天然气及其组分的物理化学性质(一)
天然气物理性质
– 定义：以水的正常冰点为00C，水的正常沸 点定为1000C，其间均分为100等分，其单 位为摄氏度
12
• 华氏温标
索引
– 定义：以水的正常冰点为320F，水的正常沸点定 为2120F，其间均分为180等分，其单位为华氏度
• 开氏温标
– 定义：以水的正常冰点为273.15K，水的正常沸 点定为373.15K，单位：开尔文度
天然气的化学组成与分类索引
• 定义
– 天然的可燃气体统称为天然气 – 以烷烃为主的各种烃类和少量非烃类气体所
组成的气体混合物
• 组成
– 气体：气态烃、硫化氢，二氧化碳，氮气等 – 液体：液烃和水 (游离水和凝结水） – 机械杂质
1
索引
分类
• 按来源分类：
– 气田气：富含甲烷 – 油田气：乙烷及乙烷以上的烃类含量高 – 凝析气田气：丙、丁、戊烷 – 矿井气
6
换算方法
索引
• 已知质量组成gi，换算为体积组成vi或摩尔组 成yi
yi
ni ni
gi Mi gi Mi
• 已知摩尔组成yi，换算为质量组成gi
gi
mi mi
yiMi yiMi
7
换算方法
索引
• 已知体积百分数vi，换算为质量百分数gi
gi
mi mi
niMi niMi
20
天然气的分子量 索引
• 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 1
M
gi
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。
车用CNG气瓶安全使用需知
车用CNG气瓶安全使用需知一、天然气的物理化学性质和CNG气瓶使用工况天然气的主要成分是甲烷，它是无色、无味气体,密度为0.717g/L(标准状况)，比空气轻,极难溶于水的可燃性气体，爆炸极限为5%－15%，与空气混合能形成爆炸性混合物，遇热源和明火有燃烧爆炸的危险。
而甲烷属微毒类气体，低浓度时，对人基本无毒，但浓度过高时，使空气中氧含量明显降低，使人窒息。
当空气中甲烷达25%-30%时，可引起头痛、头晕、乏力、注意力不集中、呼吸和心跳加速。
若不及时脱离，可致窒息死亡。
CNG气瓶的公称工作压力一般为20—25MPa，设计温度：-5-50℃范围。
二、CNG汽车一定要规范改装，要遵守国家安全法规，由取得压力容器安装1级资质，有可靠的技术和设备的改装点进行改装。
合肥现有四家持证单位，名称及电话为：合肥星月（5580101）、合肥润安（4242177）、合肥大联合（3456013）和安徽东方（5539948）。
不可盲目自选改装车辆。
三、改装后的CNG汽车气瓶应到市特种设备安全监察部门办理气瓶使用登记手续，持证使用。
四、CNG汽车第一次充气时，要注意先用天然气进行“冲洗”（或用氮气置换），即将天然气充入气瓶使瓶内压力达到以0.5—0.6Mpa，然后放出天然气减压至0.2—0.3Mpa,如此反复三次再充气至气瓶的额定工作压力。
五、气瓶中的天然气量不允许用尽，应保持压力在0.3Mpa以上，防止空气进入气瓶。
六、出车前先缓慢开启气瓶阀门，后缓慢开启高压总阀，观察高压气表，检查燃料供给系统的泄漏情况，若没有泄漏再检查汽车电气系统是否漏电，在确认没有漏电、漏气时方可起动。
开启气瓶阀门时不允许站在气瓶阀正面。
七、压缩天然气汽车进入加气位置后，发动机必须熄火，驻车制动，关闭所有电器电源。
充气完毕后在加气站工作人员的指挥下，缓慢驶离，不得猛踩油门。
行驶中一旦发现漏气，应立即关闭所有电源，查出漏气部位和原因，及时处理，如泄漏严重，应关闭气瓶阀门，待天然气散发后再作处理，必要时放掉全部天然气。
天然气知识基础
液压子站与传统子站优劣比较
项目 占地面积 液压子站 3- 4亩 普通子站 5亩以上 原由 液压子站设备简单，用拖车替代 传统子站的储气装置 1 .液压子站耗电量小，电机不大 于32KW；传统子站压缩机75KW左 右。 2.液压拖车泄气率高，拖车余气 小于1 20Nm 3；传统子站拖车泄气 率低，余气大于800Nm 3 液压装置噪音小于75dB(距设备1 米处）; 压缩机噪音大于1 20dB
（1）从气田开采的气田气或称纯天然气； （2）伴随石油一起开采出来的石油气，也称石油伴生气； （3）凝析气田气，天然气从地层流出井口后，随着压力和 温度的下降，分离为气液两相，气相是凝析气田天然气，液相 是凝析液，叫凝析油。 （4）从井下煤层抽出的矿井气（俗称：瓦斯）。
四、天然气及其成分的物理化学性质
五、天然气压缩与节流
1、压缩：利用加压装置或设备使管道（储气装置）内 天然气压力升高，以提高管线的输送能力或对气体进行 储存，以满足其它工艺要求的过程，称为压缩。 2、节流：具有一定压力、充满管道的天然气在流经管 道内的节流件时，流束将在节流件处形成局部收缩，从 而使流速增加，静压降低，此种现象称为节流。
二、天然气的组分
天然气是一种多组分的混合气体，主要成分是烷烃，其中 甲烷（CH4）占绝大多数，另有少量的乙烷（C2H6)、丙烷和丁 烷，此外一般还含有硫化氢、二氧化碳、氮和水气，以及微量 的惰性气体，如氦和氩等。在标准状况下，甲烷至丁烷以气体 状态存在，戊烷以上为液体。
三、天然气的分类（按矿藏分类）
4.高压表：气瓶的高压管路经过过流保护阀后安装了高压
表，能指示气瓶内的压力
5.其它：油气转换开关等部件，选型的重点是减压阀和混 合器。因为在其它条件不变的条件下，这两个部件直接影 响CNGV的主要性能，其它的部件大多数属于标准件，基本 上是成熟的、定型的产品，选配比较容易。
天然气组分和来源
第一章天然气基本知识天然气组分和来源天然气是指地下多孔地质构造中发现的自然形成的烃类气体和蒸气的混合气体，有时也含有一些杂质，主要组分是低分子烷烃。
天然气一般可分为四种：从气田开采的气田气或称纯天然气；伴随石油一起开采出来的石油气，也称石油伴生气，含石油轻质镏分的凝析气田气以及从井下煤层抽出的矿井气。
气田气组分以甲烷为主，也含少量的CO2、H2S、N2 和微量的惰性气体，详见表l 一2。
我国四川、海南等地的天然气属于这一类，其中甲烷含量一般不少于90%,发热值为34 800〜36 OOOkJ/m3。
天津、大庆等地使用的天然气是伴生气，甲烷含量约为80％，其他烷烃占15%，热值较高，大约为41 900 kJ/m3。
气田气除含有大量甲烷外,还含有2%〜5%戊烷及戊烷以上的烃类,热值更高。
矿井气的主要可燃成分是甲烷, 其含量视抽气方式不同而变化, 热值一般较低。
抚顺、鹤壁等矿区使用这种矿井气多年。
天然气可以压缩或液化,在25MPa 压缩状态下的天然气体积接近标准状态下的1 ／300。
液态天然气的体积为标准状态时体积的1／625,有利于储存和用车辆或船舶远途输送,使不生产天然气的地区也能使用到天然气。
根据天然气的组成既可将天然气分为干气、湿气、贫气和富气, 又可分为酸性天然气和洁气。
结合我国情况,参考国外资料,其定义如下。
表I一2各种天然气成分干气：每1m3。
（压力为0.1 MPa、温度为20C的状态）井口流出物中，C5以上重烃液体含量低于13.5 cm3的天然气。
湿气：每1 m3井口流出物中，C5以上重烃液体含量超过13.5 cm3 的天然气.一般湿气需分离出液态烃产品和水分后才能进一步加工利用。
富气：每1 m3井口流出物中，C3以上烃类液体含量超过94 cm3 的天然气。
贫气：每I m3井口流出物中，C3以上烃类液体含量低于94 cm3 的天然气。
酸性天然气：含有显著H2S和C02等酸性气体，需进行净化处理才能达到管输标准的天然气。
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。
【燃气工程】第1章 燃气气源概论
(2)气化煤气
目前，使用较多的有发生炉煤气、水 煤气和压力气化煤气等。
(3)油制气
目前，我国主要采用重油为原料，制 造方法有：热裂解法、催化裂解法和 部分氧化法。
(二)人工燃气的净化
净化的目的： (1)降低温度 (2)脱除水分 (3)脱除其中的有害杂质 (4)回收有价值的副产品
煤气的净化与副产品的回收工艺
(1)气体的临界参数
1)混合气体的平均临界温度 2)混合气体的平均临界压力 3)混合气体的平均临界密度
临界参数是气体的重要物理指标： 气体的临界温度越高，越容易液化。
(2)实际气体状态方程
(五)黏度
物质的粘滞性用黏度来表示。 黏度可用动力黏度μ和运动黏度ν 表示。 一般情况下： 气体，T ↑，μ ↑；P ↑ ，ν ↓ 液体，T ↑，μ ↓ ；P ↑ ，ν变化不大
(1)混合气体的组分有三种表示方法： 容积成分 质量成分 分子成分
(一)燃气的组成
(2)混合液体的组分的表示方法与混 合气体相同。
(二)平均分子量
燃气是多组分的混合物，不能用 一个分子式来表示。 通常将燃气的总质量与燃气的摩 尔数之比称为燃气的平均分子量。
(三)燃气的平均密度和相对密度
单位体积的燃气所具有的质量 称为燃气的平均密度。密度的 单位为kg/m3。 (1)混合气体的平均密度：压力 升高，体积减小；温度升高， 体积增大。
一、燃气的物理化学性质 二、燃气的热力与燃烧特性
一、燃气的物理化学性质
(一)燃气的组成 (二)平均分子量 (三)燃气的平均密度和相对密度 (四)临界参数与气体状态方程 (五)黏度 (六)饱和蒸汽压和相平衡常数 (七)沸点和露点 (八)体积膨胀 (九)水化物(也称水合物) (十)含湿量
天然气密度和相对密度
• 压力：压力升高，天然气相对密度增大
• 杂质含量：杂质含量越高，天然气相对密度越大
变化规律
• 在一定温度和压力下，天然气相对密度与组成成分呈正相关
• 在一定组成成分和压力下，天然气相对密度与温度呈负相关
• 在一定组成成分和温度下，天然气相对密度与压力呈正相关
04
天然气密度与相对密度的应用领域
天然气勘探与开发中的密度与相对密度应用
• 粘度：较低，一般为1~0.03mPa·s
• 热值：较高，一般为35~40MJ/m³
化学性质
• 燃烧性：易燃，与空气混合能形成爆炸性气体
• 稳定性：在常温常压下稳定，不易发生化学反应
• 腐蚀性：对金属有一定的腐蚀性，特别是铜和铁
天然气的主要用途及市场需求
主要用途
市场需求
• 燃料：发电、供暖、烹饪等
影响
• 误差可能导致天然气密度和相对密度的测量结果不准确，影响天然气勘探、开发、
输送等方面的决策
• 误差可能导致天然气计量和计价的不合理，影响天然气市场的公平性和稳定性
天然气密度与相对密度测量误差的控制方法
设备选择
方法优化
操作规范
数据处理
• 选择精度高、稳定性好
• 根据天然气成分和测量
• 制定详细的测量操作规
• 在一定组成成分和温度下，天然气密度与压力呈正相关
03
天然气相对密度的概念与计算方法
天然气相对密度的定义及其意义
定义
• 天然气相对密度指天然气密度与空气密度的比值，单位为无
意义
• 反映天然气在空气中的浓度，与天然气泄漏、扩散等现象密切相关
• 影响天然气管道泄漏检测、储气库安全运行等方面的技术参数选择
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= =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。
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。
天然气组份
天然气组份介绍天然气是一种重要的化学能源，在能源结构调整中占据着重要地位。
了解天然气的组份对于深入理解其特性、开采和利用具有重要意义。
天然气主要由甲烷、乙烷、丙烷、丁烷等多种气体组成。
本文将详细探讨天然气的主要组分及其性质、应用和相关问题。
天然气组分的主要成分天然气的主要组分通常包括以下几种：1. 甲烷（CH4）甲烷是天然气中最主要的成分，占比最大。
它是由一个碳原子和四个氢原子组成的简单烃烃烃烃烃烃烃烃烃烃烃。
甲烷是一种无色、无味、无毒的气体，燃烧时产生的二氧化碳和水蒸气排放量较少，是一种相对清洁的燃料。
甲烷广泛应用于城市燃气、发电、工业生产等领域。
2. 乙烷（C2H6）乙烷是天然气中的另一重要组分，通常占比较小。
它由两个碳原子和六个氢原子组成，是一种无色、无味的气体。
乙烷易液化，常用于制冷和液化石油气。
此外，它还用于制造乙烯、炼油和石化工业等领域。
3. 丙烷（C3H8）丙烷是天然气中的又一重要组分，占比相对较小。
它由三个碳原子和八个氢原子组成，是一种无色、无味的气体。
丙烷常作为燃料供应给家庭和工厂用于加热和炊事。
此外，丙烷还被用于塑料和化肥等领域。
4. 丁烷（C4H10）丁烷是天然气中含量较低的组分之一，由四个碳原子和十个氢原子组成。
它是一种无色、无味的气体。
丁烷在石油和天然气开采中常以液态存在，也广泛应用于溶剂、喷雾器和领域。
天然气组分的性质天然气的组分决定了其燃烧特性和应用范围。
不同组分的天然气具有不同的物理和化学性质。
1. 燃烧性质天然气中的甲烷是一种理想的燃料，燃烧时产生的气体主要是二氧化碳和水蒸气，没有烟尘和硫酸盐等污染物的排放。
此外，甲烷的燃烧温度高、点火容易，燃烧效率高，成为一种环保且高效的能源。
2. 物理性质不同组分的天然气具有不同的密度和相对密度。
甲烷的密度较小，相对密度接近空气，乙烷则较甲烷大。
丙烷和丁烷由于分子量较大，密度相对较大。
这些性质影响了天然气的存储、输送和利用方式。
天然气与LNG成分
Liquefied Natural Gas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。
天然气的性质和特点
天然气的性质和特点1、天然气是一种易燃易爆气体，和空气混合后，温度只要达到550℃就燃烧。
在空气中，天然气的浓度只要达到5-15%就会爆炸。
2、天然气无色，比空气轻，不溶于水。
一立方米气田天然气的重量只有同体积空气的55%左右，一立方米油田伴生气的重量，只有同体积空气的75%左右。
3、天然气的主要成分是甲烷，本身无毒，但如果含较多硫化氢，则对人有毒害作用。
如果天然气燃烧不完全，也会产生一氧化碳等有毒气体。
4、天然气的热值较高，一立方米天然气燃烧后发出的热量是同体积的人工煤气（如焦炉煤气）的两倍多，即35.6-41.9兆焦/立方米（约合8500-10000千卡/立方米）。
5、天然气可液化，液化后其体积将缩小为气态的六百分之一。
每立方米天然气完全燃烧需要大约十立方米空气助燃。
6、一般油田伴生气略带汽油味，含有硫化氢的天然气略带臭鸡蛋味。
天然气的主要成分是甲烷，甲烷本身是无毒的，但空气中的甲烷含量达到10%以上时，人就会因氧气不足而呼吸困难，眩晕虚弱而失去知觉、昏迷甚至死亡。
天然气中如含有一定量的硫化氢时，也具有毒性。
硫化氢是一种具有强烈臭鸡蛋味的无色气味，当空气中的硫化氢浓度达到0.31毫克/升时，人的眼、口、鼻就会受到强烈的刺激而造成流泪、怕光、头痛、呕吐；当空气中的硫化氢含量达到1.54毫克/升时，人就会死亡。
因此，国家规定：对供应城市民用的天然气，每立方米中硫化氢含量要控制在20毫克以下天然气的化学组成天然气是指烃类气体。
地壳中，天然气就其产状分析，有游离态、溶解态（溶于原油和水中）、吸附态和固态气水合物四种类型。
从分布特点又可分为聚集型和分散型两类。
气藏气、气顶气、凝析气、油溶气属聚集型，也称为常规型天然气；水溶气、煤层气、固态气水合物则属分散型，也称为非常规型天然气。
从与油藏的关系划分，气顶气、油溶气以及油藏之间或油藏上方的、在成因上与成油过程相伴的气藏气，均归于伴生气；与油没有明显联系的或仅含有极少量原油的气藏气，成因上与煤系有机质或未成熟的有机质有关而生成的天然气称之为非伴生气。
C2-天然气物理化学性质-初稿
定义：在一定温度压力下，单位体积天然气的质量。
单位： kg/m3。
确定方法：
ρg
=
m V
=
pM （理想气体） RT
ρg
=
pM （实际气体） ZRT
2. 天然气的密度（density）
通用气体常数
R = PVm T
公制标准状态： 英制标准状态：
R = 0.101325× 22.4 = 0.008314 MPa ⋅ m3
确定方法： γ g = ρg / ρa γ g = M g / 28.96
第二节 天然气的相对分子质量、密度和比容
4. 天然气的比容（ specific volume ）
定义：单位质量天然气所占据的体积 。
单位： m3/kg。
确定方法：
υ
=
V m
=
1 ρg
υ = V = RT m pM g
（理想气体）
n2 = 0.05
n3 = 0.05
3
n = ∑ni =1 i=1
y1 =0.9 y2 =0.05 y3 = 0.05
1. 天然气的组成
已知体系中各组分的质量如表，求wi、vi和yi。
组分
C1
质量/kg 14.4387
C2 1.5035
C3 2.20485
(3) 求vi
n1 = 0.9
n2 = 0.05 n3 = 0.05
273.15
Kmol ⋅ K
R = 14.7 × 379 .4 ≈ 10 .73 Psia ⋅ ft 3
520
1bmol ⋅ R
注：单位不同，R数值不同；单位相同，数值一样； R与气体种类无关。
第1章天然气的物理化学性质
Cp Cv
K
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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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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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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。
天然气、液化气知识
一、天然气天然气是指动、植物遗体通过生物、化学及地质变化作用，在不同条件下生成、转移，并在一定压力下储集，埋藏在深度不同的地层中的优质可燃气体。
其主要成分是饱和烃，以甲烷为主，乙烷、丙烷、丁烷、戊烷含量不多，也含有少量非烃类气体，如一氧化碳、二氧化碳、氮气、氢气、硫化氢、水蒸气及微量的惰性气体氦、氩等。
1. 密度和相对密度常温、常压下甲烷的密度为0.7174kg/m3，相对密度为0.5548。
天然气的密度一般为0.75 kg/m³～0.8kg/m³，相对密度一般为0.58～0.62。
2. 着火温度甲烷的着火温度为540℃。
3. 燃烧温度甲烷的理论燃烧温度为1970℃。
天然气的理论燃烧温度可达到2030℃。
4. 热值热值是指1标准立方米某种气体完全燃烧放出的热量，属于物质的特性，符号是q，单位是焦耳每立方米，符号是J/m³。
热值有高位热值和低位热值两种。
高位热值是指一标准立方米气体完全燃烧后其烟气被冷却至原始温度，而其中的水蒸气以凝结水状态排出时所放出的热量。
低位热值是指一标准立方米气体完全燃烧后其烟气被冷却至原始温度，但烟气中的水蒸气仍为蒸气状态时所放出的热量。
燃气的高位热值在数值上大于其低位热值，差值为水蒸气的气化潜热。
由于天然气是混合气体，不同的组分以及组分的不同比例，都会有不同的热值，表1为几个不同产地的天然气热值。
表1 不同种类的天然气热值5. 爆炸极限可燃气体和空气的混合物遇明火而引起爆炸时的可燃气体浓度范围称为爆炸极限。
在这种混合物中，当可燃气体的含量减少到不能形成爆炸混合物时的含量，称为可燃气体的爆炸下限，而当可燃气体含量一直增加到不能形成爆炸混合物时的含量，称为爆炸上限。
表2为常见几种气体的热值表和爆炸极限。
其中热值是在273.15K、101325Pa 条件下测定，其爆炸极限是在293.15K、101325Pa条件下测定。
由于天然气的组分不同，爆炸极限存在差异。
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天然气及其组分的物理化学性质(一)
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CH416.04322.362518.750.7174190.584.54439.84235.906乙烷C2H630.0722.187276.641.3553305.424.81670.35155.36764.397丙烷C3H844.09721.936188.652.0102369.824.194101.26651.90893.240正丁烷n-C4H1058.12421.504143.1302.703425.183.747133.88650.376123.649异丁烷i-C4H1058.12421.598143.132.6912408.143.600133.04849.532122.853正戊烷C15H1272.15120.891115.273.453746.9653.325169.37749.438156.733氢H22.01622.427412.67O.089833.251.28012.74549.04210.786氧O231.99922.392259.971.4289154.334.971—141.926—氮N223.01322.403296.951.2507125.973.349——氦
He3.01622.42281.170.13453.350.118——二氧化磺CO244.01022.26189.041.9768304.257.290———硫化氢H2S34.07622.18244.171.5392373.558.89025.36423.383空气28.06622.40287.241.2931132.43.725—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 5.015.010.6014.50-161.491.5451.3090.030240.0104乙烷50.052.913.08.776.41-88.002.2441.1980.018610.0986丙烷47.5152.19.57.653.81-42.052.9601.1610.015120.1524正丁烷46.3831.58.56.972.53-0.053.7101.1440.013490.2010异丁烷45.7451.88.5-11.72—1.144—0.1848正戊烷45.651.48.36.481.8536.06—1.121—0.2539氢45.3814.075.98.5293.00-252.751.2981.4070.21630氧120.111——19.8613.60-182.981.3151.4000.02500.0213氮——17.0013.30-195.781.3021.4020.024890.04氦————-269.95—1.640——二氧化碳———14.307.09-78.200.6201.3040.013720.225硫化氢4.345.511.907.63-60.201.5571.3200.013140.100空气15.192——17.5013.40-192.501.3061.4010.02489—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。
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。