Свойства нефтяного газа

Нефтяной газ – это идеальная система.

С точки зрения химии – идеальным называется газ силами взаимодействия между молекулами которого можно пренебречь.

С точки зрения термодинамики идеальным называется газ, для которого справедливы равенства:

(∂ Е / ∂ V)_T = 0, z = P·V/Q·R·T = 1, (5.1)

где Е – внутренняя энергия парообразования, Дж/моль;

z – коэффициент, характеризующий степень отклонения реального газа от закона идеального газа.

С точки зрения математики – это аддитивная система. Следовательно, для оценки свойств нефтяного газа (при нормальных или стандартных условиях) применимы аддитивные методы расчётов физико-химических и технологических параметров (П_смеси):

, (5.2)

Как аддитивную величину рассчитывают и плотность смеси газов:

, (5.3)

где ρ _i – плотность i–го компонента;

N_i – мольная доля i–го компонента.

Относительная плотность газов рассчитывается по отношению к плотности воздуха, определенного при тех же условиях:

. (5.4)

При нормальных условий (н.у.) плотность воздуха (ρ _возд)» 1, 293; при стандартных условий (с.у.) - ρ _возд» 1, 205.

Если плотность газа (ρ _о) задана при атмосферном давлении = 0, 1013 МПа, то пересчёт её на другое давление (Р) при той же температуре для идеального газа производится по формуле:

. (5.5)

Молекулярная масса смеси рассчитывается по принципу аддитивности для смесей, состав которых выражен в мольных или объёмных долях по формуле 5.6 (левое выражение). Для смесей, состав которых выражен в массовых процентах по формуле 5.6 (правое выражение):

. (5.6)

Вязкость газа характеризует способность газа оказывать сопротивление перемещению одной части газа относительно другой.

Различают динамическую вязкость (m) и кинематическую вязкость (n) газов. Кинематическая вязкость учитывает влияние силы тяжести. Вязкость углеводородного газа при нормальных условиях невелика и не превышает 0, 01 сантипуаза (спз) ≈ 10 мкПа·с.

1 пуаз = 0, 1 н·сек/м² = 0, 1 Па·с; 1 спз = 1 мПа·сек. = 1·10³ мкПа·с.

Неуглеводородные компоненты природного газа: гелий, азот, углекислый газ, сероводород, воздух - более вязкие составляющие. Величина вязкости для них изменяется от 0, 01 до 0, 025 спз. При низких давлениях и температурах динамическая вязкость газа зависит от средней длины пробега молекул газа (), от средней скорости движения молекул () компонентов газа и от плотности газа:

, (5.7)

где r – плотность газа;

– средняя длина пробега молекулы;

– средняя скорость молекул.

С возрастанием температуры средняя длина свободного пробега молекулы и средняя скорость движения молекулы увеличиваются, а, следовательно, и вязкость газа возрастает, несмотря на уменьшение плотности (рис. 5.1).

Повышение давления от 0, 1 до 1 МПа (рис. 5.3) не влияет на величину вязкости газа, поскольку уменьшение средней длины пробега молекулы и средней скорости движения молекулы компенсируется увеличением плотности. Однако эти закономерности при давлениях выше 3, 0 МПа (более 30 атм) изменяются.

Рис. 5.1. Зависимость коэффициента динамической вязкости нефтяного газа плотности 0, 6 от температуры при различных давлениях

Рис. 5.2. Зависимость вязкости газов от давления при различных температурах

Газ приближается к области критических давлений и температур и переходит в жидкое состояние. Вязкость жидких систем описывается законом Ньютона и для нее характерны свои закономерности.