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煤层气及天然气中的H2S 与SO2及其危害性

关 键 词:
煤层气 天然气 中的 H2S SO2 及其 危害性
资源描述:
第 8 2 卷   第 1 0 期2 0 0 8 年 1 0 月     地   质   学   报     A  82   10   2 0 0 8注 : 本 文 为 国 家 重 点 基 础 研 究 规 划 “ 973” 项 目 (编 号 20022002 教 育 部 科 技 重 大 项 目 (编 号 307007)资 助 成 果 。收 稿 日 期 :2008205207 ;改 回 日 期 :2008208211 ;责 任 编 辑 :周 健 。作 者 简 介 :马 玉 贞 ,女 ,1957 年 生 。 博 士 ,教 授 ,博 士 生 导 师 ,地 质 学 与 自 然 地 理 学 专 业 ;主 要 从 事 孢 粉 地 层 学 与 环 境 演 变 、 矿 产 资 源 及 减 灾研 究 。 通 讯 地 址 :100875 ,北 京 市 新 街 口 外 大 街 19 号 ,北 京 师 范 大 学 减 灾 与 应 急 管 理 研 究 院 ; 层 气 及 天 然 气 中 的 与 危 害 性马 玉 贞 1) , 陶 明 信 1) , 张 新 民 2) , 李 晓 斌 1) , 李 晶 1) , 解 光 新 2) , 王 彦 龙 2)1) 地 表 过 程 与 资 源 生 态 国 家 重 点 实 验 室 ,北 京 师 范 大 学 环 境 演 变 与自 然 灾 害 教 育 部 重 点 实 验 室 , 北 京 ,100875 ;2) 煤 炭 科 学 研 究 总 院 西 安 研 究 院 ,西 安 ,710054内 容 提 要 :毒 害 性 气 体 是 影 响 煤 层 气 和 天 然 气 质 量 及 安 全 生 产 的 一 个 重 要 因 素 ,但 目 前 缺 乏 对 煤 层 气 中 与 毒 害 性 的 系 统 性 研 究 。 本 文 在 介 绍 和 害 性 及 其 机 理 的 基 础 上 , 研 究 并 讨 论 了 煤 层 气 及天 然 气 中 和 量 分 布 及 其 存 在 的 主 要 问 题 、 天 然 气 和 煤 层 气 勘 探 开 发 中 和 蚀 性 与 毒 性 ,提 出 在 优 选 勘 探 开 发 煤 层 气 区 时 ,需 考 虑 和 含 量 问 题 。 气 体 中 的 安 全 临 界 含 量 近 似 值 为 , 全 临 界 含 量 可 选 取 为 0. 036 %(尚 需 进 一 步 研 究 ) 。 另 外 ,在 煤 层 气 勘 探 开 发 选 区 时 ,成 煤 期 的 沉积 古 地 理 环 境 可 作 为 一 个 考 虑 因 素 。关 键 词 : 煤 层 气 ;天 然 气 ;毒 害 性 气 体 ; ; 气 和 常 规 天 然 气 主 要 由 甲 烷 及 其 同 系 物 组成 ,一 般 都 含 有 一 定 量 的 非 烃 类 气 体 ,包 括 部 分 有 毒害 气 体 组 分 。 有 毒 气 体 组 分 主 要 包 括 、 具 有 腐 蚀 作 用 的 常 见 组 分 。 因 此 ,这些 组 分 可 统 称 为 毒 害 性 气 体 。 在 少 数 情 况 下 ,毒 害性 气 体 的 含 量 很 高 ,可 成 为 主 组 分 。非 烃 类 气 体 ,特 别 是 毒 害 性 气 体 是 影 响 煤 层 气与 天 然 气 质 量 及 其 安 全 生 产 的 一 个 重 要 因 素 。 虽 然对 与 害 性 研 究 较 多 ,而 且 将 其 作 为 天然 气 中 的 组 分 构 成 而 研 究 其 地 球 化 学 意 义 的 工 作 也不 少 见 (戴 金 星 ,1985 ;樊 广 锋 等 ,1992 ;王 裕 康 等 ,1994 ;沈 平 等 ,1997 ;陶 明 信 等 ,1999 ;陈 赓 良 ,2001) ,但 针 对 煤 层 气 中 毒 害 性 组 分 的 专 题 性 或 系 统 性 研 究却 不 多 。 随 着 天 然 气 在 能 源 结 构 中 的 比 例 不 断 提高 ,特 别 是 煤 层 气 作 为 一 种 新 能 源 的 开 发 与 使 用 ,研究 并 评 价 煤 层 气 及 天 然 气 中 的 有 害 气 体 组 分 及 其 含量 ,成 为 一 个 新 的 、 亟 待 系 统 和 深 入 研 究 的 问 题 。 特别 是 对 毒 害 性 组 分 与 系 统 研 究 非 常 重要 。 同 时 ,这 也 应 是 煤 层 气 及 天 然 气 经 济 评 价 中 的一 项 重 要 指 标 而 需 对 其 进 行 量 化 指 标 的 研 究 。1   与 害 性 及 其 机 理1. 1   1. 1. 1   的 物 理 化 学 性 质 及 其 腐 蚀 性在 常 温 常 压 下 ,硫 化 氢 ( )是 一 种 具 有 可 燃 性 、毒 性 、 恶 臭 和 腐 蚀 性 的 无 色 有 害 气 体 ,具 有 类 似 于 氰 化氢 的 毒 性 ,不 仅 可 对 钢 材 等 造 成 严 重 的 腐 蚀 ,致 使 设 备损 坏 而 产 生 事 故 ,而 且 还 威 胁 人 的 健 康 和 安 全 。在 标 准 状 态 下 , 的 密 度 为 1. 5392 气 为 1. 2928 ,分 子 量 为 34. 07。 完 全 干燥 的 气 态 在 室 温 下 不 与 空 气 中 的 氧 气 发 生 作用 ,但 在 高 温 时 却 能 在 空 气 中 燃 烧 ,产 生 蓝 色 火 焰 并生 成 二 氧 化 硫 和 水 。 中 的 氢 原 子 能 被 大 多 数较 活 泼 的 金 属 元 素 所 取 代 。 如 : + 的 临 界 温 度 为 373. 6 K ,极 易 液 化 为 无 色的 液 体 ,能 溶 解 许 多 非 极 性 的 物 质 。 属 于 弱酸 ,在 水 溶 液 中 按 下 式 离 解 : → H + +     → H + + 溶 液 中 与 发 生 以 下 化 学 反 应 :x + → y ↓ 种 结 构 硫 化 铁 的 通 式 。上 述 化 学 反 应 可 使 钢 材 设 备 ,诸 如 油 气 田 地 下管 线 及 地 面 集 输 系 统 受 到 严 重 腐 蚀 ,可 导 致 管 线 等第 10 期 马 玉 贞 等 :煤 层 气 及 天 然 气 中 的 与 危 害 性设 施 断 裂 或 破 坏 。1. 1. 2   的 毒 性 与 安 全 临 界 含 量具 有 类 似 于 氰 化 氢 的 毒 性 。 人 与 接 触时 ,几 乎 全 部 经 呼 吸 道 吸 入 ,主 要 危 害 人 的 呼 吸 系 统和 神 经 系 统 ,从 而 引 起 全 身 中 毒 乃 至 呼 吸 停 止 。 人 接触 而 引 起 的 反 应 取 决 于 其 浓 度 和 所 接 触 时 间 的长 短 。 例 如 ,人 吸 入 的 空 气 中 浓 度 为 70~ 1502~ 5 ,嗅 觉 疲 劳 而 闻 不 到 臭 味 ,1~ 2h 则 出 现 呼 吸 道 及 眼 刺 激 症 状 ;吸 入 浓 度 为 1000仅 数 秒 钟 后 就 出 现 急 性 中 毒 ,表 现 为 呼 吸加 快 后 呼 吸 麻 痹 而 死 亡 。 的 安 全 临 界 浓 度 一 般为 20 王 裕 康 等 ,1994 ;姚 凤 仪 等 ,1998) 。为 了 和 天 然 气 中 的 气 体 组 分 含 量 数 据 比 较 ,据硫 化 氢 的 物 理 性 质 可 知 : 体 积 百 分 比 = ( ÷ 气 体 的 密 度 [ 1539200 ( ]× 100。表 1 列 出 了 标 准 状 态 ( , 0 ℃ 和 1011325下 气 体 中 的 浓 度 与 体 积 百 分 比 含 量 的 对应 关 系 。 即 按 体 积 百 分 比 算 ,气 体 中 的 安 全 临界 含 量 为 01001299 % ,近 似 为 010013 % ,当 其 含 量达 到 0106497 %(近 似 为 01065 %) ,即 可 在 数 秒 钟 的极 短 时 间 里 使 人 产 生 急 性 中 毒 而 死 亡 。表 2 列 出 了 当 空 气 中 含 不 同 浓 度 的 时 ,对人 体 的 相 应 危 害 程 度 。 可 以 看 出 ,即 使 煤 层 气 或 天然 气 中 含 有 很 少 的 (0100065 %) ,对 人 也 有 明显 刺 激 作 用 ,也 应 引 起 重 视 并 采 取 适 当 措 施 。表 1   标 准 状 态 下 气 体 中 浓 度 与 体 积 百 分 比 的 对 应 关 系   of 2 S 百 分 比 ( %) 1 0. 1 0. 06497 0. 01 0. 004548~ 0. 009745 0. 001299 0. 001浓 度 (15392 1539. 2 1000 153. 92 70~ 150 20 15. 392表 2   空 气 中 不 同 浓 度 硫 化 氢 对 人 体 的 影 响 (据 王 裕 康 , 1994 ; 姚 凤 仪 等 ,1998 改 编 )   to 2 S in 1994 ; et , 1998)浓 度 ((体 积 百 分 比 , %) 接 触 时 间 主 要 毒 性 反 应1500~ 1000 (0. 09745~ 0. 06497) 即 时 - 30 迷 并 因 呼 吸 中 枢 麻 痹 而 死 亡1000 (0. 06497) 数 秒 引 起 急 性 中 毒 ,会 因 呼 吸 麻 痹 而 死 亡760 (0. 04937) 15~ 60 起 头 痛 、 头 昏 、 恶 心 、 呕 吐 、 咳 嗽 等 全 身 症 状 ,会 因 发 生 肺 水 肿 、 支 气 管 炎 和 肺 炎 而 危 及 生 命400~ 350 (0. 02599~ 0. 02274) 60~ 240 生 命 危 险350~ 300 (0. 02274~ 0. 01949) 240~ 480 生 命 危 险300 (0. 01949) 60 起 眼 及 呼 吸 道 粘 膜 强 烈 刺 激 症 ,并 使 神 经 系 统 受 到 抑 制300~ 200 (0. 01949~ 0. 01299) 60 起 亚 急 性 中 毒150~ 70 (0. 00974~ 0. 00455) 60~ 120 现 呼 吸 道 及 眼 刺 激 症 状100~ 50 (0. 006497~ 0. 003248) 刺 激 呼 吸 道 ,引 起 结 膜 炎40~ 30 (0. 002599~ 0. 001949) 强 烈 刺 激 粘 膜 ,且 难 以 忍 受30~ 20 (0. 001949~ 0. 001299) 臭 味 强 烈 ,但 仍 能 忍 受10 (0. 00065) 刺 激 眼 睛5 (0. 000325) 有 不 快 感3 (0. 000195) 有 强 烈 臭 味0. 4 (2. 6 × 10 - 5) 感 到 明 显 臭 味0. 025 (1. 62 × 10 - 6) 感 到 臭 味1. 1. 3   的 用 途在 机 械 工 业 中 , 可 用 于 硬 质 合 金 刀 片 的 处 理及 柴 油 机 缸 套 离 子 渗 硫 工 艺 ;在 化 学 工 业 中 用 于 甲 苯基 酸 的 回 收 还 原 剂 。 高 纯 气 体 在 电 子 工 业 中 用于 大 规 模 集 成 电 路 的 制 造 及 彩 色 显 像 管 荧 光 粉 的 生产 ; 可 作 为 制 造 硫 酸 、 硫 磺 及 氢 气 的 原 料 ,还 可 加工 制 备 数 百 种 精 细 化 工 产 品 。 这 些 产 品 在 许 多 行 业中 具 有 广 阔 的 用 途 (娄 开 利 , 1999 ;陈 赓 良 ,2001) 。1. 2   2. 1   理 化 学 性 质 及 其 腐 蚀 性 温 下 是 一 种 有 刺 鼻 臭 味 的 无 色 气 体 。在 约 100 20 ℃ 的 自 然 状 态 下 ,1 21705 气 态 的 极 性 极 强 ,易 溶 于 水 ,生成 很 不 稳 定 的 亚 硫 酸 ( 和 硫 酸 ( ,其水 溶 液 显 酸 性 ,在 水 溶 液 中 存 在 下 列 离 解 平 衡 : → 3 + H +3 → H + + 33 + 1/ 2 4 + H +9041地   质   学   报 2008 年亚 硫 酸 和 硫 酸 在 低 温 部 位 的 金 属 表 面 冷 凝 下来 ,与 发 生 化 学 反 应 ,从 而 对 设 备 发 生 严 重 的腐 蚀 作 用 (曹 敬 等 ,2002 ;林 翠 等 ,2007) 。 压 下 于 263 K 或 在 常 温 下 加 压 到 405 能 液 化 为 无 色 液 体 。 经 进 一 步 冷 冻 ,液 态 硫(固 化 为 固 体 。 液 体 气 化 热 较 高 ,蒸 发时 可 吸 收 大 量 的 热 ,故 是 一 种 致 冷 剂 ,且 其 还 能 溶 解多 种 有 机 物 和 无 机 物 ,故 又 是 一 种 有 用 的 非 水 溶 剂(姚 凤 仪 等 ,1998) 。1. 2. 2   性 有 毒 性 。 人 接 触 ,主 要 经 呼 吸 道吸 入 ,并 被 鼻 粘 膜 和 呼 吸 道 吸 收 。 当 空 气 中 的 到 50 即 可 使 人 产 生 窒 息 感 ,并 引 起 眼刺 激 症 状 ;当 浓 度 达 到 1050~ 1310 人 即 便是 短 时 间 接 触 ,也 有 中 毒 的 危 险 ;当 其 浓 度 达 到 5240便 会 立 刻 引 起 人 的 喉 头 痉 挛 、 喉 水 肿 而 导致 窒 息 。 目 前 认 为 , 毒 症 状 主 要 是 由 于 它 在粘 膜 上 生 成 亚 硫 酸 和 硫 酸 ,强 烈 地 发 生 刺 激 作 用 所 致(姚 凤 仪 等 ,1998) 。 表 3 列 出 了 标 准 状 态 下 气 体 中 与 体 积 百 分 比 的 对 应 关 系 。表 3   标 准 状 态 下 气 体 中 与 体 积 百 分 比 的 对 应 关 系   of O2 in 百 分 比 ( %) 1 0. 179 0. 1 0. 036~ 0. 045 0. 01 0. 0017 0. 001浓 度 (29270 5240 2927 1050~ 1310 292. 7 50 29. 272   与 量 分 布 及 其 研 究 中存 在 的 主 要 问 题2. 1   煤 层 气 的 组 分 构 成 及 与 量煤 层 气 (属 非 常 规 天 然 气 ,指 自 生自 储 于 煤 层 中 的 气 体 ,因 其 成 分 以 甲 烷 为 主 ,故 又 称为 煤 层 甲 烷 ( 。 煤 矿 生 产 中 则 将煤 层 中 的 各 类 气 体 通 称 为 瓦 斯 ( 。 煤 层 气 的 成分 (下 述 )与 常 规 天 然 气 相 似 ,热 值 与 常 规 天 然 气 相当 , 可 用 作 民 用 燃 气 、 发 电 、 汽 车 燃 料 ,也 是 生 产 化肥 和 甲 醛 等 化 工 产 品 的 原 料 ,是 一 种 资 源 潜 力 巨 大 、可 进 行 大 规 模 地 面 开 采 的 新 的 洁 净 能 源 和 优 质 化 工原 料 (陶 明 信 等 ,1999) ,因 此 ,也 是 当 前 全 球 性 的 热点 研 究 领 域 。2. 1. 1   煤 层 气 组 分 构 成 数 据 分 析张 新 民 等 (2002)曾 收 集 了 我 国 不 同 地 质 时 代 和各 种 煤 级 的 358 个 井 田 (矿 )的 各 种 煤 层 气 样 品 的 组分 资 料 ,共 约 6000 余 组 数 据 。 统 计 表 明 ,煤 层 气 组分 构 成 以 主 ,其 含 量 变 化 范 围 为 66155 %~99198 % ,一 般 为 85 %~ 93 % ; 量 为 0 %~35158 % ,一 般 < 2 % ; 量 变 化 很 大 ,但 一 般 <10 % ;重 烃 气 含 量 随 煤 级 不 同 而 变 化 。据 (1995) 对 美 国 煤 层 气 井 的 985 个 气样 的 分 析 结 果 ,煤 层 气 的 组 分 及 其 平 均 含 量 为 :312 % , (重 烃 ) 占 216 % ,11 % ,。 其 平 均 发 热 量 为 317 × 107J / 山 西 沁 水 盆 地 是 近 年 来 中 国 煤 层 气 研 究 与 开 发试 验 的 重 点 与 典 型 地 区 。 笔 者 对 沁 水 盆 地 晋 城 地 区樊 庄 和 潘 庄 区 块 煤 层 气 井 网 的 排 采 气 样 进 行 了 测 试分 析 , 煤 层 气 的 组 分 含 量 为 : 98116 % ~99155 % ; 6 , 01007 %~ 01029 % ; 0115 %~ 1163 % ; 0102 %~ 0129 % ; , 010001 %~ 01001 % ; 010002 %~ 010006 %(表 4) 。此 外 ,笔 者 还 测 得 沁 水 盆 地 晋 城 地 区 寺 河 煤 矿2 个 煤 样 解 吸 气 的 含 量 分 别 为 010001 %和010002 % , 分 别 为 01001 %和 010004 % ;甘肃 靖 远 煤 田 有 一 个 井 下 抽 放 煤 层 气 样 品 的 含量 较 高 ,达 到 01002 % ,超 过 了 其 安 全 临 界 含 量 ,其余 样 品 的 含 量 极 低 或 检 测 不 到 。 靖 远 煤 田 另外 几 个 井 下 抽 放 煤 层 气 样 品 的 量 为010008 %~ 010017 %。文 国 忠 (1999)也 报 道 了 山 西 沁 水 盆 地 晋 城 地 区煤 层 气 的 成 分 测 试 结 果 (表 5) , 只 包 括 平 均含 量 为 90170 % ~ 96174 %) 、 平 均 含 量 为1164 %~ 3162 %) 和 平 均 含 量 为 2117 %~5165 %) 3 种 组 分 的 含 量 ,而 且 从 樊 庄 普 查 区 和 潘庄 二 号 区 的 具 体 资 料 (表 2) 看 ,也 仅 仅 是 上 述 3 种组 分 归 一 化 的 相 对 含 量 。 加 之 该 测 试 结 果 没 有 给 出其 他 组 分 的 含 量 ,而 煤 层 气 的 组 分 肯 定 不 限 于 上 述3 种 。 因 此 ,表 5 所 列 应 仅 为 其 主 组 分 的 测 试 结 果 。李 广 昌 等 (2001) 也 报 道 了 晋 城 矿 区 瓦 斯 (煤 层气 )的 组 分 含 量 ,该 结 果 与 表 5 所 列 相 比 ,一 是 在 组分 方 面 仅 多 了 重 烃 一 项 ;二 是 均 含 量 普 遍 很高 ,达 5160 %~ 21104 % ,而 均 含 量 则 必 然降 低 ,为 76145 %~ 92136 %。 此 外 ,从 其 相 关 资 料分 析 ,这 批 样 品 可 能 受 瓦 斯 风 化 带 影 响 较 大 而 含 较0141第 10 期 马 玉 贞 等 :煤 层 气 及 天 然 气 中 的 与 危 害 性表 4   山 西 沁 水 盆 地 樊 庄 和 潘 庄 井 组 煤 层 气 组 分 含 量   of 编 号 类 型 矿 区 煤 层 组 分 含 量 ( %)2 2 2 S e 001 井 组 3# 、 15 #( P、 C)98. 99 0. 012 0. 96 0. 02 0. 0002 0. 0004 0. 0008 0. 02498. 16 0. 029 1. 63 0. 15 0. 0001 0. 0002 0. 0019 0. 03198. 50 0. 021 1. 30 0. 15 0. 0001 0. 0003 0. 0005 0. 02798. 83 0. 020 0. 92 0. 20 0. 0010 0. 0003 0. 0003 0. 023潘 庄 井 组 3 # ( P)99. 55 0. 010 0. 15 0. 29 0. 0002 0. 0002 0. 00599. 12 0. 008 0. 73 0. 13 0. 0003 0. 0006 0. 0018 0. 00798. 96 0. 007 0. 89 0. 13 0. 0005 0. 0003 0. 0049 0. 009表 5   山 西 晋 城 矿 区 钻 孔 煤 层 气 含 量 与 成 分 测 试 结 果 汇 总 表 (据 文 国 忠 ,1999)   in 1999)勘 探 区 名 23 号 15 号 3 号 15 号 3 号 15 号樊 庄 普 查 88. 38~ 99. 06 86. 19~ 99. 77 0. 45~ 3. 02 0. 20~ 3. 90 0~ 11. 17 0~ 11. 1296. 37 93. 32 1. 64 2. 34 2. 17 4. 11潘 庄 一 号 78. 35~ 100 81. 09~ 10096. 18 96. 74潘 庄 二 号 71. 63~ 100 79. 09~ 99. 78 0~ 7. 90 0. 35~ 6. 18 0~ 20. 47. 0~ 16. 4994. 06 95. 54 2. 90 2. 18 3. 02 2. 21大 宁 二 号 68. 55~ 97. 72 73. 30~ 99. 56 1. 07~ 9. 10 0. 26~ 8. 47 0~ 27. 84 0~ 17. 8290. 70 92. 64 3. 62 2. 52 5. 65 4. 59多 的 源 于 大 气 的 因 此 与 原 始 的 煤 层 气 组 分 含量 应 有 较 大 的 差 异 。 朱 峰 (1999)曾 报 道 沁 水 盆 地 田阳 泉 煤 矿 区 (韩 庄 ) 解 吸 煤 层 气 的 组 分 分 析 结 果 ,其中 量 一 般 达 70163 %~ 99164 % ,平 均 为93187 % ;重 烃 含 量 仅 0~ 3100 % ,平 均 为 0112 % ; 0 ~ 27149 % , 平 均 为 4190 % ; 0 ~11172 % ,平 均 为 1162 %。从 上 述 前 人 报 道 的 煤 层 气 的 组 分 资 料 ,包 括1993)对 1993 年 前 国 际 上 发 表 的 煤 层 气 地 球化 学 方 面 较 重 要 文 献 的 汇 总 资 料 ,基 本 没 有 和 分 含 量 数 据 ,只 有 极 个 别 文 献 报 道 过 。 如 (1997) 仅 述 及 “ 澳 大 利 亚 的 几 个 煤 矿(煤 层 气 ) 的 含 量 很 高 , 达 到 30 × 10 - 6(01003 %)” ,已 超 过 其 安 全 临 界 含 量 1 倍 多 。 再 如毛 允 德 等 (2000)所 报 道 山 东 微 山 县 高 庄 矿 井 煤 层 气的 组 分 含 量 为 , 15 % ~ 67 % , 6 占010071 %~ 010116 % ,156 %~ 70112 % ,114 %~ 0170 % , 0~ 010045 % , 占 0~ 013 % , 2143 %~ 1815 % , 的 含 量 已 明显 超 标 。 而 且 样 品 中 所 含 为 大 气 组 分 ,显 示样 品 中 混 有 大 量 的 空 气 。 如 扣 除 其 中 的 空 气 分 后 ,包 括 和 内 的 各 组 分 的 原 始含 量 必 然 显 著 提 高 。综 合 以 上 资 料 ,煤 层 气 的 主 要 成 分 为 其次 为 尽 管 绝 大 部 分 文 献 报 道 中 缺 少、 O 等 组 分 资 料 ,但 这 并 不 说 明 绝 大 部分 煤 层 气 不 含 这 些 组 分 。 相 反 ,其 中 还 应 有 其 他 次要 或 微 量 组 分 (详 细 后 述 ) ,同 时 也 说 明 ,今 后 需 要 加强 微 量 组 分 ,特 别 是 毒 害 性 气 体 组 分 的 测 试 与 研 究 。2. 1. 2   煤 层 气 中 及 成 机 理 与 存 在 问题 分 析煤 的 组 成 以 有 机 质 为 主 ,而 有 机 质 则 主 要 由 碳 、氢 、 氧 和 硫 等 组 成 (杨 起 等 ,1979) 。 硫 在 煤 中 以 无 机硫 和 有 机 硫 (的 形 式 存 在 。 无 机 硫 分 为 硫 铁 矿 硫(主 要 是 和 硫 酸 盐 硫 。 在 原 煤 中 硫 酸 盐 硫 的 含量 较 少 。 有 机 硫 则 与 煤 的 碳 氢 化 合 物 紧 密 联 在 一 起 ,且 分 布 在 整 个 煤 的 有 机 质 中 ,可 泛 分 为 脂 肪 硫 和 芳 香硫 结 构 类 (噻 吩 、 芳 基 硫 化 物 、 环 形 硫 化 物 、 脂 肪 硫 化物 、 芳 基 和 脂 肪 族 硫 醇 ) 。 煤 中 所 有 种 类 的 有 机 硫 都能 与 氢 反 应 生 成 。 李 瑛 (1998) 用 多 变 量 分 析 仪分 析 的 结 果 显 示 ,有 机 硫 最 终 主 要 分 布 在 液 体 产 物 焦油 或 气 体 产 物 ( 和 羰 基 硫 )中 ,在 煤 气 化 过 程 中 形成 的 主 要 硫 化 合 物 是 ,此 外 ,还 有 少 量 的 羰 基 硫(和 二 硫 化 碳 ( 等 。 这 也 说 明 煤 层 气 中 应含 有 一 定 量 的 及 前 人 大 量 的 研 究 工 作 表 明 :煤 是 植 物 遗 体 经 过1141地   质   学   报 2008 年复 杂 的 生 物 、 地 球 化 学 、 物 理 化 学 作 用 转 变 而 成 的 。在 温 暖 和 湿 润 的 气 候 条 件 下 ,植 物 在 排 水 不 畅 的 泥炭 沼 泽 、 湖 泊 或 者 浅 海 中 不 断 繁 殖 ,其 遗 体 在 微 生 物的 生 物 化 学 作 用 下 形 成 腐 泥 (低 等 植 物 ) 和 泥 炭 (高等 植 物 ) ,此 为 泥 炭 (腐 泥 ) 化 阶 段 。 在 此 阶 段 ,通 过微 生 物 还 原 作 用 和 植 物 等 的 吸 收 作 用 形 成 含 硫 有 机化 合 物 ( 。 当 腐 泥 和 泥 炭 被 上 复 沉 积 物 所 掩 埋时 ,在 温 度 和 压 力 的 作 用 下 变 化 成 煤 ,即 煤 化 作 用 。分 析 前 人 的 工 作 (杨 起 等 ,1979 ;樊 广 锋 等 ,1992) 可知 :在 埋 深 小 于 1000 m 的 条 件 下 ,温 度 低 于 50 ℃时 ,泥 炭 转 变 为 褐 煤 ,这 一 阶 段 以 细 菌 的 生 物 化 学 作用 为 主 ,主 要 产 生 在 这 个 过 程 中 ,含 硫 有 机化 合 物 可 能 会 发 生 腐 败 分 解 和 异 化 还 原 作 用 ,释 放出 。 在 50~ 200 ℃ 时 ,煤 中 形 成 大 量 的 热 成 因气 态 烃 ,同 时 (80~ 150 ℃ ) ,含 硫 有 机 化 合 物 在 热 力作 用 下 释 放 出 大 量 的 。 所 以 ,在 煤 和 煤 层 气 的形 成 过 程 中 ,伴 有 的 形 成 。本 文 用 2271 微 量 气 体 质 谱 计 (通 常 都 用气 相 色 谱 仪 )所 测 试 的 一 批 煤 层 气 样 品 中 含 有 与 且 个 别 文 献 中 也 有 。 这 表 明 ,不 仅 在 煤 的 形成 演 化 过 程 中 可 生 成 与 而 且 可 以 保 存 下来 。 故 煤 层 气 中 一 般 应 含 这 些 组 分 ,只 是 含 量 不 同 ,甚 至 极 低 。 造 成 普 遍 缺 少 上 述 组 分 资 料 的 原 因 可 能主 要 有 两 点 ,一 是 通 常 所 用 仪 器 及 测 试 方 法 有 一 定局 限 性 ,难 以 检 测 出 微 量 组 分 ;二 是 由 于 其 不 是 主 要组 分 而 予 以 忽 视 。 这 又 表 明 ,恰 恰 忽 视 了 对 煤 层 气中 毒 害 性 组 分 的 分 析 与 研 究 。 当 然 也 不 完 全 排 除 某些 煤 层 气 中 基 本 不 含 这 些 组 分 。2. 2   常 规 天 然 气 中 的 与 量 及 其 分 布常 规 天 然 气 中 一 般 也 有 含 量 不 等 的 与 国 内 外 所 发 现 的 天 然 气 藏 中 基 本 都 含 ,含 量 从 低 于 011 % 直 至 高 达 90 % 以 上 。 有 关 中 国常 规 天 然 气 中 的 ,前 人 已 做 过 研 究 ,其 含 量 大于 1 % 者 约 占 全 国 气 藏 储 量 的 25 % ,绝 大 多 数 小 于015 %。 其 中 四 川 盆 地 是 含 量 较 高 的 主 要 分 布区 ,例 如 川 东 北 飞 仙 关 组 气 藏 群 大 型 天 然 气 田 中含 量 一 般 在 7 %~ 17 %(张 水 昌 等 , 2007) ;在 冀中 赵 兰 庄 则 发 现 含 量 高 达 92 %的 天 然 气 ;大 港油 田 天 然 气 中 含 量 为 01000279 % ~0100136 % ; 胜 利 油 田 孤 岛 区 的 含 量 在01000279 %以 下 , 胜 坨 区 含 量 绝 大 多 数 在0100455 %以 下 ,一 般 为 01000052 %~ 01002404 % ,但 个 别 井 中 含 量 高 达 010841 % ;长 庆 气 田 开 发的 区 域 内 都 有 含 量 不 等 的 (任 骏 ,1998) 。 以 上资 料 显 示 常 规 天 然 气 中 不 仅 较 普 遍 的 含 有 ,且一 部 分 超 过 了 安 全 临 界 含 量 (010013 %) ,有 些 甚 至远 高 于 在 极 短 时 间 可 使 人 产 生 急 性 中 毒 死 亡 的 下 限含 量 (01065 %) 。从 其 储 层 岩 性 特 征 分 析 ,与 碳 酸 盐 岩 及 蒸 发 盐岩 有 关 的 天 然 气 中 的 含 量 高 ,而 碎 屑 岩 储 层 中的 含 量 相 对 低 , 故 认 为 天 然 气 中 的 形 成及 其 含 量 也 与 储 层 岩 石 有 关 (戴 金 星 ,1985 ;樊 广 锋等 ,1992 ;沈 平 等 ,1997) 。3   煤 层 气 及 天 然 气 勘 探 开 发 中 和 害 性煤 层 气 与 天 然 气 中 的 腐 蚀 性 组 分 ,如 、 对 输 油 气 管 线 必 然 造 成 腐 蚀 侵 害 ,引 起 油气 管 道 腐 蚀 穿 孔 或 断 裂 ,各 种 相 关 装 置 损 害 失 灵 等等 ,从 而 影 响 生 产 ,造 成 经 济 损 失 ,并 带 来 环 境 污 染乃 至 威 胁 人 身 安 全 等 一 系 列 相 关 问 题 。 例 如 某 含 等 酸 性 气 体 的 气 田 ,在 开 发 中 相 继 出 现 油 管
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本文标题:煤层气及天然气中的H2S 与SO2及其危害性
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