燃气工程-第1章--燃气气源概论1

1、第一章第一章 燃气气源概论燃气气源概论 燃气的种类燃气的种类燃气的基本性质燃气的基本性质城镇燃气气源的要求城镇燃气气源的要求第一节第一节 燃气的种类燃气的种类按照其来源及生产方式可分为四大类：按照其来源及生产方式可分为四大类：天然气天然气人工燃气人工燃气液化石油气液化石油气生物气生物气(人工沼气人工沼气) 一、天然气一、天然气(一一)天然气的分类天然气的分类(二二)天然气的生成与气藏的形成天然气的生成与气藏的形成(三三)天然气的开采与加工天然气的开采与加工 (四四)天然气的液化天然气的液化 (一一)天然气的分类天然气的分类(1)天然气根据矿藏特点分类天然气根据矿藏特点分类1)气田气气田气2)凝

2、析气田气凝析气田气3)石油伴生气石油伴生气 石油伴生气又分为气顶气和溶解气两石油伴生气又分为气顶气和溶解气两类。类。(一一)天然气的分类天然气的分类(2)天然气根据组分分类天然气根据组分分类干气、湿气干气、湿气贫气贫气 、富气、富气酸性天然气、洁气酸性天然气、洁气(二二)天然气的生成与气藏的形成天然气的生成与气藏的形成天然气是由有机物质生成的。天然气是由有机物质生成的。天然气生成之后，是呈分散状态存在天然气生成之后，是呈分散状态存在于地下岩石的孔隙、裂缝中或以溶解于地下岩石的孔隙、裂缝中或以溶解状态存在于地下水中。状态存在于地下水中。形成气藏的条件：储集层、盖层、气形成气藏的条件：储集层、盖层

3、、气体的迁移和聚集体的迁移和聚集储集层储集层天然气生成之后，能储存天然气并能使天然天然气生成之后，能储存天然气并能使天然气在其内部流动的岩层，称为储集岩层又叫气在其内部流动的岩层，称为储集岩层又叫储集层。储集层。主要有以下几种：主要有以下几种：(1)碎屑岩类储集层，包括砂岩、砂层、砾石碎屑岩类储集层，包括砂岩、砂层、砾石层等。层等。(2)碳酸盐类储集层，包括石灰岩、白云质石碳酸盐类储集层，包括石灰岩、白云质石灰岩及白云质灰岩等。灰岩及白云质灰岩等。(3)其他岩类储集层，包括由岩浆岩、变质岩其他岩类储集层，包括由岩浆岩、变质岩和泥质沉积岩等。和泥质沉积岩等。 盖层盖层作用：阻止天然气的逸散。作用

4、：阻止天然气的逸散。形式：泥岩、页岩、致密的石灰岩、形式：泥岩、页岩、致密的石灰岩、白云岩白云岩(三三)天然气的开采与加工天然气的开采与加工 (1)天然气的勘探天然气的勘探 (2)天然气的开采天然气的开采(3)天然气的集输天然气的集输(4)天然气的净化天然气的净化(1)天然气的勘探天然气的勘探常用的有：常用的有：地质法地质法地球物理勘探法地球物理勘探法钻探法钻探法(2)天然气的开采天然气的开采天然气的开采一天然气的开采一般采用钻井的方般采用钻井的方法。法。(3)天然气的集输天然气的集输应在技术经济比较后选择合理的集输应在技术经济比较后选择合理的集输系统。系统。(4)天然气的净化天然气的净化任务

5、：除去凝析油、水、硫化物以及任务：除去凝析油、水、硫化物以及其它杂质。其它杂质。净化过程一般与脱除物的回收结合在净化过程一般与脱除物的回收结合在一起。一起。(四四)天然气的液化天然气的液化 天然气液化的过程实质上就是通过换天然气液化的过程实质上就是通过换热不断取走天然气的热量，使其液化。热不断取走天然气的热量，使其液化。天然气液化的过程属于深度制冷，因天然气液化的过程属于深度制冷，因此，天然气在液化前必须净化，脱除此，天然气在液化前必须净化，脱除深冷过程中可能固化的物质。深冷过程中可能固化的物质。净化后的天然气，其主要成分为甲烷。净化后的天然气，其主要成分为甲烷。 二、人工燃气二、人工燃气人工

6、燃气是指以固体或液体可燃物为人工燃气是指以固体或液体可燃物为原料加工生产的气体燃料。原料加工生产的气体燃料。煤气：以煤为原料煤气：以煤为原料油制气：石油及其副产品油制气：石油及其副产品 (一一)人工燃气的种类人工燃气的种类 我国常用的人工燃气主要有：我国常用的人工燃气主要有： (1)干馏煤气干馏煤气(固体固体-气体、液体、固体气体、液体、固体) (2)气化煤气气化煤气(固体固体-气体气体) (3)油制气油制气(液体液体-气体气体)(1)干馏煤气干馏煤气 根据对煤进行加热的最终温度不同，根据对煤进行加热的最终温度不同，可分为可分为高温干馏高温干馏(温度约为温度约为9001100)中温干馏中温干馏

7、(温度约为温度约为660800)低温干馏低温干馏(温度约为温度约为500580)(2)气化煤气气化煤气 目前，使用较多的有发生炉煤气、水目前，使用较多的有发生炉煤气、水煤气和压力气化煤气等。煤气和压力气化煤气等。 (3)油制气油制气 目前，我国主要采用重油为原料，制目前，我国主要采用重油为原料，制造方法有：热裂解法、催化裂解法和造方法有：热裂解法、催化裂解法和部分氧化法。部分氧化法。 (二二)人工燃气的净化人工燃气的净化 净化的目的：净化的目的： (1)降低温度降低温度(2)脱除水分脱除水分(3)脱除其中的有害杂质脱除其中的有害杂质(4)回收有价值的副产品回收有价值的副产品煤气的净化与副产品的

8、回收工艺煤气的净化与副产品的回收工艺主要由鼓风冷凝、焦油雾的脱除、主要由鼓风冷凝、焦油雾的脱除、氨的脱除与回收、萘的脱除与粗氨的脱除与回收、萘的脱除与粗苯的回收以及硫化氢的脱除等部苯的回收以及硫化氢的脱除等部分组成。分组成。三、液化石油气三、液化石油气 液化石油气是石油开采、加工过程中液化石油气是石油开采、加工过程中的副产品。的副产品。液化石油气的主要成分是丙烷、丙烯、液化石油气的主要成分是丙烷、丙烯、丁烷和丁烯。丁烷和丁烯。三、液化石油气三、液化石油气 (一一) 来源来源 (二二) 净化净化(三三) 特点特点 (一一)液化石油气的来源液化石油气的来源 主要有两种：主要有两种： 天然石油气可以

9、以从石油伴生气和凝天然石油气可以以从石油伴生气和凝析气田气中提取。析气田气中提取。 (1)天然石油气天然石油气(2)炼厂石油气炼厂石油气炼厂石油气是在石油炼制及加工过程炼厂石油气是在石油炼制及加工过程中得到的副产品。中得到的副产品。 天然石油气中一般不含烯烃，而炼厂天然石油气中一般不含烯烃，而炼厂石油气中则含有一定数量的烯烃，这石油气中则含有一定数量的烯烃，这是原油在二次加工时的裂解产物。是原油在二次加工时的裂解产物。 (二二)液化石油气的净化液化石油气的净化将甲烷、乙烷、戊烷和重烃等分离出将甲烷、乙烷、戊烷和重烃等分离出去；去；除掉硫化物等；除掉硫化物等；需要进行干燥，以脱除其中的水分。需要

10、进行干燥，以脱除其中的水分。 (三三)液化石油气的特点液化石油气的特点 液化石油气在常温常压下呈气态，但液化石油气在常温常压下呈气态，但升高压力或降低温度就可以转化为液升高压力或降低温度就可以转化为液态。态。液化油气的临界压力较低，为液化油气的临界压力较低，为3.53-4.45MPa(绝对压力绝对压力)，它的临界温度为，它的临界温度为92-162。 液化石油气从气态转为液态，体积约液化石油气从气态转为液态，体积约缩小缩小250-300倍，液态的液化石油气便倍，液态的液化石油气便于运输、储存和分配。于运输、储存和分配。 (三三)液化石油气的特点液化石油气的特点 液化石油气的热值高，低热值约为液化

11、石油气的热值高，低热值约为48.1MJ/kg(液态液态)或或87.8-108.7MJ/m3(气气态态)。气态液化石油气比空气重，约为空气气态液化石油气比空气重，约为空气的的1.5倍。倍。易燃易爆。易燃易爆。 四、其他燃气四、其他燃气 (一一)煤层气与矿井气煤层气与矿井气 (二二)天然气水合物天然气水合物(三三)生物气生物气(一一)煤层气与矿井气煤层气与矿井气 煤层气与矿井气也属于天然气，是煤煤层气与矿井气也属于天然气，是煤的生成和变质过程中伴生的气体。的生成和变质过程中伴生的气体。煤层气煤层气也称煤田气，是成煤过程中产生并在也称煤田气，是成煤过程中产生并在一定的地质构造中聚集的可燃气体。一定的

12、地质构造中聚集的可燃气体。主要成分为甲烷，同时含有二氧化碳、主要成分为甲烷，同时含有二氧化碳、氢气及少量的氧气、乙烷、乙烯、一氢气及少量的氧气、乙烷、乙烯、一氧化碳、氮气和硫化氢等气体。氧化碳、氮气和硫化氢等气体。 矿井气矿井气又称矿井瓦斯，是煤层气与空气混合又称矿井瓦斯，是煤层气与空气混合而成的可燃气体。而成的可燃气体。其主要成分为甲烷其主要成分为甲烷(3055)，氮气，氮气(3055)，氧气及二氧化碳等。，氧气及二氧化碳等。(1)煤层气的生成煤层气的生成 煤在生成过程中煤在生成过程中, ,有机物质经有机物质经过生物化学作用会形成煤层气。过生物化学作用会形成煤层气。煤层气的煤层气的“涌出涌出

13、”煤层气的煤层气的突出突出(2)矿井气的抽取矿井气的抽取 按在抽取前存在的状况，可分为原按在抽取前存在的状况，可分为原生矿井气、次生矿井气。生矿井气、次生矿井气。矿井气抽取系统包括钻场、集气支矿井气抽取系统包括钻场、集气支管、集气干管、瓦斯泵和储气罐等。管、集气干管、瓦斯泵和储气罐等。(2)矿井气的抽取矿井气的抽取 抽出的矿井气以甲烷含量的多少作抽出的矿井气以甲烷含量的多少作为质量指标。为质量指标。矿井气除了可作为燃料外，还可供矿井气除了可作为燃料外，还可供工业企业生产炭黑、甲醛等化工产工业企业生产炭黑、甲醛等化工产品。品。(二二)天然气水合物天然气水合物(Natural Gas Hydrat

14、e，简称，简称Gas Hydrate) 天然气水合物又称笼形包合物，天然气水合物又称笼形包合物，俗称俗称“可燃冰可燃冰”。是天然气与水。是天然气与水在一定条件下形成的类似冰的、在一定条件下形成的类似冰的、笼形结晶化合物，遇火即可燃烧。笼形结晶化合物，遇火即可燃烧。(二二)天然气水合物天然气水合物(Natural Gas Hydrate，简称，简称Gas Hydrate) 它可用它可用MnH2O来表示。来表示。形成天然气水合物的主要气体为甲形成天然气水合物的主要气体为甲烷。烷。每立方米天然气水合物可分解、释每立方米天然气水合物可分解、释放出放出160-180m3天然气。天然气。(三三)生物气生物

15、气 我国的生物资我国的生物资源比较丰富，源比较丰富，合理利用这些合理利用这些资源有利于环资源有利于环境保护和生态境保护和生态平衡。平衡。 第一章第一章 燃气气源概论燃气气源概论 燃气的种类燃气的种类燃气的基本性质燃气的基本性质城镇燃气气源的要求城镇燃气气源的要求第二节第二节 燃气的基本性质燃气的基本性质一、燃气的物理化学性质一、燃气的物理化学性质二、燃气的热力与燃烧特性二、燃气的热力与燃烧特性一、燃气的物理化学性质一、燃气的物理化学性质(一一)燃气的组成燃气的组成(二二)平均分子量平均分子量(三三)燃气的平均密度和相对密度燃气的平均密度和相对密度(四四)临界参数与气体状态方程临界参数与气体状态

16、方程(五五)黏度黏度 (六六)饱和蒸汽压和相平衡常数饱和蒸汽压和相平衡常数 (七七)沸点和露点沸点和露点 (八八)体积膨胀体积膨胀(九九)水化物水化物(也称水合物也称水合物) (十十)含湿量含湿量(一一)燃气的组成燃气的组成(1)混合气体的组分有三种表示方法：混合气体的组分有三种表示方法：容积成分容积成分质量成分质量成分分子成分分子成分(一一)燃气的组成燃气的组成(2)混合液体的组分的表示方法与混混合液体的组分的表示方法与混合气体相同。合气体相同。 (二二)平均分子量平均分子量燃气是多组分的混合物，不能用燃气是多组分的混合物，不能用一个分子式来表示。一个分子式来表示。通常将燃气的总质量与燃气的

17、摩通常将燃气的总质量与燃气的摩尔数之比称为燃气的平均分子量。尔数之比称为燃气的平均分子量。(三三)燃气的平均密度和相对密度燃气的平均密度和相对密度单位体积的燃气所具有的质量单位体积的燃气所具有的质量称为燃气的平均密度。密度的称为燃气的平均密度。密度的单位为单位为kg/m3。 (1)混合气体的平均密度：压力混合气体的平均密度：压力升高，体积减小；温度升高，升高，体积减小；温度升高，体积增大。体积增大。 (三三)燃气的平均密度和相对密度燃气的平均密度和相对密度(2)相对密度：气体的相对密度是指相对密度：气体的相对密度是指气体的密度与相同状态的气体的密度与相同状态的空气空气密密度的比值。度的比值。(

18、3)混合液体的平均密度混合液体的平均密度(4) 相对密度：指液体的密度与相对密度：指液体的密度与水水的的密度的比值。密度的比值。(四四)临界参数与气体状态方程临界参数与气体状态方程(1)气体的临界参数气体的临界参数 (2)实际气体状态方程实际气体状态方程(1)气体的临界参数气体的临界参数在临界温度下，使气体液化所需在临界温度下，使气体液化所需要的压力称为临界压力；要的压力称为临界压力；此时气体的各项参数称为临界参此时气体的各项参数称为临界参数。数。(1)气体的临界参数气体的临界参数 1)混合气体的平均临界温度混合气体的平均临界温度2)混合气体的平均临界压力混合气体的平均临界压力3)混合气体的平

19、均临界密度混合气体的平均临界密度临界参数是气体的重要物理指标：临界参数是气体的重要物理指标：气体的临界温度越高，越容易液化。气体的临界温度越高，越容易液化。(2)实际气体状态方程实际气体状态方程(五五)黏度黏度 物质的粘滞性用黏度来表示。物质的粘滞性用黏度来表示。黏度可用动力黏度黏度可用动力黏度和运动黏度和运动黏度表示。表示。一般情况下：一般情况下：气体，气体，T ， ；P ， 液体，液体，T ， ；P ，变化不大变化不大(五五)黏度黏度 (1)混合气体的动力黏度混合气体的动力黏度 (2)混合液体的动力黏度混合液体的动力黏度 (3)混合气体和混合液态的运动黏度混合气体和混合液态的运动黏度 (六

20、六)饱和蒸汽压和相平衡常数饱和蒸汽压和相平衡常数 (1)饱和蒸汽压饱和蒸汽压 (2)相平衡常数相平衡常数 (1)饱和蒸汽压饱和蒸汽压 1)单一液体的蒸汽压单一液体的蒸汽压 2)混合液体的蒸汽压混合液体的蒸汽压1)单一液体的蒸汽压单一液体的蒸汽压液态烃的饱和蒸汽压，简称为蒸汽压，液态烃的饱和蒸汽压，简称为蒸汽压，是指在密闭容器中的液体及其蒸汽处是指在密闭容器中的液体及其蒸汽处于动态平衡时，蒸汽所表示的绝对压于动态平衡时，蒸汽所表示的绝对压力。力。同种液体的蒸汽压仅取决于温度同种液体的蒸汽压仅取决于温度T。T，P 2)混合液体的蒸汽压混合液体的蒸汽压在一定温度下，当密闭容器中的混合在一定温度下，当

21、密闭容器中的混合液体及其蒸汽处于动态平衡时，根据液体及其蒸汽处于动态平衡时，根据道尔顿定律，混合液体的蒸汽压等于道尔顿定律，混合液体的蒸汽压等于各组分蒸汽分压之和；各组分蒸汽分压之和；根据拉乌尔定律，各组分蒸汽分压等根据拉乌尔定律，各组分蒸汽分压等于此纯组分在该温度下的蒸汽压乘以于此纯组分在该温度下的蒸汽压乘以其在混合液体中的分子成分。其在混合液体中的分子成分。 (2)相平衡常数相平衡常数 在一定温度下，一定组成的气液平衡在一定温度下，一定组成的气液平衡系统中，某一组分在该温度下的蒸汽系统中，某一组分在该温度下的蒸汽压与混合液体蒸汽压压与混合液体蒸汽压P的比值是一个常的比值是一个常数；该组分在

22、气相中的分子成分与其数；该组分在气相中的分子成分与其在液相中的分子成分的比值，同样是在液相中的分子成分的比值，同样是这一常数，该常数称为相平衡常数。这一常数，该常数称为相平衡常数。(七七)沸点和露点沸点和露点 (1)沸点沸点 (2)露点露点 1)沸点沸点 液体温度升高至沸腾时的温度称为沸液体温度升高至沸腾时的温度称为沸点。点。不同物质的沸点是不同的，同一物质不同物质的沸点是不同的，同一物质的沸点随压力的改变而改变：压力升的沸点随压力的改变而改变：压力升高时，其沸点也升高；压力降低时，高时，其沸点也升高；压力降低时，其沸点也降低。其沸点也降低。1)沸点沸点 通常所说的沸点是指在一个大气压下通常所

23、说的沸点是指在一个大气压下液体沸腾时的温度。液体沸腾时的温度。显然，液体的沸点越低，越容易沸腾显然，液体的沸点越低，越容易沸腾和气化；沸点越高，越难沸腾和气化。和气化；沸点越高，越难沸腾和气化。(2)露点露点 饱和蒸汽经冷却或加压，立即处于过饱和蒸汽经冷却或加压，立即处于过饱和状态，当遇到接触面或冷凝核便饱和状态，当遇到接触面或冷凝核便液化成露，这时的温度称为露点。液化成露，这时的温度称为露点。露点与碳氢化合物的性质及其压力有露点与碳氢化合物的性质及其压力有关。关。 (八八)体积膨胀体积膨胀 通常将温度每升高通常将温度每升高1，液体体积增加，液体体积增加的倍数称为体积膨胀系数。的倍数称为体积膨

24、胀系数。液化石油气的容积膨胀系数很大，大液化石油气的容积膨胀系数很大，大约为水的约为水的16倍。倍。 (九九)水化物水化物(也称水合物也称水合物) 如果碳氢化合物中的水分超过一定含如果碳氢化合物中的水分超过一定含量，在一定的温度和压力条件下，水量，在一定的温度和压力条件下，水能与液相和气相的碳氢化合物生成结能与液相和气相的碳氢化合物生成结晶的水化物。晶的水化物。M.nH2O水合物很不稳定，压力降低或温度升水合物很不稳定，压力降低或温度升高，可自行分解。高，可自行分解。(九九)水化物水化物(也称水合物也称水合物) 在湿燃气中形成水化物在湿燃气中形成水化物u主要原因是高压力或低温条件；主要原因是高

25、压力或低温条件；u次要原因是燃气中含有杂质和燃气流次要原因是燃气中含有杂质和燃气流动状态为高速、紊流、脉动等。动状态为高速、紊流、脉动等。(十十)含湿量含湿量干燃气中所含有的水分的质量称为燃干燃气中所含有的水分的质量称为燃气的含湿量。气的含湿量。 课堂练习已知混合气体的容积成分为已知混合气体的容积成分为yC2H6=4%，yC3H8=75%，yn-C4H10=20%，yC5H12=1%，求混合气体平均分子量，平均密度和求混合气体平均分子量，平均密度和相对密度。相对密度。已知混合气体的容积成分为已知混合气体的容积成分为yC3H8=50%，yn-C4H10=50%，求其平均临界密度、平，求其平均临界密度、平均临界温度、平均临界压力。均临界温度、平均临界压力。二、燃气的热力与二、燃气的热力与燃烧特性燃烧特性(一一)气化潜热气化潜热 (二二)燃气的热值燃气的热值 (三三)着火温度着火温度 (四四)爆炸极限爆炸极限(五五)液化石油气状态图液化石油气