天然气利用技术及其应用

序言

为缓解资源短缺带来的能源供需不平衡，以及近些年来我国环境的持续恶化，急需一种新的、清洁能源来解决这两个严峻的问题，因此天然气应运而生了。天然气具有经济，环保，安全等多种性能，通过多年对天然气应用技术的研究和实践终于使天然气在很多行业得到了理想的推广和利用。文章重点论述了天然气在发电，汽车等各种领域中应用现状及其相关的新技术，希望能使大家了解目前天然气的各种应用技术。

第1章天然气的分类、组成及性质

1.1天然气的分类

按产状分类天然气可分为：游离气、溶解气、吸附气及固体气;

按经济价值分类天然气可分为：常规天然气和非常规天然气；

按来源分类天然气可分为：有机来源和无机来源；

按烃类组成分为:干、湿气（富气、贫气），烃类按组成分类天然气可分为：气、非烃类气；

按酸气含量分为：净气、酸气

我国习惯分法：伴生气、气藏气和凝析气

伴生气：系产自油藏（含油储集层）的气，也称油田气。指在地下储集层中伴随原油共生，或呈溶解气形式溶解在原油中，或呈自由气形式在含油储集层上部游离存在的天然气。伴生气一般多为富气。

气藏气：系产自气藏（含气储集层）的气，也称气田气。指在地下储集层中均一气相存在，采出地面仍为气相的天然气。气藏气多为贫气。

凝析气：系产自具有反凝析特征气藏的气。指在地下储集层中呈均一气相存在，在开采过程中当气体温度、压力降至露点状态以下时会发生反凝析现象而析出凝析油的天然气。

1.2天然气的组成

天然气是由烃类和非烃类组成的复杂混合物。大多数天然气的主要成分是气体烃类，此外还含有少量非烃类气体。天然气中的烃类基本上是烷烃（C10～C60），非烃类气体，一般为少量的N2，O2，H2，CO2，H2O， H2S及惰性气体。

1.3天然气基本物理性质

由于天然气是由互不发生化学反应的多种单一组分气体混合而成，其组分和组成无定值。只能假设成具有平均参数的某一物质，故它的基本物性参数可由单一组分气体的性质按混合法则求得。

天然气的物理性质指其平均分子量、密度、蒸汽压、粘度、粘度、烃露点等等。

第2章天然气富气回收利用技术

凝析气田开发需对凝析油进行稳定处理，所产生的富气含有大量C

3、C

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组分和水，

由于这种富气不能直接作为燃料气利用而放空燃烧，造成资源浪费和环境污染。针对这一问题，为了到达保护环境、降本增效的目的，以北疆地区盆5气田为试点，经过对增压再处理、脱水后做燃料气等方式比选，采用了“分子筛脱水法”对该天然气处理站的富气进行了回收利用，减少了气田燃料气的用量，减少了CO

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排放量，为降低气田能耗、降低污染起到了重要作用。

2.1气田概况

表2-1-1数据显示：气藏天然气组分变化较大，与开发初期相比，目前组分中甲、乙烷含量由开发初期92.44％升高至目前的95.31％，丙、丁烷含量由开发初期4.5％下降至目前的2.24％。

凝液稳定工艺:凝液稳定工艺系统由脱乙烷塔、脱丁烷塔、重沸器、塔顶冷凝器、液化气缓冲罐、液化气回流泵、液化气储罐等设备组成，由于液化气组分含量较开发初期大幅降低，液化气生产系统不能生产出符合技术要求的液化石油气，实际生产仅采用脱乙烷塔对凝析油进行稳定处理。

脱乙烷塔塔顶富气组分复杂，既含水，又含有液化气及C

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以上组分。富气脱水、脱烃是富气回收利用技术研究需重点解决的问题。

2.2分子筛脱水处理法

2.2.1分子筛脱水基本原理

分子筛是人工合成的晶体型硅铝酸盐，依据其晶体内部孔穴的大小而吸附或排斥不同物质的分子，限制了比孔穴大的分子进入，起到选择性吸附作用。分子筛具有很大的比表面积（600~1200m2/g），它的孔径为分子大小，对极性和不饱和分子有较强的吸附作用，适用于去除天然气中的水分。

2.2.2分子筛脱水过程

富气经过滤分离器除去携带的液滴后自上而下进入分子筛脱水塔，进行脱水吸附过程。脱除水后的干气经产品气粉尘过滤器除去分子筛粉尘后，作为本装置产品气输送出去。

再生循环由两部分组成——加热与冷却。在加热期间，再生气有再生气加热器加热到200-315℃后，自下而上的进入分子筛脱水塔，进行分子筛再生过程。分子筛脱水塔顶出来的再生气经过再生气冷却器冷却后，在进入再生气分离器分离出来凝液，之后再生气可返回到湿原料气中，也可参入产品气中，还可进入工厂燃料气系统中。一旦分子筛床层被再生完全之后，再生气将走再生气加热器旁通，进入分子筛脱水塔以使床层冷却下来，当冷吹气流出口温度低于50℃时，冷却过程即可停止。

2.2.3分子筛脱水工艺的特点

1）分子筛脱水工艺优点

①在吸附质浓度很低或者较高温度的情况下，分子筛仍有很强的吸附能力，脱水效果好；

②控制程序简单，易于实现自动化控制；

③设备较少，可做成橇装装置，占地少，易搬运；

④属静设备，能耗低，便于管理；

⑤一次性投入相对较低；

2）分子筛脱水工艺的缺点

①吸附剂使用寿命短，一般2~3年就得更换；

②脱烃效果差。

2.3 工艺技术特点

2.3.1 高效脱水分子筛

装置采用了3A－EMP高效脱水分子筛，其优良性能体现于：

1）比表面大。其比表面高达900~1000m2/g。较大的比表面减少了分子筛的用量，提高了脱水效率，可使富气露点降至≤-40℃。

2）热稳定性高。最高可耐受350℃高温。其良好的耐热性充分保证了分子筛的再生效果，有效防止加热再生时造成的孔道坍塌。

2.3.2 完善的加热技术

1）主、副加热器协调工作，有利于调节加热强度，确保再生效果，降低设备能耗。

2）多点温度传感器监控，准确显示、控制加热器出口、再生气出口和冷却器出口温度，控制参数输入PLC中央处理器处理，并按设定程序控制再生系统参数。

2.3.3 封闭式内循环再生

再生系统由循环风机─加热器─再生塔─冷却器─分离器组成封闭式内循环系统，仅需极少成品天然气即可达到分子筛的再生效果，节约投资。再生系统设置有减压阀和补压阀，维持系统内的天然气压力恒定，保证再生效果。