天然气有哪些物理性质

① 天然气的性质

1、天然气是一种易燃易爆气体，和空气混合后，温度只要达到550℃就燃烧 。在空气中，天然气的浓度只要达到5-15%就会爆炸。
2、天然气无色，比空气轻，不溶于水。一立方米气田天然气的重量只有同体积空气的55%左右，一立方米油田伴生气的重量，只有同体积空气的75%左右。
3、天然气的主要成分是甲烷，本身无毒，但如果含较多硫化氢，则对人有毒害作用。如果天然气燃烧不完全，也会产生一氧化碳等有毒气体。
4、天然气的热值较高，一立方米天然气燃烧后发出的热量是同体积的人工煤气（如焦炉煤气）的两倍多，即35.6-41.9兆焦/立方米（约合8500-10000千卡/立方米）。
5、天然气可液化，液化后其体积将缩小为气态的六百分之一。每立方米天然气完全燃烧需要大约十立方米空气助燃。
6、一般油田伴生气略带汽油味，含有硫化氢的天然气略带臭鸡蛋味。 天然气的主要成分是甲烷，甲烷本身是无毒的，但空气中的甲烷含量达到10%以上时，人就会因氧气不足而呼吸困难，眩晕虚弱而失去知觉、昏迷甚至死亡。

② 天然气主要性质是什么

大多数天然气的主要成分是气体烃类，此外还含有少量非烃类气体。天然气中的烃类基本上是烷烃（C10～C60），非烃类气体，一般为少量的N2，O2，H2，CO2，H2O， H2S及惰性气体。
天然气基本物理性质
由于天然气是由互不发生化学反应的多种单一组分气体混合而成，其组分和组成无定值。只能假设成具有平均参数的某一物质，故它的基本物性参数可由单一组分气体的性质按混合法则求得。天然气的物理性质指其平均分子量、密度、蒸汽压、粘度、粘度、烃露点等等。

③ 天然气的物理性质

天然气是多种烃类和非烃的气态混合物。在常温常压下以气态存在的烃类有甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、异丁烷及新戊烷;非烃类有氢、氮、二氧化碳、硫化氢和惰性气体。在地下高温高压下，C₅—C₇烷烃和部分环烷烃、芳烃及有机硫化物也可以呈气态存在。

天然气的物理性质是多方面的，在此主要阐述与天然气地质学相关的物理性质。

(一)密度与相对密度

天然气的密度定义为单位体积气体的质量。天然气的密度随重烃含量尤其是高碳数的重烃气含量增加而增大，亦随CO₂和H₂S的含量增加而增大。

天然气的相对密度是指在标准状况下，单位体积天然气与同体积空气质量之比。天然气的相对密度一般与相对分子量成正比。亦随重烃、CO₂、H₂S等高分子量气体含量增加而增大。

在标准状况下，天然气中常见组分的密度和相对密度如表1－7所示。

表1－7 天然气中常见组分的密度和相对密度(101325Pa，15.55℃)

天然气在地下的密度随温度的增加而减小，随压力的增加而加大。但鉴于天然气的压缩性极强，在气藏中，天然气的体积可缩小到地表体积的1/200～1/300，压力效应远大于温度效应。因此，地下天然气的密度远大于地表温压下的密度，一般可达(150～250)kg/m³;凝析气的密度最大可达(225～450)kg/m³。

(二)临界温度和临界压力

在自然(地面或地下)条件下，气体是否以气态存在取决于温度和压力。这就涉及临界温度和临界压力的概念。纯物质的临界温度系指气相物质(通过加压)能维持液相的最高温度。高于临界温度时，无论加多大压力，都不能使气态物质变为液态。在临界温度时，气态物质液化所需要的最低压力称为临界压力。高于临界压力时，无论温度高低，气、液两相不可能共存。这种临界状态只适用于纯物质，而不适于多组分系统。

天然气常见组分的临界温度和临界压力如表1－8所示。对于各烃类组分来说，甲烷的临界温度为－82.57℃，乙烷为32.37℃。因此，它们在地下除溶于石油和水或形成气水合物之外，均以气相存在。丙烷临界温度为96.67℃，在低于该温度时，在适当的压力下即可液化。因此丙烷及碳数更高的烷烃在地下大多以液相存在，仅有少量与甲烷、乙烷呈气态存在或溶于石油或溶于水(数量更少)。

表1－8 天然气中常见组分的临界温度和临界压力

图1－6 丙烷pVt关系曲线图

现以丙烷为例说明温度、压力与物质相态的关系。如图 1 －6 所示，当温度低于临界温度时，如71. 1℃和87. 8℃，由 pVt关系曲线上可以看出: 气态丙烷的体积先是随压力增加而缩小; 在达到 A、A'点后压力不变而体积继续缩小，直到 B、B'为止; 过 B、B'后即使压力增加极大，体积变化甚微。A_i( A、A'……) 点为开始液化点，B_i( B、B'……) 点为完全液化点，A_i—B_i为气、液两相共存区间，两相平衡。在两相平衡区间 ( A_i—B_i)等压缩小体积的压力为饱和蒸气压力，简称蒸气压力。据此可将蒸气压力定义为在一定温度条件下气体可能存在的最大压力。在一定温度下，处于蒸气压力时气、液两相共存。蒸气压力的大小取决于温度，随着物系温度升高，等压缩小体积的A_i—B_i区间段逐渐缩短，直到成为一点，即K点。K为临界点，其温度和压力即为临界温度和临界压力。

烃类混合物的相图以甲烷－乙烷双组分混合物的相图为例加以说明。如图1－7所示，混合物的临界压力大大高于参与混合各组分的临界压力，而混合物的临界温度则处于混合组分的临界温度之间且更趋近于参与混合各组分中最高临界温度。可推知，多组分气体混合物的蒸气压力也将大大高于相同温度下单一组分的蒸气压力。

图1－7 甲烷－乙烷混合物的相图

图1－8 多组分烃类物质的相图

多组分混合烃气物系相图与双组分相图类似，如图 1 －8 所示。图中 K₁点为临界凝析点，K₁点的温度称为临界凝析温度，高于该温度在物系内就不可能形成液态; 线 5为露点线，代表液体开始析出，温度继续降低即形成气、液两相共存;线 4 为泡点线，代表气已达到饱和，开始起泡，有少量气体分子逸出液体，如果继续降压，就可以形成游离气态，形成气、液两相共存; K点为临界点，K 点是露点线和泡点线的交汇点，为气、液两相的内涵变为相同的点，K 点的压力称为临界凝析压力，高于该压力物系内便不可能形成纯游离气相。K点左边(低于K点温度)高于该点压力(实际上是高于泡点压力即泡点线4之上)的1区只存在不饱和的溶解气;K点右边(低于临界凝析温度K₁区间)在高于该点压力(实际上为露点线之上)的2区为凝析气。所以说，高于K点压力(临界凝析压力)物系内便不可能形成纯游离气相。故泡点曲线4上方的1区为纯液相(代表含有欠饱和溶解气的油藏区);露点曲线下段K₁点右侧的3区为纯气相(代表纯气藏区);露点曲线上段(K—K₁)之上方的2区为凝析油气藏区;泡点曲线4和露点曲线5所包围区内气、液两相共存(代表有游离气顶的油气藏分布区)。

在地下地层中，当气层温度处于K与K₁之间，如图中温度在82.5℃时，低压下物系以气态为主，气、液两相平衡，随压力上升液相逐渐增多，符合正常凝结的概念(增压凝结);当压力增加达到B₂后，压力继续增加液相(油相)反而减少，待达到B₁点则完全气化(更确切地说是气、液两相界线完全消失，成为非气非油的凝析油气流体)。这与正常蒸发概念完全相反(增压蒸发)，称之为逆蒸发现象。反之，从B₁到B₂点的过程，与正常凝结现象呈反向(减压凝结)，称之为逆凝结。凝析(油)气藏的形成就是逆蒸发之相态转变所致。而气藏开采时凝析物(油)是由逆凝结而析出。

从上面的叙述可以得出如下概念:等温压缩过程的蒸发现象叫做逆蒸发，也可称之为反溶解。在一定条件下轻液态烃表现出在烃气介质中被蒸发(溶解)的特性，从而在自然界形成一种含溶解状态液体的气体，这种气体叫做凝析气，这种气体的地下聚集就是凝析气藏。气体混合物等温膨胀时形成凝析液的现象叫做逆凝结。在地层条件下包含在气藏中的气量与凝析油量之比(m³/m³或m³/t)通常叫凝析油气比。天然气藏的凝析油气比变化一般在(4000～30000)m³/t之间。

(三)溶解性

天然气能不同程度地溶解于水和油两类溶剂中，具体数量取决于天然气和溶剂的成分以及气体的压力、温度。不同成分的气体其溶解系数有相当大的差别，在常温常压下天然气常见组分在水中的溶解系数如表1－9所示。根据相似相溶原理，烃气在石油中的溶解度要比水中大许多倍。在标准状况下甲烷在石油中的溶解系数为0.3，是在水中溶解系数的近10倍。溶解性随压力增高溶解度增大，随温度升高反而降低。另外，当石油中溶有天然气时，即可降低石油本身的相对密度、黏度以及表面张力。

表1－9 天然气常见组分在水中的溶解系数(20℃，101325Pa)

(四)黏度

黏度是指流体分子间相对运动所产生的内摩擦力的大小。天然气的黏度就是天然气分子间内部摩擦力的一种量度。天然气黏度是研究天然气运移、开发和集输的一个重要参数。天然气的黏度很小，在地表常温常压下，只有(n×10^－2～10^－3)mPa·s。远比水(1mPa·s)和油(1～n×10mPa·s)的黏度低。天然气黏度与气体组成、温度、压力等因素有关。在接近大气压的低压条件下，压力对黏度的影响很小(可忽略)，黏度随温度增加而变大，随分子量增大而减小;而在较高压力下，天然气的黏度随压力增加而增大，随温度升高而减小，随分子量增加而增大。此外，天然气黏度还随非烃气体增加而增加。

(五)吸着作用

气体与固体表面接触所发生的关系，可以有吸收作用，也可以只有吸附作用，或兼而有之。吸附作用与吸收作用是有区别的，气体与固体表面接触并渗入固体物质内部(直至饱和)的现象叫做吸收作用;而气体被固体吸收的初步过程是气体分子被固体表面分子所吸引，这一现象叫做吸附作用。由于常常不能确定是吸附作用还是吸收作用，故把气体(或液体)在固体表面发生的作用笼统称为吸着作用。

(六)扩散

气体扩散是自然界常见的一种物理化学现象。按引起扩散的主导因素可分为浓度扩散和温度扩散。按扩散介质可分为气体在气体中扩散(自由扩散)、气体在液体中扩散和气体在固体(岩石)中扩散。

浓度扩散是由物质的浓度差而引起，气体由高浓度处向低浓度方向流动，分子的相互运动趋向于拉平相互接触的容器内物质的浓度。随着温度升高，分子的热运动加速，扩散加快。

温度扩散(热扩散)是由于存在温度差而产生，热扩散使轻分子或小分子气体趋向于在高温区集中，而重分子或大分子气体在低温区聚集。

天然气的扩散不可小视，扩散可使气田中的气大量散失。在漫长的地质历史中，扩散甚至可使整个气藏消失。

(七)热值

热能是天然气主要经济价值所在。天然气的热值与组成天然气的成分有关，含烃气比例越高，热值越高;含非烃气，特别是含CO₂、N₂等气体比例越高，热值越低。天然气中主要烃气成分的热值如表1－10所列。

从表1－10可见，就烃气而言，以体积论，含重烃比例越高，特别是含较高碳数烃气越多，热值越高;以重量论，相同重量的天然气则是含甲烷比例越高，热值越高。

表1－10 天然气中主要烃类气体的热值

*原统计以 Btu/ft³计，经换算成 SI 单位。 ( 据 《美国天然气工程手册》，1959)

( 八) 甲烷气水合物

在自然界的低温高压条件下，天然气 ( 氦、氖、氢除外) 能够与水结合形成结晶水合物(固体气)，这是天然气的重要性质，这一性质具有实际意义。

固体气为密度在(0.88～0.90)g/cm³的固体结晶物质，像雪或冰，通式为M·H₂O，式中M为形成水合物的气体分子。1m³气体水合物中含0.9m³的水和70～240m³的气，含气量的多少取决于气体的组分。尽管甲烷、乙烷、丙烷、CO₂等气体均可形成气水合物，但固体气中的天然气还是以甲烷占优势，即常见为甲烷水合物。

甲烷水合物是在冰点附近的特殊温度和压力条件下形成的(图1－9)。其开始出现的条件是:温度低于0℃，压力小于2.5MPa;温度0～20℃，压力为2.5～25MPa。温度达21～27℃时，甲烷水合物将被分解。因此，气水合物主要存在于冻土、极地和深海沉积物分布区。

图1－9 海水与甲烷形成气水合物的相图(据Katz，1959)

在一定温度、压力条件下，气和水相互作用形成气水合物。除甲烷、氮和惰性气体以外的所有其他气体，都具有高于某一温度就不形成气水合物的临界温度。形成气水合物的条件是必须低温高压，在地层条件下，只有在深潜的“永久”冻土带(厚层冰岩带)发育区(一般在极地)，低温高压才能得以兼备。在现代沉积物中，前苏联科学家发现，海洋底下是天然气水合物形成的最佳场所，海洋总面积的90%具有形成气水合物的温压条件。

④ 天然气的物理性质

天然气是多种烃类和非烃的气态混合物。在常温常压下以气态存在的烃类有甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、异丁烷及新戊烷；非烃类有氢、氮、二氧化碳、硫化氢和惰性气体。在地下高温高压下，C5-C7烷烃和部分环烷烃、芳烃及有机硫化物也可以呈气态存在。
天然气的物理性质是多方面的，在此主要涉及与天然气地质学相关的物理性质。

⑤ 天然气的主要物理特性有哪些

天然气是指自然界中天然存在的一切气体，包括大气圈、水圈、和岩石圈中各种自然过程形成的气体。 天然气的主要物理特性： 天然气是存在于地下岩石储集层中以烃为主体的混合气体的统称，比重约0.65，比空气轻，具有无色、无味之特性。

⑥ 天然气的性质

天然气的性质：是存在于地下岩石储集层中以烃为主体的混合气体的统称，比重约0.65，比空气轻，具有无色、无味、无毒之特性。

一、天然气主要成分烷烃，其中甲烷占绝大多数，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷，此外一般有硫化氢、二氧化碳、氮和水气和少量一氧化碳及微量的稀有气体，如氦和氩等。天然气在送到最终用户之前，为助于泄漏检测，还要用硫醇、四氢噻吩等来给天然气添加气味。

二、天然气不溶于水，密度为0.7174kg/Nm3，相对密度（水）为0.45(液化)燃点(℃)为650，爆炸极限(V%)为5-15。在标准状况下，甲烷至丁烷以气体状态存在，戊烷以上为液体。甲烷是最短和最轻的烃分子。

拓展资料

1.天然气是较为安全的燃气之一，它不含一氧化碳，也比空气轻，一旦泄漏，立即会向上扩散，不易积聚形成爆炸性气体，安全性较其他燃体而言相对较高。

2.采用天然气作为能源，可减少煤和石油的用量，因而大大改善环境污染问题；天然气作为一种清洁能源，能减少二氧化硫和粉尘排放量近100%，减少二氧化碳排放量60%和氮氧化合物排放量50%，并有助于减少酸雨形成，舒缓地球温室效应，从根本上改善环境质量。

3.天然气作为汽车燃料，具有单位热值高、排气污染小、供应可靠、价格低等优点，已成为世界车用清洁燃料的发展方向，而天然气汽车则已成为发展最快、使用量最多的新能源汽车。

网络——天然气

⑦ 天然气的理化性质

天然气由哪些化学成分组成？
天然气中甲烷（CH4）占80%以上，其次为乙烷（C2H6）、丙烷（C3H8）、丁烷（C4H10）和戊烷（C5H12），庚烷以上烷烃极少。非烃气体有二氧化碳（CO2）、硫化氢（H2S）、一氧化碳（CO）、氮气（N2）、氦气（He）、氩气（Ar）等。

甲烷的主要物理性质是什么？
甲烷是天然气最主要的组分，它是无色、无臭、无味、无毒性的气体，比空气轻，微溶于水。甲烷是可燃气体，具有爆炸性。

甲烷的临界温度和临界压力分别是多少？
甲烷的临界温度是-82.1℃，临界压力是4640kPa（绝对压力）。

天然气有哪些主要物理特性？
经过处理的天然气具有无色、无味、无毒、密度比空气小等主要物理特性，未处理的天然气可有汽油味，有时有硫化氢味（俗称臭鸡蛋味）。

天然气有哪些主要化学特性？
经过处理的天然气具有无腐蚀性、易燃易爆等主要化学特性，未处理的天然气可有腐蚀性

⑧ 天然气的物理性质

天然气的物理性质是多方面的，在此主要涉及与天然气地质学相关的物理性质。天然气一般无色，可有汽油味和硫化氢味，可燃烧。由于化学组成变化大，因而物理性质变化也大。

(一)密度和相对密度

天然气的密度定义为单位体积气体的质量。在标准状况(10⁵Pa，15.55℃)下，天然气中主要烃类成分的密度为0.6773g/cm³(甲烷)～3.0454g/cm³(戊烷)。天然气混合物的密度一般为0.7～0.75g/cm³，其中石油伴生气特别是油溶气的密度最高可达1.5g/cm³甚至更大些。天然气的密度随重烃含量尤其是高碳数的重烃气含量增加而增大，亦随CO₂和H₂S的含量增加而增大。

天然气的相对密度是指在相同温度、压力条件下天然气密度与空气密度的比值，或者说在相同温度、压力下同体积天然气与空气质量之比。天然气烃类主要成分的相对密度为0.5539(甲烷)～2.4911(戊烷)，天然气混合物一般在0.56～1.0之间。天然气的相对密度一般与相对分子质量成正比。由于“湿气”含重烃气较多，因此，“湿气”的相对密度大于“干气”。

天然气在地下的密度随温度的增加而减小，随压力的增加而加大。但鉴于天然气的压缩性极强，在气藏中，天然气的体积可缩小至地表体积的1/200～1/300，压力效应远大于温度效应，因此地下天然气的密度远大于地表温压下的密度，一般可达150～250g/cm³;凝析气的密度最大可达225～450g/cm³。

(二)黏度

天然气的黏度与其化学组成及所处环境有关。一般天然气的黏度在0℃时为0.31×10^－3mPa·s，20℃时为12×10^－3mPa·s。天然气的黏度，一般随相对分子质量增加而减小，随温度和压力增高而增大。这是由于分子间的距离不能增加，而温度升高后会使气体分子运动加速，增加分子间碰撞的次数，导致黏度加大。此外，天然气黏度还随非烃气体含量的增加而增加。天然气黏度是研究天然气运移、开发和集输的一个重要参数。

图2－14 丙烷的p－V－T关系曲线

(三)临界温度和压力

临界温度是指气相纯物质能维持液相的最高温度。高于临界温度时，无论压力有多大，都不能使气态物质凝为液态。在临界温度时，气态物质液化所需的最低压力称临界压力。甲烷的临界温度为－82.4℃，因此，地下甲烷除溶于石油和水中的之外，呈气态存在。

在地下较高温度(即物系的临界温度和最高凝结温度之间)的特定条件下，随压力增加液态烃可以转变为气态。这种相态的转化称之为逆蒸发，是凝析气藏形成的基本原因。为了较清楚地阐明这一问题，必须首先分析单一烃类化合物的物系压力、体积和温度的关系曲线。

在丙烷的p－V－T关系曲线图(图2－14)中，当物系在71.1℃时，p－V关系曲线表明，气态丙烷的体积随压力增加而缩小，直到B点为止;过B点后，即使压力增加到极大，体积变化甚微。随着物系温度的上升，等压缩小体积的A'—B'线段逐渐缩短，直到成为一点，即K点。A点为开始液化点，A'B'为气液两相并存，保持平衡状态，B点为完全液化点。在两相平衡时，等压缩小体积的压力为饱和蒸汽压，其大小取决于温度。K点为临界点，该点的温度和压力称为临界温度和临界压力。丙烷的临界温度为96.8℃，临界压力为43.4×10⁵Pa。当温度超过临界温度，即使压力很大，也不能使气体液化，也就不存在等压的两相平衡状态。

讨论多组分烃类物系的相平衡状态图(图2－15)，能使我们充分认识地下凝析油气藏形成过程。

图中K点为临界点，代表泡点曲线和露点曲线交汇点。K₁点为临界凝结温度点，代表气液两相并存时的最高温度。泡点曲线4(即液相开始有气体析出的点线)上方1区为纯液相(即含有欠饱和溶解气的油藏区);5曲线为露点曲线(即气相开始有液体凝洁的点线)，K₁外侧的3区为纯气相(纯气藏)区;K—K₁上方的2区为凝析油气藏区;泡点曲线4和露点曲线5包围区为气、液两相平衡区，既有气相又有液相，为有游离气顶的油气藏分布区。

在油层埋藏较浅，地层温度低于临界温度时，物系相态的变化符合正常的凝结和蒸发的概念。例如，25℃时随压力增加，物系中凝析的液体逐渐增多，当压力达到18MPa时(C₁点)，完全被液化。

当埋藏深度增大，地层温度介于临界温度和临界凝结温度之间，如82.5℃时，低压下物系以气态为主，气液两相平衡，随压力上升液相逐渐增多，符合正常凝结的概念。但当压力达到15.5MPa(B₂点)后，随压力增大，液相反而减少，气相则增加到达B₁点完全气化。这与正常蒸发概念完全相反，称之为逆蒸发。反之，从B₁到B₂点的凝结，称为逆凝结，凝析气藏的形成，就是逆蒸发的相态转变的结果。

图2－15 多组分烃类物系的相图

(四)溶解性

天然气溶于石油和水。在相同条件下，天然气在石油中的溶解度远远大于在水中的溶解度，例如甲烷在石油中的溶解度比在水中大10倍。天然气中重烃增多，或者石油中的轻馏分较多时，都可增加天然气在石油中的溶解度。另外，降低温度或增大压力，也可得到同样效果。在石油中溶有天然气时，可以降低石油的相对密度、黏度及表面张力。

(五)热值

单位体积(或单位质量)的天然气燃烧时所发出的热量，称为热值，单位为kJ/m³或kJ/kg，也可用kcal/m³ 。天然气的热值变化很大，氢可达142256kJ/m³，而甲烷为37112kJ/m³。天然气中湿气的热值较高，可达83680kJ/m³。而煤和石油的热值分别为16736kJ/m³及41840kJ/m³。

⑨ 天然气的物理性质是什么

天然气是无色、无味的气体。当天然气中混有硫化氢时，就会出现强烈的刺鼻臭味。
● 密度
天然气密度是指1立方米天然气在0℃及101325帕（1个大气压）条件下的质量。密度单位为千克/米3。天然气是多组分的混合物，各组分的密度也不相同。在地面标准状态下,天然气混合物的密度一般为0.7～0.75千克/米3，随重烃含量增多密度增大。某些油田伴生气，其密度可达1.5千克/米3。密度随压力增高而增大,随温度增高而变小。
天然气的相对密度是指在标准状况下，单位体积天然气的质量与同体积空气质量的比。
● 黏度
黏度是指气体分子内部质点运移的摩擦阻力，是研究气体的运移、开采和集输条件的重要参数，常用动力黏度（绝对黏度）表示，单位采用毫帕秒。也可用运动黏度，即动力黏度与密度的比值，单位以米2/秒表示。黏度大小与其化学组成及所处环境有关。天然气的黏度一般随相对分子质量增加而减小，随温度和压力增高而增大。这是由于分子间的距离不能增加，而温度升高后会使气体分子运动加速，增加分子间碰撞的次数，导致黏度加大。
● 压缩性和溶解性
天然气是可压缩的。同体积的天然气，在地面与地下密度不同，质量也不同。天然气具有溶于水和石油这两类不同液体的能力，但易于与石油互溶而与水则不易互溶。