天然气的组成

天然气的组成 天然气是各种碳氢化合物为主的气体混合物。主要成分为甲烷、乙烷、丙烷、异丁烷、正丁烷、戊烷和微量的重碳氢化合物及少量非烃类的气体，如:氮、硫化氢、二氧化碳、氦气等。 天然气可分为气田气、油田气和凝析气田气三种。 气田气主要含甲烷，含量约为80%-98%;乙烷至丁烷烃类的含量一般不大，戊烷以上重烃以及非烃类气体不含或含量甚微。 油田气包括溶解气和气顶气，它的特征是乙烷和丁烷以上的烃类含量一般较高，其组成同分去凝析油以后的凝析气田气相类似。 从凝析气田采出的天然气，除含有大量的甲烷、乙烷外，还含有一定数量的丙烷、丁烷、戊烷及戊烷以上烃类，含有汽油和煤油成分。 天然气还可以分为干气(或贫气)和湿气(或富气)两类。一般来说，天然气中甲烷含量在90%以上时叫干气;甲烷含量低于90%，而乙烷、丙烷等烷烃的含量在10%以上的叫湿气。 若按天然气中含硫量的多少来划分，每立方米天然气中含硫量小于1克的称为净气;每立方米天然气中含硫量大于1克的称为酸气。 一、天然气的组成示方法 天然气组成有三种表示方法:质量组成、体积组成和摩尔组成。每种组成均可用百分数或小数表示。 1、质量组成 用百分数表示时: gi= ×100 用小数表示时:gi= 2、体积组成 用百分输表示时:Vi= ×100 用小数表示时:Vi= 3、摩尔组成 用百分数表示时:yi= ×100 用小数表示时:yi= 二、表示天然气组成的三种方法可以互相转换 1、如果已知天然气的质量组成，要求换算为体积组成或摩尔组成，则 yi= = 式中Mi:组分i的分子质量 2、如果已知天然气的体积百分数，利用下面方法可换算为质量百分数gi gi= = 第四节 天然气的物理化学性质 1、 天然气的压力:就是天然气中无规则运动的大量分子之间碰撞力的总和，它表示天然气能量的大小。 2、 天然气的温度:表示天然气内分子热运动的剧烈程度。温度的高低取决于天然气内部的热运动状态。 3、 天然气的临界温度。对每一种纯的气体都存在着一定的温度，高于此温度时，无论加多大压力也不可能使它由气体变为液体，这个温度称为临界温度，用符号Tc表示。临界温度是该气体能以液体状态存在的最高温度。 4、 天然气的临界压力。在临界温度下，气相与液相相平衡时所施加的压力。也可以定义为相应于临界温 度时的饱和压力，用符号Pc表示它是在临界温度下气体由气态转变为液态所需的最低压力。 5、 天然气的露点。天然气中含有一定的水蒸汽，当温度下降或压力升高到一定数值时，天然气中水蒸汽开始析出，此时该天然气为水蒸汽所饱和(即达到饱和状态)，此时的温度称为天然气的露点。 6、 天然气的分子质量。天然气是多种气体组成的混合气体，它本身没有一个分子式，也不能像纯气体一样，可以从分子式中算出一个恒定的分子质量。但是，工程中为了计算方便，把0?、101325Pa时体积为22.4m3天然气所具有的质量认为是天然气的分子质量。换言之，天然气的分子质量，在数值上等于在基准状态下1mol天然气的质量。 已知天然气中组分i的摩尔组成yi(或体积组成，均用小数表示)和分子质量Mi，则天然气分子质量可由下式求得: M= 7、 天然气的密度。天然气的密度定义为单位体积天然气的质量，用符号ρ表示 ρ= 天然气中常见烃类的基本性质(在101325Pa、0?) 项目 甲烷 乙烷 丙烷 异丁烷 正丁烷 异戊烷 正戊烷 分子式 CH4 C2H6 C3H8 i-C4H10 n- C4H10 i-C3H12 n- C3H12 分子质量M 16.043 30.070 44.097 58.124 58.124 72.151 72.151 千摩尔体积Vm,m3/Kmol 22.362 22.1872 21.9362 21.5977 21.5036 20.983 20.891 密度ρ,Kg/m3 0.7174 0.353 2.0102 2.6912 2.7030 3.4386 3.4537 相对密度Δ 0.5548 1.046 1.555 2.081 2.090 2.659 2.671 临界温度TC,K 191.05 305.45 368.85 407.15 425.15 460.85 470.35 临界压力PC,MPa 4.491 4.727 4.256 3.54 3.501 3.226 3.236 临界比容Vc,m3/kmol 0.099 0.143 0.195 0.263 0.258 0.316 0.311 高发热值Hh,MJ/m3 39.84 67.34 101.26 133.05 133.89 168.32 169.37 低发热值Hh,MJ/m3 35.90 64.40 93.24 122.85 123.65 155.72 156.73 爆炸下限%，(体积) 5.0 2.9 2.1 1.8 1.5 1.6 1.4 爆炸上限%，(体积) 15.0 13.0 9.5 8.5 8.5 8.3 8.3 定压比热Cp，KJ/Kg.K 2.223 1.729 1.863 1.658 1.658 1.654 1.654 定容比热Cv，KJ/Kg.K 1.67 1.444 1.649 1.49 1.49 动力粘度μ,Pa.S×105 1.027 0.843 0.735 0.676 0.669 0.616 0.635 运动粘度η,m2/s.105 1.416 0.611 0.358 0.246 0.243 0.176 0.180 气体常数R,KJ/Kg.K 0.5171 0.2759 0.1846 0.1378 0.1372 0.1078 0.1074 偏心因子ω 0.0104 0.0986 0.1524 0.1848 0.2010 0.2223 0.2559 式中:m:天然气的质量，kg V:天然气的体积，m3 因为在0?、101325Pa下，1mol任何气体的体积都等于22.4 m3 ，所以任何气体在此状态下的密度为: ρ0= 气体的密度于压力、温度有关，在低温、高压状态下还与气体的压缩系数有关。 8、相对密度。天然气的相对密度使在相同压力和温度条件下天然气的密度与空气密度之比，即:ρ天/ρ空，是一个无量纲的量。天然气的相对密度一般在0.58-0.62之间，石油伴生气的相对密度在0.58-0.62之间，个别含重烃多的油田气也有大于1的。 9、天然气的比热。使单位数量的气体温度升高1?所需要的热量叫气体的比热(热容)，其单位为J/Kg.K 或J/Kg. ?。过去常用的单位是Kcal/ Kg. ?。 1 Kcal/ Kg. ?=4.18 J/Kg. ? 10、天然气的热值。天然气的重要用途之一是作为燃料，热值是它的一项经济指标。 每千克或每立方米天然气完全燃烧所发出的热量称为天然气的燃烧热值，简称天然气热值，单位为KJ/Kg或KJ/m3。完全燃烧是指燃烧反应后生成最稳定的氧化物或单质。 天然气的热值有两种表示方法:高热值和低热值。天然气燃烧时，要生产水蒸汽，水蒸汽冷凝成水要放出汽化潜热，把水蒸汽的汽化潜热(水的汽化潜热为2256.7KJ/m3)计算在内的热值称为高热值。实际上，在天然气燃烧时，由于烟筒内烟道气温度很高，燃烧产生的蒸汽不凝结，汽化潜热无法利用，从高热值中减去实际不能利用的汽化潜热就是低热值，工程上常用低热值。 天然气的燃烧热值决定了它的热力价值，是天然气很重要的质量指标，在下列几种常用燃料中天然气的燃烧热值最高。 其中:天然气46055 KJ/m3，气田气35588-41868 KJ/m3;油田气35588-66989 KJ/m3;煤29308 KJ/m3。 11、天然气的爆炸性。天然气在空气中的含量达到一定比例，就会与空气构成爆炸性的混合气体，这种气体遇到火源，就会发生爆炸和燃烧。 12、天然气的毒性和腐蚀性。从气井中开采出来的天然气或多或少地含有硫化氢和二氧化碳等酸性气体，以及含有硫醇、硫化碳、二硫化碳等有害物质，其中以酸性气体特别是硫化氢的危害最大。由于硫化氢是毒性很强的气体，对人体、管道、设备和仪表都有严重的危害。