第1章 天然气的性质
1、天然气输送工艺
天然气输送工艺第一章天然气的基本性质一、天然气的定义广义的天然气：指地壳中一切天然生成的气体，包括油田气、气田气、泥火山气、煤层气和生物生成气等。
狭义的天然气：指自然生成的，以饱和烃类为主的烃类气体以及少量的非烃类气体组成的混合气体，其主要成份为甲烷及少量乙烷、丙烷、丁烷、戊烷及以上烃类气体，并可能含有氮、氢、二氧化碳、硫化氢及水蒸气等非烃类气体及少量氦、氩等惰性气体。
二、天然气分类天然气的分类有以下几种方法：1、按油气藏的特点分⑴气田气在开采过程中没有或只有较少天然汽油凝析出来的天然气。
其特点：该天然气在气藏中，烃类以单项存在，天然气中甲烷含量高（约80％一90%），而戊烷以上烃类组分含量很少，开采过程中一般没有凝析油同时采出。
⑵凝析气田气在开采过程中有较多天然汽油凝析出来的天然气。
其特点：天然气戊烷以上烃类组分含量较多，在开采中没有较重组分的原油同时采出，只有凝析油同时采出。
⑶油田伴生气在开采过程中与液体石油一起开采出来的的天然气。
其特点：天然气在气藏中，烃类以液相或气液两相共存，采油时与石油同时被采出，天然气中重烃组分较多。
2、按烃类组分来分⑴干气戊烷以上烃类可凝结组分的含量低于100g/m3的天然气。
干气中甲烷含量一般在90％以上，乙烷、丙烷、丁烷的含量不多，戊烷以上烃类组分很少。
大部分气田气都是干气。
⑵湿气戊烷以上烃类可凝结组分的含量高于100 g/m3的天然气。
湿气中甲烷含量一般在80％以下，戊烷以上烃类组分较高，开采时同时回收天然汽油。
一般情况下，油田气和部分凝析气田可能是湿气。
3、按含硫量分类⑴酸性天然气含有较多的硫化氢和二氧化碳等酸性气体，需要进行净化处理才能达到管输标准的天然气。
一般将含硫量大于20mg／m3的天然气称为酸性天然气。
⑵洁气硫化氢和二氧化碳含量少，不需要进行净化处理就可以管输和利用的天然气。
三、天然气的组分和性质1、天然气的组分天然气是一种以饱和碳氢化合物为主要成分的混合气体，组分大致可以分为三大类型，即烃类组分，含硫组分和其他组分。
第1章 燃气的分类及其性质(1)
三、按燃烧特性分类
• 几个基本概念
• 按燃烧特性分类的原因 • 燃气的互换性
• 按燃烧特性分类
几个基本概念
• 燃烧：同时伴有发热发光的剧烈的氧化反应
• 燃烧三要素：可燃物，助燃物，着火源
• 燃烧产物：主要是H2O，CO2，燃烧充分，无污染，被誉 为绿色能源，是安全、洁净、经济的燃料。 • 如果燃气燃烧不完全，将会产生大量的CO，对人体有剧 毒。人们常说的煤气中毒就是CO中毒。
第1章
燃气的分类及其性质
1.1 燃气的分类及用途
1.2 燃气的基本性质
1.3 城市燃气的质量要求
1.4 城市燃气的输配系统
1.1
燃气的分类及用途
可燃气体（combustible gas）：
燃气
CmHn，H2，CO 不可燃气体（incombustible gas）： CO2，N2，O2
易燃易爆
1.1
事故原因：使用直排式热水器，洗澡时吸入 直排式热水器产生的一氧化碳，造成中毒。
直排式热水器禁止使用。使用燃气必须保持 通风。
目
录
1.1 燃气的分类及用途
1.2 燃气的基本性质
1.3 城市燃气的质量要求
1.4 城市燃气的输配系统
2.2
一、燃气组成的表示方法
燃气的基本性质
体积分数 yi : 各组分的分体积在燃气总体积中的比例。 分体积: 在一个混合气体体系中，在与混合气体温度、压力相同 的条件下，每种气体组分单独存在时具有的体积。 分压: 在一个混合气体体系中，在与混合气体温度、体积相同的 条件下，每种气体组分单独存在时具有的压力。 摩尔分数 yi : 各组分的摩尔数在燃气总摩尔数中的比例。 工程上有时近似地将燃气的体积分数等同于摩尔分数 摩尔: 物质的质量单位，1摩尔某种纯物质的质量在数量上等于 该物质的分子量，而质量的单位为克。 质量分数: 各组分的质量在天然气总质量中的比例。
1-燃气性质
-20 -15 -10 -5
0
5
10
15
20
399.8 396.1 387.7 383.9 379.7 368.9 364.3 355.5 345.4
400.2 397.3 392.7 388.5 384.3 380.2 376 37.5 366.8
混合液体潜热计算
混合液体气化潜热
r giri
相的绝对压力，就是该温度下的饱和蒸汽压 饱和蒸气压与容器的大小及其中的液量多少无关，与物
质的种类和温度有关 是温度的单值函数，随温度升高而升高
常见低碳烃蒸气压与温度的关系
2）混合液体的蒸汽压
道尔顿分压定律
在一定温度下，当密闭容器中的混合液体及其蒸气处于 相平衡时，气相符合道尔顿分压定律，混合气体的蒸气 压P等于各组分蒸气分压Pi之和。
Tr
T Tc
Pr
P
Pc
r
c
ZC
PC C
R 0TC
Z
Zc
Pr r
Tr
气体的通用压缩系数 Zc=0.27
六.粘度
粘度
动力粘度
μ 100
gi μi
运动粘度
100
γi
i
μ ρν
3
μt
μ0
273 C TC
T 273
2
标准状态 273.15K、101325Pa，Nm3
1.体积分数
在相同温度、压力下，燃气中各单一组分的体积占燃气总体
积的比值
γi
Vi V
2.质量分数
在相同温度、压力下，燃气中各单一组分的质量占燃气总质
《石油天然气地质与勘探》第1章 石油、天然气、油田水的成分和性质
5.石油的荧光性
（ Fluorescence of petroleum）
❖ 石 油 在 紫 外 光 的 照 射 下 ， 由 于 不 饱 和 烃 及 其 衍 生 物 的 存 在 而 产 生 荧 光 的 这 种 特 性 ， 被 称 作 石 油 的 荧 光 性 。
石 油 的 荧 光 性 取 决 于 它 的 化 合 物 组 成 ： 石 油 中 的 饱 和 烃 不 发 光 。
石油的地球化学分类
烃类成分含量
S＞ 50% AA＜ 50%
P＞ 40% ， P＞ N
P≤ 40% ， N≤ 40%
P＜ N，
N＞ 40%
P＞ 10%
S≤ 50% AA≥ 50%
P≤ 10% ， N＞ 25%
P≤ 10% ， N≤ 25%
含硫量
类型 Ⅰ：石蜡型
＜ 1%
Ⅱ ： 石 蜡 -环 烷 型 Ⅲ：环烷型
❖ ——单位体积水中所含溶解状态的固体物质总量。
即单位体积水中各种离子、元素及化合物总含量。 用 g/l、 mg/l、 ppm（ 百 万 分 之 一 ） 表 示 。
四、油田水的化学组成
1.无 机 盐 类 ： 阳 离 子 ： Na＋(K＋)、 Ca2＋、 Mg2＋ 阴 离 子 ： Cl-、 HCO3-、 SO42-、 （ 含 CO32－）
例 ： 类 异 戊 间 二 烯 型 烷 烃 ： 姥 鲛 烷 （ Pr） 、 植 烷 （ Ph） 四环甾烷和五环萜烷（环烷烃）
❖P r/ P h 小 于 1 ： 还 原 环 境 ， P r/ P h 大 于 1 ： 氧 化 环 境 ❖酸 性 水 介 质 环 境 有 利 于 P r的 形 成 ， 而 偏 碱 性 水 介 质 环 境 有 利 于 P h 的 形 成 。
石油与天然气复习思考题及答案
第一章石油和天然气的成分和性质1、石油与可燃有机矿产的概念石油: 指地下岩石空隙中天然生成的，以液态烃为主要化学组分的可燃有机矿产。
由古代的动物、植物遗体演变而来，属有机成因，又具有燃烧能力，总称为可燃有机矿产或可燃有机岩。
2、石油的主要元素组成和化合物组成？石油的元素组成和化合物组成有什么特点?组成石油的化学元素主要有：C、H、O 、S、N，其中C和H两种元素占绝对优势。
元素组成特点：一般石油中碳的含量占84—87％，氢含量为11一14％，两者在石油中以烃的形态出现，占石油成分的97—99％。
剩下的硫、氮、氧及微量元素的总含量一般只有1—4％。
但是，在个别情况下主要由于硫分增多，这个比例可高达3％－7％。
石油的化合物组成归纳起来，主要可分为烃和非烃两类。
烃类：（1）烷烃（2）环烷烃（3）芳香烃非烃化合物主要包括：含硫、含氮、含氧化合物化合物组成特点：碳、氢、硫、氮、氧五种主要元素在石油中可以构成巨大数量的化合物。
不论其数量如何多，但其化学性质都取决于这些元素构成的官能团；每一种官能团都具有特殊的化学特征，在其所连接的各种有机化合物中起着相同的作用。
3、石油的颜色有那些？为什么有白色石油？石油的颜色变化范围很大，从白色、淡黄色、黄褐色、深褐色、黑绿色至黑色。
石油的颜色与胶质—沥青质含量有关，含量越高颜色越深。
白色石油的形成，可能于运移过程中，带色的胶质和沥青质被岩石吸附有关。
4、索可洛夫根据存在的环境将天然气分为哪八大类？①大气；②表层沉积物中的气体；③沉积岩中的气体；④海洋中的气体；⑤变质岩中的气体；⑥岩浆岩中的气体；⑦地慢排出气；⑧宇宙气。
5、根据产出状态，天然气有哪些类型?何谓气藏气、气顶气、凝析气?① 气藏气② 气顶气③ 溶解气④ 凝析气⑤固态气体水合物气藏气：指基本上不与石油伴生，单独聚集成纯气藏的天然气气顶气：指与石油共存于油气藏中呈游离气顶状态的天然气。
凝析气：当地下温度、压力超过临界条件后，液态烃逆蒸发而形成的气体。
天然气的成分和性质
石油、天然气、油田水的成分和性质
第二节 天然气的成分和性质
一、天然气的概念
天然气是指一切自然界天然生成的气体 与油田或气田有关的可燃气体，其成分以烃类为主
二、天然气的成分
烃类气体为主 少量非烃气体 （N2、CO2或H2S）
二、天然）
重烃气（C2-C4）
湿气：重烃气≥5%
干气：重烃气＜5% 2．非烃气体
N2：0.4%-12.5% H2S：不含或极微量
CO2：<4%-5% 惰性气体
三、天然气的性质 1.相对密度
标准状况下，单位体积天然气与同体积空气质量之比
2．粘度
与成分、压力、温度有关
0℃时：0.31× 10-3mPa.s: 20℃时:12 × 10-3mPa.s
三、天然气的性质
3.天然气的溶解性
天然气可以溶于石油和水中
4.天然气的扩散性（diffusion）
扩散作用是物质在浓度梯度的作用下，自发 地发生的从高浓度区向低浓度区转移，以达 到浓度平衡的一种物质传递过程
初中化学天然气的教案
初中化学天然气的教案
年级：初中
课题：天然气
教学目标：
1. 了解天然气的性质和组成成分。
2. 了解天然气的开采和利用方式。
3. 掌握天然气在生活中的应用。
4. 培养学生的探究和实验能力。
教学重点和难点：
重点：天然气的组成和应用。
难点：天然气的开采过程。
教学准备：
1. 天然气的性质和成分的介绍PPT。
2. 天然气的实验材料。
3. 天然气相关视频资源。
教学过程：
一、导入（5分钟）
教师通过图片或视频引入关于天然气的话题，让学生了解天然气在生活中的应用，并引起学生的兴趣。
二、讲授（15分钟）
1. 介绍天然气的性质和组成成分。
2. 讲解天然气的开采和利用方式。
3. 分析天然气在生活中的应用。
三、实验（20分钟）
教师组织学生进行天然气实验，让学生亲自感受和观察天然气的性质和特点，并引导学生进行实验数据的记录和分析。
四、讨论（10分钟）
1. 整理实验数据，让学生讨论天然气的应用和意义。
2. 引导学生思考如何保护和合理利用天然气资源。
五、总结与作业（5分钟）
1. 总结天然气的性质和应用。
2. 布置相关作业，让学生进一步深入了解天然气的知识。
教学反思：
通过本节课的教学，学生对天然气的性质、组成和应用有了更深入的了解，同时培养了他们的实验和探究能力。
在未来的教学中，可以通过更多的实践活动和案例分析引导学生更好地理解化学知识。
第一章 石油、天然气油田水的成份和性质
多环芳烃：分子中含两个或多个独立苯环；
稠环芳烃：分子中含两个或多个苯环，彼此之间
通过共用两个相邻碳原子稠合而成。
芳烃在原油中含量变化较大(10-40%)，一般具 下列分布规律：
①随沸点增高、芳烃含量增高，(且芳烃环数
及侧链数增多，碳链加长)； ②低沸点镏份中，芳烃含量较少，主要为苯、 甲苯、二甲苯； ③石油形成时代越新，芳核上取代基越少。
烷酸、酚、脂肪酸，统称石油酸。醛、酮)含
量极少。
几乎所有石油中都含环烷酸，但含量变
化大(0.03-1.9%)。
(三)生物标志化合物
指沉积物中来自生物体的原始生化组成， 其碳骨架在各种地质作用过程中被保存下来的 有机化合物。其特点有：
①继承生物原生烃和类脂化合物的游离分子；
②保留了其原始生物母体为基本碳骨架；
根据物理状态，可燃有机矿产分为气态、
液态和固态三类。
(1)气态可燃矿产：纯气田的气体、石油伴生的
油田气、煤型气、火山气、沼气等。
(2)液态可燃矿产：以石油为代表。
(3)固态可燃矿产：地沥青、地蜡、石沥青等石
油衍生物，还有各种煤、油页岩、 硫磺等。
第二节 石油的成份和性质
石油是一种成份十分复杂的天然有机化合
As(砷)，Ga(镓)，Au(金)，Ti(钛)，Cr(铬)，
Ca(镉)等59种元素。
我国原油一般Ni高，V低，V/Ni比值低。
(二)原油镏分、组分及混合物组成 1.镏分：利用组成石油的化合物具有不同沸点 的特性，进行蒸镏，按照不同沸点范围进行割。
石油气 汽油
＜35℃
煤油
柴油
重瓦斯油
润湿油
360-530℃
成直链，按其是否有支链存在，进一步分正构
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在地层中与原油共存，在采油过程中与
原油同时被采出，经油、气分离后所得的
天然气。
10
11
2. 按天然气的凝液含量分类
（1）干气和湿气
干气：标况下每立方米井口流出物中，
C5以上烃液含量低于13.5cm3的天然气。
湿气：标况下每立方米井口流出物中，
C5以上烃液含量高于13.5cm3的天然气。
Hs Ws d
37
6.天然气的粘度
单组分气体的粘度取决于温度和压力，而 气体混合物的粘度还和气体的组成有关。气体
粘度包括动力粘度和运动粘度，下面仅讨论动
力粘度的几种确定方法，在此基础上容易计算 运动粘度。
38
6.天然气的粘度
需牢记，混合气体的粘度随温度的升高而增大， 这与液体物质是相反的。
39
17
2.天然气加工主要产品及其质量要求
• • • • • 液化天然气 天然气凝液 液化石油气 天然汽油 压缩天然气
18
天然气质量要求
19
20
21
典型的天然气及其产品组成
22
第三节、天然气的物理化学性质
1. 天然气的状态参数
（1）压力
绝对压力=表压力+当时当地大气压力
单位 1Mpa=103kpa=106pa
7.天然气的爆炸极限
可燃气体在空气中的浓度低于某一极限时， 氧化反应产生的热量不足以弥补散失的热量，使 燃烧不能进行；当其浓度超过某一极限时，由于 缺氧也无法燃烧。前一浓度极限称为着火下限， 后一浓度极限称为着火上限。着火极限又称爆炸 极限。 对于含有惰性气体的燃气，其爆炸极限的 范围将缩小。
40
• 稀有气体：如氦、氩等。
6
二、天然气的分类
• 天然气按矿藏特点分类
• 按天然气的烃类组成分类 • 按酸气含量分类
7
8
1．天然气按矿藏特点分类
（2）凝析井气
矿藏流，流
体状态跨过露点线进入相态反凝析区，部
分烃类在地层中即呈液态析出。
9
1．天然气按矿藏特点分类
41
天然气物性计算参考文献
• 天然气工程手册（上册）；
• 气体加工工程数据手册（第十版）； • 油田油气集输设计技术手册（下册）； • 石油及天然气物性预测（白执松等编）。
42
M——天然气平均分子量； yi —组分i的摩尔分数； Mi —组分i的分子量。
25
3.天然气的密度和相对密度
天然气的密度 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。 1.天然气的平均密度 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: yi M i 0℃标准状态 yV
3
4
天然气的烃类组成
• 烷烃类：甲烷、乙烷、丙烷、丁烷和戊 烷、庚烷及以上更重烷烃； • 不饱和烃：如乙烯、丙烯、丁烯； • 环烷烃和芳烃：如环戊烷、环己烷、苯、 甲苯、二甲苯等。
5
天然气中的非烃类
• 非 烃 类 物 质 ： 如 H2S、CO2、N2、H2、 H2O、Hg 及硫醇类、硫醚类、二硫化碳、 氧硫化碳等；
35
5. 天然气发热量和沃泊指数
（2）低位发热量
规定量的气体在空气中完全燃烧时所释 放出的热量。在燃烧反应时，压力p保持恒 定，所有燃烧产物的温度降至指定的反应 物温度t相同的温度，所有燃烧产物为气态。 用符号Hi表示。
36
5. 天然气发热量和沃泊指数
（3）沃泊指数
在规定参比条件下的体积高位发热量除 以相同的规定计量参比条件下的相对密度 的平方根。用符号Ws表示。沃泊指数代表 燃气性质对热负荷的综合影响。
i
i
任意温度与压力下
1 yi M i 22.414
26
3.天然气的密度和相对密度
2.天然气相对密度 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
a
27
4.天然气的临界参数和对比参数
1.天然气虚拟临界参数 当计算天然气的某些物性参数时，常常要用到 虚拟临界数值（临界压力、临界温度、临界密度）。 任何气体在温度低于某一数值时都可以等温压缩成 液体，但当高于该温度时，无论压力增加到多大， 都不能使气体液化。可以使气体压缩成液态的这个 极限温度称为该气体的临界温度。
28
4.天然气的临界参数和对比参数
• （1）临界压力：纯物质在临界温度下能 液化的最低压力，用符号pc表示。 • （2）临界温度：纯物质能液化的最高温 度，用符号Tc表示。
29
4.天然气的临界参数和对比参数
天然气的压力、温度、密度与其临界压力、临界 温度和临界密度之比称为天然气对比压力、对比温 度和对比密度。
12
2.按天然气的凝液含量分类
（2）贫气和富气
贫气：每立方米井口流出物中， C3 以
上烃液含量低于94cm3的天然气。
富气：每立方米井口流出物中， C3 以 上烃液含量高低于94cm3的天然气。
13
3 按酸气含量分类
• 酸气 • 洁气
14
三、组成浓度表示法
• 浓度表示法
（1）质量组成 （2）体积组成 （3）摩尔组成
1pa =1N/m2
23
第三节、天然气的物理化学性质
1. 天然气的状态参数
（1）温度
• 摄氏温标（º C） • 华氏温标(º F) • 开氏温标(K) （2）体积
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2.天然气的视相对分子质量
一、天然气分子量 标准状态下，1kmol天然气的质量定义为天 然气的视相对分子量，简称分子量。
M yi M i
• SRK方程、PR方程计算； • 由对比压力和对比温度采用查图法； • 经验相关式计算。
32
33
压缩因子图版
34
5. 天然气发热量和沃泊指数
（1）高位发热量
规定量的气体在空气中完全燃烧时所释 放出的热量。在燃烧反应时，压力p保持恒 定，所有燃烧产物降至规定的反应物温度 t 相同的温度，除燃烧中生成的水在温度 t下 全部冷凝为液态外，其余所有燃烧产物为 气态。用符号Hs表示。
P Pr Pc
T Tr Tc
r c
30
5. 压缩因子
在某压力和温度条件下，一给定质量气
体的实际（真实）体积除以在相同条件下 按理想气体定律计算出的该气体的体积， 称为气体的压缩因子，用符号Z表示。
31
Z（t,p)的计算
• GB/T17747.1—1999《天然气压缩因子的 计算》；
第一章 天然气的基本特征
• 天然气的组成与分类；
• 天然气及其加工产品的质量要求；
• 天然气的物理化学性质。
1
• 油气储运工程是连接油气生产、加工、 分配、销售诸环节的纽带，它主要包括 油气田集输、长距离输送管道、储存与 装卸及城市输配系统等。
2
第一节、天然气的组成与分类
1. 天然气的组成
天然气指自然生成，在一定压力下蕴藏 于地下岩层孔隙或裂缝中的混合气体， 由 低分子饱和烃为主的烃类气体与少量非烃 类气体组成。
15
第二节、天然气及其加工产品的 质量要求
1. 商品天然气的质量要求
• • • • • 热值（发热量） 烃露点 水露点（也称露点） 硫含量 二氧化碳含量
16
商品天然气的质量要求
我国对管输天然气的质量要求
• 进入输气管道的气体必须清除机械杂质 • 水露点应比输气管道中气体可能达到的 最低环境温度低5。C。 • 烃露点应低于或等于输气管道中气体可 能达到的最低温度环境 • 气体中硫化氢含量不大于20mg/m3