Растворимость газов в воде.

Растворимость углеводородных газов в воде по сравнению с их растворимостью в углеводородных жидкостях весьма мала, но, учитывая большие площади контакта воды с газом, например, в газовых залежах или в искусственных газохранилищах, необходимо исследовать процессы растворения газов в воде, особенно при больших давлениях.

Процессы растворения в воде для газов рассматривают, как правило, относительно его отдельных компонентов в виде объема газового компонента растворенного в единице объема воды:

;

или в единице массы воды:

;

или в виде молярных долей:

.

В приведенных формулах - концентрация i- го компонента газа, растворенного в воде; - объем газового компонента, приведенного к нормальным условиям; - масса воды, в которой растворен компонент; - удельная концентрация i - го компонента газа, растворенного в единице массы воды; - молярная концентрация i - го компонента газа, растворенного в воде; - число молей i - го компонента в газе; - число молей воды.

Растворимость газов в воде зависит от степени минерализации воды и температуры (рис.2.2.14): В соленой воде газ растворяется хуже, чем в дистиллированной, что по аналогии с процессом растворения сахара в воде можно объяснить тем, что в дистиллированной воде свободного пространства внутри молекул воды, которое может быть занято молекулами газа, больше, чем в соленой.

Более сложный характер имеет процесс растворения газа в воде с изменением температуры – растворимость газов вначале уменьшается до некоторого минимума, а затем растет (рис.2.2.15). Температура минимальной растворимости зависит от давления (с повышением давления увеличивается) и от размеров молекул газа (чем больше размер молекул, тем выше минимальная температура растворимости).

Рис.2.2.14. Кривые растворимости газа в дистиллированной (1,2) и соленой (раствор NaCl) воде (3,4) при различных температурах.

Рис.2.2.15. Зависимость растворимости этана от температуры при различных давлениях.

Для выражения растворимости данного компонента газа в воде используется константа равновесия:

,

где и - молярные доли компонента в газовой и жидкой фазах.

Влияние на растворимость газа содержащейся в воде соли учитывается уравнением Сеченова:

,

где - коэффициент Сеченова, характеризующий влияние данной соли на растворимость i – го компонента газа; n – концентрация соли в воде.

Вопросы для закрепления:

1. Сформулируйте закон Генри растворимости газа в жидкости.
2. Что такое коэффициент разгазирования?
3. Почему приращение объема жидкости не соответствует истинному объему растворенного в ней газа?
4. Какое давление называется давлением насыщения нефти газом?
5. Что характеризует коэффициент сжимаемости?
6. Как определяется объемный коэффициент?
7. Что такое усадка нефти?
8. Как изменяются плотность и вязкость нефти в пластовых условиях?