13 Физические свойства природного и нефтяного газов.
Состав газа и его использование для нахождения физических характеристик.
Результатом исследования пластовых проб газа и нефти является в первую очередь их компонентный количественный состав, зная который можно рассчитать практически все физико-химические свойства нефти и газа, используемые в расчетах
Количество вещества п характеризует число структурных элементов, содержащихся в данной системе (атомы, молекулы и другие частицы).
Единица количества вещества в СИ: [п] = моль.
1 моль - такое количество вещества, в котором содержится столько же структурных элементов, сколько атомов в 12 г изогона углерода-12.
Согласно закону Авогадро, 1 кмоль любого газа занимает при нормальных условиях объем 22,4 mj, называемый нормальным молярным объемом Соответственно стандартный молярный объем равен 24,05 м3.
Компонентный состав нефтяного газа может быть выражен в молярных, массовых долях или в процентах. Молярная доля компонента в смеси газов при нормальных условиях практически совпадает с объемной этого компонента.
Объемный молярный состав газа можно пересчитать в массовый / 20 /:
где
Gj - массовая доля (доля единицы или проценты) компонента в смеси;
у, - объемная (молярная) доля компонента в смеси;
М-, - молекулярная масса /-го компонента;
к - число компонентов.
При этом, если объемный (молярный) состав задан в процентах, то егс принимают за 100 моль. Тогда доля каждого компонента в процентах будег выражать млело его молей. И наоборот, если состав задан в массовых долях или процентах, его пересчитывают я объемные (молярные) аолм или проценты .то уравнению:
где N =G1/M1 - число молен i-ro компонента в смеси
Если массовый состав смеси выражен в процентах, то его принимают ?а 100 кг и для определения числа молей каждого компонента необходимо массу (численно равную процентному содержанию в смеси) разделить на его молекулярную массу. Часто при расчетах необходимо знать кредиток; молекулярную массу и плотность и относительную плотность (по воздуху) попутного газа
Средняя молекулярная масса газа по данным его объемного (молярного) состава:
если объемная доля у, задана в процентах,
если объемная доля >, задана в долях единицы. Средняя молекулярная масса газа по данным его массового состава
если массовая доля G, задана в процентах.
если массовая доля G, задана в долях единицы.
Средняя плотность газа по вычисленной средней молекулярной массе при нормальных условиях
при стандартных условиях
Относительная плотность газа по воздуху
где
1,293 - плотность воздуха при нормальных условиях, кг/м1;
1,205 - то же, при стандартных условиях, кг/м3.
В табл. 13.1 /16 / приведены некоторые физические параметры компонентов природных газов, часто используемые при технических расчетах.
Таблица 13.1
Физико-химические свойства компонентов природных газов
Параметр |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Молекутярпая масса |
16,043 |
30,070 |
44,097 |
58,124 |
58,124 |
72,151 |
72,151 |
88,178 |
44,011 |
34,082 |
28,016 |
18,016 |
Газовая постоянкю, Д*/(кг-{С! |
5233 |
288.8 |
217,7 |
188,4 |
188,4 |
159,1 |
159,1 |
13S.0 |
192.6 |
259 |
2973 |
5023 |
Температура кипения при нормальном давлении °С |
-163 |
-88,6 |
-42,2 |
-10,1 |
-05 |
+28,0 |
+36,2 |
+69,0 |
-78,5 |
-61,0 |
-195,8 |
+100,0 |
Критические |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
температура, К |
190,7 |
3062 |
369,8 |
4072 |
4252 |
461.0 |
4704 |
508,0 |
3042 |
373,6 |
1262 |
647,1 |
абсолютное давление, МПа |
4.7 |
4$ |
43 |
3,7 |
3,8 |
33 |
3,4 |
3,1 |
7,4 |
9,0 |
3,4 |
22,1 |
коэффициент сжимаемости |
0,290 |
0,285 |
0,277 |
0,283 |
0,274 |
0,268 |
0,269 |
0,264 |
0,274 |
0,268 |
0,291 |
0,230 |
плотность, кг/м3 |
2,0 |
210,0 |
225,3 |
232,5 |
225,8 |
— |
232,0 |
— |
468,0 |
— |
310,6 |
— |
Плотность при нормальных условиях, кг/м1 |
0,717 |
1344 |
1,967 |
2,598 |
2,398 |
3,220 |
3,220 |
3,880 |
1,977 |
1,539 |
1,251 |
0,805 |
Относительна плотность по воздуху |
0,5545 |
1,038 |
1J23 |
2,007 |
2,007 |
2,488 |
2,488 |
2,972 |
1,520 |
1,191 |
0,970 |
0,622 |
Динамическая вязкость при нормальных условиях, мПа-с |
0,0103 |
0,0083 |
0,0075 |
0,0069 |
0,0069 |
0,0062 |
0,0062 |
0,0059 |
0,0138 |
0,0117 |
0,0166 |
0,0128 |
Удельная теплоемкость при нормальных условиях, Дк/(кгК): |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
при постоянном давлении Ср |
2219,0 |
1729,1 |
1574,2 |
1494,7 |
1494,7 |
1452,8 |
1452,8 |
1410,0 |
845,7 |
1063,4 |
1042,3 |
2009,7 |
при постоянном объеме с,. |
1695,7 |
1440,3 |
1356,3 |
1305,3 |
1305,3 |
1293,7 |
1293,7 |
1272.0 |
653,1 |
803,9 |
745,2 |
1507,2 |
Отношение теплоемкости при 273 К с^/с,. |
1,309 |
1,200 |
1,160 |
1,144 |
1,144 |
1,123 |
1,123 |
1,108 |
1,295 |
1,323 |
1,399 |
1,3ЗЗ |
Теплоемкость при 273 К,Вт/(м·К) |
0,0300 |
0,0180 |
0,0148 |
0,0135 |
0,0135 |
0,0128 |
0,0028 |
— |
00137 |
00119 |
0,0238 |
— |
Задача 13.1 Пересчитать объемный состав нефтяного газа, выделенного при однократном разгазировании в условиях t = 20 "С и ра = 0,1013 МПа, в массовый и определить его характеристики. Результаты пересчета приведены в табл. 13.2.
Таблииа 13.2
Состав и характеристика попутного газа
Компонентный состав |
Объёмное содержание yi % |
Молекулярная масса М„ кг/кмоль |
Масса компонента yi ·Мi кг |
Массовый состав G1 |
|
доля единицы |
% |
||||
CH4 |
35.5 |
16043 |
569.5 |
0.176 |
17.6 |
C2H6 |
23.9 |
30 070 |
718.7 |
0.222 |
22.2 |
C3H8 |
19.4 |
44.097 |
855.5 |
0.264 |
26.4 |
i-C4H10 |
2.5 |
58.124 |
145.3 |
0.045 |
4.5 |
n-C4 H10 |
6.7 |
58.124 |
389.4 |
0.120 |
12.0 |
i-C5H12 |
1.8 |
72.151 |
179, 9 |
0,040 |
4.0 |
n-C5H12 |
1.7 |
72.151 |
122.7 |
0.038 |
3.8 |
C6H14+выcше |
1.1 |
88.178 |
96.9 |
0.029 |
2.9 |
CO2 |
0.5 |
44.011 |
22.0 |
0.007 |
0.7 |
N2 |
6.9 |
28.016 |
193.3 |
0.059 |
5.9 |
Итого |
100.0 |
— |
3243.2 |
1.00 |
100.0 |
Решение. Средняя молекулярная масса газа
Плотность газа:
при нормальных условиях
при стандартных условиях
Относительная плотность raja по воздуху
