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天然气处理与加工工艺,刘雪琳,前言,天然气资源及其利用天然气的组成与分类天然气处理与加工的目的及内容商品天然气的质量指标,一 天然气资源及其利用,天然气资源天然气利用天然气在能源消费中的地位,一、天然气资源,1.世界天气资源 世界天然气资源比石油资源丰富，国际天然气工业联合会提供的数据显示，全球已探明的天然气储量为152万亿立方米，按目前的消费水平，可供开采65年，而探明的石油可供开采期为43年。其中俄罗斯天然气储量居世界之首，占世界天然气储量的近35%，以下依次为伊朗、卡塔尔、阿联酋和沙特阿拉伯。天然气水合物（俗称“可燃冰”）是天然气与水的非化学计量型晶体化合物，主要储藏于海洋底部，是天然气的另一种存在形式。据专家估计，水合物的储量是常规能源储量的两倍，可使用近100年。,我国的天然气远景资源量达56万亿立方米，其中59%的资源分布在中西部的川渝、陕甘宁、青海和新疆四大气区，四大气区内天然气资源量约为22.4万亿立方米。除陆上四大气区外，我国近海天然气资源也十分丰富，海南、渤海、东海都是天然气富集地区。到2008年8月，全国累计探明的可开采天然气资源量达22万亿立方米。根据2006年7月最新消息，在我国南海珠江口盆地实施的LW3-1-1井获得天然气重大发现，初步估算天然气资源超过1000亿立方米，有望成为我国海域最大的天然气发现。我国境内也有丰富的水合物储藏。据专家分析,青藏高原盆地和东海、南海、黄海的大陆坡及其深海,都可能存在体积巨大的水合物。据报道,我国的南海海域蕴藏着丰富的水合物,约710103,其能源总量大约是石油储量的一半。,2.我国的天然气资源,二、天然气的利用,天然气是一种清洁能源和优质化工原料。它与石油相比，在清洁性、经济性、方便性和用途的广泛性有着明显的优越性。天然气的利用主要集中在发电、工业燃料、化工原料、城市居民和商业用气等几个方面。天然气发电 天然气发电不仅可以减少污染，而且燃气机组启动速度快，既可带基本负荷，又可用于电网调峰，可有效提高电网调峰能力，改善电网运行质量。,清洁民用燃料 天然气作为城市居民生活用燃料，可极大地减少城市污染，改善城市环境。我国大城市的供热正在逐步完成天然气锅炉代替燃煤锅炉的改造过程，家用燃气锅炉在新建住宅小区中的使用也正在快速发展。天然气将成为城市居民主要生活燃料。我国于2002年7月4日正式开工建设的“西气东输”工程，西起新疆塔里木盆地经甘肃、宁夏、陕西、山西、河南、安徽、江苏，输送天然气到上海、浙江，供应沿线各省的民用和工业用气。这一工程的建成，不仅缓解东部经济发达地区的能源短缺问题，同时也使这一地区的空气质量将有大的改进。另据报道，西气东输二线已于2008年2月22日开工建设。,天然气用作发动机燃料 天然气是一种理想的车用汽油替代品。天然气的研究法辛烷值高达100以上，并可有效的降低汽车尾气对环境的污染，而费用仅为汽油的2312。所以，世界上应用天然气的发动机的数量越来越多，截止1996年，世界上用天然气作燃料的汽车总数超过了100万辆。近年来，我国汽车用天然气的发展也很迅速。,作为化工原料 天然气作为化工原料，现已逐步形成具有特色的甲烷化学与化工。以甲烷气为原料生产合成氨和甲醇的产量分别占两种产品总产量的85%和90%，构成了天燃气利用的核心。甲烷氧化偶联制乙烯和天然气经合成气转化为液体燃料等新技术也为天然气的有效利用开辟了新的途径。用天然气凝液（NGL)为原料生产的乙烯占全球总产量的40%。,三、天然气在能源消费中的地位,据近20年统计，世界天然气的消费量大致以平均每年23%的速度在增长；在当今世界能源消费结构中，达到24%，成为三大主力之一。目前，世界正处于天然气取代石油而成为世界主要能源的过度时期，国际能源界普遍认为，今后，世界天然气产量和消费量将会以较高的速度增长，2020年以后世界天然气的产量将要超过煤和石油，成为世界最主要的能源，21世纪将是天然气的世纪。,二 天然气的组成与分类,在C6+的组分中，还包括：环烷烃（甲基环戊烷、环己烷等）芳烃（苯、甲苯、二甲苯等）天然气的组成并不是固定不变的，不仅不同地区油、气藏中采出的天然气 组分差别很大，甚至同一油、气藏的不同生产井天然气组成也会不同。世界上有少数的天然气中含有大量的非烃组分，甚至主要成分是非烃气体。例如胜利油田发现了含量是99%的二氧化碳井；美国发现了含量97.4%的氮气井；我国也发现了高浓度硫化氢气井。,一、天然气的组成,天然气是以甲烷为主的碳氢化合物的混合物，而且这些化合物大部分是烷烃，其组成如下：CH4 C2H6 C3H8 C4H10 C5+N2 CO2 H20 H2S He Ar,微量,(70-95%),C2+(5-30%),少量,(1)按天然气的来源可分为：气田气（气藏气；气层气）在地下储层中呈均一气相存在,采出地面仍为气相的天然气。从气田中开采出来的，主要成分是甲烷和乙烷。伴生气 在地下储层中伴随原油共生，或呈溶解气形式溶解在原油中，或呈自由气形式在含油储层游离存在的天然气。与油共生，甲烷含量一般为7080。(2)按甲烷含量可分为：干气（贫气）一般甲烷含量在90以上，轻烃含量少。湿气（富气）一般甲烷含量在90以下，轻烃含量较高。,二、天然气的分类,三 天然气处理与加工的目的及内容,一、天然气加工的目的(4个）1燃气管网供气：主要内容包括，脱除天然气中的硫化氢和二氧化碳，解决空气污染和热值问题，脱重烃和水，解决输入过程的重烃和水的冷凝问题。2天然气液化：主要解决天然气的远距离输送问题,特别是跨海运输问题。由于液化（常压，-162）天然气的体积为其气体（20，101.325kp）体积的1/625，故有利于输送和储存。3供应石油化工原料：提供较纯的原料甲烷作为制氢、生产尿素和甲醇的原料；回收轻烃，作为裂解、脱氢、异构化、芳构化及氧化等生产化学品的原料。4提供石油液化气和天然气凝析油:石油液化气为城市提供燃料，凝析油经物理加工生产系列溶剂油。,二、天然气加工的主要产品,三、天然气加工过程,四 商品天然气的质量指标,商品天然气的质量要求是根据其经济效益、安全卫生和环境保护三方面的因素综合考虑制订的，其主要质量指标如下。1.热值（发热量）表示天然气质量的重要指标之一。是用户正确选用燃烧设备或燃具时所必须考虑的一项质量指标。用H表示，单位为 KJ/m3,低热值,高热值,热值,各国习惯不同，有的取高热值，有的取低热值，我国取高热值。,表12 各种燃气低热值,由表12可知，不同种类的燃料气，气体热值差别很大。天然气的热值大约是人工气的2倍。燃气热值是用户正确选用燃烧设备和或燃具时必须考虑的一项重要指标,2.华白（Wobb)指数 燃气互换性的个判定指数。只要两种燃气的华白指数相同，则两种燃气在同一燃具上具有互换性。其定义为：,3.烃露点 在一定压力下天然气中烃类开始冷凝的温度。为防止天然气在管输过程中有液烃析出，烃露点应低于当地环境最低温度。,华白指数，或称热负荷指数,燃气热值,燃气相对密度,4.水露点（也称露点）在一定压力下，天然气中水开始冷凝的温度。为防止天然气在管输或加工过程中有水析出，水露点应低于环境最低温度。,5.硫含量 单位体积天然气所含硫化物的量，常用硫化氢含量和总硫含量表示，单位，mg/m3。天然气中除了含有硫化氢外，还含有二硫化碳（CS2）、羰基硫（COS）、硫醇（CH3SH、C2H5SH)、噻吩（C4H4S）、硫醚（CH3SCH3)等有机硫化物，但主要含有硫化氢，有机硫属于微量范围。6.二氧化碳含量 天然气中二氧化碳的体积百分含量。由于二氧化碳具有不可燃烧性和在水存在时具有腐蚀性，一些国家规定天然气中二氧化碳的含量不得高于23。,表13 我国天然气质量指标,问题,天然气的分类？天然气加工的目的？,