天然气基础知识
一、概述
天然气是从地下开采出来的一种可燃性气体,它是埋藏在地壳下面的生物有机体,经过漫长的地质年代和复杂的转化过程而形成的。
我国利用天然气有着悠久的历史，它是气体燃料中出类拔萃的新秀，具有清洁、无毒、热值高、使用调节方便等优点，广泛用于各行各业，如熬盐、化工、化肥、冶炼、碳黑生产，CNG汽车和城市民用等。
随着城市建设发展，城市天然气事业迅速壮大，公用、民用气用户大量增加，为减轻环境污染，天然气在各行各业不断受到重视，它是二十一世纪一种清洁、高效、优质的环保能源。
二、天然气的种类
按照油气藏的特点，天然气可分为三类，即气田气、凝析气田气和油田伴生气。 ⑴气田气 热值一般为34.69MJ/Nm3(8300KCAL/Nm3），是指在开采过程中没有或只有较少天然汽油凝析出来的天然气，这种天然气在气藏中，烃类以单相存在，其甲烷的含量约为80％～90％，而戊烷以上的烃类组分含量很少。
⑵凝析气田气 热值一般为48.36MJ/Nm3(11569KCAL/Nm3），这种天然气中戊烷以上的组分含量较多，但是在开采中没有较重组分的原油同时采出，只有凝析油同时采出。 ⑶油田伴生气 热值一般为45.47MJ/Nm3(10878KCAL/Nm3），这种天然气是油藏中烃类以液相或气液两相共存，采油时与石油同时被采出，天然气中的重烃组分较多。 按照天然气中烃类组分的含量多少，天然气可分为干气和湿气。
⑴干气 是指戊烷以上烃类可凝结组分的含量低于100g／m的天然气。干气中的甲烷含量一般在90％以上，乙烷、丙烷、丁烷的含量不多，戊烷以上烃类组分很少。大部分气田气都是干气。
⑵湿气 是指戊烷以上烃类可凝结组分的含量高于100g／m的天然气。湿气中的甲烷含量一般在80％以下，戊烷以上的组分含量较高，开采中可同时回收天然汽油(即凝析油)。一般情况下，油田气和部分凝析气田全可能是湿气。
按照天然气中的含硫量差别，天然气可分为洁气和酸性天然气。
⑴洁气 通常是指不含硫或含硫量低于20mg/m的天然气，洁气不需要脱硫净化处理，即可以进行管道输送和一般用户使用。
⑵酸性天然气 通常是指含硫量高于20mg/m的天然气。酸性天然气中含硫化氢以及 其它硫化物组分，一般具有腐蚀性和毒性，影响用户使用。酸性天然气必须经过脱硫净化处理后，才能进入输气管线。
三、天然气的组分
天然气是一种以饱和碳氢化合物为主要成分的混合气体，对已开采的世界各地区的天然气分析化验结果证实，不同地区、不同类型的天然气，其所含组分是不同的。据有关资料统计，各类天然气中包含的组分有一百多种，将这些组分加以归纳，大致可以分为三大类，即烃类组分、含硫组分和其它组分。 3333
只有碳和氢两种元素组成的有机化合物，称为碳氢化合物，简称烃类化合物。烃类化合物是天然气的主要组分，大多数天然气中烃类组分含量为60％一90％。天然气的烃类组分中，烷烃的比例最大。一般来说，大多数天然气的甲烷含量都很高，通常为70％一90％。故通常将天然气作为甲烷来处理。
天然气中除甲烷组分外，还有乙烷、丙烷、丁烷(含正丁烷和异丁烷)，它们在常温常压下都是气体。
天然气中常含有一定量的戊烷(碳五)、己烷(碳六)、庚烷(碳七)、辛烷(碳八)、壬烷(碳
九)、和癸烷(碳十)。大多数天然气中不饱和烃的总含量小于1％。有的天然气中含有少量的环戊烷和环己烷。有的天然气中含有少量的芳香烃，其多数为苯、甲苯和二甲苯。天然气中的含硫组分，可分为无机硫化物和有机硫化物两类。
无机硫化物组分，只有硫化氢，分子式为H2S。硫化氢是一种比空气重、可燃、有毒、有臭鸭蛋气味的气体。硫化氢的水溶液叫硫氢酸，显酸性，故称硫化氢为酸性气体。有水存在的情况下，硫化氢对金属有强烈的腐蚀作用，硫化氢还会使化工生产中常用的催化剂中毒而失去活性(催化能力减弱)。
天然气中有时含有少量的有机硫化物组分，例如硫醇、硫醚、二硫醚、二硫化碳、羰基硫、噻酚、硫酚等。有机酸化物对金属的腐蚀不及硫化氢严重，但使催化剂失去活性。大多数有机硫有毒、具有臭味、会污染大气。
天然气中含有硫化物时，必须经过脱硫净化处理，才能进行管输和利用天然气中，除去烃类和含硫组分之外，还有二氧化碳及一氧化碳、氧和氮、氢、氦、氩以及水汽。故二氧化碳是酸性气体，溶于水生成碳酸，对金属设备腐蚀严重，通常在天然气脱硫工艺中，将二氧化碳同硫化氢一起尽量脱除。二氧化碳在天然气中的含量，对于个别气井而言，可高达10％以上。一氧化碳在天然气中的含量甚微。
天然气中有微量氧，多数天然气中含有氮，一般其含量在10％以下，也有高达50％、甚至更多的。如美国某气田生产的天然气中，氮的含量高达94％。天然气中氢、氦、氩的含量极低，一般都在1％以下。天然气大多含有饱和水蒸气，随着温度降低，水汽会不断冷凝为水。天然气中凝析出的水，会影响管输工作，如果天然气中含有硫化氢和二氧化碳，会腐蚀设备及管道，故对天然气中的水汽应进行脱除处理。
四、天然气的性质
天然气分子质量 天然气是由多种组分组成的混合气体，无明确的分子式，也就无明确的相对分子质量。天然气的相对分子质量，是根据天然气各组分的相对分子质量和它们的体积组成，用求和法计算的，通常称为视相对分子质量，简称相对分子质量。
相对分子质量与其组分的相对分子质量、组成、温度及压力有关。在低压条件下，压力变化对气体粘度的影响不明显；气体粘度随温度的升高而增大；气体粘度随相对分子质量的增大而减小；非烃类气体的粘度比烃类气体的粘度高。在高压条件下，气体粘度随压
力的增大而增大；气体粘度随温度的增高而降低；气体的粘度随相对分子质量的增大而降低。
天然气中的主要烃类组分甲烷，一般情况下，其体积组成为95％以上，故可以用甲烷的粘度代替天然气粘度。
天然气的热值 单位数量的天然气完全燃烧所放出的热量。天然气的主要组分烃类。是由碳和氢构成的，氢在燃烧时生成水并被汽化，由液态变为气态，这样，一部分燃烧热能就消耗于水的汽化。消耗于水的汽化的热叫汽化热(或蒸发潜热)。将汽化热计算在内的热值叫全热值(高热值)，不计算汽化热 的热值叫净热值(低热值)。由于天然气燃烧时汽化热无法利用，工程上通常用低热值即净热值。
天然气含水量 指天然气中水汽的含量。天然气含水量的多少，通常用绝对湿度、相对湿度和露点来表示。绝对湿度，是指单位数量天然气中所含水蒸气的质量，单位是g/m。天然气为水汽饱和时的绝对湿度，称之为饱和绝对湿度，或简称饱和湿度。饱和湿度是一定压力和温度下天然气的水汽最大含量。天然气的饱和湿度随着温度的升高而增大，随着压力的升高而降低。
在一定压力下，天然气的含水量刚达到饱和湿度时的温度，称之为天然气的水露点。露点是一定压力下天然气为水汽饱和时的温度；是一定压力下，天然气中刚有一滴露珠出现时的温度。
当天然气的温度降低到其露点温度时，就会凝析出液态水。天然气管输时，必须将水汽尽量脱除，使其露点降低到输压条件下的输气温度以下。这样在输送过程中就不会出现液态水。
天然气的可燃性限和爆炸限 可燃气体与空气的混合物进行稳定燃烧时，可燃气体在混合气体中的最低浓度称为可燃下限，最高浓度称为可燃上限，可燃下限与可燃上限之间的浓度范围称为可燃性界限，简称可燃性限。
可燃气体与空气的混合物，在封闭系统中遇明火发生爆炸时，可燃气体在混合气体中的最低浓度称为爆炸下限，其最高浓度称为爆炸上限，爆炸上限与爆炸下限之间的可燃气体的浓度范围，称为爆炸界限，简称爆炸限。
压力对可燃气体的可燃性限有很大影响，如当压力低于6665Pa时，天然气与空气的混合气体遇明火不会发生爆炸。而在常温常压下，天然气的可燃性限为5％～15％；随着压力升高，爆炸限急剧上升，当压力为1.5×10Pa时，其爆炸上限高达58％。
天然气净化
1、天然气的杂质及危害
从气井中产生的天然气，往往含有气体、液体和固体杂质。液体杂质有水和油，固体杂质有泥砂，岩石颗粒，气体杂质有H2S、C02等。这些杂质如不及时除掉，会对采气、输气、脱硫和用户带来很大危害，影响生产的正常进行。其主要危害有： 73
⑴ 增加输气阻力，使管线输送能力下降。含液量越高，气流速度越低，越易在管线低凹部位积液，形成液堵，严重时甚至中断输气。
⑵ 含硫水会腐蚀管线和设备
⑶ 天然气中的固体杂质在高速流动时会冲蚀管壁
⑷ 使天然气流量测量不准。
因此清除天然气中的固体、液体、汽体杂质，减少对管线设备、仪表的危害是天然气净化的目的。
节流效应
天然气在流经节流装置和元件时，流速增加，体积膨胀、压力急剧降低的现象叫做节流效应。
天然气流经节流体时，由于孔板孔口的横截面积比管道的内截面积小，天然气要经过孔口，必须形成流属束收缩，增大流速。在挤过节流孔后，流速由于流通面积的变大和流束的扩大而降低。所以，天然气流经节流体时，流速会变大，静压会降低。
由于水平流动的天然气具有两种能量，即动能和势能，这两种能量在一定条件下可以互相转化。天然气流经节流体时，流速增加，动能增加；静压降低，压力能降低。天然气流过节流体后，流速降低，动能降低；静压升高，压力能也升高。
由于节流体的节流效应，也产生了能量的节流损失。另外，天然气中的二氧化碳、水分、硫化物更容易在节流处产生水合物，冬天产生冰堵现象，影响正常输气生产和管线安全。所以，应定时排污，或者安装伴热装置。
四、主要参数
1、主要成分： CH4（甲烷），另外含有少量的其他烷烃
以及 氮、二氧化碳、硫化氢、水份等。
2、临界温度： -82.3℃，临界压力4.58MPa。
3、沸点： -162 ℃（1atm），着火点：650 ℃
4、低热值： 8800Kcal/Nm3（36.96MJ/Nm3）
5、高热值： 9700Kcal/Nm3（40.98MJ/Nm3）
6、爆炸范围： 下限为5%，上限为15%
7、气态密度： 0.75Kg/Nm3，为空气的0.58倍。
8、华白指数： 44.94MJ/Nm3
9、燃烧势： 45.18
以上数据按CH4含量约为97%的天然气参数，为近似值。
五、天然气的类别
六、天然气的燃烧
1、燃烧
天然气和氧气在达到一定浓度及一定温度下可以燃烧，燃烧产物主要是水和二氧化碳，当氧气不足时，燃烧会产生CO。
CH4+2O2=CO2+2H2O
1Nm3天然气燃烧需要2Nm3氧气（即需要约10Nm3空气）
因此从安全角度讲，使用天然气的厨房需要良好通风；卫生间内安装旧式的直排式热水器是相当危险的。
2、爆炸
天然气在室内空气中的含量达到5%--15%时,一遇明火或高温物体,甚至开关电灯时所产生的电火花,都可引起门窗紧闭的房间发生爆炸。
天然气中含有少量的硫化氢气体,国家有关规范要求,一立方米天然气中硫化氢含量小于或等于20毫克,它具有臭皮蛋气味,并且硫化氢气体还是一种强烈的神经性毒物。
为保证使用安全，城市燃气内添加臭剂（通常为四氰噻吩 ），臭剂量15~20mg/Nm3，保证天然气在空气中浓度达到1%时即可闻到。
3、华白数
华白数是一项控制燃具热负荷恒定状况的指标。是燃气互换性指标，华白数在±１０％内的两种燃气可以互换。W=Qh/S1/2
W-华白数；
Qh-天然气的高热值；
S-天然气的相对密度；
4、燃烧势
燃烧势是反映燃气燃烧火焰所产生离焰、回火、黄焰和不完全燃烧的倾向性的一项反映燃具燃气燃烧稳定的状态的综合指标。是不同类型燃气间互换时燃烧稳定状态的特性指数。Cp=K{H2+0.6（CmHn+Co）+0.3CH4}/S1/2 K=1+0.0054O22
5、热值
单位体积天然气完全燃烧可放出的热量称为天然气的热值，单位KJ/Nm3。
六、天然气的燃烧
1、燃烧
天然气和氧气在达到一定浓度及一定温度下可以燃烧，燃烧产物主要是水和二氧化碳，当氧气不足时，燃烧会产生CO。 CH4+2O2=CO2+2H2O
1Nm3天然气燃烧需要2Nm3氧气（即需要约10Nm3空气） 因此从安全角度讲，使用天然气的厨房需要良好通风；卫生间内安装旧式的直排式热水器是相当危险的。 2、爆炸
天然气在室内空气中的含量达到5%--15%时,一遇明火或高温物体,甚至开关电灯时所产生的电火花,都可引起门窗紧闭的房间发生爆炸。
天然气中含有少量的硫化氢气体,国家有关规范要求,一立方米天然气中硫化氢含量小于或等于20毫克,它具有臭皮蛋气味,并且硫化氢气体还是一种强烈的神经性毒物。
为保证使用安全，城市燃气内添加臭剂（通常为四氰噻吩 ），臭剂量15~20mg/Nm3，保证天然气在空气中浓度达到1%时即可闻到。 3、华白数
华白数是一项控制燃具热负荷恒定状况的指标。是燃气互换性指标，华白数在±１０％内的两种燃气可以互换。W=Qh/S1/2 W-华白数；
Qh-天然气的高热值； S-天然气的相对密度； 4、燃烧势
燃烧势是反映燃气燃烧火焰所产生离焰、回火、黄焰和不完全燃烧的倾向性的一项反映燃具燃气燃烧稳定的状态的综合指标。是不同类型燃气间互换时燃烧稳定状态的特性指数。Cp=K{H2+0.6（CmHn+Co）+0.3CH4}/S1/2 K=1+0.0054O22 5、热值
单位体积天然气完全燃烧可放出的热量称为天然气的热值，单位KJ/Nm3。
热值分高热值和低热值两种。
天然气的高热值在数值上大于低热值，区别是高热值指烟气中所含水蒸气以冷凝状态所释放的汽化潜热。 6、着火温度
指燃气与空气的混合物开始进行燃烧反应的自燃的最低温度。甲烷着火温度为540 ℃。 7、燃烧速度
垂直于燃烧焰面，火焰向未燃烧气体方向传播的速度叫做燃烧速度。甲烷最大燃烧速度为0.38米/秒。
8、天然气的临界参数
当温度低于某一数值时，对气体进行加压，都可以等温压缩成液体，但当高于该温度时，无论加多大压，都不能使气体液化。可使气体压缩成液体的这个极限温度称为该气体的临界温度。当温度等于临界温度时，使气体液化时所必须的最低压力称为临界压力。此时的状态称为临界状态。气体在临界状态下的温度、压力、比体积、密度分别称为临界温度、临界压力、临界比体积和临界密度。天然气的临界温度为-82.3℃，临界压力4.58MPa。 9、各种热值
1千克标准煤的热值为29.308兆焦（7011KCal） 1度电（1KWh）的发热量为3.6兆焦（860KCal） 1千克重油的热值：10000KCAL/千克
汽油：10313KCAL/千克 柴油：11014KCAL/千克 10、民用建筑的采暖、空调及生活热水热负荷的计算 Qn=q×A×10-3 Qn—采暖热负荷，KW；
q-采暖热指标，W/m2, A-采暖建筑物的建筑面积，m2 采暖热指标推荐值
七、城市天然气热值和杂质含量的要求
1、天然气发热量，总硫、硫化氢含量、水露点指标应符合现行国家标准〈天然气〉GB17820的一类气或二类气的规定。
天然气的技术指标GB17820
八、天然气的储存与运输 1、管道输送
天然气在常温下不能液化，通常保持在一定压力下采用管道输送。城市间天然气管道输送造价较高，通常需要较大规模用气量才可能实施长输管道工程。城市内天然气通常全部采用管道输送至各用户。 2、CNG（压缩天然气）
将天然气压缩到20MPa，压缩后体积缩小约220倍，采用气瓶车运输至城市门站减压供给城市用气，或压缩后供给CNG汽车作为燃料。
CNG储存效率较高，但是由于压力很高，需多级压缩，耗能较高，同时气瓶金属耗量非常大，因此CNG汽车运输效率很低，因此通常为近距离小规模运输。一般为200公里，最大400公里。
3、LNG（液化天然气）
将天然气深度冷冻，通常约-162℃（即1atm下，天然气的沸点温度），此时液化后的体积约缩小约600多倍，采用低温槽车（国际间采用低温槽船）运输至城市气化站气化为常温天然气供给城市用气。
LNG储存温度很低，储存压力略高于常压，储存效率高，单位体积运输费用较低。 国际间天然气贸易中LNG所占比重逐年增加，我国正在大力引进国外的LNG。 我国天然气资源分布不均，目前国内已有多座中小型LNG液化厂，并有多座正在建设，极大的促进了国内天然气事业的发展。LNG的覆盖范围约1000-3000公里，每1000公里运费约0.5元（指40立方米槽车）。 九、城市燃气管网压力级制 城镇燃气设计压力(表压)分级
十、天然气水合物
1、什么是天然气水合物
天然气水合物结构复杂而又极不稳定，它由天然气中的某些组分与水组成。天然气水合物是一种白色结晶固体，外观形似松散的冰，或者致密的雪，密度为0.80～0.90g／cm3。天然气水合物是一种笼形晶状包络物，即水分子借氢键结合成笼形晶格，而气体分子则在分子间力作用下被包围在晶格笼形孔室中。
天然气某些组分的水合物分子式为：CH4·6H20，C2H68H20，C3H8·17H20，
C4H10·17H20，H2S·6H20，CO2·6H20。戊烷以上烷烃一般不形成水合物。 2、水合物形成和存在条件
一是天然气中有足够的水蒸汽并有液滴存在；
二是天然气处于适宜的温度和压力状态，即相当高的压力和相当低的温度。
3、水合物对输气生产的影响
水合物在输气干线或输气站某些管段(如弯头)、阀门、节流装置等处形成后，天然气的流通面积减小，形成局部堵塞，其上游的压力增大，流量减小，下游的压力降低，因而影响了正常输气和平稳为用户供气。同时，水合物若在节流孔板处形成，会影响计量天然气流量的准确性。如果形成的水合物不及时排除，越来越多，堵塞越来越严重，以至于使上游天然气压力上升较大，引起不安全事故发生。水合物形成堵塞时，下游用户天然气流量会减少，以至影响用户的生产。为此，输气工应该重视天然气水合物形成的危害，极积防止水合物形成，当水合物已形成时，应及时排除它。 4、防止水合物形成的方法
天然气中饱和水蒸汽是形成水合物的内因，温度和压力是形成水合物的外因。所以，防止水合物形成可从两方面考虑，一是提高天然气的温度，二是减少天然气中水汽的含量。
1、提高天然气的温度，即在节流阀前对天然气加温，或者敷设平行于输气管线的伴热管线，使天然气流动温度保持在天然气中的水露点温度以上，可以防止天然气水合物的生成。
2、脱除天然气中的水汽，降低天然气的水露点，也可以防止水合物生成。脱除天然气中的水汽，即对天然气进行干燥，然后再送人输气管道。 5、解除水合物堵塞的措施
一是降压，二是加热，三是注防冻剂。
1、降压解堵法，将部分天然气放空，降低输气管的压力，破坏水合物的形成条件，即相应降低了形成水合物的温度，在水合物的形成温度刚一低于输气管线的气流温度时，水合物就立即开始分解。这种水合物分解进行得很迅速，整个操作过程仅需要10分钟左右，这是由于当水合物的结晶壳刚开始液化时，水合物立即自管壁脱落下来，并被排出的气流从输气管带出。
2、加热解堵法，即加热天然气，提高天然气的温度，破坏天然气水合物的形成条件。 3、注入甲醇等防冻剂解堵法。甲醇有毒，操作人员应注意保护自身不受侵害。解堵后，管线内有凝析水和防冻剂，要及时用将其排出。
防冻剂
天然气水合物是天然气的某些组分(如甲烷)与水形成的结晶体，这种结晶体要在气体中有足够的饱和水蒸气，即气体和水蒸气混合物中的水蒸气分压大于水合物的蒸气分压时，水合物才能形成和存在。要分解水合物，就得减少气体中水分的含量，使水蒸气分压
低于水合物的蒸汽压。向输气管道某部位生成水合物处注人防冻剂，分解水合物，解除堵塞，就是基于减少气体中水分含量这一道理进行的。
作为防冻剂，它主要的或基本性能，是具有良好的亲水性，即能吸收大量水分，减少气体中的水分含量，使天然气的水蒸气分压低于水合物的蒸气压。其次是毒性应小、价格便宜等，以有利于操作、减少污染、降低输气成本。
压缩天然气
一、概述
压缩天然气(CNG)是将管道天然气经过脱水、脱硫后用压缩机将天然气压力增加到20-25Mpa。
目前主要应用于汽车燃料、城市小区、工业用户等领域。
压缩天然气具有清洁、储存效率高、运输使用方便、快捷等优点。
压缩天然气的应用还可解决管道施工困难的城市人口密集地区的清洁燃料供应问题，从而有效提高城市气化率．解决部分需要天然气作为燃料(原料)工业企业的用气要求。 二、CNG的性质
１、储存压力：20-25MPa
２、水露点温度：水露点温度-5５℃ 以下 ３、其他指标同天然气 三、CNG加气站工艺流程
四、CNG减压站及子站工艺流程
LNG工艺流程及基本原理
一、概述
LNG (Liquefied Natural Gas) ,是天然气经过净化，压缩制冷而得到－１６２℃的液态天然气，体积缩小了约６００倍，适宜于长途运输和储存。
ＬＮＧ比液化前的天然气组分更纯净，几乎不含水分。主要成份为ＣＨ４，还有少量C２H６，C３H８ ，N２。
二、LNG的性质
１、储存温度：-145~-162℃
２、储存压力：0.1~0.6MPa
３、液态密度： 0.45t/m3
4、其他参数同天然气
三、LNG 气化工艺流程
10
煤层气基本知识
煤层气俗称“瓦斯”，主要成分是甲烷，是存在于煤矿中的伴生气体。它是高热值、无污染的新能源，可以用来发电，用作工业燃料、化工原料和居民生活燃料。煤层气作为一种新的洁净能源，它的勘探开发与利用，对改善我国的能源结构，减少大气污染，促进我国以煤炭为主的能源体系逐步向对环境无害的可持续发展的模式转变，具有十分重要的战略意义。
煤层气是一种以吸附状态为主、生成并储存于煤层及其围岩中的甲烷气体，发热量大于8100大卡/m3，与常规天然气相比主要异同如下：
1、相同点
①气体成分大体相同：
煤层气主要由95%以上的甲烷组成，另外5%的气体一般是CO2或氮气；而天然气成分也主要是甲烷，其余的成分变化较大。
②用途相同：
两种气体均是优质能源和化工原料，可以混输混用。
2、不同点
①煤层气基本不含碳二以上的重烃，产出时不含无机杂质，天然气一般含有含碳二以上的重烃，产出时含无机杂质；
②在地下存在方式不同，煤层气主要是以大分子团的吸附状态存在于煤层中，而天然气主要是以游离气体状态存在于砂岩或灰岩中；
③生产方式、产量曲线不同。煤层气是通过排水降低地层压力，使煤层气在煤层中解吸-扩散-流动采出地面，而天然气主要是靠自身的正压产出；煤层气初期产量低，但生产周期长，可达20-30年，天然气初期产量高，生产周期一般在8年左右；
④煤层气又称煤矿井斯，是煤矿生产安全的主要威胁，同时煤层气的资源量又直接与采煤相关，采煤之前如不先采气，随着采煤过程煤层气就排放到大气中，据有关统计，我国每年随煤炭开采而减少资源量190亿m3以上，而天然气资源量受其他采矿活动影响较小，可以有计划地控制。
11
天然气基础知识
一、概述
天然气是从地下开采出来的一种可燃性气体,它是埋藏在地壳下面的生物有机体,经过漫长的地质年代和复杂的转化过程而形成的。
我国利用天然气有着悠久的历史，它是气体燃料中出类拔萃的新秀，具有清洁、无毒、热值高、使用调节方便等优点，广泛用于各行各业，如熬盐、化工、化肥、冶炼、碳黑生产，CNG汽车和城市民用等。
随着城市建设发展，城市天然气事业迅速壮大，公用、民用气用户大量增加，为减轻环境污染，天然气在各行各业不断受到重视，它是二十一世纪一种清洁、高效、优质的环保能源。
二、天然气的种类
按照油气藏的特点，天然气可分为三类，即气田气、凝析气田气和油田伴生气。 ⑴气田气 热值一般为34.69MJ/Nm3(8300KCAL/Nm3），是指在开采过程中没有或只有较少天然汽油凝析出来的天然气，这种天然气在气藏中，烃类以单相存在，其甲烷的含量约为80％～90％，而戊烷以上的烃类组分含量很少。
⑵凝析气田气 热值一般为48.36MJ/Nm3(11569KCAL/Nm3），这种天然气中戊烷以上的组分含量较多，但是在开采中没有较重组分的原油同时采出，只有凝析油同时采出。 ⑶油田伴生气 热值一般为45.47MJ/Nm3(10878KCAL/Nm3），这种天然气是油藏中烃类以液相或气液两相共存，采油时与石油同时被采出，天然气中的重烃组分较多。 按照天然气中烃类组分的含量多少，天然气可分为干气和湿气。
⑴干气 是指戊烷以上烃类可凝结组分的含量低于100g／m的天然气。干气中的甲烷含量一般在90％以上，乙烷、丙烷、丁烷的含量不多，戊烷以上烃类组分很少。大部分气田气都是干气。
⑵湿气 是指戊烷以上烃类可凝结组分的含量高于100g／m的天然气。湿气中的甲烷含量一般在80％以下，戊烷以上的组分含量较高，开采中可同时回收天然汽油(即凝析油)。一般情况下，油田气和部分凝析气田全可能是湿气。
按照天然气中的含硫量差别，天然气可分为洁气和酸性天然气。
⑴洁气 通常是指不含硫或含硫量低于20mg/m的天然气，洁气不需要脱硫净化处理，即可以进行管道输送和一般用户使用。
⑵酸性天然气 通常是指含硫量高于20mg/m的天然气。酸性天然气中含硫化氢以及 其它硫化物组分，一般具有腐蚀性和毒性，影响用户使用。酸性天然气必须经过脱硫净化处理后，才能进入输气管线。
三、天然气的组分
天然气是一种以饱和碳氢化合物为主要成分的混合气体，对已开采的世界各地区的天然气分析化验结果证实，不同地区、不同类型的天然气，其所含组分是不同的。据有关资料统计，各类天然气中包含的组分有一百多种，将这些组分加以归纳，大致可以分为三大类，即烃类组分、含硫组分和其它组分。 3333
只有碳和氢两种元素组成的有机化合物，称为碳氢化合物，简称烃类化合物。烃类化合物是天然气的主要组分，大多数天然气中烃类组分含量为60％一90％。天然气的烃类组分中，烷烃的比例最大。一般来说，大多数天然气的甲烷含量都很高，通常为70％一90％。故通常将天然气作为甲烷来处理。
天然气中除甲烷组分外，还有乙烷、丙烷、丁烷(含正丁烷和异丁烷)，它们在常温常压下都是气体。
天然气中常含有一定量的戊烷(碳五)、己烷(碳六)、庚烷(碳七)、辛烷(碳八)、壬烷(碳
九)、和癸烷(碳十)。大多数天然气中不饱和烃的总含量小于1％。有的天然气中含有少量的环戊烷和环己烷。有的天然气中含有少量的芳香烃，其多数为苯、甲苯和二甲苯。天然气中的含硫组分，可分为无机硫化物和有机硫化物两类。
无机硫化物组分，只有硫化氢，分子式为H2S。硫化氢是一种比空气重、可燃、有毒、有臭鸭蛋气味的气体。硫化氢的水溶液叫硫氢酸，显酸性，故称硫化氢为酸性气体。有水存在的情况下，硫化氢对金属有强烈的腐蚀作用，硫化氢还会使化工生产中常用的催化剂中毒而失去活性(催化能力减弱)。
天然气中有时含有少量的有机硫化物组分，例如硫醇、硫醚、二硫醚、二硫化碳、羰基硫、噻酚、硫酚等。有机酸化物对金属的腐蚀不及硫化氢严重，但使催化剂失去活性。大多数有机硫有毒、具有臭味、会污染大气。
天然气中含有硫化物时，必须经过脱硫净化处理，才能进行管输和利用天然气中，除去烃类和含硫组分之外，还有二氧化碳及一氧化碳、氧和氮、氢、氦、氩以及水汽。故二氧化碳是酸性气体，溶于水生成碳酸，对金属设备腐蚀严重，通常在天然气脱硫工艺中，将二氧化碳同硫化氢一起尽量脱除。二氧化碳在天然气中的含量，对于个别气井而言，可高达10％以上。一氧化碳在天然气中的含量甚微。
天然气中有微量氧，多数天然气中含有氮，一般其含量在10％以下，也有高达50％、甚至更多的。如美国某气田生产的天然气中，氮的含量高达94％。天然气中氢、氦、氩的含量极低，一般都在1％以下。天然气大多含有饱和水蒸气，随着温度降低，水汽会不断冷凝为水。天然气中凝析出的水，会影响管输工作，如果天然气中含有硫化氢和二氧化碳，会腐蚀设备及管道，故对天然气中的水汽应进行脱除处理。
四、天然气的性质
天然气分子质量 天然气是由多种组分组成的混合气体，无明确的分子式，也就无明确的相对分子质量。天然气的相对分子质量，是根据天然气各组分的相对分子质量和它们的体积组成，用求和法计算的，通常称为视相对分子质量，简称相对分子质量。
相对分子质量与其组分的相对分子质量、组成、温度及压力有关。在低压条件下，压力变化对气体粘度的影响不明显；气体粘度随温度的升高而增大；气体粘度随相对分子质量的增大而减小；非烃类气体的粘度比烃类气体的粘度高。在高压条件下，气体粘度随压
力的增大而增大；气体粘度随温度的增高而降低；气体的粘度随相对分子质量的增大而降低。
天然气中的主要烃类组分甲烷，一般情况下，其体积组成为95％以上，故可以用甲烷的粘度代替天然气粘度。
天然气的热值 单位数量的天然气完全燃烧所放出的热量。天然气的主要组分烃类。是由碳和氢构成的，氢在燃烧时生成水并被汽化，由液态变为气态，这样，一部分燃烧热能就消耗于水的汽化。消耗于水的汽化的热叫汽化热(或蒸发潜热)。将汽化热计算在内的热值叫全热值(高热值)，不计算汽化热 的热值叫净热值(低热值)。由于天然气燃烧时汽化热无法利用，工程上通常用低热值即净热值。
天然气含水量 指天然气中水汽的含量。天然气含水量的多少，通常用绝对湿度、相对湿度和露点来表示。绝对湿度，是指单位数量天然气中所含水蒸气的质量，单位是g/m。天然气为水汽饱和时的绝对湿度，称之为饱和绝对湿度，或简称饱和湿度。饱和湿度是一定压力和温度下天然气的水汽最大含量。天然气的饱和湿度随着温度的升高而增大，随着压力的升高而降低。
在一定压力下，天然气的含水量刚达到饱和湿度时的温度，称之为天然气的水露点。露点是一定压力下天然气为水汽饱和时的温度；是一定压力下，天然气中刚有一滴露珠出现时的温度。
当天然气的温度降低到其露点温度时，就会凝析出液态水。天然气管输时，必须将水汽尽量脱除，使其露点降低到输压条件下的输气温度以下。这样在输送过程中就不会出现液态水。
天然气的可燃性限和爆炸限 可燃气体与空气的混合物进行稳定燃烧时，可燃气体在混合气体中的最低浓度称为可燃下限，最高浓度称为可燃上限，可燃下限与可燃上限之间的浓度范围称为可燃性界限，简称可燃性限。
可燃气体与空气的混合物，在封闭系统中遇明火发生爆炸时，可燃气体在混合气体中的最低浓度称为爆炸下限，其最高浓度称为爆炸上限，爆炸上限与爆炸下限之间的可燃气体的浓度范围，称为爆炸界限，简称爆炸限。
压力对可燃气体的可燃性限有很大影响，如当压力低于6665Pa时，天然气与空气的混合气体遇明火不会发生爆炸。而在常温常压下，天然气的可燃性限为5％～15％；随着压力升高，爆炸限急剧上升，当压力为1.5×10Pa时，其爆炸上限高达58％。
天然气净化
1、天然气的杂质及危害
从气井中产生的天然气，往往含有气体、液体和固体杂质。液体杂质有水和油，固体杂质有泥砂，岩石颗粒，气体杂质有H2S、C02等。这些杂质如不及时除掉，会对采气、输气、脱硫和用户带来很大危害，影响生产的正常进行。其主要危害有： 73
⑴ 增加输气阻力，使管线输送能力下降。含液量越高，气流速度越低，越易在管线低凹部位积液，形成液堵，严重时甚至中断输气。
⑵ 含硫水会腐蚀管线和设备
⑶ 天然气中的固体杂质在高速流动时会冲蚀管壁
⑷ 使天然气流量测量不准。
因此清除天然气中的固体、液体、汽体杂质，减少对管线设备、仪表的危害是天然气净化的目的。
节流效应
天然气在流经节流装置和元件时，流速增加，体积膨胀、压力急剧降低的现象叫做节流效应。
天然气流经节流体时，由于孔板孔口的横截面积比管道的内截面积小，天然气要经过孔口，必须形成流属束收缩，增大流速。在挤过节流孔后，流速由于流通面积的变大和流束的扩大而降低。所以，天然气流经节流体时，流速会变大，静压会降低。
由于水平流动的天然气具有两种能量，即动能和势能，这两种能量在一定条件下可以互相转化。天然气流经节流体时，流速增加，动能增加；静压降低，压力能降低。天然气流过节流体后，流速降低，动能降低；静压升高，压力能也升高。
由于节流体的节流效应，也产生了能量的节流损失。另外，天然气中的二氧化碳、水分、硫化物更容易在节流处产生水合物，冬天产生冰堵现象，影响正常输气生产和管线安全。所以，应定时排污，或者安装伴热装置。
四、主要参数
1、主要成分： CH4（甲烷），另外含有少量的其他烷烃
以及 氮、二氧化碳、硫化氢、水份等。
2、临界温度： -82.3℃，临界压力4.58MPa。
3、沸点： -162 ℃（1atm），着火点：650 ℃
4、低热值： 8800Kcal/Nm3（36.96MJ/Nm3）
5、高热值： 9700Kcal/Nm3（40.98MJ/Nm3）
6、爆炸范围： 下限为5%，上限为15%
7、气态密度： 0.75Kg/Nm3，为空气的0.58倍。
8、华白指数： 44.94MJ/Nm3
9、燃烧势： 45.18
以上数据按CH4含量约为97%的天然气参数，为近似值。
五、天然气的类别
六、天然气的燃烧
1、燃烧
天然气和氧气在达到一定浓度及一定温度下可以燃烧，燃烧产物主要是水和二氧化碳，当氧气不足时，燃烧会产生CO。
CH4+2O2=CO2+2H2O
1Nm3天然气燃烧需要2Nm3氧气（即需要约10Nm3空气）
因此从安全角度讲，使用天然气的厨房需要良好通风；卫生间内安装旧式的直排式热水器是相当危险的。
2、爆炸
天然气在室内空气中的含量达到5%--15%时,一遇明火或高温物体,甚至开关电灯时所产生的电火花,都可引起门窗紧闭的房间发生爆炸。
天然气中含有少量的硫化氢气体,国家有关规范要求,一立方米天然气中硫化氢含量小于或等于20毫克,它具有臭皮蛋气味,并且硫化氢气体还是一种强烈的神经性毒物。
为保证使用安全，城市燃气内添加臭剂（通常为四氰噻吩 ），臭剂量15~20mg/Nm3，保证天然气在空气中浓度达到1%时即可闻到。
3、华白数
华白数是一项控制燃具热负荷恒定状况的指标。是燃气互换性指标，华白数在±１０％内的两种燃气可以互换。W=Qh/S1/2
W-华白数；
Qh-天然气的高热值；
S-天然气的相对密度；
4、燃烧势
燃烧势是反映燃气燃烧火焰所产生离焰、回火、黄焰和不完全燃烧的倾向性的一项反映燃具燃气燃烧稳定的状态的综合指标。是不同类型燃气间互换时燃烧稳定状态的特性指数。Cp=K{H2+0.6（CmHn+Co）+0.3CH4}/S1/2 K=1+0.0054O22
5、热值
单位体积天然气完全燃烧可放出的热量称为天然气的热值，单位KJ/Nm3。
六、天然气的燃烧
1、燃烧
天然气和氧气在达到一定浓度及一定温度下可以燃烧，燃烧产物主要是水和二氧化碳，当氧气不足时，燃烧会产生CO。 CH4+2O2=CO2+2H2O
1Nm3天然气燃烧需要2Nm3氧气（即需要约10Nm3空气） 因此从安全角度讲，使用天然气的厨房需要良好通风；卫生间内安装旧式的直排式热水器是相当危险的。 2、爆炸
天然气在室内空气中的含量达到5%--15%时,一遇明火或高温物体,甚至开关电灯时所产生的电火花,都可引起门窗紧闭的房间发生爆炸。
天然气中含有少量的硫化氢气体,国家有关规范要求,一立方米天然气中硫化氢含量小于或等于20毫克,它具有臭皮蛋气味,并且硫化氢气体还是一种强烈的神经性毒物。
为保证使用安全，城市燃气内添加臭剂（通常为四氰噻吩 ），臭剂量15~20mg/Nm3，保证天然气在空气中浓度达到1%时即可闻到。 3、华白数
华白数是一项控制燃具热负荷恒定状况的指标。是燃气互换性指标，华白数在±１０％内的两种燃气可以互换。W=Qh/S1/2 W-华白数；
Qh-天然气的高热值； S-天然气的相对密度； 4、燃烧势
燃烧势是反映燃气燃烧火焰所产生离焰、回火、黄焰和不完全燃烧的倾向性的一项反映燃具燃气燃烧稳定的状态的综合指标。是不同类型燃气间互换时燃烧稳定状态的特性指数。Cp=K{H2+0.6（CmHn+Co）+0.3CH4}/S1/2 K=1+0.0054O22 5、热值
单位体积天然气完全燃烧可放出的热量称为天然气的热值，单位KJ/Nm3。
热值分高热值和低热值两种。
天然气的高热值在数值上大于低热值，区别是高热值指烟气中所含水蒸气以冷凝状态所释放的汽化潜热。 6、着火温度
指燃气与空气的混合物开始进行燃烧反应的自燃的最低温度。甲烷着火温度为540 ℃。 7、燃烧速度
垂直于燃烧焰面，火焰向未燃烧气体方向传播的速度叫做燃烧速度。甲烷最大燃烧速度为0.38米/秒。
8、天然气的临界参数
当温度低于某一数值时，对气体进行加压，都可以等温压缩成液体，但当高于该温度时，无论加多大压，都不能使气体液化。可使气体压缩成液体的这个极限温度称为该气体的临界温度。当温度等于临界温度时，使气体液化时所必须的最低压力称为临界压力。此时的状态称为临界状态。气体在临界状态下的温度、压力、比体积、密度分别称为临界温度、临界压力、临界比体积和临界密度。天然气的临界温度为-82.3℃，临界压力4.58MPa。 9、各种热值
1千克标准煤的热值为29.308兆焦（7011KCal） 1度电（1KWh）的发热量为3.6兆焦（860KCal） 1千克重油的热值：10000KCAL/千克
汽油：10313KCAL/千克 柴油：11014KCAL/千克 10、民用建筑的采暖、空调及生活热水热负荷的计算 Qn=q×A×10-3 Qn—采暖热负荷，KW；
q-采暖热指标，W/m2, A-采暖建筑物的建筑面积，m2 采暖热指标推荐值
七、城市天然气热值和杂质含量的要求
1、天然气发热量，总硫、硫化氢含量、水露点指标应符合现行国家标准〈天然气〉GB17820的一类气或二类气的规定。
天然气的技术指标GB17820
八、天然气的储存与运输 1、管道输送
天然气在常温下不能液化，通常保持在一定压力下采用管道输送。城市间天然气管道输送造价较高，通常需要较大规模用气量才可能实施长输管道工程。城市内天然气通常全部采用管道输送至各用户。 2、CNG（压缩天然气）
将天然气压缩到20MPa，压缩后体积缩小约220倍，采用气瓶车运输至城市门站减压供给城市用气，或压缩后供给CNG汽车作为燃料。
CNG储存效率较高，但是由于压力很高，需多级压缩，耗能较高，同时气瓶金属耗量非常大，因此CNG汽车运输效率很低，因此通常为近距离小规模运输。一般为200公里，最大400公里。
3、LNG（液化天然气）
将天然气深度冷冻，通常约-162℃（即1atm下，天然气的沸点温度），此时液化后的体积约缩小约600多倍，采用低温槽车（国际间采用低温槽船）运输至城市气化站气化为常温天然气供给城市用气。
LNG储存温度很低，储存压力略高于常压，储存效率高，单位体积运输费用较低。 国际间天然气贸易中LNG所占比重逐年增加，我国正在大力引进国外的LNG。 我国天然气资源分布不均，目前国内已有多座中小型LNG液化厂，并有多座正在建设，极大的促进了国内天然气事业的发展。LNG的覆盖范围约1000-3000公里，每1000公里运费约0.5元（指40立方米槽车）。 九、城市燃气管网压力级制 城镇燃气设计压力(表压)分级
十、天然气水合物
1、什么是天然气水合物
天然气水合物结构复杂而又极不稳定，它由天然气中的某些组分与水组成。天然气水合物是一种白色结晶固体，外观形似松散的冰，或者致密的雪，密度为0.80～0.90g／cm3。天然气水合物是一种笼形晶状包络物，即水分子借氢键结合成笼形晶格，而气体分子则在分子间力作用下被包围在晶格笼形孔室中。
天然气某些组分的水合物分子式为：CH4·6H20，C2H68H20，C3H8·17H20，
C4H10·17H20，H2S·6H20，CO2·6H20。戊烷以上烷烃一般不形成水合物。 2、水合物形成和存在条件
一是天然气中有足够的水蒸汽并有液滴存在；
二是天然气处于适宜的温度和压力状态，即相当高的压力和相当低的温度。
3、水合物对输气生产的影响
水合物在输气干线或输气站某些管段(如弯头)、阀门、节流装置等处形成后，天然气的流通面积减小，形成局部堵塞，其上游的压力增大，流量减小，下游的压力降低，因而影响了正常输气和平稳为用户供气。同时，水合物若在节流孔板处形成，会影响计量天然气流量的准确性。如果形成的水合物不及时排除，越来越多，堵塞越来越严重，以至于使上游天然气压力上升较大，引起不安全事故发生。水合物形成堵塞时，下游用户天然气流量会减少，以至影响用户的生产。为此，输气工应该重视天然气水合物形成的危害，极积防止水合物形成，当水合物已形成时，应及时排除它。 4、防止水合物形成的方法
天然气中饱和水蒸汽是形成水合物的内因，温度和压力是形成水合物的外因。所以，防止水合物形成可从两方面考虑，一是提高天然气的温度，二是减少天然气中水汽的含量。
1、提高天然气的温度，即在节流阀前对天然气加温，或者敷设平行于输气管线的伴热管线，使天然气流动温度保持在天然气中的水露点温度以上，可以防止天然气水合物的生成。
2、脱除天然气中的水汽，降低天然气的水露点，也可以防止水合物生成。脱除天然气中的水汽，即对天然气进行干燥，然后再送人输气管道。 5、解除水合物堵塞的措施
一是降压，二是加热，三是注防冻剂。
1、降压解堵法，将部分天然气放空，降低输气管的压力，破坏水合物的形成条件，即相应降低了形成水合物的温度，在水合物的形成温度刚一低于输气管线的气流温度时，水合物就立即开始分解。这种水合物分解进行得很迅速，整个操作过程仅需要10分钟左右，这是由于当水合物的结晶壳刚开始液化时，水合物立即自管壁脱落下来，并被排出的气流从输气管带出。
2、加热解堵法，即加热天然气，提高天然气的温度，破坏天然气水合物的形成条件。 3、注入甲醇等防冻剂解堵法。甲醇有毒，操作人员应注意保护自身不受侵害。解堵后，管线内有凝析水和防冻剂，要及时用将其排出。
防冻剂
天然气水合物是天然气的某些组分(如甲烷)与水形成的结晶体，这种结晶体要在气体中有足够的饱和水蒸气，即气体和水蒸气混合物中的水蒸气分压大于水合物的蒸气分压时，水合物才能形成和存在。要分解水合物，就得减少气体中水分的含量，使水蒸气分压
低于水合物的蒸汽压。向输气管道某部位生成水合物处注人防冻剂，分解水合物，解除堵塞，就是基于减少气体中水分含量这一道理进行的。
作为防冻剂，它主要的或基本性能，是具有良好的亲水性，即能吸收大量水分，减少气体中的水分含量，使天然气的水蒸气分压低于水合物的蒸气压。其次是毒性应小、价格便宜等，以有利于操作、减少污染、降低输气成本。
压缩天然气
一、概述
压缩天然气(CNG)是将管道天然气经过脱水、脱硫后用压缩机将天然气压力增加到20-25Mpa。
目前主要应用于汽车燃料、城市小区、工业用户等领域。
压缩天然气具有清洁、储存效率高、运输使用方便、快捷等优点。
压缩天然气的应用还可解决管道施工困难的城市人口密集地区的清洁燃料供应问题，从而有效提高城市气化率．解决部分需要天然气作为燃料(原料)工业企业的用气要求。 二、CNG的性质
１、储存压力：20-25MPa
２、水露点温度：水露点温度-5５℃ 以下 ３、其他指标同天然气 三、CNG加气站工艺流程
四、CNG减压站及子站工艺流程
LNG工艺流程及基本原理
一、概述
LNG (Liquefied Natural Gas) ,是天然气经过净化，压缩制冷而得到－１６２℃的液态天然气，体积缩小了约６００倍，适宜于长途运输和储存。
ＬＮＧ比液化前的天然气组分更纯净，几乎不含水分。主要成份为ＣＨ４，还有少量C２H６，C３H８ ，N２。
二、LNG的性质
１、储存温度：-145~-162℃
２、储存压力：0.1~0.6MPa
３、液态密度： 0.45t/m3
4、其他参数同天然气
三、LNG 气化工艺流程
10
煤层气基本知识
煤层气俗称“瓦斯”，主要成分是甲烷，是存在于煤矿中的伴生气体。它是高热值、无污染的新能源，可以用来发电，用作工业燃料、化工原料和居民生活燃料。煤层气作为一种新的洁净能源，它的勘探开发与利用，对改善我国的能源结构，减少大气污染，促进我国以煤炭为主的能源体系逐步向对环境无害的可持续发展的模式转变，具有十分重要的战略意义。
煤层气是一种以吸附状态为主、生成并储存于煤层及其围岩中的甲烷气体，发热量大于8100大卡/m3，与常规天然气相比主要异同如下：
1、相同点
①气体成分大体相同：
煤层气主要由95%以上的甲烷组成，另外5%的气体一般是CO2或氮气；而天然气成分也主要是甲烷，其余的成分变化较大。
②用途相同：
两种气体均是优质能源和化工原料，可以混输混用。
2、不同点
①煤层气基本不含碳二以上的重烃，产出时不含无机杂质，天然气一般含有含碳二以上的重烃，产出时含无机杂质；
②在地下存在方式不同，煤层气主要是以大分子团的吸附状态存在于煤层中，而天然气主要是以游离气体状态存在于砂岩或灰岩中；
③生产方式、产量曲线不同。煤层气是通过排水降低地层压力，使煤层气在煤层中解吸-扩散-流动采出地面，而天然气主要是靠自身的正压产出；煤层气初期产量低，但生产周期长，可达20-30年，天然气初期产量高，生产周期一般在8年左右；
④煤层气又称煤矿井斯，是煤矿生产安全的主要威胁，同时煤层气的资源量又直接与采煤相关，采煤之前如不先采气，随着采煤过程煤层气就排放到大气中，据有关统计，我国每年随煤炭开采而减少资源量190亿m3以上，而天然气资源量受其他采矿活动影响较小，可以有计划地控制。
11