天然气基础02天然气第一章 1-6

第一章天然气基础知识

第一节天然气的组成

一、天然气的类别及用途

1．天然气的类别

按照油气藏的特点，天然气可分为三类，即气田气、凝析气田气和油田伴生气。

l）气田气。是指在开采过程中没有或只有较少天然汽油凝析出来的天然气，这种天然气在气藏中，烃类以单相存在，其甲烷的含量约为 80％～ 90％，而戊烷以上的烃类组分含量很少。气田气在开采过程中一般没有凝析油同时采出。

2）凝析气田气。是指在开采过程中有较多天然汽油凝析出来的天然气，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。

3）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。

按照天然气中烃类组分的含量多少，天然气可分为干气和湿气。

l）干气。是指戊烷以上烃类可凝结组分的含量低于 100g／m的天然气。干气中的甲烷含量一般在80％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。

2）湿气。是指戊烷以上烃类可凝结组分的含量高于100g／m3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。

按照天然气中的含硫量差别，天然气可分为洁气和酸性天然气。

1）洁气。通常是指不含硫或含硫量低于20mg／m3的天然气，洁气不需要脱硫净化处理，即可以进行管道输送和一般用户使用。

2）酸性天然气。通常是指含硫量高于 20mg／m3的天然气。酸性天然气中含硫化氢以及其它硫化物组分，一般具有腐蚀性和毒性，影响用户使用。酸性天然气必须过脱硫净化处理后，才能进入输气管线；在供用户使用前一般应予脱硫。

2.天然气的用途

随着天然气资源的不断发现和开采，天然气工业在改革开放的新形势下蓬勃发展，天然气的利用范围逐步扩大，它在社会主义四个现代化建设中显示出更重要的作用。

首先，天然气的用途是作为燃料，它是一种优质能源。天然气具有热值大，运输和使用方便，燃烧完全，无烟无渣，价格较为便宜等优点。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、汽车、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，同时大量供给居民作为生活燃料。在世界燃料的消费结构中，天然气已超过 20﹪。

其次，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、含灰粉极少，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。用天然气作为化工原料，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、氢氰酸、烯烃、芳烃、二硫化碳和炭黑等。利用上述产品，可进一步加工制造氮肥、有机玻璃、合成纤维、合成橡胶、塑料、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、塑料还可以进一步加工，制造出众多的工业、军事和民用产品。

人们还可以从有的天然气中提出宝贵的氦气和氩气，用于航天和电气工程；回收单质硫以制造硫酸及其硫化物产品。利用天然气生产出石油蛋白，作为饲料代替粮食喂养家禽、家畜和鱼类，其效果很好。

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重要的作用，而且天然气及其产品已广泛使用于人们生活的各个领域之中。

二、天然气的组分

天然气是一种以饱和碳氢化合物为主要成分的混合气体，对已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，其所含组分是不同的。下面分别介绍天然气的主要组分。

据有关资料统计，各类天然气中包含的组分有一百多种，将这些组分加以归纳，大致可以分为三大类，即烃类组分、含硫组分和其它组分。

1．烃类组分

我们知道，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％～ 90％。

天然气的烃类组分中，烷烃的比例最大，其中最简单的是甲烷，其分子式为CH4。一般来说，大多数天然气的甲烷含量都很高，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稳定，但经过热裂解、水蒸气转化、卤化及硝化等反应后，可以制造出化肥、塑料、橡胶及人造纤维等，即甲烷同时又是一种用途广泛的化工原料。甲烷是天然气最主要的组分，其含量相当高，故通常将天然气作为甲烷来处理。

天然气中除甲烷组分外，还有乙烷、丙烷、丁烷（含正丁烷和异丁烷），它们在常温常压下都是气体。有些天然气中，乙烷、丙烷和丁烷的含量较高，而丙烷、丁烷常可以适当加压或降温而液化，这就是常说的液化石油气，简称为液化气。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，同时也可以装入煤气罐内，供城镇居民生活中使用。

天然气中常含有一定量的戊烷（碳五）、己烷（碳六）、庚烷（碳六）、辛烷（碳八）、壬烷（碳九）、和癸烷（碳十），这些含碳量较多的烷烃，简称为碳五以上组分，它们在常温常压下是液体，是汽油的主要成分。在天然气开采中，上述组分凝析为液态而被回收，称为凝析油，是一种天然汽油，可以用作汽车的燃料。含碳量更高的烷烃，天然气中的含

量极少。不饱和烃烯烃和炔烃，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％。有的天然气中含有少量的环戊烷和环己烷。有的天然气中含有少量的芳香烃，其多数为苯、甲苯和二甲苯，上述组分常常可以和凝析油一起从天然气中分离出来。

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）。因此，天然气中含有硫化氢时，必须经过脱硫净化处理，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，可回收硫化氢并将它转换为硫磺及进一步加工为硫化工产品。

天然气中有时含有少量的有机硫化物组分，例如流醇、硫醚、二硫醚、二硫化碳、羰基硫、噻酚、硫酚等。有机酸化物对金属的腐蚀不及硫化氢严重，但对化工生产中的催化剂的毒害作用与硫化氢一样，使催化剂失去活性。大多数有机硫有毒、具有臭味、会污染大气，因此，对天然气中的有机硫，也应该通过净化处理，尽量脱除。

3．其它组分

天然气中，除去烃类和含硫组分之外，相对而言，较为多见的组分，还有二氧化碳及一氧化碳、氧和氮、氢、氦、氟以及水汽。

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，故二氧化碳是酸性气体。有水存在时，二氧化碳对金属设备腐蚀严重，通常在天然气脱硫工艺中，将二氧化碳同硫化氢一起尽量脱除。二氧化碳在天然气中的含量，对于个别气井而言，可高达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，也有高达50％、甚至更多的。如美国某气田生产的天然气中，氮的含量高达94％。天然气中氢、氦、氩的含量极低，一般都在 1％以下。气井采出的天然气，大多含有饱和水蒸气，即水汽，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，故对天然气中的饱和水汽应进行脱除处理。

第二节天然气的主要性质

一．天然气的相对分子质量

众所周知，物质是由许多非常细小的分子所组成的，分子是保持物质原有成分和一切化学性质的最小粒子。一个分子的质量很小，例如一个氢分子的质量是 3.346 × 10-24g。所以，化学上采用碳元素C12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质量。

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。