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基础知识

2.1天然气基础知识

天然气是指天然蕴藏于地层中的烃类和非烃类气体的混合物，是一种多组分的混合气体。

2.1.1天然气的类别及用途

天然气主要存在于油田气、气田气、煤层气、泥火山气和生物生成气中，也有少量出于煤层。

1.天然气矿藏特点可分为伴生气和非伴生气两种。

伴随原油共生，与原油同时被采出的油田气叫伴生气；包括溶解气和气顶气，它的特征是乙烷和乙烷以上的烃类含量一般较高。

非伴生气包括纯气田天然气和凝析气田天然气两种，在地层中都以气态存在。纯气田天然气的特征是主要含甲烷（80%～98%），含少量的乙烷到丁烷等烃类。凝析气田天然气从地层流出井口后，随着压力和温度的下降，分离为气液两相，气相是凝析气田天然气，液相是凝析液，叫凝析油。凝析气的特征是除含有大量的甲烷外，戊烷及戊烷以上的烃类含量较高。

2.天然气按烃类组分含量的多少分为干气（贫气）和湿气（富气）。

3.天然气的主要用途

天然气作为一种清洁能源，主要用于以下几个方面：

—城市燃气事业，特别是居民生活用气。随着人民生活水平的提高及环保意识的增强，大部分城市对天然气的需求明显增加。据估计，在用做城市燃气的天然气中，50%将用于居民生活，30%供工业窑炉，20%供城市商业及其他用户。

—天然气发电。这是缓解能源紧缺、降低燃煤发电比例，减少环境污染的有效途径。燃气电厂是稳定的、耗气量大的天然气用户，对天然气工业发展起着重要作用。从经济效益看，天然气发电的单位装机容量所需投资少，建设工期短，上网电价较低，具有较强的竞争力。

—车用燃料。以压缩天然气（CNG）代替汽车用油，具有价格低、污染少、

安全等优点。随着油价的不断上涨，目前我国有计划加大天然气汽车的发展力度，以节约用油和减少汽车尾气的污染。

—天然气化工工业。以天然气（主要指甲烷）作为化工原料可生产合成氨、甲醇、乙炔、甲烷氯化物和炭黑等一次产品，以及由甲醇乙炔为中间产物的二次产品，如乙烯、醋酸、醋酐、醋酸乙烯、1.4丁二醇、聚甲醛和MTBE（甲基叔丁基醚，是甲醇下游产品，汽油的主要添加剂）等。目前我国以天然气为原料的大规模化工主要有合成氨、甲醇和乙炔等。

2.1.2天然气的组分

天然气是以烷烃（CnH2n+2）为主的多种气体混合物。以低分子饱和烃类气体为主，并含有少量的非烃类气体。在烃类气体中，按其化学组成（以体积百分比含量计），绝大部分是甲烷（CH4），乙烷（C2H6）、丙烷（C3H8）、丁烷（C4H10）

和戊烷（C5H12）含量不多，庚烷以上（C）烷烃含量极少。另外，所含的少量

非烃类气体一般有二氧化碳（CO2）、一氧化碳（CO）、氮（N2）、氢(H2)、硫化氢(H2S)和水汽(H2O)以及微量的惰性气体氦(He)、氩（Ar）等。我国某些气田的天然气和油田伴生气的组成见表2-1.

油田名称

天然气组成，%（体积）

甲烷

乙烷

丙烷

正丁烷

异丁烷

正戊烷

异戊烷

己烷

二氧化碳

硫化氢

氮

其它

大庆油田1

2

79.7591.3

1.91.96

7.61.34

5.620.90

0.2

0.38

5.133.92

胜利油田伴生气

86.6

4.2

3.5

1.9

0.7

0.5

0.6

0.3

0.6

1.10

中原油田

75.3

10.17

6.18

2.6

1.45

0.75

0.98

0.65

0.34

0.0003

0.43

普光气田

75.52

0.12

0

8.64

15.16

0.52

0.04

大港油田

76.29

11

6

4

1.36

0.71

0.64

台湾铁砧山

88.14

5.97

1.95

0.36

0.43

0.09

0.15

0.14

2.26

0.51

表2-1

2.1.3.5天然气的热值

1.天然气比热及热值的概念

天然气的比热是指单位数量天然气在温度升高1℃所吸收的热量。按气体

度量单位不同，分为质量比热、容积比热、摩尔比热。每种比热按加热过程分为定压比热和定容比热。

天然气的热值是指单位数量的天然气完全燃烧所放出的热量。单位为kJ/kg或kJ/m3，4.1868kJ=1kcal（千卡）。

天然气的燃烧热值包括高热值（全热值）、低热值（净热值）。天然气在燃烧时生成的水并被汽化，由液态变为气态消耗一部分燃料热能，叫汽化热（或蒸汽潜热）。将汽化热计算在内的热值叫高热值（全热值），不计汽化的热值叫低热值（净热值）。工程上通常使用低热值即净热值。

纯组分的理想发热值见下表2-4：

组分

101.325kPa，273.15K

101.325kPa，293.15K

高热值，kJ/m3

低热值，kJ/m3

高热值，kJ/m3

低热值，kJ/m3

甲烷