甲烷的“混搭”生活

■ 瑞 健

石化与生活

甲烷的“混搭”生活

■ 瑞 健

标准状态下，甲烷（Methane，化学分子式为CH4）是无色、无味、无毒、无腐蚀性、比空气还要轻的气体，既看不到更摸不着。结构简单的它头衔却不简单：自然界最简单的有机物；含碳量最小、含氢量最大的烷烃；自然界最稳定的有机小分子；在创造适合生命存在的条件中扮演重要角色；它的选择活化和定向转化被誉为化学催化领域的“圣杯”；它不仅在地球上分布很广，而且在天王星的大气层中也有它的身影，这一发现增加了确认太阳系外存在生命的希望。

当然，天文学方面的知识离我们似乎太遥远了。在人们的现实生活中，甲烷又扮演着什么样的角色呢？

甲烷生性平稳但又不甘寂寞，明明是一种简简单单的有机物，却硬是拉来几个“兄弟”混搭，闯荡江湖。

天然气（Natural Gas）

广义上，天然气是指自然界中天然存在的一切气体。不过，人们常说的天然气指的是天然蕴藏于地层中、主要由气态低分子烃和非烃气体组成的混合物，如油田气、气田气、煤层气等。天然气主要存在于油田和天然气田，一般采用自喷式、排水式采气方式，技术较为简单。

天然气中甲烷约占87%，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷，有的还含有硫化氢、氮、水气以及微量惰性气体，燃烧后释放的热量大、污染小，是一种比较清洁的能源。通常情况下，天然气无色、无味，人们家中所用天然气的特殊味道，其实是为了警示天然气泄漏而添加的人工气味，如甲硫醇或乙硫醇等。

生活中，人们经常接触的燃料还有液化天然气（Liquefied Natural Gas，简称LNG）。它是天然气经净化、压缩、冷却和超低温液化等处理后的液体，体积约为同量态天然气的1/625。液化天然气可以储存在-161.5℃、0.1MPa左右的储存罐内，可用专用船或油罐车运输，使用时需重新气化。

液化石油气（Liquefied Petroleum Gas，简称LPG）

与液化天然气很容易混淆的产品是液化石油气。液化石油气是由炼厂气或天然气（包括油田伴生气）加压、降温、液化得到的一种无色、挥发性气体，主要成分为丙烷、丙烯、丁烷、丁烯，有的含有少量戊烷、戊烯和微量硫化合物杂质，组成不固定。

从地下开采出的天然气中，90%是甲烷，其余是各种液化石油气，一般可提炼出1%～3%的液化石油气。原油的分离精炼过程也会产生约3%的液化石油气，如果对炼油厂设备进行优化集中提炼液化石油气，产量可以达到30%～40%。大多数能源企业或炼油厂都不专门生产液化石油气，但因为它是其他燃料提炼过程中的副产品，所以都会有一定的产量。

现在居民家中用的燃气多是液化石油气，虽然人们通常把它叫做“煤气”。煤气又称水煤气，是煤在高温下与水蒸气作用生成的一种混合气体，主要成分是一氧化碳和氢气。它们的共同点是都是洁净燃料，不同点是煤气有高毒性，一旦中毒后果非常严重，而液化石油气的毒性很小。当然，如果液化石油气使用不当，如燃烧时通风不好、氧气不足等也会造成一氧化碳中毒。

和天然气一样，为了安全起见，液化石油气中一般会添加有警示作用的气体。

煤层气（Coalbed Methane，简称CBM）

同样与煤有关，但煤层气与煤气的成分很不相同。煤层气俗称“瓦斯”，是指储存在煤层中以甲烷为主要成分、以吸附或游离方式存在、溶解于煤层水中的烃类气体。

煤层气是一种非常规天然气，95%以上是甲烷组分，其余组分是二氧化碳或氮气。煤层气热值与天然气相当，可以与天然气混输混用，用作民用、工业、发电、汽车燃料和化工原料。1立方米纯煤层气的热值相当于0.8千克液化石油气。

煤层气在空气中的浓度达到5%～16%时遇明火会爆炸，这也是煤矿瓦斯爆炸事故的根源。采煤之前，如果先开采煤层气，煤矿瓦斯爆炸率将降低70%～85%；如果不先开采煤层气，采煤过程中煤层气就会排放到大气当中，其温室效应约为二氧化碳的21倍，对生态环境破坏性极强。所以，煤层气的开发利用有一举多得的功效。

我国煤层气资源丰富，居世界第三，如用于发电每年可发电近300亿千瓦时。中国工程院编制《我国煤层气开发利用战略研究》显示，到2030年，我国煤层气产量有望达到900亿立方米。这一产量与1个新的亿吨级原煤产量、1.5个三峡水电站的年发电量和1个大庆油田的原油当量相当。

页岩气（Shale Gas）

从页岩层中开采出来的天然气即页岩气，是一种主要以吸附或游离状态存在于泥岩、高碳泥岩、页岩及粉砂质岩类夹层中的天然气。一般页岩储层厚几百米，发育地区常伴生有常规油气资源。在不发育具有工业价值的油气资源的区域，也可能存在页岩气。

页岩气是当前十分活跃的一种能源，但人类对它们的认识可以追溯到很久以前，只是因为采集比天然气困难等原因而没有被开发利用。页岩气成分与常规天然气一样，以甲烷为主，所以可以用天然气管道输送。

页岩的性质比较致密，因此开发过程需要采取增产措施，如水力压裂等。与天然气相比，页岩气有开采寿命长、生产周期长的优点，页岩气井能够长期稳定地产气。目前，它与煤层气、致密气共同构成当今世界三大非常规天然气。

致密气（Tight Gas）

致密气即致密砂岩气，是指渗透率小于0.1毫达西的砂岩地层天然气，还有孔隙度低（＜12%）、含气饱和度低（＜60%）、含水饱和度高（40%）、一般无自然产能或自然产能低于工业油气流下限等特点。

致密气和页岩气作为两种重要的非常规天然气资源，已经逐渐成为天然气产量的主要增长点。但实际上，页岩气层是致密气层的一种形式：前者为1微达西以下，后者的渗透率为0.1毫达西以下，两者相差一般在100～500倍。所以，非常规储层开采出来结果的可能3种：如果高产稳产，是常规天然气；衰减较慢，是致密气；衰减很快是页岩气。

近几年，我国致密气地质储量年增约3000亿立方米，致密气正在改变着我国的天然气生产格局，将成为我国扩大非常规天然气生产的主力。

可燃冰（Natural Gas Hydrates）

甲烷可以形成笼状的水合物，即甲烷被包裹在“笼”里。甲烷含量超过99%的天然气水合物又称为甲烷水合物。可用mCH4·nH2O来表示，m代表水合物中的气体分子，n为水合指数（即水分子数）。天然气水合物是天然气的主要成分甲烷与水在高压低温条件下结晶形成的冰状物，通常存在于永久冻土带或大陆边缘的海域，因其点火就着，俗称“可燃冰”。

1立方米可燃冰相当于164立方米天然气，燃烧时产生的二氧化碳仅为煤炭的一半，可有效减少地球温室效应，因此成为备受瞩目的新能源。但可燃冰主要储存于海底或寒冷地区的永久冻土带，较难寻找和勘探，开采利用难度大、成本高，稍有泄漏都会带来灾难性后果。目前，世界上还没有找到一种安全可行的开采方法。

沼气（Marsh gas，Biogas）

沼气是有机物质在厌氧环境中，在一定的温度、湿度、酸碱度的条件下，通过微生物发酵作用产生的一种可燃气体。由于它最初是在沼泽、湖泊、池塘中发现的，所以人们叫它“沼气”。

沼气的可燃成分包括甲烷、硫化氢、一氧化碳和重烃等，不可燃成分包括二氧化碳、氮和氨等气体。在沼气中，甲烷含量为55%～70%，热值较低、利用价值不高，但当它被提纯到93%以上时就可以成为生物天然气。

目前，沼气的燃气经济价值不菲。欧洲为了摆脱对俄罗斯的天然气依赖，已经形成了可观的沼气—生物天然气产业，在2009年欧盟25国生物天然气产量达到300亿立方米。在我国，综合利用沼气池是改变农村环境的一个重要途径。

除了上述几种形式，甲烷还以油田伴生气、凝析气、坑气、煤制气等“身份”出现。可见，甲烷的结构虽然简单，但其外在包装形式却是多样的。但是，不管是以什么样的形式出现，甲烷有一个特点是需要时时刻刻牢记的：甲烷与空气混合后遇火能引起爆炸的极限浓度为4.9%～16%（体积分数）——低于下限不燃烧，高于上限安静燃烧，5%～15%的范围内遇明火即可发生爆炸。爆炸在瞬间产生高压、高温，其破坏力和危险性都很大，俄罗斯科学家叶利佐夫甚至认为甲烷是导致百慕达三角船只沉没、飞机毁亡的主要原因。所以在，处理甲烷产品时需非常谨慎，注意安全操作。

新疆石油：数据公司喜获国家新型专利证书

本刊讯 新疆石油数据公司申报的“具有多点自组网功能的卫星通讯集成终端和系统”，于今年5月获得国家知识产权局实用新型专利授权。目前，数据公司已获授权专利2项，均为实用新型专利。

据悉，“具有多点自组网功能的卫星通讯集成终端和系统”实用新型的目的在于提供一种具有多点自组网功能的卫星通讯集成终端和系统，以达到通讯传输不受复杂地形影响和提高通讯传输的稳定性及成功率的效果。本专利充分利用卫星通讯技术，将无线中远距离传输与卫星通信相结合，完成了移动网络无法覆盖的部分偏远地区的复杂环境下的传输要求，特别适合环境恶劣、位置偏远但急需快速布网的应急现场、工业现场和施工作业区。具有快速部署、易于安装、传输稳定、支持高速移动和快速切换、信道效率高、多信道同时解调的特点，可有效地降低网络运营成本，延伸网络覆盖范围。

东北炼化：国内首台大直径聚乙烯离心机研制成功

日前，由东北炼化工程公司吉林机械分公司研发的国内首台大直径聚乙烯离心机设备通过中国石油天然气集团公司科技部验收，各项指标达到国际先进水平。

这种型号为LWF-1000的聚乙烯离心机，转鼓直径1000毫米，长度与直径比为2.5，是目前国内首台大直径、大长径比聚乙烯离心机，拥有5项创新、4项专利。

LWF-1000聚乙烯离心机首次修正了传统离心机离心分离沉降模型，提出“上浮临界粒度”模型；首次应用上浮临界理论，利用专业软件进行离心机流场分析；样机设计在整体布局上全面优化；在离心机设计基础上，在国内首创橇装离心机测试平台，可适用多物料种类分离性能测试；首次将自动化控制系统和实时监控预警系统技术安装在离心机上。

LWF-1000聚乙烯离心机的成功研制，使集团公司在聚乙烯离心机产品设计、生产制造等技术方面达到国内领先、世界先进水平，可全面替代国外设备，形成设计、制造、检验验收的成套完整技术。

（摘自中国石油网）

管道科技研究中心：成功研发阀门内漏检测仪

6月27日，借助自主研发的阀门内漏检测仪，中国石油管道科技研究中心国产化项目组首次对天然气站场40英寸球阀的内漏情况进行了检测。检测结果显示，自主研发的阀门内漏检测仪相对进口仪器，可更加快速、准确地对天然气大口径球阀的内漏情况进行判定。

全焊接大口径球阀主要用于长输油气管道干线、进出站及收发球筒等重要部位，对输油气站场的安全运行影响很大，而内漏一直是管道阀门运行过程中暴露最突出的问题。传统的阀门内漏检测主要是通过人工观测阀门压力或阀门中腔放空进行内漏判定，无法定量检测、及时性差。

借助油气管道关键设备国产化项目，管道科技研究中心成功自主研发出阀门内漏检测仪，可检测出的阀门泄漏下限为每小时0.04立方米。首次将内漏检定的最大阀门尺寸由20英寸拓展到40英寸，并将阀门内漏的检测种类由单一的球阀扩展到强制密封阀、旋塞阀等领域，实现了阀门内漏检测的定制化和专业化，为站场维检修人员的日常维护提供了良好的技术支撑。

（摘自中国石油网）

东方物探：软件应用推广续写新篇章

6月下旬，东方物探首个GeoEast技术支持站点落户大庆油田，标志着东方物探软件应用推广力度持续加大。

物探软件是石油物探技术服务公司增强核心竞争力的重要标志，也是助推勘探生产提质增效的利器。近年来，东方物探始终把自主研发的GeoEast、KLSeisII等软件的应用推广作为技术拉动市场的重要工作来抓。根据当前物探行业发展需求，东方物探集中优势力量开发关键技术，针对实际应用需求不断研发提升GeoEast、KLSeisII等软件的水平和功能，在满足基本应用的同时向高、精、尖方向发展。

围绕中国石油股份公司提出的“3年时间GeoEast在各油田的处理解释应用率要分别达到50%、70%”的目标，东方物探加强与各油气田沟通，深入了解各油气田的需求和目标，积极制定技术支持站点建设方案；紧密围绕各油田生产进行长期技术支持，保障油田用户会用软件、用好软件，使GeoEast软件成为油气田增储上产的有力工具和技术保障。

（摘自中国石油网）

宁夏石化：推出新牌号聚丙烯产品

近日，宁夏石化新牌号聚丙烯产品NX40S试生产成功，共生产高熔融指数聚丙烯纤维树脂产品653吨，有力提升了聚丙烯产品市场竞争力，为开发更高熔融指数的高端聚丙烯产品积累生产经验。

新牌号高熔指聚丙烯产品NX40S与旧牌号低熔指聚丙烯T30S相比有很多优势，可生成无纺布、丙纶制品，广泛应用于口罩、尿不湿、高级包装等生活用品。目前西北地区具备高熔指聚丙烯生产能力的企业屈指可数，宁夏石化新牌号聚丙烯的面世，不仅可以填补陕甘宁、西南地区生产空白，满足国内市场对聚丙烯纤维树脂的需求，同时还可替代进口产品，创造良好的经济效益和社会效益。

（摘自中国石油报）

西北油田：脱硫新技术实现效益双丰环保

近日，西北油田采油二厂二号联合站油气脱硫提标提质工程，经过半年多的紧张施工，全面实现投产。这项扩建工程是中国石化“碧水蓝天”环保工程的重点项目，也是西北油田今年“提质增效升级”的重点项目。

西北油田采油二厂年产原油300多万吨，是中国石化原油生产第一大厂。但其一半油井所含硫化氢浓度在500ppm以上，含量超过1 0000ppm的就有1 00多口。2009年，该厂在二号联合站先后建成4座脱硫塔，设计规模为每台每年为200万吨原油脱硫，采取的是正压式气提法原油脱硫技术。前几年4座塔为西北油田共完成了2000万多吨原油的脱硫任务，但存在对混烃凝液回收不彻底、能源浪费严重的情况。

为此，该厂经过科学的环保评估和精确的效益评价，决定引用新型的脱硫技术，并扩大后期深度脱硫、液化气和轻烃的生产规模。即把4座脱硫塔的正压式气提法原油脱硫技术，改造成负压稳定气提法原油脱硫技术；新增的6座1 00方液化气储罐、2台液化气装车泵和各一座碱洗罐、碱液罐、碱渣罐、混烃分水缓冲罐等。项目分两期进行施工：先拆卸两座脱硫塔进行改造，已于201 5年年底运行成功；今年又成功改造另外两座脱硫塔。新增的生产装置和设备也紧锣密鼓的进行施工和安装，截止5月底已全面实现投产。

此次扩建还新增加了碱洗脱硫和MDEA湿法脱硫技术，采用了创新水封罐生产工艺和分离器补气增压技术。不但使脱硫规模达到1 1 1 57.6吨/天，每年还可将硫化氢变害为宝，回收硫磺2000吨。

（摘自中国能源报）

延长石油：煤油气综合利用项目通过技术鉴定

延长石油集团煤油气综合利用项目科技成果于6月16日在北京通过中国石油和化学工业联合会组织的技术鉴定。专家鉴定认为，这一成果突破了单一煤制甲醇或天然气制甲醇的传统生产理念和工程模式，开辟了油煤气资源综合利用新模式，解决了传统煤制甲醇能效低、水耗高、排放高的关键技术瓶颈，节能减排效果显著，创新性强，整体技术处于国际领先水平。

据悉，201 4年7月延长石油集团在靖边县建成投产了全球首个煤油气资源综合利用制甲醇项目，生产出聚乙烯、聚丙烯等终端产品，代表着陕西省能源化工产业转型升级、高端化发展的方向。

（摘自陕西新闻网）