天然气的性质

第二章天然气基础知识
第一节天然气的用途
随着天然气资源的不断发现和开采，天然气的利用范围正逐步扩大，主要表现在如下几方面：
1．天然气是重要的能源，是优质燃料。

天然气具有热值高、运输和使用方便、燃烧完全、干净、无烟无渣、价格便宜等优点。

因此，天然气广泛用于交通、冶金、电力、轻工、化工等行业的内燃机、炼钢、热处理、发电、工业锅炉、加热炉、印染、纺织、制盐等诸多方面；同时作为生活燃料大量供应给居民。

在世界的燃料消费结构中，天然气已超过20％，并在继续增长。

2．天然气是宝贵的化工原料。

与其它固体或液体化工原料相比，它具有含水、含灰分极少，含硫化物等杂质极微，使用、处理方便等优点。

因此，使用天然气作为化工原料，可使生产的产品成本降低，提高劳动生产率。

用天然气作化工原料，可以生产近千种化工产品。

目前国内外大规模生产的天然气化工产品有数十种，其中一部分是中间产品，主要有合成氨、甲醇、乙炔、甲烷氯化物、硝基甲烷、甲醛、氢氰酸、稀烃、芳烃、二硫化碳和碳黑等等。

利用上述产品，可以进一步加工制造氮肥、有机玻璃、合成纤维、合成朔料、医药、溶剂、冷冻剂、灭火剂、电影胶片、炸药、高能燃料等等。

而合成纤维、合成橡胶及塑料还可以进一步加工，制造出众多的工业、农业、军事和民用产品。

3．可从天然气中提炼宝贵的氦气和氩气，用于航天和电气工程；回收单质硫以制造硫酸、农药及其它硫化物产品。

利用天然气可以生产出石油蛋白，作为饲料代替粮食喂养家禽、家畜和鱼类，效果很好。

总之，天然气不仅在工业、农业、国防等国民经济的各个方面发挥着重要作用，而且天然气及其产品，已广泛地应用于人们生活的各个领域之中。

第二节天然气的组分
一、天然气的组成
天然气是一种以饱和碳氢化合物为主要成分的混合气体，对以开采的世界各地区的天然气分析化验结果证实，不同地区，不同类型的天然气，所含组分是不同的。

据有关材料统计，各类天然气中所包含的组分有100 多种，将这些组分加以归纳，大致可以分为三大类型，即烃类组分，含硫组分和其他组分。

1．烃类组分
碳和氢两种元素组成的有机化合物，称之为碳氢化合物，简称为烃类化合物。

烃类化合物是天然气的主要成分，大多数天然气中烃类组分含量为６０％—８０％。

烃类化合物有饱和烃，不饱和烃，环烷烃及芳香烃之分。

烃分子中，碳—碳原子之间单键相连，四价的碳原子的其余价键被氢饱和，称之为饱和烃，也称为烷烃，其分子通式为：C n H2n+2。

烃分子中，碳—碳以双键相连，四价的碳原子的其余价键被氢饱和，称之为烯烃，其分子通式为：C n H2n。

烃分子中，碳—碳以三键相连，四价的碳原子的其余价键被氢饱和，称之为炔烃，炔烃的分子通式为：C n H2n-2。

分子中碳键首尾相连的烷烃，称之为环烷烃，分子中含有苯环的碳氢化合物称之为芳香烃。

天然气中的烃类组分，烷烃的比例最大，其中最简单的是甲烷，分子式为C1H4。

一般来说，大多数天然气的成分是甲烷，其含量通常为７０％—９０％。

甲烷是无色，无臭，比空气轻的可燃气体，是优良的气体燃料。

甲烷的化学性质相当的稳定，但经过热裂解，水蒸气转化，卤化以及硝化等反应后，可以制造出化肥，塑料，橡胶及人造纤维等，即甲烷同时是一种用途广泛的化工原料。

天然气中除甲烷组分外，还有，乙烷，丙烷，丁烷（正丁烷和异丁烷），它们在常温常压下都是气体。

有些天然气中乙烷，丙烷，丁烷的含量较多，而丙烷，丁烷可以经适当加压降温而液化，这就是通常所说的液化石油气，简称液化气。

液化气可以进行加工制成许多化工产品，是很宝贵的化工原料，同时也可以装入罐内，供给城市居民生活使用。

天然气中还含有一定量的戊烷（C5）乙烷（C6）庚烷（C7）辛烷(C8) 任烷(C9) 和葵烷(C10) 等含量较多的烷烃，简称为碳五以上的组分，它们在常温常压下是液体，是一种天然汽油的主要成分。

在天然气开采中，上述组分凝析为
液态而被回收，称之为凝析油，是一种天然气的汽油，可以用作汽车的燃料。

至于含碳量更多的烷烃，在天然气中的含量级少。

不饱和烃烯烃及炔烃，在天然气中的含量很少，大多数天然气中不饱和烃的总含量小于1%。

有些天然气中含有少量的环戊烷和环己烷。

有些天然气中含有少量的芳香烃，其多数为苯，甲苯及二甲苯，上述组分，常常可以和凝析油一起从天然气中分离出来。

2．含硫组分
天然气中含硫组分，可以分为无机硫化物和有机硫化物两类，无机硫化物组分只有硫化氢，分子式为H2S 。

硫化氢是一种比空气重，可燃，有毒，有臭鸡蛋气味的气体，硫化氢的水溶液叫氢硫酸，显酸性，故称硫化氢为酸性气体。

有水存在的情况下，硫化氢对金属有强烈的腐蚀做用，硫化氢还会使化工生产中的催化剂中毒而失去活性（催化能力减弱）。

因此天然气中含有硫化氢，必须经过脱硫处理，才能进行管输和利用。

由脱硫工艺可知，在进行天然气脱硫的同时，可以回收硫化氢，并将其转化成硫磺及进一步加工成硫化工产品。

3．其它组分
天然气中，除去烃类和含硫组分外，相对而言，较为多件的组分还有二氧化碳，氧和氮，氢，氦，氩以及水汽。

二氧化碳是无色，无臭，比空气重的不可燃气体，溶于水生成碳酸，故二氧化碳也是酸性气体。

有水存在的情况下，二氧化碳对金属设备及管线腐蚀严重，通常在天然气脱硫工业中，尽量将二氧化碳和硫化氢一起除去二氧化碳在天然气中的含量，对个别气井而言，可以高达10% 以上，一氧化碳在天然气中的含量甚微。

在某些天然气中发现有微量氧，大多数天然气中含有氮，一般情况下其含量都在１０％以下，个别的天然气中也有高达５０％，甚至更高，例如美国某气田生产的天然气中，氮的含量高达９４％。

天然气中的氢，氩，氦的含量极地一般在１％以下。

大多数含有饱和水蒸气，即水气。

随着天然气的开采输送，天然气温度降低，其中的水汽会不断冷凝为液态水，天然气中凝析出的液态水会影响管输工作，如果遇上二氧化碳和硫化氢，会腐蚀金属设备及管道，故天然气中的饱和水汽，应
进行脱除。

二、天然气的成分表示法
为了了解天然气的组成，可以对天然气组分作全面分析，目前采用的分析仪器为气相色谱仪，主要有美国惠普和日本岛津系列气相色谱仪。

表示天然气组成有三种方法：摩尔组成、体积组成、和质量组成。

1．摩尔组成
这是目前最长用的一种表示方法，等于该组分的摩尔数与天然气的摩尔数之比值，常用符号i y 表示气中组分i 的摩尔组成，其表达式为：
∑==n i i
i
i n
n y 1 式中 i n ——气组分i 的摩尔数；
∑=n i i n
1——气体总摩尔数。

2、体积组成
天然气中某组分的体积组成，是指该组分的体积量与天然气的体积量之比值，也常用符号i y 表示气中组分i 的体积组成；其表达式为：
∑==n i i
i
i V
V y 1 式中 i V ——气组分i 的体积；
∑=n i i V
1——气体总体积。

3．质量组成
天然气中某些组分的质量组成，是指该组分的质量与天然气的质量之比值，用符号i G 表示为：
∑==i
i i i m m m m G
式中：g i——天然气i组分的质量组成；
m i——天然气i组分的质量，kg、g；
m——天然气的质量，kg、g 。

利用上式，可以计算天然气某组分的质量组成。

出师表
两汉：诸葛亮
先帝创业未半而中道崩殂，今天下三分，益州疲弊，此诚危急存亡之秋也。

然侍卫之臣不懈于内，忠志之士忘身于外者，盖追先帝之殊遇，欲报之于陛下也。

诚宜开张圣听，以光先帝遗德，恢弘志士之气，不宜妄自菲薄，引喻失义，以塞忠谏之路也。

宫中府中，俱为一体；陟罚臧否，不宜异同。

若有作奸犯科及为忠善者，宜付有司论其刑赏，以昭陛下平明之理；不宜偏私，使内外异法也。

侍中、侍郎郭攸之、费祎、董允等，此皆良实，志虑忠纯，是以先帝简拔以遗陛下：愚以为宫中之事，事无大小，悉以咨之，然后施行，必能裨补阙漏，有所广益。

将军向宠，性行淑均，晓畅军事，试用于昔日，先帝称之曰“能”，是以众议举宠为督：愚以为营中之事，悉以咨之，必能使行阵和睦，优劣得所。

亲贤臣，远小人，此先汉所以兴隆也；亲小人，远贤臣，此后汉所以倾颓也。

先帝在时，每与臣论此事，未尝不叹息痛恨于桓、灵也。

侍中、尚书、长史、参军，此悉贞良死节之臣，愿陛下亲之、信之，则汉室之隆，可计日而待也。

臣本布衣，躬耕于南阳，苟全性命于乱世，不求闻达于诸侯。

先帝不以臣卑鄙，猥自枉屈，三顾臣于草庐之中，咨臣以当世之事，由是感激，遂许先帝以驱驰。

后值倾覆，受任于败军之际，奉命于危难之间，尔来二十有一年矣。

先帝知臣谨慎，故临崩寄臣以大事也。

受命以来，夙夜忧叹，恐托付不效，以伤先帝之明；故五月渡泸，深入不毛。

今南方已定，兵甲已足，当奖率三军，北定中原，庶竭驽钝，攘除奸凶，兴复汉室，还于旧都。

此臣所以报先帝而忠陛下之职分也。

至于斟酌损益，进尽忠言，则攸之、祎、允之任也。

愿陛下托臣以讨贼兴复之效，不效，则治臣之罪，以告先帝之灵。

若无兴德之言，则责攸之、祎、允等之慢，以彰其咎；陛下亦宜自谋，以咨诹善道，察纳雅言，深追先帝遗诏。

臣不胜受恩感激。

今当远离，临表涕零，不知所言。