城市燃氣概述

城市燃氣是從城市、鄉鎮或居民點中的地區性氣源點，通過輸配系統供給居民生活、商業、工業企業生產、采暖通風和空調等各類用戶公用性質的，且符合國家規范燃氣質量要求的可燃氣體。一般包括人工煤氣、天然氣、液化石油氣。燃氣通常由許多單一氣體混合而成，其組分主要是可燃氣體，同時也含有一些不可燃氣體。可燃氣體主要有碳氫化合物、氫及一氧化碳等；不可燃氣體主要有氮氣、二氧化碳及氧氣等。此外，燃氣中還含有少量的混雜氣體及其他雜質，例如水蒸氣、氨、硫化氫、萘、焦油和灰塵等。一、燃氣分類

實際工程中，我國燃氣一般按其成因不同分為三大類，即常用的天然氣、人工煤氣、液化石油氣。另外隨著技術進步，許多新型的城市燃氣也不斷得到開發和應用。

1.天然氣

天然氣是指通過生物化學作用及地質變質作用，在不同地質條件下生成、運移，在一定壓力下儲集的可燃氣體。按形成條件不同，可分為氣田氣、石油伴生氣、凝析氣田氣、煤成氣、礦井氣等。是由低分子碳氫化合物組成的混合氣體，主要成分是甲烷(CH4)，安全性相對較高，按照來源可分為如下三種。

(1)氣田氣產自天然氣田中的天然氣稱氣田氣。在地層壓力作用下燃氣有很高的壓力，往往達到1～10MPa。甲烷含量約80%～98%，還含有乙烷、丙烷、丁烷等烴類物質和二氧化碳、硫化氫、氮氣等非烴類物質，其低熱值約36MJ/m3(標準狀態下)。如我國四川的天然氣屬于這一類，CH4含量90%以上，熱值33～36MJ/m3。

(2)石油伴生氣石油伴生氣是石油開采過程中析出的氣體，在分開器中由于壓力降低而進一步析出。它包括氣頂氣和溶解氣兩類。石油伴生氣的特征是乙烷和乙烷以上的烴類含量一般較高，所以熱值較高，其低熱值約48MJ/m3(標準狀態下)。華北油田、大慶油田生產的天然氣都是石油伴生氣，如大慶石油伴生氣，CH4含量80%，其他烷烴含量15%，熱值約42MJ/m3。

(3)煤層氣也稱為煤田氣，是成煤過程中所產生并聚集在合適地質構造中的可燃氣體，其主要組分為甲烷，同時含有少量二氧化碳等氣體，熱值約40MJ/m3(標準狀態下)。

(4)礦井氣礦井氣也稱為礦井瓦斯，是從煤礦礦井中抽出的可燃氣體。一般是當煤采掘后形成自由空間時，煤層伴生氣移動到該空間，與空氣混合形成礦井氣。其組分中甲烷含量30%～55%、氮30%～55%、氧5%～10%、二氧化碳4%～7%。由于含氮量很高，所以熱值較低，其熱值約12～20MJ/m3(標準狀態下)。撫順、鶴壁等礦區城鎮將礦井氣作為城市燃氣使用已多年。如撫順煤礦礦井氣，CH4含量30%～55%，熱值12～19MJ/m3。

2.人工煤氣

以固體、液體或氣體(包括煤、重油、輕油、液體石油氣、天然氣等)為原料經轉化制得的，且符合現行國家標準《人工煤氣》(GB13612)質量要求的可燃氣體。按制氣原料和方法分，主要有干餾煤氣、氣化煤氣、油制氣和高爐煤氣等，人工煤氣又簡稱為煤氣。

(1)干餾煤氣

以煤為原料，用焦爐或直立式炭化爐等進行干餾所獲得的可燃氣體稱為干餾煤氣。其中高溫干餾煤氣是煤在1OOO℃左右隔絕空氣加熱產出的，在冶金行業作為生產焦炭時的副產煤氣，主要成分是甲烷和氫氣，用于工業爐窯或其他工廠低熱值煤氣混合使用，也可作城市煤氣的氣源。焦爐煤氣甲烷和氫含量高，氫含量接近60%，有相當數量甲烷含量在20%以上，還含有少量一氧化碳，約占8%左右，其低熱值約16.7MJ/m3。

連續式直立炭化爐煤氣是干餾煤氣與部分水煤氣形成的混合氣體，其組成以氫為主，約占55%左右，一氧化碳和甲烷分別占17%～18%，其低熱值約為15MJ/m3。

(2)氣化煤氣

以固體燃料為原料，在氣化爐中通入氣化劑，在高溫條件下經氣化反應而得到的可燃氣體，稱為氣化煤氣。主要組分為一氧化碳和氫氣。按所采納的氣化劑的不同，又可分為如下3種。

①空氣氣化煤氣

以空氣為氣化劑，主要成分是一氧化碳和氮氣。

②水煤氣

以水蒸氣為氣化劑，采納空氣和水蒸氣分階段吹入發生爐而得到，主要成分是一氧化碳和氫氣。

③混合發生爐煤氣

以空氣和水蒸氣混合氣體作為氣化劑而生產的煤氣，也簡稱發生爐煤氣，其可燃成分有一氧化碳、氫氣、甲烷及少量的重碳氫化合物。它克服了空氣煤氣和水煤氣的氣化效率低和耗熱、散熱大的缺點，提升了熱效率，因而被廣泛應用于工業生產。

煤在常壓下，經氣化所得的發生爐煤氣，其組成中氮氣含量在50%以上，其次為一氧化碳和氫，其低熱值為10MJ/m3(標準狀態下)。

在2.0～3.0MPa的壓力下，用純氧和水蒸氣作氣化劑制得的氣化煤氣，稱為蒸氣一氧氣煤氣。其組成中氫含量超70%，并含相當數量的甲烷(15%以上)，其低熱值約為15MJ/m3(標準狀態下)。

(3)油制氣

以石腦油或重油為原料，經熱加工制取的可燃氣體稱為油制氣。依制取加工方法不同，可分為熱裂解氣、蓄熱催化裂解氣和部分氧化油制氣，主要成分為CmHn、CH4、H2，熱值13～46MJ/m3。

其制氣工藝為將原料油噴入充滿水蒸氣的蓄熱反應器內，使油受熱裂解而制得的燃氣為熱裂解油制氣。其組成以氫及甲烷為主，并含有相當數量的乙烯，其低熱值約為35MJ/m3(標準狀態下)。在有催化劑存在的條件下，使原料油進行催化裂解反應而制得的燃氣稱為催化裂解油制氣。其組成以氫為主，并含有相當數量的甲烷和一氧化碳，其低熱值約為17MJ/m3(標準狀態下)。將原料油、蒸汽和氧氣混合，在較高溫度下發生部分氧化反應而制成的燃氣稱為部分氧化油制氣。其組成以氫和一氧化碳為主，低熱值約為10MJ/m3(標準狀態下)。(4)高爐煤氣

高爐煤氣是煉鐵時產生的副產氣，主要組分是一氧化碳和氮氣，低熱值約為3.8～4.2MJ/m3(標準狀態下)。高爐氣可以作為焦爐的加熱煤氣，也可用作鍋爐的燃料或與干餾煤氣摻混用于冶金工業的加熱工藝。3.液化石油氣

也稱LPG(LiquefiedPetroleumGas)，由天然氣系或石油氣系的碳氫化合物在常溫下加壓分開的可燃物，是開采和煉制石油過程中的副產品。天然氣系的液化石油氣，主要組分有丙烷，丙烯，正、異丁烷和正、異丁烯等石蠟系碳氫化合物，此外尚有少量戊烷及其他雜質。石油氣系的液化石油氣，主要成分除丙烷與丁烷外，還含有丙烯、丁烯等烯系碳氫化合物。氣態液化石油氣熱值為93MJ/m3(標準狀態下)左右；液態液化

(1)沼氣

各種有機物質在隔絕空氣的條件下發酵，在微生物作用下經生化作用產生的可燃氣體稱為沼氣，亦稱生物氣。其主要組分為甲烷和二氧化碳，還有少量氮和一氧化談。熱值為46MJ/kg左右。

(2)輕烴燃氣

輕烴燃氣的原料與天然氣、液化石油氣同屬烷烴類石油產品，其主要成分為戊烷(C5H12)、己烷(C6H14)。由于戊烷、己烷在常溫常壓狀態下呈液態，因此輕烴燃氣在常溫常壓狀態下也是液態。在使用時，輕烴燃氣經氣化設備以物理方式進行氣化并按一定比率與空氣混合，便可產生可燃燒的氣體，再通過管網輸送到用戶的燃燒器具供給使用。

輕烴燃氣的制氣原料來源十分廣泛，主要來源于油(氣)田、煉油廠、溶劑油廠、石油化工廠、天然氣凈化廠等。

(3)二甲醚

二甲醚又稱甲醚，簡稱DME，分子式：C2H6O。二甲醚在常壓下是一種無色氣體，具有稍微醚香味。傳統上，二甲醚主要用于氣霧制品噴射劑、氟利昂替代制冷劑、溶劑等，另外也可用于化學品合成，用途比較廣泛。

20℃時，二甲醚的蒸氣壓力約為0.5MPa。二甲醚的飽和蒸氣壓低于液化石油氣，燃燒性能好，熱效率高，燃燒過程中無殘渣、無黑煙，CO、NO排量低，二甲醚還可摻入液化石油氣、煤氣或天然氣混燒并能提升熱值。此外，燃氣通常還按燃氣壓力(表壓)來劃分(壓力單位MPa)。《工業管道工程施工及驗收規范》規定：低壓

0≤P≤中壓

1.6＜P≤10高壓

P＞10《城鎮燃氣制定規范》規定：低壓

P≤中壓B

0.01＜P≤中壓A

0.2＜P≤次高壓B

0.4＜P≤次高壓A

0.8＜P≤

高壓B

1.6＜P≤

高壓A

2.5＜P≤《工業企業煤氣安全規程》編制說明中提出工廠煤氣按壓力分類做如下劃分：低壓

中壓

0.1＜P≤高壓

P≥二、燃氣單一組分氣體性質燃氣中常見的單一氣體的性質如下所述。(1)氫氣(H2)

無色無臭氣體，相對分子質量2.016，密度0.0899kg/m3，相對密度0.069，難溶于水，熱值2578kcal/m3，爆炸極限范圍(20℃，常壓)4.0%～75.9%，著火溫度580～590℃。(2)甲烷(CH4)

無色氣體，微有惡臭，相對分子質量16.04，密度0.7174kg/m3，相對密度0.5548，難溶于水，熱值8576kcal/m3，爆炸范圍(20℃，常壓)5.0%～15.0%，著火溫度650～750℃，濃度達10%以上時，有窒息性毒性。(3)乙烷(C2H6)

無色無臭氣體，相對分子質量30.07，密度1.3553kg/m3，相對密度1.048，熱值15381kcal/m3，爆炸范圍(20℃，常壓)2.9%～13.0%，著火溫度520～630℃。(4)一氧化碳(CO)

無色無臭(或幾乎無臭)氣體，相對分子質量28.0104，密度1.2506kg/m3，相對密度0.9671，熱值3020kcal/m3，爆炸范圍(20℃，常壓)12.5%～74.2%，著火溫度644～653℃，火焰呈紅色，有劇毒性，屬血液性窒息性氣體。(5)硫化氫(H2S)

無色氣體，有臭雞蛋氣味，相對分子質量34.076，密度1.5363kg/m3，相對密度1.188，易溶于水，有腐蝕性，熱值5585kcal/m3，爆炸范圍(20℃，常壓)4.3%～45.5%，著火溫度364℃，有劇毒性，空氣中濃度0.10%時可致死。(6)二氧化碳(C02)

無色略有氣味氣體，相對分子質量44.0098，密度1.977kg/m3，相對密度1.5289，易溶于水，有腐蝕性，空氣中濃度為162mg/L時可致死。一些常用氣體的物理化學特性見表1-1。表1-1一些常用氣體的物理化學特性(0℃，101324.72Pa)

氣體分子式相對分子質量密度ρ/(kg/m3)相對密度S(空氣=1)最低著火溫度/℃熱值QL/(kcal/m3)爆炸極限(常壓，20℃)/%下上氫H24002578一氧化碳CO6053020甲烷CH45408576乙炔C2H233513492乙烯C2H442514207乙烷C2H651515381丙烯C3H646020939丙烷C3H845022271丁烯C4H8385