第1章天然氣的分類、組成及性質(zhì)

1.1天然氣的分類

按產(chǎn)狀分類天然氣可分為：游離氣、溶解氣、吸附氣及固體氣;

按經(jīng)濟價值分類天然氣可分為：常規(guī)天然氣和非常規(guī)天然氣；

按來源分類天然氣可分為：有機來源和無機來源；

按烴類組成分為:干、濕氣（富氣、貧氣），烴類

按組成分類天然氣可分為：       氣、非烴類氣；

按酸氣含量分為：凈氣、酸氣

我國習(xí)慣分法：伴生氣、氣藏氣和凝析氣

伴生氣：系產(chǎn)自油藏（含油儲集層）的氣，也稱油田氣。指在地下儲集層中伴隨原油共生，或呈溶解氣形式溶解在原油中，或呈自由氣形式在含油儲集層上部游離存在的天然氣。伴生氣一般多為富氣。

氣藏氣：系產(chǎn)自氣藏（含氣儲集層）的氣，也稱氣田氣。指在地下儲集層中均一氣相存在，采出地面仍為氣相的天然氣。氣藏氣多為貧氣。

凝析氣：系產(chǎn)自具有反凝析特征氣藏的氣。指在地下儲集層中呈均一氣相存在，在開采過程中當(dāng)氣體溫度、壓力降至露點狀態(tài)以下時會發(fā)生反凝析現(xiàn)象而析出凝析油的天然氣。

1.2天然氣的組成

天然氣是由烴類和非烴類組成的復(fù)雜混合物。大多數(shù)天然氣的主要成分是氣體烴類，此外還含有少量非烴類氣體。天然氣中的烴類基本上是烷烴（C10～C60），非烴類氣體，一般為少量的N2，O2，H2，CO2，H2O， H2S及惰性氣體。

1.3天然氣基本物理性質(zhì)

   由于天然氣是由互不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的多種單一組分氣體混合而成，其組分和組成無定值。只能假設(shè)成具有平均參數(shù)的某一物質(zhì)，故它的基本物性參數(shù)可由單一組分氣體的性質(zhì)按混合法則求得。

   天然氣的物理性質(zhì)指其平均分子量、密度、蒸汽壓、粘度、粘度、烴露點等等。

第2章天然氣富氣回收利用技術(shù)

凝析氣田開發(fā)需對凝析油進行穩(wěn)定處理，所產(chǎn)生的富氣含有大量C₃、C₄組分和水，由于這種富氣不能直接作為燃料氣利用而放空燃燒，造成資源浪費和環(huán)境污染。針對這一問題，為了到達保護環(huán)境、降本增效的目的，以北疆地區(qū)盆5氣田為試點，經(jīng)過對增壓再處理、脫水后做燃料氣等方式比選，采用了“分子篩脫水法”對該天然氣處理站的富氣進行了回收利用，減少了氣田燃料氣的用量，減少了CO₂排放量，為降低氣田能耗、降低污染起到了重要作用。

2.1氣田概況

表2-1-1  盆5氣藏天然氣組分變化表

表2-1-1數(shù)據(jù)顯示：氣藏天然氣組分變化較大，與開發(fā)初期相比，目前組分中甲、乙烷含量由開發(fā)初期92.44％升高至目前的95.31％，丙、丁烷含量由開發(fā)初期4.5％下降至目前的2.24％。

凝液穩(wěn)定工藝:凝液穩(wěn)定工藝系統(tǒng)由脫乙烷塔、脫丁烷塔、重沸器、塔頂冷凝器、液化氣緩沖罐、液化氣回流泵、液化氣儲罐等設(shè)備組成，由于液化氣組分含量較開發(fā)初期大幅降低，液化氣生產(chǎn)系統(tǒng)不能生產(chǎn)出符合技術(shù)要求的液化石油氣，實際生產(chǎn)僅采用脫乙烷塔對凝析油進行穩(wěn)定處理。

脫乙烷塔塔頂富氣組分復(fù)雜，既含水，又含有液化氣及C₅以上組分。富氣脫水、脫烴是富氣回收利用技術(shù)研究需重點解決的問題。

2.2分子篩脫水處理法

2.2.1分子篩脫水基本原理

分子篩是人工合成的晶體型硅鋁酸鹽，依據(jù)其晶體內(nèi)部孔穴的大小而吸附或排斥不同物質(zhì)的分子，限制了比孔穴大的分子進入，起到選擇性吸附作用。分子篩具有很大的比表面積（600~1200m²/g），它的孔徑為分子大小，對極性和不飽和分子有較強的吸附作用，適用于去除天然氣中的水分。

2.2.2分子篩脫水過程

 富氣經(jīng)過濾分離器除去攜帶的液滴后自上而下進入分子篩脫水塔，進行脫水吸附過程。脫除水后的干氣經(jīng)產(chǎn)品氣粉塵過濾器除去分子篩粉塵后，作為本裝置產(chǎn)品氣輸送出去。

   再生循環(huán)由兩部分組成——加熱與冷卻。在加熱期間，再生氣有再生氣加熱器加熱到200-315℃后，自下而上的進入分子篩脫水塔，進行分子篩再生過程。分子篩脫水塔頂出來的再生氣經(jīng)過再生氣冷卻器冷卻后，在進入再生氣分離器分離出來凝液，之后再生氣可返回到濕原料氣中，也可參入產(chǎn)品氣中，還可進入工廠燃料氣系統(tǒng)中。一旦分子篩床層被再生*之后，再生氣將走再生氣加熱器旁通，進入分子篩脫水塔以使床層冷卻下來，當(dāng)冷吹氣流出口溫度低于50℃時，冷卻過程即可停止。

2.2.3分子篩脫水工藝的特點

1）分子篩脫水工藝優(yōu)點

①在吸附質(zhì)濃度很低或者較高溫度的情況下，分子篩仍有很強的吸附能力，脫水效果好；

②控制程序簡單，易于實現(xiàn)自動化控制；

③設(shè)備較少，可做成橇裝裝置，占地少，易搬運；

④屬靜設(shè)備，能耗低，便于管理；

⑤一次性投入相對較低；

2）分子篩脫水工藝的缺點

①吸附劑使用壽命短，一般2~3年就得更換；

②脫烴效果差。

2.3 工藝技術(shù)特點

2.3.1 脫水分子篩

裝置采用了3A－EMP脫水分子篩，其優(yōu)良性能體現(xiàn)于：

1）比表面大。其比表面高達900~1000m²/g。較大的比表面減少了分子篩的用量，提高了脫水效率，可使富氣露點降至≤-40℃。

2）熱穩(wěn)定性高。zui高可耐受350℃高溫。其良好的耐熱性充分保證了分子篩的再生效果，有效防止加熱再生時造成的孔道坍塌。

2.3.2 完善的加熱技術(shù)

1）主、副加熱器協(xié)調(diào)工作，有利于調(diào)節(jié)加熱強度，確保再生效果，降低設(shè)備能耗。

2）多點溫度傳感器監(jiān)控，準(zhǔn)確顯示、控制加熱器出口、再生氣出口和冷卻器出口溫度，控制參數(shù)輸入PLC中央處理器處理，并按設(shè)定程序控制再生系統(tǒng)參數(shù)。

2.3.3 封閉式內(nèi)循環(huán)再生

再生系統(tǒng)由循環(huán)風(fēng)機─加熱器─再生塔─冷卻器─分離器組成封閉式內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)，僅需極少成品天然氣即可達到分子篩的再生效果，節(jié)約投資。再生系統(tǒng)設(shè)置有減壓閥和補壓閥，維持系統(tǒng)內(nèi)的天然氣壓力恒定，保證再生效果。

2.4效果評價

該裝置投用后，日均回收富氣6500m³，日耗電411KWh。CO₂日排放量減少20.48噸，收到良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

第3章.天然氣發(fā)電

3.1 發(fā)電技術(shù)概況

天然氣發(fā)電的流程和使用的設(shè)備與燃煤電廠不同燃煤電廠生產(chǎn)流程是：

燃煤電廠發(fā)電流程為：

圖3-1-1燃煤電廠發(fā)電流程

天然氣發(fā)電生產(chǎn)流程為：

圖3-1-2天然氣發(fā)電生產(chǎn)流程

燃氣輪機排氣溫度可高達430℃以上，通過廢熱鍋爐產(chǎn)生的蒸汽既進一步用來發(fā)電，也可用來供熱，提高了熱效率。世界上利用天然氣發(fā)電普遍采用燃氣—蒸汽聯(lián)合電廠（CCGT ）電廠的形式。天然氣發(fā)電熱效率較高, 燃煤電廠的熱效率僅為35%~38%，而燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)電廠的熱效率則高達50%~60%?，F(xiàn)有火電廠可改用天然氣做燃料。燃煤電廠改造為燃氣電廠，在環(huán)保、節(jié)省人力、運輸及工業(yè)用水費用等方面均有顯著效益。

3.2聯(lián)合循環(huán)發(fā)電的優(yōu)點

1）電廠的整體循環(huán)效率高。常規(guī)燃煤電廠的熱效率已很難有突破性的提高。依據(jù)統(tǒng)計，1998年我國6000KW以上火電機組的平均供電標(biāo)煤耗每千瓦時為406克，折算的平均供電效率為30.3%。而聯(lián)合循環(huán)發(fā)電的熱效率則遠高于這一數(shù)據(jù)。埕島電廠采用的MS9001E燃氣輪發(fā)電機組基本負荷燃用天然氣時的功率為123.4MW，熱效率為33.79%，配置余熱鍋爐和汽輪發(fā)電機組成180MW等級的聯(lián)合循環(huán)，其熱效率為47%~49%。

2）對環(huán)境污染極小。在各種型式的發(fā)電裝置中，聯(lián)合循環(huán)電廠的另一個主要優(yōu)點是它能適應(yīng)環(huán)保要求，被稱為“清潔電廠”。因為采用油或天然氣為燃料，燃燒產(chǎn)物沒有灰渣，不用灰渣排放；燃燒效率高，并且燃燒產(chǎn)物中CO₂含量少。

3）在同等條件下，單位（比）投資較低。根據(jù)國內(nèi)建設(shè)不同容量燃煤電廠和聯(lián)合循環(huán)電廠的有代表性的實際投資綜合分析，按燃煤電廠機組的系列容量折算，單位投資比燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)電廠貴；而且燃機目前國內(nèi)僅能生產(chǎn)36MW級度以下的設(shè)備，若按我國目前進口設(shè)備政策，燃氣機組能返包10%~30%給國內(nèi)廠家生產(chǎn)，其價格將更低。

4）調(diào)峰性能好，啟?？旖?。燃機從啟動到帶滿負荷運行，一般不到 20分鐘，快速啟動時，時間可更短。若以50MW電廠為例：聯(lián)合循環(huán)電廠啟動熱態(tài)為60分 ，溫態(tài)為90分，冷態(tài)為120分鐘可帶滿負荷。而汽輪機電廠啟動至滿負荷為：熱態(tài)90分，溫態(tài)180分，冷態(tài)為300分。因而燃機電廠是城市備用或調(diào)峰機組的*選擇。
    5）建廠周期短，且可分段投產(chǎn)由于制造廠內(nèi)完成了zui大的可能裝配且分部調(diào)試后直接集裝運往現(xiàn)場，安裝在預(yù)制好的現(xiàn)場基礎(chǔ)上，施工安裝簡便，建廠周期短， 投產(chǎn)快。   

6）電廠用電率低。燃機電廠一般廠用率不到2%，而燃煤電廠大機組用電率都在 5~6%。

3.3效果評價

天然氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組自二十世紀(jì)90年代開始在我國逐步應(yīng)用與推廣，現(xiàn)已積累了一定的建設(shè)和使用經(jīng)驗。由于天然氣聯(lián)合循環(huán)電廠的一些*優(yōu)勢，從環(huán)境保護、提高能源效率出發(fā)，發(fā)展天然氣聯(lián)合循環(huán)機組是合理的。

第4章.天然氣汽車

目前，我國一些大城市的汽車尾氣排放是城市污染的主要源頭，因此，發(fā)展清潔能源汽車已經(jīng)成為刻不容緩的選擇。CNG以其能耗低、廢物排放少而受到各國歡迎，是*的的車用代替能源。

4.1我國天然氣發(fā)展概況

20世紀(jì)80年代中期，我國引進了部分CNG加氣站設(shè)備，在四川建立了我國*個CNG加氣站；1993年中石油天然氣總公司系統(tǒng)引進國外有關(guān)技術(shù)并于1996年將加氣站裝置和汽車改裝部件引進技術(shù)國產(chǎn)化，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范化；1999年全國清潔汽車行動協(xié)調(diào)領(lǐng)導(dǎo)小組成立，啟動了北京、天津、上海等12個試點地區(qū)的清潔能源推廣應(yīng)用工作，在CNG汽車推廣應(yīng)用和加氣站建設(shè)方面取得的成效。截止到2004年我國一些地區(qū)共有天然氣汽車20多萬輛。

4.2以CNG作為汽車燃料與汽油相比的優(yōu)點

1）降低污染，改善大氣環(huán)境.天然氣燃燒比較*，不易積碳，CO、NOx和微粒的排放均比汽油低，排氣污染明顯降低。機動車尾氣主要有害成分是CO、HC（碳氫化合物）、NO、NO2等。資料顯示，以天然氣作為汽車燃料比汽油燃料相比可減少排放90%CO、90%SO2、72%HC、39%NOx、24%CO2、無粉塵排放，對改善城市環(huán)境有顯著作用。

2） CNG汽車有較高的安全性.天然氣的爆炸下限是5%，比汽油高4%，甲烷燃點為645攝氏度，比汽油高218攝氏度，相比不易點燃。甲烷密度低，相對密度為0.55左右，泄露的氣體會很快在空氣中散發(fā)，在自然環(huán)境中難以形成遇火爆燃的條件。一旦壓縮天然氣泄露，漏點周圍會形成低溫區(qū)，使天然氣燃燒困難。因此CNG是一種相當(dāng)安全的汽車燃料。

3）我國經(jīng)濟正處于高速發(fā)展階段，汽車數(shù)量以100萬輛/年的速度遞增，對汽油資源的需求量增大，我國每年需要進口大量的緣由、成品油和LPG。使用燃氣汽車可以緩解此種矛盾。

4.3CNG汽車的發(fā)展前景

1）汽車保有量的飛速增長、石油資源和環(huán)保的嚴峻形勢，決定了發(fā)展天然氣汽車成為解決能源問題和環(huán)境問題的重要途徑。

2）“十一五”期間，新型清潔能源汽車一杯列入《國家科技發(fā)展中長期規(guī)劃》，國家將繼續(xù)組織實施涉及各種清潔能源汽車的重大科技項目，重點支持包括天然氣汽車在內(nèi)的整車、零部件等關(guān)鍵技術(shù)，將進一步促進天然氣汽車的發(fā)展。

3）我國天然氣資源大規(guī)模開發(fā)及管道建設(shè)步伐加快使發(fā)展CNG和加氣站成為可能。根據(jù)我國天然氣利用規(guī)劃，近十年“西氣東輸”、“陜京二線”等一大批輸氣管道及沿線城市燃氣管道相繼建成，我國大規(guī)模利用天然氣的基礎(chǔ)設(shè)施逐步完善，天然氣加氣站也將逐步形成網(wǎng)絡(luò)。

第5章 城市用天燃氣

5.1城市燃氣供氣系統(tǒng)

城市天然氣利用工程供氣系統(tǒng)由城市門站、城區(qū)配氣站、CNG加氣站、城市高壓儲氣管線（或球罐）、中壓管網(wǎng)、工業(yè)用戶管線、戶室管線等組成。壓力分為三級：高壓儲氣管線≤4.0MPa（或球罐儲氣≤1.2MPa）；中壓管網(wǎng)≤0.4MPa；戶室≤3000Pa。門站在滿足城市規(guī)劃的前提下，應(yīng)盡量靠近城市；城區(qū)配氣站根據(jù)城市規(guī)模大小合理布局；工業(yè)用戶由門站或城區(qū)配氣站直供；CNG加氣站可與門站或城區(qū)配氣站配套建設(shè)，也可從高壓管線直接接管建設(shè)；戶室用氣采用樓棟調(diào)壓。

5.2城市民用天然氣調(diào)峰方案

城市居民用氣客觀存在用氣高峰問題，解決調(diào)峰是設(shè)計方案必須認真考慮的問題。人工煤氣由于壓力低，一般采用球罐儲氣解決調(diào)峰。由于天然氣壓力較高，在考慮調(diào)峰方案時應(yīng)充分利用天然氣的壓力資源。。

壓力管道儲氣，一般有三種方式可供選擇。
　　1）輸氣干線末端儲氣。即加大進門站前的輸氣管道直徑，達到增加儲氣量的目的。四川內(nèi)江市天然氣供氣工程采用了此方案。
　  2）在城市外圍建一條直徑較大的高壓儲氣管線，代替球罐儲氣。正在設(shè)計的武漢市天然氣供氣工程采用了此方案。
　　3）有條件時，建一條與城區(qū)配氣站相連接的高壓儲氣管道，因儲氣設(shè)施靠近集中用戶，調(diào)峰效果*。蕪湖市城市天然氣利用工程推薦了此方案，得到了專家和業(yè)主的認可。

　壓力管道儲氣選擇何種方式，要作技術(shù)經(jīng)濟比較，應(yīng)選擇安全可靠、調(diào)峰效果，投資省、管理方便的管道儲氣方式。

5.3城市天然氣利用工程如何保證工業(yè)與民用都達到*效果

一套供氣系統(tǒng)，要確保工業(yè)與民用氣使用都感到滿意，四川的常規(guī)作法是在站內(nèi)實施工業(yè)與民用氣分輸。其優(yōu)點有以下幾點：

1）工業(yè)與民用氣互不干攏。民用氣高峰時，不影響工業(yè)用氣平穩(wěn)供氣；工業(yè)用戶因裝置故障緊急切斷氣源，不會造成中壓管網(wǎng)蹩壓，以致產(chǎn)生災(zāi)害性后果。

2）有利計量管理和輸差考核，便于發(fā)現(xiàn)計量誤差及其原因。

3）有利于集中管理，降低運行成本。

5.4與液化石油氣相比，天然氣用作城鎮(zhèn)燃氣時具有以下特點

1）天然氣比空氣輕，它的密度一般是空氣的0.55～0.85倍。因此，它泄漏后會擴散到空氣的上部，并且容易漂浮和逸散。相反，液化石油氣的氣體比空氣重，它的密度一般是空氣的1.5～2.0倍，因此，它泄漏后會沉積到空氣的下部，還可以由高處流向低處，積存在通風(fēng)不好和不易擴散的地方。

2）天然氣和人工燃氣一樣，都是由管道送到用戶家中，不像液化石油氣那樣要用鋼瓶裝運與使用，用完后還必須換瓶，因而使用起來省時、省力。尤其是對于居住在高層建筑的用戶，或?qū)τ诶先醪埖挠脩魜碇v，其方便性就更為明顯。當(dāng)然，對于散居的用戶居民，采用瓶裝的液化石油氣可不受居住區(qū)域、地點和條件的限制，因此也是靈活方便的。

3）天然氣的主要成分是甲烷，而液化石油氣的主要成分為丙烷、丙烯、丁烷和丁烯。

因此，甲烷*燃燒后生成的煙氣中由碳原子燃燒生成的二氧化碳含量zui少。也就是說，天然氣*燃燒生成的煙氣中的二氧化碳含量，比液化石油氣*燃燒生成的煙氣中二氧化碳的含量要少，這對減少大氣層的溫室效應(yīng)是有利的。此外，天然氣中含硫、氮少，生成的煙氣中二氧化硫及氧化氮等均較少。因此，采用天然氣作燃氣更有利于環(huán)境保護。

5.5城市燃氣效果評價　

管輸天然氣除在組分、熱值、比重及用途等方面與人工煤氣不同外，重要的是管輸天然氣具有壓力高，易燃易爆；管道和站內(nèi)的閥門及其連接處易泄漏，管線或閥門檢修難度較大，處理不當(dāng)，易出安全事故；當(dāng)泄漏的天然氣在空氣中的體積比在5～15%時，遇明火會發(fā)生爆炸等特點。因此，城市天然氣利用工程在設(shè)計思路、設(shè)計指導(dǎo)思想、工藝流程、設(shè)備選型、儲氣方案、調(diào)峰方案，以及工程的施工、系統(tǒng)的運行、維護和管理等都與人工煤氣有著相當(dāng)大的差異，應(yīng)采取不同的方法來對待。

本文通過對富氣回收，天然氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電，天然氣汽車以及城市用天然氣的介紹，更確切的說明了我國近年來在天然氣的利用技術(shù)以及廣泛應(yīng)用上取得的成果。天然氣富氣的回收利用技術(shù)，減少了CO₂排放量，為降低氣田能耗、降低污染起到了重要作用；而天然氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電的一些*優(yōu)勢也正在日益顯現(xiàn)，這不僅保護了環(huán)境而且大大提高了能源利用效率；天然氣在汽車上的應(yīng)用我們大家是有目共睹的，他既可以快速有效地改善汽車尾氣帶來的環(huán)境問題，又能緩解我國資源供需的不平衡；城市燃氣的使用相比較而言更為清潔、安全和方便。由此可看出天然氣具有經(jīng)濟性，環(huán)保性，安全性，天然氣的出現(xiàn)很大程度上解決了目前資源緊張的問題，同時也進一步改善了空氣污染問題。