Свойства сжиженных углеводородных газов. Основные особенности. Охлаждающее действие газов.
Сжиженные углеводородные газы (СУГ) (англ. Liquefiedpetroleumgas (LPG)) — смесь сжиженных под давлением лёгких углеводородов с температурой кипения от − 50 до 0 °C. Предназначены для применения в качестве топлива. Состав может существенно различаться, основные компоненты: пропан, бутан, пропилен, изобутан, изобутилен, н-бутан и бутилен.
Сырьем для получения СУГ являются в основном нефтяные попутные газы, газоконденсатных месторождений и газы, получаемые в процессе переработки нефти. Транспортируется и хранится в баллонах и газгольдерах. Применяется для приготовления пищи, кипячения воды, отопления, используется в зажигалках, в качестве топлива на автотранспорте.
В сосудах (цистернах, резервуарах, баллонах) для хранения и транспортировки СУГ одновременно находится в 2-х фазах: жидкой и парообразной, причем 85% от объема сосуда занимает жидкая фаза, 15% паровая. СУГ хранят, транспортируют в жидком виде под давлением, которое создаётся собственными парами газа. Это свойство делает СУГ удобными источниками снабжения топливом коммунально-бытовых и промышленных потребителей, т.к. сжиженный газ при хранении и транспортировке в виде жидкости занимает в сотни раз меньший объем, чем газ в естественном (газообразном или парообразном) состоянии, а распределяется по газопроводам и используется (сжигается) в газообразном виде.
Среди обычно применяемых топлив сжиженные углеводородные газы (СУГ) единственные в своем роде топлива, которые при определенном давлении и температуре могут транспортироваться и храниться в жидком виде. Однако при нормальном давлении и сравнительно низких температурах эти смеси испаряются и используются как газы. Переход сжиженных углеводородных газов в газообразное или жидкое состояние зависит от трех факторов:
– давления;
– температуры;
– объема.
Среди обычно применяемых топлив сжиженные углеводородные газы единственные в своем роде топлива, которые при определенном давлении и температуре могут транспортироваться и храниться в жидком виде. Однако при нормальном давлении и сравнительно низких температурах эти смеси испаряются и используются как газы. Переход сжиженных углеводородных газов в газообразное или жидкое состояние зависит от трех факторов — давления, температуры и объема.
Основные характеристики СУГ:
Жидкие углеводы, входящие в состав сжиженных газов, характеризуются высоким объемным коэффициентом расширения, значительно превышающим коэффициент расширения бензина, керосина и воды, малой плотностью, значительной упругостью паров, возрастающей вповышением температуры жидкости.
Газообразные углеводороды, входящие в состав сжиженных газов, характеризуются различной плотностью, которая может быть меньше и больше плотности воздуха, медленной диффузией в атмосферу, особенно при отсутствии ветра, невысокой температурой воспламенения, низкими пределами взрываемости в воздухе, возможностью образования конденсата при снижении температуры до точки росы или при повышении давления.
Сжиженные газы пожаро– и взрывоопасны, малотоксичны, имеют специфический характерный запах, по степени воздействия на организм относятся к веществам 4-го класса опасности ГОСТ 12.1.007.
Сжиженные газы образуют с воздухом взрывоопасные смеси при концентрации паров пропана от 2,3 % до 9,5 %, нормального бутана от 1,8 % до 9,1% (по объему), при давлении 0,1 МПа (1 атм.) и температуре 15 ÷ 20ºС. Температура самовоспламенения пропана в воздухе составляет 470ºС, нормального бутана – 405ºС. Предельно допустимая концентрация в воздухе рабочей зоны (в пересчете на углерод) предельных углеводородов (пропан, нормальный бутан) – 300 мг/м3, непредельных углеводородов (пропилен, бутилен) – 100 мг/м3.
Сжиженные газы, попадая на тело человека, вызывают обморожение, напоминающее ожог. Пары сжиженного газа тяжелее воздуха и могут скапливаться в низких непроветриваемых местах.
Для обеспечения безопасности при использовании сжиженного газа, а также правильного обращения с этим продуктом необходимо учитывать основные свойства этого газа и специальные требования.
Технологические параметры сжиженного газа приведены в табл. 5.1:
Таблица 5.1
Технологические параметры сжиженного газа
| Пропан | Бутан | |
| Химическое название | C3H8 | C4H10 |
| Плотность жидкой фазы при 20°C, кг\литр | 0,498 | 0,578 |
| Плотность газа при 15°C кг\м3 | 2,019 | 2,590 |
| Специфический объём газа (воздух = 1) | 1,562 | 2,091 |
| Момент кипения, °C | - 42,1 | - 0,5 |
| Oбъём газа, который испарится из 1 кг жидкой фазы, м3: при температуре 0°C и при давлении 101,325 кРа при температуре 20°C и при давлении 101,325 кРа | 0,496 0,553 | 0,368 0,395 |
| Теплотворная способность/ жидкая фаза, МДж\кг Теплотворная способность/ газ, МДж\м3 | 46,34 97,19 | 47,20 118,23 |
| Октановое число |
Сжиженные углеводородные газы, подаваемые в населенные пункты, должны соответствовать требованиям ГОСТ 20448-90. Для коммунально-бытового потребления и промышленных целей стандартом предусматривается выпуск и реализация СУГ следующих марок:
– ПТ – пропан технический;
– СПБТ – смесь пропана и бутана техническая;
– БТ – бутан технический.
– СПБТЗ (смесь пропана и бутана технических зимняя).
–СПБТЛ (смесь пропана и бутана технических летняя).
Экономичность транспортировки
Для транспортировки сжиженных углеводородных газов СУГ нет необходимости в прокладке широкой сети газопроводов, строительстве опор и электрических сетей. СУГ транспортируют в резервуарах, баллонах и цистернах по железной дороге, по воде танкерами или автотранспортом в жидком состоянии. Поскольку в жидком состоянии газ занимает объем в несколько сот раз меньше своего первоначального объема, в единице объема этого газа сконцентрировано значительное количество тепловой энергии. Например, в 50-литровом баллоне содержится 22 кг СУГ, при испарении которого получается 11 м3 паров пропана-бутана суммарной теплотворностью в 240 000 ккал. Такого баллона достаточно одной семье для приготовления пищи и подогрева воды в течение целого месяца.
При сжижении объем природного газа уменьшается более чем в 600 раз, что эквивалентно сжатию газа до давления 60 МПа. СУГ почти в два раза легче бензина, нетоксичен, химически не активен; удельная теплота сгорания (12000 ккал/кг) на 12 %, а октановое число на 15% выше, чем у бензина.
Потребление
Сжиженный природный газ и сжиженный пропан-бутан используется для тех же целей, что и магистральный природный газ:
– получение электрической и тепловой энергии в установках локальной энергетики;
– газификация населенных пунктов и промышленных объектов;
– применение в качестве моторного топлива;
– использование как сырья для химической промышленности;
Благодаря «двойственной» природе, с одной стороны, сжиженные газы имеют преимущества жидкости при транспорте и хранении (легкая транспортабельность, малый занимаемый объем, возможность применения более тонкостенных сосудов, сравнительно простой арматуры и т. д.), а с другой стороны, находясь в газообразном состоянии, они приобретают преимущества, свойственные газам при их распределении по сетям и сжигании.