城市燃气课件 第一章 燃气的分类及其性质.ppt

1,第一章 燃气的分类及其性质,燃气的分类及用途燃气的基本性质（自学）城市燃气的质量要求,2,第一节 燃气的分类及用途,按不同气源分类按燃气的热值分类 按燃烧特性分类,燃气是由多种可燃与不可燃的单一气体组成的混合气体。可燃组分:（CmHn）、H2、CO不可燃组分:CO2、N2和O2等,3,(一)、按不同气源分类,是一种通常的分类方法，以燃气的气源或其生产方式进行分类，大体上把燃气划分为天然气和人工燃气两大类。液化石油气和生物气则由于气源和输配方式的特殊性，习惯上各另列一类。,天然气人工燃气液化石油气生物气,4,、天然气,广义：自然界天然气体的统称，包括：大气、地面气、海洋气、沉积岩中的气、变质岩中的气、火成岩中的气、火山气、宇宙气等八种。此处：仅是指从地下油气藏中开采出来的气体，绝大多数是以甲烷为主的化合物的混合物，可燃气体。,埋藏在地下的可燃气体 主要组分：低分子烷烃 优质的燃料气 理想的城市气源制取合成氨、炭黑、乙炔等化工产品的原料气,天然气采出后需经降压、分离、净化（脱硫、脱水），才能作为城市燃气的气源。,5,天然气常规分类,气井开采出来的气田气伴随石油一起开采出来的石油气含石油轻质馏分的凝析气田气 从井下煤层抽出的煤矿矿井气,6,（）气田气,也称纯天然气 主要成分是甲烷（CH4），约占98%左右 还有少量的乙烷、丙烷、氨、硫化氢、一氧化碳、二氧化碳等。热值约为38000千焦/米3（标准）。四川天然气甲烷含量不低于90，热值3480036000千焦/米3（标准）。,7,我国某些气田天然气的组成,8,（）石油气,采油时的副产品，也称石油伴生气 主要成分也是甲烷，约占8090%左右 还有少量的烷烃类及二氧化碳、氢、氮等。热值约为42000千焦/米3（标准）。大港地区的天然气为石油伴生气，甲烷80%，乙烷、丙烷、丁烷等15%，热值41900千焦/米3（标准）,9,我国某些油田气的组成,10,（）凝析气田气,来源：凝析气田开采过程与凝析油同时得到有大量的甲烷还有25%戊烷及戊烷以上碳氢化合物 热值约为46000千焦/米3（标准）典型的凝析气田在国内是青海冷湖气田、新疆塔里木的塔里木-迪那气田,11,（）煤矿矿井气,采煤时的副产品主要成分是甲烷、氮还有氧、二氧化碳等。矿井气只有在甲烷含量40%以上时，才能作为燃气供应。当甲烷体积组分在4045%时，矿井气的热值约为17000千焦/米3（标准）。一般为煤炭开发前期通过钻井取得；我国埋深在2000m以内的煤层气资源在3035亿m3。,12,根据天然气组成分类,干气 每一标准米3(压力为0.1MPa、温度为20的状态)井口流出物中，C5以上重烃液体含量低于13.5厘米3的天然气。湿气 每一标准米3井口流出物中，C5以上重烃液体含量超过13.5厘米3的天然气。一般湿气需进行分离出液态烃产品和水分后才能进一步加工利用。,13,富气 每一标准米3井口流出物中，C3以上烃类液体含量超过94厘米3的天然气。贫气 每一标准米3井口流出物中，C3以上烃类液体含量低于94厘米3的天然气。,14,酸性天然气 含有显著的H2S和CO2等酸性气体，需要进行净化处理才能达到管输标准的天然气。洁气 H2S和CO2含量甚微，不需要进行净化处理的天然气。油井和油气井的划分界限一般为气油体积比3000：l为油井；气油体积比3000：l为油气井。,15,天然气的组分及表示方法,天然气的组分是很复杂的气体混合物，从化学组成来看，各类天然气中的组分有100多种，大致可以分为以下几种：,天然气的组成往往不是固定不变的，产地不同组分也不同，即使同一产地，组分也会因生产条件的不同而有所变化。,烷烃 CnH2n+2烯烃 CnH2n环烷烃 CnH2n芳香烃非烃类,16,烷烃CnH2n+2,饱和的脂肪族链状烃类化合物天然气的主要成分常压、20时，甲烷、乙烷、丙烷、丁烷为气态；戊烷以上至C17H36为液态；C18H38为固态绝大多数天然气中，甲烷含量为65%99%，庚烷以上的含量极少 烯烃CnH2n微量存在，一般有乙烯、丙烯、丁烯,17,环烷烃 CnH2n含量很少主要有环戊烷、环己烷芳香烃是一种不饱和的环状烃类可能存在有苯、甲苯、二甲苯和三甲苯,18,非烃类含硫化合物：无机硫化物（H2S）、有机硫化物（硫醇、硫醚）CO2、CO：大多数天然气中含有CO2，有时含少量CON2、O2：大多数天然气中含一定量的N2，但含游离氧的很少H2O：天然气中一般含有饱和水蒸气氢、氦、氖、氩：某些天然气有时含有少量的氢和氦，有时也含有微量的氖和氩。体积组成、质量组成和摩尔组成。现场常用体积组成（摩尔组成）表示各组分的含量。天然气，其体积组成与其摩尔组成的数值相同,19,、人工燃气,以煤或重油为主要原料制取的可燃气体，按其生产方式的不同，可分为以下几种：固体燃料干馏煤气固体燃料气化煤气油制气,20,干馏煤气与气化煤气的区别,生产目的的不同a.干馏煤气是炼焦过程的副产品b.气化煤气的生产目的就是得到燃料气或原料气生产工艺不同a.干馏：隔绝空气加热b.气化：借助于气化剂,21,（）固体燃料干馏煤气,利用焦炉、连续式直立炭化炉（伍德炉）和立箱炉等对煤进行干馏所获得的煤气。干馏将煤隔绝空气加热到一定温度（950-1050）时，煤中所含挥发物开始挥发，产生焦油、苯和煤气，剩留物最后变成多孔的焦炭，这种分解过程称为“干馏”。,22,干馏过程示意图,23,在干馏过程中，由于最终温度不同，又可分为高温干馏和中温干馏。它们所产生的干馏煤气则称为全焦煤气和半焦煤气。利用焦炉生产高温干馏煤气，它的剩留物为焦炭。利用炭化炉、立箱炉生产中温干馏煤气，它的剩留物为半焦，通常称为熟煤。主要成分为氢、甲烷、一氧化碳等，热值一般在17000 KJ/Nm3左右，产气率为300500米3/吨煤，干馏煤气的生产历史最长，是我国城市燃气的主要气源之一。,24,25,26,27,（）固体燃料气化煤气,煤在高温下与气化剂反应所生产的燃气固体燃料的气化是热化学过程。煤可在高温时伴用空气（或氧气）和水蒸气为气化剂，经过氧化、还原等化学反应，制成以一氧化碳和氢为主的可燃气体。采用这种生产方式生产的煤气称为气化煤气。气化煤气按生产方法（气化剂）的不同，主要可分为：混合发生炉煤气和水煤气,28,混合发生炉煤气,以空气和水蒸气作为气化剂煤与空气及水蒸汽在高温作用下制得混合煤气。其中一氧化碳含量为27.5%，热值约为5410 KJ/Nm3。由于毒性较大，热值低，不能作为城市燃气的唯一气源。一般用于掺入高热值煤气（干馏煤气及油制煤气）中，配制成城市燃气；也常用作焦炉燃烧室加热。,29,水煤气,以水蒸汽作为气化剂在高温下与煤或焦炭作用制得水煤气。主要成分为一氧化碳和氢气，其中一氧化碳含量达38%左右，氢含量40%左右热值约为11000 KJ/Nm3水煤气生产成本较高，一般只作为高峰负荷时的补充气源。,30,（）油制气,气态原料：天然气、油田伴生气、液化石油气液态原料：原油及其加工所得的各种油品，如：石脑油、柴油、重油、渣油等石脑油原油经常压蒸馏，其初馏点200以下的馏分油，又称直馏汽油。国内外油制气的原料一般以液态原料为主,原料油的种类,31,方 法,原料在高温及催化剂作用下裂解制取。按制取原料的不同可分为重油制气和轻油制气。重油制气又可分为重油蓄热裂解制气和重油蓄热催化裂解制气。重油蓄热裂解制气原料直接进入裂解炉，在高温下原料中的重组分发生裂解反应变成轻组分CmHn=CH4+C2H6+C2H4+H2,32,特点：炉子结构简单，只需要简单的加热即可裂解产物为甲烷、乙烯和丙烯产物中有大量的焦油不能被利用燃气产量低，每吨原料油生产550m3热值为41900kJ/m3,33,重油蓄热催化裂解制气在蓄热裂解的基础采用电熔镁砂及三氧化二铝为担体的含镍量为3%7%的镍系催化剂裂解产物：氢气含量最高，也含有甲烷及一氧化碳，热值1760020900kJ/m3燃气产量高，每吨原料油产气11001200m3产物中没有无用的焦油,34,轻油制气轻油制气的原料选择范围很广，可用石脑油、液化石油气、油田伴生气、天然气凝析油、炼油厂尾气、天然气、甲醇等为原料。工艺有多种制气方法可供选择。采用适宜的制气方法和各种工艺过程（如脱二氧化碳、一氧化碳变换、甲烷化、增热、深度改质等）的组合，便可适应各种制气规模并能生产出各种燃烧特性的燃气。,35,油制气的主要成分为烷烃、烯烃等碳氢化合物，以及少量的一氧化碳。裂解后的副产品有苯、奈、焦油、炭黑等。生产油制气基建投资少，自动化程度高，生产机动性强。油制气即可作为城市燃气的基本气源，又可作为城市燃气供应高峰的调节气源。由于油源和油价、气化效率、环境影响等因素，国外大多用石脑油为原料生产油制气。,油制气的特点,36,、液化石油气,两个来源,在油气田,在炼油厂,冷却、加压工段中分离回收的产品；,炼油过程中的一种副产品,由于原油成分和性质不同，炼油厂加工工艺和设备类型也不同，一般分蒸馏、热裂化、催化裂化、催化重整和焦化等五种。不同加工工艺液化石油气的产率和质量也不同。,37,液化石油气的主要成分是丙烷C3H8、丁烷、丙烯C3H6、丁烯C4H8等。在常温常压下呈气态，当压力升高或温度降低时，很容易转变为液态，从气态转变为液态其体积缩小250倍。液化石油气的气态和空气的相对密度约为1.85，液态纯丙烷的密度为0.509克/米3，发热值约为92000121000 KJ/Nm3。,38,液化石油气可进行管道输送，也可加压液化灌瓶。随着我国石油工业的发展，液化石油气已成为城市燃气的重要气源之一。一般用大型液化气运输车运输，由供应站分装成小钢瓶供应用户，标准每瓶质量约15kg，也可通过管道直接供应用户。,39,液态液化气储罐,汽化器,混合器,计量加臭,储罐,市区管网,液化石油气集输系统示意图,钢瓶充装,用户,40,优点主要就是热值高，使用灵活。最近几年由于国际油价的不断上升，液化石油气的价格也是不断上涨，随着天然气的应用的不断推广，液化石油气市场也不断受到冲击。但目前液化石油气的使用还是比较广泛的，尤其在一些天然气没有到达的地区，我国现在提倡的燃气政策就是：“大力发展天然气，积极推广液化石油气逐步改造和限制煤制气的方针。”2002年，华东BP液化石油气基地站在宁波正式投入使用，是目前亚洲最大的液化石油气中转基地，BP项目为我国最大的地下岩洞式液化气储气站，液化气总储量为50万立方米，主要向浙江及周边地区提供大量清洁能源。,41,、生物气,当前我国农村正在大力推广应用沼气，据统计全国沼气年产量20亿米3，相当于200万吨标准煤。沼气作为农村燃气的气源，有着广阔的开发前景。,利用有机物质，如蛋白质、纤维素、脂肪、淀粉等在隔绝空气条件下发酵，并在微生物作用下产生的可燃气体。沼气的主要组分为CH4（约占60%）和CO2（约占35%），此外，尚有少量的氢、氧、一氧化碳等。热值约为21000KJ/Nm3。,河南南阳市从20世纪70年代开始至今，有3万户城市居民使用沼气。在青岛有一个青岛洁源生物化工技术有限公司，从事大型沼气生产工程，日产沼气2万立方米。目前农业部提倡沼气工程和养殖场联合建设。,42,农村小型沼气制取装置,水压式沼气池是我国农村户用典型池,1、进料口2、进料管3、发酵间4、储气间5、出料管6、水压间7、活动盖8、导气管,43,(二)按燃气的热值分类,热值的定义 按燃气的热值分类,44,、热值的定义,1 Nm3燃气完全燃烧所放出的热量称为燃气的热值，单位为KJ/Nm3。对于液化石油气，热值单位也可用KJ/Kg。热值可分为高热值和低热值。高热值是指1 Nm3燃气完全燃烧后其烟气被冷却至原始温度，而其中的水蒸气以凝结水状态排出时所放出的热量。低热值是指1 Nm3燃气完全燃烧后其烟气被冷却至原始温度，但烟气中的水蒸气仍为蒸气状态时所放出的热量。高、低热值数值之差为水蒸气的气化潜热。,45,、按燃气的热值分类,高热值燃气：30 MJ/Nm3以上，天然气、部分油制气和液化石油气中热值燃气：在20 MJ/Nm3左右，干馏煤气为代表低热值燃气：1213 MJ/Nm3或更低一些，气化煤气为代表,46,47,工程常用低热值？,工程上烟气中的水气一般不会冷凝通常仍以气体状态随烟气排出因此，常用低热值进行计算,48,49,50,(三)、按燃烧特性分类,分类原因燃气的互换性按燃烧特性分类,51,（）分类原因,随着我国燃气工业的发展，城市燃气种类在增多，且组分也有很大的差异，从而引起燃烧特性的变化。而每一燃具是按某一特定组分设计、制造和调整的。虽然燃具能够适应燃气组分在一定范围的变化，但总是有一个限度。从燃烧应用和燃气互换性角度出发，为了使燃气输配企业和燃具制造厂都有一个共同遵守的准则，必须将已有燃气按其有关燃烧特性进行分类。,52,（）燃气的互换性,任何燃具，都是按一定的燃气成分设计的。设某一燃具以a燃气为基准进行设计和调整，若以s燃气来置换a燃气，如果燃具此时不加任何调整而能保证正常工作，则表示s燃气可以置换a燃气，或称s燃气对a燃气具有“互换性”。反之，如果燃具不能正常工作，则称s燃气对a燃气没有互换性。根据燃气互换性的要求，当气源厂供给用户的燃气性质发生改变时，置换气必须对基准气具有互换性，否则就不能保证用户安全、满意和经济地用气。可见，燃气互换性是对燃气生产单位提出的要求，它限制了燃气性质的任意改变。,互换性是城市燃气的重要指标。具有多种气源的城市，常常会遇到以下两种情况：,一种是，随着燃气供应规模的发展和制气方式的改变，某些地区原来使用的燃气可能由其他一种性质不同的燃气所代替；另一种是，基本气源产生紧急事故，或在高峰负荷时，需要在供气系统中掺入性质与原来燃气不同的其他燃气。,当燃气成分变化不大时，燃具的燃烧工况虽有改变，但尚能满足燃具的原有设计要求；当燃气成分变化过大时，燃烧工况的改变使得燃具不能正常工作。,53,（）按燃烧特性分类,分类标准,华白指数,燃烧速度指数,燃具相对热负荷的一个度量,燃气燃烧火焰所产生离焰、黄焰、回火和不完全燃烧的倾向性，是一项反映燃具燃烧稳定状况的综合指标,54,燃气置换，应保证燃具热负荷（单位时间内产生的热负荷）互换前后不发生大的变化民用燃具为例热负荷减少过多，烧煮时间加长热负荷增加过多，浪费燃气燃具喷嘴前压力不变燃具热负荷与热值成正比与相对密度的平方根成反比,华白指数,对于火焰传播速度相近，热值和密度不同的两种燃气，如果华白数或广义华白数相等，则可以使用同一个燃具，即两种燃气具有互换性。,55,华白指数W：在压力不变的情况下，华白指数W作为燃具相对热负荷的一个度量，是设计和选用燃具的重要依据。很多国家如英国、法国、前苏联等按华白指数W对燃气进行分类，国际煤联IGU(International Gas Union)也制定了按华白指数W对燃气进行分类的标准,56,国际煤联(IGU)燃气分类表,华白指数是在互换性问题产生初期所使用的一个互换性判定指数。各国规定在两种燃气互换时华白数的变化不大于正负510%。,燃烧特性差别较大的两种燃气的互换性此时，燃气的燃烧速度会发生较大的变化，仅用W分类也不能满足设计要求，因而又提出燃烧速度指数。,57,又称燃烧势CP（combustion potential），它反映了燃气燃烧火焰所产生离焰、黄焰、回火和不完全燃烧的倾向性，是一项反映燃具燃烧稳定状况的综合指标，能更全面地判断燃气的燃烧特性。,燃烧速度指数,燃气中相应成分百分含量，%K与燃气中氧含量有关的修正系数，可按下式计算：K=1+0.0054,58,例：已知燃气成分，求华白指数。,59,我国“城市燃气分类”标准,6T-液化石油气混空气，燃烧特性接近天然气,根据-当前主要城市气源分布情况参照-国际煤联分类及一些国家的相应标准分类指标-国际上广泛采用的W和CP,60,不同族的燃气是不能完全互换的,必须更换或重新调整燃具；掺混一部分属于另一族的燃气是可能的，所能掺混的数量由燃气互换判定方程或互换图来确定；同一族的两种燃气则有可能完全互换。,61,焦油和灰尘 硫化物 奈 氨一氧化碳氧化氮,一、城市燃气中的杂质及其影响（人工、天然气）,第二节 城市燃气的质量要求,62,二、城市燃气质量要求,城镇燃气质量指标应符合下列要求。）城镇燃气（应按基准气分类）的发热量和组分的波动应符合城镇燃气互换的要求；）城镇燃气偏离基准气的波动范围宜按现行的国家标准城市燃气分类GB/T13611的规定采用，并应适当留有余地。,63,人工燃气质量指标对液化石油气的质量要求商品天然气的质量要求混合气,液化石油气GB11174,人工煤气GB13612,天然气GB17820,64,1、人工燃气质量指标,人工燃气质量指标应符合现行的国家标准人工煤气GB13612的规定,杂质含量 焦油和灰尘10mg/Nm3；H2S 20mg/Nm3；氨 50mg/Nm3；奈 50105/P mg/Nm3（冬天）100105/P mg/Nm3（夏天）含氧量 1%（体积百分数）含CO量10%（体积百分数）对气化或掺有气化燃气的人工燃气，CO含量 应20%,65,2、液化石油气的质量要求,液化石油气质量指标应符合现行的国家标准油气田液化石油气GB9052.1或液化石油气GB11174的规定。,液化石油气的质量指标包括：硫分、水分、二烯烃、乙烷和乙烯、残液五种。,66,（1）硫分a、存在形式及危害 液化石油气中的硫化氢和有机硫，会造成运输、储存和蒸发设备的腐蚀。硫化氢的燃烧产物SO2也是强腐蚀性气体b、指标：气态液化石油气中硫化氢含量：100m3气体中的含量应小于5g。液态液化石油气总硫含量：0.0150.02%（m/m）。,67,(2)水分a、形成水化物 液化石油气中的水分或水蒸气能与气态的C2、C3、C4生成结晶水化物。减小或堵塞流通断面，影响安全阀、液面计和调压器的正常工作。b、结成普通的冰 容器底部沉积的水分温度降低时，容易结成普通的冰，使吹扫管、放空管、液位计失效。c、腐蚀性 水与硫化氢、氧气、SO2一起与管道、阀门的组成电化学腐蚀电池，加速腐蚀。由于水分具有上述危害，故通常要求液化石油气不含水分，一般要求目测不含游离水。,68,（3）二烯烃a、存在形式 炼厂的液化气中可能含有二烯烃，相互之间能聚合成分子量高达4105的橡胶状固体聚合物；气态物质中，6075时开始强烈的聚合；液态物质中：4060时开始聚合。b、危害在气化装置的加热面上可能生成固体的聚合物，使供气装置在短期内失去工作能力。指标 要求丁二烯在液化石油气中的分子成分含量不大于2%。,69,（4）乙烷和乙烯a、危害 乙烷和乙烯的饱和蒸汽压，高于丙烷和丙烯的饱和蒸汽压，若液化气中含乙烷和乙烯过高时，会影响到容器的安全。b、指标 规定液化石油气中乙烷和乙烯的含量不大于6%（质量比）。（5）残液液化气中的C5及C5以上组分沸点高，常温下不能气化，而残留在容器的内，故称为残液。残液会降低容器的利用率，使用户的使用成本增加。指标：在20时不大于2%（V/V）,70,3、混合气,液化石油气与空气的混合气作主气源时，液化石油气的体积分数应高于其爆炸极限的倍，混合气在气化压力下的露点温度应低于管道外壁温度。,P混和气压力，MPac液化石油气组分的容积成分；yi液化石油气中各组分的容积成分；ai液化石油气中各组分的特性系数，见表1-7。,71,天然气质量标准，有三个特点：处于不同的阶段（管输、商品）有不同的标准；不同的用途（民用、工业用）有不同的标准；不同的国家地区有不同的标准。,4、商品天然气的质量要求,72,天然气发热量、总硫和硫化氢含量、水露点指标应符合现行国家标准天然气GB17820的一类或二类气的规定；,注：）标准中气体体积的标准参比条件是101.325kPa，0）取样方法按GB/T13609。,73,、加臭的目的,由于燃气的可爆炸性及部分成分对人体的有害性，因此在有泄漏的情况下应使人们能够尽可能早的察觉并采取相应的措施。对于没有异味的燃气采取加臭措施。便于发现漏气保证燃气输送和使用安全,三、城市燃气的加臭,74,城市燃气应具有可以察觉的臭味，燃气中加臭剂的最小量应符合下列规定：,无毒燃气（如天然气、气态液化石油气）泄漏到空气中，浓度达到爆炸下限的20时，应能察觉。有毒燃气（一般指含有CO等成分的气体）泄漏到空气中，达到对人体允许的有害浓度（空气中CO体积百分数达到0.02%）之前应能察觉。,75,、对加臭剂的要求,加臭剂和燃气混合在一起后应具有特殊的臭味；加臭剂不应对人体、管道或与其接触的材料有害；加臭剂的燃烧产物不应对人体呼吸有害，并不应腐蚀或伤害与此燃烧产物经常接触的材料；加臭剂溶解于水的程度不应大于2.5%（质量分数）；加臭剂应有在空气中应能察觉的加臭剂含量指标。,76,77,