甲烷的“混搭”生活

■ 瑞 健

石化與生活

甲烷的“混搭”生活

■ 瑞 健

標準狀態下，甲烷（Methane，化學分子式為CH4）是無色、無味、無毒、無腐蝕性、比空氣還要輕的氣體，既看不到更摸不著。結構簡單的它頭銜卻不簡單：自然界最簡單的有機物；含碳量最小、含氫量最大的烷烴；自然界最穩定的有機小分子；在創造適合生命存在的條件中扮演重要角色；它的選擇活化和定向轉化被譽為化學催化領域的“圣杯”；它不僅在地球上分布很廣，而且在天王星的大氣層中也有它的身影，這一發現增加了確認太陽系外存在生命的希望。

當然，天文學方面的知識離我們似乎太遙遠了。在人們的現實生活中，甲烷又扮演著什么樣的角色呢？

甲烷生性平穩但又不甘寂寞，明明是一種簡簡單單的有機物，卻硬是拉來幾個“兄弟”混搭，闖蕩江湖。

天然氣（Natural Gas）

廣義上，天然氣是指自然界中天然存在的一切氣體。不過，人們常說的天然氣指的是天然蘊藏于地層中、主要由氣態低分子烴和非烴氣體組成的混合物，如油田氣、氣田氣、煤層氣等。天然氣主要存在于油田和天然氣田，一般采用自噴式、排水式采氣方式，技術較為簡單。

天然氣中甲烷約占87%，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷，有的還含有硫化氫、氮、水氣以及微量惰性氣體，燃燒后釋放的熱量大、污染小，是一種比較清潔的能源。通常情況下，天然氣無色、無味，人們家中所用天然氣的特殊味道，其實是為了警示天然氣泄漏而添加的人工氣味，如甲硫醇或乙硫醇等。

生活中，人們經常接觸的燃料還有液化天然氣（Liquefied Natural Gas，簡稱LNG）。它是天然氣經凈化、壓縮、冷卻和超低溫液化等處理后的液體，體積約為同量態天然氣的1/625。液化天然氣可以儲存在-161.5℃、0.1MPa左右的儲存罐內，可用專用船或油罐車運輸，使用時需重新氣化。

液化石油氣（Liquefied Petroleum Gas，簡稱LPG）

與液化天然氣很容易混淆的產品是液化石油氣。液化石油氣是由煉廠氣或天然氣（包括油田伴生氣）加壓、降溫、液化得到的一種無色、揮發性氣體，主要成分為丙烷、丙烯、丁烷、丁烯，有的含有少量戊烷、戊烯和微量硫化合物雜質，組成不固定。

從地下開采出的天然氣中，90%是甲烷，其余是各種液化石油氣，一般可提煉出1%～3%的液化石油氣。原油的分離精煉過程也會產生約3%的液化石油氣，如果對煉油廠設備進行優化集中提煉液化石油氣，產量可以達到30%～40%。大多數能源企業或煉油廠都不專門生產液化石油氣，但因為它是其他燃料提煉過程中的副產品，所以都會有一定的產量。

現在居民家中用的燃氣多是液化石油氣，雖然人們通常把它叫做“煤氣”。煤氣又稱水煤氣，是煤在高溫下與水蒸氣作用生成的一種混合氣體，主要成分是一氧化碳和氫氣。它們的共同點是都是潔凈燃料，不同點是煤氣有高毒性，一旦中毒后果非常嚴重，而液化石油氣的毒性很小。當然，如果液化石油氣使用不當，如燃燒時通風不好、氧氣不足等也會造成一氧化碳中毒。

和天然氣一樣，為了安全起見，液化石油氣中一般會添加有警示作用的氣體。

煤層氣（Coalbed Methane，簡稱CBM）

同樣與煤有關，但煤層氣與煤氣的成分很不相同。煤層氣俗稱“瓦斯”，是指儲存在煤層中以甲烷為主要成分、以吸附或游離方式存在、溶解于煤層水中的烴類氣體。

煤層氣是一種非常規天然氣，95%以上是甲烷組分，其余組分是二氧化碳或氮氣。煤層氣熱值與天然氣相當，可以與天然氣混輸混用，用作民用、工業、發電、汽車燃料和化工原料。1立方米純煤層氣的熱值相當于0.8千克液化石油氣。

煤層氣在空氣中的濃度達到5%～16%時遇明火會爆炸，這也是煤礦瓦斯爆炸事故的根源。采煤之前，如果先開采煤層氣，煤礦瓦斯爆炸率將降低70%～85%；如果不先開采煤層氣，采煤過程中煤層氣就會排放到大氣當中，其溫室效應約為二氧化碳的21倍，對生態環境破壞性極強。所以，煤層氣的開發利用有一舉多得的功效。

我國煤層氣資源豐富，居世界第三，如用于發電每年可發電近300億千瓦時。中國工程院編制《我國煤層氣開發利用戰略研究》顯示，到2030年，我國煤層氣產量有望達到900億立方米。這一產量與1個新的億噸級原煤產量、1.5個三峽水電站的年發電量和1個大慶油田的原油當量相當。

頁巖氣（Shale Gas）

從頁巖層中開采出來的天然氣即頁巖氣，是一種主要以吸附或游離狀態存在于泥巖、高碳泥巖、頁巖及粉砂質巖類夾層中的天然氣。一般頁巖儲層厚幾百米，發育地區常伴生有常規油氣資源。在不發育具有工業價值的油氣資源的區域，也可能存在頁巖氣。

頁巖氣是當前十分活躍的一種能源，但人類對它們的認識可以追溯到很久以前，只是因為采集比天然氣困難等原因而沒有被開發利用。頁巖氣成分與常規天然氣一樣，以甲烷為主，所以可以用天然氣管道輸送。

頁巖的性質比較致密，因此開發過程需要采取增產措施，如水力壓裂等。與天然氣相比，頁巖氣有開采壽命長、生產周期長的優點，頁巖氣井能夠長期穩定地產氣。目前，它與煤層氣、致密氣共同構成當今世界三大非常規天然氣。

致密氣（Tight Gas）

致密氣即致密砂巖氣，是指滲透率小于0.1毫達西的砂巖地層天然氣，還有孔隙度低（＜12%）、含氣飽和度低（＜60%）、含水飽和度高（40%）、一般無自然產能或自然產能低于工業油氣流下限等特點。

致密氣和頁巖氣作為兩種重要的非常規天然氣資源，已經逐漸成為天然氣產量的主要增長點。但實際上，頁巖氣層是致密氣層的一種形式：前者為1微達西以下，后者的滲透率為0.1毫達西以下，兩者相差一般在100～500倍。所以，非常規儲層開采出來結果的可能3種：如果高產穩產，是常規天然氣；衰減較慢，是致密氣；衰減很快是頁巖氣。

近幾年，我國致密氣地質儲量年增約3000億立方米，致密氣正在改變著我國的天然氣生產格局，將成為我國擴大非常規天然氣生產的主力。

可燃冰（Natural Gas Hydrates）

甲烷可以形成籠狀的水合物，即甲烷被包裹在“籠”里。甲烷含量超過99%的天然氣水合物又稱為甲烷水合物。可用mCH4·nH2O來表示，m代表水合物中的氣體分子，n為水合指數（即水分子數）。天然氣水合物是天然氣的主要成分甲烷與水在高壓低溫條件下結晶形成的冰狀物，通常存在于永久凍土帶或大陸邊緣的海域，因其點火就著，俗稱“可燃冰”。

1立方米可燃冰相當于164立方米天然氣，燃燒時產生的二氧化碳僅為煤炭的一半，可有效減少地球溫室效應，因此成為備受矚目的新能源。但可燃冰主要儲存于海底或寒冷地區的永久凍土帶，較難尋找和勘探，開采利用難度大、成本高，稍有泄漏都會帶來災難性后果。目前，世界上還沒有找到一種安全可行的開采方法。

沼氣（Marsh gas，Biogas）

沼氣是有機物質在厭氧環境中，在一定的溫度、濕度、酸堿度的條件下，通過微生物發酵作用產生的一種可燃氣體。由于它最初是在沼澤、湖泊、池塘中發現的，所以人們叫它“沼氣”。

沼氣的可燃成分包括甲烷、硫化氫、一氧化碳和重烴等，不可燃成分包括二氧化碳、氮和氨等氣體。在沼氣中，甲烷含量為55%～70%，熱值較低、利用價值不高，但當它被提純到93%以上時就可以成為生物天然氣。

目前，沼氣的燃氣經濟價值不菲。歐洲為了擺脫對俄羅斯的天然氣依賴，已經形成了可觀的沼氣—生物天然氣產業，在2009年歐盟25國生物天然氣產量達到300億立方米。在我國，綜合利用沼氣池是改變農村環境的一個重要途徑。

除了上述幾種形式，甲烷還以油田伴生氣、凝析氣、坑氣、煤制氣等“身份”出現。可見，甲烷的結構雖然簡單，但其外在包裝形式卻是多樣的。但是，不管是以什么樣的形式出現，甲烷有一個特點是需要時時刻刻牢記的：甲烷與空氣混合后遇火能引起爆炸的極限濃度為4.9%～16%（體積分數）——低于下限不燃燒，高于上限安靜燃燒，5%～15%的范圍內遇明火即可發生爆炸。爆炸在瞬間產生高壓、高溫，其破壞力和危險性都很大，俄羅斯科學家葉利佐夫甚至認為甲烷是導致百慕達三角船只沉沒、飛機毀亡的主要原因。所以在，處理甲烷產品時需非常謹慎，注意安全操作。

新疆石油：數據公司喜獲國家新型專利證書

本刊訊 新疆石油數據公司申報的“具有多點自組網功能的衛星通訊集成終端和系統”，于今年5月獲得國家知識產權局實用新型專利授權。目前，數據公司已獲授權專利2項，均為實用新型專利。

據悉，“具有多點自組網功能的衛星通訊集成終端和系統”實用新型的目的在于提供一種具有多點自組網功能的衛星通訊集成終端和系統，以達到通訊傳輸不受復雜地形影響和提高通訊傳輸的穩定性及成功率的效果。本專利充分利用衛星通訊技術，將無線中遠距離傳輸與衛星通信相結合，完成了移動網絡無法覆蓋的部分偏遠地區的復雜環境下的傳輸要求，特別適合環境惡劣、位置偏遠但急需快速布網的應急現場、工業現場和施工作業區。具有快速部署、易于安裝、傳輸穩定、支持高速移動和快速切換、信道效率高、多信道同時解調的特點，可有效地降低網絡運營成本，延伸網絡覆蓋范圍。

東北煉化：國內首臺大直徑聚乙烯離心機研制成功

日前，由東北煉化工程公司吉林機械分公司研發的國內首臺大直徑聚乙烯離心機設備通過中國石油天然氣集團公司科技部驗收，各項指標達到國際先進水平。

這種型號為LWF-1000的聚乙烯離心機，轉鼓直徑1000毫米，長度與直徑比為2.5，是目前國內首臺大直徑、大長徑比聚乙烯離心機，擁有5項創新、4項專利。

LWF-1000聚乙烯離心機首次修正了傳統離心機離心分離沉降模型，提出“上浮臨界粒度”模型；首次應用上浮臨界理論，利用專業軟件進行離心機流場分析；樣機設計在整體布局上全面優化；在離心機設計基礎上，在國內首創橇裝離心機測試平臺，可適用多物料種類分離性能測試；首次將自動化控制系統和實時監控預警系統技術安裝在離心機上。

LWF-1000聚乙烯離心機的成功研制，使集團公司在聚乙烯離心機產品設計、生產制造等技術方面達到國內領先、世界先進水平，可全面替代國外設備，形成設計、制造、檢驗驗收的成套完整技術。

（摘自中國石油網）

管道科技研究中心：成功研發閥門內漏檢測儀

6月27日，借助自主研發的閥門內漏檢測儀，中國石油管道科技研究中心國產化項目組首次對天然氣站場40英寸球閥的內漏情況進行了檢測。檢測結果顯示，自主研發的閥門內漏檢測儀相對進口儀器，可更加快速、準確地對天然氣大口徑球閥的內漏情況進行判定。

全焊接大口徑球閥主要用于長輸油氣管道干線、進出站及收發球筒等重要部位，對輸油氣站場的安全運行影響很大，而內漏一直是管道閥門運行過程中暴露最突出的問題。傳統的閥門內漏檢測主要是通過人工觀測閥門壓力或閥門中腔放空進行內漏判定，無法定量檢測、及時性差。

借助油氣管道關鍵設備國產化項目，管道科技研究中心成功自主研發出閥門內漏檢測儀，可檢測出的閥門泄漏下限為每小時0.04立方米。首次將內漏檢定的最大閥門尺寸由20英寸拓展到40英寸，并將閥門內漏的檢測種類由單一的球閥擴展到強制密封閥、旋塞閥等領域，實現了閥門內漏檢測的定制化和專業化，為站場維檢修人員的日常維護提供了良好的技術支撐。

（摘自中國石油網）

東方物探：軟件應用推廣續寫新篇章

6月下旬，東方物探首個GeoEast技術支持站點落戶大慶油田，標志著東方物探軟件應用推廣力度持續加大。

物探軟件是石油物探技術服務公司增強核心競爭力的重要標志，也是助推勘探生產提質增效的利器。近年來，東方物探始終把自主研發的GeoEast、KLSeisII等軟件的應用推廣作為技術拉動市場的重要工作來抓。根據當前物探行業發展需求，東方物探集中優勢力量開發關鍵技術，針對實際應用需求不斷研發提升GeoEast、KLSeisII等軟件的水平和功能，在滿足基本應用的同時向高、精、尖方向發展。

圍繞中國石油股份公司提出的“3年時間GeoEast在各油田的處理解釋應用率要分別達到50%、70%”的目標，東方物探加強與各油氣田溝通，深入了解各油氣田的需求和目標，積極制定技術支持站點建設方案；緊密圍繞各油田生產進行長期技術支持，保障油田用戶會用軟件、用好軟件，使GeoEast軟件成為油氣田增儲上產的有力工具和技術保障。

（摘自中國石油網）

寧夏石化：推出新牌號聚丙烯產品

近日，寧夏石化新牌號聚丙烯產品NX40S試生產成功，共生產高熔融指數聚丙烯纖維樹脂產品653噸，有力提升了聚丙烯產品市場競爭力，為開發更高熔融指數的高端聚丙烯產品積累生產經驗。

新牌號高熔指聚丙烯產品NX40S與舊牌號低熔指聚丙烯T30S相比有很多優勢，可生成無紡布、丙綸制品，廣泛應用于口罩、尿不濕、高級包裝等生活用品。目前西北地區具備高熔指聚丙烯生產能力的企業屈指可數，寧夏石化新牌號聚丙烯的面世，不僅可以填補陜甘寧、西南地區生產空白，滿足國內市場對聚丙烯纖維樹脂的需求，同時還可替代進口產品，創造良好的經濟效益和社會效益。

（摘自中國石油報）

西北油田：脫硫新技術實現效益雙豐環保

近日，西北油田采油二廠二號聯合站油氣脫硫提標提質工程，經過半年多的緊張施工，全面實現投產。這項擴建工程是中國石化“碧水藍天”環保工程的重點項目，也是西北油田今年“提質增效升級”的重點項目。

西北油田采油二廠年產原油300多萬噸，是中國石化原油生產第一大廠。但其一半油井所含硫化氫濃度在500ppm以上，含量超過1 0000ppm的就有1 00多口。2009年，該廠在二號聯合站先后建成4座脫硫塔，設計規模為每臺每年為200萬噸原油脫硫，采取的是正壓式氣提法原油脫硫技術。前幾年4座塔為西北油田共完成了2000萬多噸原油的脫硫任務，但存在對混烴凝液回收不徹底、能源浪費嚴重的情況。

為此，該廠經過科學的環保評估和精確的效益評價，決定引用新型的脫硫技術，并擴大后期深度脫硫、液化氣和輕烴的生產規模。即把4座脫硫塔的正壓式氣提法原油脫硫技術，改造成負壓穩定氣提法原油脫硫技術；新增的6座1 00方液化氣儲罐、2臺液化氣裝車泵和各一座堿洗罐、堿液罐、堿渣罐、混烴分水緩沖罐等。項目分兩期進行施工：先拆卸兩座脫硫塔進行改造，已于201 5年年底運行成功；今年又成功改造另外兩座脫硫塔。新增的生產裝置和設備也緊鑼密鼓的進行施工和安裝，截止5月底已全面實現投產。

此次擴建還新增加了堿洗脫硫和MDEA濕法脫硫技術，采用了創新水封罐生產工藝和分離器補氣增壓技術。不但使脫硫規模達到1 1 1 57.6噸/天，每年還可將硫化氫變害為寶，回收硫磺2000噸。

（摘自中國能源報）

延長石油：煤油氣綜合利用項目通過技術鑒定

延長石油集團煤油氣綜合利用項目科技成果于6月16日在北京通過中國石油和化學工業聯合會組織的技術鑒定。專家鑒定認為，這一成果突破了單一煤制甲醇或天然氣制甲醇的傳統生產理念和工程模式，開辟了油煤氣資源綜合利用新模式，解決了傳統煤制甲醇能效低、水耗高、排放高的關鍵技術瓶頸，節能減排效果顯著，創新性強，整體技術處于國際領先水平。

據悉，201 4年7月延長石油集團在靖邊縣建成投產了全球首個煤油氣資源綜合利用制甲醇項目，生產出聚乙烯、聚丙烯等終端產品，代表著陜西省能源化工產業轉型升級、高端化發展的方向。

（摘自陜西新聞網）