天然气及其组分的物理化学性质(新编版)
第二章天然气物化性质ver
第二章 天然气的物理化学性质
第一节 天然气的组成和分类 第二节 天然气的主要性质 第三节 硫化氢的主要性质 第四节 二氧化碳的主要性质 第五节 高含硫化氢和二氧化碳天然气在流动条件下 的物理化学特征
2019/10/17
储建学院 曹学文
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第一节 天然气的组成和分类
第一节 天然气的组成和分类 一、天然气的组成
2019/10/17
储建学院 曹学文
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第一节 天然气的组成和分类
异丁烷——是正丁烷的同分异构体，其物理性质与正丁烷 也不一样。在0.1013MPa下，当温度高于－11℃时呈气态，温 度更低时才呈液态。丁烷的热值介于112294～12168510 kJ／ m3之间。
戊烷——与丁烷一样有两个同分异构体，即正戊烷和异戊 烷。在0.1013MPa下，正戊烷在36℃以上、异戊烷在28℃以上 时方为气体。后者为汽油的组成部分，在凝析气藏中含有较多 的该类组分。
15
184.98
207.93
气田
表2-5 四川盆地主要气田的H2S含量
H2S含量/%
H2S浓度 /(g/m3)
气田
H2S含量/%
H2S浓度 /(g/m3)
卧龙河 中坝 威远 大天池 蘑溪
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4.00
57.4
渡口河
6.40
91.50
罗家寨
0.90
12.60
铁山坡
0.28
4.00
龙门
1.80
天然气是指自然生成，在一定压力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、硫化氢及水蒸气等非烃类气体及少量氦、氩等惰性气 体。
天然气及其组分的物理化学性质
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。
最新天然气物理性质
– 在临界温度下，气相与液相相平衡时所施加的压 力Pc。
• 视临界温度Tc’与视临界压力Pc’
随组成而变化：凯式混合法则
1-2
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索引
– 计算方法
Pc yi Pci Tc yiTci
– 查图法
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索引
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天然气压力和温度的对比值
• 对比参数定义
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换算关系：
tF 1.8 tC 32 TK tC 273 .15 tR tF 460 tR 1.8TK
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天然气的临界值
• 临界温度
– 温度不超过某一数值时，对气体进行加压，可以 使气体液化，而在该温度以上，无论加多大的压 力都不能使气体液化，这个温度为临界温度Tc
– 对比压力
Pr
P Pc
– 对比温度
Tr
T Tc
单位：0K
– 视对比压力
Pr
P Pc
– 视对比温度
T r
T T c
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索引
• 对应状态原理
– 对于两种气体，当它们的（视）对比 状 态 参 数 相 同 ， 即 （ Pr1=Pr2,Tr1=Tr2, Vr1=Vr2)称它们处于对应状态，此时这 两种气体的压缩性、粘度等性质也近 似相同。
标准状态：00C，1个大气压 基准状态：200C，1个大气压 实用状态：采气地点或用气地点的 实际大气压和温度
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天然气组成表示法
• 质量组成
– 百分数表示
gi
mi 100 mi
石油气天然气的组成部分物理化学性质
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。
天然气的组成分类及地球化学特征
按有机质演化阶段分类
1.生物气——指有机质在未成熟阶段 (Ro<0.4%~0.5%)经厌氧细菌生物化学降解所 生成的气态产物。化学成分以甲烷为主，典 型生物气为干气，重烃气含量常小于0.5%, 一般δ13C1<-55‰。
2.热解气——指有机质在成熟演化阶段（Ro 为0.5%～2.0%）经热催化作用生成的天然气， 包括油型热解气和煤型热解气。
二、天然气的类型
1. 按天然气来源划分
有机成因天然气：指沉积岩中沉积有机质通过细菌、物理化学等 形成的天然气 无机成因天然气：泛指在任何环境下由无机物质形成的天然气。包括宇
宙气、幔源气、岩浆岩气、变质岩气及无机盐类分解气。无机成因 气来源广泛、复杂，多与宇宙或地球深处地幔、岩浆活动有关，当 代科学技术水平尚难深入研究它们。它们常沿深大断裂或转换断层 上升至上部圈闭中，聚集成工业气藏。
一、天然气成因类型 二、有机成因气的主要类型及其特征 三、碳、氢、氦和氩同位素地球化学特征
四、轻烃地球化学
五、各类天然气的鉴别
第一节 天然气成因类型
一、概念
广义的天然气是指自然界中的一切气体，即岩石圈、 水圈、大气圈以及地幔和地核中的一切气体 狭义的天然气是指以烃类气体为主（在少数情况下 也有以CO2和N2为主，极个别情况下也有以H2S为 主）的，分布于岩石圈、水圈以及地幔和地核中的 气体 在油气勘探中主要研究的是岩石圈中的可燃天然气 体，主要成分为CH4
1）油型热解气——由腐泥型干酪根在成熟演化阶段生成的天然气， Ro为 0.5%～1.3%主要形成液态烃和湿气， Ro为1.3%～2.0% 主要形成凝析油气
在成熟阶段多以成油(包括凝析油)为主、成气为辅，故油型热解气在大多数情况 下均以“配角”伴生于原油或部分凝析油中，只在少数情况下呈游离的气顶气， 个别情况下可呈夹层的游离气层气。
天然气物理化学性质
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
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
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
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天然气的物理化学性质
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。
天然气及其组分的物理化学性质
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1章天然气的物理化学性质
Cp Cv
K
2016/12/21
西南石油学院储运研究所
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低压下气体在各种温度下的比热也可按下式计算
C A BT CT DT
p 2
3
• A、B、C、D——计算常数，不同气体的值见 表1-5 • 气体混合物（天然气）在低压下的比热可根据 各组分的比热用摩尔分数加合法或质量分数加 合法求得，即 Cp yi C pi
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2016/12/21
西南石油学院储运研究所
1．2．3 天然气的密度和相对密度（比重）
密度定义
体在此标准状态下的密度为 气体在某压力、温度下的密度为：
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西南石油学院储运研究所
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天然气的重度 二．相对密度（即比重）
空=1.293kg/m3(在0C、101325Pa下) 空=1.205kg/m3(在20C、101325Pa下)
第一章 天然气的物理化学性质
第一节 天然气的化学组成与分类
• 一.天然气输送方法
•
液化天然气（LNG）是天然气经净 化处理后，通过低温冷却而成的液态 产物，其体积为原气态体积的1/600。 为在常压下保持液态，必须将其冷却 至-162℃以下。液态时，可以用液化 天然气运输船运输。液化天然气运达 接收的港口后，卸入接收站的低温储 罐中储存，然后通过加热再气化后， 以气态形式用管道输送至用户。目前 我国正在积极发展液化天然气系统。 广东、上海、大庆、长庆等地均已建 大宗天然气的输送方法目前只有两种，一是用管 与输油不同，天然气的管道输送 或在建液化天然气生产装置。 必然是上下游一体化的，开采、 道输送，二是将天然气液化后用专用的油轮运输。 收集、处理、运输和分配是在统 一的连续密闭的系统中进行的。
第二章 天然气的物化性质ver2.0
新疆柯克拉 82.69 8.14 2.47 0.38 华北苏桥
2013-7-31
78.58 8.26 3.13
储建学院 曹学文
表2-3 川渝地区主要气田的天然气组成（单位：体积％）
气田名称 庙高寺 甲烷 96.42 乙烷 0.73 丙烷 0.14 异丁烷 正丁烷 异戊烷 正戊烷 0.04 CO2 N2 1.93 H2S 0.69 0.01
含量在0.001％ ～ 2.0％变化。
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储建学院 曹学文
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第一节 天然气的组成和分类
异丁烷——是正丁烷的同分异构体，其物理性质与正丁烷 也不一样。在0.1013MPa下，当温度高于－11℃时呈气态，温 度更低时才呈液态。丁烷的热值介于112294～12168510 kJ／ m3之间。
二氧化碳——无色，具有微弱气味。lm3CO2在标准状态 下重1.85kg，在15℃和压力超过5.65MPa时，CO2 气转化为液 态。CO2气在水中有很高的溶解度。CO2与水在一定条件下可 形成水合物，并对井下及集输设备产生腐蚀作用。二氧化碳用 于注气驱油时有较高的采收率。 其他组分： 氦气——属稀有惰性气体，无色，无味，微溶于水，不 可燃，也不能助燃。氦是除氢气以外密度最小的气体，其密度 是氢气的1.98倍。它是最难液化的气体。氦气是贵重的稀有气 体，天然气中含量甚微，不超过1％(体积比)。天然气中含量 超过0.1％(体积比)时，就有提氦的工业价值。
烷
烷
烷
0.01 0.17
烷
0.03 0.10
95.6
0.6 0.08 0.02
海南崖13-1 83.87 3.83 1.47 0.4
塔里木克拉2
气田 青海台南 青海涩北-1 97.93 0.71 0.04 99.2 99.9 0.02
天然气理化性质表
名称
液化天然气（主要成分甲烷，其他成分：乙烷、丙烷、氮气）
化学名称
CH4（甲烷）
爆炸极限
上限为15%，下限为5%。
沸点
-161.5℃
熔点
-182℃Βιβλιοθήκη 燃点650℃气态密度为
0.718t/nm3。
液态密度为
0.425—0.470 t/m3
形成：
先将气田生产的天然气净化处理，再经超低温（-162℃）常压液化就形成液化天然气。LNG气液之间的临界温度是-162℃。
健康危害
天然气主要由甲烷组成，其性质与纯甲烷相似，属“单纯窒息性”气体，高浓度时因缺氧而引起窒息。空气中甲烷浓度达到25%～30%时，出现头昏、呼吸加速、运动失调。
急救方法
应使吸入天然气的患者脱离污染区，安置休息并保暖；当呼吸失调时进行输氧；如呼吸停止，应先清洗口腔和呼吸道中的粘液及呕吐物，然后立即进行口对口人工呼吸，并送医院急救。
危险特性
蒸气能与空气形成爆炸性混合物；遇热源、明火着火、爆炸危险。与五氟化溴、氯气、次氯酸、三氟化氮、液氧、二氟化溴、强氧化剂接触剧烈反应。
储运条件
储存在阴凉、通风良好的专用库房内或大型气柜，远离容易起火的地方。与五氟化溴、氯气、二氧化氯、三氟化氮、液氧、二氟化氧、氧化剂隔离储运。
泄漏处置
切断火源，勿使其燃烧，同时关闭阀门等，制止渗漏；并用雾状水保护阀门人员；操作时必须穿戴防毒面具与手套。对残余废气或钢瓶泄漏出气要用排风机排至空旷地方。
天然气物理性质ppt课件
– 计算方法
天 天 M天 空 空 M空
– 空气的密度
一般气田气：0.58~0.62 伴生气：0.7~0.85
空 1.293kg/ m3 （00C，1个大气压）
空 1.205kg/ m3 （200C，1个大Biblioteka 压）完整版ppt课件 26
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Pr
P Pc
T r
T T c
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索引
• 对应状态原理
– 对于两种气体，当它们的（视）对比 状 态 参 数 相 同 ， 即 （ Pr1=Pr2,Tr1=Tr2, Vr1=Vr2)称它们处于对应状态，此时这 两种气体的压缩性、粘度等性质也近 似相同。
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天然气的分子量 索引
采气地点或用气地点的实际大气压和温度百分数表示天然气组成表示法100百分数表示天然气组成表示法100百分数表示天然气组成表示法100索引换算方法索引换算方法索引天然气的物理化学性质天然气的压力温度临界值及其对比值天然气的分子量天然气的密度和相对密度天然气的粘度天然气的热力学性质气体状态方程式及压缩系数10索引天然气的压力温度临界值及其对比值定义
• 定义
– 把00C、101325Pa时体积为22.4立方分米 天然气所具有的质量认为是天然气的分子 量，称为视分子量或平均分子量
• 计算方法 M y i M i 随组成不同而变化
M W N
M 1
gi Mi
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索引
计算得到干燥空气的分子量为28.97
PM ZRT
PV ZRT m
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天然气及其组分的物理化学性质(新编版)Safety management is an important part of enterprise production management. The object is the state management and control of all people, objects and environments in production.( 安全管理 )单位：______________________姓名：______________________日期：______________________编号：AQ-SN-0616天然气及其组分的物理化学性质(新编版)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CH416.043 22.362 518.75 0.7174 190.58 4.544 39.842 35.906乙烷C2H630.07 22.187 276.64 1.3553 305.42 4.816 70.351 55.367 64.397 丙烷C3H8 44.097 21.936 188.65 2.0102369.82 4.194 101.266 51.908 93.240 正丁烷n-C4H10 58.124 21.504 143.130 2.703 425.18 3.747 133.886 50.376123.649 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C15H1272.151 20.891 115.27 3.4537 46.965 3.325 169.377 49.438 156.733 氢H22.016 22.427 412.67 O.0898 33.251.280 12.745 49.042 10.786 氧O231.999 22.392 259.97 1.4289 154.33 4.971 —141.926 —氮N2 23.013 22.403 296.95 1.2507 125.97 3.349 ——氦He3.016 22.42 281.17 0.1345 3.350.118 ——二氧化磺CO2 44.010 22.26 189.04 1.9768 304.25 7.290 ———硫化氢H2S34.076 22.18 244.17 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H2O18.015 21.629 461.76 0.8330 647.00 21.830—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5.0 15.0 10.60 14.50 -161.49 1.545 1.309 0.03024 0.0104 乙烷50.05 2.9 13.0 8.776.41-88.002.244 1.198 0.01861 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45.3814.0 75.9 8.52 93.00 -252.75 1.298 1.407 0.2163 氧120.111 ——19.86 13.60 -182.98 1.3151.400 0.0250 0.0213 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 7.09-78.200.6201.3040.01372 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 -192.50 1.306 1.401 0.02489 —水蒸气——8.60 10.12 —1.491 1.335 0.016170.3480二、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。
有机硫化物多数具有特殊的臭味，只要有很少量存在就能凭嗅觉察到。
因此，甲硫醇和噻吩被用作为天然气加臭剂，当输配气管道发生泄漏时能够及时察觉。
天然气中有机硫化物的主要性质见表1-3-2。
表1-3-2天然气中有机硫化合物的主要性质名称分子式相对分子质量相对密度熔点/℃沸点/℃临界温度/℃临界压力/MPa临界密度/(kg/L) 溶解性能水醇醚甲硫醇CH3SH48.1d0=0.896-1215.8196.87.140.323 溶极易溶极易溶乙硫醇C2H5SH 62.13 d420=0.839 -121 36～37 225.25 5.420.3011.5g/100g 溶溶正丙硫醇C3H7SH76.15d425=0.836-11267～68———难溶溶溶异丙硫醇(CH3)2 CHSH 76.15 d425=0.809 -130.7 58～60 ———极难溶无限溶无限溶正丁硫醇C4H9SH90.18 d425=0.837 -116 97～98 ———微溶易溶易溶2-甲基丙硫醇(CH3)2CHCH2SH90.18d420=0.836＜-7988———极微深易溶易溶叔丁硫醇(CH2)2CSH 90.18 ——65～67 ——————甲硫醚(CH3 )2S62.13 d421=0.846 -83.2 37.3 229.9 0.306 0.306不溶溶溶乙硫醚(C2H5)2S90.18 d420=0.837 -99.5 92～93 283.8 .02790.2790.31g/100g 无限溶无限溶硫化羰COS60.072.79g/L-138.2-50.2105.0——800mg/100mg 溶溶噻吩C4H4S84.13 d415=1.070 -3084 317.0 ——不溶溶—硫S32.06—120444.61040.0—————三、天然气中其他组分的性质1.氦氦是少数气藏天然气中可能存在的微量组分。
天然气中氦含量一般在0.01%～1.3%，但个别气藏中氦含量达到8%～9%。
如美国维尔得克特气田Santaffe8号井，天然气中氦含量高达9.5%，我国四川盆地威远气田震旦系气藏天然气中氦含量在0.25%～0.35%。
行业标准将天然气组分中含氦量达到0.1%以上者称为含氦气藏。
由于氦气的特殊性质，沸点极低3.2K(-269.8℃)，临界温度为3.35K(-269.95℃)，是无色、无臭的化学惰性气体，在工业和国防上具有特殊的用途，如作低温致冷剂、潜艇中的人造空气，用于氦气球、氦飞船等。
含氦气藏开发利用已得到高度重视。
2.氡氡是一种放射性元素，也称为镭射气，相对分子质量为222，半衰期为3.8d，为无色气体，凝点-71℃、沸点-61.8℃、密度9.73kg/m3 。
由于氡的沸点靠近丙烷，因此，它趋向于在丙烷气流中富集。
当氡含量高于2000Bq/m3时，存在放射性危害。
荷兰某天然气井的氡含量达到167Bq/m3 。
我国少数气井的天然气中也有氡的显示，但含量极低。
3.水蒸气或凝析水天然气中常含有一定量的水蒸气或凝析水，其含量高低取决于天然气的压力和温度。
当天然气被水饱和时，会析出水滴，即凝析水。
凝析水往往是造成腐蚀和形成水化物的主要因素。
4.汞某些天然气中含有微量汞，在1～1000ng/m3之间，荷兰某天然气井中汞含量为4ng/m3，我国松辽盆地中央坳陷北部三肇凹陷北部汪家屯气田下白垩统扶、杨气藏天然气中汞蒸气含量高达2027ng/m3。
汞是一种重金属元素，俗称水银，常温下呈液态，银白色，易流动，密度13.596g/cm3，凝点-39℃，沸点356℃。
在常温下能与硫化合生成硫化汞。
汞不溶于水，能溶于硝酸，不被盐酸和冷硫酸侵蚀，汞蒸气对人体有毒。
阈限值(TLV)为50ng/m3时，汞蒸气会导致铝热交换器和管道产生严重腐蚀。
5.粉尘由于天然气在开采、输送和分配管网的腐蚀所夹带的固体粒子，主要成分是携入的泥沙、矿物粉尘、因腐蚀形成的氧化铁等。
这些粉尘的粒度为1～50μm。
粉尘会导致压缩机、控制系统和计量装置出现故障。
XXX图文设计本文档文字均可以自由修改。