天然气及其应用知识讲座

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1、西气东送-天然气应用及 相关知识一 概述 什么是天然气 LNG与CNG 可燃冰 天然气的特性 天然气的用途 世界各国油气资源、产量、消费情况及比例 中国天然气资源分布、生产情况及能源形势 全国城市燃气情况 二 天然气与苏州 苏州的燃气史 苏州管道燃气的应用现状与未来 燃气公司及用户状况 西气东输的影响 西气东输的供气安全问题 三 天然气的使用知识 天然气燃器具及管道的安全使用常识 燃气事故、煤气中毒等及相关资料 序言 煤、石油、天然气都属于化石燃料，是世界三大一次能源，其中煤和天然气的发 现和应用历史都在2600年以上，成书于春秋战国时期的山海经（山经）是我国最 早记载天然气和煤炭的书籍。南山

2、经曰“又东四百里，曰令丘之山，无草木，多火。 ”这里的火就是天然气。 虽然我国是最早发现使用天然气的国家之一，但和造纸术等其它的发明创造一样 ，我国的天然气实际应用远远落在了欧美国家的后面，当前世界能源消费结构中，石 油平均占.、天然气平均占.，煤炭平均占.。世界主 要能源消费国的能源消费结构中，石油一般占.左右，天然气一般占左 右。年我国能源消费结构中，石油所占比例为.，天然气所占比例仅 为.，均低于世界平均水平和主要能源消费国的一般水平。而煤炭所占比例为 .，远远高于世界平均水平。什么是天然气？从地矿角度讲主要指油层气、煤层气和气田气，以及近年来在海洋考 察中发现的“可燃冰”四类可燃性气体

3、。四类气的共同特点是以甲烷为主要成分，根据不同的形成地质条件，含 有不同比例的乙烷、丙烷等低碳烷烃和二氧化碳、氮气、硫化氢等成分。其 中煤层气俗称“瓦斯”，而瓦斯这个词是从英文gas衍变而来，是造成我国 一系列煤矿爆炸事故的元凶,我国工业化开发利用瓦斯的历史非常短，上个 世纪80年代已经在我国的东北、四川、重庆、河南等地投入民用。我们目前 使用的液化天然气（LNG）实际上是压缩净化并冷却到零下160的油层气和 部分气田气，是目前单位热值最高、最纯净的化石燃料，苏州目前使用的人 工煤气中含有少量的LNG，教育园区等部分管道燃气暂时不方便接入的地区 已经在使用LNG。这几年大家听的最多的“西气”主

4、要是新疆和陕西的气田 气,2003年12月23日发生井喷事故，造成243人死亡的重庆川东北天然气矿16 号井产出也是气田气。“可燃冰”数量巨大但尚不具开采条件。 甲烷的完全燃烧反应式： CH4+3O2=CO2+2H2O 甲烷的不完全燃烧反应式：CH4+2.5O2=CO+2H2OCH4+2O2=C+2H2OLNG与CNGCNG是压缩天然气的英文缩写,主要用于短途汽车和市郊小区供气。常见的 车载CNG是采用高强度储罐存储的，天然气的储存压力为20MPa。由于这种 高压压缩方案导致储气率不高，所存储的压缩天然气的质量只有储罐本身 质量的1/51/10，并且会给行车安全带来一定的隐患，其使用有较大的

5、局限性。 LNG即液化天然气，是一种低温液态燃料，可常压存储运输。大气压下， 液化天然气的沸点为-160，体积缩小到原来的1/600，相当天然气被以 60MPa以上的压力压缩，从而增大了能量密度；此外液化天然气的单位质 量仅为汽油的一半，单位热值比汽油高出12%，因此提高了车载燃料系统 的供气效率，所携带的有效燃料将比压缩气罐式天然气加注车高出23倍 。同时减小了燃料系统的尺寸及质量，增大了车辆有效载荷及一次加气后 的续驶程长。由于加气次数减少，还减少了汽车往返加气站的时间，从而 降低了汽车的运营成本，提高了车主的盈利率。近年来，世界各国积极展 开了对液化天然气的研究，把它用作汽车 、铁路机车

6、、船舶甚至航空飞 行器的燃料。澳洲礁层天然气公司海上天然气钻井平台可燃冰 可燃冰又称天然气水合物（ Natural Gas Hydrate ，简称 Gas Hydrate ），或笼形包合物（ Clathrate ），它是在一定条件（合适的 温度、压力、气体饱和度、水的盐度、 pH 值等）下由水和天然气组成的 类冰的、非化学计量的、笼形结晶化合物，其遇火即可燃烧。它可用 MnH2O来表示，M代表水合物中的气体分子，n为水合指数（也就是水分 子数）。组成天然气的成分如 CH4、C2H6、C3H8、C4H10等同系物以及CO2、 N2、H2S 等可形成单种或多种天然气水合物。形成天然气水合物的主要气

7、 体为甲烷，对甲烷分子含量超过 99 的天然气水合物通常称为甲烷水合 物（ Methane Hydrate ）。 天然气水合物在广泛分布在大陆、岛屿的斜坡地带、活动和被动大陆 边缘的隆起区、极地大陆架以及海洋和一些内陆湖的深水环境。在标准状 况下，一单位体积的天然气水合物分解最多可产生164单位体积的甲烷气 体，因而其是一种重要的潜在未来资源。 天然气的特性天然气的用途 天然气经过开采、收集、分离、净化、加压 或液化后供给城镇作为燃气气源，目前天然气的 利用已经进入各国经济的许多领域，主要用于化 工生产、发电、居民燃气、商业供气、市区供热 以及汽车燃料等。天然气资源丰富，在环保上具 有其它能源

8、不可替代的优势，所以天然气的应用 越来越受到人们的重视。作为能源目前凡是能用 煤用油用液化气的地方都能用天然气替代，天然 气最具有发展潜力的应用领域是天然气空调和天 然气汽车。 A 照明：1792年,英国的默克多发明了煤气灯 ，1807年本生发明了著名的本生灯并迅速普及， 开启了燃气的照明时代，直到爱迪生的电灯。至 今还有部分地区和领域仍在使用本生灯。 B 发电：天然气发电具有清洁环保低污染、可 热电连产、能源利用率高等特点，在产地附近有 较高的推广价值，远距离输配后发电成本比煤炭 高出1倍，缺乏经济性。国家为西气东输工程投 资了10个天然气发电项目（如望亭电厂、张家港电厂），更是占了整个计划

9、用气量的近40。但价格因 素制约了发电计划的推广。（沪英）天然气发电机组以家用管道天然气为燃 料，燃料成本只有汽油发电机组的三分 之一。B 燃气汽车：上个世纪早期的天然气汽车只是一种尝试， 在车用燃油量产后，行程短、体积庞大、外型差、安全系 数低等明显缺陷导致天然气汽车迅速被市场淘汰。 无论是上世纪年代公共汽车顶上的大煤气包，还 是年代末出租车后备厢里的燃气瓶，都在提醒着人们 ：中国缺油！中国油贵。危险系数明显大于燃油、使用局 限性较大的燃气汽车实际上是一种缺油或油价高涨大环境 下无奈的选择，统计资料表明：燃气汽车的死灰复燃与油 气差价变化成正比。在燃油充分的前提下，燃气汽车生存 的理由很有限

10、。环保在某种程度上只是一个宣传借口。 （右下图为新型燃料电池汽车，右上图为早期的天然气汽车，左上 图以天然气为能源的国产爱丽舍轿车）C 天然气制合成油(GTL)：石油基产品因其高效、安全、方便，仍将是今后20年甚至更 长时期内的主要运输燃料。主要原油产区的动荡局势、原油探明储量的增加幅度远低于消 费量的增加幅度、原油价格的大幅度波动以及天然气探明储量的高速增长为天然气制合成 油提供了足够的理由。预期到2015年这些燃料替代品将比目前现有量增加2.5倍。其他替 代品包括压缩CNG、LPG、LNG、燃料电池等，也将有一定的发展。 天然气制合成油(GTL)技术是两段工艺过程：第一段由天然气生产合成气

11、；第二段由合 成气在费-托(F-T)催化剂上转化至液体烃。D 燃气空调：以燃气为能源的空调设备简称燃气空调。广义上的燃气空调有燃气直燃型 吸收式机组、燃气锅炉结合蒸气热水型吸收式机组、燃气发动机热泵、燃气冷热电联供 系统等几种方式，其中燃气直燃机采用可燃气体直接燃烧同时提供制冷、采暖和生活热水 。燃气直燃机能源转换途径少、技术成熟且行业发展迅速、应用普及，常规意义的燃气空 调专指燃气直燃机。各种可燃气体中天然气储量最为丰富且清洁高效，固此燃气直燃机普 遍燃用天然气。采用燃气空调替换电空调，既可填补夏季天然气利用低谷，又可有效避免夏季用电高 峰，从而起到环保、节能、优化能源结构的三重效果。为此发

12、达国家、尤其是电力紧缺国 家普遍青睐燃气空调目前燃气空调占据日本中央空调市场的85左右；韩国在日本经 验基础上推动了燃气空调的生产与应用，如今其燃气空调在国内市场的占有率比日本还高 ；美国由于早期电力基础设施雄厚，燃气空调的发展在相当长的时间内受到了制约，1998 年以前，燃气空调市场份额不足1。但燃气空调发展缓慢的恶果逐渐显现，1999年7月， 连续高温导致空调用电剧增，纽约地区14个电网中有6个陷于瘫痪，数十座城市拉闸限电 。从此以后，美国政府开始推广燃气空调，仅一年时间，美国中央空调销售市场中燃气空 调的份额就提高到7。我国上海、天津、重庆、深圳等城市都已开始积极推广燃气空调 。 左图：

13、燃气空调 右图：户式燃气空调（远大1992年开发成功中国第一台直燃 机,1996年成为全球最大的直燃机制造企业。远大直燃机是一种以燃气为动力的大型空 调设备，制冷量从17023000千瓦。家用燃气空调：16115千瓦）E 燃气热水器和燃气灶（俗称煤 气灶）：是应用最广的领域，天然气 和液化气、人工煤气燃烧工况差别较 大，必须改造后才能切换气源，不改 造直接烧其它气种会引起严重后果。 F 燃气洗衣机、烘干机、烧烤炉 和其它：在燃气资源非常丰富并且价 格低廉的地区，燃气可以代替电能用 于洗衣机和其它耗能的机器。在香港 ，近50的居民家庭使用燃气洗衣机 和烘干机，日本、香港使用燃气的其 它日用品 电

14、力虽然比天然气更清洁，但属 于二次能源，需要煤炭、水力、核能 等其它能源转化而来，转化过程中要 向环境中排放比同等热值天然气更多 的污染物，为此从对环境的影响角度 考虑，天然气是常规能源中最清洁的 。 世 界 各 国 油 气 资 源 、 产 量 、 消 费 情 况 及 比 例10972003年全球十大天然气消费国一览表 (单位：亿立方米)：产量：近十年来，世界天然气工业持续高速发展，与十年前相比天然气产量已从 21758亿立方米年增长到24981亿立方米年，年平均增长率约为1.57%（图略）。近5 年来增幅最大的是2001年，增幅达到3.85%。天然气消费同步变化。 在连续几年高速增长后，天然

15、气工业进入一个稳定期。2002年世界天然气总产量为 24981.15亿立方米，在2001年的基础上略有增幅，共增长178.33亿立方米。欧佩克组织 天然气产量有所下降，全年共生产天然气3205.40亿立方米，比2001年下降3.54%；北海 地区天然气产量增幅较大，达2019.83亿立方米，增长3.75%。 从各地区天然气发展来看，西欧、东欧、中东及亚太地区天然气产量均略有增长。 其中，西欧地区增长了2.49%，东欧及独联体地区增长1.49%，中东地区增长1.91%，亚太 地区增长1.44%，它们的增长弥补了非洲及南北美洲地区的产量下降。 西欧地区天然气产量增幅最大的国家是挪威，净增天然气11

16、4.85亿立方米，增长率 达21.45%。而东欧及独联体地区由于俄罗斯天然气产量的增长，使该地区总产量保持稳 定。2002年俄罗斯天然气产量较上年增长269.42亿立方米，增幅达4.74%。中东地区天然 气增长主要来自于阿联酋，净增天然气139.04亿立方米。 中国天然气产量2002年为328.14亿立方米，较上年增长8.29%。但在世界各国天然气 产量的排名中，由于阿联酋的产量猛增，中国从第15位降至第16位。 2002年世界天然气产量排名中，俄罗斯首位，美国次位，分别达到5957.15亿立方米 和5703.87亿立方米，俄、美两国天然气总产量占全球总量的46.7%。位居三至二十位的 依次为加