第二节　天然气及其加工产品的质量要求

一、商品天然气的质量要求

表1-1和表1-2列举的是从气井井口采出或从矿场分离器分出的天然气组成。通常，这些天然气中含有不同数量的、在大气条件下处于液相的较重烃类，以及水蒸气、硫化物（如硫化氢）、二氧化碳、氮和氦等非烃类气体，一般不适宜大多数用户直接使用，故有时也称为粗天然气。它们大多需要经处理以脱除不希望有的组分（如硫化氢、水蒸气）后方可作为商品天然气。此外，为了回收与利用天然气中的乙烷及更重烃类以及氦、氢等非烃类气体，则需对天然气进行加工，将这些组分从天然气中分离出来。然后，再将残余气（主要是甲烷）作为商品天然气外输，或送回油、气田内部回注，也可将其液化后（液化天然气）外运。

商品天然气的质量要求不是按其组成，而是根据经济效益、安全卫生和环境保护三方面的因素综合考虑制订的。不同国家，甚至同一国家不同地区、不同用途的商品天然气质量要求均不相同。因此，不可能以一个国际标准来统一。此外，由于商品天然气多通过管道输往用户，又因用户不同，对气体质量要求也不同。通常，商品天然气的质量指标主要有下述几项。

1．热值（发热量）

热值是表示燃气（即气体燃料）质量的重要指标之一，单位为kJ/m ³ 或kJ/kg，亦可为MJ/m ³ 或MJ/kg。不同种类的燃气，其热值差别很大。天然气的热值大约是人工燃气的2倍，见表1-3所示。

燃气热值也是用户正确选用燃烧设备或燃具时必须考虑的一项质量指标。在一些国家的商品天然气质量要求中，都对其热值有一定要求。例如在北美各国，一般要求商品天然气的热值不低于34.5～37.3MJ/m ³ 。

2．烃露点

此项要求是用来防止在输气或配气管道中有液烃析出。析出的液烃聚集在管道低洼处，会减少管道流通截面。烃露点的要求为保证管道中不析出游离液烃，或游离液烃不滞留在管道中。

3．水露点（也称露点）

此项要求是用来防止在输气或配气管道中有液态水（游离水）析出。液态水的存在会加速天然气中酸性组分（H ₂ S、CO ₂ ）对钢材的腐蚀，还会形成水合物，堵塞管道和设备。此外，液态水聚集在管道低洼处，也会减少管道的流通截面。冬季（寒冷地区）水易结冰，会堵塞管道和设备。

4．硫含量

此项要求主要是用来控制天然气中硫化物的腐蚀性和对大气的污染，常用H ₂ S含量和总硫含量表示。

天然气中硫化物分为无机硫和有机硫。无机硫指硫化氢（H ₂ S），有机硫指二硫化碳（CS ₂ ）、氧硫化碳（COS）、硫醇（CH ₃ SH、C ₂ H ₅ SH）、噻吩（C ₄ H ₄ S）、硫醚（CH ₃ SCH ₃ ）等。天然气中的大部分硫化物为无机硫。

硫化氢及其燃烧产物二氧化硫，都具有强烈的刺鼻气味，对眼黏膜和呼吸道有损坏作用。空气中硫化氢体积分数大于0.06%（约910mg/m ³ ）时，人呼吸30min就会致命。当空气中含有0.05%（体积分数）SO ₂ 时，人短时间呼吸就有生命危险。

硫化氢又是一种活性腐蚀剂。在高压、高温以及有液态水存在时，腐蚀作用会更加剧烈。硫化氢燃烧后生成的二氧化硫和三氧化硫，也会造成对燃具或燃烧设备的腐蚀。因此，一般要求天然气中的硫化氢含量不高于6～20mg/m ³ 。除此以外，对天然气中的总硫含量也有一定要求，一般要求小于460mg/m ³ 。

5．二氧化碳含量

二氧化碳也是天然气中的酸性组分，在有液态水存在时，对管道和设备也有腐蚀性。尤其是当硫化氢、二氧化碳与水同时存在时，对钢材的腐蚀更加严重。此外，二氧化碳还是天然气中的不可燃组分。因此，一些国家规定了天然气中二氧化碳的含量不高于2%～3%（体积分数）。

我国国家标准《天然气》（GB 17820—1999）已从2000年开始实施。此标准适用于气田、油田采出经预处理后通过管道输送的商品天然气，并按产品类别分别作为民用燃料、工业原料或燃料的天然气。标准中对商品天然气的质量要求见表1-4。

表1-4中所列的一类、二类气体主要用作民用燃料，三类气体主要用作工业原料或燃料。

如果只是为了符合管道输送的要求，则经过处理后的天然气可称为管输天然气，简称管输气。我国对管输天然气的质量要求如下：

① 进入输气管道的气体必须清除其中的机械杂质；

② 水露点应比输气管道中气体可能达到的最低环境温度（即最低管输气体温度）低5℃；

③ 烃露点应低于或等于输气管道中气体可能达到的最低环境温度；

④ 气体中硫化氢含量不大于20mg/m ³ ；

⑤ 如输送不符合上述质量要求的气体，必须采取相应的保护措施。

二、天然气加工主要产品及其质量要求

天然气加工产品主要有液化天然气、天然气凝液、液化石油气、天然气汽油等。典型的天然气及其加工产品的组成见表1-5。

1．液化天然气

液化天然气（LNG）是由天然气液化制取的，以甲烷为主的液烃混合物，其组成（体积分数）约为：C ₁ 80%～95%，C ₂ 3%～10%，C ₃ 0～3%，C ₄ 0～3%， 微量。一般是在常压下将天然气冷冻到约-162℃，使其变为液体。由于液化天然气的体积为其气体（20℃，101.325kPa）体积的1/625，故有利于输送和储存。随着液化天然气运输船及储罐制造技术的进步，将天然气液化几乎是目前跨越海洋运输天然气的主要方法。LNG不仅可作为石油产品的清洁替代燃料，也可用来生产甲醇、氨及其他化工产品。此外，在一些国家和地区，LNG还用于民用燃气的调峰。LNG再气化时的蒸发潜热（-161.5℃时约为511kJ/kg）还可供制冷、冷藏等行业用。表1-6为LNG的主要物理性质。

2．天然气凝液

天然气凝液（NGL）也称为天然气液或天然气液体，我国习惯称为轻烃，是指从天然气中回收到的液烃混合物，包括乙烷、丙烷、丁烷及戊烷以上的烃类等，有时广义地说，从气井井场及天然气加工厂得到的凝析油均属于天然气凝液。天然气凝液可直接作为产品，也可进一步分离出乙烷、丙烷、丁烷或丙、丁烷混合物（LPG）和天然汽油等。天然气凝液及由其得到的乙烷、丙烷、丁烷等烃类是制取乙烯的主要原料。此外，丙烷、丁烷或丙、丁烷混合物不仅是热值很高（83.7～125.6MJ/m ³ ）、输送及存储方便、硫含量低的民用燃料，还是汽车的清洁替代燃料。

3．液化石油气

液化石油气（LPG）也称为液化气，是指主要由C ₃ 和C ₄ 烃类组成并在常温和压力下处于液态的石油产品。按其来源分为炼厂液化石油气和油气田液化石油气两种。炼厂液化石油气是由炼油厂的二次加工过程所得，主要由丙烷、丙烯、丁烷和丁烯等组成。油气田液化石油气则是由天然气加工过程所得到的，通常又可分为商品丙烷、商品丁烷和商品丙、丁烷混合物等。商品丙烷主要由丙烷和少量丁烷及微量乙烷组成，适用于要求高挥发性产品的场合。商品丁烷主要由丁烷和少量丙烷及微量戊烷组成，适用于要求低挥发性产品的场合。商品丙、丁烷主要由丙烷、丁烷和少量乙烷、戊烷组成，适用于要求中挥发性产品的场合。油气田液化石油气不含烯烃。我国油气田液化石油气质量要求见表1-7。

4．天然汽油

天然汽油也称为气体汽油或凝析汽油，是指天然气凝液经过稳定后得到的，以戊烷及更重烃类为主的液态石油产品。我国习惯上称为稳定轻烃，国外也将其称为稳定凝析油。我国将天然汽油按其蒸气压分为两种牌号，其代号为1号和2号。1号产品可作为石油化工原料；2号产品除作为石油化工原料外，也可用作车用汽油调和原料。它们的质量要求见表1-8。

至于其他如商品乙烷等，我国目前尚无上述由国家或行业在相应标准中提出的质量要求。

5．压缩天然气

压缩天然气（CNG）是经过压缩的高压商品天然气，其主要成分是甲烷。由于它不仅抗爆性能（甲烷的研究法辛烷值约为108）和燃烧性能好，燃烧产物中的温室气体及其他有害物质含量很少，而且生产成本较低，因而是一种很有发展前途的汽车优质替代燃料。目前，大多灌装在20～30MPa的气瓶中供汽车使用，称为汽车用压缩天然气。

我国发布的《车用压缩天然气》（GB 18047—2000）已从2000年开始实施，标准中对汽车用压缩天然气的质量要求见表1-9。

三、天然气体积的计量条件

天然气计量时所采用的标准状态，各国都有不同的规定，主要是标准温度不同，见表1-10。

我国国家标准GB/T 1314—1991《流量测量仪表基本参数》规定20℃、101.325kPa为气体标准状态，国家标准《天然气》（GB 17820—1999）及中国石油天然气集团公司的行业标准《用标准孔板流量计测量天然气流量》（SY/T 6143—2004），均注明所采用的天然气体积（单位m ³ ）为20℃、101.325kPa状态下的体积，其体积单位用m ³ 表示。通常将气体在0℃、101.325kPa下所处的状态称为基准状态，我国城镇燃气（包括天然气）的《城镇燃气设计规范》（GB 50028—2006）中注明燃气体积流量计量为0℃、101.325kPa状态下的流量。由此可见，我国天然气生产、经营管理及使用的天然气体积计量条件是不同的。因此，凡涉及天然气体积计量的一些性质（如密度、热值、硫化氢含量等），亦存在同样情况，使用时务必注意其体积计量条件。 5gOuiWuVmXS3RQRlIdjxDoJOZbNcxFc8vDdm9N3KmwFiCv4SiejkAKFGK+vlQBrw