天然气煤层气基础知识

十五、天然气的优越性 1、天然气是高热值对的能源
能源价值是以做功的能力来衡量。作为燃料，以燃烧时产生的热量 来量度。能源物质的热值大致等于各元素燃烧热之和。化石能源的主要 成分是氢元素和碳元素，氢的总热值为142MJ/kg,碳的总热值为52MJ/kg。 因此氢含量高化石能源热值也越高，天然气的主要化学成分是甲烷 （CH4），氢碳比为4：1，相比之下，石油为2：1，煤为1：1，柴薪为1： 10，由此可见，天然气是化石燃料中氢碳比最高的燃料，因而是化石燃 料中热值最高的能源。
液化天然气主要成分是甲烷、乙烷，要在很低（-161℃）的温度下 保存，体积是气态的625倍，液态热值51MJ/kg，气态热值42MJ/Nm3；而 LPG主要成分是丙丁烷和丙丁烯，一般保存温度是-60℃，体积是气态的 250倍，气态热值11000大卡/Nm3，折算液态热值45.6MJ/kg。因此，液化 天然气热值比液化石油气的热值高。
四、天然气化学组成
烷a（、C烃3H类8）气、体丁烷主（要C是4H1甲0）烷、（戊CH烷4）（一C5般H12占）8等0%；以上，其次为乙烷（C2H6）丙
b、非烃气体 （N2）等；
二氧化碳（CO2）、硫化氢（H2S）、一氧化碳（CO）、氮气
c、稀有气体 氦气（Ne）、氩气（Ar）等；
五、天然气主要成份
中散发，且爆炸极限范围窄，在自然环境难以形成遇火爆燃条件，而空气中含有
10%液化石油气，人在该气体中5分钟就会麻醉；一旦压缩天然气从储罐或管路中
泄漏，在泄漏点周围会立即形成低温区，使天然气燃烧困难。
十六、LNG的六大优点 1）LNG体积比同质量的天然气小625倍，所以可用汽车轮船很方便地
将LNG运到没有天然气的地方使用。 2）LNG储存效率高，占地少。投资省，10m3LNG储存量就可供2万户居
煤气，也叫人工煤气，主要成分是一氧化碳，可分为三种：
1）干馏煤气：是对煤进行干馏所获得的气体产物，主要成分是CO和 H2，也含有 较高的甲烷，热值为16.7MJ/Nm3。
2）气化煤气：包括水煤气和发生炉煤气，是水和焦碳在调温下反应得到的气体， 主要成分是CO和H2，热值分别为水煤气10.5MJ/Nm3、发生炉煤气5.4 MJ/Nm3。由于水 煤气和发生炉煤气发热值低，而且毒性大，不可以单独作为城市燃气的气源使用。 因为一氧化碳是有毒气体，空气中含量为0.1%，就会引起中毒，如果含量大于1%， 就可能致人死亡。
相同发热量下各种化石燃料炭排放量是天然气0.61、LPG0.71、汽油0.80、 煤油0.82、柴油0.84、原油0.85、重油0.88、烟煤1.09、无烟煤1.14
3、天然气是利用效率高的能源
使用天然气可以十分显著地提高工业和民用（商业用）能源利用效率，如：
工业燃煤锅炉效率50-60%，燃气锅炉效率80-90%；
燃料名称 燃点 爆炸极限 密度比空气 挥发性
天然气
650
5-15%
小
易
LPG
490
1.5-9.1%
大
难
汽油
425
1.4-7.6%
大
难
柴油
260
0.5-4.1%
大
难
天然气爆炸下限和燃点，都比液化石油气和汽柴油都高出许多，不易燃烧和
爆炸；天然气相对密度为0.6左右，比空气1.29轻，泄漏的天然气很快会在空气
4、可燃冰 (Ice Natural Gas 简称ING)
是指天然气水合物的俗称，是近20年来在海洋和冻土带发现的新型洁净能源， 可以作为传统能源如石油、煤炭等的替代品。是天然气在一定压力和温度下形成的 固体结晶水合物，其外观为白色类似冰雪，化学式可表示为CH4 · 6H2或CH4 ·7H2O， 密度0.9g/cm3，1方天然气水合物可释放170方的天然气。可燃冰的能量密度是煤的10 倍，而且燃烧后不产生任何残渣和废气,被称为能满足人类使用1000年的新能源。目 前技术还不能解决海洋污染和海平面上升问题，因此还不具备开采可燃冰条件。
2、压缩天然气（ Compressed Natural Gas 简称CNG）
是指把标准天然气增大压力20MPa以上的天然气。主要应用了气体可压缩性，根据气 态方程，在温度不变的情况下，压力增大，体积缩小的原理，当压力在25MPa时，体积缩 小为标准状态下的1/300。当压力在20MPa时，体积缩小为标准状态下的1/240。CNG热值 一般38MJ/Nm3，约为9000千卡/Nm3。目前国内CNG缠绕瓶管束车最大充装天然气量可达 7500Nm3；一般常用的八瓶管束车，水容积18m3，可充装4550Nm3，最大经济运输半径150 公里，燃油百公里运费约为0.3元/方。以CNG为燃料的车辆叫做NGV （NaturalGasVehicle）。
项目
柴薪
总热值（KJ/kg） 6280-8374
氢碳比（原子比） 1：10
煤 41868-46055
1：1
石油 20934-29308 2：1
天然气 54428 4：1
2、天然气是环境污染小的能源
燃烧排放物极少是天然气利用优于其他能源的最大特点。天然气不含固体颗 粒物，硫含量极微，燃烧后排放的SO2与燃油和燃煤相比微不足道；天然气不含化 合氮，燃烧后排放的NOx极少，而且易于通过改进燃烧技术和尾气处理进一步减 少排放量。与其它化石能源相比，天然气的碳含量低而氢含量高，是燃烧后温室 气体（CO2）排放量最少的能源。
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水。
CH4 + 2O2 点燃
CO2 + 2H2O
九、天然气的水露点 天然气露点是控制天然气储运过程中不产生液态物质的重要指标，分为水露点和
烃露点： ａ、水露点 指天然气在一定压力下析出液态水时的最高温度； ｂ、烃露点 指天然气在一定压力下析出液态烃时的最高温度；
十、富气、贫气、干气、湿气、商品天然气和纯净天然气 富气是指含C3、C4和C5等重碳成分较高的天然气，一般占10%以上； 贫气是指含C3、C4和C5等重碳成分较少的天然气，一般占10%以下； 干气是指经过轻烃回收处理后的外输的天然气； 湿气是指含有水蒸汽的天然气； 商品天然气是指进入干线输气管道的天然气； 纯净天然气是指酸性气体含量甚微的天然气。
a、可燃气体 b、酸性气体 c、水蒸气。
主要是甲烷（CH4）等烃类气体； 如二氧化碳（CO2）、硫化氢（H2S）等；
六、天然气主要物理性质
未处理的天然气有汽油味，有时有硫化氢味。经过处理过的天然气是无 色、无味、无毒和无腐蚀性的气体。主要物理性质：
1、挥发性 其密度为0.71 kg/m3，空气为1.29 kg/m3，相对密度为0.59， 比空气轻（最轻的是氢气0.09），易挥发扩散；
注：本标准中气体体积的标准参比条件是101.325 kPa，20℃
十二、天然气与煤层气、煤气的区别 煤层气其实是天然气的一种类型，俗称“瓦斯”，是与煤层伴生而有毒的混合
气体，主要含有甲烷和一氧化碳，当矿井下空气中瓦斯浓度达到5%-16%时，遇明火 就会爆炸，这是煤矿事故的重要根源。为此煤层气亦被称为“煤矿第一杀手”。
十一、天然气有关标准 1）管输天然气标准 国家标准《输气管道工程设计规范》（GB50251-94）
规定：管输天然气在最高输送压力下的水露点低于环境温度5℃，而烃露点不得 高于最低环境温度。
2）城镇商品天然气标准 国家标准《城镇燃气设计规范》（GB50028-93） 规定：a、固体颗粒含量〈10mg/Nm3；b、H2S含量〈20mg/Nm3；c、CO〈10mg/Nm3；
家庭燃煤炉灶具效率20-25%，燃气灶效率55-65%；
发电站燃煤蒸汽发电效率一般40%，而燃气联合循环发电效率60%；
合成氨是高能耗工业，世界约90%的合成氨用天然气生产，吨氨天然气耗量 大幅度下降。
4、天然气是安全可靠的能源
天然气也属于甲级易燃、易爆的危险化学品，但在现有燃料中其安全性
最为可靠。如下表：
民1天的生活用气。1户居民天然气用量0.3方/日，10方/月。 3）LNG是优质的车用燃料，与汽油相比，具有辛烷值高、抗爆性能好、
发动机寿命长。燃料费用低。环保性能好等优点。它可将汽油汽车尾气中HC 减少72%，NOx减少39%， CO减少90%，SOx、Pb降为零。
4）LNG汽化潜热高，液化过程中的冷量可回收利用。 5）由于LNG汽化后密度很低，只有空气的一半左右，稍有泄漏立即飞 散开来，不致引起爆炸。 6）由于LNG组分较纯，燃烧完全，燃烧后生成二氧化碳和水，所以它 是很好的清洁燃料，有利于保护环境，减少城市污染。
目录
• 天然气（煤层气）基本理论 • 天然气（煤层气）输配系统 • 天然气（煤层气）安全知识
一、天然气的定义： 广义：是存在于自然界的一切气体。如大气、地下气、宇宙气等。 狭义：是指存在于地下岩层中的各种气体。如气层气、油田气、煤层气等。 依其成因和储存状态可分为常规天然气和非常规天然气: 常规天然气：包括单一相态的气藏气、气层气、油藏溶解气等。 非常规天然气：包括致密岩石中的煤层气、页岩气、深层气和天然气水合物。 常规天然气资源量全球约为600万亿方，按照现在开采速度可供人类开发利用 200-300年；非常规天然气资源潜力非常巨大，近4000万亿方，仅其中的天然气 水合物就是全球已知所有矿物燃料(煤炭、石油和常规天然气)资源量总和的2倍。 天然气是石油链中最前面的部分，石油链根据碳原子个数的不同，为烷烃、环 烷烃、芳香烃和烯烃四大类，天然气属于烷烃类。
平时使用时要经常通风，这也是混空的原因之一。
闪爆，就是当易燃气体在一个空气不流通的空间里，聚集到一定浓度后，一旦
遇到明火或电火花就会立刻燃烧膨胀发生爆炸。一般情况只是发生一次性爆炸，如
果易燃气体能够及时补充还将多次爆炸。
八、天然气的化学反应
甲烷的分子结构是由一个碳原子和四个氢原子组成，燃烧产物主要是二氧化碳和
3、液化天然气（ Liquefied Natural Gas 简称LNG）
天然气在常压下，当冷却至-162℃时，则由气态变成液态，称为液化天然气 （简称LNG）。LNG为低温液体，其体积缩小为同量气态体积的1/625，比重为 0.425g/cm3，热值50MJ/kg，即12000千卡/kg。目前国内LNG低温槽车最大容积52.8m3， 最高工作压力0.7MPa，最大充装天然气量3.3万Nm3，最大经济运输半径800Km，燃油 百公里运费约为0.07元/方。
3）车用压缩天然气标准 国家标准《车用压缩天然气标准》（GB180472000）规定：
项目
技术指标
高位发热量，MJ/m3
＞31.4
总硫（以硫计），mg/m3
≤200
硫化氢，mg/m3
≤15
二氧化碳yco2，％ 氧气yo2，％ 水露点，℃
≤3.0
≤0.5
在汽车驾驶的特定地理区域内，在 最高操作压力下，水露点不应高于13℃；当最低气温低于-8℃，水露 点应比最低气温低5℃
2、压缩性 增压20-25Mpa体积缩小为240-300分之一； 3、溶解性 能溶于水和石油，为建设地下储气库提供了条件； 4、燃烧性 发热值一般为36MJ/Nm3，是理想的高效燃料。
七、天然气爆炸极限
天然气在空气中的爆炸极限是上限为15%、下限为5%。也就是说，在有限空间内
空气含天然气5-15%就会发生爆炸，当浓度低于5％时，遇火不爆炸，但能在火焰外 围形成燃烧层，当浓度为9.5％时，其爆炸威力最大(氧和天然气完全反应)；当浓度 在15％以上时，失去其爆炸性，但在空气中遇火仍会燃烧，每燃烧1方天然气需要18 方空气，由于空气中氧气不足，造成燃烧不彻底而产生一氧化碳，会发生中毒现象，
3）高炉煤气：是高炉炼铁时产生的尾气，主要成分为CO和N2，热值是4.2MJ/Nm3。 主要作为炼焦炉的燃料。
十三、压缩天然气与液化天然气的异同点 二者均为天然气，只是状态不同、热值不同。压缩天然气是气态，
高压常温，压力一般为20MPa以上；而液化天然气是液态，常压低温， 温度一般低于-161℃，LNG热值要高于CNG热值。 十四、液化天然气与液化石油气的区别
二、天然气分类
按产出分类:
a、气田气 从气井中开采出来的天然气；
b、石油伴生气 从油井中与原油一起采出来的天然气，也叫溶解气、油田气等；
c、凝析气 凝析油逆蒸发作用而气化形成的天然气；
d、煤层气 从地下煤层中采出来的天然气；
按状态分类:
1、标准天然气
是指标准状态下（0℃、1atm）的天然气。其绝对密度为0.71 kg/m3，相对密度为 0.59，平均热值36MJ/Nm3，约为8500千卡/Nm3。