天然气的应用2Word下载.docx

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其主要成分是饱和烃，以甲烷为主，乙烷、丙烷、丁烷、戊烷含量不多，也含有少量非烃类气体，如一氧化碳、二氧化碳、氮气、氢气、硫化氢、水蒸气及微量的惰性气体氦、氩等。

二、天然气的物理性质

天然气蕴藏在地下多孔隙岩层中，是一种多组分的混合气体，天然气的热值约8300-10000大卡/立方米，一标准立方米管道天然气完全燃烧需要2标准立方米的氧气，空气中氧气含量按21%计算的话，折算成空气大约需要9--10立方米，考虑到燃烧时需要的过剩空气，一标准立方米管道天然气完全燃烧需要12标准立方米的空气。

天然气在常温下是气体，约在-160℃变成液体，液体比重为0.46吨/立方米，一吨的液态天然气气化后变成约600立方米的气体；

其要成分是烷烃，其中甲烷占绝大多数，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷，此外一般还含有硫化氢、二氧化碳、氮和水气，以及微量的惰性气体，，其气相密度0.74Kg/m3，比空气轻，具有无色、无味、无毒之特性，稍有泄露，即可随空气逸散，其着火点为550-650℃。

在标准状况下，甲烷至丁烷以气体状态存在，戊烷以上为液体。

天然气的主要组分是甲烷（CH4），在各种烃类分子中，它的碳原子数与氢原子数之比是最小的，而液化石油气的主要组分为丙烷（C3H8）、丙烯（C3H6）、丁烷（C4H10）和丁烯（C4H8），它们分子中的碳原子数与氢原子数之比就比甲烷要大。

因此，甲烷完全燃烧后生成的烟气中由碳原子燃烧生成的二氧化碳含量最少。

也就是说，天然气完全燃烧生成的烟气中的二氧化碳含量，比液化石油气完全燃烧生成的烟气中二氧化碳的含量要少，这对减少大气层的温室效应是有利的。

此外，天然气中含硫、氮少，生成的烟气中二氧化硫及氧化氮等均较少。

三、天然气的储存与运输

天然气供应有主要有管道供应、压缩天然气供应和液化天然气供应三种。

（一）天然气管道供应：

是通过管道输送天然气至用户；

1、天然气管道分高压、中压和低压三种；

2、跨区域的长输管道输送压力一般为70-100公斤；

市域天然气高压管线输送压力一般为40公斤；

城市燃气管网一般为中压输送，压力为低于4公斤；

用户燃气管道一般为低压，压力为0.03—0.7公斤；

3、高压天然气管线具有一定的储气和调峰功能；

4、天然气在不同压力的天然气管道之间一般通过设立门站、分输站或调压站来连接；

主要功能是降低压力和计量；

到用户通常设置调压计量柜来将天然气调节到用户所需要的压力及计量；

5、天然气管道输送的方式优点是输送成本低、方便；

缺点是管道建设投资大、且受限制；

（二）压缩天然气（简称CNG）供应：

压缩天然气（简称CNG）通常是指经净化后压缩到20MPa～25MPa的天然气。

1、CNG采用天然气罐车或者钢瓶车来储存或者输送；

常用的CNG钢瓶车能装约5000方；

2、CNG钢瓶车在CNG母站装气；

受气温影响，冬夏季装气量有所不同；

3、高压的压缩天然气在使用时需要减压，由于压差大，一般采用分二级减压的方式，第一级降到25-40公斤，第二级降到4公斤以下；

4、由于高压天然气降压时需要吸热，所以减压时需要加热；

加热方式有燃气锅炉加热和电加热二种；

5、压缩天然气接收站主要设备是减压橇装设备，将减压、加热、计量等功能集中在一个橇装设备内；

6、中压（次高压）罐车是指将用设计压力为40—65公斤的天然气罐车来输送或者储存天然气，优点是罐车及减压设备造价低、减压方便、安全；

缺点是输送量少，运费单价高；

（三）液化天然气输送：

天然气在常压下，当冷却至约-162℃时，则由气态变成液态，称为液化天然气（简称LNG）。

LNG的主要成份为甲烷，还有少量的乙烷、丙烷以及氮等。

天然气在液化过程中进一步得到净化，甲烷纯度更高，几乎不含二氧化碳和硫化物，且无色、无味、无毒。

LNG的密度取决于其组分和温度，通常在430kg／m3～470kg／m3之间，但是在某些情况下可高达520kg／m3。

密度随温度的变化梯度约为1．35kg／（m3·

℃）。

LNG的体积约为同量气态天然气体积的1/600。

1、液化天然气槽车一车能输送天然气约2万立方；

液化天然气储存及输送的压力一般为4-8公斤；

2、液化天然气储存站的功能是接收和储存液化天然气，并通过汽化器汽化成常温天然气进入管道供应给用户；

3、液化天然气输送的优点是输送量大、运距长、运费低；

缺点是接收站投资大，占地面积广；

四、天然气的应用

天然气利用领域非常广泛，除了能用于炊事外，还可广泛作为发电、冶金化工、机械制造、玻璃陶瓷、汽车食品等的燃料或原料，这主要是因为：

（一）天然气是一种高效的能源，其热值是人工煤气的4~8倍，用途非常广泛。

（二）天然气是一种洁净环保的优质能源，几乎不含硫、粉尘和其他有害物质，燃烧时产生二氧化碳少于其他化石燃料，造成温室效应较低，因而能从根本上改善环境质量。

（三）我国天然气资源非常丰富，可采储量占世界总量的36.8%（煤和石油的可采储量分别占世界总量的11%和2.4%），供应充足，价格稳定。

（四）天然气是一种储量很大、输送方便、成本低廉、清洁无灰渣、热值较高及燃烧产物对环境污染小的优质能源，因此，是一种理想的城镇燃气气源。

（五）天然气用作城镇燃气的特点

1、天然气作为一种可燃气体，除具有一般燃气易燃、易爆等共同特点外，与人工燃气相比，它用作城镇燃气时具有以下特点：

（1）热值较高，约为人工燃气的4~8倍，甚至更高。

因此，使用天然气作燃气时，用于城镇燃气管网系统的成本较低。

（2）输送到城镇作燃气的天然气，一般都已经过净化处理，因此，对人体基本上无毒害作用。

2、与液化石油气相比，天然气用作城镇燃气时具有以下特点：

（1）天然气比空气轻，它的密度一般是空气的0.55～0.85倍。

因此，它泄漏后会扩散到空气的上部，并且容易漂浮和逸散，需特别注意室内上部的通风。

（2）天然气和人工燃气一样，都是由管道送到用户家中，不像液化石油气那样要用钢瓶装运与使用，用完后还必须换瓶，因而使用起来省时、省力。

尤其是对于居住在高层建筑的用户，或对于老弱病残的用户来讲，其方便性就更为明显。

（3）天然气的主要组分是甲烷（CH4），在各种烃类分子中，它的碳原子数与氢原子数之比是最小的，而液化石油气的主要组分为丙烷（C3H8）、丙烯（C3H6）、丁烷（C4H10）和丁烯（C4H8），它们分子中的碳原子数与氢原子数之比就比甲烷要大。

因此，采用天然气作燃气更有利于环境保护。

（4）一般来说，用管道输送到城镇的天然气组成是比较稳定的，由于液化天然气或压缩天然气的物理特性，在充装或输送过程中是无法掺入其它成分的杂质进去（例如二甲醚），所以，天然气的使用率几乎达到100%。

（六）天然气在工业方面的具体应用

1、用于发电

天然气项目大部分的气量用于电厂的联合循环发电，天然气电厂与常规燃煤电厂相比，除了大大改善了环保状况之外，在占地和建设周期，调峰机动性等方面都显示了很大的优越性。

建设投资相对较低，天然气电厂的单位千瓦造价约为国产脱硫煤电厂的89％，进口设备脱硫煤电厂的60％，核电厂的33％。

2、用于城市燃气

随着社会的发展、科技的进步以及人类对环境保护的意识增强，近年来，天然气作为清洁能源现备受关注，天然气燃烧后产生的二氧化碳和氮氧化合物仅为煤的50%和20%，污染为液化石油气的1/4，煤的1/800。

随着居民生活水平的提高，中小城镇居民更希望能用洁净的能源，由于管道铺投资设费用大，LNG气化站具有比管道气更好的经济性，在中小城镇可采用LNG气化站作为气源供居民使用，此外还可用于商业、事业单位的生活以及用户的采暖等。

3、作为工业燃料

天然气作为工业燃料主要用于锅炉和工业窑炉，与煤、燃料油、液化气相比具有明显的优势。

天然气作为工业燃料，环境效益明显。

以燃烧后排放的CO2作为比较，煤炭为100，则石油为83，而天然气仅为57，同时二氧化硫和氮氧化物等污染物仅微量排放。

通过热值和热效率换算，每立方米天然气大约可替代3.3公斤煤炭，1.5公斤重油和1.3公斤柴油。

从价格角度考虑，对煤炭的可替代优势不强，对轻油替代优势比较强，而能否顶替重油则需根据具体情况来确定。

第三、煤气：

以煤为原料加工制得的含有可燃组分的气体。

一、发生炉煤气的产生方法：

是将煤在发生炉中燃烧后，将炉底的空气加以限制，使煤不能完全燃烧，因而产生大量的一氧化碳，就是发生炉煤气。

这种方法使炉中排出的气体主要是一氧化碳，二氧化碳和氮气。

一吨煤理论上可以生产3000-3500立方煤气。

二、水煤气的制造方法：

是将煤在炉中点燃后，在炉底吹入充足的空气，使煤炽烈的燃烧，然后停掉风机，依次从炉底和炉顶喷入水蒸气，与炽热的煤化合后产生大量的氢气和一氧化碳，再与空气中的氮气和剩余的水蒸气混合，就形成了水煤气。

三、煤气的主要成分：

CO2（6.2%），CO（27.3%），H2（12.4%），CH4（0.7%），N2（53.4%），所以煤气的热值不会很高，一般热值在1200～1600Kcal／m3，燃烧一立方米煤气需要的理论空气量是4.21立方米（连续式工业炉实际是2.5立方），产生的烟气（即废气）量是4.88立方米，煤气的燃点约为500℃，密度约为0.8-0.88kg/m³

。

各组分的含量取决于所用原料及气化条件。

主要用作合成氨、合成液体燃料等的原料，或作为工业燃料气的补充来源。

此外，煤中还含有元素氮和元素硫，它们与气化剂O2、H2O和H2反应，产生煤气中的含硫和含氮产物，而二氧化硫、二氧化碳又是造成酸雨、加剧温室效应的直接原因。

在气化炉中，碳与蒸汽主要发生如下的煤气反应：

C+H2O→CO+H2，C+2H2O→CO2+2H2，以上反应均为吸热反应，因此必须向气化炉内供热。

而加热2.5立方空气至1250℃时，需要消耗690Kcal热量，由于反应吸热，燃料层及蓄热室温度下降至一定温度时，又重新送空气入炉升温，如此循环，因此，一吨煤只能产1500立方的有效煤气。

发生炉煤气中可燃气体热值表

名称

高热值

低热值

（MJ/Nm3）

（Kcal/Nm3）

氢H2

12.74

3044

10.82

2576

一氧化碳CO

12.64

3018

甲烷CH4

39.82

9510

35.88

8578

四、煤气发生炉的产生物及危害：

煤气属于有毒和易燃（燃点约为500℃）、易爆气体，易导致中毒事故及火灾爆炸事故.生产煤气所产生的附属物质大多具有有毒，有害，易燃，易爆的危险性。

煤气存在着许多隐患，煤气发生炉长期运行后极易产生大量硫化氢、焦油、酚水等污染物，影响半径达500米，对农作物、空气环境和人体等都有较大的损害。

它产生的多种废气和恶臭，会引起人头痛、头晕等身体不适。

此外，由于煤气主要由一氧化碳、氢气等易燃气体组成，一旦泄漏，则极可能发生爆炸和中毒，造成群死群伤事件。

（一）酚、氰废水的产生

煤气站的含酚污水由酚类、氰化物、焦油、悬浮物、硫化物、氨氮等有害物质等组成。

其中酚类以一元酚为主，以苯酚含量最高，其次还有间对甲苯酚，含酚水主要来源于煤气净化过程中的间接冷却器的冷凝水和水封用水，其中含酚冷凝水的生成量取决于气化煤质及所采用的气化工艺。

以某单位两段炉煤气站气化大同烟煤为例，上段煤气经间接冷却器最终冷却后，产生的冷凝水量约为100kg/t煤左右，该冷凝水含酚量约为8500-10000mg/l；

下段煤气洗涤水含酚量10mg/l，如采用水洗冷却的方法,水随着循环使用时间的增加，其含酚量也不断地增加，增加到一定程度后，便会影响洗涤冷却设备中的传质与换热，从而带来一系列不良影。

（二）酚、氰废水的危害

酚是苯酚的简称，又名石炭酸，微酸性（腐蚀性），常温下能挥发，放出一种特殊的刺激性臭味，在空气中变粉红色。

医院常用的“苏来水”消毒剂便是苯酚钠盐的稀溶液。

甲酚又称煤酚，与苯酚的化学活性及毒性类似，也经常同时存在。

酚类按其芳环上所直接连接的羟基数目的不同，可分为一元酚和多元酚；

按其挥发性又可分为挥发酚与不挥发酚。

一元酚多具有挥发性（沸点在230℃以内）。

酚类化合物是一种原型质毒物，对一切生活个体都有毒杀作用。

能使蛋白质凝固，所以有强烈的杀菌作用。

其水溶液很易通过皮肤引起全身中毒；

其蒸气由呼吸道吸入，对神经系统损害更大。

长期吸入代浓度酚蒸汽或酚污染了的水可引起慢性积累性中毒；

吸入高浓度酚蒸或酚液或大量酚液溅到皮肤上可引起急性中毒。

如不及时抢救，可在三到八小时内因神经中枢麻痹而残废。

慢性酚中毒常见有呕吐，腹泻、食欲不振、头晕、贫血和各种神经系病症。

酚对水产和不生微生物、农作物都有一定的毒害。

水中含酚0.1～0.2毫克/升时，鱼肉即有臭味有能食用；

6.5～9.3毫克/升时，能破坏鱼的鳃和咽，使其腹腔出血、脾肿大甚至死亡。

含酚浓度高于100毫克/升的废水直接灌田，会引起农作物枯死和减产。

人对酚的口服致死量为530毫克/公斤体重。

大多数无机氰化物属剧毒，高毒物质，极少量的氰化物（每千克体重数毫克就会使人、畜在很短的时间内中毒死亡，含氰化物浓度很低的水（<

0.05mg/L）也会使鱼等水生物中毒死亡，还会造成农作物减产。

氰化物污染水体引起鱼类、家畜及至人群急性中毒的事例，国内外都有报导。

这些事件是因短期内将大量氰化物排入水体造成的。

因此，在工业生产过程中，必须严格控制氰化物的使用和排放量。

尤其要有完善的污水处理设施以减少氰化物的外排量。

第四、液化石油气：

一、液化石油气的来源

液化石油气是在石油天然气开采和炼制过程中，作为副产品而取得到的以丙烷、丁烷为主要成分的碳氢化合物。

在常温常压下为气体，只有在加压或降温的条件下，才变成液体，故称为液化石油气。

常温下，液化石油气中的乙烷、乙烯、丙烷、丁烯、丁烷等均为无色无嗅的气体，他们都比水轻，且不溶于水。

液化石油气中的刺鼻味是由在运输及储存过程中特意加入的硫醇和醚等成分产生的，便于液化石油气泄漏时使用者察觉判断。

二、液化石油气的组成主要成分：

丙烷（C3H8）、丁烷（C4H10）少量成分：

甲烷、乙烷、丙稀、丁烯。

残液：

液化石油气钢瓶里总有微量液体用不完，该部分液体称为残液，其主要成分为戊烷及戊烷以上碳氢化合物。

液化石油气国家标准规定残液含量不大于3%。

三、液化石油气的物理化学性质

（一）、密度：

液化石油气的密度有气体密度和液体密度之分。

对于气体密度，由于液化石油气密度随着温度和压力而变化，表示时必须注明温度和压力条件。

气态液化石油气的密度随着温度及相应饱和蒸气压的升高而增加。

在压力不变的情况下，气态物质的密度随着温度的升高而减小。

标况下液化石油气的气态密度约为1.9kg/Nm³

～2.5kg/Nm³

对于液体密度，液态液化石油气的密度受温度影响较大，温度升高，密度减小，同时体积膨胀。

液化石油气的液态密度一般为500kg/m³

～600kg/m³

（二）比重：

一物质的密度与某一标准物质的密度之比。

气态的液化石油气比重是空气的1.5~2倍，它扩散后处于空气的下部，可以由高处流向低洼的地方，积存在通风不好和不易扩散的地方。

需特别注意保证下部通风，液态液化石油气比水轻，其比重在0.5~0.6之间。

（三）燃点气态液化石油气与空气混合后，与明火接触能发生连续燃烧的最低温度，就称为它的燃点，也就是它的着火温度。

常压下液化石油气的燃点为426℃～537℃之间。

四、液化石油气的特性及其危险性

1、液化石油气的特性

（1）易挥发液化石油气在常温常压下吸热立即挥发成为气体，体积骤然膨胀约250~300倍，急剧扩散蔓延。

（2）易燃、易爆液化石油气的闪点低，为–140℃~–40℃,危险性大，液化石油气气体与空气接触后，可被微小火星点燃，其燃烧值较高，为2.10×

104~2.90×

104Kcal/m3，高于天然气的燃烧值，燃烧一立方米液化气需要的理论空气量是30-35立方米。

（3）低腐蚀性液化石油气含硫量低，一般没有腐蚀性，但能使橡胶软化，使那些油脂的油漆和脂膏溶解。

所以液化石油气使用的是专用高压胶管。

（4）微毒性液化石油气在空气中的浓度低于1%时，对人体健康没有危险，但是，长时间接触浓度较高的液化石油气，对神经系统会产生不良影响；

空气中液化石油气浓度超过10%时，会使人窒息。

（5）热胀冷缩液化石油气和其它物体一样，也具有热胀冷缩的性能，液化石油气的膨胀系数比水大16倍左右。

根据计算，钢瓶在装满液化石油气的情况下，温度每升高1℃，压力就会上升2~3Mpa。

所以，只要温度升高3~5℃，内压就会超过普通钢瓶的8Mpa的胀裂限度。

所以，严禁超装是液化石油气安全操作必须严格遵守的规程。

2、液化石油气的危险性

（1）爆炸火灾危险性液体闪点越低，火灾危险性越大，由于液化石油气的闪点低，不论在寒冬或炎夏都无需加热，遇火即能燃烧。

液化石油气属一级火灾危险等级。

液化石油气爆炸下限低，爆炸范围大，遇火源就有燃烧、爆炸的危险，其爆炸速度为2000~3000m/s，火焰温度高达2000℃。

液化石油气热值很高，液体低发热值达11000kcal/kg，气体低发热值为22000~26000kcal/m3，是一种很好的燃料。

但是，一旦发生着火爆炸事故，就会造成严重的破坏。

由于它比空气重，容易停滞和积聚在地面的空间、坑、沟、下水道和墙角等低洼处，一时不易被风吹散，与空气混合形成爆炸性物质，遇火源便可引起爆炸。

因此，液化石油气应储存在通风良好的场所。

（2）冻伤危险性液化石油气的沸点范围较低，低温或经加压而成液体，通常贮存在贮罐或钢瓶内，一旦泄漏，液化气体大量喷出，由液态急剧变为气态，便从周围的环境中大量吸热而造成低温，若管道阀门处泄漏，会在泄漏处形成低温、结冰，严重的可能影响阀门的关闭。

若检修时，有可能出现大量喷液情况，如喷溅到人体上，会造成冻伤。

此外，当身上喷有液态液化石油气时感到很冷，没有及时脱换衣服，如遇火、可能“引火烧身”遇到这种情况，应立即用湿布或水灭火，严防事故扩大。

（3）中毒危险性液化石油气具有微毒性的特性，高浓度的液化石油气被人吸入体内，对人的中枢神经有麻醉作用，会使人昏迷、呕吐，严重时可使人窒息死亡。

此外，液化石油气燃烧需要25－33倍的空气，缺氧导致燃烧不完全，也会产生一氧化碳等有毒气体。

第五、煤

一、什么是煤

　煤为不可再生的资源。

煤是是古代植物经过生物化学作用和地质作用而改变其物理、化学性质，由碳、氢、氧、氮等元素组成的黑色固体矿物，是一种固体可燃有机岩，俗称煤炭。

煤炭热量高，标准煤的发热量为7000大卡/千克。

二、煤的主要用途

煤是重要能源，也是冶金、化学工业的重要原料。

主要用于燃烧、炼焦、气化、低温干馏、加氢液化等。

（一）燃烧：

煤炭是人类的重要能源资源，任何煤都可作为工业和民用燃料。

（二）炼焦：

把煤置于干馏炉中，隔绝空气加热，煤中有机质随温度升高逐渐被分解，其中挥发性物质以气态或蒸气状态逸出，成为焦炉煤气和煤焦油，而非挥发性固体剩留物即为焦炭。

焦炉煤气是一种燃料，也是重要的化工原料。

煤焦油可用于生产化肥、农药、合成纤维、合成橡胶、油漆、染料、医药、炸药等。

焦炭主要用于高炉炼铁和铸造，也可用来制造氮肥、电石。

电石是塑料、合成纤维、合成橡胶等合成化工产品。

（三）气化：

气化是指转变为可作为工业或民用燃料以及化工合成原料的煤气。

（四）低温干馏：

把煤或油页岩置于550℃左右的温度下低温干馏可制取低温焦油和低温焦炉煤气，低温焦油可用于制取高级液体燃料和作为化工原料。

（五）加氢液化：

将煤、催化剂和重油混合在一起，在高温高压下使煤中有机质破坏，与氢作用转化为低分子液态和气态产物，进一步加工可得汽油、柴油等液体燃料。

加氢液化的原料煤以褐煤、长焰煤、气煤为主。

三、煤的燃烧

煤的燃烧技术包括两个方面，一是煤直接燃烧洁净技术，二是煤转化为洁净燃料燃烧技术。

（一）煤直接燃烧：

这是在直接烧煤的情况下，需要采用的技术措施。

1、燃烧前的净化加工技术，主要是洗选、型煤加工和水煤浆技术。

原煤洗选采用筛分、物理选煤、化学选煤和细菌脱硫方法，可以除去或减少灰分、矸古、硫等杂质；

型煤加工是把散煤加工成型煤，由于成型时加入石灰固硫剂，可减少二氧化硫排放，减少烟尘，还可节煤；

水煤浆是先用优质低灰原煤制成，可以代替石油。

2、燃烧中的净化燃烧技术，主要是流化床燃烧技术和先进燃烧器技术。

流化床又叫沸腾床，有泡床和循环床两种，由于燃烧温度低可减少氮氧化物排放量，煤中添加石灰可减少二氧化硫排放量，炉渣可以综合利用，能烧劣质煤，这些都是它的优点；

先进燃烧器技术是指改进锅炉、窑炉结构与燃烧技术，减少二氧化硫和氮氧化物的排放技术。

3、燃烧后的净化处理技术，主要是消烟除尘和脱硫脱氮技术。

消烟除尘技术很多，静电除尘器效率最高，可达99%以上，电厂一般都采用。

脱硫有干法和湿法两种，干法是用浆状石灰喷雾与烟气中二氧化硫反应，生成干燥颗粒硫酸钙，用集尘器收集；

湿法是用石灰水淋洗烟尘，生成浆状亚硫酸排放。

它们脱硫效率可达90%。

（二）煤转化为洁净燃料燃烧技术，主要有以下四种：

1、煤的气化技术，有常压气化和加压气化两种，它是在常压或加压条件下，保持一定温度，通过气化剂（空气、氧气和蒸汽）与煤炭反应生成煤气，煤气中主要成分是一氧化碳、氢气、甲烷等可燃气体。

用空气和蒸汽做气化剂，煤气热值低