1、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（CH 4 ）占绝大部分，乙烷（C 2H6）、丙烷（C 3H8）、丁烷（C 4H10）和戊烷（C 5H12）含量不多，庚烷以上（C 5+）烷烃含量极少。另外，所含的少量非烃类气体一般有氮气（N 2）、二氧化碳（CO 2）、氢气（H 2）、硫化氢（H 2S）和水汽（H 2O）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
2、主要成分的物理化学性质可燃性限/%热 值/KJm-3(15.6，常压)名称分子式相对分子质量密度/Kgm-3临界温度/临界压力/MPa粘 度/KP aS自燃点/ 低限 高限全热值净热值气体常数/Kgm(KgK)-1甲烷 CH416.0430.716-82.54.640.01(气)6455.015.0372623349452.84乙烷 C2H630.0701.34232.274.880.009(气)5303.212.456615160289 28.2丙烷 C3H844.0971.96796.814.260.125(10)5102.379.50937848624819.23正丁烷n-C4H1058
3、.122.593152.013.80 0.1744901.868.4112141710843814.59异丁烷i-C4H1058.122.593134.983.65 0.194 1.88.4412141710843814.59氨 He 4.003 0.197 -267. 0.23 0.0184 211.799氮 N2 28.02 1.250-147.133.39 0.017 30.26氧 O2 32.0 1.428-118.825.04 0.014 26.49氢 H2 2.016 0.0899-239.91.290.008425104.174.21277010760420.75二氧化碳CO2
4、44.0 1.963 31.1 7.38 0.0137 19.27一氧化碳CO 28.0 1.250-140.23.50 0.016661012.574.2126441264430.26硫化氢H2S 34.09 1.521 100.4 9.01 0.011662904.374.2 24.87空气28.971.293-140.753.77 0.0173 45.5 29.27二、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 Vi，总容积 V；摩尔分数 y ： i 组分的摩尔数 n 与混合物总摩尔数 n 的比值。i； ； ； iiiV1iyiii 1iy由分压定律，存在 P V= n R
5、T；P V=n R TiiMiM由分容定律，存在 PV = n RMT；PV=n R Tii； pyiiiiiii ynVy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。iMy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 ； iy41.220标准状态 iM05.任意温度与压力下 iiVy/（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。对单组分气体： ：空气密度，
6、kg/m 3；a/a在 =101.325kPa， =273.15K 时； =1.293 kg/m30P0T在 =101.325kPa， =293.15 K 时； =1.206 kg/m3。a对混合气体： iy五、海底天然气虚拟临界参数和对比参数 （1）临界参数使气体压缩成液态的极限温度称为该气体的临界温度。当温度等于临界温度时，使气体压缩成液体所需压力称为临界压力，此时状态称为临界状态。混合气体的虚拟临界参数可按凯（Kay）法则计算：； ； cicTycicPycicy适用：各组分的临界压力和临界比容接近（0），由于节流作用，温度随着压力降低而降低。热效应：在转换曲线以外的区域（其中 Di0
7、)，由于节流作用温度随压力降低而升高。最大转换温度：转换曲线与温度坐标轴交点的温度。当初始温度高于最大转换温度时，冷却是不可能的。对于干线输气管道，一般 Di取 35/MPa。焦耳-汤姆逊系数计算： )(1)(12 VTCPTCDPi 二、着火浓度极限 着火浓度极限（firing concentration limit）是引起可燃气体混合系燃烧的比例范围。可燃气体混合系不是在任何组成时都能燃烧的，只有氧化剂与可燃剂在一定的比例范围内才有可能燃烧，越出这个范围就不能使火焰正常传播。对于一定的可燃气体浓度极限可分为上限和下限，下限与可燃气体的不足有关；上限与氧不足或可燃物过剩有关。另外上下限还在一
8、定程度上与实验条件有关。在 101kPa 和室温时，火焰从直径为 10cm 的管子下端向上传播时测得的着火浓度极限列于表 3-20。 可燃性混合物的爆炸极限范围越宽、爆炸下限越低和爆炸上限越高时，其爆炸危险性越大。这是因为爆炸极限越宽则出现爆炸条件的机会就多；爆炸下限越低则可燃物稍有泄漏就会形成爆炸条件；爆炸上限越高则有少量空气渗入容器，就能与容器内的可燃物混合形成爆炸条件。应当指出，可燃性混合物的浓度高于爆炸上限时，虽然不会着火和爆炸，但当它从容器或管道里逸出，重新接触空气时却能燃烧，仍有发生着火的危险。各种气体和蒸气与空气混合气体的着火浓度极限浓度极限，气体名称 分子式下限 上限氢一氧化碳二硫化碳硫化氢氨甲烷乙烷乙烯乙炔甲醇乙醇二乙醚甲基乙醚丙酮苯甲苯二氯乙烷H2COCS2H2SNH3CH4C2H6C2H4C2H2CH3OHC2H5OH(C2H5)2OCH3OC2H5CH3COCH3C6H6C6H5CH3C2H4Cl2400125012543155500322275250672328185200255141127620742074205000455027001500124528608000365018953650101012806756751590安全工程大辞典（化学工业出版社）苏奕儒. 天然气热力学参数计算方法及应用J. 中国质量技术监督,2012,08:66-67.
