Из чего делают пропан-бутан?
Пропан – это газ с химической формулой C3H8, который не имеет запаха и цвета. Бутан – такой же бесцветный газ, как и пропан не имеющий запаха, формула бутана – С4Н10. Пропан и бутан относятся к ряду алканов и используются в качестве компонентов топлива СУГ. СУГ – это сжиженный углеводородный газ, пропан, как и бутан, имеет теплотворную способность, подходящую для использования в качестве топлива. Общая схожесть физических свойств двух газов не распространяется на их температуру кипения – у пропана она равна -43оС, у бутана – гораздо выше (-0,5оС).
Поэтому пропан можно использовать в качестве топлива при минусовых температурах, а бутан – нет, для чего и используют смесь газов – сжиженный углеводородный газ или пропан-бутан. Смесь газов делают для того, чтобы пропан (так коротко называют смесь пропана и бутана) можно было безопасно использовать при любых температурах. Отдельное использование пропана невозможно по следующей причине – при нагревании пропан существенно расширяется, что приводит к увеличению давления на стенки сосуда (в котором хранится газ) изнутри. Такое свойство пропана приводит к образованию трещин на внутренних стенках резервуара и его постепенному приходу в негодность (в силу потери возможности герметично сдерживать газ внутри себя). Утечка пропана – еще не самое худшее последствие его расширения. В случае резкого нагревания пропан способен взорвать баллон изнутри и нанести существенные повреждения находящимся неподалеку людям. В смесь пропана и бутана добавляют вещества, обладающие резким запахом для своевременного обнаружения утечки.
Смесь пропана и бутана хранится внутри баллона или газгольдера в сжиженном виде. Сжижение пропан-бутана происходит под воздействием давления – компрессорным методом, под давлением смесь пропана и бутана хранится внутри резервуара. Сжижение пропана делает его удобным для транспортировки и хранения – в сжиженном виде смесь пропана и бутана занимает в 600 раз меньше места. Хранение осуществляется при обычной температуре, в результате чего пропан частично переходит из жидкого состояния в газообразное (в таком состоянии пропан-бутан и используется в качестве топлива, в газообразном состоянии он подается к газовому котлу).
Как происходит получение пропан-бутана?
Пропан получают в результате операций по добыче или переработке нефти. При добыче нефти происходит высвобождение попутного нефтяного газа – смеси различных углеводородных газов, в том числе, пропана. Такое получение пропана происходит при фрекинге – технологии добычи нефти с гидроразрывом пласта. Часть пропана получается в качестве побочного продукта при переработке нефти на НПЗ. Далее пропан сжижается и перевозится к газонаполнительным станциям.
Использование пропана и бутана
Пропан – газ из группы алканов (общая формула ряда – CnH2n+2), обладающий высокой горючестью. Пропан используется для бытовых нужд, в качестве топлива для автомобилей и в промышленности. Пропан часто используется вместе с техническим бутаном – газ пропан-бутан сокращенно называется СПБТ (смесь пропан-бутан техническая).
Как используется пропан в быту.
В качестве топлива для домохозяйств в системах автономного газоснабжения активно используется газ пропан-бутан технический. Газ используется для отопления жилых и нежилых объектов, удаленных от действующих централизованных газопроводов, проведение трубы до которых занимает значительное количество времени и стоит больших денег. Применение пропан-бутана технического для таких домохозяйств позволяет решить не только проблему отопления, но и наличия горячей воды и топлива для работы бытовых газовых приборов (газовых плит для приготовления пищи, работающих от пропан-бутана из газгольдера или газового баллона).
Технический бутан в быту также используется для работы холодильных установок (пропановое и бутановое охлаждение более эффективно и менее вредно для окружающей среды, чем охлаждение фреоном).
Встретить бутан можно и в обычных зажигалках (баллоны с бутаном и пропаном для подзаправки зажигалок также распространены в быту). Работают за счет бутана и осветительные приборы – фонари и прожектора (для чего периодически используется и пропан).
Существуют и паяльные лампы на сжиженном газе, которые используют бутан. Также многим туристам в походе ничего не помогает лучше разогреть пищу, чем пропан в небольшом баллоне.
Для чего пропан нужен на производстве?
Пропан, равно как и бутан, используются для сварочных работ (по технологии газокислородной сварки) – сварки металлоконструкций. Также пропан-бутан используют и для обратного процесса – резки металлов, в заготовительных производствах. Использование бутана в промышленных целях возможно и в холодильных установках, в обогревающих агрегатах.
Газы используются в химической промышленности – при производстве растворителей, производстве краски и лака, ленты для печатных машинок и копировальной бумаги.
Газы группы алканов используют и в парфюмерном деле – при производстве лака для волос, туши для ресниц.
При укладке дорожного полотна газы применяют для разогрева частиц асфальта.
Наконец, широкое применение данные газы получили в качестве топлива для автомобилей. На пропан-бутане работает не только наземный транспорт – такое топливо возможно применить и для летательных аппаратов и водного транспорта.
У этого термина существуют и другие значения, см. Сжиженный газ.
Запрос «СУГ» перенаправляется сюда; см. также другие значения.
Сжи́женные углеводоро́дные га́зы (СУГ), или сжиженный нефтяной газ (англ. Liquefied petroleum gas (LPG)) — смесь сжиженных под давлением лёгких углеводородов с температурой кипения от −50 до 0 °C. Предназначены для применения в качестве топлива, а также используются в качестве сырья для органического синтеза. Состав может существенно различаться, основные компоненты: пропан, изобутан и н-бутан. Производятся СУГ в процессе ректификации широкой фракции лёгких углеводородов (ШФЛУ).
В зависимости от компонентного состава СУГ подразделяются на следующие марки
Параметры торговых марок
Сжиженные углеводородные газы пожаро- и взрывоопасны, малотоксичны, имеют специфический характерный запах углеводородов, по степени воздействия на организм относятся к веществам 4-го класса опасности. Предельно допустимая концентрация СУГ в воздухе рабочей зоны (в пересчёте на углерод) предельных углеводородов (пропан, бутан) — 300 мг/м³, непредельных углеводородов (пропилен, бутилен) — 100 мг/м³.
СУГ образуют с воздухом взрывоопасные смеси при концентрации паров пропана от 2,3 до 9,5 %, нормального бутана от 1,8 до 9,1 % (по объёму), при давлении 0,1 МПа и температуре 15 — 20 °C. Температура самовоспламенения пропана в воздухе составляет 470 °C, нормального бутана — 405 °C.
Критические параметры газов
Газы могут быть превращены в жидкое состояние при сжатии, если температура при этом не превышает определённого значения, характерного для каждого однородного газа. Температура, свыше которой данный газ не может быть сжижен никаким повышением давления, называется критической температурой. Давление, необходимое для сжижения газа при этой критической температуре, называется критическим давлением.
Упругость насыщенных паров
Упругостью насыщенных паров сжиженных газов называется давление, при котором жидкость находится в равновесном состоянии со своей газовой фазой. При таком состоянии двухфазной системы не происходит ни конденсации паров, ни испарения жидкости. Каждому компоненту СУГ при определённой температуре соответствует определённая упругость насыщенных паров, возрастающая с ростом температуры. Давление в таблице указано в МПа.
Зависимость плотности от температуры
Плотность жидкой и газовой фаз СУГ существенно зависит от температуры. Так плотность жидкой фазы с ростом температуры падает, и наоборот, плотность паровой фазы — растет.
Данные о значениях плотности компонентов СУГ при различных значениях температуры даны табл.
От заводов производителей к потребителям сжиженные углеводородные газы доставляются в сосудах под давлением или в изотермических (т.е. сохраняющих одинаковую температуру) ёмкостях, а также по трубопроводам. Доставка — сложный организационно-хозяйственный и технологический процесс, включающий транспортирование сжиженных газов на дальние расстояния, обработку газов на железнодорожных и морских терминалах, на кустовых базах и газонаполнительных станциях, транспортирование их на ближайшие расстояния для непосредственной доставки газа потребителям.
Для транспортировки сжиженных углеводородных газов по сети железных дорог используют железнодорожные вагон-цистерны специальной конструкции. Цистерна представляет собой сварной цилиндрический резервуар с эллиптическими днищами, расположенный на железнодорожных тележках. Крепление резервуара к раме осуществляется стяжными болтами.
В России на сравнительно небольшие расстояния (до 300 км) сжиженные углеводородные газы перевозят в автоцистернах. Автомобильная цистерна представляет собой горизонтальный цилиндрический сосуд, в заднее днище которого вварен люк с приборами. Автоцистерны по конструкции и назначению подразделяются на транспортные и раздаточные. Транспортные цистерны служат для перевозки относительно больших количеств сжиженного газа с заводов-поставщиков до кустовых баз и газонаполнительных станций, от КБ и ГНС до крупных потребителей и групповых установок со сливом газа в резервуары. Раздаточные автоцистерны предназначены для доставки сжиженного углеводородного газа потребителю с розливом в баллоны и снабжены полным комплектом оборудования (насос, раздаточная рамка) для розлива. При необходимости раздаточные автоцистерны могут использоваться как транспортные.
Наружную поверхность всех автоцистерн окрашивают алюминиевой краской. С обеих сторон защитного кожуха цистерны по средней его линии на всю длину наносятся отличительные полосы красного цвета шириной 200 мм. Над отличительными полосами и по окружности фланца чёрным цветом делаются надписи «Пропан» (или другой сжиженный газ) и «Огнеопасно».
На металлической табличке, прикрепляемой к автоцистерне, выбиваются следующие клейма: завод-изготовитель; номер цистерны по списку завода, год изготовления и дата освидетельствования, общая масса цистерны в тоннах, вместимость цистерны в м³, рабочее и пробное давление в МПа; клеймо ОТК завода.
Также автомобильный транспорт используется для перевозки сжиженных углеводородных газов в баллонах. Баллоны имеют два типа-размера 50 и 27 литров.
Перевозка сжиженных углеводородных газов танкерами
В 2006 году в мире насчитывалось 934 танкера-газовоза с суммарной вместимостью 8650 тыс. м³.
Современный танкер-газовоз представляет собой огромное судно, по размеру сравнимое с нефтяным супертанкером. В среднем грузовместимость газовозов в зависимости от вида газа и способа его сжижения составляет 100—200 тыс. м³.
Скорость газовозов варьируется от 9 до 20 узлов (16,7-37 км в час). В качестве двигателей чаще всего используются дизели. Средняя стоимость газовоза составляет 160—180 млн долл. США, что примерно в пять раз превышает затраты на постройку аналогичного по водоизмещению нефтяного танкера.
По архитектурно-конструктивному типу газовозы представляют собой суда с кормовым расположением машинного отделения и надстройки, двойным дном (в последнее время строятся исключительно газовозы с двойными бортами) и цистернами балласта.
Для перевозки сжиженных углеводородных газов, применяют вкладные грузовые танки с расчетным давлением в среднем не более 2 МПа. Они размещаются как на палубе, так и в трюмах на специальных фундаментах. В качестве материала для танков обычно выступает углеродистая сталь.
Существует три типа судов для транспорта сжиженных углеводородных газов.
На крупных предприятиях все чаще используется способ хранения сжиженных углеводородных газов при атмосферном давлении и низкой температуре. Применение этого способа достигается путём искусственного охлаждения, что приводит к снижению упругости паров сжиженных углеводородных газов. При температуре −42 °C сжиженный пропан может храниться при атмосферном давлении, в результате чего уменьшается расчетное давление при определении толщины стенок резервуаров. Достаточно, чтобы стенки выдержали только гидростатическое давление хранимого продукта. Это позволяет сократить расход металла в 8-15 раз в зависимости от хранимого продукта и объёма резервуара. Замена парка стальных резервуаров высокого давления для пропана объёмом 0,5 млн м3 низкотемпературными резервуарами такого же объёма обеспечивает экономию средств в капиталовложения в размере 90 млн долларов США и металла 146 тыс. тонн., эксплуатационные расходы при этом снижаются на 30-35 %.
На практике, в низкотемпературных резервуарах газ хранится под небольшим избыточным давлением 200—500 мм вод. ст. в теплоизолированном резервуаре, выполняющем в холодильном цикле функцию испарителя охлаждающего агента. Испаряющийся в результате притока тепла извне, газ поступает на приём компрессорного блока, где сжимается до 5-10 кгс/см². Затем газ подается в холодильник-конденсатор, где конденсируется при неизменном давлении (в качестве хладагента в данном случае чаще всего используется оборотная вода). Сконденсировавшаяся жидкость дросселируется до давления, соответствующего режиму хранения при этом температура образовавшейся газо-жидкостной смеси опускается ниже температуры кипения находящихся на хранении сжиженных углеводородных газов. Охлаждённый продукт подается в резервуар, охлаждая сжиженные углеводородные газы.
Наземные низкотемпературные резервуары сооружаются различной геометрической формы(цилиндрические, сферические) и обычно с двойными стенками, пространство между которыми заполнено теплоизолирующим материалом. Наибольшее распространение получили вертикальные цилиндрические резервуары объёмом от 10 до 200 тыс. м³., выполненные из металла и железобетона.
Баллон для сжиженных углеводородных газов на газифицированной «Газели»
Классический стальной газовый баллон на 50 литров
СУГ могут не только заменить традиционное жидкое топливо, но и при незначительной реконструкции двигателей (увеличение степени сжатия) способны значительно повысить их номинальную мощность. Можно выделить следующие основные преимущества СУГ:
Использование СУГ в качестве топлива в промышленных и коммунально-бытовых нагревательных аппаратах позволяет осуществлять регулирование процесса горения в широком диапазоне, а возможность хранения СУГ в резервуарах делает его более предпочтительным по сравнению с природным газом в случае использования СУГ на автономных узлах теплоснабжения.
Продукты для органического синтеза
Основное направление химической переработки СУГ — это термические и термокаталитические превращения. В первую очередь здесь подразумеваются процессы пиролиза и дегидрирования, приводящие к образованию ненасыщенных углеводородов — ацетилена, олефинов, диенов, которые широко применяются для производства высокомолекулярных соединений и кислородсодержащих продуктов. Это направление включает в себя также процесс производства сажи термическим разложением в газовой фазе, а также процесс производства ароматических углеводородов.
Схема превращений углеводородных газов в конечные продукты представлена в таблице.
Кроме перечисленного СУГ используют в качестве аэрозольного энергоносителя. Аэрозолем является смесь активного компонента (духов, воды, эмульгатора) с пропеллентом. Это коллоидный раствор, в котором тонкодиспергированные (размером 10-15 мкм) жидкие или твердые вещества взвешены в газовой или жидкой, легкоиспаряющейся фазе сжиженного углеводородного газа. Дисперсная фаза — активный компонент, из-за которого и вводят пропеллент в аэрозольные системы, применяющиеся для распыления духов, туалетной воды, полирующих веществ и др.