天然气常识

我是传奇 · 发表于 2011-3-6 21:09

天然气概述

　　天然气无色、无味、无毒且无腐蚀性，主要成分为甲烷，也包括一定量的乙烷、丙烷和重质碳氢化合物。还有少量的氮气、氧气、二氧化碳和硫化物。另外，在天然气管线中还发现有水分。
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水。
　　　　CH4＋2O2 → CO2＋2H2O

　　与其它化石燃料相比，天然气燃烧时仅排放少量的二氧化碳粉尘和极微量的一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化物，因此，天然气是一种清洁的能源。

天然气利用的历史

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。

天然气管线的改进
　　由于还没有合适的方法长距离输送大量天然气，天然气在整个十九世纪只应用于局部地区。工业发展中的应用能源主要还是煤和石油。1890年，燃气输送技术发生了重大的突破，发明了防漏管线连接技术。然而，材料和施工技术依然较复杂，以至于在离气源地160公里（100英里）的地方，天然气仍无法得以利用。因而，当生产城市煤气时，伴生气通常烧掉（即在井口燃烧掉），非伴生气则留在地下。
　　由于管线技术的进一步发展，十九世纪二十年代长距离天然气输送成为可能。1927年至1931年，美国建设了十几条大型燃气输送系统。每一个系统都配备了直径约为51厘米（20英寸）的管道，并且距离超过320公里。在二战之后，建造了许多输送距离更远、更长的管线。管道直径甚至可以达到142厘米。十九世纪七十年代初，最长的一条天然气输送管线在前苏联诞生。例如，将位于北极圈的西西伯利亚气田的天然气输送到东欧的管线，全长5470公里，途经乌拉尔山和700条大小河流。结果，世界最大的Urengoy气田的天然气输送到东欧，然后再送到欧洲消费。另外一条管线是从阿尔及利亚到西西里岛，虽然距离较短，但施工难度也很大，该管线管径为51厘米，沿途要穿越地中海，所经过的海域有时深度超过600米。
　　当天然气在大气压下，冷却至约-162℃时，天然气由气态转变成液态，称为液化天然气（Liquefied Natural Gas，缩写为LNG）。LNG无色、无味、无毒且无腐蚀性，其体积约为同量气态天然气体积的1/600，LNG的重量仅为同体积水的45%左右，热值为52MMBtu/t（1MMBtu=2.52×108cal）。

液化天然气链
　　天然气从气田开采出来，要经过处理、液化、航运、接收和再气化等几个环节，最终送至终端用户。液化过程能净化天然气，除去其中的氧气、二氧化碳、硫化物和水。这个处理过程能够使天然气中甲烷的纯度接近100%。

天然气田开发
　　天然气田蕴藏在地层内，一般通过地震学数据探测天然气田构造及气田深度，也可用磁力仪，通过测量地球表面磁场的微小变化来寻找天然气和石油。开采天然气田的技术在现代石油工业中已相当成熟。

天然气液化
　　天然气被冷却至约-162℃变成液态，这将使其体积减少约600倍，便于储存和运输。
LNG船
　　LNG船是指将LNG从液化厂运往接收站的专用船舶。LNG船的储罐是独立于船体的特殊构造。在该船舶的设计中，考虑的主要因素是能适应低温介质的材料，对易挥发/易燃物的处理。船只尺寸通常受到港口码头和接收站条件的限制。目前125000m3是最常用的尺寸，138000m3是现有船只中最大的尺寸。LNG船的使用寿命一般为35年-40年。
　　目前世界液化天然气船的储罐系统有自撑式和薄膜式两种（如下图所示）。自撑式有A型和B型两种，A型为棱形或称为IHI SPB，B型为球形。

自撑式球形LNG船
薄膜形LNG船
液化天然气接收终端
　　液化天然气的接收终端内建有专用码头，用于运输船的靠泊和卸船作业；储罐用于容纳从LNG船上卸下来的液化天然气；再气化装置则是将液化天然气加热使其变成气体后，经管道输送到最终用户。
　　液化天然气在再气化过程中所释放的冷能可被综合利用。一般而言，约有25%的冷能可被利用。
什么是CNG和LPG?
　　压缩天然气(Compressed Natural Gas,简称CNG)是天然气加压(超过3,600磅/平方英寸)并以气态储存在容器中。它与管道天然气的组分相同。CNG可作为车辆燃料利用。LNG可以用来制作CNG，这种以CNG为燃料的车辆叫做NGV（Natural Gas Vehicle）。与生产CNG的传统方法相比，这套工艺要求的精密设备费用更低，只需要约15%的运作和维护费用。
　　液化石油气(Liquefied Petroleum Gas,简称LPG)经常容易与LNG混淆，其实它们有明显区别。LPG的主要组分是丙烷（超过95%），还有少量的丁烷。LPG在适当的压力下以液态储存在储罐容器中，常被用作炊事燃料。在国外，LPG被用作轻型车辆燃料已有许多年
　　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

天然气的用途

　　天然气主要可用于发电，以天然气为燃料的燃气轮机电厂的废物排放水平大大低于燃煤与燃油电厂，而且发电效率高，建设成本低，建设速度快；另外，燃气轮机启停速度快，调峰能力强，耗水量少，占地省。
　　天然气也可用作化工原料。以天然气为原料的一次加工产品主要有合成氨、甲醇、炭黑等近20个品种，经二次或三次加工后的重要化工产品则包括甲醛、醋酸、碳酸二甲酯等50个品种以上。以天然气为原料的化工生产装置投资省、能耗低、占地少、人员少、环保性好、运营成本低。
　　天然气广泛用于民用及商业燃气灶具、热水器、采暖及制冷，也用于造纸、冶金、采石、陶瓷、玻璃等行业，还可用于废料焚烧及干燥脱水处理。
　　天然气汽车的一氧化碳、氮氧化物与碳氢化合物排放水平都大大低于汽油、柴油发动机汽车，不积碳，不磨损，运营费用很低，是一种环保型汽车。

液化天然气接收终端
　　液化天然气的接收终端内建有专用码头，用于运输船的靠泊和卸船作业；储罐用于容纳从LNG船上卸下来的液化天然气；再气化装置则是将液化天然气加热使其变成气体后，经管道输送到最终用户。
　　液化天然气在再气化过程中所释放的冷能可被综合利用。一般而言，约有25%的冷能可被利用。

什么是CNG和LPG?
　　压缩天然气(Compressed Natural Gas,简称CNG)是天然气加压(超过3,600磅/平方英寸)并以气态储存在容器中。它与管道天然气的组分相同。CNG可作为车辆燃料利用。LNG可以用来制作CNG，这种以CNG为燃料的车辆叫做NGV（Natural Gas Vehicle）。与生产CNG的传统方法相比，这套工艺要求的精密设备费用更低，只需要约15%的运作和维护费用。
　　液化石油气(Liquefied Petroleum Gas,简称LPG)经常容易与LNG混淆，其实它们有明显区别。LPG的主要组分是丙烷（超过95%），还有少量的丁烷。LPG在适当的压力下以液态储存在储罐容器中，常被用作炊事燃料。在国外，LPG被用作轻型车辆燃料已有许多年。

用天然气会中毒吗？

　　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