化工1班小田田布兰桑荣誉出品天然气处理与加工工艺重点第一章 基本知识1. 国内外天然气资源情况以及在未来能源结构中的地位。世界天气资源 常规天然气资源：根据中国能源报2011年06月27日报道，世界天然气资源量为471万亿立方米，其中俄罗斯天然气储量居世界之首，占世界天然气储量的近23.7%，以下依次为伊朗、卡塔尔、阿联酋和沙特阿拉伯。 非常规天然气：非常规天然气主要包括页岩气、致密砂岩气、煤层气和天然气水合物等。全球非常规天然气资源丰富,达4000万亿立方米,是常规天然气资源量的8.3倍。其中煤层气256万亿立方米，致密气210万亿立方米，页岩气456万亿立方米，水合物3000万亿立方米。我国的天然气资源我国的常规天然气远景资源量达56万亿立方米，其中59%的资源分布在中西部的川渝、陕甘宁、青海和新疆四大气区，四大气区内天然气资源量约为22.4万亿立方米。除陆上四大气区外，我国近海天然气资源也十分丰富，南海、渤海、东海都是天然气富集地区。到2010年底月，全国累计探明的可开采天然气资源量超过38万亿立方米。据中国工程院介绍，我国非常规天然气资源也相当丰富，初步预测，页岩气、致密气的可采资源总量在20-36万亿立方米，煤层气地质储量为36.8万亿立方米，居世界第三位。我国境内也有丰富的水合物储藏。据专家分析,青藏高原盆地和东海、南海、黄海的大陆坡及其深海,都可能存在体积巨大的水合物。据报道,我国的南海海域蕴藏着丰富的水合物,约70万亿立方米,其能源总量大约是石油储量的一半。 地位:据近20年统计，世界天然气的消费量大致以平均每年23%的速度在增长；在当今世界能源消费结构中，达到24%，成为三大主力之一。目前，世界正处于天然气取代石油而成为世界主要能源的过度时期，国际能源界普遍认为，今后，世界天然气产量和消费量将会以较高的速度增长，2020年以后世界天然气的产量将要超过煤和石油，成为世界最主要的能源。“十二五”期间，我国天然气消费比例将翻番，由目前在能源消费结构中占4%的比重提高到8%。 21世纪将是天然气的世纪。2. 天然气的几个应用领域。天然气发电 天然气发电不仅可以减少污染，而且燃气机组启动速度快，既可带基本负荷，又可用于电网调峰，可有效提高电网调峰能力，改善电网运行质量。 清洁民用燃料 天然气作为城市居民生活用燃料，可极大地减少城市污染，改善城市环境。我国大城市的供热正在逐步完成天然气锅炉代替燃煤锅炉的改造过程，家用燃气锅炉在新建住宅小区中的使用也正在快速发展。天然气将成为城市居民主要生活燃料。作为化工原料 天然气作为化工原料，现已逐步形成具有特色的甲烷化学与化工。以甲烷气为原料生产合成氨和甲醇的产量分别占两种产品总产量的85%和90%，构成了天燃气利用的核心。甲烷氧化偶联制乙烯和天然气经合成气转化为液体燃料等新技术也为天然气的有效利用开辟了新的途径。用天然气凝液（NGL)为原料生产的乙烯占全球总产量的40%。天然气用作发动机燃料 天然气是一种理想的车用汽油替代品。天然气的研究法辛烷值高达100以上，并可有效的降低汽车尾气对环境的污染，而费用仅为汽油的2/31/2。所以，世界上应用天然气的发动机的数量越来越多，截止2010年，世界上用天然气作燃料的汽车总数超过了1000万辆。近年来，我国汽车用天然气的发展也很迅速。3. 天然气临界冷凝压力与临界冷凝温度的概念及与临界温度（Tc）与临界压力（Pc）的区别。Tm:是相包络区内气液能够平衡共存的最高温度；Pm：是相包络区内气液能够平衡共存的最高压力、两组分体系在高于Tc时仍可能存在饱和液体，直至露点线上最高温点M为止，同样，在高于临界压力Pc时仍可能存在饱和蒸汽直至露点线上最高压力点N为止。4. 天然气的基本组成、分类及参比条件。1. 按矿藏特点可分为： 气田气（气藏气；气层气） 在地下储层中呈均一气相存在, 采出地面仍为气相的天然气。从气田中开采出来的，主要成分是甲烷和乙烷。 凝析气 在地下储层中呈气态，但开采到一定阶段，随储层压力下降，流体状态进入露点线内的反凝析区，部分烃类在储层及井筒中呈液态(凝析油)析出。 伴生气 在地下储层中伴随原油共生，或呈溶解气形式溶解在原油中，或呈自由气形式在含油储层游离存在的天然气。与油共生，甲烷含量一般为7080。 2.按烃类组成可分为：干气 每m3(20,101.325kPa)天然气C+5液体含量小于13.5cm3的天然气。湿气 每m3(20,101.325kPa)天然气C+5液体含量大于13.5cm3的天然气。贫气 每m3(20,101.325kPa)天然气C+3液体含量小于100cm3的天然气。富气 每m3(20,101.325kPa)天然气C+3液体含量大于100cm3的天然气。 通常，人们还习惯将脱水(脱除水蒸气)前的天然气称为湿气，脱水后水露点降低的天然气称为干气；将回收天然气凝液前的天然气称为富气，回收天然气凝液后的天然气称为贫气。此外，也有人将干气与贫气、湿气与富气相提并论。由此可见，它们之间的划分并不是卜分严格的。因此，讲课时提到的贫气与干气、富气与湿气也没有严格的区别组成:天然气是以甲烷为主的碳氢化合物的混合物，而且这些化合物大部分是烷烃，其组成如下（详细见书第5页）： CH4(70-95%) C2H6 C3H8 C4H10 C5+C2+(5-30%) N2 CO2 H20 H2S(少量) He Ar Xer(微量) 在C6+的组分中，还包括环烷烃（甲基环戊烷、环己烷等）芳烃（苯、甲苯、二甲苯等）参比条件简写备注温度压力0101.325kPaNm3，m3(0)我国城镇燃气设计规范采用20101.325kPam3我国大部分采用15.6101.325kPam3(15.6)，m3(15)外国采用5. 天然气的反凝析现象。反凝析现象：由JH线和LK线说明在等温下降低压力时会使蒸汽冷凝，在等压下升高温度是可析出液体；相特性：原油储层：在泡点线上边，储层为液体凝析气储层：在露点线外，气体储层，开采时（降低存液体）天然气储层6. 天然气中酸性组分对其饱和含水量的影响。天然气含水量：饱和水蒸汽的量天然气中水的危害：降低了天然气的热值和管道的输送能力；温度降低或者压力上升时，天然气中的水会以液相析出，造成压降，加速酸性组分腐蚀；液态水在冰点时结冰，在高压低温下形成水合物。7. 水合物的结构、类型、形成条件及预测方法。在适宜的条件（T、P）下，水分子首先用氢键方式自身连结为“笼状”结构的晶格，气体分子包笼在晶格的空腔内，起到稳定晶格的作用。没有烃分子存在，这种笼状结构结构的晶格就不能形成。（热力学不稳定）。型:晶格内有46个水分子,共有8个晶穴（2个小晶穴,直径0.52nm、6个大晶穴,直径0.59nm）。型:晶格内有136个水分子,共有24个空腔（16个小晶穴,直径0.48nm、8个大晶穴,直径0.69nm）。H型:晶格内有34个水分子,共有6个空腔(由大、中、小三种晶穴组成)。dmax0.69nm的分子，不能形成型和型水合物，例戊烷dmax0.59nm的分子，能形成型和型水合物，例甲烷0.59dmax0.69nm的分子，只能形成型水合物，例丙烷水合物形成的主要条件天然气处于水蒸汽过饱和状态或由液态水存在。有足够的高压力和足够低的温度。在条件满足的情况下，气体压力产生波动、流向突然改变而产生扰动、或有晶种存在都会促进产生水合物。所以，水合物容易产生的地方有：阀门处（压力突变）、弯头部位（流向改变）等预测方法：相对密度法、平衡常数法、热力学模型法和实验法。其中相对密度法、平衡常数法仅适用于无硫天然气的预测，而热力学模型法测还可用于含硫天然气的预测，8. 天然气处理与加工的4个目的。燃气管网供气：主要内容包括，脱除天然气中的硫化氢和二氧化碳，解决空气污染和热值问题，脱重烃和水，解决输送过程的重烃和水的冷凝问题。 天然气液化：主要解决天然气的远距离输送问题, 特别是跨海运输问题。由于液化（常压，-162）天然气的体积为其气体（20，101.325kp）体积的1/625，故有利于输送和储存。 供应石油化工原料：a.提供较纯的原料甲烷作为制氢、生产尿素和甲醇的原料；b.回收轻烃，作为裂解、脱氢、异构化、芳构化及氧化等生产化学品的原料。 提供石油液化气和天然气凝析油: 石油液化气为城市提供燃料，凝析油经物理加工生产系列溶剂油。9. 不同类型燃气热值的比较。热值：低热值 (燃烧生成的水以气态形式存在）高热值 (燃烧生成的水以液态形式存在）10.天然气烃露点和水露点的概念烃露点 在一定压力下天然气中烃类开始冷凝的温度。为防止天然气在管输过程中有液烃析出，烃露点应低于当地环境最低温度。水露点（也称露点） 在一定压力下，天然气中水开始冷凝的温度。为防止天然气在管输或加工过程中有水析出，水露点应低于环境最低温度。天然气的质量指标：热值、烃露点、水露点、硫含量、二氧化碳含量、机械杂质（固体颗粒）。11. 天然气处理主要产品组成。产 品 名 称 C1 C2 C3 C4 C5 英 文 名 称 液化天然气(LNG) Liquefied natural gas 天然气凝液(NGL) Natural gas liquids 液化石油气(LPG) Liquefied petroleum gas 天然气油 (稳定轻烃)压缩天然气(CNG) Compressed natural gas 12. 城镇燃气互换性的指标。华白指数和燃烧势是判定天然气互换性的两个重要指标。13. 城镇燃气分类。根据燃气沃泊指数和燃烧势不同，可将燃气分为3T、4T、6T、10T、12T五类。其中3T、4T为矿井气，6T为沼气，10T和12T为天然气。第二章 天然气脱硫脱氮1.天然气脱硫、脱氮的目的。天然气中含有酸性组分时，不仅在开采、处理和储运过程中会造成设备和管道腐蚀，而且用作燃料时会污染环境，危害用户健康；用作化工原料时会引起催化剂中毒，影响产品收率和质量。此外，天然气中CO2含量过高还会降低其热值。因此，当天然气中酸性组分含量超过商品气质量指标或管输要求时，必须采用合适的方法将其脱除至允许值以内。脱除的这些酸性组分混合物称为酸气(acid gas)，其主要成分是H2S、CO2，并含有少量烃类。从酸性天然气中脱除酸性组分的工艺过程统称为脱硫脱碳或脱酸气。2.常用醇胺溶剂的性能比较。（一）一乙醇胺 MEA可用于低吸收压力和净化气质量指标要求严格的场合。 MEA可从气体中同时脱除H2S和CO2，因而没有选择件。净化气中H2S的浓度可低达5.7mg/m3。在中低压情况下C02浓度可低达10010-6(体积分数)。MEA也可脱除COS、CS2，但是需要采用复活釜，否则反应是不可逆的。即就是有复活釜，反应也不能完全可逆，故会导致溶液损失和在溶液中出现降解产物的积累。 MEA的酸气负荷上限通常为0.30.5mol酸气/molMEA，溶液质量浓度一般限定在1020。如果