Сжиженный газ жидкий и сжатые углеводородные газа

Что такое СПГ

Что такое КПГ

Различия КПГ и СПГ для потребителя

Сжиженные газы (природный и углеводородный) широко используются в качестве топлива для бытовых и промышленных нужд. Рассмотрим их особенности, свойства, достоинства и сферы применения.

Что такое СПГ

СПГ — это сжиженный природный газ — метан, пропан или бутан, — который уменьшили в объеме в 600 раз. Сжижение происходит через поэтапное сжатие и охлаждение или только охлаждение до −160 °С с параллельным очищением от оксидов серы, углерода и воды. Продукт на выходе занимает минимально возможный объем резервуара, сохраняя при этом все физические и потребительские свойства природного газа.

Это не отдельный продукт, а агрегатное состояние газа, удобное для транспортировки. Его перевозят в криоемкостях — резервуарах, которые могут поддерживать температуру −160 °С в течение 70 суток. Перед применением СПГ регазифицируют — «размораживают», в результате чего он переходит в газообразное состояние.

Сжиженным газом снабжают крупные объекты и целые отрасли экономики некоторых стран без постройки трубопровода. Например, 100% потребностей Японии покрывает СПГ, доставленный по воде танкерами-газовозами.

Аббревиатура СУГ значит «сжиженный углеводородный газ». Углеводородный газ — не природный, его не добывают из недр, а получают путем переработки. Сырье для СУГ собирают при добыче нефти и на нефтеперерабатывающих заводах.

Сжижение газа — многоступенчатый процесс, при котором увеличивается давление и/или снижается температура. В результате вещество переходит из газообразного в жидкое агрегатное состояние. Перевод газа в жидкость делают для удобства хранения и транспортировки — так он занимает в сотни раз меньше места, хоть и весит больше. При сжижении газ конденсируют и охлаждают ступенями — на каждой из них он уменьшается в объеме в 6−13 раз, а в итоге сжимается примерно в 600 раз.

Метан не относится к СУГ, потому что это природный газ. Значит, его добывают и доставляют потребителю без изменений, если не считать добавления одоранта — ароматизатора, чтобы быстрее обнаруживать утечку. Стандартные ДВС работают и на метане, и на СУГ, но метан не сжижают, а просто закачивают в баллоны.

Что такое КПГ

Компримированный, или сжатый природный газ, — это метан из нефтегазоносной скважины или техногенный нефтяной газ, сжатый в 200 раз. Его сжимают с помощью компрессоров. В результате образуется давление в 200 бар/атмосфер.

Газ сжимают для сокращения объема, уменьшения размеров транспортировочных емкостей. После компримирования (сжатия) его состав не изменяется. В промышленных объемах КПГ производят на предприятиях. Для заправки машин, техники, мелкой бытовой тары используют готовые АГНКС, которые подключают к газопроводу. В составе АГНКС для СПГ есть фильтры, осушители, компрессоры, которые доводят кондиции газа до пригодных к использованию в ДВС.

Для хранения и транспортировки КПГ требуется специальное оборудование:

• округлые емкости и резервуары для хранения по месту производства;
• цистерны для транспортировки газовозами, в том числе морскими;
• баллоны и оборудование для автомобилей;
• баллоны для бытовых потребителей.

Компримированный газ применяют в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Лишь небольшая часть моторов автомобилей создана под метан или пропан-бутан. В основном это бензиновые двигатели, на которые установлено нештатное газобаллонное оборудование. Автомобили с моторами, которые с завода декларируются как «газовые», — это те же бензиновые ДВС, минимально доработанные под метан.

В промышленности, транспортной сфере и даже в быту используются разнообразные технические газы. Они различаются не только составом и способом получения, но и состоянием во время транспортировки – газ может поставляться заказчикам в сжатом и сжиженном виде. В данной статье мы рассмотрим, в чем сходства и различия обоих вариантов поставки.

Сжиженный газ

Сжиженный газ – природный газ, перешедший в жидкое состояние в результате сильного охлаждения. Для получения сжиженного газа необходима достаточно низкая температура, как правило, выдерживается режим не выше -160 °C. Объем вещества при этом уменьшается в сотни раз. Сжиженные газы встречаются повсеместно. Например, газ пропан в баллонах с доставкой применяется в коммунально-бытовом хозяйстве, при кровельных работах, в заготовительном производстве и т. д.

Для транспортировки сжиженных газов используют криогенные хранилища и цистерны, поддерживающие необходимую температуру вещества. Такой способ перевозки позволяет транспортировать сжиженные газы в любую местность. Для доставки газа потребителям предусмотрены специализированные емкости – стальные баллоны различных объемов.

Чтобы преобразовать сжиженный газ в исходное состояние, применяются регазификационные терминалы.

Сжатый газ

Второе название сжатого газа – компримированный. Это вещество представляет собой природный газ, который так же, как и сжиженный, имеет жидкое состояние. Но для получения такого состояния газ не охлаждают, а увеличивают давление в емкости. За счет высокого давления исходный объем газа уменьшается приблизительно в 200 раз.

Процесс получения сжатого газа более экономичен, а его транспортировка не требует применения технологически сложных емкостей. В предварительной регазификации сжатый газ не нуждается – для его извлечения из баллона достаточно просто открыть имеющиеся вентили. Компримированный, или сжатый газ также используется во многих сферах и отраслях: в транспортной промышленности, авиа- и судостроении, металлообработке, химическом производстве и т. д. Наиболее масштабная сфера применения – автомобильное топливо.

Сравнение сжатого и сжиженного газа

И сжиженный, и сжатый газ являются жидким топливом. Главное их различие – способ преобразования вещества в жидкость. Сжиженный газ получается в результате охлаждения газообразного вещества, а сжатым газ становится из-за воздействия давления в баллонах. Разнятся и показатели объема готового вещества при одинаковом исходном объеме: сжиженный газ уменьшается в три раза сильнее сжатого.

Наиболее часто сжиженный газ получают из метана – стандартного представителя группы природных газов. Для создания компримированного топлива часто применяются другие углеводороды, например бутан. Также без труда можно купить сжатый кислород – оформить его доставку поможет сертифицированная компания, занимающаяся заправкой, обменом и транспортировкой газов.

Разница между этими газами заключается еще и в требованиях к их хранению и транспортировке – для сжиженных веществ требуется более сложное оборудование.

Пропан — органическое вещество класса алканов. Содержится в природном газе, образуется при разделении нефтепродуктов. Не имеет ни вкуса, ни цвета, ни запаха.

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.

Что такое бутан?

Бутан – это сжиженный природный газ, продукт переработки нефти.

Где применяют бутан?

Бутан отличается безопасностью для окружающей среды, поэтому используется в качестве хладагента в холодильных установках. Также применим, как пищевая добавка.

Чем отличается пропан от бутана?

И пропан, и бутан можно хранить в жидком состоянии. Оба изомера легко воспламенимы, не обесцвечивают бромную воду и раствор перманганата калия, на свету подвержены воздействию галогенов хлора и брома.

Главной разницей между этими веществами выступает их температура кипения ( −0,5 градусов для бутана и −43 градусов для пропана) и давление (при 20 градусах Цельсия бутан имеет давление около 1,2 бар, пропан — не менее 7 бар).

Что такое пропан-бутан?

Пропан-бутановая смесь – сжиженный углеродный газ — представляет собой смесь пропана с бутаном (5-30%) с добавлением небольшого количества этана и этилена.

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.

Сфера применения газа

СУГ широко применяется в быту в качестве топлива для систем газоснабжения, для нужд промышленности, в качестве топлива для автомобилей.

Ценовая политика при заправке СУГ

Решающую роль тут играет содержание первого компонента. Он более дорогой. Что и объясняет, почему «зимняя» смесь дороже «летней».

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.

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.

Требования безопасности

При наличии газа пропан-бутана в воздухе в количестве 1,8-9,5% есть риск возникновения взрыва. Причиной может послужить любой контакт газа с огнем либо банальное превышение показателей пожаровзрывоопасности.

Для бытовых и промышленных нужд существует три марки СУГ: ПТ — пропан технический; СПБТ — смесь пропана и бутана техническая; БТ — бутан технический.

Эти газы относятся к веществам 4-го класса опасности.

При попадании на кожу человека они могут привести к обмораживаню, больше напоминающему ожог. При содержании паров этого вещества в воздухе, человек испытывает кислородное голодание и даже может погибнуть от удушья.

Другие симптомы воздействие СУГ на человека: недомогание, головокружение, состояние опьянения. В дальнейшем все это может привести к потере сознания.

На производствах, где непосредственно осуществляют операции по использованию сжиженных углеводородных газов запрещается обращение с открытым огнем. Все искусственное освещение необходимо выполнять во взрывозащищенном исполнении. Все работы проводятся в условиях, не дающих возникнуть любому источнику огня, даже просто искре.

Сжиженные углеводородные газы

Сжиженный углеводородный газ (СУГ) — это углеводороды или их смеси, которые при нормальном давлении и температуре окружающего воздуха находятся в газообразном состоянии, но при увеличении давления на относительно небольшую величину без изменения температуры переходят в жидкое состояние.

Сжиженные газы получают из попутных нефтяных газов, а также газоконденсатных месторождений. На перерабатывающих заводах из них извлекают этан, пропан, а также газовый бензин. Наибольшую ценность для отрасли газоснабжения имеют пропан и бутан. Их главное преимущество в том, что их легко хранить и перевозить в виде жидкости, а использовать в виде газа. Другими словами, для перевозки и хранения сжиженных газов используются плюсы жидкой фазы, а для сжигания — газообразной.

Сжиженный углеводородный газ получил широкое применение во многих странах мира, включая Россию, для нужд промышленности, жилищного и коммунально-бытового сектора, нефтехимических производств, а также в качестве автомобильного топлива.

Молекула пропана состоит из трех атомов углерода и восьми атомов водорода

Для систем газоснабжения, эксплуатируемых в России, наиболее подходящим является технический пропан (C3H8), так как он имеет высокую упругость паров вплоть до минус 35°C (температура кипения пропана при атмосферном давлении — минус 42,1°C). Даже при низких температурах из баллона или газгольдера, наполненного пропаном, легко отбирать нужное количество паровой фазы в условиях естественного испарения. Это позволяет устанавливать газовые баллоны со сжиженным пропаном на улице зимой и отбирать паровую фазу при низких температурах.

При сгорании молекулы бутана в реакцию вступают четыре атома углерода и десять атомов водорода, что объясняет его большую теплотворную способность по сравнению с пропаном

Бутан (C4H10) — более дешевый газ, но отличается от пропана низкой упругостью паров, поэтому применяется только при положительных температурах. Температура кипения бутана при атмосферном давлении — минус 0,5°C.

Температура газа в резервуарах системы автономного газоснабжения должна быть положительной, иначе испарение бутановой составляющей СУГ будет невозможно. Для обеспечения температуры газа выше 0°C используется геотермальное тепло: газгольдер для частного дома устанавливается подземно.

Смесь пропана и бутана

В коммунально-бытовой сфере используется смесь пропана и бутана технических (СПБТ), в быту называемая пропан-бутаном. При содержании бутана в СПБТ свыше 60% бесперебойная работа резервуарных установок в климатических условия России невозможна. В таких случаях для принудительного перевода жидкой фазы в паровую применяются испарители СУГ.

Особенности и свойства СУГ

Свойства сжиженных газов влияют на меры безопасности, а также конструктивные и технические особенности оборудования, в котором они хранятся, перевозятся и используются.

Отличительные особенности сжиженных газов:

• высокая упругость паров;
• не имеют запаха. Для своевременного выявления утечек сжиженным газам придают специфический запах — производят одоризацию этилмер-каптаном (C2H5SH);
• невысокие температуры и пределы воспламеняемости. Температура воспламенения бутана — 430°C, пропана — 504°C. Нижний предел воспламеняемости пропана — 2,3%, бутана — 1,9%;
• пропан, бутан и их смеси тяжелее воздуха. В случае утечки сжиженный газ может скапливаться в колодцах или подвалах. Запрещается устанавливать оборудование, работающее на сжиженном газе, в помещениях подвального типа;
• переход в жидкую фазу при увеличении давления или уменьшении температуры;
• высокая теплотворная способность. Для сжигания СУГ необходимо большое количество воздуха (для сжигания 1 м³ газовой фазы пропана необходимо 24 м³ воздуха, а бутана — 31 м³ воздуха);
• большой коэффициент объемного расширения жидкой фазы (коэффициент объемного расширения жидкой фазы пропана в 16 раз больше, чем у воды). Баллоны и резервуары заполняются не более чем на 85% геометрического объема. Заполнение более чем на 85% может привести к их разрыву, последующему быстрому истечению и испарению газа, а также воспламенению смеси с воздухом;
• в результате испарения 1 кг жидкой фазы СУГ при н. у. получается 450 литров паровой фазы. Другими словами, 1 м³ паровой фазы пропан-бутановой смеси имеет массу 2,2 кг;
• при сгорании 1 кг пропан-бутановой смеси выделяется около 11,5 кВт×ч тепловой энергии;
• сжиженный газ интенсивно испаряется и, попадая на кожу человека, вызывает обморожение.

Зависимость давления насыщенных паров пропан-бутановой смеси от температуры

Зависимость плотности пропан-бутановой смеси от ее состава и температуры

Таблица плотностей сжиженной пропан-бутановой смеси (в т/м³) в зависимости от ее состава и температуры

T — температура газовой смеси (среднесуточная температура воздуха); P/B — соотношение пропана и бутана в смеси, %

В голубом топливе, добываемом из недр, присутствуют разные газы: метан, бутан, пропан, азот, гелий, сероводород. Одни из них являются компонентами химических производств, другие – сжигаются для получения энергии (электрической и тепловой). Некоторые служат газомоторным топливом.

перевозка сжиженный газ

Если необходимо топливо доставить на удаленный объект, то в силу географических нюансов это часто выгоднее сделать не по трубопроводу, а в сжиженном виде. То есть, газ сжиженный упрощает доставку к удаленным объектам.

Что СПГ и СУГ собой представляют

При оптимальной температуре воздуха и нормальном давлении углеводороды пребывают в газообразном состоянии. Но, они переходят в жидкое состояние, если незначительно увеличивают давление (без смены температуры).

Сжижаемый искусственно природный газ (при температуре минус 160 градусов)легче хранить и транспортировать. Объем при этом в сравнении с исходным меньше в 600 раз.

В промышленных условиях также для процессов фракционирования НПГ, проходящих при низких температурах, пользуются природным сжиженным газом, из которого выделяют пропан, этан, бутан, газовый бензин и гелий.

В воздухе сжиженный газ растворяется, переходя  в состояние газообразное. Если уровень концентрации достигнет 5-15%, и произойдет контакт с источником пламени, газ может воспламениться. Если же она меньше 5%, этого не произойдет.

Многие страны, среди которых Испания с Францией, Япония с Бельгией, Южная Корея, СПГ используют не первый год как один из основных источников энергоресурсов, нужный для промышленных нужд, используемый в коммунальных комплексах и в быту, на заводах нефтехимических и в качестве топлива для автомобилей.

Для систем газоснабжения России наибольший интерес представляет технический пропан, пары которого обладают хорошей упругостью. Благодаря этому из наполненного этим газом газгольдера или баллона легко отобрать необходимое количество паров даже при минусовых  температурах, что позволяет такие емкости и в зимнее время размещать на улице.

Бутан, в сравнении с пропаном, является более дешевым. При его сгорании 4 атома углерода и 10 водорода в реакции участвуют, что говорит о большой тепловой способности. Но, упругость паров у бутана ниже, что не позволяет применять его при отрицательной температуре.

Внешне такой газ выглядит как бесцветная жидкость, не имеющая запаха. Он не агрессивен, т.е. не приводит к коррозии. Плотность СПГ меньше вдвое плотности воды. В жидком состоянии он не горюч и не токсичен.

Чтобы довести субстанцию до исходного состояния, перед использованием газ сжиженный подвергают испарению без доступа кислорода (воздуха). Во время сгорания выделяются диоксид углерода (углекислый газ) и парводяной.

СПГ очень быстро испаряется, не оставляя на почве и воде никаких следов.

Основные технические характеристики

Температура кипения лежит в пределах 158-163 градуса Цельсия. Плотность газа различна на разных месторождениях. Она лежит в диапазоне 430-470 кг/м³. Кроме этого, она определяется давлением в месте проведения ее расчета, и температурой. Поэтому, переводя тонны газа в кубометры, говорят «примерно», т.е. 1 тонна СПГ равна примерно 1,38 тысячам метров кубических.

Стандартные значения этих параметров установлены Национальным институтом NISN. Для температуры – это 20 градусов Цельсия (293,15 К), для давления – 1 атмосфера (101,325 кПа).

Компонентный состав

На 75-99 процентов его составляет метан. Помимо него в составе присутствуют: этан,сероводород, пропан и др. Плотность компонентов отличается значительно:

• у пропана она равна 1,872 кг/м³;
• у этана — 1,263 кг/м³;
• у метана – 0,668 кг/м³.

Экологическое топливо

Сжиженный газ имеет достаточно большое октановое число и отличается высокими энергетическими показателями, что позволяет его использовать для заправки автомобилей. Не нанося вред экологии, использование этого топлива уменьшает расход масла и износ двигателя. Цена его ниже стоимости бензина. К тому же, сжиженные газы безопасны, а заправка производится на специализированных заправочных станциях. Это объясняет, почему его считают более экономичным топливом, чем бензин.

Технология получения СПГ

Сжижение газа происходит в несколько ступеней, на которых его сжимают в 5-12 раз, охлаждают и передают дальше.

На первом этапе из природного газа необходимо удалить воду, чтобы холодильное оборудование обезопасить от ее агрессивного воздействия, а также водород, а также гелий, соединения серы, азот и прочие примеси, для чего применяют абсорбционную глубокую очистку, пропуская смесь через молекулярное сито.

Далее следует второй этап, заключающийся в удалении из смеси тяжелых углеводородов. В результате фракционирования остается газ, в котором находятся только метан и этан (или бутан и пропан). Полученная фракция содержит менее 5% примесей.

На последней ступени процесса как раз и происходит сжижение охлажденного газа. Процесс достаточно энергозатратный: энергии требуется до 25% от общего количества.

На современных производствах используют 2 технологических процесса:

• компримирование, т.е. проходящее при постоянном давлении конденсирование. Недостатком является большая энергоемкость, из-за чего способ считается малоэффективным;
• метод на основе теплообменных процессов, т.е. рефрижераторный, предусматривающий использование охладителя, а также турбодетандерный, называемый также дросселированием. Он позволяет при быстром расширении газа получать нужную температуру. К минусам метода относят невысокий коэффициент ожижения – на уровне 4%, что требует многократной перегонки. Повысить его до 14% удается, применяя компрессорно-детандерную схему.

• применение цикла каскадного снижения температуры кипения. Хладагентами на разных стадиях выступают: пропан, азот, этан, метан, очищенная или морская вода, воздух;
• цикл, использующий одновременно 2 хладагента –этан с метаном;
• использование расширительных циклов в технологии сжижения.

На современном рынке лидируют несколько таких технологий:

• до 82% общего рынка принадлежит технологиям AP-C3MR™, AP-SMR™ и AP-X™, которые используют для получения значительных объемов СПГ;
• Optimized Cascade, разработчиком которой является ConocoPhillips;
• на производствах (для внутреннего использования) применяют компактные установки GTL;
• для получения СПГ, участвующего в производстве ГМТ (топлива газомоторного) широко пользуются локальными установками;
• FLNG – использование морских танкеров и судов с установками сжижения газа. Это позволяет иметь доступ к  месторождениям, которые для газопроводной инфраструктуры недоступны;
• применение плавающих платформ СПГ (пример – строящаяся в 25-километровой зоне в Австралии компанией Shell).

Оборудование, необходимое для производства СПГ

• установка, применяемая для очистки исходного сырья и сжижения;
• технологическая линия;
• емкости для хранения сжиженного газа (криоцистерны);
• газовозы для загрузки танкеров.

Транспортировка

На данное время к потребителю сжиженный газ доставляется одним из способов:

• морскими крупногабаритными танкерами-газовозами, оборудованными установками, поддерживающими низкую температуру, и имеющими толсты теплоизоляционный слой;
• спецавтотранспортом (по суше);
• железной дорогой (в вагонах-цистернах);
• по газопроводу (предварительно проводят регазификацию, т.е. доведение до состояния газообразного).

Производители

Основными странами, производящими сжиженный газ, являются по данным на 2009 год:

• Катар – объем достигает почти 50 млрд м³;
• Малайзия и Индонезия – соответственно 29,5 и 25 млрд. кубов;
• Австралия и Алжир – 24 и 21 млрд м³.

Среди импортеров СПГ первое место занимает Япония. Также газ закупают: Испания, США, Франция, Индия.

В России  также имеются 2 действующих завода. Один из них — запущенный в 2009 году проект Сахалин-2. Контрольным пакетом владеет Газпром Совладельцами являются: 27,5% Shell, 12,5Mitsui, 10% — Mitsubishi.По итогам 2015 года годовое производство достигло 10,8 миллионов тонн, что больше проектной мощности на 1,2 млн тонн. К сожалению,из-за падения цен на мировом рынке экспорт в последние годы заметно снизился.

Другим значимым игроком в России является компания Новатэк (Ямал-СПГ).

Не остались в стороне и американцы: они в эксплуатацию ввели 5 терминалов для экспорта СПГ, общая мощность которых составляет 57,8 млрд. т/год. Понятно, почему между этими странами не первый год имеется жесткое противостояние.

Сферы применения

Помимо того, что сжиженный газ (марка ПБА, применяемая при температуре воздуха не ниже -20 градусов, и ПА) используют в автомобильной сфере, как топливо более экономичное, безопасное, дешевое и не приносящие вреда экологии, оно используется в отопительных системах, в промышленности (как источник тепла и холода в металлообработке, обработке керамики и стекла), для нужд бытовых и коммунальных (марки БТ, ПБТ, ПТ).

Главными игроками в сегменте топлива являются бутан, метан и пропан, которые объединяют такие показатели:

• отсутствующий запах. Напротив, такому топливу придают для быстрого обнаружения утечки ароматический маркер;
• безопасность, т.е. устойчивость к возможному возгоранию, которое происходит при температуре плюс 429 градусов (бутан), при 466 (бутан) и при 537 (метан). Для сравнения ДТ и бензин воспламеняются при достижении отметки в 250-300 градусов;
• сгорание полное, благодаря чему сводится к минимуму вред от выбросов в окружающее пространство;
• минимальный нагар, позволяющий продлить срок службы поршневых цилиндров, свечей и камеры сгорания двигателя;
• большое октановое число: 110 у метана и 100 у смеси пропан-бутановой. Нужно отметить, что применять смеси можно в различных климатических зонах, но с учетом того, что они в сжиженном состоянии не морозоустойчивы, зато невосприимчивы к зонам с жарким климатом: эти составляющие в смеси дополняют друг друга и образуют субстанцию достаточно стабильную. В отличие о них, пропан на высокую температуру реагирует, что приводит к тому, что в баллонах, где он хранится, повышается давление.

На заправочных станциях продают разные смеси для разных сезонов, которые отличаются процентным составом газовых смесей: в летней, например, бутана должно быть 60%,  в зимней – 40.

С требованиями, касающимися сжиженных углеводородных газов, можно ознакомиться в ГОСТ 27578-2018.

Преимущества

• Удобство хранения энергоносителя (за счет большой плотности газа сжиженного), доставки и потребления. Хранится жидкость криогенная нетоксичная при минус 162 градусах Цельсия. Для больших объемов используют наземные емкости, где она находится под атмосферным давлением;
• Перевозки межконтинентальные, для которых используют танкеры-газовозы, автоцистерны или железнодорожные цистерны;
• Открывает возможность газификации удаленных на значительные расстояния от газовых магистралей, объектов. Отпадает необходимость строительства дорогостоящих трубопроводов.

Выводы

Для сжижения газа разработано несколько технологий: свои — для метана и для бутана. Получение СУГ менее затратное, а в хранении и перевозке он проще, чем СПГ. Получение последнего более сложно и затратно, а к этому добавляется регазификация, для которой требуется специальное оборудование. Метан на данный момент востребован больше, поэтому  сжижают его в объемах намного больших.

Сжиженный природный газ (СПГ)

Процесс превращения газа в жидкость происходит поэтапно. На каждой стадии производится сжатие с кратным уменьшением объема (от 5 до 12 раз), охлаждением и переходом на следующую ступень. Окончательное сжижение происходит при понижении температуры на последнем этапе. Процесс требует больших затрат энергии — до 25 % от ее общего количества, содержащегося в веществе.

Современная промышленность использует следующие технологии производства СПГ:

• компримирование — конденсация под воздействием постоянного давления;
• рефрижераторный процесс в сочетании с дросселированием, обеспечивающий охлаждение с резким расширением вещества.

Для успешного сжижения газа важны качество теплоизоляционных материалов и эффективная работа теплообменного оборудования.

Порядок транспортировки

Транспортировка СПГ включает следующие этапы:

• морской переход танкера со сжиженным газом;
• перевозка специальным автотранспортом;
• доставка к месту регазификации с помощью железнодорожных цистерн;
• перевод вещества в газообразное состояние.

После регазификации осуществляется доставка до конечных потребителей по газопроводным магистралям.

Сжиженный природный газ используется в качестве топлива:

• легковыми, грузовыми и пассажирскими автомобилями;
• железнодорожным и водным транспортом;
• энергетическими установками на предприятиях и отдельных объектах;
• населением для хозяйственных и бытовых нужд.

В зависимости от стоящих задач сжиженный природный газ задействуют в качестве источника электрической или тепловой энергии, а также холода, который может быть использован в хозяйственных целях.

Достоинства СПГ

По сравнению с традиционными видами горючего СПГ имеет определенные плюсы энергетического, экологического, а также коммерческого плана. Это проявляется при использовании сжиженного природного газа в качестве топлива как для газовых моторов, так и для энергоустановок.

• увеличенными показателями минимальной массовой теплоты сгорания и коэффициентом полезного действия оборудования;
• относительно низкой стоимостью, что позволяет экономить на топливных расходах;
• высокой чистотой, которая способствует увеличению эксплуатационного ресурса оборудования.

Сжиженный природный газ используется в качестве топлива для котельных вместо традиционного мазута. Его применение позволяет снизить энергозатраты, поскольку СПГ не требует разогрева и рециркуляции. Газовое топливо по сравнению с углеводородным меньше изнашивает оборудование, поскольку не способствует коррозии. Наконец, использование СПГ упрощает уход за системой, поскольку не приходится часто очищать камеры сгорания, дымовые трубы и горелки.

Где применяется сжиженный газ

По отдельности или в смеси пропан и бутан имеют высокую воспламеняемость и взрывоопасность. Это значит, что они полезны в переносных газовых установках, — для огневых работ и в качестве топлива.

Применение СУГ при сгорании:

• для расплавления битума при кровельных и дорожных работах;
• для резки и сварки металла;
• в газогенераторных электрических установках;
• в качестве топлива ДВС автомобилей и других тепловых установок;
• для отопления технических помещений;
• при термической обработке пищевых продуктов.

Применение пропана и СУГ как химического вещества:

• сырье для полипропилена;
• сырье для растворителей;
• пропеллент — газ для баллонов с аэрозольной краской или лаком;
• как пищевая добавка Е944.

Смесь осушенного пропана и изобутана R290а и R600 активно применяют в качестве хладагентов для заправки криоустановок и обычных холодильников. Они безопасны для озонового слоя и не вызывают парниковый эффект. Устаревшие жидкости типа R12, R22 можно заменить на R290, R600 вместе с компрессорным маслом. Бутан отдельно добавляют к бензину, чтобы повысить октановое число.

Сжиженные углеводородные газы (СУГ)

СУГ — это углеводородные смеси на основе бутана и пропана, находящиеся в газообразном состоянии при нормальном атмосферном давлении и температуре воздуха не менее 0 °C. В случае небольшого снижения температуры или повышения давления они превращаются в жидкость.

Особенности производства СУГ

Сжиженный углеводородный газ получают как сопутствующее вещество в ходе добычи нефти или при ее переработке на предприятии. Хотя современные технологии позволяют отделять друг от друга летучие фракции, обычно этим не занимаются.

Достоинства и недостатки

Продукт, включающий в себя пропан, бутан и изобутан, применяется в качестве сжиженного топлива. По отдельности эти газы не могут служить горючим: первый при температуре выше 0 °C становится взрывоопасным, а другие сжижаются даже при небольшом похолодании.

Смесь СУГ избавлена от этих недостатков. К ее плюсам следует отнести:

• удобство хранения и транспортировки;
• устойчивость параметров — по сравнению с бензином и дизтопливом характеристики СУГ дольше остаются неизменными;
• высокое октановое число (90–110), которое зависит от процентного соотношения компонентов смеси;
• экономичность — при сопоставимом расходе цена такого горючего почти в 2 раза ниже по сравнению с бензином и соляркой;
• экологическая чистота — СУГ лучше сгорает, выделяя при этом меньшее количество вредных веществ.

Есть у СУГ и свои минусы, к которым относятся:

• переменность состава. На соотношение компонентов в газовой смеси влияет место добычи нефти, а также особенности производства. От этого зависят химические и физические характеристики смеси, что должно учитываться при эксплуатации;
• плотность. Она почти в два раза выше, чем у воздуха, из-за чего при утечке СУГ скапливается в нижней части зданий — на первом этаже и в подвалах. В результате возникает взрывоопасная ситуация, а люди или животные, находящиеся в этих местах, могут быть отравлены;
• прямая зависимость давления в емкостях для транспортировки и хранения газов от внешней температуры. Под воздействием солнечных лучей или в жарком климате повышается взрывоопасность смеси.

Особенностью сжиженных углеводородных газов является отсутствие запаха, что создает трудности при обнаружении утечек. Для решения проблемы в состав добавляется этилмеркаптан (этантиол). Это жидкое вещество отличается резким запахом сероводорода, что позволяет быстрее обнаружить разгерметизацию системы.

Транспортировка СУГ

С нефтеперерабатывающих предприятий закачанный в железнодорожные цистерны СУГ отправляется на газонаполнительные станции. Там углеводородной смесью заполняют специальные баллоны, в которых она хранится и передается потребителям.

Внутри цистерн (баллонов, резервуаров) СУГ находится одновременно в жидком и парообразном агрегатном состоянии. Собственные пары газа, скапливающиеся вверху емкости, обеспечивают давление, необходимое для поддержания основной части углеводородов в жидком состоянии.

Это позволяет снабжать коммунальные хозяйства, промышленные предприятия и рядовых потребителей большим количеством топлива. Дело в том, что сжиженные углеводороды занимают намного меньший объем, что удобно для хранения и транспортировки. При распределении по проводным магистралям и использовании (сжигании) смесь находится в газообразном состоянии.

Области применения

Высокая экологичность при сгорании, относительно небольшие расходы на изготовление и переработку — благодаря этим качествам сжиженный углеводородный газ широко применяется в различных производственных и хозяйственных сферах. Его используют как источник тепла в отопительных системах, как топливо для автомобильной и специальной техники, а также в качестве сырья при изготовлении аэрозолей.

В промышленных отраслях СУГ (пропан-бутан и изобутан) используется как горючее и сырье. В строительстве сжиженная смесь применяется для газовой сварки и переработки металлов.

СУГ широко используется крупными торговыми и складскими предприятиями. Пропан-бутановой смесью заправляют инфракрасные излучатели (обогреватели). Отсутствие запаха и экологическая чистота — достоинства, благодаря которым этому газу отдают предпочтение при заправке автопогрузочной техники, работающей в пищевой промышленности, а также на складах, где хранятся продукты.

Сжиженный углеводородный газ пользуется популярностью в качестве топлива для автомобилей, успешно конкурируя с традиционным горючим — бензином и соляркой. Решающую роль в этом случае играет более низкая цена СУГ.

Безопасность СУГ для автомобилей

Пропан и пропан-бутан подходят для бензинового ДВС. Чтобы перейти с бензина на газ, двигатель не нужно переделывать, но подача топлива в новом режиме будет отличаться. Потребуется сертифицированный набор газобаллонного оборудования (ГБО). Кондиции газообразного горючего для легковых автомобилей регулирует ГОСТ 27578-2018. В нем детально указаны параметры смеси.

СУГ пропан и бутан для автомобилей стабильны, а значит, их самопроизвольная детонация исключена. Современные ГО стандарта Евро−4 имеют несколько степеней защиты буквально на все случаи жизни:

• заправка баллона не более чем на 80% — избыточное давление исключено;
• клапан — сбрасывает избыточное давление, если не сработал «поплавок»;
• отсекатель скоростного сброса — блокирует подачу газа при обрыве трубопровода;
• пожарный клапан — сбрасывает давление при нагревании, предотвращает взрыв баллона;
• ручной вентиль, чтобы самостоятельно перекрыть подачу;
• «катушка» — перекрывает подачу при выключении двигателя.

У многих водителей есть опасения, что баллон может взорваться при ДТП. Толщина стенки баллона 3 мм против 0,5−0,8 мм у топливного бака — вероятность разлива бензина в случае механического контакта намного выше.

ГОСТ 2757-2018 регламентирует температуру самовоспламенения СУГ для автомобилей:

• пропан — 470°С;
• бутан — 372°С;
• изобутан — 460°С.

Температура, которую развивает пожар в автомобиле, ниже примерно в два раза.

Различия КПГ и СПГ для потребителя

КПГ — газ, пригодный для использования в качестве топлива без предварительной подготовки. Его сжимают для сокращения объема тары. Компримированный метан хранят, перевозят в стальных баллонах и емкостях с одинарной стенкой. Компримировать (сжать) его можно с помощью передвижной или модульной АГНКС.

СПГ — газ, пригодный для транспортировки и хранения в криоемкостях. Это резервуары, цистерны с двойными стенками, внутри которых циркулирует криожидкость. Она поддерживает температуру −160 °С, чтобы вещество оставалось в сжиженном состоянии. Для применения в качестве топлива необходима регазификация — переход из жидкого в газообразное состояние. Для этого используют регазификационные станции.

За удобство в транспортировке СПГ приходится мириться с его недостатками, которых нет у КПГ:

• возможен ожог при контакте с кожей;
• заполнение тары не более, чем на 80% для температурного расширения;
• выше расходы на производство — до 25% энергии, которую содержит сам продукт.

КПГ и СПГ сохраняют свойства исходного газа — пропана, метана, бутана — и все конкурентные преимущества перед жидким топливом. Они не образуют сажи, нагара, полностью сгорают при любой температуре, выделяют в разы меньше вредных веществ при сгорании.

Параметры сжиженных газов

СУГ пропан и метан как топливо имеют почти одинаковый показатель удельной теплоты сгорания. Это значит, что в качестве горючего для тепловой установки ДВС нет большой разницы, какой из них использовать. Но другой их параметр отличается сильно — это точка кипения.

Использование этих газов по отдельности неудобно:

• пропан эффективен в морозы, но опасен в жарком климате или в условиях высокой температуры;
• бутан теряет свойства в морозы, но устойчив и безопасен при нагревании.

У каждого из этих видов СУГ есть полезные незаменимые свойства. Они сохраняются при смешивании, поэтому производителям удается получать эффективные смеси для заправки машины, которые работают и в жару, и зимой. Их, как и дизельное топливо, разделяют на «обычный» и «зимний» варианты:

• для регионов с умеренным температурным режимом — не более 60% бутана;
• для северных областей — не менее 75% метана.

Пропан считается более ценным из-за своих «противоморозных» свойств. При производстве топлива для установок, работающих при нормальной температуре, в смесь добавляют больше бутана, чтобы реализовать газ и избавиться от остатков.

Виды сжиженных газов

Сделать жидким можно любое газообразное вещество. Для этого его нужно сжать или охладить, но чаще то и другое вместе.

Только охлаждением сжижают:

• кислород и воздух;
• водород и азот;
• метан и фтор;
• гелий.

Только давление применяют для:

• аммиака и фтора;
• углекислого газа;
• закиси озота;
• фреонов.

В промышленности задействованы все известные виды газов. Два самых распространенных сжиженных углеводородных — пропан и бутан. Они есть почти на каждой придорожной заправке.

Оба СУГ образуются в качестве попутного продукта при крекинге нефти — расщепления через нагрев. Проще говоря, нефть практически кипятят, чтобы разложить таким образом на тяжелые и легкие вещества. Тяжелые оседают в виде масел и мазута, а легкие перегоняют в бензин, керосин. Пары от «кипящей» нефти остаются на стенках больших баллонов-конденсаторов, а газы собирают отдельно. Это и есть пропан и бутан.