1天然氣基礎知識21燃氣的分類與天然氣理、化性質課程概要12

LNG的優勢與危險性常見單位換算33燃氣：在具有氧氣、火源二者同時存在時可以控制燃燒的可燃混合氣體。城市燃氣：城市民用和廠礦企業使用的燃氣，一般是由數種單一氣體組成的可燃混合氣體。天然氣：指動、植物通過生物、化學及地質變化作用，在不同地質條件下生成、轉移，在一定壓力下儲集，埋藏在深度不同的地層中的優質的可燃混合氣體。其組分以甲烷為主，同時還含有少量的其他碳氫化合物、二氧化碳、硫化氫、氮和微量的氦、氖、氬等氣體。一、什么是燃氣？4城市燃氣的分類天然氣人工煤氣液化石油氣生物氣（沼氣）新型合成能源（二甲醚DME等）二、燃氣的分類5

氣田氣：由氣井開采出的可燃氣體。主要成分是甲烷，約占98％左右。平均熱值：38MJ/NM3（合9080kcal)。石油伴生氣：隨石油開采一起噴出，經分離而獲得。乙烷含量較高，平均熱值：42MJ/NM3(合9910kcal)。凝析氣田氣：天然氣開采過程中，從天然氣中凝析出的一部分石油輕質餾分。戊烷含量較高，平均熱值：46MJ/NM3(合10992kcal)。礦井氣：原煤開采中，從井下煤層中抽出的可燃氣體。CH4含量約為30-55%。平均熱值：18.84MJ/NM3(合4502kcal)。頁巖氣：頁巖氣是從頁巖層中開采出來的天然氣,成分以甲烷為主,是一種重要的非常規天然氣資源。我國頁巖氣的勘探與開發還處于起步階段，美國成為世界上唯一實現頁巖氣大規模商業性開采的國家，2010年頁巖氣的開采量增長至美國天然氣總量20%三、天然氣的種類NG、LNG、CNG、ANG的具體含義NG的儲存主要有液化天然氣（LNG）、壓縮天然氣（CNG）、吸附天然氣（ANG）和天然氣水合物（NGH）等方式。

LNG是天然氣經過凈化之后，通過壓縮升溫，在混合致冷劑的作用下，冷卻移走熱量，并除去其中的氮氣、二氧化碳、固體雜質、硫化物和水，再節流膨脹而得到-162℃的以液態形式存在的LNG。經過這一過程，天然氣體積縮小了625倍。CNG通常是在常溫、20～25MPa下保存的壓縮超臨界流體。在298K、20MPa條件下，CNG的密度約為0.15g/cm3，相當于STP條件下NG的密度的230倍，CNG的體積儲存量一般可達200V（STP）/V（換算成STP條件下的甲烷體積同吸附劑體積之比）。ANG是吸附儲存在多孔材料中的天然氣，通常維持在常溫、中低壓（3.5～4MPa）條件下。由于ANG以CNG的1/6的壓力（只需單級壓縮）就有望實現相當于CNG的天然氣儲存量，因此被寄予厚望，獲得了廣泛的研究。ANG技術的關鍵是開發出適合天然氣儲存的高效專用吸附劑，自20世紀50年代以來研究過的吸附劑包括天然沸石、分子篩、活性氧化鋁、硅膠、碳黑、活性炭、金屬有機框架化合物等。

NGH是水和天然氣之間以氫鍵形式形成的籠形結構冰狀晶體化合物，最早發現的NGH是海洋和凍土區的自然天然氣水合物礦藏。在籠形水合物全部填滿的情況下，NGH的理論體積儲存量可達174V（STP）/V，但是，實驗室實現的NGH儲量通常僅為其1/3，同時NGH技術還存在著一些重要缺陷：形成速度非常緩慢、需要分離和富集水合物顆粒、在水合物中包含了大量的未反應的間隙水和儲存的天然氣不能僅僅通過減壓方式釋放。7煤炭、石油、天然氣并稱為世界能源的三大支柱。我國是多煤少油乏氣的國家。天然氣現已成為全球公認的最清潔能源，是世界各國改善環境和維持經濟可持續發展的最佳能源選擇。世界各國能源結構將逐步圍繞天然氣作巨大的調整。在中國能源結構中，到2020年，預測天然氣占一次能源消費總量的比例將從現在的4％上升至10％。一些能源界人士認為，中國天然氣行業的黎明已經來臨。一場以天然氣為主力軍的歷史性能源革命正在展開。(朝陽產業：改善生存環境；提高生活品質)天然氣行業發展現狀8天然氣資源概況我國大約在公元前900年就開始使用天然氣，是世界上最早利用天然氣的國家之一，公元前211年在四川鉆了第一口天然氣氣井。蘊藏量豐富，現已探明儲量為38.6萬億立方米，可開采量24.7萬億立方米，可供使用60年西一線、西二線、西三線、川東線、陜京一、二、三線貫穿內陸管網，合計年輸氣能力達1190億立方米。俄氣南下、海氣登陸、西氣東輸、川氣東送、形成良好的天然氣發展格局。天然氣液化與天然氣壓縮技術極大的推動天然氣的利用與蓬勃發展。2011年國內達產近1400萬立方/日，2015年LNG年接收預計可達3000萬噸。進口LNG將滿足中國需求量30%21世紀是天然氣的世紀9LNG是英文LiquefiedNaturalGas（液化天然氣）的縮寫。LNG是天然氣經過凈化之后，通過壓縮升溫，在混合致冷劑的作用下，冷卻移走熱量，并除去其中的氮氣、二氧化碳、固體雜質、硫化物和水，再節流膨脹而得到-162℃的以液態形式存在的LNG。經過這一過程，天然氣體積縮小了625倍。天然氣液化后，為維持其低溫狀態，必須用特殊冷凍船運送到買方接收站，并經由卸料臂送到低溫儲存，經由海水汽化裝置，將低溫液態天然氣復原為常溫氣態天然氣，然后經由管線，將天然氣輸送到發電廠、工廠及家庭用戶使用。LNG的主要成份為甲烷，化學名稱為CH4，還有少量的乙烷C2H6、丙烷C3H8以及氮N2等其他成份組成。LNG作為一種清潔燃料，必將成為新世紀的主要能源之一。四、LNG的基本性質LNG基本知識——LNG的主要物理化學性質10LNG基本知識——LNG的主要物理化學性質11主要物理性質①沸點為-162.15℃，熔點為-182℃，著火點650℃②臨界溫度為-82.3℃，臨界壓力為45.8kg/cm3③液態密度為420—460kg/m3，氣態密0.688kg/Nm3④氣態熱值9100Kcal/m3，液態熱值12000Kcal/kg⑤無色無味氣體1、LNG沸點都在-162°C左右-162°C的溫度使LNG從生產、運輸、儲存、使用都具有了特殊性：①天然氣液化過程，需要多級冷卻，并不是一下就能直接冷到-162°C的。②存儲運輸過程中需要用保溫材料，防止冷能過多流失。可用耐低溫、絕熱性能好的儲罐低溫儲存，LNG儲罐進行絕熱處理（珍珠粉，雙層抽真空）。可采用LNG槽車、LNG運輸船進行遠距離運輸。也可采用低溫材料的管道進行輸送，需進行保溫絕熱處理。③利用過程中又要防止LNG低溫凍傷，操作人員應佩戴防凍手套、防護面罩；如果是氣化成氣體使用的話，考慮的就是大型LNG項目冷能利用的問題。2、熔點：在一定壓力下純物質的固態和液態呈平衡時的溫度。對LNG來說液態變為固態的溫度。3、著火點650℃物理性質一：溫度臨界溫度：物質以液態形式出現的最高溫度。LNG（由天然氣變LNG的溫度，氣態變液態后的溫度：—82.3℃壓力越小，臨界溫度就越低。天然氣與壓力沒有直接關系，嚴格的來說天然氣的形態是與溫度有著非常重要的關系，如果溫度高于—82.3℃（就為氣態）；若溫度低于—82.3℃（為液態）—82.3℃叫臨界溫度。臨界壓力：就是在臨界溫度時使氣體液化所需要的最小壓力。也就是液體在臨界溫度時的飽和蒸汽壓。物理性質二：臨界溫度、臨界壓力15

液態與氣態密度比大1體積液化天然氣的密度大約是1體積氣態天然氣的625倍，即1體積LNG大致轉化為625體積的氣體。天然氣比空氣輕，且小于1Kg/Nm3，其密度一般在0.7-0.8kg/Nm3左右，不同產地、不同氣田天然氣組分之別導致其密度是有差異的。相對密度指氣體密度與空氣平均密度（1.293kg/Nm3)之比，顯然天然氣的相對密度小于1，比空氣輕，LNG泄露氣化后易擴散。LNG的密度取決于其組分，通常在430㎏/m3～470㎏/m3之間，但是在某些情況下可高達520㎏/m3。密度還是液體溫度的函數，其變化梯度約為1.35㎏·m-3·℃-1。物理性質三：密度16天然氣的熱值：

單位體積天然氣完全燃燒可放出的熱量稱為天然氣的熱值，單位kJ/Nm3。熱值分高熱值和低熱值兩種。天然氣的高熱值在數值上大于其低熱值，區別是高熱值指煙氣中所含水蒸氣以冷凝狀態呈現，釋放出汽化潛熱時的熱值。

低熱值=高熱值-水蒸氣的氣化潛熱甲烷在標準狀態下：高熱值為39.82MJ/m3；低熱值為35.88MJ/m3氣態熱值9100Kcal/m3，液態熱值12000Kcal/kg。天然氣作為混合氣體，其熱值根據組分不同在一定區間波動，具體數值對應具體抽樣分析到樣本氣。物理性質四－熱值注：1MJ=238.9Kcal天然氣正是擁有較高的熱值，才能用作燃料17因為LNG無味，當LNG氣化作為城鎮燃氣使用時必須加臭，以便天然氣若有泄露能及時發現，第一時間處理。常用的加臭劑是四氫噻吩。加臭標準：16-25mg/NM3物理性質五：無色透明、無味18爆炸極限：天然氣的爆炸極限是5－15%（占空氣中體積%）。LNG泄漏一定會爆炸嗎？不一定，若LNG泄漏到地面或水面，即使被點燃也不會在開闊區域的空氣中爆炸。LNG泄漏后產生的蒸汽擴散到大氣中的移動距離取決于哪些因素？移動的距離取決于LNG的泄漏量、持續時間、風速、風向、地形、大氣溫度、濕度。天然氣化學性質一：燃燒特性氣體甲烷乙烷乙烯丙烷丙烯正丁烷異丁烷一氧化碳氫氣硫化氫爆炸下限5.02.92.72.12.01.51.812.54.04.3爆炸上限15.013.034.09.511.78.58.574.275.945.519

LNG有毒嗎？LNG和天然氣是無毒的，但高濃度的天然氣可以使人窒息。液體大量溢出會迅速氣化吸熱，造成大量的霧氣，降低氧氣濃度，有可能造成窒息。化學性質二：無毒無腐蝕性20CNG的生產過程：經過干燥、壓縮機加壓而成。天然氣經壓縮機加壓后，壓力達到20-25MPa，再經過高壓深度脫水干燥充裝進入高壓鋼瓶組槽車儲存，通過公路運輸方式，把其送至使用城市或其它用氣點。

它與管道天然氣的組分相同。CNG可作為車用燃料利用，CNG、LNG不可用于長輸管線輸送。應用：由于CNG壓力非常高，因此相應容器、管道壓力等級很高。萬一發生泄漏，除了本身易燃易爆外，還可能因為高壓損壞設備、對人體造成致命傷害。所以，必須嚴格按操作規程進行相關操作，定期進行設備檢維修，作好個人安全防護（佩戴好安全帽等）CNG的基本特性LNG的優勢（1）供氣平穩：LNG作為氣源供氣時，一是建設氣化站采用點對點方式供氣；二是以氣化站為氣源建立局域網方式供氣，與管道氣相比，氣源獨立，可根據用戶用量設定LNG儲罐儲量，不受上下游用戶的影響，供氣平穩性好。（2）熱效率高：LNG與管道氣相比，在液化前需要去除水分、二氧化碳、氮氣、硫化物和其它雜質，組分純，熱值高，是管道天然氣的1.25倍，應用于工業燃氣，無過多的氮氣、水分和其它雜質參加燃燒，熱效率高。（3）安全性好：LNG燃點高（650℃），爆炸極限窄（5-15%），氣化后相對密度為0.47-0.55，只有空氣的一半左右。即使稍有泄漏，也會立即揮發擴散，在非受限空間內不存在爆炸的可能。且由于LNG的低溫特性，一旦發生不安全事故，保溫罐體漏熱，液體會急劇蒸發向外部噴射氣體，即使燃燒，也不會回燃，不存在爆炸的可能，安全性好。熱值MJ/kg爆炸極限%密度千kg/m3著火溫度C汽油46-481.1--5.90.73450柴油43.6-46.21.5--4.50.84230LNG36-435--150.46650LNG的優勢（4）環保性強：LNG組分純凈，主要成分是甲烷，替代車、船發動機用汽柴油，減少尾氣有害排放物85%以上；替代工業燃氣乙炔、丙烷、液化石油氣，減少二氧化碳排放50%左右，與燃煤相比環保性更加顯著，且LNG不含有苯、鉛、磷等有毒、有害物質，環保性好。（5）經濟性佳：LNG替代車、船發動機用汽柴油，可節約燃料成本30%左右，替代工業燃氣乙炔、丙烷、液化石油氣，可節省綜合成本40%以上；與CNG相比，運輸費用低，是CNG運費的1/10。（6）方便靈活：LNG單位體積密度大，便于攜帶運輸，可實現非管網供氣，達到天然氣供應無死角，方便靈活。（7）用途廣泛：LNG既可以為管網進行季節、故障調峰，也可以實現非管網供氣，使天然氣資源多元化，優化能源結構，保證供氣平穩安全，更是大中城市節能減排的理想能源，廣泛應用于運輸業、物流業、機加工業、造船業、鋁業、食品加工業、鑄造業、玻璃、陶瓷、路橋、水泥加工、冷藏、深冷加工等，應用領域廣。LNG在車船上的應用—可行性

根據LNG的物理、化學性質與柴油、汽油的性質相近，做為燃料在車船上的應用，技術上是可行的。

LNG車輛有兩種類型：一種以LNG為燃料的單燃料汽車，一種LNG與柴油混合使用的雙燃料汽車。整車生產LNG汽車廠家有：陜汽、東風、長安、重汽、金龍、宇通

LNG雙燃料汽車改裝廠家有：上海、深圳、貴州、北京等發動機生產廠家：濰柴、玉柴、無柴、上柴等LNG加氣站設備廠家有安瑞科、四川華氣厚普等。

建站不受天然氣管網制約，加氣站占地少。另外建站資金較低建站周期較短。由于LNG是液態，便于運輸。特別適應于礦山、港口運輸的重型卡車和城際大巴以及內湖和近海船舶上應用。23LNG在車船上的應用——優勢續駛里程長擴展性好經濟性更優清潔環保投資節約安全性高重卡用450L瓶可行駛400Km以上。車輛節約燃油成本，設備簡單，維護成本低，車輛超載效果更突出。LNG的燃點為650℃，比汽、柴油高；LNG的爆炸極限為5%—15%，爆炸極限比汽、柴油寬，且氣化后密度很低，稍有泄漏即揮發擴散。CO和硫化物等污染物排放量少，環境效果明顯。LNG儲存效率高、占地少、無大型動力設備運營成本低、投資省。只需增加一臺壓縮機和汽化器即可生產CNG。24LNG在車船上的應用——優勢

LNG的主要成份為甲烷，硫化物和碳氫化和物少，因此LNG燃燒基本無污染；LNG車用燃料可以降低汽車尾氣排放污染，改善城市空氣質量，環保效果顯著。

LNG環保性25

污染物燃料

污染物排放量g/m3)CO碳氫化合物NO總SO總微粒總量CNG、LNG0.020.160.76000.94柴油7.130.561.430.650.19.87汽油5.180.341.190.440.057.2甲醇1.80.160.34002.3電力0.060.021.420.980.032.51LNG在車船上的應用——優勢LNG環保性26山東地區柴油與LNG價格比較（重卡）百公里油/氣耗50升50/1.273=39公斤平均單價 4.95元/升3.5元/公斤 百公里燃料費用比較247.5元136.5元經濟效益分析行駛里程：10萬公里/年300km/日每年節省燃料費用：1.11元/公里×10萬公里/年11.1萬元采用LNG車的購車成本比柴油車增加8-10萬.一年收回購車成本。冬季北方重卡必須用低溫柴油，天然氣不存在低溫問題,效益更加顯著。LNG在車船上的應用——優勢LNG經濟性27LNG在車船上的應用——結論用LNG作為車用燃料從技術上是可行的。

國內LNG資源是充足的

結論

LNG在車船上用經濟效益是明顯的。占地少、投資省污染低，環保效能高28LNG的安全性燃燒范圍：5%~15%，即體積分數低于5%和高于15%都不會爆炸。自然溫度：可燃氣體與空氣混合物，在沒有火源的情況下，達到某一溫度后，能夠自動點燃著火的最低溫度成為自然溫度。甲烷性質比較穩定，在大氣壓力條件下，純甲烷的平均自然溫度為650℃。以甲烷為主要成分的天然氣自然溫度較高，LNG的自然溫度隨著組分的變化而變化。燃燒速度：是火焰在空氣—燃氣的混合物中的傳遞速度。天然氣的燃燒速度較低，其最高燃燒速度只有0.3m/s。BOG加熱器LNG儲罐日蒸發率大約為0．15％，這部分蒸發了的氣體(簡稱BOG)如果不及時排出，將造成儲罐壓力升高，為此設置了降壓調節閥，可根據壓力自動排出BOG。儲罐蒸發的BOG和槽車卸車的BOG，通過1臺BOG加熱器加熱后進入BOG儲罐儲存，在冬季使用水浴式NG加熱器時，BOG可作為熱水鍋爐的燃料，夏季可進入管網。EAG加熱器低溫系統安全閥放空的全部是低溫氣體，在大約-107℃以下時，天然氣的重度大于常溫下的空氣，排放不易擴散，會向下積聚。因此設置一臺空溫式放散氣體加熱器，放散氣體先通過該加熱器，經過與空氣換熱后的天然氣比重會小于空氣，高點放散后將容易擴散，從而不易形成爆炸性混合物LNG的危險性（1）翻滾：由于貯槽中LNG不同的組成和密度引起分層，兩層之間進行傳質和傳熱，最終完成混合，同時在液層表面進行蒸發。此蒸發過程吸收上層液體的熱量而使下層液體處于過熱狀態。當兩液體的密度接近相等時就會突然迅速混合而在短時間內產生大量氣體，使儲罐內壓力急劇上升，甚至頂開安全閥。為避免這種危險，應采取特殊處理的方法：①輕LNG從槽底進料，或重LNG槽頂進料，或兩者結合使用；②在槽內安裝一自動密度儀檢測不同密度的層；③用槽內泵使液體從底至頂循環；④保持LNG的含氮量低于1%，并且密切監測氣化速率。（2）低溫凍傷由于LNG是-162℃的深冷液體，皮膚直接與低溫物體表面接觸會產生嚴重的傷害。直接接觸時，皮膚表面的潮氣會凝結，并粘在低溫物體表面上。皮膚及皮膚以下組織凍結，很容易撕裂，并留下傷口。粘接后，可用加熱的方法使皮肉解凍，然后再揭開。這時候如硬將皮膚從低溫表面撕開，就會將這部分皮膚撕裂，所以當戴濕手套工作時應特別注意。低溫液體黏度較低，它們會比其他液體（如水）更快地滲進紡織物或其他多孔的衣料里去。在處理與低溫液體或蒸汽相接觸或接觸過的任何東西時，都應戴上無吸收性的手套（PVＣ或皮革制成），手套應寬松，這樣如發生液體濺到手套上或滲入手套里面時，就可容易地交手套脫下。如有可能發生激烈的噴射或飛濺，應使用面罩或護目鏡保護眼睛。LNG的危害（3）LNG的泄露由于低溫操作，金屬部件會出現明顯的收縮，在管道系統的任何部位尤其是焊縫，閥門、法蘭、管件、密封及裂縫處，都可能出現泄漏和沸騰蒸發，如果不及時封閉這些蒸氣，它就會逐漸上浮，且擴散較遠，容易遇到潛在的火源，十分危險。可以采用圍堰和天然屏障對比空氣重的低溫蒸氣進行攔截。（4）低溫麻醉沒有充分保護措施，在低于10℃下待久后，就會有低溫麻醉的危險產生，隨著體溫下降生理功能和智力活動下降，心臟功能衰竭，進一步下降會致人死亡。對明顯受到體溫過低影響的人，應迅速從寒冷地帶轉移并用熱水洗浴使體溫恢復，不應該用干熱的方法提升體溫。（5）窒息呼吸LNG低溫蒸氣有損健康，短時間內，導致呼吸困難，時間一長，就會產生嚴重的后果。雖然LNG蒸氣沒有毒，但其中的氧含量低，容易使人窒息。如果吸入純凈LNG蒸氣而不迅速脫離，很快就會失去知覺，幾分鐘后便死亡。當空氣中的氧含量逐漸降低，操作人員沒有一點感覺，也沒有任何警示。等意識到，則為時已晚。LNG的危害（6）冷爆炸在LNG泄漏遇到水情況下，（例如集液池中的雨水），水與LNG之間非常高的熱傳遞速率，LNG將激烈地沸騰并伴隨大的響聲、噴出水霧，導致LNG蒸氣爆炸。這個現象類似水落在一塊燒紅的鋼板上發生的情況，可使水立即蒸發，為避免這種危險，應定期排放集液池中的雨水。（7）火災LNG蒸氣遇到火源著火后，火焰會擴散到氧氣所及的地方。游離云團中的天然氣處于低速燃燒狀態，云團內形成的壓力低于5kPa，一般不會造成很大的爆炸危害。燃燒的蒸氣就會阻止蒸氣云團的進一步形成，然后形成穩定燃燒。在處理LNG失火時，推薦干粉（最好是碳酸鉀）滅火器。高倍數泡沫材料或泡沫玻璃塊可用于覆蓋LNG池火并能極大降低其輻射作用。必須保證