天然气及其组分的物理化学性质(新编版)

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。

石油气天然气的组成部分物理化学性质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、天然气的组成表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gigi= =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。

海底天然气物理化学性质第一节海底天然气组成表示法一、海底天然气组成海底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（CH4）占绝大部分，乙烷（C2H6）、丙烷（C3H8）、丁烷（C4H10）和戊烷（C5H12）含量不多，庚烷以上（C5+）烷烃含量极少。

另外，所含的少量非烃类气体一般有氮气（N2）、二氧化碳（CO2）、氢气（H2）、硫化氢（H2S）和水汽（H2O）以及微量的惰性气体。

由于海底天然气是多种气态组分不同比例的混合物，所以也像石油那样，其物理性质变化很大，它的主要物理性质见下表。

海底天然气中主要成分的物理化学性质二、海底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 VV V y ； 1='∑i y ；∑==ii 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 ；P i V=n R M T 由分容定律，存在PV i = n i R M T ；PV=n R M Tppn 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、海底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、海底天然气密度（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。

天然气的组份，性质，爆炸极限。

13.3.1.1.天然气的组份：天然气是一种烃类气体的混合物，其中带有水蒸汽和较重的烃类。

未经处理的天然气不能使用。

天然气中含有的烃一般是甲烷，乙烷，丙烷，丁烷，戊烷及少量的已烷，庚烷，辛烷和更重的烃类。

13.3.1.2.物理性质：由于天然气是一种烃类混合物，且因为这种混合物的形式上相对含量上经常变化，所以其综合物理性质也将发生变化。

为此，必须首先对这种气体进行分析，确定其成份，知道成份，就可以用混合物中每一纯组分的物理性质，确定其各种不同的物理性质。

天然气加工中最有用的物理性质是：分子量，冰点，沸点，密度，浓度，粘度，临界温度，临界压力，汽化热，比热，热值，蒸汽压。

天然气的爆炸极限：4—16 ％，爆炸范围12％，自然点：550—750℃甲烷的爆炸极限： 5 — 15％，乙烷的爆炸极限： 2.9 — 11.3％丙烷的爆炸极限：2.1 — 9.5％，异丁烷的爆炸极限：1.8 — 8.4％正丁烷的爆炸极限1.8 — 8.4％，异戊烷的爆炸极限：1.4 — 8.3％正戊烷的爆炸极限： 1.4 —8.3 ％。

气体中毒主要为硫化氢中毒不同浓度硫化氢对人的影响13.3.1.7.急性毒性。

硫化氢的急性毒性作用的特点是：浓度越低，对呼吸道及眼的局部刺激作用越明显；浓度越高，全身性作用越明显，表现为中枢神经系统症状和窒息症状。

13.3.1.8.慢性作用。

尚不能造成动物的硫化氢慢性中毒，仅发现有眼的疾患如结膜炎、角膜损害等。

13.3.1.8.1.中毒症状（1）急性中毒。

随接触浓度的不同，硫化氢中毒的表现也有明显的差别。

①轻度中毒：普通化工生产中的硫化氢中毒多属于此类。

较低浓度引起眼结膜及上呼吸道刺激症状。

症状为畏光、流泪、眼刺痛、异物感、流涕、鼻及咽喉灼热感。

检查可见眼结膜充血。

经数小时或数天能自愈。

②中度中毒：接触浓度在200～300mg/ m3时即出现中枢神经系统症状，有头痛、头晕、全身无力、呕吐。

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（最新版）编制人：__________________审核人：__________________审批人：__________________编制单位：__________________编制时间：____年____月____日序言下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。

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第二章天然气的物理化学性质提示第二、三章是以后各章学习的基础。

较全面的天然气物理化学性质应包括：1）物理性质，如：分子量、密度和相对密度、饱和蒸汽压、粘度、临界参数、真实气体和理想气体状态方程及气体偏差系数、体积系数、含水量、溶解度和烃露点等；2）相态性质和相平衡计算；3）热力学性质如：比热容、绝热指数、导热系数、汽化潜热、焓、熵、热值和爆炸性等。

限于篇幅，本章只涉及与渗流、管流和储存有关的几个参数。

这些参数的实验分析与测定是必不可缺少的手段。

国家技术监督部门认可的方法和标准是测试的依据。

在没有实验和现场试验数据时，那么采用一些经验公式是唯一可行的选择，而且有利于实现计算机编程。

第一节天然气的组成与分类一、天然气的组成天然气是指自然生成，在一定压力、温度下蕴藏于地下岩层孔隙或裂缝中的混合气体，其主要成分为甲烷及少量乙烷、丙烷、丁烷、戊烷及以上烃类气体，并可能含有氮、氢、二氧化碳、硫化氢及水蒸汽等非烃类气体及少量氦、氩等惰性气体。

天然气中还可能含多硫化氢、以胶溶态粒子形式存在于气相中的沥青质，还可能微含水银。

石油工业范围内，天然气通常指从气田采出的气及油田采油过程同时采出的伴生气（参见国际标准化组织ISO14532. 2001）。

天然气中常见组分的性质见表2-1。

为了了解天然气的组成，可以对天然气组分作全分析，目前国内外采用的分析仪器为气相色谱仪，主要有美国惠普和日本岛津系列气相色谱仪。

表示天然气组成的方法有三种：1、摩尔组成：这是目前最常用的一种表示方法，常用符号i y 表示气中组分i 的摩尔组成，其表达式为∑==ni iii nn y 1（2-1）式中 i n ——气组分i 的摩尔数；∑=ni in1——气体总摩尔数，n 为气体组分总数。

表2-1 天然气主要组分在标准状态下的物理化学性质①0℃，101.325kPa；②MJ，106J(焦)③引自文[1]。

2、体积组成： 也常用符号i y 表示∑==ni iii VV y 1（2-2）式中 V i ——气组分i 的体积；∑=ni iV1——气体总体积。