Состав и основные параметры природных газов

Природные газы, добываемые из газовых и газоконденсатных месторождений, состоят из предельных углеводородов с общей формулой С_nН_2n+2 и неуглеводородных компонентов: азота (N₂), углекислого газа (СО₂), сероводорода (H₂S), инертных газов (гелия, аргона, криптона, ксенона). Кроме того, природные газы насыщены парами воды, содержание которых зависит от давления, температуры, состава газа и воды. Число углеродных атомов в молекуле углеводородов может достигать 17-40.

Метан (CH₄), этан (С₂Н₆), этилен (С₂Н₄) при нормальных условиях (Р_ат = 0, 1 МПа и Т_ст = 273°К) являются реальными газами. Пропан (С₃Н₈), бутан (С₄Н₁₀) в нормальных условиях находятся в газообразном состоянии, при повышенных давлениях - в жидком состоянии, входят в состав сжиженных углеводородных газов. Углеводороды от (С₅Н₁₂) до (С₁₇Н₃₆) при нормальных условиях находятся в жидком состоянии. Все компоненты, входящие в состав природного газа, характеризуются индивидуальными свойствами.

По составу компонентов природные газы можно подразделить на три группы:

ü Газы, добываемые из чисто газовых месторождений. Это сухие газы без тяжелых углеводородов.

ü Газы, добываемые с нефтью (попутный нефтяной газ), это физическая смесь сухого газа, сжиженного газа и газового бензина.

ü Газы, добываемые из газоконденсатных месторождений. Они состоят из сухого газа и жидкого углеводородного конденсата.

Наименьшей частицей, характеризующей вещество, является молекула, состоящая из атомов одного или нескольких элементов. За единицу измерения массы атомов и молекул условно принята 1/12 массы атома изотопа углерода. Масса атома элемента, выраженная в углеродных единицах, называется атомной массой элемента. Сумма атомных масс атомов образующих молекулу, называется молекулярной массой вещества. Состав природного газа выражается в объемных или массовых долях единицы или процентах. Объемный состав примерно совпадает с молярным, так как объем 1 кмоля идеального газа при одинаковых физических условиях, по закону Авогадро, имеет одно и то же численное значение, в частности, при нормальных условиях равен 22, 41 м³.

Объемный (молярный) состав газа можно пересчитать в массовый для каждого компонента смеси по формуле

, (1.1)

где g_i - массовая доля i-го компонента в газе;

X_i - объемная доля i-го компонента;

М_i - молекулярная масса i-го компонента.

Если состав природного газа задан в массовых долях, то для пересчета его в объемные (молярные) единицы используется формула

, (1.2)

где m_i - число молей i-го компонента в смеси, и m_i = g_i/M_i.

Одним из основных параметров, характеризующих природный газ, является плотность. Плотность газа - масса единицы объема - равна отношению молекулярной массы газа к объему 1 моля. Плотность ρ определяется по формуле

. (1.3)

Размерность плотности в системе СИ - кг/м³, в системе СГС - г/см³. Плотность газа известного состава определяется как сумма произведений плотности отдельных компонентов ρ _i на их объемное (молярное) содержание X_i

(1.4)

или по известным молекулярным массам

/22.41. (1.5)

Для практических расчетов часто используется относительная плотность газа по воздуху , равная отношению плотности газа ρ к плотности воздуха ρ _в, взятой при том же давлении и температуре

, (1.6)

так как ρ _в при нормальных условиях равна 1, 293 кг/м³. Относительная плотность удобна тем, что не зависит от температуры, давления.

Плотность природных газов при различных давлениях и температурах определяют по формуле

, (1.7)

где z - коэффициент сверхсжимаемости природного газа.