的政策环境国际政策《巴黎协定》减排要求甲烷减排倡议能源转型国际合作国内政策天然气利用政策管网改革方案碳达峰碳中和战略天然气与能源安全供应多元化多渠道气源保障避免单一依赖基础设施建设管网互联互通储气能力提升应急机制季节性供应保障突发事件应对体系天然气行业的未来趋势清洁化碳捕集与封存技术应用智能化数字技术深度融合多元化与其他能源形式协同发展天然气与碳中和目标1近期替代煤炭减少碳排放2中期结合CCUS技术降低碳足迹3远期与氢能、生物天然气等融合发展天然气行业面临的挑战价格波动市场不确定性增加环