Что такое бутан в химии. Зачем смешивают пропан и бутан – свойства сжиженных углеводородных газов

Физико-химические свойства пропан-бутановой смеси. Пропан. Бутан. Пропан-бутан vs бензин.

Физико-химические свойства пропан-бутановой смеси. Пропан. Бутан. Пропан-бутан vs бензин.

Углеводороды, входящие в состав попутного нефтяного газа, при нормальных условиях находятся в газообразном состоянии, но при увеличении внешнего давления меняют свое агрегатное состояние и превращаются в жидкость. Это свойство позволяет добиться высокой энергетической плотности и хранить сжиженный углеводородный газ (СУГ) в сравнительно простых по конструкции резервуарах. В отличие от попутного нефтяного газа, углеводороды, входящие в состав природного газа, при нормальных условиях находятся в газообразном состоянии и не меняют своего агрегатного состояния даже при значительном изменении давления. Поэтому хранение сжатого (компримированного) природного газа (КПГ) сопряжено со значительными сложностями — так, резервуар должен выдерживать значительное давление до 200 атмосфер.

Интенсивно продвигаются технологии получения и использования сжиженного природного газа (СПГ), который можно хранить в специальных изотермических сосудах при температуре ниже -160°С и давлении около 40 бар. Во многом преимущества высокой энергетической плотности СПГ теряются из-за сложности криогенного оборудования, значительно более дорогого и требующего постоянного контроля высококвалифицированного персонала.

Производство СУГ
Основными компонентами сжиженного углеводородного газа являются пропан С₃Н₈ и бутан С₄Н₁₀. Главным образом промышленное производство сжиженного газа осуществляется из следующих источников:

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

Таблица 1. Физико-химические показатели сжиженного углеводородного газа (ПА и ПБА) по ГОСТ 27578-87

Компонентный состав сжиженного газа регламентируется техническими нормами ГОСТ 27578-87 «Газы углеводородные сжиженные для автомобильного транспорта. Технические условия» и ГОСТ 20448-90 «Газы углеводородные сжиженные топливные для коммунально-бытового потребления. Технические условия». Первый стандарт описывает состав сжиженного газа, используемом в автомобильном транспорте. На сайте компании Техносоюз покрасочные камеры представлены в широком ассортименте, а так же различное оборудование для автосервиса. Зимой предписывается применять сжиженный газ марки ПА (пропан автомобильный), содержащий 85±10% пропана, летом— ПБА (пропан-бутан автомобильный), содержащий 50±10% пропана, бутан и не более 6% непредельных углеводородов. ГОСТ 20448-90 имеет более широкие допуски на содержание компонентов, в том числе вредных с точки зрения воздейст­вия на газовую аппаратуру (например, серу и ее соединения, непредельные углеводороды и т.д.). По этим техническим условиям газовое топливо поступает двух марок: смесь пропан-бутановая зимняя (СПБТЗ) и смесь пропан-бутановая летняя (СПБТЛ).

Марка газа ПБА допускается к применению во всех климатических районах при температуре окружающего воздуха не ниже -20°С. Марка ПА используется в зимний период в тех климатических районах, где температура воздуха опускается ниже -20°С (рекомендуемый интервал — -25. -20°С). В весенний период времени для полной выработки запасов сжиженного газа марки ПА допускается его применение при температуре до 10°С.

Давление в баллоне
В закрытом резервуаре СУГ образует двухфазную систему. Давление в баллоне зависит от давления насыщенных паров (давления паров в замкнутом объеме в присутствии жидкой фазы) и характеризует испаряемость сжиженного газа, которая, в свою очередь, зависит от температуры жидкой фазы и процентного соотношения пропана и бутана в ней. Испаряемость пропана выше, чем бутана, поэтому и давление при отрицательных температурах у него выше.

Опыт многолетней практической эксплуатации показывает:

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

Кроме пропана и бутана, в состав СУГ входит незначительное количество метана, этана и других углеводородов, которые могут изменять свойства смеси. Так, этан обладает повышенным, по сравнению с пропаном, давлением насыщенных паров, что может оказать отрицательное влияние при положительных температурах.

Изменение объема жидкой фазы при нагревании
Пропан-бутановая смесь обладает большим коэффициентом объемного расширения жидкой фазы, который для пропана составляет 0,003, а для бутана — 0,002 на 1°С повышения температуры газа. Для сравнения: коэффициент объемного расширения пропана в 15 раз, а бутана — в 10 раз, больше, чем у воды. Техническими нормативами и регламентами устанавливается, что cтепень заполнения резервуаров и баллонов зависит от марки газа и разности его температур во время заполнения и при последующем хранении. Для резервуаров, разность температур которых не превышает 40° С, степень заполнения принимается равной 85%, при большей разности температур степень заполнения должна снижаться. Баллоны заполняются по массе в соответствии с указаниями «Правил устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением». Максимальная допустимая температура нагрева баллона не должна превышать 45°С, при этом упругость паров бутана достигает 0,385 МПа, а пропана — 1,4–1,5 МПа. Баллоны должны предохраняться от нагрева солнечными лучами или другими источниками тепла.

Изменение объема газа при испарении
При испарении 1 л сжиженного газа образуется около 250 л газообразного. Таким образом, даже незначительная утечка СУГ может быть очень опасной, так как объем газа при испарении увеличивается в 250 раз. Плотность газовой фазы в 1,5–2,0?раза больше плотности воздуха. Этим объясняется тот факт, что при утечках газ с трудом рассеивается в воздухе, особенно в закрытом помещении. Пары его могут накапливаться в естественных и искусственных углублениях, образуя взрывоопасную смесь.

Таблица 2. Физико-химические свойства составляющих сжиженного газа пропана, бутана и бензина.

Зачем смешивают пропан и бутан – свойства сжиженных углеводородных газов

Основным компонентом автономной системы газоснабжения является пропан-бутановая смесь. При этом многие не понимают, зачем смешивают пропан и бутан, ведь каждый газ может использоваться как самостоятельное топливо. Тем не менее, в некоторых регионах России данные углеводороды нельзя применять в чистом виде для газификации объектов, что связано с их физико-химическими свойствами и климатическим фактором.

Свойства СУГ

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

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

Таблица с некоторыми другими свойствами данных газов

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

Зачем смешивают пропан и бутан в автономной системе газоснабжения

Учитывая физико-химические характеристики насыщенных углеводородов, их применение во многом зависит от климатических условий. Сжиженный бутан в чистом виде не будет работать при отрицательных температурах. Тогда как применение чистого пропана противопоказано в условиях жаркого климата, поскольку высокая температура вызывает чрезмерное повышение давления в газовом резервуаре.

Так как для каждого региона нецелесообразно производить отдельную марку газа, с целью унификации ГОСТом предусмотрена смесь с определенным содержанием двух компонентов в рамках установленных норм. Согласно ГОСТ 20448-90 максимальное содержание бутана в данной смеси не должно превышать 60%, при этом для северных регионов и в зимнее время года доля пропана должно быть не меньше 75%.

Процентное соотношение газов в разное время года

Кстати, больше статей нашего блога о газификации — в этом разделе.

Технологический фактор

Помимо климатического фактора, существует технологическое обоснование того, зачем смешивают пропан и бутан. На нефтеперерабатывающих предприятиях в процессе переработки попутных газов пропан и бутан производятся в разных количествах. Поэтому для оптимизации сырьевой политики данные углеводороды смешивают между собой в определенной пропорции. При этом, независимо от технологии изготовления сжиженного углеводородного газа, процентное содержание двух составляющих должно находиться в рамках, установленных ГОСТом.

Ценовая политика при заправке СУГ

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

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

Будьте осторожны! Дешевая смесь может затем обойтись гораздо дороже.

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

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

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

Химические и физические свойства СУГ

Сжиженный углеводородный газ (пропан-бутановая смесь) является одним из самых распространенных альтернативных видов топлива, применяемых для газоснабжения котельных, домов, административных зданий и промышленных предприятий.

Преимущества использования СУГ в сравнении с природным газом или дизельным топливом заключаются в следующих факторах:

• сжигание происходит с меньшим выбросом вредных веществ, таких как окислы серы, окись углерода и т.д.;
• автономность системы газоснабжения;
• стоимость отопления СУГ ниже, чем отопление дизельным топливом;
• высокий КПД котельного оборудования.

Химический состав СУГ

Есть два основных пути получения СУГ: из попутного нефтяного газа или из конденсатной фракции природного газа. Процесс получения выполняется с помощью абсорбционно-газофракционирующей установки, которая разделяет газ на составляющие:

• легкие углеводороды пропан (С3Н8) и бутан (С4Н10), которые являются основой СУГ;
• углеводороды пентан (C5H12), метан (CH4) и этан (C2H6);
• непредельные углеводороды этилен (C2H4), пропилен (C3H6) и бутилен (C4H8).

Содержание в составе СУГ пропана и бутана составляет не менее 95%, количество непредельных углеводородов — примерно 1%. Также в составе допускается наличие изомерных соединений — изобутана и изобутилена.

Полученная пропан-бутановая смесь не имеет запаха, поэтому по правилам техники безопасности осуществляется принудительная ароматизация. Характерный неприятный запах придается посредством этантиола, который начинает ощущаться при 1/5 взрывоопасной концентрации СУГ в воздухе.

Физические свойства СУГ

Технология разделения основывается на разной упругости насыщенных паров и на различии давлений отдельных компонентов. Именно за счет требуемой упругости газа и давления насыщенных паров появляется возможность использовать СУГ в качестве источника для отопления, при котором газ начнет поступать из резервуара в газопровод.

Для достижения необходимых условий необходимо установить оптимальное соотношение жидкой и паровой фаз. Способность поддерживать одновременно жидкое и газообразное состояние является ключевой особенностью сжиженного углеводородного газа.

В процессе хранения или перевозки часть среды имеет свойство переходить в паровую фазу, в то время как оставшаяся часть будет оставаться в виде жидкости. Разница в объеме между двумя фазами огромна. Для сравнения, 1 м 3 газообразной смеси равны 4 л сжиженного газа, что означает уменьшение объема практически в 250 раз. Так как при повышении температуры газ начинает расширяться, при хранении СУГ следует учитывать нормативные требования — газгольдер (специальный резервуар для хранения СУГ) или баллоны допустимо заполнять не более, чем на 85%.

При температуре +20°С переход в жидкую фазу у пропана происходит под давлением 8,5 кгс/см 2 , у бутана под давлением 3,1 кгс/см 2 . При этом пропан не будет переходить в газообразное состояние и останется жидкостью при температуре -43°С, а бутан при температуре 0°С.

Таким образом, спобность СУГ к испарению напрямую зависит от процентного соотношения пропана и бутана, а также от температуры воздуха. Например, при низких температурах окружающего воздуха давление у пропана выше, чем у бутана, а, следовательно, выше его испаряемость.

Летние и зимние смеси СУГ

В предыдущие года уделялось особое внимание соотношению смеси пропана к бутану в зимнее и летнее время:

• зимний вариант топлива предусматривал 70% пропана, 30% бутана;
• летний вариант содержал меньшее количество пропана — 50-60% и большее количество бутана — 50-40%.

Исследованиями было доказано, что при низкой температуре окружающей среды эффективнее использовать смесь с большим содержанием пропана. В то же время, в жаркое время года количество пропана нужно снижать. Летом бутан испаряется гораздо менее интенсивно, что снижает риск возникновения повышенного давления и предотвращает срабатывание клапана сброса.

На данный момент деление на летний и зимний вариант стало менее актуальным. Сейчас состав СУГ рассчитывается с учетом индивидуальных характеристик объекта, что дает поставщикам возможность подбирать содержание пропана и бутана под конкретное оборудование. По желанию Заказчика содержание пропана в смеси можно увеличить вплоть до 100%.

Тем не менее, для максимально эффективной эксплуатации газового оборудования необходимо тщательно подбирать состав сжиженного углеводородного газа. Правильное соотношение компонентов пропан-бутановой смеси обеспечивает достаточное избыточное давление в емкостях, гарантируя бесперебойную подачу горячего водоснабжения как в сильные морозы, так и в жаркие дни.

Источники:

http://tehtab.ru/guide/guidemedias/naturalgas/propanbutan/
http://xn--80affkvlgiu5a.xn--p1ai/zachem-smeshivayut-propan-i-butan-svoy/
http://zavod-gs.ru/interesnye_fakty/letnie_i_zimnie_smesi_sug.html