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1、天 然 气 基 础 知 识,2012年4月,一、天然气的组成和分类,（一）天然气的概念 在自然界中产生的,以碳氢化合物为主要成分的可燃性气体叫做天然气。,（二）天然气的组成 天然气是一种以饱和碳氢化合物为主要成分的混合气体，所含组分可以归纳为三大类，即烃类组分、含硫组分和其它组分。,一、天然气的组成和分类,1、烃类组分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。大多数天然气的甲烷(CH4)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。甲烷是无色无臭比空气轻的可燃气体，是优良的气体燃料。广
2、泛用居民生活用气、发电用气，作为化工原料可以生产近千种化工产品。,一、天然气的组成和分类,天然气中除甲烷组分外，还有乙烷(C2H6)、丙烷(C3H8)、丁烷(C4H10)，常温常压下都是气体；另外，还含有一定量的戊烷(C5H12)、己烷、庚烷、辛烷、壬烷、癸烷，常温常压下是液体，是汽油的主要组分，在天然气开采中作为凝析油被回收。,一、天然气的组成和分类,2、含硫组分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
3、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)。,一、天然气的组成和分类,天然气中含有少量的有机硫化物组分，例如硫醇、硫醚、二硫化碳、硫酚等；大多数有机硫化物有毒、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。,一、天然气的组成和分类,3、其它组分天然气中，除去烃类和含硫组分之外，还有二氧化碳、一氧化碳、氧和氮、氢、氦、氩以及水汽。刚开采的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
4、。,一、天然气的组成和分类,（三）天然气的分类天然气有多种分类方法，常用的分类方法有以下三种：1、按照天然气的来源分类气田气：是指在开采过程中，没有或只有少量凝析油的天然气，含甲烷在80%-90%。凝析气田气：是指在开采过程中，有较多凝析油的天然气。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。油田伴生气：是指在开采过程中，与液体石油一起开采出来的天然气。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。,一、天然气的组成和分类,2、按照烃类组分的含量来分类 干气：是指戊烷以上烃类可凝结组分的含量低于1
5、00gm3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。湿气：是指戊烷以上烃类可凝结组分的含量高于100gm3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。,一、天然气的组成和分类,3、按照含硫量的多少来分类洁气：通常是指不含硫和含硫量低于20mg/m3的天然气。这种天然气中硫化氢的含量符合管输要求。酸性天然气：通常是指含硫量高于20mg/m3的天然气。酸性天然气必须经过脱硫净化处理后，才能进入输气管线。,一、天然气的组成和
6、分类,（一）天然气的相对分子质量 物质是由许多非常细小的分子所组成的，化学上采用碳元素的质量的十二分之一作为测量一切分子的质量的单位，用这种质量单位表示的分子质量叫相对分子量。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。,二、天然气的主要性质,（二）重度、密度、比重1、重度1）概念：单位体积天然气的重量称为天然气的重度。2）影响重度的因素a、压力的影响：在温度一定时，一定重量的天然气压力越大,重度越大；压力越小，重度越小。b、温度的影
7、响：在压力一定时，一定重量的天然气温度越大,重度越小；温度越小，重度越大。,二、天然气的主要性质,2、密度 1）概念：单位体积天然气的质量。2）天然气的相对密度：是指在同温同压条件下，天然气的密度与空气的密度之比。通常所说的天然气相对密度，是指压力为101.325kPa、温度为273.15K(即0)条件下天然气密度与空气密度之比值，即天然气在标准状态下的相对密度。天然气比空气轻，其相对密度一般小于1，通常在0.50.7范围内变化。3）影响密度的因素a、压力的影响：在温度一定时，一定质量的天然气压力越大密度越大。压力越小密度也越小。b、温度的影响：一定质量的天然气，温度越大密度越小；温度越小，密
8、度越大。,二、天然气的主要性质,3、天然气的比重1）概念：单位体积天然气的重量与相同条件(压力、温度)下单位体积空气重量的比值2）影响比重的因素 天然气的比重只要是在相同条件下,天然气与空气重度之比,其值是定值。,二、天然气的主要性质,4、粘度1）概念：表示气体流动的难易程度。粘度大，不易流动；粘度小，易流动。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。2）影响粘度的因素 在低压条件下，压力变化对气体粘度的影响不明显，气体的粘度随温度的升高而增大；在高压条件下(1015Mpa以上)，气体粘度随压力的增大而增大，随温度的升高而降低。,二、天然气
9、的主要性质,（一）膨胀性 天然气分子之间的内聚力不大,有多大的容积天然气就能占多大体积,这就是天然气的膨胀性。（二）压缩性 分子之间的距离大,因此有很大的可压缩性.而液体和固体的压缩性是非常小的,在大多数情况下均可忽略不计。,三、天然气的膨胀性和压缩性,（一）研究含水量的意义1、天然气从地层中开采出来，如果处理不干净，将含有水和酸性离子，形成一种电解质，对金属设备产生电化腐蚀和化学腐蚀。2、天然气中含有水时，天然气中的烃成分在一定条件下，将与水结合形成水化物，堵塞管道、仪表、阀门。3、天然气中含有液态水时，将在管道低洼处分离出来减小流通面积，增大输气阻力。4、天然气中含有液态水燃烧时，水将汽化
10、吸热，降低天然气的燃烧值。5、由于上述问题，将增加许多维修管理的工作量，因此会增加许多管理费用。,四、天然气的含水量（湿度）,（二）影响天然气含水量的因素1、天然气在地层中长期与水接触，一部分天然气溶解于水中，一些水蒸气也进入天然气，因此天然气的含水量与在地层中本身所处的条件有关。从地下气藏中开采出来的天然气，总是含有水汽。2、温度和压力的影响 在天然气中含有液态（或游离态）水时，温度一定，压力越高，天然气中含水量（水汽量）越少；压力越低，天然气中含水量（水汽量）越多。压力一定，温度越高，天然气中含水量（水汽量）越多；温度越低，天然气中含水量（水汽量）越少。3、天然气的分子量越大，天然气中含水
11、量（水汽量）就越多。,四、天然气的含水量（湿度）,（三）天然气含水量的表示方法 天然气的含水量用绝对湿度、相对湿度、露点来表示。1、绝对湿度 单位体积或单位重量天然气中所含水蒸气的重量称为天然气的绝对湿度或含水量。2、相对湿度 单位体积天然气的含水量与相同条件（温度、压力）下饱和状态天然气的含水量的比值。,四、天然气的含水量（湿度）,3、水露点 在压力一定时，天然气中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，天然气中刚有一滴露珠出现时的温度。不同的压力下天然气有不同的露点，压力越大露点越低，压力越小露点越高。当天然气的温度降低到其露点温度时，就会凝析出液态水。
12、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。,四、天然气的含水量（湿度）,（一）概念 单位体积（重量）天然气完全燃烧时所产生的热量称为天然气的燃烧值。（二）燃烧值的表示方法 有两种：全热值（高热值）、净热值（低热值）。1、全热值：天然气燃烧时放出的热量。天然气中水的汽化潜热（由液态水变成同温度的汽态水所吸收的热量）、水蒸汽变成高温水蒸气所吸收的热量之和。2、净热值：全热值减去不能利用的热量后剩余的热值。,五、天然气的燃烧值,（一）概念1、燃烧：物质发生激烈氧化，是连续稳定的氧化过程 并发出光和热。2、爆炸：物质在极短的时间内激烈氧
13、化，瞬间向外传播发光、发热并产生冲击波，是不连续、不稳定的氧化过程。3、爆炸限：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。5、天然气的爆炸范围：常温常压下，一般在5%-15%（体积）范围内。不同的天然气成分不同，爆炸范围有所变化，但变化不大。6、爆炸力：天然气与空气的混合物爆炸时所产生的冲击力。,五、天然气的爆炸性,（二）天然气的爆炸条件及特性1、爆炸条件 a、必须有天然气和空气的混合物。b、混合物的浓度必须在爆炸范围之内。c、必须满足爆炸所需温
14、度，如遇明火。2、爆炸特性 a、天然气与空气的浓度在低限以下时，既不能 燃烧也不能爆炸；高限以上条件满足时只能燃烧不能爆炸；只有在爆炸范围内才可能发生爆炸。b、天然气与空气的混合物只有同时满足上述三 个条件，才能发生爆炸；否则缺一不可。,五、天然气的爆炸性,（三）影响爆炸范围的因素1、温度的影响 温度越高，天然气的爆炸范围越大。温度越低，天然气的爆炸范围越小。2、压力的影响 压力增大，天然气的爆炸下限变化不大，而上限会明显增加。当压力为15MPa时，爆炸上限高达58%。3、惰性气体的影响 含惰性气体越多，天然气的爆炸范围越小。,五、天然气的爆炸性,（四）影响爆炸力的因素1、在爆炸范围内的混合气
15、的多少的影响 混合气越多，爆炸力越大。混合气越少，爆炸力越小。2、混合气压力的影响 爆炸力与混合气爆炸前混合气的压力成正比。3、与混合气体的密闭程度有关，密闭越严，爆炸力越大。,五、天然气的爆炸性,（一）概念1、天然气的临界状态 天然气由气态变成液态或由液态变成气态时的压力和温度。2、天然气的临界温度 使天然气变成液体的最高温度称为天然气的临界温度；当高于临界温度时，无论用多大压力也不能使天然气变成液体。3、天然气的临界压力 在临界温度下，天然气由气态变成液态的最小压力称为天然气的临界压力。,六、天然气的临界状态,（一）节流效应的概念 气体遇到压力突变（例节流阀）引起温度急剧降低，甚至产生冰冻
16、，这种现象叫做节流效应。（二）产生节流降温现象的原因 气体在节流处急剧产生压降，使气体很快膨胀，对外做功而气体在极短的时间内又来不及与外界发生热交换，近似可以看成为绝热膨胀，因此只能消耗气体自己的内能，对外做功，而内能与气体的温度成正比，因此气体的温度也急剧降低。,七、天然气的节流效应,（三）节流效应的危害和用途1、危害：产生水化物甚至结冰，堵塞管路、设备、仪表。2、用途：用节流降温可以除去天然气中的水和凝析油。3、节流效应适用于一切真实气体。,七、天然气的节流效应,（一）水化物的特点1、水化物是一种白色结晶物质，类似冰和微密的雪。2、水化物是由碳氢化和物和几分子水组成的水合物。3、水化物是一
17、种不稳定的化合物，当其所处的温度升高或压力降低至适当值时，会分解为碳氢化合物和水。,八、天然气中的水化物,（二）形成水化物的条件1、天然气处于水汽过饱和状态或有液态水存在。2、天然气有足够高的压力和足够低的温度。3、其次还要有辅助条件：1压力波动2流向突变产生扰动3有晶体存在。水化物易在节流阀、分开器入口、阀门关闭不严处形成。,八、天然气中的水化物,（三）水化物的形成曲线见下图：。,从图中可以得出如下结论。1、压力一定时，温度越高，越不易形成水化物。2、温度一定时，压力越低，越不易形成水化物。3、只有当温度、压力达到一定值时，才有可能形成水化物。,八、天然气中的水化物,压力,温度,水化物形成区
18、,（四）防止天然气水合物(冰堵)形成的措施 一是提高天然气的温度，在节流阀前对天然气加热，铺设盘热带；二是减少天然气中水汽的含量，即对天然气进行脱水、干燥，降低天然气的水露点；,八、天然气中的水化物,八、天然气中的水化物,（五）解除冰堵的方法 一是降压解堵法，即暂时降低冰堵部位的输气压力，破坏水合物(冰堵)形成的条件；二是加热解堵法，即在形成水合物的局部管段，利用热源（热水、蒸汽等）加热天然气；三是注入防冻剂解堵法，即向输气管内注入甲醇等防冻剂，使生成的水合物分解。,（一）天然气的净化目的 天然气从地层中开采出来，含有大量的沙粒、岩屑、铁屑等固体物质，含有凝析油等液体杂质，还含有水汽、硫化氢、
19、二氧化碳等气体杂质，这些固体、液体汽体将对管线、设备、仪表产生很大危害。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。,九、天然气的净化,（二）天然气中杂质对管线、设备、仪表的危害1、固体杂质将对管线、设备、仪表产生磨损，严重时堵塞管线，降低输量，损坏设备。2、在一定温度、压力下，天然气中的水汽、轻质油凝析出来对管线、设备、仪表产生腐蚀，产生水化物堵塞管线、设备、仪表，减少输量甚至发生事故。3、硫化氢、二化氧碳是有毒气体，会损坏人的身体健康，也会产生原电池，加速腐蚀管线、设备、仪表，使金属材料变脆而损坏。,九、天然气的净化,（三）管输天然气的气质要求：1、进入输气管道的气体必须清除其中杂质。2、水露点应低于输气条件下最低管输气体温度5。3、烃露点应低于或等于最低管输气体温度。4、气体中硫化氢含量不大于20mg/m3。5、如输送不符合上述质量的气体，必须采取相应的保护措施。气质标准如下表所示：,九、天然气的净化,九、天然气的净化,1、名词解释：水露点、节流效应、净热值、全热值、水化物、天然气湿度、爆炸、爆炸极限2、简述天然气的组成？3、简述研究含水量的意义？4、简述水化物的形成条件及防止水化物形成的方法？5、天然气中杂质的危害？,复习题：,The End,谢谢大家,
