天然氣的組成和分類

1、天然氣的組成和分類化學(xué)三班Contents目錄認(rèn)識(shí)天然氣認(rèn)識(shí)天然氣天然氣的組成天然氣的組成天然氣的分類天然氣的分類Part One認(rèn)識(shí)天然氣認(rèn)識(shí)天然氣01011-1 天然氣的定義天然氣的定義從廣義來(lái)說，天然氣是指自然界中天然存在的一切氣體，包括大氣圈、水圈、和巖石圈中各種自然過程形成的氣體（包括油田氣、氣田氣、泥火山氣、煤層氣和生物生成氣等）。而人們長(zhǎng)期以來(lái)通用的“天然氣”的定義，是從能量角度出發(fā)的狹義定義，是指天然蘊(yùn)藏于地層中的烴類和非烴類氣體的混合物，其主要成分是烷烴，其中甲烷占絕大多數(shù)，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷，此外一般還含有硫化氫、二氧化碳、氮和水氣，以及微量的惰性氣體，如氦和氬等。

2、1-2 天然氣的應(yīng)用天然氣的應(yīng)用天然氣與煤炭、石油并稱目前世界一次能源的三大支柱。天然氣與煤炭、石油并稱目前世界一次能源的三大支柱。天然氣的蘊(yùn)藏量和開采量都很大，它除了是廉價(jià)的化工原料外，主要作為燃料使用，它不僅作為居民的生活燃料，而且還被用作汽車、船舶、飛機(jī)等交通運(yùn)輸工具的燃料，還可用于制造炭黑、化學(xué)藥品和液化石油氣，由天然氣生產(chǎn)的丙烷、丁烷是現(xiàn)代工業(yè)的重要原料，由于天然氣熱值高，燃燒產(chǎn)物對(duì)環(huán)境污染少，被認(rèn)為是優(yōu)質(zhì)潔凈燃料。Part Two天然氣的組成天然氣的組成0202天然氣是一種以飽和碳?xì)浠衔餅橹饕煞值幕旌蠚怏w，對(duì)已開采的世界各地區(qū)的天然氣分析化驗(yàn)結(jié)果證實(shí)，不同地區(qū)、不同類型的天然氣

3、，其所含組分是不同的。下面分別介紹天然氣的主要組分。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，各類天然氣中包含的組分有一百多種，將這些組分加以歸納，大致可以分為三大類，即烴類組分、含硫組分和其它組分。2-1 天然氣的組成天然氣的組成我們知道，只有碳和氫兩種元素組成的有機(jī)化合物，稱為碳?xì)浠衔铮?jiǎn)稱烴類化合物。烴類化合物是天然氣的主要組分，大多數(shù)天然氣中烴類組分含量為60%90%天然氣的烴類組分中，烷烴的比例最大，其中最簡(jiǎn)單的是甲烷，其分子式為CH4 ，一般來(lái)說，大多數(shù)天然氣的甲烷含量都很高，通常70%90%。甲烷是無(wú)色無(wú)臭比空氣輕的可燃?xì)怏w，是優(yōu)良的氣體燃料。甲烷的化學(xué)性質(zhì)相當(dāng)穩(wěn)定，但經(jīng)過熱裂解、水蒸氣轉(zhuǎn)化、鹵化及硝化

4、等反應(yīng)后，可以制造出化肥、塑料、橡膠及人造纖維等，即甲烷同時(shí)又是一種用途廣泛的化工原料。甲烷是天然氣最主要的組分，其含量相當(dāng)高，故通常將天然氣作為甲烷來(lái)處理。2-2 烴類組分烴類組分天然氣中除甲烷組分外，還有乙烷、丙烷、丁烷(含正丁烷和異丁烷），它們?cè)诟邷爻合露际菤怏w。有些天然氣中，乙烷、丙烷和丁烷的含量較高，而丙烷、丁烷?？梢赃m當(dāng)加壓或降溫而液化，這就是常說的液化石油氣，簡(jiǎn)稱為液化氣。液化氣可以進(jìn)行加工制成許多化工產(chǎn)品，是很寶貴的化工原料，同時(shí)也可以裝入煤氣罐內(nèi)，供城鎮(zhèn)居民生活中使用。2-2 烴類組分烴類組分天然氣中常含有一定量的戊烷（碳五)、已烷(碳六)、庚 (碳六)、辛烷(碳八）、王烷

5、（碳九）、和癸烷(碳十），這些含碳量較多的烷烴，簡(jiǎn)稱為碳五以上組分，它們?cè)诔爻合率且后w，是汽油的主要成分。在天然氣開采中，上述組分凝析為液右而被回收，稱為凝析油，是一種天然汽油，可以用作汽車的燃料。含碳量更高的烷烴，天然氣中的含量極少。不飽和烴烯烴和炔烴，在天然氣中的含量很少，大多數(shù)天然氣中不飽和烴的總含量小于1%。有的天然氣中含有少量的環(huán)戊烷和環(huán)已烷。有的天然氣中含有少量的芳香烴，其多數(shù)為苯、甲苯和二甲苯，上述組分常?？梢院湍鲇鸵黄饛奶烊粴庵蟹蛛x出來(lái)2-3 含硫組分含硫組分無(wú)機(jī)無(wú)機(jī)有機(jī)有機(jī)天然氣中的含硫組分，可分為無(wú)機(jī)硫化物和有機(jī)硫化物兩類無(wú)機(jī)硫化物組分，只有硫化氫，分子式為HS。硫化

6、氫是一種比空氣重、可燃、有毒、有臭鴨蛋氣味的氣體。硫化氫的水溶液叫硫氫酸，顯酸性，故稱硫化氫為酸性氣體。有水存在的情況下，硫化氫對(duì)金屬有強(qiáng)烈的腐蝕作用，硫化氫還會(huì)使化工生產(chǎn)中常用的催化劑中毒而失去活性（催化能力減弱）。因此，天然氣中含有硫化氫時(shí)，必須經(jīng)過脫硫凈化處理，才能進(jìn)行管輸和利用。由脫硫工藝可知，在進(jìn)行天然氣脫硫的同時(shí)，可回收硫化氫并將它轉(zhuǎn)換為硫碳及進(jìn)一步加工為硫化工產(chǎn)品。天然氣中有時(shí)含有少量的有機(jī)硫化物組分，例如流醇、硫醛、二硫醚、二硫化碳、球基硫、腰酚、硫酚等。有機(jī)酸化物對(duì)金屬的腐蝕不及硫化氫嚴(yán)重，但對(duì)化工生產(chǎn)中的催化劑的毒害作用與硫化氫一樣，使催化劑失去活性。大多數(shù)有機(jī)硫有毒、具有

7、臭味、會(huì)污染大氣，因此，對(duì)天然氣中的有機(jī)硫，也應(yīng)該通過凈化處理，盡量脫除。天然氣中，除去烴類和含硫組分之外，相對(duì)而言，較為多見的組分，還有二氧化碳及一氧化碳、氧和氮、氫、氨、氟以及水汽。2-4 其他組分其他組分二氧化碳是無(wú)色、無(wú)臭、比空氣重的不可燃?xì)怏w，溶于水生成碳酸，故二氧化碳是酸性氣體。有水存在時(shí)，二氧化碳對(duì)金屬設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，通常在天然氣脫硫工藝中，將二氧化碳同硫化氫一起盡量脫除。二氧化碳在天然氣中的含量，對(duì)于個(gè)別氣井而言，可高達(dá)10%以上，一氧化碳在天然氣中的含量甚微。在某些天然氣中發(fā)現(xiàn)有微量氧，大多數(shù)天然氣中含有氮，一般情況下，其含量都在10%以下，也有高達(dá)50%、甚至更多的。如美國(guó)某

8、氣田生產(chǎn)的天然氣中，氨的含量高達(dá)94%。天然氣中氫、氨、氬的含量極低，一般都在1%以下。氣井采出的天然氣，大多含有飽和水蒸氣，即水汽，隨著天然氣的開采輸送，天然氣溫度降低，其中的水汽會(huì)不斷冷凝為液態(tài)水。天然氣中凝析出的液態(tài)水，會(huì)影響管輸工作，如果天然氣中含有硫化氫和二氧化碳，會(huì)腐蝕設(shè)備及管道，故對(duì)天然氣中的飽和水汽應(yīng)進(jìn)行脫除處理。從圖中可以看出，天然氣中，C1含量最高達(dá)到了78%，其次是C3，含量為5.31%，之后依次是nC1、CO2、C2等2-5 天然氣組分檢測(cè)天然氣組分檢測(cè)2-6 油田氣的具體組成油田氣的具體組成我國(guó)某些油田氣我國(guó)某些油田氣 的組成的組成Part Three天然氣的分類天然

9、氣的分類03033-1 天然氣的大致分類天然氣的大致分類按組成分類天然氣可分為：氣、非烴類氣；按酸氣含量分為：凈氣、酸氣我國(guó)習(xí)慣分法：伴生氣、氣藏氣和凝析氣按來(lái)源分類天然氣可分為：有機(jī)來(lái)源和無(wú)機(jī)來(lái)源；按烴類組成分為:干、濕氣（富氣、貧氣），烴類按產(chǎn)狀分類天然氣可分為：游離氣、溶解氣、吸附氣及固體氣;按經(jīng)濟(jì)價(jià)值分類天然氣可分為：常規(guī)天然氣和非常規(guī)天然氣；010102020303天然氣按在地下存在的相態(tài)可分為游離態(tài)、溶解態(tài)、吸附態(tài)和固態(tài)水合物。只有游離態(tài)的天然氣經(jīng)聚集形成天然氣藏，才可開發(fā)利用。按地下相態(tài)分類按地下相態(tài)分類依天然氣蘊(yùn)藏狀態(tài)，又分為構(gòu)造性天然氣、水溶性天然氣、煤礦天然氣等三種。而構(gòu)造

10、性天然氣又可分為伴隨原油出產(chǎn)的濕性天然氣、不含液體成份的干性天然氣。按天然氣蘊(yùn)藏狀態(tài)分類按天然氣蘊(yùn)藏狀態(tài)分類天然氣按成因可分為生物成因氣、油型氣和煤型氣。無(wú)機(jī)成因氣尤其是非烴氣受到高度重視。按成因分類按成因分類按天然氣在地下的產(chǎn)狀又可以分為油田氣、氣田氣、凝析氣、水溶氣、煤層氣、及固態(tài)氣體水合物等。按在地下的產(chǎn)狀分類按在地下的產(chǎn)狀分類3-2 天然氣的具體分類天然氣的具體分類3-3 天然氣的具體分類天然氣的具體分類天然氣按照存生成形式又可分為伴生氣和非伴生氣兩種。伴隨原油共生，與原油同時(shí)被采出的油田氣。其中伴生氣通常是原油的揮發(fā)性部分，以氣的形式存在于含油層之上，凡有原油的地層中都有，只是油、氣

11、量比例不同。即使在同一油田中的石油和天然氣來(lái)源也不一定相同。他們由不同的途徑和經(jīng)不同的過程匯集于相同的巖石儲(chǔ)集層中。非伴生氣：包括純氣田天然氣和凝析氣田天然氣兩種，在地層中都以氣態(tài)存在。凝析氣田天然氣從地層流出井口后，隨著壓力的下降和溫度的升高，分離為氣液兩相，氣相是凝析氣田天然氣，液相是凝析液，叫凝析油。若為非伴生氣，則與液態(tài)集聚無(wú)關(guān)，可能產(chǎn)生于植物物質(zhì)。世界天然氣產(chǎn)量中，主要是氣田氣和油田氣。對(duì)煤層氣的開采，現(xiàn)已日益受到重視。按照存生按照存生形式分類形式分類伴生氣非伴生氣按礦藏特點(diǎn)的不同礦藏特點(diǎn)的不同可將天然氣分為氣井氣、凝析井氣和油田氣。前兩者合稱非伴生氣，后者又稱為油田伴生氣。 凝析井

12、氣：即凝析氣田天然氣，在氣藏中以氣體狀態(tài)存在，是具有高含量可回收烴液的氣田氣，其凝析液主要為凝析油，其次可能還有部分被凝析的水。這類氣田的井口流出物除含有甲烷、乙烷外，還含有一定量的丙、丁烷及C5以上的烴類。氣井氣：即純氣田天然氣，氣藏中的天然氣以氣相存在，通過氣井開采出來(lái)，其中甲烷含量高。 油田氣：即油田伴生氣，它伴隨原油共生，是在油藏中與原油呈相平衡接觸的氣體，包括游離氣(氣層氣)和溶解在原油中的溶解氣，從組成上亦認(rèn)為屬于濕氣。在油井開采情況中，借助氣層氣來(lái)保持井壓，而溶解氣則伴隨原油采出。當(dāng)油田氣隨原油一起被開采到地面后，由于油氣分離條件(溫度和壓力)和分離方式(一級(jí)或多級(jí))的不同，以及

13、受氣液平衡規(guī)律的限制，氣相中除含有甲烷、乙烷、丙烷、丁烷外，還含有戊烷、己烷，甚至C9、C10組分。液相中除含有重?zé)N外，仍含有一定量的丁烷、丙烷，甚至甲烷。與此同時(shí)，為了降低原油的飽和蒸氣壓，防止原油在儲(chǔ)運(yùn)過程中的蒸發(fā)損耗，油田上往往采用各種原油穩(wěn)定工藝回收原油中的C1C5組分，回收回來(lái)的氣體，稱為原油穩(wěn)定氣，簡(jiǎn)稱原穩(wěn)氣。3-4 天然氣的具體分類天然氣的具體分類3-5 天然氣的具體分類天然氣的具體分類 (1) C5(1) C5界定法界定法干、濕氣的劃分干、濕氣的劃分 據(jù)天然氣中C5以上烴液含量的多少，用C5界定法劃分干氣和濕氣。 干氣：指在1基方(101.325kPa，20)井口流出物中，C5

14、以上烴液含量低于 13.5cm3的天然氣。 濕氣：指在1基方井口流出物中。C5以上烴液含量高于13.5cm3的天然氣。按天然氣的烴類組成分類按天然氣的烴類組成分類(2) C32) C3界定法界定法貧、富氣的劃分貧、富氣的劃分 據(jù)天然氣中C3以上烴類液體的含量多少，用C3界定法劃分貧氣和富氣。 貧氣：指在1基方井口流出物中，C3以上烴類液體含量低于94cm3的天然氣。 富氣：指在1基方井口流出物中，C3以上烴類液體含量高于94cm3的天然氣。按酸氣含量分類按酸氣含量分類指含有顯著量的硫化物和CO2等酸氣，這類氣體必須經(jīng)處理后才能達(dá)到管輸標(biāo)準(zhǔn)或商品氣氣質(zhì)指標(biāo)的天然氣。 酸性天然氣（酸性天然氣（sour gas）是指硫化物含量甚微或根本不含的氣體，它不需凈化就可外輸和利用。 潔氣（潔氣（sweet g