Методика расчета свойств газа по его компонентному составу

Результатом исследования пластовых проб газа и нефти является в первую очередь их компонентный состав (т.е. количественный состав), зная который можно рассчитать практически все физико-химические свойства нефти и газа, используемые в расчетах по технологии добычи.

Количества вещества n - характеризует число структурных элементов в данном веществе (атомов, молекул, других частиц). Единицей количества вещества в системе СИ является 1 моль.

1 моль - это такое количество вещества, в котором содержится столько же структурных элементов, сколько атомов в 12 г изотопа углерода-12. Согласно закону Авогадро, 1 кмоль любого газа занимает при нормальных условиях объем 22, 414 м3, называемый нормальным молекулярным объемом. Соответственно стандартный молекулярный объем равен 24, 05 м³.

Компонентный состав нефтяного газа может быть выражен в молекулярных, массовых долях и процентах. Молекулярная доля компонента в смеси газов при нормальных условиях практически точно совпадает с объемной долей этого компонента. Если задан объемный состав газа (смеси), то его можно пересчитать в массовый состав по формуле:

(1)

где G_i - массовая доля (доли единицы или проценты) компонента i в смеси; y_i - объемная (молекулярная) доля компонента в смеси; М_i - молекулярная масса i-ого компонента; k - число компонентов.

При этом, если объемный состав задан в процентах, то его можно принять за 100 молей. Тогда доля каждого компонента в процентах будет выражать число его молей.

Если состав задан в массовых долях или массовых процентах, то его можно пересчитать в объемные доли или проценты по уравнению:

(2)

где N_i = G_i / M_i - число молей i - го компонента в смеси.

Если массовый состав смеси выражен в процентах, то его удобно принять за 100 кг и для определения числа молей каждого компонента необходимо его массу (численно равную процентному содержанию в смеси) разделить на его молекулярную массу. Часто при расчетах необходимо знать среднюю молекулярную массу, а также плотность (и относительную по воздуху) плотность попутного и нефтяного газа. Средняя молекулярная масса газа по данным его объемного (молекулярного) состава равна:

(3)

если объемная доля y_i задана в процентах,

(4)

если объемная доля yi задана в долях единицы.

Средняя молекулярная масса газа по данным его массового состава рассчитывается по формулам:

, (5)

если массовая доля G_i задана в процентах,

, (6)

если массовая доля G_i задана в долях единицы.

Средняя плотность газа по вычисленной средней молекулярной массе при нормальных условиях равна:

; (7)

при стандартных условиях соответственно

. (8)

Относительная плотность газа по воздуху определяется как

, (9)

где 1, 293 кг/м³ - плотность воздуха при нормальных условиях; 1, 205 кг/м³ - плотность воздуха при стандартных условиях.

В таблице 1 приведены некоторые физические параметры компонентов природных газов, часто используемые при технических расчетах.

Таблица 1

Физико-химические свойства компонентов природных газов

Параметры	СН4	С2Н6	С3Н8	i-С4Н10	n-С4Н10	i-С3Н12
Молекулярная масса	16, 043	30, 070	44, 097	58, 124	58, 124	72, 151
Газовая постоянная, Дж/(кг·К)	523, 3	288, 8	217, 7	188, 4	188, 4	159, 1
Температура кипения при нормальном давлении, °С	- 161, 3	- 88, 6	- 42, 2	- 10, 1	- 0, 5	+28, 0
Критические:
температура, °К	190, 7	306, 2	369, 8	407, 2	425, 2	461, 0
абсолютное давление, МПа	4, 7	4, 9	4, 3	3, 7	3, 8	3, 3
коэффициент сжимаемости	0, 290	0, 285	0, 277	0, 283	0, 274	0, 268
плотность, кг/м3	2, 0	210, 0	225, 5	232, 5	225, 8	-
Плотность при нормальных условиях, кг/м3	0, 717	1, 344	1, 967	2, 598	2, 598	3, 220
Относительная плотность по воздуху	0, 5545	1, 038	1, 523	2, 007	2, 007	2, 488
Динамическая вязкость при нормальных условиях, мПа·с	0, 0103	0, 0083	0, 0075	0, 0069	0, 0069	0, 0062
Удельная теплоемкость при нормальных условиях, Дж/(кг·К):
при постоянном давлении Ср	2219, 0	1729, 1	1574, 2	1494, 7	1494, 7	1452, 8
при постоянном объеме Сv	1695, 7	1440, 3	1356, 5	1306, 3	1306, 3	1293, 7
Отношение теплоемкостей при 273 °К Ср/Сv	1, 309	1, 200	1, 160	1, 144	1, 144	1, 123
Теплопроводность при 273 º К, Вт/(м·К)	0, 0300	0, 0180	0, 0148	0, 0135	0, 0135	0, 0128

 

Параметры	n-С5Н12	С6Н14	СО2	Н2S	N2	Н2О
Молекулярная масса	72, 151	88, 178	44, 011	34, 082	28, 016	18, 016
Газовая постоянная, Дж/(кг·К)	159, 1	138, 0	192, 6	259, 5	297, 3	502, 5
Температура кипения при нормальном давлении, °С	+ 36, 2	+ 69, 0	- 78, 5	- 61, 0	- 195, 8	+ 100, 0
Критические:
температура, °К	470, 4	508, 0	304, 2	373, 6	126, 2	647, 1
абсолютное давление, МПа	3, 4	3, 1	7, 4	9, 0	3, 4	22, 1
коэффициент сжимаемости	0, 269	0, 264	0, 274	0, 268	0, 291	0, 230
плотность, кг/м3	232, 0	-	468, 0	-	310, 6	-
Плотность при нормальных условиях, кг/м3	3, 220	3, 880	1, 977	1, 539	1, 251	0, 805
Относительная плотность по воздуху	2, 488	2, 972	1, 520	1, 191	0, 970	0, 622
Динамическая вязкость при нормальных условиях, мПа·с	0, 0062	0, 0059	0, 0138	0, 0117	0, 0166	0, 0128
Удельная теплоемкость при нормальных условиях, Дж/(кг·К):
при постоянном давлении Ср	1452, 8	1410, 0	845, 7	1063, 4	1042, 5	2009, 7
при постоянном объеме Сv	1293, 7	1272, 0	653, 1	803, 9	745, 2	1507, 2
Отношение теплоемкостей при 273 °К Ср/Сv	1, 123	1, 108	1, 295	1, 323	1, 399	1, 333
Теплопроводность при 273 º К, Вт/(м·К)	0, 0128	-	0, 0137	0, 0119	0, 0238	-

 

Пример расчета свойств газа по его компонентному составу

Задача 1

Пересчитать объемный состав нефтяного газа, выделенного при однократном разгазировании нефти в условиях T = 20 °С и Р = Р_о = 0, 1013 МПа в массовый и определить его физические характеристики. Состав газа и молекулярные массы каждого компонента приведены в первых четырех столбцах таблицы 2.

Решение

Используя формулу (1), проводим необходимые вычисления масс, а затем и массовых долей каждого компонента и заполняем последние три столбца таблицы 2.

Таблица 2.

№ пп	Компонентный состав	Объемное содержание, y i, %	Молекулярн. масса, Мi, кг/моль	Масса компонента, y i ·М i, кг	Массовый состав, Gi
Доли	%
	СН4	35, 5	16, 04	569, 5	0, 176	17, 6
	С2Н6	23, 9	30, 07	718, 7	0, 222	22, 2
	С3Н8	19, 4	44, 097	855, 5	0, 264	26, 4
	i-C4Н10	2, 5	58, 124	145, 3	0, 045	4, 5
	n-C4Н10	6, 7	58, 124	389, 4	0, 12
	i-C5Н12	1, 8	72, 151	129, 9	0, 04
	n-C5Н12	1, 7	72, 151	122, 7	0, 038	3, 8
	C6H14+ высш.	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, 0	100 %

 

Средняя молекулярная масса газа, рассчитываемая по формуле (3), будет равна:

Плотность газа при нормальных условиях определяется по формуле (7)

.

При стандартных условиях она находится по формуле (8)

Относительная плотность газа по воздуху будет равна по формуле (9)

.

 

1.1.3. Контрольные вопросы по практическому занятию

1. Перечислите основные компоненты, входящие в состав нефтяного газа?

2. Чем отличаются абсолютное и избыточное давления?

3. Какие термодинамические условия принято считать стандартными?

4. Какой объем занимает 1 кмоль нефтяного газа в стандартных условиях?

5. Как определяется молекулярная масса природного газа?

6. Решить задачу:

Рассчитать объемный состав нефтяного газа, выделенного при разгазировании нефти

при нормальных условиях в массовый и определить его физические характеристики.

Состав газа и объемное содержание компонент (не менее 12 компонент) задать

самостоятельно.

 

Предыдущая1234567Следующая

Поделиться:

Популярное:

1. E) Физическая величина, являющаяся одной из основных характеристик материи и определяющая ее инерционные и гравитационные свойства.
2. Gigabit Ethernet на витой паре категории 5
3. I. 38. Состав, свойства и применение калийных удобрений.
4. I. He могли узы смерти удержать Господа нашего.
5. I. Въезд патриарха в столицу. – Остановка и пребывание его в монастыре св. Афанасия и Кирилла в Кремле. – Возвращение патриарха Никона. – Въезд царя.
6. I. Его руки подняты для благословения.
7. I. Прочитайте текст и переведите его письменно.
8. I. Смотрите на Него, приготовляющего для Себя престол.
9. I. Устранитесь от ошибочных представлений о покаянии в грехе и печали по его поводу.
10. I. ХАРАКТЕРИСТИКА ТЕКУЩЕГО СОСТОЯНИЯ, ОСНОВНЫЕ ПРОБЛЕМЫ РАЗВИТИЯ СФЕРЫ КУЛЬТУРЫ И ИСКУССТВА
11. I. Что было хорошего в прежние времена?
12. II. Молекулярные свойства жидкостей.