天然气的性质

第二章天然气基础知识第一节天然气的用途随着天然气资源的不断发现和开采，天然气的利用范围正逐步扩大，主要表现在如下几方面：天然气是重要的能源，是优质燃料。天然气具有热值高、运输和使用方便、燃烧完全、干净、无烟无渣、价格便宜等优点。因此，天然气广泛用于交通、冶金、电力、轻工、化工等行业的内燃机、炼钢、热处理、发电、工业锅炉、加热炉、印染、纺织、制盐等诸多方面；同时作为生活燃料大量供应给居民。在世界的燃料消费结构中，天然气已超过20%，并在继续增长。天然气是宝贵的化工原料。与其它固体或液体化工原料相比，它具有含水、含灰分极少，含硫化物等杂质极微，使用、处理方便等优点。因此，使用天然气作为化工原料，可使生产的产品成本降低，提高劳动生产率。用天然气作化工原料，可以生产近千种化工产品。目前国内外大规模生产的天然气化工产品有数十种，其中一部分是中间产品，主要有合成氨、甲醇、乙炔、甲烷氯化物、硝基甲烷、甲醛、氢氤酸、稀烃、芳烃、二硫化碳和碳黑等等。利用上述产品，可以进一步加工制造氮肥、有机玻璃、合成纤维、合成朔料、医药、溶剂、冷冻剂、灭火剂、电影胶片、炸药、高能燃料等等。而合成纤维、合成橡胶及塑料还可以进一步加工，制造出众多的工业、农业、军事和民用产品。可从天然气中提炼宝贵的氦气和氩气，用于航天和电气工程；回收单质硫以制造硫酸、农药及其它硫化物产品。利用天然气可以生产出石油蛋白，作为饲料代替粮食喂养家禽、家畜和鱼类，效果很好。总之，天然气不仅在工业、农业、国防等国民经济的各个方面发挥着重要作用，而且天然气及其产品，已广泛地应用于人们生活的各个领域之中。第二节天然气的组分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，对以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，所含组分是不同的。据有关材料统计，各类天然气中所包含的组分有100多种，将这些组分加以归纳，大致可以分为三大类型，即烃类组分，含硫组分和其他组分。烃类组分碳和氢两种元素组成的有机化合物，称之为碳氢化合物，简称为烃类化合物。烃类化合物是天然气的主要成分，大多数天然气中烃类组分含量为60%一80%。烃类化合物有饱和烃，不饱和烃，环烷烃及芳香烃之分。烃分子中，碳一碳原子之间单键相连，四价的碳原子的其余价键被氢饱和，称之为饱和烃，也称为烷烃，其分子通式为：CnH2n+2。烃分子中，碳一碳以双键相连，四价的碳原子的其余价键被氢饱和，称之为烯烃，其分子通式为：CnH2n。烃分子中，碳一碳以三键相连，四价的碳原子的其余价键被氢饱和，称之为炔烃，炔烃的分子通式为：CnH2n-2。分子中碳键首尾相连的烷烃，称之为环烷烃，分子中含有苯环的碳氢化合物称之为芳香烃。天然气中的烃类组分，烷烃的比例最大，其中最简单的是甲烷，分子式为C1H4。一般来说，大多数天然气的成分是甲烷，其含量通常为70%—90%。甲烷是无色，无臭，比空气轻的可燃气体，是优良的气体燃料。甲烷的化学性质相当的稳定，但经过热裂解，水蒸气转化，卤化以及硝化等反应后，可以制造出化肥，塑料，橡胶及人造纤维等，即甲烷同时是一种用途广泛的化工原料。天然气中除甲烷组分外，还有，乙烷，丙烷，丁烷（正丁烷和异丁烷），它们在常温常压下都是气体。有些天然气中乙烷，丙烷，丁烷的含量较多，而丙烷，丁烷可以经适当加压降温而液化，这就是通常所说的液化石油气，简称液化气。液化气可以进行加工制成许多化工产品，是很宝贵的化工原料，同时也可以装入罐内，供给城市居民生活使用。天然气中还含有一定量的戊烷（C5）乙烷（c6）庚烷（C7）辛烷（C8）任烷（C9）和葵烷（C10）等含量较多的烷烃，简称为碳五以上的组分，它们在常温常压下是液体，是一种天然汽油的主要成分。在天然气开采中，上述组分凝析为液态而被回收，称之为凝析油，是一种天然气的汽油，可以用作汽车的燃料。至于含碳量更多的烷烃，在天然气中的含量级少。不饱和烃烯烃及炔烃，在天然气中的含量很少，大多数天然气中不饱和烃的总含量小于1%。有些天然气中含有少量的环戊烷和环己烷。有些天然气中含有少量的芳香烃，其多数为苯，甲苯及二甲苯，上述组分，常常可以和凝析油一起从天然气中分离出来。含硫组分天然气中含硫组分，可以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，有臭鸡蛋气味的气体，硫化氢的水溶液叫氢硫酸，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做用，硫化氢还会使化工生产中的催化剂中毒而失去活性（催化能力减弱）。因此天然气中含有硫化氢，必须经过脱硫处理，才能进行管输和利用。由脱硫工艺可知，在进行天然气脱硫的同时，可以回收硫化氢，并将其转化成硫磺及进一步加工成硫化工产品。3.其它组分天然气中，除去烃类和含硫组分外，相对而言，较为多件的组分还有二氧化碳，氧和氮，氢，氦，氩以及水汽。二氧化碳是无色，无臭，比空气重的不可燃气体，溶于水生成碳酸，故二氧化碳也是酸性气体。有水存在的情况下，二氧化碳对金属设备及管线腐蚀严重，通常在天然气脱硫工业中，尽量将二氧化碳和硫化氢一起除去二氧化碳在天然气中的含量，对个别气井而言，可以高达10%以上，一氧化碳在天然气中的含量甚微。在某些天然气中发现有微量氧，大多数天然气中含有氮，一般情况下其含量都在10%以下，个别的天然气中也有高达50%，甚至更高，例如美国某气田生产的天然气中，氮的含量高达94%。天然气中的氢，氩，氦的含量极地一般在1%以下。大多数含有饱和水蒸气，即水气。随着天然气的开采输送，天然气温度降低，其中的水汽会不断冷凝为液态水，天然气中凝析出的液态水会影响管输工作，如果遇上二氧化碳和硫化氢，会腐蚀金属设备及管道，故天然气中的饱和水汽，应

进行脱除。二、天然气的成分表示法为了了解天然气的组成，可以对天然气组分作全面分析，目前采用的分析仪器为气相色谱仪，主要有美国惠普和日本岛津系列气相色谱仪。表示天然气组成有三种方法：摩尔组成、体积组成、和质量组成。1.摩尔组成这是目前最长用的一种表示方法，等于该组分的摩尔数与天然气的摩尔数之比值，常用符号七表示气中组分i的摩尔组成，其表达式为：iLniLni=1式中n.——气组分i的摩尔数;£n气体总摩尔数。ii=12、体积组成天然气中某组分的体积组成，是指该组分的体积量与天然气的体积量之比值，也常用符号七表示气中组分i的体积组成；其表达式为:V

i—

Lvi

i=1式中 匕一一气组分i的体积;Lv—气体总体积。ii=1质量组成天然气中某些