Состав и основные параметры природных газов

ЛЕКЦИЯ 2 СОСТАВ И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПРИРОДНЫХ ГАЗОВ

Природные газы, добываемые из газовых и газоконденсатных ме­сторождений, состоят из предельных углеводородов с общей формулой C_nH_2n+2 и неуглеводородных компонентов: азота (N2), углекислого газа (СО₂), сероводорода (H₂S), инертных газов (гелия, аргона, криптона, ксенона). Кроме того, природные газы насыщены парами воды, содер­жание которых зависит от давления, температуры, состава газа и воды. Число углеродных атомов в молекуле углеводородов п может достигать 17-40.

Метан (СН₄), этан (С₂Н₆), этилен (С₂Н₄) при нормальных условиях (Р_ат ⁼ 0,1 МПа и Т_ст = 273К) являются реальными газами. Пропан (С₃Н₈), бутан (С₄Н₁₀) в нормальных условиях находятся в газообразном состоянии, при повышенных давлениях - в жидком состоянии, входят в состав сжиженных углеводородных газов. Углеводороды от (С₅Н₁₂) до (С₁₇Н₃₆) при нормальных условиях находятся в жидком состоянии. Все компоненты, входящие в состав природного газа, характеризуются стро­го индивидуальными свойствами.

По составу компонентов природные газы можно подразделить на три группы:

1. Газы, добываемые из чисто газовых месторождений. Это сухие
газы без тяжелых углеводородов.

2. Газы, добываемые с нефтью (попутный нефтяной газ), это физи­ческая смесь сухого газа, сжиженного газа и газового бензина.

3. Газы, добываемые из газоконденсатных месторождений. Они со­
стоят из сухого газа и жидкого углеводородного конденсата.

Наименьшей частицей, характеризующей вещество, является моле­кула, состоящая из атомов одного или нескольких элементов. За единицу измерения массы атомов и молекул условно принята 1/12 массы атома изотопа углерода. Масса атома элемента, выраженная в углеродных еди­ницах, называется атомной массой элемента. Сумма атомных масс ато­мов, образующих молекулу, называется молекулярной массой вещества. Состав природного газа выражается в объемных или массовых долях единицы или процентах. Объемный состав примерно совпадает с моляр­ным, так как объем 1.кмоля идеального газа при одинаковых физических условиях, по закону Авогадро, имеет одно и то же численное значение, в частности, при нормальных условиях равен 22,41 м³.

Объемный (молярный) состав газа можно пересчитать в массовый для каждого компонента смеси по формуле

(2.1)

где g_i, - массовая доля i-гo компонента в газе;

X_i - объемная доля i-гo компонента;

М_i - молекулярная масса i-гo компонента.

Если состав природного газа задан в массовых долях, то для пере­счета его в объемные (молярные) единицы используется формула

(2.2)

где m_i - число молей i-гo компонента в смеси, и m_i=g_i / M_i.

Одним из основных параметров, характеризующим природный газ, является плотность. Плотность газа - масса единицы объема - равна от­ношению молекулярной массы газа к объему 1 моля. Плотность опре­деляется по формуле

(2.3)

Размерность плотности в системе СИ - кг/м³, в системе СГС - г/см³.

Плотность газа известного состава определяется как сумма произ­ведений плотности отдельных компонентов на их объемное (молярное) содержание X_i:

(2.4)

или по известным молекулярным массам:

(2.5)

Для практических расчетов часто используется относительная плот­ность газа по воздуху , равная отношению плотности газа к плотно­сти воздуха , взятой при том же давлении и температуре:

(2.6)

т.к. при нормальных условиях равна 1.293 кг/м³. Относительная плотность удобна тем, что не зависит от температуры, давления.

Плотность природных газов при различных давлениях и температу­рах определяют по формуле

(2.7)

где z - коэффициент сверхсжимаемости природного газа.