《天然气(气体计算方程)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《天然气(气体计算方程)（79页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 1 天然气的组成、相对视分子量及视临界常数 2 天然气的状态方程式和对应状态原理 3 天然气的高压物性参数 天然气体积系数 天然气压缩系数 天然气的密度和相对密度 天然气的粘度 4 天然气在石油中的溶解和分离 第六章 天然气的物理性质 Created with novaPDF Printer (www.novaPDF.com) 在常温常压下，1-5个碳原子的烃类为气体，即天然气。 天然气是指在不同地质条件下生成、运移，并以一定的压力储集 在地层中的气体。大多数气田的天然气是可燃性气体，主要成分是气 态烃类，并含有少量的非烃气体。 一、天然气的组成 烃类气体 甲烷（CH4）占绝大部分 乙烷（C
2、2H6） 丙烷（C3H8） 丁烷（C4H10） 戊烷（C5H12）含量不多 非烃气体（少量） 硫化氢（H2S） 硫醇（RSH） 硫醚（RSR） 二氧化碳（CO2） 一氧化碳（CO） 氮（N2） 水汽（H2O） 稀有气体（微量） 氦（He） 氩（Ar）等。 1 天然气的组成和相对视分子量及天然气的视临界常数 Created with novaPDF Printer (www.novaPDF.com) 天然气的组分不同，其相对视分子量不 同。天然气组分相同，而各组分含量的 百分比不同时，其相对视分子量也不同。 因此，天然气的相对视分子量是根据天 然气的组分和每种组分含量的百分数计 算出来的。 n
3、i iig MyM 1 二、天然气的相对视分子量 天然气是多组分的混合气体，本身没有一个分子式，因此不能象 纯气体那样，由分子式算出其恒定的分子量。天然气的分子量是人们假 想的分子量，规定把在0、760mmHg、体积为22.4L的天然气所具有 的重量定义为该天然气的分子量，叫相对视分子量。 的分子量组分 数天然气个组分的摩尔分 天然气相对视分子量 iM y M i i g 1 天然气的组成和相对视分子量及天然气的视临界参数 Created with novaPDF Printer (www.novaPDF.com) 三、天然气的视临界参数 1 天然气的组成和相对视分子量及天然气的视临界参数 天
4、然气在临界点的温度和压力称为视临界参数，即视临 界温度和视临界压力。由于多组分特点，只有实验方法可以 直接测得天然气的视临界参数，间接方法有Kay混合规则方 法和经验公式 1）Kay方法 若天然气由k种组分组成，则视临界参数为 k i cii c k i ciic TyT pyp 1 1 KiT Mpaip iy KT Mpap ci ci i c c 的临界温度，天然气组分 的临界压力，天然气组分 的摩尔分数天然气组分 天然气的视临界温度， 天然气的视临界压力， Created with novaPDF Printer (www.novaPDF.com) gc gc T p 6667.176
5、2222.92 3861. 08815. 4 gc gc T p 6667.1762222.92 2482. 0778. 4 gc gc T p 66671162222.132 6895. 01021. 5 gc gc T p 2222.1521111.106 2482. 0778. 4 2）经验公式方法 7 . 0 g 7 . 0 g 干气 凝析（湿）气 7 . 0 g 7 . 0 g Created with novaPDF Printer (www.novaPDF.com) 2 天然气的状态方程式和对应状态原 理 一、理想气体状态方程式 理想气体的假设: 气体分子本身所占的体积比起整个气
6、体体积来说是可以忽略不计， 所有气体分子间的碰撞以及分子与器壁的碰撞是纯弹性的， 气体分子之间以及分子和容纳它的器壁之间不存在引力或排斥力。 对于理想气体，它将遵守如下定律： 波义尔定律： p V 1 CpV 或 （当T =常数） 盖吕萨克定律：TV C T V 或 （当P =常数） 查理定律：Tp C T p 或 （当V =常数） Created with novaPDF Printer (www.novaPDF.com) 2 22 1 11 T Vp T Vp 由上得到： nRTpV KmolLatm nT pV R 082054. 0 2731 4 .221通用气 体常数 根据如上定律可
7、推导出如下理想气体状态方程，假定有1mol气体，可写成： n VpVp 211 1 TT 2 21 T VT Vn 2 pp 2 2 1 T V T Vn 2 11 P Vp Vn由波义尔定律： 由盖吕萨克定律： 如果有 333 TpV、 状态或任何其它状态均可写成上述等式 因此可用一个通用式表示，即RTpVR T pV 或 若为n摩尔气体，则可写成 时的气体体积和在 111 TpV 时的气体体积和在 222 TpV 时的气体体积和在 12 TpVn Created with novaPDF Printer (www.novaPDF.com) 二、范德华方程式 对于实际气体来说，除低压条件下近
8、似服从理想气体状态方程式 外，一般都与理想气体状态方程式发生偏差，有时甚至发生较大的偏 差。 这是因为实际气体的分子间具有作用力。在低压时，分子与分子 间距离较大，作用力可以忽略不计；当处于高压时，分子间的距离缩 短了，其相互间作用力已经不能忽略。 对于理想气体曾假设分子本身的体积比起总体积来小到可以忽略 不计，这在压力很低时，可以近似地认为是这样。然而，实际上当气 体密度随压力增高而加大时，分子所占的体积就不能忽略不计了。 范德华考虑了实际气体的上面二种情况，对理想气体状态方程进 行了修正： Created with novaPDF Printer (www.novaPDF.com) 表压测
9、定的是分子对器壁碰撞的力，实际内压要大于表 压，因为它要消耗一部分能量来克服分子间的作用力， 因此必须加一个校正值 该校正值正比于气体摩尔数 （n）的平方，反比于体积(V)的平方 1、表压与实际内压差的校正(分子作用力的校正) p a V n p 2 2 a 为取决于气体类型的常数 Created with novaPDF Printer (www.novaPDF.com) 这样经修改后的实际气体的状态方程（范德华方程） nRTnbVa V n p)( 2 2 式中：a、b 取决于气体类型的常数。 2、压力增加导致气体分子体积的校正 若每mol气体所有单个分子的总体积为b， 则n摩尔实际气体的
10、体积应为nb(其中b 为与气体类型有关的常数） Created with novaPDF Printer (www.novaPDF.com) 范德华方程是1873年提出的，之后出现了许多状 态方程： 1.压缩因子状态方程 2.BWR方程 3.RK方程 4.SW方程 5.PT方程等 三、实用气体状态方程式 Created with novaPDF Printer (www.novaPDF.com) 以上介绍的实际气体状态方程式在计算上是十分繁琐 的，因此油田上通常是采用一种最简便的校正方式。即在 理想气体状态方程式的右侧引入一个乘积因子Z。 这个乘积因子有几个名称，如压缩因子、压缩系数、 偏差因
11、子，但常用的是压缩因子。 实际气体的状态方程式可写成： ZnRTpV 式中：Z 压缩因子。 1、天然气的压缩因子状态方程 Created with novaPDF Printer (www.novaPDF.com) RT pV Z 0 0 RT pV Z 理想气体 实际气体 00 0 V V RTpV RTpV ZZZ 已知理想气体Z0l，那么实际气体Z为： 所谓压缩因子实际上是实际气体与理想气体的一个体积偏差系数。即表 示lmol真实气体的体积，在相同的温度压力下与理想气体体积的偏差。 理想气体的Zl，而实际气体一般Z 0.3-1.7。 压缩因子（Z）的含义可以用1摩尔理想气体与实际气体在同
12、一温度与压 力下的比较来说明 Created with novaPDF Printer (www.novaPDF.com) 常用的压缩因子表示 方法是图示法。 可通过实验测出每种 气体在不同温度、压 力下的压缩因子，编 绘成图，供使用者查 阅。 2、压缩因子的 表示方法 Created with novaPDF Printer (www.novaPDF.com) 3、压缩因子的影响因素 1）烃类气体类型 类型不同压缩因子不同 2）压力 低温低压时，稍微增加压 力，Z值减小，当压力增加到 某一值时，Z值减小最大，这 是由于实际气体分子具有吸引 力，造成比理想气体易于压缩 的缘故。当压力进一步增加
13、 时，则Z值增大，这是由于压 力达到一定范围时，再增加压 力，分子距离更近，产生排斥 力因而造成实际气体比理想气 体更不易压缩的缘故。 与温度及压力的关系可从分子 运动学及动力学角度加以理解 Created with novaPDF Printer (www.novaPDF.com) 3）温度 随温度增加，Z值 趋向1。这是因为真实 气体随温度升高，动 能加大，分子距离也 更大，这样分子间引 力和斥力的影响就很 微弱，因此实际气体 也就接近理想气体。 Created with novaPDF Printer (www.novaPDF.com) 组成对压缩因子有影响 天然气是复杂的烃类混合物而不
14、是单一成 分的烃类，如何解决混合气体的压缩因 子？ Created with novaPDF Printer (www.novaPDF.com) 4、压缩因子求取 1）天然气压缩因子求取的实验方法 将一定质量的天然气样品装入高压实验装置的PVT 筒中，在恒温条件下测定天然气的压力与体积的关系， 然后利用下式计算不同压力下的天然气的压缩因子。 ZnRTpV 实验方法可以测得绝大多数气体的压缩因子，缺点 是测试过程长，应用范围有限。 Created with novaPDF Printer (www.novaPDF.com) 范德华于1873年提出了的对应状态理论来解决混合气体的 压缩因子问题。
15、因为不同气体虽然在不同温度、压力下的性质（包括压缩 因子）不同，但在各自临界点却有共同的性质，如果以临界状 态作为描述气体状态的基准点，则在相同的对比压力、对比温 度下，天然气中所有纯烃气体具有相同的压缩因子。 对应状态原理 c r p p p c r T T T c r V V V 2）SK图版法（Standing和Katz图版） Created with novaPDF Printer (www.novaPDF.com) 为什么混合气体的实际温度、压力、体积折算到临界状态 才能消除气体性质对PVT的影响呢？ 根据双组分体系临界点定义，液气界限消失，液相、气相的内涵 性质相同。所谓内涵性质相同是指那些与物质数量无关的性质如密度、 压力、温度、粘度、化学电位和表面张力等。 上述临界点的意思是指任何气体处于临界状态时，存在一定的共 性，即可把它们视为同组分(单组分)气体去考虑，这样就可以作出它 们的折算温度、折算压力与压缩因子的关系图。 右图可看出，不同气体（甲 烷、乙烷、丙烷）当它们的 折算温度、折算压力相同 时，就具有大致相同的压缩 因子。 Created with novaPDF Printer (www.novaPDF.com) 这个对应状态理论设想从折算（对比）压力、折算（对比）温度和折 算（对比）体积上看，任何气体（包括气体混合物）都具有相同的
