燃气工程-第1章__燃气气源概论1.ppt

1、第一章 燃气气源概论,燃气的种类 燃气的基本性质 城镇燃气气源的要求,第一节 燃气的种类,按照其来源及生产方式可分为四大类： 天然气 人工燃气 液化石油气 生物气(人工沼气),一、天然气,(一)天然气的分类 (二)天然气的生成与气藏的形成 (三)天然气的开采与加工 (四)天然气的液化,(一)天然气的分类,(1)天然气根据矿藏特点分类 1)气田气 2)凝析气田气 3)石油伴生气 石油伴生气又分为气顶气和溶解气两类。,(一)天然气的分类,(2)天然气根据组分分类 干气、湿气 贫气 、富气 酸性天然气、洁气,(二)天然气的生成与气藏的形成,天然气是由有机物质生成的。 天然气生成之后，是呈分散状态存在

2、于地下岩石的孔隙、裂缝中或以溶解状态存在于地下水中。 形成气藏的条件：储集层、盖层、气体的迁移和聚集,储集层,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，称为储集岩层又叫储集层。 主要有以下几种： (1)碎屑岩类储集层，包括砂岩、砂层、砾石层等。 (2)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。 (3)其他岩类储集层，包括由岩浆岩、变质岩和泥质沉积岩等。,盖层,作用：阻止天然气的逸散。 形式：泥岩、页岩、致密的石灰岩、白云岩,(三)天然气的开采与加工,(1)天然气的勘探 (2)天然气的开采 (3)天然气的集输 (4)天然气的净化,(1)天然气的勘探,常用的有： 地

3、质法 地球物理勘探法 钻探法,(2)天然气的开采,天然气的开采一般采用钻井的方法。,(3)天然气的集输,应在技术经济比较后选择合理的集输系统。,(4)天然气的净化,任务：除去凝析油、水、硫化物以及其它杂质。 净化过程一般与脱除物的回收结合在一起。,(四)天然气的液化,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。 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。,二、人工燃气,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。 煤气：以煤为原料 油制气：石油及其副产品,(一)人工燃气的种类,

4、我国常用的人工燃气主要有： (1)干馏煤气(固体-气体、液体、固体) (2)气化煤气(固体-气体) (3)油制气(液体-气体),(1)干馏煤气,根据对煤进行加热的最终温度不同，可分为 高温干馏(温度约为9001100) 中温干馏(温度约为660800) 低温干馏(温度约为500580),(2)气化煤气,目前，使用较多的有发生炉煤气、水煤气和压力气化煤气等。,(3)油制气,目前，我国主要采用重油为原料，制造方法有：热裂解法、催化裂解法和部分氧化法。,(二)人工燃气的净化,净化的目的： (1)降低温度 (2)脱除水分 (3)脱除其中的有害杂质 (4)回收有价值的副产品,煤气的净化与副产品的回收工艺

5、,主要由鼓风冷凝、焦油雾的脱除、氨的脱除与回收、萘的脱除与粗苯的回收以及硫化氢的脱除等部分组成。,三、液化石油气,液化石油气是石油开采、加工过程中的副产品。 液化石油气的主要成分是丙烷、丙烯、丁烷和丁烯。,三、液化石油气,(一) 来源 (二) 净化 (三) 特点,(一)液化石油气的来源,主要有两种： 天然石油气 炼厂石油气,天然石油气可以以从石油伴生气和凝析气田气中提取。,(1)天然石油气,(2)炼厂石油气,炼厂石油气是在石油炼制及加工过程中得到的副产品。 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，这是原油在二次加工时的裂解产物。,(二)液化石油气的净化,将甲烷、乙烷、戊烷

6、和重烃等分离出去； 除掉硫化物等； 需要进行干燥，以脱除其中的水分。,(三)液化石油气的特点,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态。 液化油气的临界压力较低，为3.53-4.45MPa(绝对压力)，它的临界温度为92-162。 液化石油气从气态转为液态，体积约缩小250-300倍，液态的液化石油气便于运输、储存和分配。,(三)液化石油气的特点,液化石油气的热值高，低热值约为48.1MJ/kg(液态)或87.8-108.7MJ/m3(气态)。 气态液化石油气比空气重，约为空气的1.5倍。 易燃易爆。,四、其他燃气,(一)煤层气与矿井气 (二)天然气水合物 (三)生物

7、气,(一)煤层气与矿井气,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。,煤层气,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。 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、一氧化碳、氮气和硫化氢等气体。,矿井气,又称矿井瓦斯，是煤层气与空气混合而成的可燃气体。 其主要成分为甲烷(3055)，氮气(3055)，氧气及二氧化碳等。 “瓦斯爆炸”,(1)煤层气的生成,煤在生成过程中,有机物质经过生物化学作用会形成煤层气。 煤层气的“涌出” 煤层气的,突出,(2)矿井气的抽取,按在抽取前存在的状况，可分为原生矿井气、次生矿井气。 矿井气抽取系统包

8、括钻场、集气支管、集气干管、瓦斯泵和储气罐等。,(2)矿井气的抽取,抽出的矿井气以甲烷含量的多少作为质量指标。 矿井气除了可作为燃料外，还可供工业企业生产炭黑、甲醛等化工产品。,(二)天然气水合物(Natural Gas Hydrate，简称Gas Hydrate),天然气水合物又称笼形包合物，俗称“可燃冰”。是天然气与水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。,(二)天然气水合物(Natural Gas Hydrate，简称Gas Hydrate),它可用MnH2O来表示。 形成天然气水合物的主要气体为甲烷。 每立方米天然气水合物可分解、释放出160-180m3天然气。,(

9、三)生物气,我国的生物资源比较丰富，合理利用这些资源有利于环境保护和生态平衡。,第一章 燃气气源概论,燃气的种类 燃气的基本性质 城镇燃气气源的要求,第二节 燃气的基本性质,一、燃气的物理化学性质 二、燃气的热力与燃烧特性,一、燃气的物理化学性质,(一)燃气的组成 (二)平均分子量 (三)燃气的平均密度和相对密度 (四)临界参数与气体状态方程 (五)黏度 (六)饱和蒸汽压和相平衡常数 (七)沸点和露点 (八)体积膨胀 (九)水化物(也称水合物) (十)含湿量,(一)燃气的组成,(1)混合气体的组分有三种表示方法： 容积成分 质量成分 分子成分,(一)燃气的组成,(2)混合液体的组分的表示方法与

10、混合气体相同。,(二)平均分子量,燃气是多组分的混合物，不能用一个分子式来表示。 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。,(三)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称为燃气的平均密度。密度的单位为kg/m3。 (1)混合气体的平均密度：压力升高，体积减小；温度升高，体积增大。,(三)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气体的密度与相同状态的空气密度的比值。 (3)混合液体的平均密度 (4) 相对密度：指液体的密度与水的密度的比值。,(四)临界参数与气体状态方程,(1)气体的临界参数 (2)实际气体状态方程,(1)气体的临界参数,气体的

11、临界温度 在临界温度下，使气体液化所需要的压力称为临界压力； 此时气体的各项参数称为临界参数。,(1)气体的临界参数,1)混合气体的平均临界温度 2)混合气体的平均临界压力 3)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：气体的临界温度越高，越容易液化。,(2)实际气体状态方程,(五)黏度,物质的粘滞性用黏度来表示。 黏度可用动力黏度和运动黏度表示。 一般情况下： 气体，T ， ；P ， 液体，T ， ；P ，变化不大,(五)黏度,(1)混合气体的动力黏度 (2)混合液体的动力黏度 (3)混合气体和混合液态的运动黏度,(六)饱和蒸汽压和相平衡常数,(1)饱和蒸汽压 (2)相平衡常数,

12、(1)饱和蒸汽压,1)单一液体的蒸汽压 2)混合液体的蒸汽压,1)单一液体的蒸汽压,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于动态平衡时，蒸汽所表示的绝对压力。 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,在一定温度下，当密闭容器中的混合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各组分蒸汽分压之和； 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其在混合液体中的分子成分。,(2)相平衡常数,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压与混合液体蒸汽压P的比值是一个常数；该组分在气相中的分

13、子成分与其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。,(七)沸点和露点,(1)沸点 (2)露点,1)沸点,液体温度升高至沸腾时的温度称为沸点。 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：压力升高时，其沸点也升高；压力降低时，其沸点也降低。,1)沸点,通常所说的沸点是指在一个大气压下液体沸腾时的温度。 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。,(2)露点,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关。,(八)体积膨胀,通常将温度每升高1，液体体积增

14、加的倍数称为体积膨胀系数。 液化石油气的容积膨胀系数很大，大约为水的16倍。,(九)水化物(也称水合物),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，水能与液相和气相的碳氢化合物生成结晶的水化物。 M.nH2O 水合物很不稳定，压力降低或温度升高，可自行分解。,(九)水化物(也称水合物),在湿燃气中形成水化物 主要原因是高压力或低温条件； 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。,(十)含湿量,干燃气中所含有的水分的质量称为燃气的含湿量。,课堂练习,已知混合气体的容积成分为yC2H6=4%，yC3H8=75%，yn-C4H10=20%，yC5H12=1%，

15、求混合气体平均分子量，平均密度和相对密度。 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、平均临界温度、平均临界压力。,二、燃气的热力与燃烧特性,(一)气化潜热 (二)燃气的热值 (三)着火温度 (四)爆炸极限 (五)液化石油气状态图,(一)气化潜热,气化潜热 凝结热 同一物质在同一状态时气化潜热与凝结热是同一数值，其实质为饱和蒸汽与饱和液体的焓差。,(二)燃气的热值,燃气的热值是指单位数量的燃气完全燃烧时所放出的全部热量。 燃气的热值分为高热值和低热值。,(二)燃气的热值,高热值是指单位数量的燃气完全燃烧后，其燃烧产物与周围环境恢复到燃烧前的原始温度，烟气中的水蒸汽凝结成同温度的水后所放出的全部热量。 低热值则是指在上述条件下，烟气中的水蒸汽仍以蒸