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 |
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 |
Пропилен |
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 |
|
|
Номальные бутены |
Полибутены |
|
Смолы |
Вторичный бутиловый спирт |
Метилэтиловый кетон |
Промышленные растворители, покрытия, связывающие вещества |
|
|
Депарафинизирующие добавки к нефти |
Изобутилен |
|
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 |
Бутадиен |
|
Стирилбутадиеновые полимеры |
Буна-каучуковая синтетическая резина |
Адипонитрил |
Гексаметилендиамин |
Нейлон |
Сульфолен |
Сульфолан |
Очиститель промышленного газа |
Хлоропрен |
|
Синтетическая резина |
Бензол |
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 |
Толуол |
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.
|