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1、天然气的推广与应用概述随着市场竞争加剧、资源紧缺和环境保护要求提高，能耗大、资源消耗大以及污染物排放量大的的行业都有节能降耗的必要性和紧迫感，而清洁生产是实施节能降耗的重要工具和有力措施之一。天然气已经成为21世纪中国最受瞩目的能源之一，在中国，天然气行业的发展开始进入高速发展期，并保持旺盛的需求是基于它的诸多优良特性：经济性：比众多的替代能源更便宜；方便性：可以通过安全、有效的管道系统输送，方便用户使用；清洁性：最干净的能源之一，几乎无污染排放物；安全性：比重轻于空气，容易发散，且爆炸范围较窄。虽然直接燃烧煤比天然气便宜，但是天然气作为一种高效、清洁的优质燃料已被世界广泛采用，特别是其对环境
2、保护所起的作用已越来越受到人们的重视。随着西气东输工程、广东LNG工程、中海油海上天然气工程的建成供气，全国城市燃气的气源结构将发生很大变化，天然气将取代人工煤气和液化石油气而成为城市的主导气源。天然气既具较好经济性，又符合现代环保理念与生活方式，达到了一个更好的平衡，因此渐渐成为政府与居民青睐的能源。因此，各沿线城市正积极地开展城市天然气利用规划及可行性研究工作。各地区以优化能源结构、促进经济和社会的可持续发展作为天然气利用规划的指导思想，积极地开展天然气利用规划工作。提高气源的安全性、准确地预测用气量、合理地选择压力级制是确保天然气利用规划具有较强操作性的要求。目前，我国有90%以上的二氧
3、化硫排放量来自能源利用。煤炭是我国的主要能源，燃煤造成二氧化硫大量排放，引起城市空气质量恶化和大规模的酸沉降污染。因此，改进能源结构，使用清洁燃料是改善生态环境的重要措施之一。 天然气属于清洁燃料，燃烧时产生的二氧化碳少于其他化石燃料，造成的温室效应较低，燃烧之后也没有废渣、废水。大力推广清洁燃料天然气，重点用于替代民用燃料及工业燃料，对于改变我国一次能源以煤炭为主而带来的废气排放严重超标、酸雨成灾等环境保护被动局面，推进节能减排，减少大气污染将起到积极作用。第二、天然气一、什么是天然气天然气是指动、植物遗体通过生物、化学及地质变化作用，在不同条件下生成、转移，并在一定压力下储集，埋藏在深度不
4、同的地层中的优质可燃气体。其主要成分是饱和烃，以甲烷为主，乙烷、丙烷、丁烷、戊烷含量不多，也含有少量非烃类气体，如一氧化碳、二氧化碳、氮气、氢气、硫化氢、水蒸气及微量的惰性气体氦、氩等。二、天然气的物理性质天然气蕴藏在地下多孔隙岩层中，是一种多组分的混合气体，天然气的热值约8300-10000大卡/立方米，一标准立方米管道天然气完全燃烧需要2标准立方米的氧气，空气中氧气含量按21%计算的话，折算成空气大约需要9-10立方米，考虑到燃烧时需要的过剩空气，一标准立方米管道天然气完全燃烧需要12标准立方米的空气。天然气在常温下是气体，约在-160变成液体，液体比重为0.46吨/立方米，一吨的液态天然
5、气气化后变成约600立方米的气体；其要成分是烷烃，其中甲烷占绝大多数，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷，此外一般还含有硫化氢、二氧化碳、氮和水气，以及微量的惰性气体，其气相密度0.74Kg/m3，比空气轻，具有无色、无味、无毒之特性，稍有泄露，即可随空气逸散，其着火点为550-650。在标准状况下，甲烷至丁烷以气体状态存在，戊烷以上为液体。天然气的主要组分是甲烷（CH4），在各种烃类分子中，它的碳原子数与氢原子数之比是最小的，而液化石油气的主要组分为丙烷（C3H8）、丙烯（C3H6）、丁烷（C4H10）和丁烯（C4H8），它们分子中的碳原子数与氢原子数之比就比甲烷要大。因此，甲烷完全燃烧后生成的烟气
6、中由碳原子燃烧生成的二氧化碳含量最少。也就是说，天然气完全燃烧生成的烟气中的二氧化碳含量，比液化石油气完全燃烧生成的烟气中二氧化碳的含量要少，这对减少大气层的温室效应是有利的。此外，天然气中含硫、氮少，生成的烟气中二氧化硫及氧化氮等均较少。三、天然气的储存与运输天然气供应有主要有管道供应、压缩天然气供应和液化天然气供应三种。（一）天然气管道供应：是通过管道输送天然气至用户；1、天然气管道分高压、中压和低压三种；2、跨区域的长输管道输送压力一般为70-100公斤；市域天然气高压管线输送压力一般为40公斤；城市燃气管网一般为中压输送，压力为低于4公斤；用户燃气管道一般为低压，压力为0.030.7公
7、斤；3、高压天然气管线具有一定的储气和调峰功能；4、天然气在不同压力的天然气管道之间一般通过设立门站、分输站或调压站来连接；主要功能是降低压力和计量；到用户通常设置调压计量柜来将天然气调节到用户所需要的压力及计量；5、天然气管道输送的方式优点是输送成本低、方便；缺点是管道建设投资大、且受限制；（二）压缩天然气（简称CNG）供应：压缩天然气（ 简称CNG）通常是指经净化后压缩到20MPa25MPa的天然气。1、CNG采用天然气罐车或者钢瓶车来储存或者输送；常用的CNG钢瓶车能装约5000方；2、CNG钢瓶车在CNG母站装气；受气温影响，冬夏季装气量有所不同；3、高压的压缩天然气在使用时需要减压，
8、由于压差大，一般采用分二级减压的方式，第一级降到25-40公斤，第二级降到4公斤以下；4、由于高压天然气降压时需要吸热，所以减压时需要加热；加热方式有燃气锅炉加热和电加热二种；5、压缩天然气接收站主要设备是减压橇装设备，将减压、加热、计量等功能集中在一个橇装设备内；6、中压（次高压）罐车是指将用设计压力为4065公斤的天然气罐车来输送或者储存天然气，优点是罐车及减压设备造价低、减压方便、安全；缺点是输送量少，运费单价高；（三）液化天然气输送：天然气在常压下，当冷却至约-162时，则由气态变成液态，称为液化天然气（简称LNG）。LNG 的主要成份为甲烷，还有少量的乙烷、丙烷以及氮等。天然气在液化
9、过程中进一步得到净化，甲烷纯度更高，几乎不含二氧化碳和硫化物，且无色、无味、无毒。LNG的密度取决于其组分和温度，通常在430 kgm3470 kgm3之间，但是在某些情况下可高达520kgm3。密度随温度的变化梯度约为135 kg（ m3）。LNG的体积约为同量气态天然气体积的1/600。1、液化天然气槽车一车能输送天然气约2万立方；液化天然气储存及输送的压力一般为4-8公斤；2、液化天然气储存站的功能是接收和储存液化天然气，并通过汽化器汽化成常温天然气进入管道供应给用户；3、液化天然气输送的优点是输送量大、运距长、运费低；缺点是接收站投资大，占地面积广；四、天然气的应用天然气利用领域非常广
10、泛，除了能用于炊事外，还可广泛作为发电、冶金化工、机械制造、玻璃陶瓷、汽车食品等的燃料或原料，这主要是因为：（一）天然气是一种高效的能源，其热值是人工煤气的48倍，用途非常广泛。（二）天然气是一种洁净环保的优质能源，几乎不含硫、粉尘和其他有害物质，燃烧时产生二氧化碳少于其他化石燃料，造成温室效应较低，因而能从根本上改善环境质量。（三）我国天然气资源非常丰富，可采储量占世界总量的36.8%（煤和石油的可采储量分别占世界总量的11%和2.4%），供应充足，价格稳定。（四）天然气是一种储量很大、输送方便、成本低廉、清洁无灰渣、热值较高及燃烧产物对环境污染小的优质能源，因此，是一种理想的城镇燃气气源。
11、（五）天然气用作城镇燃气的特点1、天然气作为一种可燃气体，除具有一般燃气易燃、易爆等共同特点外，与人工燃气相比，它用作城镇燃气时具有以下特点：（1）热值较高，约为人工燃气的48倍，甚至更高。因此，使用天然气作燃气时，用于城镇燃气管网系统的成本较低。（2）输送到城镇作燃气的天然气，一般都已经过净化处理，因此，对人体基本上无毒害作用。2、与液化石油气相比，天然气用作城镇燃气时具有以下特点：（1）天然气比空气轻，它的密度一般是空气的0.550.85倍。因此，它泄漏后会扩散到空气的上部，并且容易漂浮和逸散，需特别注意室内上部的通风。（2）天然气和人工燃气一样，都是由管道送到用户家中，不像液化石油气那样
12、要用钢瓶装运与使用，用完后还必须换瓶，因而使用起来省时、省力。尤其是对于居住在高层建筑的用户，或对于老弱病残的用户来讲，其方便性就更为明显。（3）天然气的主要组分是甲烷（CH4），在各种烃类分子中，它的碳原子数与氢原子数之比是最小的，而液化石油气的主要组分为丙烷（C3H8）、丙烯（C3H6）、丁烷（C4H10）和丁烯（C4H8），它们分子中的碳原子数与氢原子数之比就比甲烷要大。因此，甲烷完全燃烧后生成的烟气中由碳原子燃烧生成的二氧化碳含量最少。也就是说，天然气完全燃烧生成的烟气中的二氧化碳含量，比液化石油气完全燃烧生成的烟气中二氧化碳的含量要少，这对减少大气层的温室效应是有利的。此外，天然气中
13、含硫、氮少，生成的烟气中二氧化硫及氧化氮等均较少。因此，采用天然气作燃气更有利于环境保护。（4）一般来说，用管道输送到城镇的天然气组成是比较稳定的，由于液化天然气或压缩天然气的物理特性，在充装或输送过程中是无法掺入其它成分的杂质进去（例如二甲醚），所以，天然气的使用率几乎达到100%。（六）天然气在工业方面的具体应用1、用于发电天然气项目大部分的气量用于电厂的联合循环发电，天然气电厂与常规燃煤电厂相比，除了大大改善了环保状况之外，在占地和建设周期，调峰机动性等方面都显示了很大的优越性。建设投资相对较低，天然气电厂的单位千瓦造价约为国产脱硫煤电厂的89，进口设备脱硫煤电厂的60，核电厂的33。2
14、、用于城市燃气随着社会的发展、科技的进步以及人类对环境保护的意识增强，近年来，天然气作为清洁能源现备受关注，天然气燃烧后产生的二氧化碳和氮氧化合物仅为煤的50%和20%，污染为液化石油气的1/4，煤的1/800。 随着居民生活水平的提高，中小城镇居民更希望能用洁净的能源，由于管道铺投资设费用大，LNG气化站具有比管道气更好的经济性，在中小城镇可采用LNG气化站作为气源供居民使用，此外还可用于商业、事业单位的生活以及用户的采暖等。3、作为工业燃料天然气作为工业燃料主要用于锅炉和工业窑炉，与煤、燃料油、液化气相比具有明显的优势。天然气作为工业燃料，环境效益明显。以燃烧后排放的CO2作为比较，煤炭为
15、100，则石油为83，而天然气仅为57，同时二氧化硫和氮氧化物等污染物仅微量排放。通过热值和热效率换算，每立方米天然气大约可替代3.3公斤煤炭，1.5公斤重油和1.3公斤柴油。从价格角度考虑，对煤炭的可替代优势不强，对轻油替代优势比较强，而能否顶替重油则需根据具体情况来确定。第三、煤气：以煤为原料加工制得的含有可燃组分的气体。一、发生炉煤气的产生方法：是将煤在发生炉中燃烧后，将炉底的空气加以限制，使煤不能完全燃烧，因而产生大量的一氧化碳，就是发生炉煤气。这种方法使炉中排出的气体主要是一氧化碳，二氧化碳和氮气。一吨煤理论上可以生产3000-3500立方煤气。 二、水煤气的制造方法：是将煤在炉中点
16、燃后，在炉底吹入充足的空气，使煤炽烈的燃烧，然后停掉风机，依次从炉底和炉顶喷入水蒸气，与炽热的煤化合后产生大量的氢气和一氧化碳，再与空气中的氮气和剩余的水蒸气混合，就形成了水煤气。 三、煤气的主要成分：CO2（6.2%）， CO（27.3%）， H2（12.4%）， CH4（0.7%）， N2（53.4%），所以煤气的热值不会很高，一般热值在12001600Kcalm3，燃烧一立方米煤气需要的理论空气量是4.21立方米（连续式工业炉实际是2.5立方），产生的烟气（即废气）量是4.88立方米，煤气的燃点约为500，密度约为0.8-0.88 kg/m。各组分的含量取决于所用原料及气化条件。主要用作合成氨、合成液体燃料等的原料，或作为工业燃料气的补充来源。此外，煤中还含有元素氮和
