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      重要的氣體四川化工原料——天然氣

      作者:admin 發布日期:2023/5/4 關注次數: 二維碼分享

      天然氣是指自然界中存在的一類可燃性氣體,是一種化石燃料。天然氣蘊藏在地下多孔隙巖層中,包括油田氣、氣田氣、煤層氣、泥火山氣和生物生成氣等,也有少量出于煤層。而人們長期以來通用的“天然氣”的定義,是從能量角度出發的狹義定義,是指天然蘊藏于地層中的烴類和非烴類氣體的混合物。
      一、天然氣的形成

      天然氣的成因是多種多樣的,天然氣的形成貫穿于成巖、深成、后成直至變質作用的始終。千萬年前死亡的大量植物和動物遺體沉積到湖泊或海洋底部,隨著時間的推移,砂、泥和其他沉積物被石化了。隨著這些沉積物的向上堆積,這些有機質就被保存在沉積巖內。zui終,在這些不斷積累的沉積層中,重量產生的壓力和熱力將這些有機質轉變成了天然氣和石油。沉積的“源”巖包括煤層、頁巖及一些石灰巖,由于富含有機質而呈暗色。許多沉積盆地主要生成天然氣。

      ⒈ 生物成因

      成巖作用早期,在淺層生物化學作用帶內,沉積了許多有機質,經過微生物群的發酵和合成作用,就形成了生物原因的天然氣,這種天然氣埋藏的深度比較淺,而且時代比較新,演化的程度也比較低,以含甲烷氣為主。

      生物成因氣形成的前提條件是更加豐富的有機質和強還原環境。

      ⒉ 有機成因

      通過沉積中的有機物質,特別是腐泥型有機質在熱降解成油過程中,與石油一起形成天然氣。有機原因生成的氣體有油型氣和煤型氣,或者是在后成作用階段由有機質和早期形成的液態石油熱裂解形成的天然氣稱為油型氣,包括濕氣(石油伴生氣)、凝析氣和裂解氣。

      各種類型的有機質都可形成天然氣,腐泥型有機質則既生油又生氣,腐植形有機質主要生成氣態烴。zui有利于生氣的有機母質是草本腐植型—腐泥腐植型,這些有機質多分布于陸源物質供應豐富的三角洲和沼澤湖濱帶,通常含陸源有機質的砂泥巖系列zui有利。

      ⒊ 無機成因

      地球深部巖漿活動、變質巖和宇宙空間分布的可燃氣體,以及巖石無機鹽類分解產生的氣體,都屬于無機成因氣或非生物成因氣。它屬于干氣,以甲烷為主,有時含CO2、N2、He及H2S、Hg蒸汽等,甚至以它們的某一種為主,形成具有工業意義的非烴氣藏。

      ⒋ 煤型氣

      隨著盆地沉降,埋藏加深和溫度壓力增高,由泥炭化階段進入煤化作用階段,在煤化作用中泥炭經過微生物酶解、壓實、脫水等作用變為褐煤;當埋藏逐步加深,已形成的褐煤在還原條件、一定pH值、溫度、壓力和時間等因素作用下,按長焰煤→氣煤→肥煤→焦煤→瘦煤→貧煤→無煙煤的序列轉化。在這些外部條件下,甲烷菌大量繁殖,形成了大量的甲烷氣。

      煤型氣也可形成特大氣田,煤型氣在世界可燃天然氣資源構成中占有重要地位。

      總之,天然氣要經歷很長的時間才能形成,是一種再生能力較弱的資源,形成的過程中對環境的因素要求很重要,所以天然氣的形成是需要一定的氣候和環境條件的。

      二、天然氣的組成和分類

      天然氣主要由氣態低分子烴和非烴氣體混合組成。主要成分為烷烴,其中甲烷占絕大多數,另有少量的乙烷、丙烷和丁烷,此外一般有硫化氫、二氧化碳、氮和水氣和少量一氧化碳及微量的稀有氣體,如氦和氬等。

      ⒈ 按在地下存在的相態可分為游離態、溶解態、吸附態和固態水合物。只有游離態的天然氣經聚集形成天然氣藏,才可開發利用。

      ⒉ 按照生成形式又可分為伴生氣和非伴生氣兩種。

      ⑴ 伴生氣:伴隨原油共生,與原油同時被采出的油田氣。其中伴生氣通常是原油的揮發性部分,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、氣量比例不同。

      即使在同一油田中的石油和天然氣來源也不一定相同。他們由不同的途徑和經不同的過程匯集于相同的巖石儲集層中。

      ⑵ 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,則與液態集聚無關,可能產生于植物物質。

      ⒊ 按成因分為生物成因氣、油型氣和煤型氣。

      ⑴ 油型氣 沉積有機質特別是腐泥型有機質在熱降解成油過程中,與石油一起形成的天然氣,或者是在后成作用階段由有機質和早期形成的液態石油熱裂解形成的天然氣稱為油型氣,包括濕氣(石油伴生氣)、凝析氣和裂解氣。由石油伴生氣→凝析氣→干氣,甲烷含量逐漸增多,隨有機質演化程度zeng大而增da。

      ⑵ 煤型氣 煤系有機質(包括煤層和煤系地層中的分散有機質)熱演化生成的天然氣稱為煤型氣。煤型氣是一種多成分的混合氣體,其中烴類氣體以甲烷為主,重烴氣含量少,一般為干氣,但也可能有濕氣,甚至凝析氣。有時可含較多Hg蒸氣和N2等。

      世界天然氣產量中,主要是氣田氣和油田氣。對煤層氣的開采,現已日益受到重視。

      ⒋ 依天然氣蘊藏狀態,又分為構造性天然氣、水溶性天然氣、煤礦天然氣等三種。而構造性天然氣又可分為伴隨原油出產的濕性天然氣、不含液體成份的干性天然氣。

      三、天然氣的開采原理和方法

      天然氣同原油一樣埋藏在地下封閉的地質構造之中,有些和原油儲藏在同一層位,有些單獨存在。對于和原油儲藏在同一層位的天然氣,會伴隨原油一起開采出來。

      天然氣開采時一般采用自噴方式。這和自噴采油方式基本一樣。不過因為氣井壓力一般較高加上天然氣屬于易燃易爆氣體,對采氣井口裝置的承壓能力和密封性能比對采油井口裝置的要求要高得多。

      首先天然氣和原油一樣與底水或邊水常常是一個儲藏體系。伴隨天然氣的開采進程,水體的彈性能量會驅使水沿高滲透帶竄入氣藏。在這種情況下,由于巖石本身的親水性和毛細管壓力的作用,水的侵入不是有效地驅替氣體,而是封閉縫縫洞洞或空隙中未排出的氣體,形成死氣區。這部分被圈閉在水侵帶的高壓氣,數量可以高達巖石孔隙體積的30~50,從而大大地降低了氣藏的zui終采收率。

      其次氣井產水后,氣流入井底的滲流阻力會增加,氣液兩相沿油井向上的管流總能量消耗將顯著增da。隨著水侵影響的日益加劇,氣藏的采氣速度下降,氣井的自噴能力減弱,單井產量迅速遞減,直至井底嚴重積水而停產。

      治理氣藏水患主要從兩方面入手,一是排水,一是堵水。主要原理是排除井筒積水,專業術語叫排水采氣法。堵水就是采用機械卡堵、化學封堵等方法將產氣層和產水層分隔開或是在油藏內建立阻水屏障。

      常用的采氣方法為:

      ⒈ 小油管排水采氣法 是利用在一定的產氣量下,油管直徑越小,則氣流速度越大,攜液能力越強的原理,如果油管直徑選擇合理,就不會形成井底積水。這種方法適應于產水初期,地層壓力高,產水量較少的氣井。

      ⒉ 泡沫排水采氣法 就是將發泡劑通過油管或套管加入井中,發泡劑溶入井底積水與水作用形成氣泡,不但可以降低積液相對密度,還能將地層中產出的水隨氣流帶出地面。這種方法適應于地層壓力高,產水量相對較少的氣井。

      ⒊ 柱塞氣舉排水采氣法 就是在油管內下入一個柱塞。下入時柱塞中的流道處于打開狀態,柱塞在其自重的作用下向下運動。當到達油管底部時柱塞中的流道自動關閉,由于作用在柱塞底部的壓力大于作用在其頂部的壓力,柱塞開始向上運動并將柱塞以上的積水排到地面。當其到達油管頂部時柱塞中的流道又被自動打開,又轉為向下運動。通過柱塞的往復運動,就可不斷將積液排出。這種方法適用于地層壓力比較充足,產水量又較大的氣井。

      ⒋ 深井泵排水采氣法 是利用下入井中的深井泵、抽油桿和地面抽油機,通過油管抽水,套管采氣的方式控制井底壓力。這種方法適用于地層壓力較低的氣井,特別是產水氣井的中后期開采,但是運行費用相對較高。

      四、天然氣的理化性質

      天然氣具有無色、無味、無毒、易燃之特性。能被液化和固化,與空氣混合能形成爆炸性混合物,遇明火、高熱ji易燃燒爆炸,爆炸ji限(V)為5-15%。比空氣輕,能擴散到相當遠的地方,遇明火會引起回燃。若遇高溫,容器內壓增da,有開裂和爆炸的危險。天然氣不溶于水,密度為0.7174kg/Nm3,相對密度(水)為約0.45(液化)燃點為650℃。

      天然氣燃燒產生黃色或藍色火焰。每立方燃燒熱值為8000大卡至8500大卡。每公斤液化氣燃燒熱值為11000大卡。氣態液化氣的比重為2.5公斤/立方米。每立方液化氣燃燒熱值為25200大卡。每瓶液化氣重14.5公斤,總計燃燒熱值159500大卡,相當于20立方天然氣的燃燒熱值。

      甲烷燃燒的化學方程式

      完全燃燒:

      CH4+2O2=(點燃)CO2+2H2O

      不完全燃燒:

      2CH4+3O2=(點燃)2CO+4H2O

      天然氣耗氧情況計算:1立方米天然氣(純度按100計算)完全燃燒約需2.0立方米氧氣,大約需要10立方米的空氣。

      天然氣在送到zui終用戶之前,有機硫化物和硫化氫(H2S)是常見的雜質,在大多數利用天然氣的情況下都bi須預先除去。為便于泄漏檢測,還要用硫醇、四氫噻吩等來給天然氣添加氣味。


      五、天然氣的主要用途

      天然氣主要用途是作you質燃料和化工原料??芍圃焯亢?、化學藥品和液化石油氣等等。由天然氣生產的丙烷、丁烷是現代工業的重要原料。其開發利用越來越受到世界各國的重視。從全球范圍來看,天然氣資源量要遠大于石油,發展天然氣具有足夠的資源保障。

      ⒈ 化工原料

      天然氣所含甲烷、乙烷、丙烷等烷烴經加工利用,可制成合成氨、甲醇及其加工產品甲醛、醋酸等、乙烯、乙炔、二氯甲烷、四氯化碳、二硫化碳、硝基甲烷和炭黑等。

      天然氣經過氯化、硫化、硝化、氨化、氧化可制得甲烷的各種衍生物;

      濕性天然氣中的乙烷、丙烷、丁烷和天然氣凝析液等,經蒸汽裂解或熱裂解可生產乙烯、丙烯和丁二烯;丁烷脫氫或氧化可生產丁二烯或醋酸、甲基乙基酮、順丁烯二酸酐等。

      ⒉ 工業燃料

      以天然氣代替煤,用于工廠采暖,生產用鍋爐以及熱電廠燃氣輪機鍋爐。天然氣發電是緩解能源緊缺、降低燃煤發電比例,減少環境污染的有效途徑,且從經濟效益看,天然氣發電的單位裝機容量所需投資少,建設工期短,上網電價較低,具有較強的競爭力。

      天然氣發電,通過處理天然氣以后,然后安裝天然氣發電機組來提供電能,

      ⒊ 城市燃氣

      特別是居民生活用燃料,包括常規天然氣,以及煤層氣和頁巖氣這兩種非常規天然氣。主要是生產以后并入管道,日常使用天然氣。隨著人民生活水平的提高及環保意識的增強,大部分城市對天然氣的需求明顯增加。天然氣作為民用燃料的經濟效益也大于工業燃料。

      ⒋ 汽車燃料

      以壓縮天然氣代替汽車用油作為汽車燃料,具有單位熱值高、排氣污染小、供應可靠、價格低、an全等優點。已成為世界車用清潔燃料的發展方向,而天然氣汽車則已成為發展zui快、使用量zui多的新能源汽車。

      ⒌ 主要優點

      天然氣作為新能源。其優點有:

      ⑴ 綠色環保 天然氣是一種潔凈環保的you質能源,幾乎不含硫、粉塵和其他有害物質,采用天然氣作為能源,可減少煤和石油的用量,燃燒時產生二氧化碳和氮氧化物的排放僅為煤炭的一半和五分之一左右,二氧化硫的排放幾乎為零,有助于減少酸雨形成,舒緩地球溫室效應,因而能大大改善環境污染問題,從根本上改善環境質量。

      ⑵ 經濟實惠 天然氣與人工煤氣相比,同比熱值價格相當,并且天然氣清潔干凈,能延長灶具的使用壽命,也有利于用戶減少維修費用的支出。天然氣是潔凈燃氣,供應穩定,能夠改善空氣質量,因而能為地區經濟發展提供新的動力,帶動經濟繁榮及改善環境。

      ⑶ an全可靠 天然氣是較為an全的燃氣之一,它不含一氧化碳,無毒、易散發,比重輕于空氣,不宜積聚成爆炸性氣體,一旦泄漏,立即會向上擴散,不易積聚形成爆炸性氣體,是較為an全的燃氣。

      ⑷ 改善生活 隨著家庭使用an全、可靠的天然氣,將會ji大改善家居環境,提高生活質量。

      六、天然氣的毒性和危害

      天然氣在空氣中含量達到一定程度后會使人窒息。天然氣不像一氧化碳那樣具有毒性,它本質上是對人體無害的。不過如果天然氣處于高濃度的狀態,并使空氣中的氧氣不足以維持生命的話,還是會致人死亡的,畢竟天然氣不能用于人類呼吸。

      作為燃料,天然氣也會因發生爆炸而造成傷亡。雖然天然氣比空氣輕而容易發散,但是當天然氣在房屋或帳篷等封閉環境里聚集的情況下,達到一定的比例時,就會觸發威力巨大的爆炸。爆炸可能會夷平整座房屋,甚至殃及鄰近的建筑。
      以上就是小編為大家整理的關于四川化工原來的知識介紹,感謝你的閱讀,希望對你有所幫助。

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