Сжиженные углеводородные газы (СУГ) находят применение в качестве сырья для промышленности, а также как топливо для коммунально-бытовой сферы, автомобильного транспорта, производственных объектов. Международное название сжиженного углеводородного газа — LPG (liquefied petroleum gas — сжиженный нефтяной газ).
Газификация СССР после Великой Отечественной войны начиналась с замены нещадно коптивших на кухнях примусов и керогазов на газовые плиты. Топливом для них служил «баллонный» газ. Вплоть до 60-х годов прошлого века большая часть страны использовала в быту сжиженный углеводородный газ. Именно в это время началась газификация природным газом, которая до конца не завершена до сей поры. И в настоящее время перевод населенных пунктов со сжиженного на природный газ является приоритетным направлением социально-экономического развития нашей страны.
Состав сжиженных углеводородных газов
Основными компонентами СУГ являются пропан и бутан, относящиеся к предельным углеводородам, алаканам. Химическая формула пропана — С3Н8, его молекула состоит из трех атомов углерода и восьми атомов водорода (рис. 1, а). Бутан имеет химическую формулу С4Н10 (рис. 1, б).
Технический пропан является главной составляющей СУГ. Интересный факт: на сегодняшний день пропан находит широкое применение в холодильной технике в качестве хладагента. Вследствие ужесточения экологических норм в мире происходит постепенный отказ от фреона как вещества, разрушающего озон. На смену приходят пропан и пентан.
В незначительных количествах в СУГ содержатся непредельные углеводороды: пропилен С3Н6, бутилен С4Н8 и бутадиен С4Н6. Это вещества с открытой цепью, у которых в молекулах между атомами углерода имеются двойные (алкены) и тройные (алкины) связи. Общее содержание непредельных углеводородов в СУГ — около 1 %.
В СУГ содержится немного метана, этана и пентана. Легкие углеводороды, метан и этан, не сжижаются при температуре, при которой используется СУГ. В небольших количествах они полезны, так как улучшают испарение сжиженного газа. Вместе с тем значительное содержание приводит к повышению давления в сосуде, в котором хранится и транспортируется СУГ, выше допустимого. Как следствие — разрушение баллона или даже резервуара. Пентан при температуре использования СУГ практически не испаряется и находится в жидком осадке.
Марки СУГ
Марки применяемых сжиженных углеводородных газов устанавливаются ГОСТ Р 52087 «Газы углеводородные сжиженные топливные. Технические условия». Коммунально-бытовые потребители используют следующие марки СУГ:
- пропан технический ПТ, который содержит не менее 75 % пропана;
- пропан-бутан технический ПБТ с содержанием не более 60 % бутана;
- бутан технический БТ, который содержит не менее 60 % бутана.
Области применение различных марок СУГ зависят от физико-химических свойств компонентов, прежде всего температуры кипения. Чем больше содержание пропана, тем при более низких температурах можно использовать газовое топливо.
В России действует ГОСТ 20448 «Газы углеводородные сжиженные топливные для коммунально-бытового потребления. Технические условия».
Способы получения СУГ
Сырьем для производства СУГ служат попутные нефтяные газы, газы газоконденсатных месторождений и газы, образующиеся при переработке нефти. Соответственно, есть три основных технологии получения СУГ:
- из природных газов газоконденсатных месторождений, содержащих кроме метана некоторое количество более тяжелых углеводородов. В этом случае из добытого газа при переработке выделяют пропан и бутан;
- при перегонке нефти на нефтехимических производствах. Пропан и бутан входят в состав получаемой газовой смеси, а основными полезными компонентами являются бензин, керосин, дизельное топливо, мазут и другие
- из попутных нефтяных газов, которые представляют собой смесь легких (метан, этан) и тяжелых углеводородов (пропан, бутан, пентан), а также азота и углекислого газа. При производстве происходит разделение смеси на три фракции, одной из которых является СУГ — смесь пропана и бутана. Утилизация попутных нефтяных газов является проблемой, стоящей перед нефтяниками. Они добывают нефть, и их мало интересует газ, который вообще-то является ценным сырьем. По этой причине распространена практика сжигания попутного газа (рис. 3). В одной тонне нефти его может содержаться до нескольких тысяч кубометров. Сжечь такой газ на факеле — непозволительная роскошь. Также при горении выделяются большие объемы парниковых газов и вредных веществ. На решение проблемы утилизации попутных нефтяных газов направлены усилия нефтяников и государства.
Двухфазное состояние СУГ
Для хранения и транспортировки сжиженных углеводородных газов используют сосуды, работающие под давлением, — резервуары, цистерны, баллоны. СУГ находятся в двухфазном состоянии, они имеют жидкую и паровую фазы. Из жидкой фазы в паровую смесь пропана и бутана переходит при испарении, а из пара в жидкость — при конденсации. При температуре использования СУГ в нижней части сосуда находится кипящая жидкость, сверху — насыщенные пары. Сжиженные газы постоянно изменяют свое агрегатное состояние: часть испаряется и становится газом, а часть конденсируется, переходя в жидкость. Преимущества жидкого состояния СУГ проявляются при хранении и транспортировке, а газообразного — при сжигании.
При атмосферном давлении пропан кипит при температуре минус 42 °С, бутан — при минус 0,5 °С. По этой причине использование СУГ с большим содержанием бутана в зимнее время затруднено, для его испарения необходима положительная температура. Это возможно при нахождении баллонов с газом в отапливаемом помещении. Если СУГ находится в резервуарах на открытом воздухе, применяют специальные испарительные установки.
Требования безопасности к транспортировке и хранению СУГ во многом определяются физико-химическими свойствами жидкой фазы СУГ. О них мы рассказываем здесь.