燃气专业技术培训教材

第一章燃气基础知识城市燃气是现代城镇必不可少的基础性重要设施，提升城镇竞争力重要的指标。城市燃气是优质可燃气体，它对保护环境，减少污染，方便人们生活，提升人民生活质量，促进生产，繁荣经济诸多方面发挥着重大作用。一、燃气种类燃气通常由多种单一气体混合而成，其组分主要是可燃气体。可燃气体主要有碳氢化合物、氢和一氧化碳。非燃气体主要有氮气、二氧化碳和氧气。此外燃气中还含有少量的混杂气体和杂质，如水蒸气、氨、硫化氢、萘、焦油和灰尘等以及微量的惰性气体氦(He)、氩（Ar）等。氢气是焦炉燃气的主要成分。它是一种比重最轻、无色无味、很难液化的气体，其在空气或氧气中燃烧时产生淡蓝色火焰并放出大量的热。一氧化碳是一种无色无味的有毒气体，比空气稍轻，难溶于水，不易液化。在空气中燃烧时，火焰为蓝色，产生二氧化碳并放出大量的热。当空气中一氧化碳含量达到0.1%（体积比）时，就会引起中毒。甲烷是天然气的主要成分。它在常温下是气体，无色无味，比空气轻，微溶于水。在空气中燃烧时发出光和热。甲烷在1000°C以上会分解成碳和氢气；在约-162°C时，可由气体变成液体，体积可缩小约1/600倍，称为液化天然气，储存在低温储罐中。丙烷、丙烯、丁烷、丁烯是液化石油气的主要成份。这些碳氢化合物在常温常压下呈气态，供用户使用；而当压力升高或温度降低时，又很容易使它转变为液体，其体积缩小约250倍，便于运输与储存。各种单一可燃气体的燃烧特性见表1—1单一可燃气体的燃烧特性表1—1序号气体名称分子式爆炸极限L120°C（上/下）空气中的体积（%）着火温度t(°C)燃烧反应式理论空气量和耗氧量(m³/m³）理论烟气量Vf(m³/m³）热值Q(KJ/m³）空气O2CO2H2ON2Vf高低1氢H275.9/4.0400H2+0.5O2=H2O2.380.5—1.01.882.8812724107682一氧化碳CO74.2/12.5605CO+0.5O2=CO22.380.51.0—1.882.8812615126153甲烷CH415.0/5.0540CH4+2O2=2CO2+H2O9.522.01.02.07.5210.5239752358224乙炔C2H280.0/2.5335C2H2+2.5O2=2CO2+H2O11.902.52.01.09.4012.4058370563955乙烯C2H434.0/27425C2H4+3O2=2CO2+2H2O14.283.02.02.011.2815.2863294593436乙烷C2H613.0/2.9515C2H6+3.5O2=2CO2+3H2O16.663.52.03.013.6118.1670190642517丙烯C3H611.7/2.0460C3H6+4.5O2=3CO2+3H2O21.244.53.03.016.9222.9293456874668丙烷C3H89.5/2.1450C3H8+5O2=3CO2+4H2O23.805.03.04.018.8025.80101039930309丁烯C4H810.0/1.6385C4H8+6O2=4CO2+4H2O28.566.04.04.022.5630.5612555911742510丁烷n-C4H108.5/1.5365C4H10+6.5O2=4CO2+5H2O30.946.54.05.024.4433.4413358012336411戊烯C5H108.7/1.4290C5H10+7.5O2=5CO2+5H2O35.707.55.05.028.2038.2015884814849412戊烷C5H128.3/1.4260C5H112+8O2=5CO2+6H2O38.088.05.05.030.0841.0816823715637413苯C6H68.0/1.2560C6H6+7.5O2=6CO2+3H2O35.707.56.03.028.2037.2016188715541214硫化氢H2S45.5/4.3270H2S+1.5O2=SO2+H2O7.141.51.01.05.647.642530623329燃气种类很多，按燃气成因可分为：天然气、人工煤气、液化石油气、生物气（沼气）等。（一）天然气天然气一般可分为四种：从气井开采出来的气田气或称纯天然气;伴随石油一起开采出来的石油气，也称石油伴生气；含石油轻质馏分的凝析气田气；从井下煤层抽出的矿井气或煤层气。燃气天然气气井气石油伴生气凝析气田气矿井气或煤层气N.G天然气C.N.G压缩天然气L.N.G液化天然气人工煤气煤制气高炉煤气干馏煤气气化煤气发生炉煤气水煤气蒸汽—氧气煤气（压力气化）两段式气化炉煤气油制气重油蓄热热裂解气重油蓄热催化裂解气液化石油气石油炼油厂炼制凝析气田气、石油伴生气生物气（沼气）天然人造优质可燃气体称为天然气。用天然气作为能源取得优质可燃气体供民用、商业、工业企业作为燃料；天然气是指埋藏在地下深处动、植物通过生物、化学作用及地质变化作用，在不同地质条件下生成、迁移，在一定压力下储集，埋藏在深度不同的地层中的可燃气体；其次，天然气是一种以低分子饱和碳氢化合物为主要成分的可燃气体混合物；再次，纯天然气的组分以甲烷为主，在0.1MPa、0°C时，天然气比重为0.555，比空气轻。沸点-161.49°C，低于沸点温度天然气变成液体，液态天然气的体积为气态时的1/600，有利于运输和储存。天然气爆炸极限为5%—15%（空气中体积），天然气极易爆炸；最后，天然气又是制取合成氨、甲醇、炭黑、乙炔等化工产品的原料气。同时，还被用作汽车燃料。天然气在用于联合发电系统、热泵（供热和制冷）及燃料电池等方面都具有十分诱人的前途。（二）人工燃气人工燃气是指以固体燃料或液体燃料为原料而制得的可燃气体。按其生产方式不同可分为干馏煤气、气化煤气及油制气。1、干馏煤气将煤隔绝空气加热到一定温度时，煤中所含挥发物开始挥发，产生焦油、苯和煤气，剩留物最后变成多孔的焦炭，这种分解过程称为干馏。利用焦炉、连续式直立碳化炉（又称伍德炉）等对煤进行干馏所获得的煤气称为干馏煤气。用干馏方式生产煤气每吨煤可产煤气300—500m³。此类煤气中氢和甲烷的含量较高低发热值一般为16.7MJ/Nm³左右。2、气化煤气以固体燃料（煤或焦炭）为原料，以氧气（空气、富氧空气或纯氧）和水蒸气等为气化剂，在高温条件下通过化学反应将固体燃料转化为气体燃料的过程为气化，气化后得到的可燃气体称为气化煤气。按生产方法和气化剂的不同，气化煤气可分为：压力气化煤气、发生炉煤气和水煤气。其中压力气化煤气可以单独作为城市燃气气源。水煤气和发生炉煤气发热值低，而且一氧化碳含量高，毒性大，不能单独作为城市燃气气源。但可用来加热焦炉连续式直立炭化炉，以顶替出发热值较高的干馏煤气，增加供应城市的气量也可以和其它发热值较高的燃气掺混，调节供气量和调整燃气发热值，作为城市燃气的调度气源。两段式气化炉煤气包括发生炉型两段炉煤气和水煤气型两段炉煤气。水煤气型两段式完全气化炉，上段为干馏段，下段为气化段。煤气的主要成份是氢气和一氧化碳，其低热值在12MJ/Nm3左右。由于一氧化碳含量在30%左右，经过处理，可采用部分一氧化碳变换及加臭等技术措施，可作为中、小城镇气源，也可以作掺混或调峰气源。3、油制气油制气是以重油、柴油或石脑油等为原料制得的可燃气体。按制取方法不同，油制气可分为热裂解气和催化裂解气。以重油为原料制取热裂解气，每吨重油可产气500-600m³，发热值为33—38MJ/Nm³；制取催化裂解气每吨重油可产气1100—1300m³，发热值约为19—21MJ/Nm³。油制气的主要成分为烷烃、烯烃等碳氢化合物及少量的一氧化碳。油制气既可作为城市燃气的基本气源，又可作为城市燃气的调度气源。（三）液化石油气液化石油气是在开采和炼制石油过程中，作为副产品而获得的C3、C4为主要成分的碳氢化合物。这些碳氢化合物在常压下的沸点为－42.7℃～－0.5℃，所以在常温常压下以气体状态存在，而当压力升高或温度降低时，很容易使之转化为液体状态，所以称这类碳氢化合物为液化石油气。液化石油气的热值为108.44MJ/Nm3左右。目前我国供应的液化石油气主要来自炼油厂的催化裂解装置。液化石油气产量通常约占催化装置处理原料的7%—8%。液化石油气可罐装运输，供应灵活，投资少，设备简单，建设速度快所以液化石油气供应事业发展很快，一度成为城镇燃气气源之一。随着天然气事业发展，液化石油气趋向于城郊边缘发展。（四）生物气（沼气）各种有机物质，如蛋白质、纤维素、脂肪、淀粉等，在一定温度、湿度、酸碱度和隔热空气条件下，经过微生物发酵分解作用而产生一种以甲烷为主要成分的可燃气体，叫做沼气。发酵的原料可以是垃圾、粪便、树叶杂草等有机物质。沼气的组分中甲烷的含量约为60%，二氧化碳为35%，此外还含有少量的氢、一氧化碳等气体。发热值约为20.9MJ/Nm³。目前主要用于农村。各种燃气的主要组分及低发热值见表1—2.燃气的组分及低发热值表1—2序号燃气类别组分（体积%）低发热值（KJ/Nm³）CH4C3H8C4H10CmHnOH2CO2O2N2一1234二(一)123(二)123(三)12(四)三四天然气纯天然气石油伴生气凝析气田气矿井气人工燃气固体燃料干馏煤气焦炉煤气连续式直立炭化炉煤气立箱炉煤气固体燃料气化炉煤气压力气化煤气水煤气发生炉煤气油制气重油蓄热热裂解气重油蓄热催化裂解气高炉煤气液化石油气（概略值）生物气（沼气）9881.774.352.4271825181.21.828.516.60.3600.36.26.75500.34.861.870.4500.44.9414.9121.70.732.1756179.51834.430.42.6817.228.0少量5656555652.08.431.5146.52.7少量0.31.624.635638.22.42.137.010.5350.27.010.30.50.30.20.20.621.0少量1.01.80.5536.052444.056.42.396.758.536220454704836018840182501616016120154101038059004216017540394010844021770二、燃气的质量标准（一）杂质的影响和有害气体的毒害作用。1、焦油和粉尘：人工燃气中常带有焦油雾和尘粒，这些都易于堵塞管道和燃具。2、萘：人工干馏煤气中含萘较多。燃气在管道内温度逐渐下降，当其含萘量超过饱和量时，过饱和部分的气态萘以结晶态析出。这种白色结晶沉积在管道和燃具的燃气通道中，并堵塞通道，如果与焦油和粉尘粘合，情况更严重。3、氨：城市燃气中的氨对管道、设备和燃具有腐蚀作用，其燃烧产物NO、NO2等有害气体，影响人体健康，并污染环境。4、一氧化碳：人工煤气中含有较多的一氧化碳。燃气燃烧烟气中也会产生一氧化碳，在燃烧不完全时会产生更多的一氧化碳。一氧化碳是无色无味的气体，相对密度为0.97，当在空气中浓度达到0.04%—0.06%时很快就有中毒症状。一氧化碳与人体内血红蛋白的结合能力大大强于氧的结合能力，使血液降低或失去输氧能力，人体因缺氧而中毒，尤其是脑因缺氧伤害更为严重。5、硫化氢：有强烈臭鸡蛋气味的无色气体，相对密度1.19，它能强烈刺激神经系统和呼吸系统。轻度中毒时，使人流泪、咳嗽、恶心、呼吸困难、头晕、头痛，严重者失去知觉甚至停止心跳。当空气中浓度为0.1%时，可使人迅速死亡。6、甲烷、二氧化碳：基本上是无毒物质，但浓度大时可使人窒息直至昏迷、死亡。7、烃类：浓度低时对人没什么毒害作用，但长时间吸入或浓度较大时，有刺激人的呼吸器官和麻醉作用，浓度很大时，会使人窒息、昏迷直至死亡。（二）燃气的质量标准1、天然气的质量指标（GB17820—1999）天然气的质量指标应符合表1—3的规定。天然气的质量指标表1—3项目一类二类三类高位发热量MJ/m³31.40总硫（以硫计）mg/m³≤100≤200≤460硫化氢mg/m³≤6≤20460二氧化碳%（V/V）≤3.