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第一章 绪论1、 天然气：是指在不同地质条件下生成、运移并以一定压力储集在地下构造中的气体。
2、 我国天燃气工程技术特点：1） 地层和储层特性的特殊性：埋藏深（3000-6000m ）开发开采难度大； 中低渗气藏居多，自然产能低：储集量不富集，中小型气田居多，开发分散性、复杂性 2） 气藏产水危害的严重性 3） 流体性质的高腐蚀性4） 天然气的可爆性和高压危险性第二章 天然气物理化学性质1、天然气组成：烃类气体：甲烷、乙烷、丙烷、丁烷及以上气体 非烃类气体：氮气、氢气、硫化氢、二氧化碳、水等 惰性气体：氦气、氩气等 3、 天然气组成的表示方法：已知天然气由k 种组分组成，组分i 的摩尔数为n i 体积为v i 质量为m i1） 摩尔分数法：ii kii=1n y n=∑ 2）体积分数法：ii kii=1V y V=∑ 3）质量分数法：ii kii=1m w m=∑4、 天然气按烃类气体分类：1） 按戊烷及以上组分分：干气：1m 3井口流出物中戊烷及以上液态烃含量低于13.5cm 3的天然气。
湿气：1m 3井口流出物中戊烷及以上液态烃含量高于13.5cm 3的天然气。
2） 按丙烷及以上组分分：贫气：1m 3井口流出物中丙烷及以上烃类含量低于100cm 3的天然气。
富气：1m 3井口流出物中丙烷及以上烃类含量高于100cm 3的天然气。
5、 天然气的相对分子量、密度、相对密度、比容：相对分子量：ni i i=1M y M =∑ 密度：g PMRTρ=相对密度：g g a 28.96Mργρ==比容：g 1νρ= 6、 天然气的偏差系数Z ：指相同温度、压力下，真实气体体积与同质量理想气体体积之比。
影响因素：组成、温度、压力 确定方法：1）实验法2）图版法：H 2S 、CO 2校正；凝析气校正 3）计算法7、 临界压力c P 临界温度c T 对比压力：r cP P P =对比温度：r c T T T =拟临界压力：npc ciii=1P P y =∑ 拟临界温度：npcci i i=1TT y =∑拟对比压力：pr pc P P P =拟对比温度：pr pcTT T = 8、 天然气等温压缩系数C g ：g T1V C V P ∂⎛⎫=-⎪∂⎝⎭ 拟对比等温压缩系数：pr g pc C C P =9、天然气体积系数、膨胀系数：体积系数：天然气在地层条件下体积与在地面条件下体积之比。
编号：SY-AQ-09384( 安全管理)单位：_____________________审批：_____________________日期：_____________________WORD文档/ A4打印/ 可编辑天然气及其组分的物理化学性质Physical and chemical properties of natural gas and its components天然气及其组分的物理化学性质导语：进行安全管理的目的是预防、消灭事故，防止或消除事故伤害，保护劳动者的安全与健康。
在安全管理的四项主要内容中，虽然都是为了达到安全管理的目的，但是对生产因素状态的控制，与安全管理目的关系更直接，显得更为突出。
天然气的主要成分为甲烷，此外还含有乙烷、丙烷、丁烷等烃类气体，氮、CO2、H2S及微量氢、氦、氩等非烃类气体，一般气藏天然气的甲烷含量在90%以上。
油田伴生气中甲烷含量占65%～80%，此外还含有相当数量的乙烷、丙烷、丁烷等烃类气体。
一、天然气主要组分的物理化学性质天然气主要组分的物理化学性质见表1-3-1。
表1-3-1天然气主要组分在标准状态下的物理化学性质名称分子式相对分子质量摩尔体积Vm/(m3/kmol)气体常数R(J/kg·K) 密度ρ/(kg/m3)临界温度Tc/K临界压力Pc/MPa高热值Hh/(MJ/m3)高热值Hh/(MJ/kg)低热值H1/(MJ/m3)甲烷CH4 16.043 22.362 518.75 0.7174 190.58 4.544 39.842 35.906 乙烷C2H6 30.07 22.187276.64 1.3553 305.42 4.816 70.351 55.367 64.397 丙烷C3H8 44.097 21.936 188.65 2.0102 369.82 4.194101.266 51.908 93.240 正丁烷n-C4H10 58.124 21.504 143.130 2.703 425.18 3.747 133.886 50.376 123.649 异丁烷i-C4H10 58.124 21.598 143.13 2.6912 408.14 3.600 133.048 49.532 122.853 正戊烷C15H12 72.151 20.891115.27 3.4537 46.965 3.325 169.377 49.438 156.733 氢H22.016 22.427 412.67 O.0898 33.25 1.280 12.74549.042 10.786 氧O2 31.999 22.392 259.97 1.4289 154.33 4.971 —141.926 —氮N2 23.01322.403 296.95 1.2507 125.97 3.349 ——氦He 3.016 22.42 281.17 0.1345 3.35 0.118 ——二氧化磺CO2 44.010 22.26 189.04 1.9768 304.25 7.290 ———硫化氢H2S34.07622.18 244.17 1.5392 373.55 8.890 25.364 23.383 空气28.066 22.40 287.24 1.2931 132.4 3.725 —16.488—水蒸气H2O18.01521.629461.760.8330647.0021.830—名称低热值H1/(MJ/kg)爆炸极限(体积分数)/% 动力黏度μ×106/(Pa·s)运动黏度υ×106/(m2/s)沸点/℃定压比热容Cp/(kJ/m3·K)绝热指数K导热系数λ/[W/(m·K)] 偏心因子上限下限甲烷5.015.010.60 14.50 -161.49 1.545 1.309 0.03024 0.0104 乙烷50.05 2.9 13.0 8.77 6.41-88.00 2.244 1.1980.01861 0.0986 丙烷47.515 2.19.57.65 3.81-42.05 2.960 1.161 0.01512 0.1524 正丁烷46.383 1.58.56.97 2.53-0.05 3.710 1.144 0.01349 0.2010 异丁烷45.745 1.88.5-11.72 —1.144 —0.1848 正戊烷45.65 1.4 8.3 6.48 1.85 36.06 —1.121 —0.2539 氢45.381 4.0 75.98.52 93.00 -252.75 1.298 1.407 0.2163 氧120.111 ——19.86 13.60 -182.98 1.315 1.400 0.02500.0213 氮——17.00 13.30 -195.78 1.302 1.402 0.02489 0.04氦————-269.95 —1.640 ——二氧化碳———14.30 7.09-78.200.6201.304 0.01372 0.225硫化氢4.3 45.5 11.90 7.63-60.20 1.557 1.320 0.01314 0.100 空气15.192 ——17.50 13.40-192.501.3061.4010.02489—水蒸气——8.6010.12—1.4911.3350.016170.3480二、天然气中有机硫化合物的主要性质天然气中除含有H2S外，还含有数量不等的硫醇、硫醚以及微量的二硫化碳、硫化羰。
天然气的性质2009-8-19分享到： QQ空间新浪微博开心网人人网一、天然气的性质(一) 基本特性1. 天然气的视分子量因为天然气是多种物质的混合物，因此不像纯净物那样有相对分子质量。
在O℃(273.15K)，一个大气压(101.325kPa)下，1mol天然气的体积为22.4L，1mol 天然气的质量即为天然气的摩尔质量。
天然气的摩尔质量的数值视为天然气的相对分子质量，叫作天然气的视分子量。
M=∑yi M i式中M——天然气的视分子量；yi——天然气各组分的体积组成；Mi——天然气各组分的分子量。
上式说明，天然气的视分子量，随着其组分的变化和各组分组成的变化而变化。
由于天然气的最主要成分是甲烷，而且其体积组成为90%左右，所以天然气的视分子量约为17。
例如，某天然气的组成为：甲烷97%，乙烷1.5%，丙烷、丁烷、戊烷均为0.5%，求天然气的视分子量。
解：M=16×97%+30×1.5%+44×0.5%+58×0.5%+72×0.5%=16.84所以，该天然气的视分子量为16.84。
2. 密度和相对密度密度是单位体积物质的质量。
其公式为式中ρ——天然气的密度，kg/m3；m——天然气的质量，kg；V——天然气的体积，m3。
由于在0℃(273.15K)，一个大气压(101.325kPa)下，1mol天然气的体积为22.4L，而气体的摩尔质量在数值上等于其视分子量。
因此由于天然气的体积随压力、温度的变化而改变，故天然气的密度也随压力、温度的变化而改变。
因此引入相对密度的概念。
天然气的相对密度，是指在同温同压条件下，天然气密度与空气密度的比值。
即式中G——天然气的相对密度；ρ——天然气的密度，kg/m3；——同温同压下空气的密度，kg/m3。
ρa通常所说的天然气的相对密度，是指压力为101.325kPa、温度为0℃(273.15K)条件下时，即标准状态下的相对密度。
天然气物理化学性质一、物理性质1. 密度天然气密度较小，一般为 0.7-0.9 kg/m³，约为空气的1/5-1/8，因此天然气比空气轻。
2. 比热容天然气的比热容较低，一般在 2-3 kJ/(kg•℃)左右，这意味着加热天然气所需的能量较少，燃烧时也能释放更多的热量。
3. 蒸汽压由于天然气的分子量较小，因此蒸汽压也较低。
在常温下，天然气的蒸汽压非常低，几乎可以忽略不计。
4. 粘度天然气的粘度极低，比液化石油气还要低，一般为0.015-0.02 Pa•s，因此流动性非常好。
二、化学性质1. 氧化性天然气是一种可燃气体，含有大量的甲烷、乙烷等烷烃和少量的烯烃、芳香烃等物质，因此在空气中容易燃烧并释放大量的热能。
2. 惰性天然气在大多数情况下不会发生化学反应，是一种具有较高化学惰性的气体。
但在高温高压的条件下，天然气也会发生一些特殊的化学反应。
3. 可溶性天然气在水中的可溶性非常低，每升水中只能溶解数毫升的天然气，因此在生产和运输过程中需要采用一系列的处理工艺来进行天然气的脱水和脱酸等处理。
4. 酸碱性天然气本身是一种中性物质，不具有酸碱性。
三、在工业生产中的应用1. 燃气天然气具有燃烧热值高、燃烧清洁、供应安全稳定等优点，被广泛应用于城市燃气和工业燃料等领域。
目前已有大量的城市建立了天然气供应系统，供应给民用和工业用户。
2. 化工原料天然气中含有大量的甲烷、乙烷等有机物质，这些物质可以通过加工制造成为化工原料，制造丙烷、丙烯、烯烃等物质，广泛应用于化工生产中。
3. 发电天然气发电是现代发电技术的主要形式之一，利用天然气发电可以实现高效节能、绿色环保等好处，受到越来越广泛的关注。
在中国，天然气发电正在逐渐成为重要的电源之一。
四、结论天然气作为一种重要的能源资源，具有燃烧热值高、燃烧清洁、供应安全稳定等优点，被广泛应用于各个领域。
但是，天然气也存在一些问题，比如难以存储和运输、价格波动较大等。
天然气及其组分的物理化学性质一、天然气的定义、分类及成分天然气是指从地球内部产生，通过地层破裂、孔隙和裂隙等天然通道，自然释放到地面上或岩石层中含有气体的地层中产生的混合气体。
天然气主要由甲烷及其伴生气体组成，包括乙烷、丙烷、丁烷等烷烃和少量的非烷类气体如CO2、H2S、氮等。
1. 烷烃类气体烷烃类气体是天然气中的主要组分，其中以甲烷含量最高，占天然气的50%~98%。
甲烷化学式为CH4，分子式中只包含碳和氢两种元素，成分简单。
甲烷是最轻、相对稳定和不易形成其他化合物的烷基化合物。
乙烷的分子式为C2H6，其含量在天然气中通常为2%~20%。
丙烷含量较少，通常占天然气的2%以内。
2. 非烷类气体天然气中还含有一些非烷类气体，包括CO2、H2S、氮等。
此类气体的含量较低，但是对天然气的运输、处理和使用都有一定的影响。
二、物理化学性质1. 密度天然气是一种相对较轻的气体，在标准条件下（温度为15℃，气压为101.325kPa）其密度约为0.65~0.85kg/m³，低于空气密度，故在空气中会上升。
由于天然气密度较低，自重力非常小，因此天然气在地层中的运移和分布受到很多因素的制约，需要相对较高的地层压力和孔隙度才能保持稳定的储集和运输状态。
2. 燃烧性能天然气是一种较为理想的化石燃料，具有高燃烧效率和低污染排放等优点。
天然气的燃烧热值高、燃烧过程稳定，生成的二氧化碳、水蒸气等废气排放量较小，相比煤、石油等传统化石燃料来说更环保。
天然气燃烧时生成的NOx等有害气体排放量也相对更少，但是气体中的硫化氢等成分在燃烧过程中也会生成二氧化硫等有害气体。
3. 溶解性天然气主要成分甲烷在水中的溶解度非常小，表现为不易被水溶解。
常温常压下，1L水只能溶解22.5ml甲烷，极端情况下最高可至50ml/L。
由于天然气中含有一部分CO2等成分，其溶解度要高于甲烷，导致水与天然气的接触面积越大，溶解率就越高。
天然气储存过程中，通常还需要与储气库内的地层水接触，因此溶解度的问题也是储存过程中需要考虑的重要因素。
第二章天然气物理化学性质学习目标1、掌握天然气组成及其表示方法；2、掌握天然气理想气体、实际气体气体状态方程及带压缩因子的状态方程；3、熟悉天然气的物理性质、热力性质和燃烧性质。
学习指导天然气的组成；天然气的容积分数；天然气的摩尔分数；天然气组成表示法天然气分子量；天然气平均密度；天然气相对密度；临界参数。
理想气体状态方程；天然气气体状态方程实际气体状态方程；带压缩因子的状态方程。
粘度天然气物理性质湿度比热和比热容天然气的物理性质、热力性质和燃烧性质天然气热力性质焓熵导热系数天然气燃烧热值天然气的燃烧性质天然气的爆炸极限华白数、燃烧势内容一、天然气组成表示法1.天然气的组成2.天然气的容积分数：i i i i y nn V V y ===' 天然气的摩尔分数：∑==i i i i n n n n y 3.天然气分子量：∑=i i My M 4.天然气平均密度：i i i i V y M y ∑∑=/ρ天然气相对密度：a ρρ/=∆ 5. 临界参数：∑=ci i c T y T ； ∑=ci i c P y P ； ∑=ci i c y ρρ适用：各组分的临界压力和临界比容接近（<20%），且任意二组分的临界温度满足0.5<Tci/Tcj <2的条件，否则，可能有很大计算误差。
对比参数：c r P P P /=； c r T T T /=；c r ρρρ/=；或 c r ννν/= 二、天然气气体状态方程1.理想气体状态方程：pV=mRT=nR M T2.实际气体状态方程：（1）范德瓦耳方程：(P+a/V 2)（V-b ）＝RT（2）R-K 方程：)(5.0b V V T a b V RT P +--= （3）SRK 方程：)(b V V a b V RT P +--=（4）PR 状态方程：)()(b V b b V V a b V RT P -++--= （5）L-E-E 方程是一个多参数状态方程：()))((b V b V V bc b V V a b V RT p +-++--= （6）BWRS 方程：3240302000)()(ρρρT d a bRT T E T D T C A RT B RT P --+-+--+=)exp()1()(22235γργρρρα-++++Tc T b a 3.带压缩因子的状态方程：),(1r r r T P f =ρc c c c RT P Z ρ= rr c c c c r ZT P Z ZRTP P RT Z ==ρ ),,,(r c r r Z T P f Z ρ'= ； ),,(2c r r Z T P f Z =c Z 在0.23~0.31范围内，化为：),(3r r T P f Z =表达式叫修正的对比态原理。
Z 是一个状态参数，通过实验来确定。
但对理想气体，在任何状态下都有Z=1。
三、天然气的物理性质、热力性质和燃烧性质1.天然气物理性质：粘度、湿度2.天然气热力性质：比热和比热容，焓，熵，导热系数3.天然气的燃烧性质：天然气燃烧热值，天然气的爆炸极限，华白数、燃烧势练习一、填空题1、天然气的组成以 气体为主，并含有少量 气体。
2、标准状态下，1kmol 天然气的质量定义为 。
3、在常温常压下，天然气的爆炸限为_______。
4、不计算水的汽化热的天然气热值称为天然气的_______。
答案：1、低分子饱和烃类，非烃类；2、天然气的平均分子量；3、5%-15%；4、净热值。
二、选择题1、天然气的黏度与天然气的（ ）有关。
A 、相对分子质量、组成、温度、压力B 、相对分子质量、密度、温度、压力C 、组成、密度、湿度、压力D 、相对分子质量、组成、密度、压力2、天然气的相对密度，是指压力为（ ），温度为273.15k 条件下天然气密度与空气密度的比值。
A 、1MPaB 、1KPaC 、101.32KPaD 、1Pa答案：1、A 2、C三、简答题1、推导摩尔分数与容积分数的关系。
答：定义混合物中各组分的容积为V i ，总容积V ；摩尔分数y i ：i 组分的摩尔数n i 与混合物总摩尔数n 的比值。
∑=='i i i i V V V V y ； 1='∑i y ；∑==i i i i n n n n y ； 1=∑i y由分压定律，存在p i V= n i R M T ；pV=nR M T由分容定律，存在pV i = n i R M T ；pV=nR M Tpp n n y i i i ==； i i i i y n n V V y ===' 结论：对于理想气体混合物，任意组分的摩尔分数可以用该组分的分压与混合物总压的比值表示，且摩尔分数与容积分数相等。
测验一、填空题1、在标准状态下，气体的密度与干空气的密度之比称为 。
2、20℃标准状态，混合气体密度的计算公式 。
3、对于理想气体,绝热指数是指__________________，用符号 。
4、熵是_______随状态变化而变化，只决定于初始状态与终了状态,与路径无关。
熵的变化表征了_____________________。
5、温度越大，天然气的爆炸范围____，温度越低，天然气的爆炸范围____。
答案：1、相对密度；2、∑=i i M y 055.241ρ。
3、其比定压热容与必定容热容之比值),VP C C k = 4、状态参数，可逆过程中热交换的方向与大小5、越高，越小二、选择题1、单位数量的天然气中所含水蒸气的质量称之为天然气的（）。
A、饱和绝对湿度B、相对湿度C、水露点D、绝对湿度2、在温度一定时，一定质量的天然气，压力越大密度（）。
A、越大B、越小C、不变3、天然气临界温度下列描述正确的是（）A、使天然气变成液体的最高温度称为天然气的临界温度B、使天然气变成液体的最低温度称为天然气的临界温度C、使天然气有液体变成气体的最高温度称为天然气的临界温度D、使天然气有液体变成气体的最低温度称为天然气的临界温度答案：1、D 2、A 3、A三、简答题1、爆炸极限是指什么？答：可燃气体在空气中的浓度低于某一极限时，氧化反应产生的热量不足以弥补散失的热量，使燃烧不能进行，这一极限称为着火下限；当其浓度超过某一极限时，由于缺氧也无法燃烧，该极限称为着火上限。
着火极限又称爆炸极限。
而上、下限之间的范围称做爆炸范围。
2、理想气体状态方程表达式？使用条件？答：pv=RT；pV M=R M T；pV=mRT=nR M T假设：分子是质点没有体积；分子间无作用力。
当压力足够低、温度足够高，可近似使用理想气体状态方程。
3、气体的焓的意义？答：气体的焓是指气体内能和体积与压力乘积之和，表达式可以写为H=U+pV或h=u+pv。
焓是一种热力学状态参数，在工程计算中，用焓差计算物质加热或冷却时热量的变化。
焓的零点通常取绝对温度和绝对压力都为0的状态。
案例天然气的燃烧性质受到哪些因素的影响？常见问题除了黏度和湿度，天然气还有哪些重要的物理性质？拓展学习1、《输气管道设计与管理》，王树立，赵会军，化学工业出版社，20062、《天然气输配技术》，严铭卿，化学工业出版社，20063、《输气管道压气站-动力设备与节能工艺》，苗承武，石油工业出版社，20054、《城市配气》，袁宗明，石油工业出版社，20055、《输气管道设计与管理》，姚光镇，石油大学出版社，19916、《干线输气管道设计和管理》，苗成武编译，石油工业出版社，20037、《输气管道工程》，王志昌，石油工业出版社，1997年8、《干线输气管道实用工艺计算方法》，苗承武，石油工业出版社，20019、《燃气输配(第三版)》，段常贵，建筑工业出版社，2001知识结构第一节 天然气组成表示法学习指导：5.天然气的组成6.天然气的容积分数：i i i i y nn V V y ===' 天然气的摩尔分数：∑==i i i i n n n n y 7.天然气分子量：∑=i i My M 8.天然气平均密度：i i i i V y M y ∑∑=/ρ天然气相对密度：a ρρ/=∆天然气物理化学性质天然气组成表示法 天然气气体状态方程天然气的物理性质、热力性质和燃烧性质5. 临界参数：∑=ci i c T y T ； ∑=ci i c P y P ； ∑=ci i c y ρρ适用：各组分的临界压力和临界比容接近（<20%），且任意二组分的临界温度满足0.5< Tci/Tcj <2的条件，否则，可能有很大计算误差。
对比参数：c r P P P /=； c r T T T /=； c r ρρρ/=；或 c r ννν/= 内容：一、天然气组成天然气是由多种可燃和不可燃的气体组成的混合气体。
以低分子饱和烃类气体为主，并含有少量非烃类气体。
在烃类气体中，甲烷（CH 4 ）占绝大部分，乙烷（C 2H 6）、丙烷（C 3H 8）、丁烷（C 4H 10）和戊烷（C 5H 12）含量不多，庚烷以上（C 5+）烷烃含量极少。
另外，所含的少量非烃类气体一般有氮气（N 2）、二氧化碳（CO 2）、氢气（H 2）、硫化氢（H 2S ）和水汽（H 2O ）以及微量的惰性气体。
二、天然气容积分数和摩尔分数定义混合物中各组分的容积为V i ，总容积V ；摩尔分数y i ：i 组分的摩尔数n i 与混合物总摩尔数n 的比值。
∑=='i i i i V V V V y ； 1='∑i y ；∑==i i i i n n n n y ； 1=∑i y由分压定律，存在p i V= n i R M T ；pV=nR M T由分容定律，存在pV i = n i R M T ；pV=nR M Tpp n n y i i i ==； i i i i y n n V V y ===' 结论：对于理想气体混合物，任意组分的摩尔分数可以用该组分的分压与混合物总压的比值表示，且摩尔分数与容积分数相等。
三、天然气分子量标准状态下，1kmol 天然气的质量定义为天然气的平均分子量，简称分子量。
∑=i i M y M四、天然气密度（1）平均密度混合气体密度指单位体积混合气体的质量。
按下面公式计算：0℃标准状态 ∑=i i M y 414.221ρ； 20℃标准状态 ∑=i i M y 055.241ρ任意温度与压力下i i i i V y M y ∑∑=/ρ（2）相对密度 在标准状态下，气体的密度与干空气的密度之比称为相对密度。
对单组分气体：a ρρ/=∆ a ρ：空气密度，kg/m 3；在0P =101.325kPa ，0T =273.15K 时；a ρ=1.293 kg/m 3在0P =101.325kPa ，0T =293.15 K 时；a ρ=1.206 kg/m 3。
