Как и зачем сжижают газ: технология производства и сфера использования сжиженного газа

Пропан бутан, это основа для создания СУГ – сжиженного углеводородного газа. При незначительном росте давления смесь меняет агрегатное состояние на жидкое, что является экономически выгодным с точки зрения транспортировки, хранения и использования, как в промышленных, так и в бытовых нуждах.

Сжиженный пропан бутан выделяют в процессе перегонки нефти (попутные нефтегазы) или получают из газоконденсатных месторождений. В процессе переработки их очищают от этана, а так же выделяют газовый бензин.

Где применяют пропан?

Благодаря высокой температуре горения, пропан широко применяется в качестве топлива для автомобилей, как топливный элемент для газовых плит и отопительных систем. На предприятиях используется в процессе резки металла и сварки металлоконструкций. В пищевой и химической промышленности он применим в качестве растворителя или пищевой добавки.

Пропан-бутановая смесь

Физико-химические свойства пропан-бутановой смеси

Большое преимущество пропан-бутановых смесей — их близость по основным характеристикам к традиционным моторным видам топлива. Именно это качество позволило им занять уверенные позиции на рынке. Углеводороды, входящие в состав попутного нефтяного газа, при нормальных условиях находятся в газообразном состоянии, но при увеличении внешнего давления меняют свое агрегатное состояние и превращаются в жидкость. Это свойство позволяет добиться высокой энергетической плотности и хранить сжиженный углеводородный газ (СУГ) в сравнительно простых по конструкции резервуарах. В отличие от попутного нефтяного газа, углеводороды, входящие в состав природного газа, при нормальных условиях находятся в газообразном состоянии и не меняют своего агрегатного состояния даже при значительном изменении давления. Поэтому хранение сжатого (компримированного) природного газа (КПГ) сопряжено со значительными сложностями — так, резервуар должен выдерживать значительное давление до 200 атмосфер. Интенсивно продвигаются технологии получения и использования сжиженного природного газа (СПГ), который можно хранить в специальных изотермических сосудах при температуре ниже -160°С и давлении около 40 бар. Во многом преимущества высокой энергетической плотности СПГ теряются из-за сложности криогенного оборудования, значительно более дорогого и требующего постоянного контроля высококвалифицированного персонала. Производство СУГ Основными компонентами сжиженного углеводородного газа являются пропан С3Н8 и бутан С4Н10. Главным образом промышленное производство сжиженного газа осуществляется из следующих источников:

• попутные нефтяные газы;
• конденсатные фракции природного газа;
• газы процессов стабилизации нефти и конденсата;
• нефтезаводские газы, получаемые с установок переработки нефти.

Таблица 1. Физико-химические показатели сжиженного углеводородного газа по ГОСТ 27578-87

Компонентный состав сжиженного газа регламентируется техническими нормами ГОСТ 27578-87 «Газы углеводородные сжиженные для автомобильного транспорта. Технические условия» и ГОСТ 20448-90 «Газы углеводородные сжиженные топливные для коммунально-бытового потребления. Технические условия». Первый стандарт описывает состав сжиженного газа, используемом в автомобильном транспорте. На сайте компании Техносоюз покрасочные камеры представлены в широком ассортименте, а так же различное оборудование для автосервиса. Зимой предписывается применять сжиженный газ марки ПА (пропан автомобильный), содержащий 85±10% пропана, летом?— ПБА (пропан-бутан автомобильный), содержащий 50±10% пропана, бутан и не более 6% непредельных углеводородов. ГОСТ 20448-90 имеет более широкие допуски на содержание компонентов, в том числе вредных с точки зрения воздейст­вия на газовую аппаратуру (например, серу и ее соединения, непредельные углеводороды и т.д.). По этим техническим условиям газовое топливо поступает двух марок: смесь пропан-бутановая зимняя (СПБТЗ) и смесь пропан-бутановая летняя (СПБТЛ). Марка газа ПБА допускается к применению во всех климатических районах при температуре окружающего воздуха не ниже -20°С. Марка ПА используется в зимний период в тех климатических районах, где температура воздуха опускается ниже -20°С (рекомендуемый интервал — -25…-20°С). В весенний период времени для полной выработки запасов сжиженного газа марки ПА допускается его применение при температуре до 10°С. Давление в баллоне В закрытом резервуаре СУГ образует двухфазную систему. Давление в баллоне зависит от давления насыщенных паров (давления паров в замкнутом объеме в присутствии жидкой фазы) и характеризует испаряемость сжиженного газа, которая, в свою очередь, зависит от температуры жидкой фазы и процентного соотношения пропана и бутана в ней. Испаряемость пропана выше, чем бутана, поэтому и давление при отрицательных температурах у него выше. Опыт многолетней практичес­кой эксплуатации показывает:

• при низких температурах окружающего воздуха эффективнее использовать СУГ с повышенным содержанием пропана, так как при этом обеспечивается надежное испарение газа, а следовательно, и стабильная подача продукта;
• при высоких положительных температурах окружающего воздуха эффективнее использовать СУГ с пониженным содержанием пропана, иначе в резервуаре и трубопроводах будет создаваться значительное избыточное давление, что может отрицательно повлиять на герметичность газовой системы.

Кроме пропана и бутана, в состав СУГ входит незначительное количество метана, этана и других углеводородов, которые могут изменять свойства смеси. Так, этан обладает повышенным, по сравнению с пропаном, давлением насыщенных паров, что может оказать отрицательное влияние при положительных температурах. Изменение объема жидкой фазы при нагревании Пропан-бутановая смесь обладает большим коэффициентом объемного расширения жидкой фазы, который для пропана составляет 0,003, а для бутана — 0,002 на 1°С повышения температуры газа. Для сравнения: коэффициент объемного расширения пропана в 15 раз, а бутана — в 10 раз, больше, чем у воды. Техническими нормативами и регламентами устанавливается, что cтепень заполнения резервуаров и баллонов зависит от марки газа и разности его температур во время заполнения и при последующем хранении. Для резервуаров, разность температур которых не превышает 40° С, степень заполнения принимается равной 85%, при большей разности температур степень заполнения должна снижаться. Баллоны заполняются по массе в соответствии с указаниями «Правил устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением». Максимальная допустимая температура нагрева баллона не должна превышать 45°С, при этом упругость паров бутана достигает 0,385 МПа, а пропана — 1,4–1,5 МПа. Баллоны должны предохраняться от нагрева солнечными лучами или другими источниками тепла. Изменение объема газа при испарении При испарении 1 л сжиженного газа образуется около 250 л газообразного. Таким образом, даже незначительная утечка СУГ может быть очень опасной, так как объем газа при испарении увеличивается в 250 раз. Плотность газовой фазы в 1,5–2,0?раза больше плотности воздуха. Этим объясняется тот факт, что при утечках газ с трудом рассеивается в воздухе, особенно в закрытом помещении. Пары его могут накапливаться в естественных и искусственных углублениях, образуя взрывоопасную смесь. Таблица 2. Физико-химические свойства составляющих сжиженного газа и бензина.

Зачем смешивают пропан и бутан?

При отрицательных температурах бутан в чистом виде теряет свои основные свойства. А пропан неприменим в жарком климате.

Чтобы избежать нужды в производстве для каждого региона по температурному режиму своей марки газа, ГОСТом предусмотрена смесь этих двух компонентов в определенном соотношении.

Технологический фактор

Помимо климатического фактора, выделяют технологическую необходимость соединения пропана с бутаном. На нефтеперерабатывающих предприятиях эти два газа производятся в разных объёмах. Поэтому в рамках сырьевой политики выгодно смешивать их между собой в определенной пропорции.

СУГ легко поддается переходу из жидкого состояния в газообразное, а благодаря комбинации температурных режимов пропана и бутана, их смесь в целом отличается большой стойкостью к замерзанию и кипению.

Способы получения пропан-бутана

В процессе переработки нефтяных газов и самой нефти на перерабатывающих заводах извлекают этан, пропан, бутан, а также газовый бензин.

Ценовая политика при заправке СУГ

Стоимость пропана-бутана зависит от содержания в нем первого (более дорогого) компонента. Поэтому неудивительно, что «зимняя» смесь для заправки автономной системы газоснабжения будет дороже «летней». Однако, если какая-либо компания предлагает заправку по цене, значительно уступающей среднерыночной, тогда ее представителю необходимо задать следующие вопросы:

• Почему стоимость СУГ такая низкая?
• Какое соотношение пропана-бутана?
• Как этот состав будет работать зимой?
• Есть ли в наличии соответствующая техническая документация?
• Можно ли обратиться в компанию при возникновении проблем?

Будьте осторожны! Дешевая смесь может затем обойтись гораздо дороже.

Некоторые компании хитрят, предоставляя «зимнюю» смесь, которая не соответствует ГОСТу. Поэтому невысокая стоимость СУГ должна, как минимум, насторожить покупателя.

Для автономной газификации дома качество газа имеет определяющее значение, поскольку от этого зависит надежность работы всей системы. Поэтому важно понимать, зачем смешивают пропан с бутаном, и в какой пропорции данные компоненты должны находиться зимой и летом. Больше о газоснабжении частных объектов читайте в статье: автономное отопление пропан-бутаном.

Чтобы избежать проблем с газификацией своего дома, обращайтесь в , которая уже доказала свой профессионализм и надежность. О чем свидетельствуют хорошие позиции на рынке, и отсутствие отрицательных отзывов от клиентов.

Химические и физические свойства

Пропан-бутан не имеет запаха. Однако отличается высокой взрывоопасностью. Поэтому, чтобы иметь возможность незамедлительно выявить утечку в случае чего, в эту смесь положено добавлять сильно пахнущее вещество-одорант — этилмеркаптан.

Вследствие свойства появления давления пара при наличии в баллоне жидкой фазы, этот газ удобно хранить в небольших объемах.

Зависимость давления насыщенных паров пропан-бутановой смеси от температуры

В рамках применения в качестве топливной смеси бутан довольно калориен, а пропан при низких температурах легко испаряется. Поэтому большую роль играет соотношение этих веществ в смеси в зависимости от температурного режима.

Как правило, чем ниже температура, тем больше пропана должно быть в смеси (70-80%). Летом хватит, чтобы содержание пропана в смеси было около 40%.

Основные эксплуатационные характеристики

Смесь пропан бутана может иметь различный состав в процентном отношении. Наиболее распространенными являются смеси со следующим соотношением газов:

• Зимняя, пропан : бутан – 75% на 25%;
• Летняя, пропан : бутан – 55% на 45% соответственно.

ВАЖНО! Если содержание бутана в смеси превысит 60%, то в условиях климата большей части европейской территории России работа резервуарных установок может быть затруднена. Для обеспечения бесперебойного функционирования газгольдер комплектуют дополнительным оборудованием – испарителем СУГ.

Газ пропан бутан характеризуется следующими эксплуатационными характеристиками и требованиями к оборудованию, в котором смеси транспортируются и хранятся:

• Высокая упругость испарений жидкой фракции используется для самотечной доставки газа из газгольдера потребителю;
• Смесь без запаха, поэтому для выявления протечки выполняется одоризация различными веществами. Чаще всего используется этилмер-каптан;
• Температурный режим предела воспламеняемости: для бутана 430°С для пропана – 504°С. Предел воспламеняемости составляет 1,9% и 2,3% соответственно;
• Пропаново-бутановая смесь в любой модификации тяжелее воздуха. При нарушении целостности емкостей она скапливаться в нижней части помещений, смотровых колодцах и т.п. Поэтому оборудование, работающее на этих смесях, не устанавливается в цокольных этажах, бойлерных и т.п.;
• При сгорании 1м3 смеси ее потребность в воздухе определяется в зависимости от состава из расчета 24м3 для пропана и 31м3 для бутана. Поэтому технические помещения и котельные, где используется пропан бутан в качестве топлива, обязательно должны иметь принудительную вентиляцию;
• Коэффициент объемного расширения газовой смеси больше чем у воды в 16 раз. Поэтому газгольдеры и обычные баллоны не наполняют более чем на 85%. Превышение этого объема может привести к нарушению целостности конструкции;
• При испарении 1 кг газовой смеси образуется газ объемом 450 л. фактически для получения 1м3 паровой фазы необходимо испарить 2,2л. Такого объема достаточно для получения тепловой энергии около 25,3 кВтч.

Транспортирование и хранение

Так как испарение жидкости в СУГ происходит даже при 0 °С, эти назы принято хранить строга в закрытых ёмкостях.

Крупные потребители получают углеводородные газы в железнодорожных или автомобильных цистернах, из которых их переливают в заводские стационарные емкости.

Мелкие потребители пользуются обычно баллонами.

Транспортируют газы в соответствии с правилами перевозок опасных грузов и правилами безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением.

В первую очередь, стоит учитывать свойства пропана. Его температура в баллоне не должна превышать 15 градусов по Цельсию, иначе существует риск возгорания.

Свойства СУГ

Чтобы понять, зачем смешивают пропан с бутаном, необходимо знать особенности каждого компонента, в том числе их взаимодействие с внешней средой. С точки зрения молекулярного строения они относятся к углеводородным соединениям, которые можно хранить в жидком состоянии, что значительно упрощает транспортировку и эксплуатацию.

Одним из условий образования жидкого газа является высокое давление, поэтому его хранят в специальных резервуарах под давлением 16 бар. Второе условие для перехода углеводородных газов из одного состояния в другое – внешняя температура воздуха. Пропан закипает при -43°С, тогда как преобразование из жидкого в газообразное состояние у бутана происходит при -0,5°С, что является основным отличием данных углеводородов.

Таблица с некоторыми другими свойствами данных газов

Дополнительную информацию о свойствах сжиженного углеводородного газа можно прочитать в статье: пропан-бутан для газгольдера – свойства и особенности применения.

Пропан-бутан технический: технические характеристики

Согласно ГОСТу, технически характеристики в норме должны соответствовать следующим показателям:

• массовая часть бутиленов и бутанов не должна превышать 60%;
• количество остатка жидкости при температуре 20⁰С не должна превышать полтора процента;
• давление при температура 45 ⁰С должна составлять 16 атмосфер;
• количество сероводорода и меркаптановой кислоты не должна превышать 0,013% и 0,003% соответственно;
• в составе пропан-бутан не должно быть щелочи и воды;
• запах по своей интенсивности не должна превышать 3 балла.

Кроме этого, пропан-бутан является взрывоопасным. Малейшее пламя, и даже искра могут стать причиной сильного огня. При взаимодействии с воздухом, смесь образует взрывоопасные вещества.

Таблица

Ответ на вопрос, в чем разница между пропаном и бутаном, очевиден. Эти соединения углерода и водорода, стоящие в гомологическом ряду по соседству, отличаются друг от друга немного. Разность их свойств зависит в первую очередь от разного количества атомов составляющих их простых веществ, которые содержат молекулы соединений.

Как хранить пропан-бутан?

Об особенностях хранения вещества можно узнать по правила, прописанных в ГОСТ. Пропан бутан нужно содержать под высоким давлением в специализированных подземных хранилищах, резервуарах или баллонов из металла. Нужно обязательно обезопасить это место, чтобы не было ударов о емкости, перегрева и других факторов, которые могут стать причиной возникновения взрыва. Это касается как полных, так и пустых емкостей. Нельзя хранить пропан-бутан возле других взрывоопасных веществ, ядовитых и легковоспламеняющихся материалов, а также окислителей.

Как видим, техническая смесь является достаточно опасной, тем не менее, очень важной для нормального функционирования многих отраслей.

Отличие пропана от метана

Среди отличительных особенностей пропана стоит отметить:

• более высокая эффективность при сгорании, благодаря чему он намного эффективнее метана во время проведения сварочных работ;
• высокая инертность газа, что позволяет ему более активно вступать в разнообразные химические реакции;
• пропан безопаснее метана и отличается наличием наркотического действия;
• при транспортировке пропана не нужно использовать какое-то специальное оборудование, достаточно обычных стальных баллонов.

Кроме этого, пропан является более дешевым и легче заправляется.

Перспективы сжиженного водорода

Помимо непосредственного сжижения и использования в таком виде из природного газа также можно получить еще один энергоноситель – водород. Метан это СН4, пропан С3Н8, а бутан С4Н10.

Водородная составляющая присутствует во всех этих ископаемых топливах, надо лишь выделить ее.

Главные достоинства водорода – экологичность и широкая распространенность в природе, однако высокая цена его сжижения и потери из-за постоянного испарения сводят практически на нет данные плюсы

Чтобы водород из состояния газа перевести в жидкость, его требуется охладить до -253 °С. Для этого используются многоступенчатые системы охлаждения и установки «сжатия/расширения». Пока подобные технологии слишком дороги, но работа по их удешевлению ведется.

Рекомендуем также прочесть другую нашу статью, где мы подробно рассказали, как сделать водородный генератор для дома своими руками. Подробнее — переходите по ссылке.

Также в отличие от LPG и LNG сжиженный водород гораздо более взрывоопасен. Малейшая его утечка в соединении с кислородом дает газовоздушную смесь, которая воспламеняется от малейшей искры. А хранение жидкого водорода возможно лишь в специальных криогенных контейнерах. Минусов у водородного топлива пока слишком много.

Сфера применения газа

Пропан-бутан представляет собой уникальное вещество на газовой основе, которое имеет в своем составе одноименные молекулы.
Общепризнанная химическая формула пропана состоит из молекул и атомов двух основных составляющих – пропана (С3Н8) и бутана (С4Н10).

Широко используемый в бытовых целях, этот газ применяется практически везде – начиная с приготовления еды на сковороде, и заканчивая резкой толстого слоя металла, активным использованием его на различных производствах вообще.

Также им все чаще заправляют свои автомобили люди, отказавшиеся от топлива на бензиновой основе.