Сжиженный углеводородный газ что это такое


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

Пропан

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.

Бутан

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 (C4h20) — 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 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, °C

−25 −20 −15 −10 −5 0 5 10 15 20 25 P/B, % 100/0 90/10 80/20 70/30 60/40 50/50 40/60 30/70 20/80 10/90 0/100
0,559 0,553 0,548 0,542 0,535 0,528 0,521 0,514 0,507 0,499 0,490
0,565 0,559 0,554 0,548 0,542 0,535 0,528 0,521 0,514 0,506 0,498
0,571 0,565 0,561 0,555 0,548 0,541 0,535 0,528 0,521 0,514 0,505
0,577 0,572 0,567 0,561 0,555 0,548 0,542 0,535 0,529 0,521 0,513
0,583 0,577 0,572 0,567 0,561 0,555 0,549 0,542 0,536 0,529 0,521
0,589 0,584 0,579 0,574 0,568 0,564 0,556 0,549 0,543 0,536 0,529
0,595 0,590 0,586 0,579 0,575 0,568 0,562 0,555 0,550 0,543 0,536
0,601 0,596 0,592 0,586 0,581 0,575 0,569 0,562 0,557 0,551 0,544
0,607 0,603 0,598 0,592 0,588 0,582 0,576 0,569 0,565 0,558 0,552
0,613 0,609 0,605 0,599 0,594 0,588 0,583 0,576 0,572 0,566 0,559
0,619 0,615 0,611 0,605 0,601 0,595 0,590 0,583 0,579 0,573 0,567

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

gazovoz.com

Что такое сжиженные углеводородные газы

Сжиженные углеводородные газы получают из широкой фракции легких углеводородов (ШФЛУ), которую, в свою очередь, выделяют из попутного нефтяного газа (ПНГ).

Разделение ШФЛУ на составляющие ее компоненты — индивидуальные углеводороды — происходит на газофракционирующих установках (ГФУ). Процесс разделения похож на разделение ПНГ. Однако в данном случае разделение должно быть более тщательным. Из ШФЛУ в процессе газофракционирования могут получаться различные продукты. Это может быть пропан или бутан, а также смесь пропан-бутана (ее называют СПБТ, или смесь пропана-бутана технических). СПБТ — наиболее распространенный вид сжиженных газов — именно в этом виде этот продукт поставляется населению, промышленным предприятиям и отправляется на экспорт. Так, из 2,034 млн тонн СУГ, реализованных «Газпром газэнергосеть» в 2012 году, на смесь пропан-бутана пришлось 41%, на бутан — треть поставок, на пропан — около 15%.

Также путем разделения ШФЛУ получают технический бутан и технический пропан, пропан автомобильный (ПА) или смесь ПБА (пропан-бутан автомобильный).

Существуют и другие компоненты, которые выделяют путем переработки ШФЛУ. Это изобутан и изобутилен, пентан, изопентан.

Как применяют сжиженные углеводородные газы

Сжиженные углеводородные газы могут использоваться по-разному. Наверное, каждому знакомы еще с советских времен ярко-красные баллоны с надписью пропан. Их используют для приготовления пищи на бытовых плитах или для отопления в загородных домах.

Также сжиженный газ может использоваться в зажигалках — туда обычно закачивают либо пропан, либо бутан.

Сжиженные углеводородные газы используются и для отопления промышленных предприятий и жилых домов в тех регионах, куда еще не дошел природный газ по трубопроводам. СУГ в этих случаях хранится в газгольдерах — специальных емкостях, которые могут быть как наземными, так и подземными.

По показателю эффективности пропан-бутан занимает второе место после магистрального природного газа. При этом использование СУГ более экологично по сравнению, например, с дизельным топливом или мазутом.

Газ в моторы и пакеты

Пропан, бутан и их смеси, наряду с природным газом (метаном), используются в качестве альтернативного топлива для заправки автомобилей. Использование газомоторного топлива в настоящее время очень актуально, ведь ежегодно отечественным автопарком, состоящим из более 34 млн единиц транспортных средств, вместе с отработавшими газами выбрасывается 14 млн тонн вредных веществ. А это составляет 40% от общих промышленных выбросов в атмосферу. Отработавшие газы двигателей, работающих на газе, в несколько раз менее вредны.

  • Как из природного газа добывают гелий

    Гелий — инертный газ без цвета, вкуса и запаха. Благодаря своим уникальным свойствам это вещество широко используется в различных областях науки и техники.

  • Как доставить газ без опасности

    Состояние газопроводов постоянно контролируется. В этом людям помогают высокотехнологичные «свиньи», которые ползают по трубам в труднодоступных местах.

www.gazprominfo.ru

Сжиженный углеводородный газ - классификация, свойства и технологические преимущества

На постсоветском пространстве термин «СУГ» обычно вызывает ассоциацию с пропаном-бутаном и его применением в качестве топлива для автономных систем газификации объектов. Однако в действительности сжиженный углеводородный газ — это куда более широкая линейка углеводородов, к которой помимо пропана и бутана можно отнести метан, этилен, изобутан и их смеси.

Терминология СУГ

В мировой практике сжиженный пропан-бутан принято называть нефтяным газом (СНГ), поскольку данные углеводороды являются побочными продуктами в процессе переработке нефти. В России к СНГ также принято относить легкое углеводородное сырье, вроде фракций бутилена и пропилена. Отдельную классификацию имеет жидкий природный газ. Его сокращенно называют СПГ или сжиженный метан, так как основу природного газа составляет СН4.

Несмотря на такое разделение, в государственной документации и стандартизации в основном применяется одно название — «Сжиженные углеводородные газы», под которое попадает как СНГ, так и СПГ. Хотя с учетом развития отрасли производства и сбыта сжиженного природного газа не исключено, что в скором будущем будут разработаны отдельные стандартны для хранения, транспортировки и эксплуатации СПГ.

В целом, основываясь на анализе химического состава, к СУГ корректно относить все продукты с углеводородной основой, начиная от синтетического жидкого топлива, этилена, изобутана и заканчивая популярной смесью пропана и бутана. Кстати, зачем смешивают данные компоненты, можно прочитать здесь.

Свойства и способности сжиженных пропана, бутана и метана

Основное отличие СУГ от других видов топлива заключается в способности быстро менять свое состояние из жидкого в газообразное и обратно при определенных внешних условиях. К этим условиям относятся температура окружающей среды, внутреннее давление в резервуаре и объем вещества. Например, бутан сжижается при давлении 1,6 МПа, если температура воздуха равна 20 ºС. В то же время, температура его кипения всего -1 ºС, поэтому при серьезном морозе он будет сохранять жидкое состояние, даже если открыть вентиль баллона.

Пропан имеет более высокую энергоемкость, чем бутан. Температура его кипения равняется -42 ºС, поэтому даже в суровых климатических условиях он сохраняет способность к быстрому газообразованию.

Еще ниже температура кипения у метана. Он переходит в жидкое состояние при -160 ºС. Для бытовых условий СПГ практически не применяется, однако для импорта или транспортировки на серьезные расстояния способность природного газа сжижаться при определенной температуре и давлении имеют весомое значение.

транспортировка танкером

Любой сжиженный углеводородный газ отличается высоким коэффициентом расширения. Так, в заполненном 50-литровом баллоне содержится 21 кг жидкого пропана-бутана. При испарении всей «жидкости» образуется 11 кубометров газообразного вещества, что эквивалентно 240 Мкал. Поэтому такой вид топлива считается одним из самых эффективных и экономически выгодных для систем автономного отопления. Больше об этом можно прочитать здесь.

При эксплуатации углеводородных газов необходимо учитывать их медленную диффузию в атмосферу, а также низкие пределы воспламеняемости и взрывчатости при контакте с воздухом. Поэтому с такими веществами нужно уметь правильно обращаться, учитывая их свойства и специальные требования безопасности.

Таблица свойств

Сжиженный углеводородный газ — чем он лучше других видов топлива

Индустрия применения СУГ достаточно широка, что обусловлено его теплофизическими характеристиками и эксплуатационными преимуществами по сравнению с другими видами топлива.

  • Транспортировка. Основная проблема доставки обычного газа в населенные пункты заключается в необходимости прокладки газовой магистрали, длина которой может достигать нескольких тысяч километров. Для транспортировки сжиженного пропан-бутана не требуется постройка сложных коммуникация. Для этого используются обычные баллоны или другие резервуары, которые перевозятся с помощью автомобильного, железнодорожного или морского транспорта на любые расстояния. Учитывая высокую энергоэффективность данного продукта (на одном баллоне СПБ можно месяц готовить еду для семьи), выгода очевидна.
  • Произведенные ресурсы. Цели применения сжиженных углеводородов аналогичны целям применения магистрального газа. К ним относятся: газификация частных объектов и населенных пунктов, производство электроэнергии посредством газогенераторов, эксплуатация двигателей транспортных средств, производство продуктов химической промышленности.
  • Высокая теплотворная способность. Жидкие пропан, бутан и метан очень быстро преобразуются в газообразное вещество, при сгорании которого выделяется большое количество тепла. Для бутана — 10,8 Мкал/кг, для пропана — 10,9 Мкал/кг, для метана — 11,9 Мкал/кг. Коэффициент полезного действия теплового оборудования, которое работает на СУГ, значительно выше КПД приборов, принимающих в качестве сырья твердотопливные материалы.
  • Простота регулировки. Подача сырья к потребителю может регулироваться как в ручном, так и в автоматическом режимах. Для этого существует целый комплекс приборов, отвечающих за регулировку и безопасность эксплуатации сжиженного газа.
  • Высокое октановое число. СПБ имеет октановое 120, что делает его более эффективным сырьем для двигателей внутреннего сгорания, чем бензин. При использовании пропана-бутана в качестве моторного топлива повышается межремонтный период для двигателя и сокращается расход смазочных материалов.
  • Сокращение расходов при газификации населенных пунктов. Очень часто СУГ применяют для устранения пиковой нагрузки на магистральные газораспределительные системы. Более того, выгоднее установить для удаленного населенного пункта автономную систему газификации, чем тянуть сеть трубопроводов. По сравнению с прокладкой сетевого газа удельные капиталовложения уменьшаются в 2-3 раза. Кстати, больше информации можно найти здесь, в разделе об автономной газификации частных объектов.

Подводя итоги статьи, можно сделать вывод, что сжиженные углеводороды обладают широким набором полезных свойств, что сделало их достаточно популярным продуктом во многих сферах промышленности. Для бытовых нужд пропан-бутан и вовсе является незаменимым сырьем, поскольку позволяет готовить пищу и обогревать жилье даже в самых отдаленных районах. Тем более что заказать его доставку совсем не сложно. Достаточно перейти по этой ссылке и выбрать необходимый продукт.

xn--80affkvlgiu5a.xn--p1ai

Свойства сжиженных углеводородных газов Особенности эксплуатации углеводородных систем

Свойства сжиженных углеводородных газов Особенности эксплуатации углеводородных систем. Более 30 лет в нашей стране, сжиженные углеводородные газы применяются в качестве авто-мобильного топлива. За сравнительно короткий промежуток времени пройден достаточно трудный путь по организации учета сжиженных газов, ясного понимания процессов, происходящих при перекачке, измерении, хранении, транспортировке. Общеизвестно, что добыча и использование нефти и газа в России имеет многовековую историю.

Однако технический уровень промыслового газового хозяйства до XX века был исключи-тельно примитивным. Не находя экономически обоснованных областей применения, нефтепромышленники не только не заботились о сохранении газа или легких фракций углеводородов, но и старались от них избавиться . Негативное отношение наблюдалось и к бензиновым фракциям неф-ти, поскольку они вызывали повышение температуры вспышки и опасность загорания и взрывов. Выделение газовой промышленности в 1946 г. в самостоятельную отрасль позволило революционно изменить ситуацию и резко увеличить как объём добычи газа в абсолютном значении, так и его удельный вес в топливном балансе страны.

Быстрые темпы роста добычи газа стали возможны благодаря коренному усилению работ по строительству магистральных газопроводов, соединив-ших основные газодобывающие районы с потребителями газа крупными промышленными центра-ми и химическими заводами. Тем не менее, основательный подход к точному измерению и учету сжиженных газов в на-шей стране стал появляться не более 10 – 15 лет назад. Для сравнения, сжиженный газ в Англии производится с начала 30-х годов XX века, с учетом того, что это страна с развитой рыночной экономикой, технология измерения и учета сжиженных газов, а также производство специального оборудования для этих целей стали развиваться практически с началом производства.

Итак, коротко рассмотрим

Итак, коротко рассмотрим, что представляют собой сжиженные углеводородные газы и как они производятся. Сжиженные газы делятся на две группы:

Сжиженные углеводородные газы (СУГ) – представляют собой смесь химических соедине-ний, состоящую в основном из водорода и углерода с различной структурой молекул, т.е. смесь углеводородов различной молекулярной массы и различного строения. Основными компонентами СУГ являются пропан и бутан, в виде примесей в них содержатся более легкие углеводороды (ме-тан и этан) и более тяжелые ( пентан). Все перечисленные компоненты являются предельными уг-леводородами. В состав СУГ могут входить также непредельные углеводороды: этилен, пропилен, бутилен. Бутан-бутилены могут присутствовать в виде изомерных соединений (изобутана и изобу-тилена).

ШФЛУ – широкая фракция легких углеводородов, включает в основном смесь легких угле-водородов этановой (С2) и гексановой (С6) фракций.

В целом типичный состав ШФЛУ выглядит следующим образом: этан от 2 до 5%; сжижен – ный газ фракций С4- С5 40-85%; гексановая фракция С6 от 15 до 30%, на пентановую фракцию приходится остаток.

Учитывая широкое применение в газовом хозяйстве именно СУГ, следует более подробно ос-тановиться на свойствах пропана и бутана.

Пропан

Пропан́— это органическое вещество класса алканов. Содержится в природном газе, образуется при крекинге нефтепродуктов. Химическая формула C3H8 (рис. 1). Бесцветный газ без запаха, очень малорастворим в воде. Точка кипения −42,1С. Образует с воздухом взрывоопасные смеси при концентрации паров от 2,1 до 9,5%. Температура самовоспламенения пропана в воздухе при давлении 0,1 МПа (760 мм рт. ст.) составляет 466 °С.

Пропан используется в качестве топлива, основной компонент так называемых сжиженных угле-водородных газов, в производстве мономеров для синтеза полипропилена. Является исходным сырьём для производства растворителей. В пищевой промышленности пропан зарегистрирован в качестве пищевой добавки E944, как пропеллент.

Бутан́(C4H 10) — органическое соединение класса алканов. В химии название используется в ос-новном для обозначения н-бутана. Химическая формула C4h20 (рис. 1). Такое же название имеет смесь н-бутана и его изомера изобутана CH(Ch4)3. Бесцветный горючий газ, без з апаха, легко сжижаемый (ниже 0 °C и нормальном давлении или при повышенном давлении и обычной темпе-ратуре — легколетучая жидкость). Содержится в газовом конденсате и нефтяном газе (до 12 %). Является продуктом каталитического и гидрокаталитического крекинга нефтяных фракций. 

– углерод; – водород

Производство, как сжиженного газа, так и ШФЛУ осуществляется за счет следующих трех основных источников:

предприятия нефтедобычи – получение СУГ и ШФЛУ происходит во время добычи сырой нефти при переработке попутного (связанного) газа и стабилизации сырой неф-ти;

предприятия газодобычи – получение СУГ и ШФЛУ происходит при первичной пере-работке скважинного газа или несвязанного газа и стабилизации конденсата;

нефтеперегонные установки – получение сжиженного газа и аналогичных ШФЛУ про-исходит при переработке сырой нефти на НПЗ. В данной категории ШФЛУ состоит из смеси бутан-гексановых фракций (С4- С6) с небольшим количеством этана и пропана. Основное преимущество СУГ – возможность их существования при температуре окружаю-щей среды и умеренных давлениях, как в жидком , так и в газообразном состоянии. В жидком со-стоянии они легко перерабатываются, хранятся и транспортируются, в газообразном имеют лучшую характеристику сгорания.

Состояние углеводородных систем определяется совокупностью влияний различных факто-ров, поэтому для полной характеристики необходимо знать все параметры. К основным парамет-рам, поддающимся непосредственному измерению и влияющим на режимы течения СУГ , относят-ся давление, температура, плотность, вязкость, концентрация компонентов, соотношение фаз.

Система

Система находится в равновесном состоянии, если все параметры остаются неизменными. При таком состоянии в системе не происходит видимых качественных и количественных измене-ний. Изменение хотя бы одного параметра нарушает равновесное состояние системы, вызывая тот или иной процесс.

Углеводородные системы могут быть гомогенными и гетерогенными. Если система имеет од-нородные физические и химические свойства – она гомогенна, если же она неоднородна или со-стоит из веществ, находящихся в разных агрегатных состояниях – она гетерогенна. Двухфазные системы относятся к гетерогенным.

Под фазой понимается определенная гомогенная часть системы, имеющая четкую границу раздела с другими фазами.

Сжиженные газы при хранении и транспортировании постоянно изменяют свое агрегатное состояние, часть газа испаряется и переходит в газообразное состояние, а часть конденсируется, переходя в жидкое состояние. В тех случаях, когда количество испарившейся жидкости равно количеству сконденсировавшегося пара, система жидкость-газ достигает равновесия и пары на жид-костью становятся насыщенными, а их давление называется давлением насыщения или упругостью паров.

Упругость паров СУГ возрастает с повышением температуры и уменьшается с ее понижением.

Это свойство сжиженных газов является одним из определяющих при проектировании систем хранения и распределения. При отборе из резервуаров кипящей жидкости и транспортировании ее по трубопроводу часть жидкости испаряется из-за потерь давления , образуется двухфазный поток, упругость паров которого зависит от температуры потока, которая ниже температуры в резервуаре. В случае прекращения движения двухфазной жидкости по трубопроводу давление во всех точках выравнивается и становится равным упругости паров.

Сжиженные углеводородные газы

Сжиженные углеводородные газы транспортируются в железнодорожных и автомобильных цистернах, хранятся в резервуарах различного объема в состоянии насыщения: в нижней части со-судов размещается кипящая жидкость , а в верхней находятся сухие насыщенные пары (рис. 2). При снижении температуры в резервуарах часть паров сконденсируется, т.е. увеличивается масса жид-кости и уменьшается масса пара, наступает новое равновесное состояние. При повышении температуры происходит обратный процесс, пока при новой температуре не наступит равновесие фаз.

Таким образом, в резервуарах и трубопроводах происходят процессы испарения и конденсации, которые в двухфазных средах протекают при постоянном давлении и температуре, при этом тем пературы испарения и конденсации равны. 

В реальных условиях в сжиженных газах в том или ином количестве присутствуют водяные пары. Причем их количество в газах может увеличиваться до насыщения, после чего влага из газов выпадает в виде воды и смешивается с жидкими углеводородами до предельной степени раствори-мости, а затем выделяется свободная вода, которая отстаивается в резервуарах. Количество воды в СУГ зависит от их углеводородного состава, термодинамического состояния и температуры. Доказано, что если температуру СУГ снизить на 15-300С, то растворимость воды снизится в 1,5-2 раза и свободная вода скопится на дне резервуара или выпадет в виде конденсата в трубопроводах . Ско-пившуюся в резервуарах воду необходимо периодически удалять, иначе она может попасть к потребителю или привести к поломке оборудования.

1-3 – упругость паров:

1 – пропана, 2 – смеси пропан-бутана, 3 – бутана; 4-5 – линии гидратообразования: 4 – пропана, 5 – бутана.

Рисунок 3. Гидратообразование и упругость паров пропана и бутана.

Согласно методам испытаний СУГ определяют наличие лишь свободной воды, присутствие растворенной допускается.

За рубежом предъявляются более жесткие требования на наличие воды в СУГ и ее количество, посредством фильтрации доводится до 0,001% по массе. Это оправдано, так как растворенная вода в сжиженных газах является загрязнителем, ибо даже при положительных температурах она образует твердые соединения в виде гидратов.

Гидраты

Гидраты можно отнести к химическим соединениям, так как они имеют строго определенный состав, но это соединения молекулярного типа, однако химическая связь на базе электронов у гидратов отсутствует. В зависимости от молекулярной характеристики и структурной формы внутренних ячеек, различные газы внешне представляют собой четко выраженные прозрачные кристаллы разнообразной формы, а гидраты, полученные в турбулентном потоке – аморфную массу в виде плотно спрессованного снега.

По графику , представленному на рис.3 видно, что давление, при котором образуются гидраты при температуре меньше 00С, неже упругости паров пропана, такая же зона имеется и для бутана.

Условия образования гидратов необходимо знать при проектировании трубопроводов и сис-тем для транспортировки газов, оборудования ГНС, АГЗС, а также для разработки мер по предупреждению их образования и ликвидации гидратных пробок. Установлено, что давление, при ко-тором образуются гидраты при температуре +50С ниже упругости паров пропана и бутана.

В большинстве случаев, говоря о сжиженных газах, мы подразумеваем углеводороды соответствующие ГОСТ 20448-90 «Газы углеводородные сжиженные для коммунально-бытового потребления» и ГОСТ 27578-87 «Газы углеводородные сжиженные для автомобильного транспорта». Они представляют собой смесь, состоящую в основном из пропана, бутана и изобутана. Благодаря идентичности строения их молекул приближенно соблюдается правило аддитивности: параметры смеси пропорциональны концентрациям и параметрам отдельных компонентов. Поэтому по некоторым параметрам можно судить о составе газов.

Соответствующие параметры смесей получают суммированием парциальных параметров отдельных компонентов:

Где yсм – параметр смеси; yi – параметр компонента; xi – концентрация компонента.

В соответствие с правилом аддитивности и таблицами 1; 2 можно рассчитать любой параметр смеси. Для примера возьмем пропан-бутановую смесь с концентрацией 40% бутана и 60% пропана. Необходимо определить плотность смеси при 10 0С. По формуле 1 находим:

ρсм = 516,8 ×0,6 +586,3 ×0,4 = 310,08 + 234,52 = 544,6

Таким образом, для данных условий плотность смеси будет составлять 544,6 кг/м3.

При проведении измерений количества СУГ и при учетных операциях на объектах хранения, важное значение имеют такие понятия как плотность, температурное расширение и вязкость.

Плотность, кг/м3 – отношение массы тела к его объему, з ависящее от углеводородного состава и его состояния. Плотность паровой фазы СУГ – сложная функция температуры, состояния и давления для каждого компонента.

Плотность жидкой фазы пропан-бутановых смесей зависит от состава углеводородов и температуры, так как с ростом температуры снижается плотность жидкости, что обусловлено объемным расширением.

Относительное изменение объема жидкости при изменении температуры на один градус характеризуется температурным коэффициентом объемного расширения β т, который у сжиженных газов (пропана и бутана) в несколько раз больше чем у иных жидкостей.

Пропан – 3,06 •10-3; Бутан – 2,12 •10-3; Керосин – 0,95 •10-3; Вода – 0,19 •10-3;

При повышении давления жидкая фаза пропана и бутана сжимается. Степень сжатия ее оценивается коэффициентом объемной сжимаемости βсж, размерность которого обратна размерности давления.

Вязкость – это способность газов или жидкостей оказывать сопротивление сдвигающим усилиям, обусловленная силами сцепления между молекулами вещества. При относительном движении между слоями потока возникает касательная сила, которая зависит от площади соприкосновения слоев и градиента скорости. Удельное касательное напряжение, возникающее между слоями, определяет динамическую вязкость газа или жидкости и называется коэффициентом динамической вязкости. Анализ экспериментальных исследований показал, что вязкость СУГ зависит от темпера-туры, а с увеличением давления растет незначительно. В отличие от жидкостей у газа вязкость с повышением температуры возрастает.

В технических расчетах часто пользуются кинематической вязкостью ν, представляющей собой отношение динамической вязкости к плотности:
 ν = η ;ρ(2)
Физические и термодинамические свойства сжиженных газов приведены в таблицах 1 – 2.
Таблица 1
Термодинамические и физические свойства жидкой фазы пропана и бутана
03v, 10-7Сж,r,λ, 10-3a2, 10-
Т, К (С)Р, МПаρж, кг/мм2/скДж/(кгкДж/кгВт/(м•‘м2/сРг
Жидкаяфаза пропана
223(-50)0,070594,34,0952,207434,94126,680,9664,24
228(-45)0,088587,93,9322,230429,50125,990,9614,09
233(-40)0,109581,43,7362,253424,02125,300,9573,90
238(-35)0,134574,93,5682,278418,32124,610,9513,75
243(-30)0,164568,53,4102,303412,62123,920,9463,60
248(-25)0,199562,03,2592,328406,685123,230,9423,46
253(-20)0,239555,53,1162,353400,75122,550,9383,32
258(-15)0,285549,12,9802,385394,58121,860,9313,20
263(-10)0,338542,62,8512,416388,41121,170,9243,09
268(-5)0,398536,22,7312,448381,76120,480,9182,97
273(0)0,467529,72,6132,479375,11119,790,9122,87
278(5)0,544523,22,5022,519367,99119,100,9042 77
283(10)0,630516,82,3982,558360,87118,410,8962,68
288(15)0,727510,32,3002,604353,2711-7,720,8862,60
293 (20)0,834503,92,2092,650345,67117,030,8762,52
298 (25)0,953497,42,1202,699337,125116,350,8672,45
303 (30)1,084490,92,0372,747328,58115,660,8582,37
308 (35)1,228484,51,9602,799318,84114,970,8482,31
313 (40)1,385478,01,8872,851309,11114,280,8392,25
318 (45)1,558571,51,8182,916297,48113,590,8262,20
323 (50)1,745465,11,7552,981285,84112,900,8142,16

Жидкая фаза бутана

228 (-45) 0,0126 667,0 4,92 2,125 420,36 132,72 0,9364 5,25

223(-50)0,0094674,35,092,114423,96133,450,93625,44
233(-40)0,0167659,74,762,135416,75131,590,93715,08
238(-35)0,0218652,34,602,152412,97131,270,93514,92
243(-30)0,0280645,04,432,169409,19130,540,93314,75
248(-25)0,0357637,74,282,188405,41129,820,93044,60
253(-20)0,0449630,34,182,207401,63129,090,92804,50
258(-15)0,056616,63,982,234397,67128,370,93194,27
263(-10)0,069611,53,832,261393,70127,640,92324,15
268(-5)0,085606,33,6982,270389,56126,920,92224,01
273(0)0,103601,03,5612,307385,42126,190,91013,91
278(5)0,123593,73,4222,334381,10125,460,90543,78
283(10)0,147586,33,3202,361376,77124,740,90113,68
288(15)0,175579,03,1732,392372,09124,010,89403,55
293(20)0,206571,73,0452,424367,41123,290,88973,42
298(25)0,242564,32,9342,460362,37122,560,88283,32
303(30)0,282557,02,8202,495357,32121,840,87673,22
308(35)0,327549,72,7042,535351,92121,110,86913,11
313(40)0,377542,32,6062,575346,52120,390,86213,02
318(45)0,432535,02,5252,625340,76119,660,85212,96
323(50)0,494527,72,4212,680334,99118,930,84092,88

Таблица 2.

Термодинамические и физические свойства паровой фазы пропана и бутана
Т, К (0С)Р, МПа3v, 10-7Сn,r, кДж/кгλ, 10-3a2, 10-
ρn, кг/мм2/скДж/(кг–К)Вт/(м•К)‘м2/с
Паровая фаза пропана
223(-50)0,0701 9630,281,428434 940,9232,9
228(-45)0,0882 4125,231,454429,500,9627,4
233(-40)0,1092 9221,321,480424,021,0023,1
238(-35)0,1343,5218,091,505418,321,0419,6
243(-30)0,1644,2215,431,535412,621,0716,5
248(-25)0,1995,0213,261,552406,6851,1114,2
253(-20)0,2395,9011,521,587400,751,1512,3
258(-15)0,2856 9010,061,610394,581,1910,7
263(-10)0,3388,038,821,640388,411,249,4
268(-5)0,3989,287,781,675381,761,288 2
273(0)0,46710,676,901,710375,111,327,2
278(5)0,54412 236,141,750367,991,366,4
283(10)0,63013,915,501,786360,871,415,7
288(15)0,72715 754,941,820353,271,455,1
293(20)0,83417,794,451,855345,671,504 5
298(25)0,95319,994,031,888337,1251,544,1
303(30)1,08422 36З,671,916328,581,593,7
308(35)1,22 824,923,351,940318,841,633,4
313(40)1,38527,663,061,960309,111,683,1
318(45)1,558З0,602,811,976297,481,732,9
323(50)1,74533,762,591,989285,841,782,7
Паровая фаза бутана
223(-50)0,00940,30168,5351,440423,960,90208,3
228(-45)0,01260,39132,8661,463420,360,93163,0
233(-40)0,01670,51104,0621,480416,750,97128,5
238(-35)0,02180,6583,5731,505412,971,01103,2
243(-30)0,02800,8267,7681,520409,191,0584,2
248(-25)0,03571,0355,1591,540405,411,0968,7
253(-20)0,04491,2745,7121,560401,631,1357,0
258(-15)0,0561,5538,2521,580397,671,1747,8
263(-10)0,0691,8632,5401,610393,701,2140,4
268(-5)0,0852,2627,3251,632389,561,2634,2
273(0)0,1032,6623,6771,654385,421,3029,5
278(5)0,1233,1820,1891,674381,101,3425,2
283(10)0,1473,7117,6341,694376,771,3922,1
288(15)0,1754,3515,3181,713372,091,4319,2
293(20)0,2065,0513,4351,732367,411,4816,9
298(25)0,2425,8211,8641,751362,371,5315,0
303 (30)0,2826,6810,5171,770357,32′1,5713,3
308 (35)0,3277,609,4021,791351,921,6211,9
313 (40)0,3778,628,4281,810346,521,6710,7
318 (45)0,4329,727,5961,830340,7551,729,7
323 (50)0,49410,936,8641,848334,991,778,8

Таким образом, можно подвести итог и выделить основные свойства пропан-бутановых смесей, влияющих на условия их хранения, транспортирования и измерения.

  1. Сжиженные углеводородные газы относятся к низкокипящим жидкостям, способным находиться в жидком состоянии под давлением насыщенных паров.

Температура кипения: Пропан -420С; Бутан – 0,50С.

  1. При нормальных условиях объем газообразного пропана больше в 270 раз, чем объем пропана сжиженного.
  2. Сжиженные углеводородные газы характеризуются высоким коэффициентом теплового расширения.
  3. СУГ характеризуются низкой плотностью и вязкостью по сравнению со светлыми нефтепродуктами.
  1. Нестабильность агрегатного состояния СУГ при течении по трубопроводам в зависимости от температуры, гидравлических сопротивлений, неравномерности условных проходов.
  2. Транспортирование, хранение и измерение СУГ возможны только посредством закрытых (герметизированных) систем, рассчитанных, как правило, на рабочее давление 1,6 МПа.
  1. Перекачивающие, измерительные операции требуют применения специального оборудования, материалов и технологий.

В мире

Во всем мире, углеводородные системы и оборудование, а также устройство технологических систем подчинено единым требованиям и правилам.

Сжиженный газ представляет собой ньютоновскую жидкость, поэтому процессы перекачивания и измерения описываются общими законами гидродинамики. Но функция углеводородных систем сводится не только к простому перемещению жидкости и ее измерению, но и обеспечению уменьшения влияния «отрицательных» физико-химических свойств СУГ.

Принципиально, системы, перекачивающие СУГ, мало отличаются от систем для воды и нефтепродуктов, и, тем не менее, необходимо дополнительное оборудование, гарантирующее качественные и количественные характеристики измерения.

Исходя из этого технологическая углеводородная система, как минимум должна иметь в своем составе резервуар, насос, газоотделитель, измеритель, дифференциальный клапан, отсечной или регулирующий клапан, устройства безопасности от превышения давления или скорости потока.

Резервуар хранения должен быть оборудован входным патрубком для налива продукта, линией слива для отпуска и линией паровой фазы, которая используется для выравнивания давления, воз-врата паров от газоотделителя или калибровки системы.

Насос – обеспечивает давление, необходимое для движения продукта через систему отпуска. Насос должен быть подобран по емкости, производительности и давлению.

Измеритель – включает преобразователь количества продукта и отсчетное устройство (индикацию) которое может быть электронным или механическим.

Газоотделитель – отделяет пар, образованный во время потока жидкости, прежде чем он достиг-нет счетчика и возвращает его в паровое пространство резервуара.

Дифференциальный клапан – служит для обеспечения прохождения через счетчик только жид-кого продукта, посредством создания после счетчика избыточного дифференциального давления, заведомо большего, чем давление паров в емкости.

Система должна удовлетворять следующим требованиям:

быть герметичной и выдерживать необходимое расчетное давление; изготовлена из материалов, предназначенных для работы с СУГ;

оборудована клапанами сброса давления для управляемого выпуска продукта при превышении давления сверх рабочего.

Основные характеристики конструкции, описанные выше, применимы ко всем типам систем, используемых для измерения и отпуска СУГ. Однако это не единственные критерии. Конструкция системы должна отражать различные условия ее использования для коммерческого отпуска продукта.

Условно можно разделить системы измерения на следующие группы (типы):

осуществление измерения СУГ (в том числе налив автоцистерн) при относительно высокой скорости потока (400-500 л/мин.). Как правило, это НПЗ, ГНС.

измерение количества СУГ при поставках на АГЗС или конечным потребителям авто-цистернами (в том числе налив автоцистерн). Производительность в данном случае колеблется от 200 до 250 л/мин.

Коммерческая заправка газобаллонных автомобилей. Скорость заправки обычно не превышает 50 л/мин.

Конструкция и тип систем измерения для СУГ определен физическими свойствами продукта, особенно его зависимость от температуры и давления во время отпуска.

Чтобы обеспечить точное измерение, конструкция системы должна включать средства для минимизации испарения и устранения образовавшегося пара, прежде чем он попадет в счетчик.

Конструкция измерительной системы зависит от ее использования и от максимальной производительности. Измерительные установки могут использоваться как стационарно, так и устанавли-ваться на автоцистернах, применяться при оптовой и розничной продаже.

Рассмотрим отдельно компоненты, которые учувствуют в операциях измерения СУГ и являются обязательными для большинства систем учета.

Напорная линия – соединяет емкость хранения и входной патрубок установки измерения и имеет элементы, которые управляют потоком жидкости и гарантируют ее поддержание в жидком состоянии. Напорная линия, как правило, состоит из следующих элементов:

Насосы.

Поскольку в емкости хранения система жидкость-пар находятся в равновесном состоянии и в купе с системой измерения составляют закрытую систему, газ не может течь самостоятельно. В результате должен использоваться насос для подачи СУГ на раздаточную линию.

Существует несколько типичных конструкций насосов, широко применяемых в тех или иных случаях. Это лопастные насосы, шестеренные насосы, вихревые насосы.

Скорость насоса может стать критическим фактором для точности измерительной системы и

  • работоспособности. Если скорость насоса высока, давление на всасывающей линии может упасть ниже давления паров и произойдет испарение. Это явление называется кавитацией. Чтобы минимизировать эффекты кавитации, длина трубопровода от емкости до насоса должна быть минимальной. Этот трубопровод должен быть прямой, для исключения гидравлических сопротивлений и на размер больше чем трубопровод напорной линии.

Перепускной клапан.

В течение коротких промежутков времени, насос может находиться в рабочем состоянии, в то время как отпуск продукта не производится. Чтобы предотвратить повреждения, ряд насосов оборудованы перепускными клапанами. При повышении давления, клапан внутри насоса открывается, и жидкость начинает циркулировать внутри насоса. Как правило, подобная схема приводит к нагреву продукта и его вскипанию, при этом образуется паровая подушка, препятствующая движению жидкости. Проведя неоднократные опыты с насосами, оборудованными внутренними перепускными клапанами, мы пришли к выводу, что оптимальное решение для таких жидкостей как СУГ, это установка внешнего перепускного клапана.

Эта конструкция позволяет продукту циркулировать через емкость хранения и непрерывно снабжать насос не разогретым газом.

Скоростные клапаны.

Скоростными клапанами должны быть оборудованы все патрубки емкости хранения и раздаточные рукава. Цель этих клапанов остановить поток продукта в случае разрыва рукава или разъединения раздаточного крана.

Манометры.

Манометры необходимо устанавливать на всасывающей и напорной линиях насоса, на паро-вой фазе емкости хранения, а также на фильтрах системы.

Предохранительные клапаны.

В любом месте технологической и измерительной систем, где возможно заключение объема жидкости между двумя запорными устройствами необходима установка предохранительных клапанов, для предотвращения от возможного превышения давления.

Газоотделитель.

Газоотделитель – отделяет пар, образованный во время потока жидкости, прежде чем он достигнет счетчика и возвращает его в паровое пространство резервуара.

Как правило, газоотделители имеют поплавковую систему газоотделения, но некоторые производители отказываются от такой схемы в пользу применения скоростных или обратных клапанов и установки расширяющихся патрубков (сифонов) совместно с отверстиями малых диаметров. Та-кая схема для СУГ достаточно эффективна, если принять во внимание, что газоотделитель в за-крытых системах играет роль газоконденсатора, т.е. его цель сконденсировать паровую фазу, а часть отвести в емкость хранения.

Фильтры.

Фильтры являются важным элементом гидравлической системы. Они устанавливаются перед насосом и в измерительном блоке и призваны предохранить насос или счетчик от твердых загряз-нений , способных вывести их из строя. Фильтрующие элементы должны быть сменными или иметь возможность для их периодической чистки.

Краны и клапаны.

Неотъемлемой частью любой технологической системы для СУГ являются запорные устройства. Они призваны обеспечить удобное и быстрое техническое обслуживание отдельных компонентов без освобождения от газа и давления всей системы.

Счетчики и отсчетные устройства.

Отделенная от пара жидкость, после газоотделителя попадает в счетчик (преобразователь объема) . В большинстве систем измерения СУГ счетчики имеют тип камерного расходомера, который, по нашему мнению, является самым надежным и очень точным методом измерения жидкости. Существуют также другие типы расходомеров, такие как турбинные или массовые (кориолисовые) расходомеры.

Конструкция камерных расходомеров с технической точки зрения достаточно сложна, но принцип их работы является прямым. Существуют следующие типы расходомеров: шестеренные, ротационные, кольцевые, дисковые, лопастные, ковшовые, поршневые и т.п.

Из-за простого принципа действия таких устройств измерения, число факторов, которые вызывают неточное измерение немного.

Во первых , это присутствие паровой фазы в потоке продукта. Во вторых, неточность работы счетчика может быть вызвана загрязнением подвижных частей. Это еще раз говорит о важной функции применения фильтров. В третьих, точность работы устройств измерения зависит от износа подвижных частей.

Дифференциальный клапан – служит для обеспечения прохождения через счетчик только жидкого продукта, посредством создания после счетчика избыточного дифференциального давления, заведомо большего, чем давление паров в емкости.

Как правило, дифференциальный клапан имен диафрагменную или поршневую конструкцию. Посредством диафрагмы или поршня происходит разделение устройства на две камеры. Верхняя связана с паровой фазой емкости , а нижняя с линией выдачи продукта. Пружина клапана располагается в полости паровой фазы и настраивается на минимальное давление в 1 кг/ см2. Когда давление жидкости меньше или равно давлению паровой фазы, клапан закрыт. Чтобы его открыть , надо создать давление, превосходящее давление паров как минимум на 0,1 МПа. Это гарантирует конденсацию паровой фазы до счетчика и прохождения через измеритель только жидкого продукта.

Началом и окончанием движения продукта в наполняемую емкость управляет электроприводная арматура. Это могут быть электромагнитные клапаны, всевозможные задвижки и краны с электро или пневмоприводами, регулирующие клапаны и т.п. Цель отсечной или регулирующей арматуры заключается в открытии линии отпуска по команде в начале заправки и закрытии ее по достижении заданной дозы отпуска. Чтобы избежать излишней нагрузки на внутренние части узлов гидравлической системы, отсечная арматура должна работать в режиме, исключающем негативное действие гидравлических ударов. Другими словами, клапаны должны , по крайней мере, открываться и закрываться в два этапа – с малого расхода на большой в начале и наоборот в конце заправки.

Линия отпуска пропускает измеренный продукт к точке выдачи. Чтобы обеспечить точное измерение, шланг должен быть заполнен жидким продуктом в начале отпуска и под рабочим давлением. Это называется «полный рукав». Для этого раздаточные пистолеты имеют клапан, который закрывается после отпуска и отсоединения раздаточного крана.

Свойства сжиженных углеводородных газов, как впрочем, и других жидкостей, требующих учета подразумевают индивидуальный подход к выбору оборудования

Тем не менее, благодаря многолетнему мировому опыту и точным теоретическим данным о свойствах сжиженных газов имеет место универсальность оборудования, т.е. конфигурация того или иного гидравлического узла позволяет использовать его в любой технологической системе по перекачке, измерению и учету СУГ.

Наша компания ежедневно сталкивается с задачами выбора и проектирования оборудования для различных технологических систем. Благодаря собственному опыту, а также опыту мировых производителей нам удалось создать устройства, которые в любой технологической системе позволяют исключить, или, по крайней мере, минимизировать отрицательные факторы термодинамических свойств СУГ.

Таким образом, подводя итог сказанному можно сделать вывод, что выбор оборудования дол-жен быть максимально облегчен и производиться по параметрам производительности, точности, внешнего вида и т.д. (рис.4) Остальные технические характеристики оборудования (это подтверждается мировой практикой) должны быть предусмотрены самой конструкцией.

Критерии выбора технологического оборудования

gasoil-center.ru

Сжиженный газ. Сжиженные углеводородные газы СУГ = Liquefied petroleum gas (LPG) и ШФЛУ == WSLH (wide spread of light hydrocarbons) = NGL (Natural gas liquids)

Сжиженный газ. Сжиженные углеводородные газы СУГ = Liquefied petroleum gas (LPG) и ШФЛУ == WSLH (wide spread of light hydrocarbons) = NGL (Natural gas liquids)

Сжиженные углеводородные газы (СУГ) Liquefied petroleum gas (LPG) — смесь сжиженных под давлением лёгких углеводородов с температурой кипенияот −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 = WSLH (wide spread of light hydrocarbons) = NGL (Natural gas liquids). ШФЛУ относится к сжиженным углеводородным газам и представляет собой легкокипящую и легковоспламеняющуюся жидкость, пожаро- и взрывоопасную, 4-го класса токсичности .

Таблица 1. Технические требования к ШФЛУ - это сырье для производства СУГ

Показатели Марка А Марка Б Марка В
Углеводородный состав, % масс. С1 - С2, не более 3 5 не регламентируется
С3, не менее 15 не регламентируется не регламентируется
С4 - С5, не менее 45 40 35
с6 и выше, не более 11 25 30
Плотность при 20оС, кг/м3 515 - 525 525 - 535 535 и выше
Содержание сернистых соединений в пересчете на серу, % масс., не более 0,025 0,05 0,05
в том числе сероводорода, % масс., не более 0,003 0,003 0,003
Содержание взвешенной воды  Отсутствие
Содержание щелочи  Отсутствие
Внешний вид   Бесцветная прозрачная жидкость.

Пары ШФЛУ образуют с воздухом взрывоопасные смеси с пределами взрываемости 1,3 - 9,5 % об. при 98 066 Па (1 ата.) 15 - 20оС.

Таблица 2. Температуры самовоспламенения компонентов ШФЛУ, оС

Пропан (С3Н8) Изо-бутан (С4Н10) Н-бутан (С4Н10) Изо-пентан (С5Н12) Н-пентан (С5Н12)
466 462 405 427 287

Предельно допустимая концентрация паров ШФЛУ в воздухе рабочей зоны составляет не более 300 мг/м3. ШФЛУ попадающее на кожу человека вызывает обморожение напоминающее ожог.

Таблица 3. Классификация СУГ в РФ: Пропан технический, Пропан автомобильный, Пропан-бутан автомобильный, Пропан-бутан технический, Бутан технический:

В зависимости от компонентного состава СУГ подразделяются на следующие марки:

Марка Наименование Код ОКПО

(общероссийский классификатор предприятий и организаций)

ПТ Пропан технический 02 7236 0101
ПА Пропан автомобильный 02 7239 0501
ПБА Пропан-бутан автомобильный 02 7239 0502
ПБТ Пропан-бутан технический 02 7236 0103
БТ Бутан технический 02 7236 0103

Таблица 4. Свойства Параметры торговых марок: Пропан технический, Пропан автомобильный, Пропан-бутан автомобильный, Пропан-бутан технический, Бутан технический

Наименование показателя Пропан технический Пропан автомобильный Пропан-бутан автомобильный Пропан-бутан технический Бутан технический
1. Массовая доля компонентов
Сумма метана, этана и этилена Не нормируется
Сумма пропана и пропилена не менее 75 % масс. Не нормируется
в том числе пропана не нормируется не менее 85±10 % масс. не менее 50±10 % масс. не нормируется не нормируется
Сумма бутанов и бутиленов не нормируется не нормируется не нормируется не более 60 % масс. не менее 60 % масс.
Сумма непредельных углеводородов не нормируется не более 6 % масс. не более 6 % масс. не нормируется не нормируется
2. Доля жидкого остатка при 20оС не более 0,7 % об. не более 0,7 % об. не более 1,6 % об. не более 1,6 % об. не более 1,8 % об.
3. Давление насыщенных паров не менее 0,16 МПа

(при минус 20оС)

не менее 0,07 МПа

(при минус 30оС)

не более 1,6 МПа

(при плюс 45оС)

не нормируется не нормируется
4. Массовая доля сероводорода и меркаптановой серы в том числе сероводорода: не более 0,013 % масс. не более 0,001 % масс. не более 0,001 % масс. не более 0,013 % масс. не более 0,013 % масс.
не более 0,003 % масс.
5. Содержание свободной воды отсутствие
6. Интенсивность запаха, баллы не менее 3

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 пересчете 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 — 20оС. Температура самовоспламенения пропана в воздухе составляет 470оС, нормального бутана — 405оС.

Таблица 4. Физические характеристики: Метан, Этан, Этилен, Пропан, Пропилен, н-Бутан, Изобутан, н-Бутилен, Изобутилен, н-Пентан

Показатель Метан Этан Этилен Пропан Пропилен н-Бутан Изобутан н-Бутилен Изобутилен н-Пентан
Химическая формула СН4 С2Н6 С2Н4 С3Н8 С3Н6 С4Н10 С4Н10 С4Н8 С4Н8 С5Н12
Молекулярная масса, кг/кмоль 16,043 30,068 28,054 44,097 42,081 58,124 58,124 56,108 56,104 72,146
Молекулярный объем, м3/кмоль 22,38 22,174 22,263 21,997 21,974 21,50 21,743 22,442 22,442 20,87
Плотность газовой фазы, кг/м3, при 0оС 0,7168 1,356 1,260 2,0037 1,9149 2,7023 2,685 2,55 2,5022 3,457
Плотность газовой фазы, кг/м3, при 20о 0,668 1,263 1,174 1,872 1,784 2,519 2,486 2,329 2,329 3,221
Плотность жидкой фазы, кг/м3, при 0о 416 546 566 528 609 601 582 646 646 6455
Температура кипения, при 101,3 кПа минус 161 минус 88,6 минус 104 минус 42,1 минус 47,7 минус 0,5 минус 11,73 минус 6,9 3,72 36,07
Низшая теплота сгорания, МДж/м3 35,76 63,65 59,53 91,14 86,49 118,53 118,23 113,83 113,83 146,18
Высшая теплота сгорания, МДж/м3 40,16 69,69 63,04 99,17 91,95 128,5 128,28 121,4 121,4 158
Температура воспламенения, оС 545-800 530-694 510-543 504-588 455-550 430-569 490-570 440-500 400-440 284-510
Октановое число 110 125 100 125 115 91,20 99,35 80,30 87,50 64,45
Теоретически необходимое количество воздуха

для горения, м3/м3

3,52 16,66 14,28 23,8 22,42 30,94 30,94 28,56 28,56 38,08

Таблица 5. Критические параметры  (температура и давление) газов: Метан, Этан, Этилен, Пропан, Пропилен, н-Бутан, Изобутан, н-Бутилен, Изобутилен, н-Пентан

Газы могут быть превращены в жидкое состояние при сжатии, если температура при этом не превышает определенного значения, характерного для каждого однородного газа. Температура при 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.

Показатель Метан Этан Этилен Пропан Пропилен н-Бутан Изобутан н-Бутилен Изобутилен н-Пентан
Критическая температура, оС минус 82,5 32,3 9,9 96,84 91,94 152,01 134,98 144,4 155 196,6
Критическое давление, МПа 4,58 4,82 5,033 4,21 4,54 3,747 3,6 3,945 4,10 3,331

Таблица 6. Упругость насыщенных паров МПа, Метан, Этан, Этилен, Пропан, Пропилен, н-Бутан, Изобутан, н-Бутилен, Изобутилен, н-Пентан

Упругостью насыщенных паров сжиженных газов называется давление, при котором жидкость находится в равновесном состоянии со своей газовой фазой. При такой двухфазной системе не происходит ни конденсации паров ни испарения жидкости. Каждому компоненту СУГ при определенной температуре соответствует определенная упругость паров, возрастающая с ростом температуры.

Температура, оС Этан Пропан Изобутан н-Бутан н-Пентан Этилен Пропилен н-Бутилен Изобутилен
минус 50 0,553 0,07 1,047 0,100 0,070 0,073
минус 45 0,655 0,088 1,228 0,123 0,086 0,089
минус 40 0,771 0,109 1,432 0,150 0,105 0,108
минус 35 0,902 0,134 1,660 0,181 0,127 0,130
минус 30 1,050 0,164 1,912 0,216 0,152 0,155
минус 25 1,215 0,197 2,192 0,259 0,182 0,184
минус 20 1,400 0,236 2,498 0,308 0,215 0,217
минус 15 1,604 0,285 0,088 0,056 2,833 0,362 0,252 0,255
минус 10 1,831 0,338 0,107 0,0680 3,199 0,423 0,295 0,297
минус 5 2,081 0,399 0,128 0,084 3,596 0,497 0,343 0,345
0 2,355 0,466 0,153 0,102 0,024 4,025 0,575 0,396 0,399
плюс 5 2,555 0,543 0,182 0,123 0,030 4,488 0,665 0,456 0,458
плюс 10 2,982 0,629 0,215 0,146 0,037 5,000 0,764 0,522 0,524
плюс 15 3,336 0,725 0,252 0,174 0,046 0,874 0,594 0,598
плюс 20 3,721 0,833 0,294 0,205 0,058 1,020 0,688 0,613
плюс 25 4,137 0,951 0,341 0,240 0,067 1,132 0,694 0,678
плюс 30 4,460 1,080 0,394 0,280 0,081 1,280 0,856 0,864
плюс 35 4,889 1,226 0,452 0,324 0,096 1,444 0,960 0,969
плюс 40 1,382 0,513 0,374 0,114 1,623 1,072 1,084
плюс 45 1,552 0,590 0,429 0,134 1,817 1,193 1,206
плюс 50 1,740 0,670 0,490 0,157 2,028 1,323 1,344
плюс 55 1,943 0,759 0,557 0,183 2,257 1,464 1,489
плюс 60 2,162 0,853 0,631 0,212 2,505 1,588 1,645

Таблица 6. Зависимость плотности от температуры: Пропан, Изобутан, н-Бутан

Температура,оС Пропан Изобутан н-Бутан Удельный объём Плотность Удельный объём Плотность Удельный объём Плотность Жидкость, л/кг Пар, м3/кг Жидкость, кг/л Пар, кг/м3 Жидкость, л/кг Пар, м3/кг Жидкость, кг/л Пар, кг/м3 Жидкость, л/кг Пар, м3/кг Жидкость, кг/л Пар, кг/м3
минус 60 1,650 0,901 0,606 1,11
минус 55 1,672 0,735 0,598 1,36
минус 50 1,686 0,552 0,593 1,810
минус 45 1,704 0,483 0,587 2,07
минус 40 1,721 0,383 0,581 2,610
минус 35 1,739 0,308 0,575 3,250
минус 30 1,770 0,258 0,565 3,870 1,616 0,671 0,619 1,490
минус 25 1,789 0,216 0,559 4,620 1,639 0,606 0,610 1,650
минус 20 1,808 0,1825 0,553 5,480 1,650 0,510 0,606 1,960
минус 15 1,825 0,156 0,548 6,400 1,667 0,400 0,600 2,500 1,626 0,624 0,615 1,602
минус 10 1,845 0,132 0,542 7,570 1,684 0,329 0,594 3,040 1,635 0,514 0,612 1,947
минус 5 1,869 0,110 0,535 9,050 1,701 0,279 0,588 3,590 1,653 0,476 0,605 2,100
0 1,894 0,097 0,528 10,340 1,718 0,232 0,582 4,310 1,664 0,355 0,601 2,820
плюс 5 1,919 0,084 0,521 11,900 1,742 0,197 0,574 5,070 1,678 0,299 0,596 3,350
плюс 10 1,946 0,074 0,514 13,600 1,756 0,169 0,5694 5,920 1,694 0,254 0,5902 3,94
плюс 15 1,972 0,064 0,507 15,51 1,770 0,144 0,565 6,950 1,715 0,215 0,583 4,650
плюс 20 2,004 0,056 0,499 17,740 1,794 0,126 0,5573 7,940 1,727 0,186 0,5709 5,390
плюс 25 2,041 0,0496 0,490 20,150 1,815 0,109 0,5511 9,210 1,745 0,162 0,5732 6,180
плюс 30 2,070 0,0439 0,483 22,800 1,836 0,087 0,5448 11,50 1,763 0,139 0,5673 7,190
плюс 35 2,110 0,0395 0,474 25,30 1,852 0,077 0,540 13,00 1,779 0,122 0,562 8,170
плюс 40 2,155 0,035 0,464 28,60 1,873 0,068 0,534 14,700 1,801 0,107 0,5552 9,334
плюс 45 2,217 0,029 0,451 34,50 1,898 0,060 0,527 16,800 1,821 0,0946 0,549 10,571
плюс 50 2,242 0,027 0,446 36,800 1,9298 0,053 0,5182 18,940 1,843 0,0826 0,5426 12,10
плюс 55 2,288 0,0249 0,437 40,220 1,949 0,049 0,513 20,560 1,866 0,0808 0,536 12,380
плюс 60 2,304 0,0224 0,434 44,60 1,980 0,041 0,505 24,200 1,880 0,0643 0,532 15,400

Наиболее распространенным является использование СУГ в качестве топлива в двигателях внутреннего сгорания. Обычно для этого используется смесь пропан-бутан. В некоторых странах СУГ использовались с 1940 года как альтернативное топливо для двигателей с искровым зажиганием. СУГ являются третьим наиболее широко используемым моторным топливом в мире. В 2008 более 13 миллионов автомобилей по всему миру работали на пропане. Более 20 млн тонн СУГ используются ежегодно в качестве моторного топлива.

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.

Таблица 7. Использование СУГ  для производства продуктов 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.

Продукты прямого превращения

углеводородных газов

Производное вещество Конечный продукт первичное вторичное Этилен Пропилен Номальные бутены Изобутилен Бутадиен Бензол Толуол
Полиэтилен Полиэтиленовые пластмассы
Окись этилена Поверхностно-активные вещества
Этиленгликоль Полиэфирное волокно, антифриз и смолы
Этаноламины Промышленные растворители, моющие вещества, мыло
Хлорвинил Хлорполивинил Пластиковые трубы, пленки
Этанол Этиловый эфир, уксусная кислота Растворители, химические преобразователи
Ацетальдегид Уксусный ангидрид Ацетатная целлюлоза, аспирин
Нормальный бутан
Винилцетат Поливиниловый спирт Пластификаторы
Поливинилацетат Пластиковые пленки
Этилбензол Стирол Полистироловые пластмассы
Акриловая кислота Волокна, пластмассы
Пропиональдегид Пропанол Гербициды
Пропионовая кислота Консервирующие средства для зерна
Акрилонитрил Адипонитрил Волокна (нейлон-66)
Полипропилен Пластичные пленки, волокна
Окись пропилена Пропиленкарбонат Полиуретановые пены
Полипропиленгликоль Специальные растворители
Аллиловый спирт Полиэфирные смолы
Изопропанол Изопропилацетат Растворители типографических красок
Ацетон Растворитель
Изопропилбензол Фенол Фенольные смолы
Акролеин Акрилаты Латексные покрытия
Аллилхлориды Глицероль Смазочные вещества
Нормальные и изомолярные альдегиды Нормальный бутанол Растворитель
Изобутанол Амидные смолы
Изопропилбензол
Полибутены Смолы
Вторичный бутиловый спирт Метилэтиловый кетон Промышленные растворители, покрытия, связывающие вещества
Депарафинизирующие добавки к нефти
Изобутиленметиловый бутадиеновый сополимер
Бутиловая смола Пластмассовые трубы, герметики
Третичный бутиловый спирт Растворители, смолы
Метилбутиловый третичный эфир Повыситель октанового числа бензина
Метакролеин Метилметакрилат Чистые пластиковые листы
Стирилбутадиеновые полимеры Буна-каучуковая синтетическая резина
Адипонитрил Гексаметилендиамин Нейлон
Сульфолен Сульфолан Очиститель промышленного газа
Хлоропрен Синтетическая резина
Этилбензол Стирол Полистироловые пластмассы
Изопропилбензол Фенол Фенольные смолы
Нитробензол Анилин Красители, резина, фотохимикаты
Линейный алкилбензол Разлагающиеся под действием бактерий моющие вещества
Малеиновый ангидрид Модификаторы пластмасс
Циклогексан Капролактам Нейлон-6
Адипиновая кислота Нейлон-66
Бензол Этилбензол, стирол Полистироловые пластмассы
Изопропилбензол, фенол Фенольные смолы
Нитробензол, хлорбензол, анилин, фенол Красители, резина, фотохимикаты

Кроме перечисленного СУГ используют в качестве аэрозольного энергоносителя. Аэрозолем является смесь активного компонента (духов, воды, эмульгатора) с пропиленом. 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.

tehtab.ru

Сравнение сжиженного углеводородного газа СУГ и сжиженного природного газа СПГ

Главная / Интересные факты /

Система теплоснабжения обеспечивает жилые, административные, производственные здания и помещения горячей водой, газом, теплом и электричеством. В составе такой системы задействован комплекс газоиспользующего оборудования, для работы которого необходим достаточный объем топлива.

На данный момент в качестве хранимого топлива для систем автономного газоснабжения, не связанных с магистральной линией подачи газа, широко распространены сжиженный углеводородный газ (СУГ) и сжиженный природный газ (СПГ). В маркировке на английском языке LPG (liquefied petroleum gas) и LNG (liquefied natural gas) соответственно.

СПГ - это смесь газов, образовавшихся в глубоких слоях Земли при анаэробном разложении органических соединений. Добыча производится из пластов и из нефтяных месторождений, где газ может быть побочным продуктом нефти. В некоторых случаях могут попадаться газогидраты - кристаллическая форма природного газа.

СУГ - это тоже смесь газов, но полученная из попутного нефтяного газа или из конденсатной фракции природного газа за счет разделения с помощью абсорбционно-газофракционирующей установки.

СУГ и СПГ могут быть взаимозаменяемыми. Сжиженный углеводородный газ может выступать как основным видом топлива, так и резервным в системе газоснабжения на сжиженном природном газе.

Оба газа схожи между собой по нескольким параметрам:

  • сфера применения: тепло- и газоснабжение;
  • способность к испарению: хранение и транспортировка газа производится в жидкой фазе, которая при соблюдении определенной температуры преобразуется в газообразное состояние;
  • экологичность: при сжигании не происходит выброса соединений серы в атмосферу, отсутствует сажа и зола;
  • малая токсичность.

В чистом виде оба газа не имеют ярко выраженного запаха, поэтому для своевременного обнаружения вещества в воздухе в газ примешиваются одоранты - этантиол, смесь природных меркаптанов и др.

Отличия сжиженных газов СУГ и СПГ

Имея схожую структуру, параметры и физико-химические свойства, оба газа отличаются между собой, что дает возможность подобрать оптимальное топливо для технологической линии систем газоснабжения объекта.

Показатель Сжиженный углеводородный газСУГ Сжиженный природный газСПГ
Состав Основные вещества: пропан и бутан, содержание не менее 95%Дополнительные вещества: пентан, метан, этан, этилен, пропилен, бутилен Основное вещество: метан, содержание 85-95%Дополнительные вещества: этан, пропан, бутан, азот, сероводород, меркаптановая сера
Способ хранения надземные или подземные газгольдеры криоцистерны, в которых поддерживается пониженная температура
Для выработки 1 Гкал необходимо сжечь нормального топлива 99,84 кг* 104,48 кг*
Критическая температура, свыше которой невозможно сжижение газа 96,84°C (пропан) -82,5°C (метан)
Плотность газовой фазы при 0°C 0,7168 кг/м3 2,0037 кг/м3
Плотность жидкой фазы при 0°C 416 кг/м3 528 кг/м3
Удельная теплота сгорания 45,58 МДж/кг 43,56 МДж/кг
Концентрация газа, необходимая для воспламенения концентрация паров пропана от 2,3 до 9,5 %, нормального бутана от 1,8 до 9,1 % (объемных) от 4,4 % до 17 % (объемных)
* Значение приведено условно, т.к. точность расчета напрямую зависит от состава применяемого на объекте газа

Исходя из данных в таблице выше, ключевым и наиболее важным различием является температура хранения. СУГ хранится в газгольдерах под давлением при температуре, близкой к температуре окружающей среды. Недостаточное испарение жидкой фазы может наблюдаться в районе Крайнего Севера, где температура воздуха может быть ниже -60°С. Для улучшения процесса регазификации в таких регионах устанавливают испарительные установки жидкостного или электрического типа.

Условия хранения СПГ же кардинально отличаются. Сжиженный природный газ допускается хранить только в изотермических резервуарах с полной герметизацией (криоцистернах), изготовленных из материалов, стойких к температурам хранения продукта. Внутри емкости постоянно должна поддерживаться низкая температура около -163°С.

zavod-gs.ru


Смотрите также