天然气基本理论知识ppt课件.ppt
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1、天然气基本知识,辽河油田燃气集团公司2011年11月16日,前 言,各位领导、各位同仁: 大家上午好! 按照集团公司人事部门的安排,由我引领大家学习一下天然气基本理论知识,在学习之前,我先谈一下对学习专业知识的认识。记得毛泽东主席曾教导我们“没有文化的军队是愚蠢的军队,而愚蠢的军队是不能战胜敌人的”,打造“中国人民解放军式”的燃气团队,就必须用知识武装我们的头脑。只有不断加强学习,才能肩负起天然气业务快速发展的重任;只有不断提升学习力,才能打胜天然气业务快速发展的攻坚战。因此,希望大家能坐得住、听得进、记得牢。通过这次学习,每个人都要对 天然气基本理论知识有一定的了解和掌握,并在今后的工作中不
2、断地丰富和提高,早日成为燃气集团公司的栋梁之材,为燃气业务又好又快发展做出应有贡献。,目 录,第一部分 天然气基本理论第二部分 天然气集输及加气站常识第三部分 天然气安全知识,第一部分 天然气基本理论,一、一次能源及消费结构 一次能源根据它们是否能够再生而分成再生能源和非再生能源。 再生能源:太阳能、水能、风能、海洋能、潮汐能等; 非再生能源:煤炭、石油、天然气、油页岩和核燃料铀等。其中煤炭、石油、天然气和油页岩等非再生能源又叫化石燃料、燃料矿石或矿物燃料,是在漫长的地质时期中,地球上大量的生物群(动物和植物)死亡后,在适宜环境中堆积起来,经过特定的物理、化学作用和成矿作用而形成的。按存在形式
3、可分为三类:固体可燃性矿产,如煤、油页岩等;液体可燃性矿产,如石油等;气体可燃性矿产,如天然气等。,第一部分 天然气基本理论,一次能源消费主要以石油、天然气、煤炭、核电和水力发电为基础,天然气在一次能源消费结构中的比例是世界平均水平24.5%,其中前苏联、中东和北美州已经超过世界平均水平,达40%以上,而亚洲和大洋州最低,只有12%。我国半个世纪以来天然气在一次能源消费中一直维持在3.8%左右,远低于亚洲水平,是世界的1/5、亚洲的1/3。 2010年全国天然气消费量1070亿方,超过10亿方的省市区有22个,超过20亿方的有13个,其中四川、北京、江苏和广东均接近70亿方。而辽宁仅有9亿方,
4、只占1.8%,不及国家平均水平的一半。 根据国家能源发展纲要,到2015年我国天然气消费量力争达到8%左右,达2000亿方,占据石油的“半壁江山”,2020年将达到3500亿方,2030年将超过5000亿,成为第一大能源,因此天然气发展空间十分巨大。,第一部分 天然气基本理论,二、天然气概念 广义:是存在于自然界的一切气体。如大气、地下气、宇宙气等。 狭义:是指存在于地下岩层中的各种气体。如气层气、油田气、煤层气等。 依其成因和储存状态可分为常规天然气和非常规天然气: 常规天然气:包括单一相态的气藏气、气层气、油藏溶解气等。 非常规天然气:包括致密岩石中的煤层气、页岩气、深层气和天然气水合物。
5、 常规天然气资源量全球约为600万亿方,按照现在开采速度可供人类开发利用200-300年;非常规天然气资源潜力非常巨大,近4000万亿方,仅其中的天然气水合物就是全球已知所有矿物燃料(煤炭、石油和常规天然气)资源量总和的2倍。 天然气是石油链中最前面的部分,石油链根据碳原子个数的不同,为烷烃、环烷烃、芳香烃和烯烃四大类,天然气属于烷烃类。,第一部分 天然气基本理论,三、天然气分类 按产出分类: a、气田气 从气井中开采出来的天然气; b、石油伴生气 从油井中与原油一起采出来的天然气,也叫溶解气、油田气等; c、凝析气 凝析油逆蒸发作用而气化形成的天然气; d、煤层气 从地下煤层中采出来的天然气
6、; 按状态分类: 1、标准天然气 是指标准状态下(0、1atm)的天然气。其绝对密度为0.71 kg/m3,相对密度为0.59,平均热值36MJ/Nm3,约为8500千卡/Nm3。 2、压缩天然气( Compressed Natural Gas 简称CNG) 是指把标准天然气增大压力20MPa以上的天然气。主要应用了气体可压缩性,根据气态方程,在温度不变的情况下,压力增大,体积缩小的原理,当压力在25MPa时,体积缩小为标准状态下的1/300。当压力在20MPa时,体积缩小为标准状态下的1/240。CNG热值一般38MJ/Nm3,约为9000千卡/Nm3。目前国内CNG缠绕瓶管束车最大充装天然
7、气量可达7500Nm3;一般常用的八瓶管束车,水容积18m3,可充装4550Nm3,最大经济运输半径150公里,燃油百公里运费约为0.3元/方。以CNG为燃料的车辆叫做NGV(NaturalGasVehicle)。,第一部分 天然气基本理论,3、液化天然气( Liquefied Natural Gas 简称LNG) 天然气在常压下,当冷却至-162时,则由气态变成液态,称为液化天然气(简称LNG)。LNG为低温液体,其体积缩小为同量气态体积的1/625,比重为0.425g/cm3,热值50MJ/kg,即12000千卡/kg。目前国内LNG低温槽车最大容积52.8m3,最高工作压力0.7MPa,
8、最大充装天然气量3.3万Nm3,最大经济运输半径800Km,燃油百公里运费约为0.07元/方。 4、可燃冰 (Ice Natural Gas 简称ING) 是指天然气水合物的俗称,是近20年来在海洋和冻土带发现的新型洁净能源,可以作为传统能源如石油、煤炭等的替代品。是天然气在一定压力和温度下形成的固体结晶水合物,其外观为白色类似冰雪,化学式可表示为CH4 6H2或CH4 7H2O,密度0.9g/cm3,1方天然气水合物可释放170方的天然气。可燃冰的能量密度是煤的10倍,而且燃烧后不产生任何残渣和废气,被称为能满足人类使用1000年的新能源。目前技术还不能解决海洋污染和海平面上升问题,因此还不
9、具备开采可燃冰条件。,第一部分 天然气基本理论,四、天然气化学组成 a、烃类气体 主要是甲烷(CH4)一般占80%以上,其次为乙烷(C2H6)丙烷(C3H8)、丁烷(C4H10)、戊烷(C5H12)等; b、非烃气体 二氧化碳(CO2)、硫化氢(H2S)、一氧化碳(CO)、氮气(N2)等; c、稀有气体 氦气(Ne)、氩气(Ar)等;五、天然气主要成份 a、可燃气体 主要是甲烷(CH4)等烃类气体; b、酸性气体 如二氧化碳(CO2)、硫化氢(H2S)等; c、水蒸气。六、天然气主要物理性质 未处理的天然气有汽油味,有时有硫化氢味。经过处理过的天然气是无色、无味、无毒和无腐蚀性的气体。主要物理
10、性质: 1、挥发性 其密度为0.71 kg/m3,空气为1.29 kg/m3,相对密度为0.59,比空气轻(最轻的是氢气0.09),易挥发扩散; 2、压缩性 增压20-25Mpa体积缩小为240-300分之一; 3、溶解性 能溶于水和石油,为建设地下储气库提供了条件; 4、燃烧性 发热值一般为36MJ/Nm3,是理想的高效燃料。,第一部分 天然气基本理论,七、天然气爆炸极限 天然气在空气中的爆炸极限是上限为15%、下限为5%。也就是说,在有限空间内空气含天然气5-15%就会发生爆炸,当浓度低于5时,遇火不爆炸,但能在火焰外围形成燃烧层,当浓度为9.5时,其爆炸威力最大(氧和天然气完全反应);当
11、浓度在15以上时,失去其爆炸性,但在空气中遇火仍会燃烧,每燃烧1方天然气需要18方空气,由于空气中氧气不足,造成燃烧不彻底而产生一氧化碳,会发生中毒现象,平时使用时要经常通风,这也是混空的原因之一。 闪爆,就是当易燃气体在一个空气不流通的空间里,聚集到一定浓度后,一旦遇到明火或电火花就会立刻燃烧膨胀发生爆炸。一般情况只是发生一次性爆炸,如果易燃气体能够及时补充还将多次爆炸。八、天然气的化学反应 甲烷的分子结构是由一个碳原子和四个氢原子组成,燃烧产物主要是二氧化碳和水。 CH4 + 2O2 点燃 CO2 + 2H2O,第一部分 天然气基本理论,九、天然气的水露点 天然气露点是控制天然气储运过程中
12、不产生液态物质的重要指标,分为水露点和烃露点: 、水露点指天然气在一定压力下析出液态水时的最高温度; 、烃露点指天然气在一定压力下析出液态烃时的最高温度;十、富气、贫气、干气、湿气、商品天然气和纯净天然气 富气是指含C3、C4和C5等重碳成分较高的天然气,一般占10%以上; 贫气是指含C3、C4和C5等重碳成分较少的天然气,一般占10%以下; 干气是指经过轻烃回收处理后的外输的天然气; 湿气是指含有水蒸汽的天然气; 商品天然气是指进入干线输气管道的天然气; 纯净天然气是指酸性气体含量甚微的天然气。,第一部分 天然气基本理论,十一、天然气有关标准 1)管输天然气标准 国家标准输气管道工程设计规范
13、(GB50251-94)规定:管输天然气在最高输送压力下的水露点低于环境温度5,而烃露点不得高于最低环境温度。 2)城镇商品天然气标准 国家标准城镇燃气设计规范(GB50028-93)规定:a、固体颗粒含量10mg/Nm3;b、H2S含量20mg/Nm3;c、CO10mg/Nm3; 3)车用压缩天然气标准 国家标准车用压缩天然气标准(GB18047-2000)规定:,第一部分 天然气基本理论,十二、天然气与煤层气、煤气的区别 煤层气其实是天然气的一种类型,俗称“瓦斯”,是与煤层伴生而有毒的混合气体,主要含有甲烷和一氧化碳,当矿井下空气中瓦斯浓度达到5%-16%时,遇明火就会爆炸,这是煤矿事故的
14、重要根源。为此煤层气亦被称为“煤矿第一杀手”。 煤气,也叫人工煤气,主要成分是一氧化碳,可分为三种: 1)干馏煤气:是对煤进行干馏所获得的气体产物,主要成分是CO和 H2,也含有较高的甲烷,热值为16.7MJ/Nm3。 2)气化煤气:包括水煤气和发生炉煤气,是水和焦碳在调温下反应得到的气体,主要成分是CO和H2,热值分别为水煤气10.5MJ/Nm3、发生炉煤气5.4 MJ/Nm3。由于水煤气和发生炉煤气发热值低,而且毒性大,不可以单独作为城市燃气的气源使用。因为一氧化碳是有毒气体,空气中含量为0.1%,就会引起中毒,如果含量大于1%,就可能致人死亡。 3)高炉煤气:是高炉炼铁时产生的尾气,主要
15、成分为CO和N2,热值是4.2MJ/Nm3。主要作为炼焦炉的燃料。,第一部分 天然气基本理论,十三、压缩天然气与液化天然气的异同点 二者均为天然气,只是状态不同、热值不同。压缩天然气是气态,高压常温,压力一般为20MPa以上;而液化天然气是液态,常压低温,温度一般低于-161,LNG热值要高于CNG热值。十四、液化天然气与液化石油气的区别 液化天然气主要成分是甲烷、乙烷,要在很低(-161)的温度下保存,体积是气态的625倍,液态热值51MJ/kg,气态热值42MJ/Nm3;而LPG主要成分是丙丁烷和丙丁烯,一般保存温度是-60,体积是气态的250倍,气态热值11000大卡/Nm3,折算液态热
16、值45.6MJ/kg。因此,液化天然气热值比液化石油气的热值高。,第一部分 天然气基本理论,十五、天然气的优越性 1、天然气是高热值对的能源 能源价值是以做功的能力来衡量。作为燃料,以燃烧时产生的热量来量度。能源物质的热值大致等于各元素燃烧热之和。化石能源的主要成分是氢元素和碳元素,氢的总热值为142MJ/kg,碳的总热值为52MJ/kg。因此氢含量高化石能源热值也越高,天然气的主要化学成分是甲烷(CH4),氢碳比为4:1,相比之下,石油为2:1,煤为1:1,柴薪为1:10,由此可见,天然气是化石燃料中氢碳比最高的燃料,因而是化石燃料中热值最高的能源。 项目 柴 薪 煤 石油 天然气 总热值(
17、KJ/kg) 6280-8374 20934-29308 41868-46055 54428 氢碳比(原子比) 1:10 1:1 2:1 4:1,第一部分 天然气基本理论,2、天然气是环境污染小的能源 燃烧排放物极少是天然气利用优于其他能源的最大特点。天然气不含固体颗粒物,硫含量极微,燃烧后排放的SO2与燃油和燃煤相比微不足道;天然气不含化合氮,燃烧后排放的NOx极少,而且易于通过改进燃烧技术和尾气处理进一步减少排放量。与其它化石能源相比,天然气的碳含量低而氢含量高,是燃烧后温室气体(CO2)排放量最少的能源。 相同发热量下各种化石燃料炭排放量是天然气0.61、LPG0.71、汽油0.80、煤
18、油0.82、柴油0.84、原油0.85、重油0.88、烟煤1.09、无烟煤1.14 3、天然气是利用效率高的能源 使用天然气可以十分显著地提高工业和民用(商业用)能源利用效率,如: 工业燃煤锅炉效率50-60%,燃气锅炉效率80-90%; 家庭燃煤炉灶具效率20-25%,燃气灶效率55-65%; 发电站燃煤蒸汽发电效率一般40%,而燃气联合循环发电效率60%; 合成氨是高能耗工业,世界约90%的合成氨用天然气生产,吨氨天然气耗量大幅度下降。,第一部分 天然气基本理论,4、天然气是安全可靠的能源 天然气也属于甲级易燃、易爆的危险化学品,但在现有燃料中其安全性最为可靠。如下表: 燃料名称 燃点 爆
19、炸极限 密度比空气 挥发性 天然气 650 5-15% 小 易 LPG 490 1.5-9.1% 大 难 汽油 425 1.4-7.6% 大 难 柴油 260 0.5-4.1% 大 难 天然气爆炸下限和燃点,都比液化石油气和汽柴油都高出许多,不易燃烧和爆炸;天然气相对密度为0.6左右,比空气1.29轻,泄漏的天然气很快会在空气中散发,且爆炸极限范围窄,在自然环境难以形成遇火爆燃条件,而空气中含有10%液化石油气,人在该气体中5分钟就会麻醉;一旦压缩天然气从储罐或管路中泄漏,在泄漏点周围会立即形成低温区,使天然气燃烧困难。,第一部分 天然气基本理论,十六、LNG的六大优点 1)LNG体积比同质量
20、的天然气小625倍,所以可用汽车轮船很方便地将LNG运到没有天然气的地方使用。 2)LNG储存效率高,占地少。投资省,10m3LNG储存量就可供2万户居民1天的生活用气。1户居民天然气用量0.3方/日,10方/月。 3)LNG是优质的车用燃料,与汽油相比,具有辛烷值高、抗爆性能好、发动机寿命长。燃料费用低。环保性能好等优点。它可将汽油汽车尾气中HC减少72%,NOx减少39%, CO减少90%,SOx、Pb降为零。 4)LNG汽化潜热高,液化过程中的冷量可回收利用。 5)由于LNG汽化后密度很低,只有空气的一半左右,稍有泄漏立即飞散开来,不致引起爆炸。 6)由于LNG组分较纯,燃烧完全,燃烧后
21、生成二氧化碳和水,所以它是很好的清洁燃料,有利于保护环境,减少城市污染。,第一部分 天然气基本理论,十七、LNG的生产、运输、储存 LNG的生产工艺一般分以下三种:一是阶式混和制冷工艺,二是混和阶式制冷工艺,三是压缩、膨胀制冷工艺。LNG工厂主要设备有压缩机、膨胀机、换热器、分离器、低温储罐、低温泵、低温槽车等。 LNG的运输方式主要有轮船、火车。汽车槽车等方式。在500800公里经济运输半径范围内,采用汽车槽车运输LNG是比较理想的方式。槽车罐体采用双壁真空粉未绝热,配有操作阀安全系统及输液软管等。国内低温液体槽车的制造技术比较成熟,槽车使用安全。 LNG产品采用深冷液体储罐储存,液体储罐为
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