刘洋：天然气煤矿气的主要成分是什么？如何选择？

文字| 刘洋，来自公众号石油观察

1、天然气简介

天然气是指埋藏在地下的可燃气体，主要成分是甲烷（CH4）。 天然气有四种主要形式：

气田气体

气井产出的可燃气体称为纯天然气或气田气。 其主要成分是：甲烷（CH4），占90%以上。 此外，还含有少量乙烷（C2H6）、丙烷（C3H8）、硫化氢（H2S）、一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）等，热值约为38MJ/Nm3。

凝析气田

凝析气田气是指生产过程中能够凝析出较多C5及C5以上轻质石油烃馏分，但同时不产出较重质原油的天然气。 其主要成分除含有大量甲烷（CH4）外，还含有2%-5??%的C5及以上烃类，热值约为46MJ/Nm3。

石油伴生气

石油伴生气是指在开采过程中与液态石油一起提取的天然气。 它是石油开采的副产品。 其主要成分也是甲烷，约占70%-80%，还含有一些其他烷烃，还有CO2、H2、N2等，热值约为42MJ/Nm3。

煤矿瓦斯

煤矿瓦斯是指从地下煤层中抽取的煤矿瓦斯，是煤炭开采的副产品。 事实上，它是煤层气和空气的混合物。 其主要成分是甲烷（CH4）和氮气（N2），还含有O2和CO。值得注意的是，矿井瓦斯只有CH4含量在40%以上时才能以气体形式供应。 当CH4体积成分在40%～50%之间时，矿井瓦斯的热值约为17MJ/Nm3。

此外，天然气除了以常规气态形式存在于管道中外，还可以加工成LNG和CNG。

液化天然气

当天然气在常压下冷却到-162℃左右时，天然气由气态转变为液态，称为液化天然气（Gas，简称LNG）。 LNG无色、无味、无毒、无腐蚀性。 天然气液化是一个低温过程。 当温度不超过临界温度（-82摄氏度）时，气体加压0.1MPa以上。 液化后，其体积与气态大致相同。 天然气的体积为1/600，LNG的重量仅为同体积水的45%左右，热值为/t，（百万英热单位/吨）（=2.52×）。

压缩天然气

压缩天然气（Gas，简称CNG）是将天然气加压（每平方英寸3600磅以上）至20-25MPa，然后在高压下深度脱水，以气态储存在容器中。 它的成分与管道天然气相同。 CNG可用作车用燃料。

天然气储存方法：

（一）地下储气库是将长输管道输送的商品天然气回注到地下空间形成的人工气田或储气库。 一般建在下游天然气用户城市附近。 与地面球罐等方式相比，地下储气库具有库容大、机动性强、调峰范围宽等优点； 经济合理，成本虽高，但经久耐用，使用寿命达30至50年甚至更长。 更长； 安全系数大，比地面设施安全得多。

（2）天然气储存方式主要有压缩天然气（CNG：15Pa～20MPa）、液化天然气（LNG：沸点-162℃）和吸附天然气（ANG）； CNG是目前车用天然气燃料的主要储存方式。 缺点是储存气瓶较重，占用体积大； 与液体燃料相比，天然气的体积能量密度较低。 CNG燃料在20MPa压力下的能量密度仅相当于汽油的30%。

(3)世界上另一种储存天然气的方式是液化天然气。 LNG是通过从地质中提取的天然气经过“三脱”净化并实施低温液体处理而生产的。 液化后的体积仅为原气体体积的1/625。 LNG的能量密度是CNG的三倍以上。 能量密度大大提高，但LNG的生产成本较高，且储存容器的隔热要求较高。 这些都是制约其发展的因素。

（4）吸附储存天然气（ANG）技术是一种尚处于研究阶段的天然气储存方法。 它在储存容器中填充多孔吸附剂，在中高压（约3.5MPa）条件下利用吸附作用吸收水分。 天然气的高吸附能力增加了天然气的储存密度。 ANG作为未来将取代CNG的新技术，将拥有广阔的发展前景。 但由于仍有许多技术难点需要解决，目前仍难以进入实用阶段。

2.常用燃料的热值

天然气的热值根据产地的不同而变化。 仓子线天然气热值约为35,590 KJ/Nm?，折合约为8,500大卡/立方卡。

Nm?是标准立方米，是温度为0℃、压力为时的体积。

1 卡路里定义为在 1 个大气压下将 1 克水升高 1°C 所需的热量。

1大卡=1000卡路里=1000卡路里=4186J=4.186KJ

各种常用燃料的热值：

天然气Q= /m3=8500 kcal/m3

液化石油气Q=/Kg=10000 kcal/m3

煤Q=/Kg=5000大卡/Kg

汽油Q=/Kg=10300 kcal/Kg

柴油Q=/Kg=11000 kcal/Kg

煤气Q=/m3=4200 kcal/m3

水煤气Q=/m3 =2600 kcal/m3

重油Q=9000—/m3

电量Q=/kWh=860大卡/kWh

3、各种燃料之间的热值换算

示例：液化石油气天然气

****橡胶厂是一家烘烤浮子的工厂。 原来使用的燃料是液化石油气（俗称液化石油气）。 每天使用液化石油气600公斤，每天工作11小时。 那么，改用天然气后，每天要使用多少立方米燃气呢？ 设备每小时的流量是多少？

现在我们来算一下：

液化石油气的热值为41.9MJ/kg，即10000大卡/kg。

天然气的热值为35.6MJ/m3，即8500大卡/m3。

根据热量守恒可知，600公斤

若工作11小时，则该厂设备每小时流量Q=706/11=64.1m3/h。

示例：柴油天然气

****厂天然气改造原来使用柴油作为燃料。 每天使用柴油300公斤，每天24小时工作。 如果换成天然气，需要多少燃气？

现在我们来算一下：

根据热量守恒定律：柴油的发热量为11000大卡/公斤，天然气的发热量为8500大卡/立方米。 若改为天然气，用量为300Kg，设备实际加热时间为每天10小时，则设备每小时流量为388/10=38.8m3/h

示例：电力和天然气

****天然气改造，一台采用电加热的拉丝机一天24小时耗电109度。 如果有5台拉丝机，需要使用多少燃气？

现在我们来算一下：

一台拉丝机一天24小时耗电109千瓦时，所以一台拉丝机每小时耗电约4.54千瓦时。 1千瓦时为1kw/h，1千瓦时电产生的热量为=，1立方米天然气的发热量为，则1千瓦时电约为=0.101立方米天然气。 那么一台拉丝机用约4.54计算仅针对拉丝机的电加热部分）

4、天然气燃料汽车与成品油燃料汽车对比

1. LNG与柴油的比较

1）经济比较

以公交车为例，LNG燃料车比柴油车贵8万左右。 但由于LNG与柴油存在一定的价差，车辆价格的价差主要由燃油成本来弥补。

液化天然气和柴油性能对照表

对比单位体积的发热量，用LNG替代柴油时，1标准立方米天然气相当于1.017升柴油。 柴油车百公里耗油量为27.5升，LNG燃料车百公里耗气量为30标准立方米。

柴油与LNG作为燃料经济效益对照表：（按公交车每天行驶300公里计算）

与柴油车相比，LNG燃料车每日燃油成本降低218元。 按年运行时间350天计算，每年可节省燃油费用7.6万元。 购车增加的成本8万元，运行一年半即可收回。 按公交车运营寿命为8年计算，8年内燃油成本带来的经济效益为61万元。 因此，使用LNG燃料车辆相比柴油车可大幅降低车辆运营成本，为公交公司创造更大的经济效益。

2）行驶里程对比

LNG燃料汽车采用低温液体储存方式，能量密度高。 液化比为1:625。 配备375L车用LNG储气罐。 天然气储存量约为234标准立方米。 扣除LNG的蒸发量后，满载正常情况下可行驶700公里。 柴油车配备280升油箱，满载时可行驶600公里。 因此，LNG燃料汽车的续驶里程比柴油汽车更长。

3）汽车尾气污染物排放

汽车尾气排放是造成空气污染的主要原因之一。 据统计，汽车尾气排放量占大气污染源总量的40%以上。 汽车燃料由燃油改为天然气后，尾气污染将明显减少。

2、CNG燃料汽车与汽油汽车对比

下面将从几个方面对CNG燃油车和柴油车进行比较。

1）经济比较

以出租车为例，CNG燃油车与汽油车的性能对比如下：

汽油和 CNG 性能比较表

单位体积发热量对比，用CNG代替汽油液态天然气密度，1标准立方米天然气相当于1.03升汽油，出租车百公里耗油8升，LNG燃料汽车耗油7.76标准立方米天然气每百公里汽油。

CNG与汽油作为燃料经济效益对比表：（按出租车每天行驶350公里计算）

使用CNG作为燃料代替汽油，每天可减少燃油费用87元。 按年运行时间350天计算，每年可节省燃油费用3万元。 出租车改装只需要8500多元，因此额外的5000元汽车费用可以在运营3个月后收回。 按出租车使用寿命6年计算，6年内燃油成本经济效益为18万元。 因此，与柴油车相比，使用CNG燃料车辆可显着降低车辆运营成本。 出租车用户创造更大的经济效益。

2）安全操作

天然气（空气为1）相对密度较小，为0.58～0.68。 泄漏后迅速上升到空气中，易丢失，不易着火。 汽油蒸气较重，其液体挥发过程缓慢且不易散失，容易着火、爆炸。 天然气的爆炸极限为4.8%～14.8%，汽油的爆炸极限为1%～6%。 而且，天然气的自燃点（在空气中）为650℃，比汽油的自燃点（510℃～530℃）高，因此天然气的泄漏量比汽油多。 火灾风险很小。 而且天然气汽车钢瓶属于高压容器，其材料、制造、检验检测都有严格的规定控制。 它们不易因车辆碰撞或翻倒而引起火灾或爆炸。 但汽油车的油箱属于非压力容器，着火后容易发生爆炸。

3）天然气汽车综合对比结论

CNG与汽油相比，CNG是一种更清洁、更安全、更经济的替代车用燃料。 因此，CNG作为车用燃料具有非常广阔的市场前景。 随着CNG燃料市场的进一步扩大，必将为社会创造巨大的经济效益和社会效益。

5、燃气输配

1、燃气管道的分类

（一）按目的分

A。 长输天然气管道

b.城市燃气管道

C。 工业企业燃气管道

（二）按申请方式分

a.地下燃气管道

b. 架空燃气管道

(3)按输气压力分

A。 低压燃气管道P

d. 高压燃气管道 B 1.6P≤2.5MPa A 2.5P≤4.0Mpa

(4)按压力等级系统，系统分为一级、一类压力。

二次系统中有两个压力

三级系统三压力

多级系统四压以上

2、城市燃气输配系统的组成：

城市燃气输配系统一般包括门站、高、中、低压燃气管网、储配站、调压站以及调压计量装置、监测和数据采集等。

A。 门站：接受长输天然气管道、CNG高压气瓶组或LNG罐车等气源。 经站内过滤、调压、计量后送至城市输配管网或直接送至用户。 根据用气量情况和长输管道的特点，一般门站还设有加臭装置和清管球接收装置。

b. 储配站 ① 储配站功能：

在城市燃气供应中，燃气供需平衡是通过储气站和配气站来调节的。 储配气站一般由储气罐、压缩机房及辅助设施组成。 其调节能力和范围取决于气体的储存方式。 对于高压天然气来说，长距离管道输送后到达城门站的残压仍然很高。 利用这个压力可以解决城市燃气的储存和分配。 此时储配站的作用是接收气源并储存，控制供气压力、气量分配、测量和气质检测等。

②储气设备的主要作用： ※解决产气（供气）平衡与用气不平衡的矛盾，保证正常供气； ※当输气干线、产气和气源供应设备出现暂时故障时，保证一定程度的供应； ※ 储气设备分布均匀时，管网进气点分布合理，可提高管网输气能力。 ※储气设备还可用于混合不同组分的气体，使气体性质（组分物理参数、燃烧特性等）均匀。