Объемный состав природный газ

§ 3. Состав и классификация природных газов

Природные газы, добываемые из чисто газовых, нефтяных и газоконденсатных месторождений, состоят из углеводородов гомологического ряда метана с общей формулой C_nH_2n+2, a также неуглеводородных компонентов: азота (N₂), углекислого газа (СО₂), сероводорода (H₂S), меркаптанов (RSH), редкозе­мельных (инертных) газов (гелия, аргона, криптона, ксенона,), ртути. Число углеродных атомов в молекуле углеводородов п может достигать 18 и более.

Метан (СН₄), этан (С₂Н₆) и этилен (С₂Н₄) при обычных ус­ловиях давления (р=0,1 МПа) и температуры (Т=288—303 К) являются газами.

Пропан (С₃Н₈), пропилен (С₃Н₆), изобутан (i-C₄H₁₀), нор­мальный бутан (n=С₄Н₁₀), бутилены (С₄Н₈) при атмосфер­ных условиях находятся в парообразном (газообразном) состо­янии, при повышенных давлениях — в жидком состоянии. Они входят в состав жидких углеводородных газов.

Углеводороды, начиная с изопентана (i-C₅H₁₂) и более тя­желые (17п>5), при атмосферных условиях находятся в жидком состоянии. Они входят в состав бензиновой фракции.

Углеводороды, в молекулу которых входит 18 атомов угле­рода (от C₁₈H₃₈) и более расположенных в одну цепочку, при атмосферных условиях находятся в твердом состоянии.

В табл. III. 1 приведены составы сухого газа, жидких газов и газового бензина.

Таблица III.I Составы сухого газа, жидких газов и газового бензина

Пропан, пропилен, изобутан, нормальный бутан, бутилен

Изопентан, нормальный пентан, амилены, гексан и др.

Природные газы подразделяются на три следующие группы.

1. Газы, добываемые из чисто газовых месторождений и представляющие собой сухой газ, свободный от тяжелых угле­водородов.

2. Газы, добываемые вместе с нефтью. Это физические смеси сухого газа, пропан-бутановой фракции (жидкого газа) и газо­вого бензина.

3. Газы, добываемые из газоконденсатных месторождений,— смесь сухого газа и жидкого углеводородного конденсата. Угле­водородный конденсат состоит из большого числа тяжелых углеводородов, из которых можно выделить бензиновые, лигроиновые, керосиновые, а иногда и более тяжелые масляные фракции.

В табл. III.2 III.3, III.4 приведены составы природных газов некоторых чисто газовых, нефтяных и газоконденсатных месторождений.

Таблица III.2- Объемный состав природных газов, добываемых из чисто газовых месторождений (в %)

Источник

1.4. Состав и свойства природного газа

Природный газ представляет собой смесь предельных угле­водородов состава С_пН_2п+2, в которой содержится метан, этан, пропан, бутан и иногда пары более тяжелых углеводородов. Часто в состав природных газов входят азот N₂ (до 40 % по объему), углекислота СО₂, сероводород H₂S и редкие газы.

В газе газовых и газоконденсатных месторождений обыч­но преобладает метан; его доля достигает 98,8 %; в нефтяном (попутном) газе доля метана намного меньше, однако увели­чивается доля более тяжелых углеводородов — этана, пропа­на и бутана [5, 7, 13, 41].

Состав газовых смесей выражается в виде массовой, объем­ной или молярной доли компонентов в процентах. Массовая доля в процентах какого-либо компонента газовой смеси пред­ставляет собой отношение массы этого компонента к массе всей смеси:

где М_i — масса i-го компонента; M_см — масса смеси.

Объемная доля (%) какого-либо компонента в смеси газов равна отношению объема компонента к объему всей смеси:

где V_i — объем /-го компонента в смеси; V_см — объем всей смеси.

Молярная доля компонента определяется аналогично и может быть представлена в виде

где N_i — число молей г-го компонента в смеси; N_cm — сум­марное число молей газа в смеси.

Физические свойства природного газа зависят от его со­става, но в целом близки к свойствам метана как основного компонента смеси.

Плотность природного газа можно определить взвешива­нием или вычислить, зная молекулярную массу смеси М:

где V_m — объем моля газа при стандартных условиях, м 3 .

Обычно р_г находится в пределах 0,73— 1,0 кг/м 3 . В расче­тах часто используют более удобную величину — относитель­ную плотность Δ так как значение ее практически не зави­сит от давления и температуры. За величину сравнения при­нимают плотность воздуха

где М_Г — масса газа; М_в — масса воздуха.

Относительная плотность газа изменяется от 0,50 до 1,0. Плотность индивидуальных компонентов углеводородных га­зов (и сероводорода), за исключением метана, больше еди­ницы. При всех расчетах, связанных с движением газа, исполь­зуется вязкость. Аналитические зависимости вязкости смеси от вязкости входящих в смесь компонентов сложны и имеют недостаточную точность. В связи с этим на практике вяз­кость определяют по экспериментальным графикам, один из которых приведен на рис. 1.2.

Рис. 1.2. Зависимость вязкости природного газа μ (при Δ = 0,6) от температуры

Состояние газа характеризуется давлением р, температу­рой Т и объемом V. Соотношение между этими параметрами определяется законами идеальных газов (Бойля — Мариотта, Гей-Люссака и др.), которые имеют чрезвычайно большое

Рис. 1.3. Зависимость коэффициента сжимаемости природного газа от при­веденного давления при различных температурах

pV = ZMRT,

где Z — коэффициент сжимаемости; М — масса газа; р — давление; V — объем газа; R — газовая постоянная; Т — абсолютная температура.

Для нефтяных газов значение коэффициента сжимаемо­сти Z можно найти приближенно

Относительная плотность газа

Рис. 1.4. Зависимость среднекритического давления (1, 2) и температуры (1‘ 2′ ) природного газа от относительной плотности:

1, 1‘ — газовое месторождение; 2, 2′ — газоконденсатное месторождение

по графикам Брауна, представленным на рис. 1.3. Коэффициенты сжимаемости Z на этом графике зависят от приведенных давления р_пр и температуры Т_пр , значения которых можно определить по формулам

где р и Т — соответственно давление и температура газа; р_кр и Т_кр — критические давления и температура.

Рис. 1.5. Энтальпия природного газа в зависимости от давления и темпе­ратуры (при относительной плотности газа Δ = 0,6)

газа на конечном участке изменения его давления. Эту вели­чину обычно находят по кривым теплосодержания (рис. 1.5). Зная давление газа и его температуру при одном состоянии, по этим кривым можно найти температуру газа после дроссе­лирования. Для этого от первоначальной точки по линии равного теплосодержания следует переместиться в точку но­вого значения давления. Температура, соответствующая этой точке, явится искомой величиной. Изменение температуры газа при снижении давления на 0,1 МПа называется коэффи­циентом Джоуля — Томсона. Эта величина составляет 0,25 — 0,35 °С на 0,1 МПа (1 атм).

Источник