天然气基础知识

天然气基础知识

天然气简介

∙天然气的发现和早期应用

在公元前6000年到公元前2000年间，伊朗首先发现了从地表渗出的天然气。许多早期的作家都曾描述过中东有原油从地表渗出的现象，特别是在今日阿塞拜疆的巴库地区。渗出的天然气刚开始可能用作照明，崇拜火的古代波斯人因而有了"永不熄灭的火炬"。中国利用天然气是在约公元前900年。中国在公元前211年钻了第一个天然气气井，据有关资料记载深度为150米（500英尺）。在今日重庆的西部，人们通过用竹竿不断的撞击来找到天然气。天然气用作燃料来干燥岩盐。后来钻井深度达到1000米，至1900年已有超过1100口钻井。

直到1659年在英国发现了天然气，欧洲人才对它有所了解，然而它并没有得到广泛应用。从1790年开始，煤气成为欧洲街道和房屋照明的主要燃料。在北美，石油产品的第一次商业应用是1821年纽约弗洛德尼亚地区对天然气的应用。他们通过一根小口径导管将天然气输送至用户，用于照明和烹调。

一、什么是天然气

天然气是指动、植物通过生物、化学作用及地质变化作用，在不同地质条件下生成、转移，在一定的压力下储集，埋藏在深度不同的地层中的优质可燃气体。

∙燃气的种类：天然气、液化石油气、人工煤气、沼气

∙天然气一般可分为五种：气田气、油田伴生气、凝析气田气、煤层气、矿井气

天然气的压力单位的换算关系

∙1atm=0.101325 Mpa

=101.325 Kpa

=101325 pa

=10.33 mH2O

=760 mmHg

=1 bar

二、天然气的基本性质

天然气的主要成分以饱和烃为主，主要是甲烷，乙烷、丙烷、丁烷、戊烷含量不多，少量非烃类气体一氧化碳、二氧化碳、氮气、氢气、硫化氢、水蒸气及微量的惰性

气体氦（He）、氩（Ar）。

天然气比空气轻，易挥发，不易聚集，安全性能好。天然气中各组分均可彻底燃烧，燃烧后不产生灰粉等固体杂质，是完全清洁的燃料。

天然气的沸点是指101325Pa压力下液体沸腾时的温度。天然气中主要成分甲烷的

沸点是-162.6oC。天然气的沸点是-162.49 oC。

露点：饱和蒸气经冷却或加压，立即处于过饱和状态，当遇到接触面或凝结核便液化成露，这时的温度称为露点

密度：其密度大约是0.75-0.8Kg/Nm3

相对密度：天然气的相对密度是指相同压力和相同温度条件下，天然气的密度和空气密度之比，大约为0.58-0.62

天然气是无色无味无毒无腐蚀性，易燃易爆的气体。在天然气泄露时，为了易于被人们发现，消除漏气，要求对天然气加臭。加臭标准是达到爆炸下限浓度的20%能

被查觉。我国目前采用的加臭剂为四氢噻吩（THT)和乙硫醇(EM)。天然气的主要成

分是甲烷（CH4），它本身是一种无毒可燃的气体。同其它所有燃料一样，天然气的燃烧需要大量氧气（O2）。如果居民用户在使用灶具或热水器时不注意通风，室内

的氧气会大量减少，造成天然气的不完全燃烧。不完全燃烧的后果就是产生有毒的

一氧化碳（CO），最终可能导致使用者中毒（反应式见下）。

2CH4+3O2→2CO+4H2O

爆炸极限：可燃气体和空气的混合物遇明火而引起爆炸时的可燃气体浓度范围称为爆炸极限。当空气中含有天然气浓度增加到不能引起爆炸浓度点称为爆炸上限，因

为燃烧产生的热量不足以弥补散失的热量；当空气中含有天然气浓度减少到不能引

起爆炸浓度点称为爆炸下限；因为无法维持继续燃烧。天然气的爆炸极限是5~15%，（占空气中体积%）。

三、天然气的燃烧特性

天然气的临界参数：

状态方程：PV=ZnRT Z---压缩因子

当燃气压力低于1MPa和温度在10-20摄氏度时，视为理想气体。当压力很高，温度很低时用理想气体状态方程误差很大，故用实际气体状态方程。

热值：1 Nm3燃气完全燃烧放出的热量称为热值，（高热值、低热值），高热值大于低热值，差一个烟气中所含水蒸气以冷凝状态所释放的汽化潜热。

汽化潜热是指在常压下液体沸腾时，1Kg饱和液体变为同温度的饱和蒸汽所吸收的热量。天然气的热值大约是40MJ/Nm3 。

着火温度：燃气与空气混合物开始燃烧反应的自燃的最低温度。

燃烧温度：燃气按燃烧反应方程式完全燃烧时产生的理论温度。

燃烧速度：垂直于燃烧焰面，火焰向燃烧气体方向传播的速度，就是火焰传播速度。

华白数：是一项控制然具热负荷恒定状况的指标。在燃气工程中对不同类型燃气间互换时，要考虑衡量热流量大小的特性指数。

W=Qh/S1/2

Qh—天然气的高热值 S—天然气的相对密度

燃烧势：是反映燃气燃烧火焰所产生离焰、回火、黄焰和不完全燃烧倾向性和一项反映燃具燃气燃烧稳定的状态的综合指标。

回火：火焰缩回燃烧器内部而熄灭的现象

脱火：火焰飞离燃烧器头部而熄灭的现象

过剩空气系数：实际供给的空气量V与理论空气需要量之比V0,即a=V/V0 通常a>1。

在工业设备中，a一般控制在1.05~1.2；在民用燃具中a一般控制在1.3~1.8。 a

过小，使燃烧不完全，燃料化学热不能充分发挥； a过大，则增加燃气体积，降低炉膛温度，增加排烟热的损失，其结果都是使加热设备的热效率降低。

理论空气需要量：指每立方米（或公斤）燃气按燃烧反应计量方程式完全燃烧所需的空气量。理论空气需要量也是燃气完全燃烧所需的最小空气量。

CmHn+(m+n/4)O2=mCO2+n/2H2O

CH4+2O2= CO2+ 2H2O

因此：2／0.21＝9.52

大气式燃烧：天然气在进入燃烧器燃烧之前，已预先混入部分空气（称一次空气），其余所需的空气靠扩散供给（称二次空气）的燃烧称为大气式燃烧。

扩散式燃烧：在天然气进入燃烧器之前不预先混入空气的情况下，空气过剩系数

∝=0。此时，燃烧所需的空气靠空气扩散这种燃烧称为扩散式燃烧，是一种很原始

的燃烧方式。

为什么天然气灶具和液化石油气灶具不能互换使用？

1、因为两种燃气的热值不同，天然气的热值是40MJ/Nm3，液化石油气的热值是

104.65MJ/Nm3