第二章天然气物理化学性质学习目标1、掌握天然气组成及其表示方法；2、掌握天然气理想气体、实际气体气体状态方程及带压缩因子的状态方程；3、熟悉天然气的物理性质、热力性质和燃烧性质。
学习指导天然气的组成；天然气的容积分数；天然气的摩尔分数；天然气组成表示法天然气分子量；天然气平均密度；天然气相对密度；临界参数。
理想气体状态方程；天然气气体状态方程实际气体状态方程；带压缩因子的状态方程。
粘度天然气物理性质湿度比热和比热容天然气的物理性质、热力性质和燃烧性质天然气热力性质焓熵导热系数天然气燃烧热值天然气的燃烧性质天然气的爆炸极限华白数、燃烧势内容一、天然气组成表示法1.天然气的组成2.天然气的容积分数：i i i i y nn V V y ===' 天然气的摩尔分数：∑==i i i i n n n n y 3.天然气分子量：∑=i i My M 4.天然气平均密度：i i i i V y M y ∑∑=/ρ天然气相对密度：a ρρ/=∆ 5. 临界参数：∑=ci i c T y T ； ∑=ci i c P y P ； ∑=ci i c y ρρ适用：各组分的临界压力和临界比容接近（<20%），且任意二组分的临界温度满足0.5<Tci/Tcj <2的条件，否则，可能有很大计算误差。
对比参数：c r P P P /=； c r T T T /=；c r ρρρ/=；或 c r ννν/= 二、天然气气体状态方程1.理想气体状态方程：pV=mRT=nR M T2.实际气体状态方程：（1）范德瓦耳方程：(P+a/V 2)（V-b ）＝RT（2）R-K 方程：)(5.0b V V T a b V RT P +--= （3）SRK 方程：)(b V V a b V RT P +--=（4）PR 状态方程：)()(b V b b V V a b V RT P -++--= （5）L-E-E 方程是一个多参数状态方程：()))((b V b V V bc b V V a b V RT p +-++--= （6）BWRS 方程：3240302000)()(ρρρT d a bRT T E T D T C A RT B RT P --+-+--+=)exp()1()(22235γργρρρα-++++Tc T b a 3.带压缩因子的状态方程：),(1r r r T P f =ρc c c c RT P Z ρ= rr c c c c r ZT P Z ZRTP P RT Z ==ρ ),,,(r c r r Z T P f Z ρ'= ； ),,(2c r r Z T P f Z =c Z 在0.23~0.31范围内，化为：),(3r r T P f Z =表达式叫修正的对比态原理。
Z 是一个状态参数，通过实验来确定。
但对理想气体，在任何状态下都有Z=1。
三、天然气的物理性质、热力性质和燃烧性质1.天然气物理性质：粘度、湿度2.天然气热力性质：比热和比热容，焓，熵，导热系数3.天然气的燃烧性质：天然气燃烧热值，天然气的爆炸极限，华白数、燃烧势练习一、填空题1、天然气的组成以 气体为主，并含有少量 气体。
2、标准状态下，1kmol 天然气的质量定义为 。
3、在常温常压下，天然气的爆炸限为_______。
4、不计算水的汽化热的天然气热值称为天然气的_______。
答案：1、低分子饱和烃类，非烃类；2、天然气的平均分子量；3、5%-15%；4、净热值。
二、选择题1、天然气的黏度与天然气的（ ）有关。
A 、相对分子质量、组成、温度、压力B 、相对分子质量、密度、温度、压力C 、组成、密度、湿度、压力D 、相对分子质量、组成、密度、压力2、天然气的相对密度，是指压力为（ ），温度为273.15k 条件下天然气密度与空气密度的比值。
A 、1MPaB 、1KPaC 、101.32KPaD 、1Pa答案：1、A 2、C三、简答题1、推导摩尔分数与容积分数的关系。
答：定义混合物中各组分的容积为V i ，总容积V ；摩尔分数y i ：i 组分的摩尔数n i 与混合物总摩尔数n 的比值。
∑=='i i i i V V V V y ； 1='∑i y ；∑==i i i i n n n n y ； 1=∑i y由分压定律，存在p i V= n i R M T ；pV=nR M T由分容定律，存在pV i = n i R M T ；pV=nR M Tpp n n y i i i ==； i i i i y n n V V y ===' 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。
测验一、填空题1、在标准状态下，气体的密度与干空气的密度之比称为 。
2、20℃标准状态，混合气体密度的计算公式 。
3、对于理想气体,绝热指数是指__________________，用符号 。
4、熵是_______随状态变化而变化，只决定于初始状态与终了状态,与路径无关。
熵的变化表征了_____________________。
5、温度越大，天然气的爆炸范围____，温度越低，天然气的爆炸范围____。
答案：1、相对密度；2、∑=i i M y 055.241ρ。
3、其比定压热容与必定容热容之比值),VP C C k = 4、状态参数，可逆过程中热交换的方向与大小5、越高，越小二、选择题1、单位数量的天然气中所含水蒸气的质量称之为天然气的（）。
A、饱和绝对湿度B、相对湿度C、水露点D、绝对湿度2、在温度一定时，一定质量的天然气，压力越大密度（）。
A、越大B、越小C、不变3、天然气临界温度下列描述正确的是（）A、使天然气变成液体的最高温度称为天然气的临界温度B、使天然气变成液体的最低温度称为天然气的临界温度C、使天然气有液体变成气体的最高温度称为天然气的临界温度D、使天然气有液体变成气体的最低温度称为天然气的临界温度答案：1、D 2、A 3、A三、简答题1、爆炸极限是指什么？答：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，这一极限称为着火下限；当其浓度超过某一极限时，由于缺氧也无法燃烧，该极限称为着火上限。
着火极限又称爆炸极限。
而上、下限之间的范围称做爆炸范围。
2、理想气体状态方程表达式？使用条件？答：pv=RT；pV M=R M T；pV=mRT=nR M T假设：分子是质点没有体积；分子间无作用力。
当压力足够低、温度足够高，可近似使用理想气体状态方程。
3、气体的焓的意义？答：气体的焓是指气体内能和体积与压力乘积之和，表达式可以写为H=U+pV或h=u+pv。
焓是一种热力学状态参数，在工程计算中，用焓差计算物质加热或冷却时热量的变化。
焓的零点通常取绝对温度和绝对压力都为0的状态。
案例天然气的燃烧性质受到哪些因素的影响？常见问题除了黏度和湿度，天然气还有哪些重要的物理性质？拓展学习1、《输气管道设计与管理》，王树立，赵会军，化学工业出版社，20062、《天然气输配技术》，严铭卿，化学工业出版社，20063、《输气管道压气站-动力设备与节能工艺》，苗承武，石油工业出版社，20054、《城市配气》，袁宗明，石油工业出版社，20055、《输气管道设计与管理》，姚光镇，石油大学出版社，19916、《干线输气管道设计和管理》，苗成武编译，石油工业出版社，20037、《输气管道工程》，王志昌，石油工业出版社，1997年8、《干线输气管道实用工艺计算方法》，苗承武，石油工业出版社，20019、《燃气输配(第三版)》，段常贵，建筑工业出版社，2001知识结构第一节 天然气组成表示法学习指导：5.天然气的组成6.天然气的容积分数：i i i i y nn V V y ===' 天然气的摩尔分数：∑==i i i i n n n n y 7.天然气分子量：∑=i i My M 8.天然气平均密度：i i i i V y M y ∑∑=/ρ天然气相对密度：a ρρ/=∆天然气物理化学性质天然气组成表示法 天然气气体状态方程天然气的物理性质、热力性质和燃烧性质5. 临界参数：∑=ci i c T y T ； ∑=ci i c P y P ； ∑=ci i c y ρρ适用：各组分的临界压力和临界比容接近（<20%），且任意二组分的临界温度满足0.5< Tci/Tcj <2的条件，否则，可能有很大计算误差。
对比参数：c r P P P /=； c r T T T /=； c r ρρρ/=；或 c r ννν/= 内容：一、天然气组成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 2H 6）、丙烷（C 3H 8）、丁烷（C 4H 10）和戊烷（C 5H 12）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。
二、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V i ，总容积V ；摩尔分数y i ：i 组分的摩尔数n i 与混合物总摩尔数n 的比值。
∑=='i i i i V V V V y ； 1='∑i y ；∑==i i i i n n n n y ； 1=∑i y由分压定律，存在p i V= n i R M T ；pV=nR M T由分容定律，存在pV i = n i R M T ；pV=nR M Tpp n n y i i i ==； i i i i y n n V V y ===' 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、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。
∑=i i M y M四、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 ∑=i i M y 414.221ρ； 20℃标准状态 ∑=i i M y 055.241ρ任意温度与压力下i i i i V y M y ∑∑=/ρ（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：a ρρ/=∆ a ρ：空气密度，kg/m 3；在0P =101.325kPa ，0T =273.15K 时；a ρ=1.293 kg/m 3在0P =101.325kPa ，0T =293.15 K 时；a ρ=1.206 kg/m 3。