Сжиженный углеводородный газ (или СУГ) является продуктом переработки нефти. Да, его не добывают в открытых местах залежей полезных ископаемых, как, например, метан, а производят на нефтеперерабатывающих заводах по специальной технологии из нефтяных фракций.
Более того, финальное состояние вещества – жидкое, что обеспечивается определенными технологическими методиками, рассчитанными на упрощение хранения и перевозки данного типа горючего.
Сжиженный углеводородный газ: состав
Cжиженные газы – это любое газообразное вещество, трансформированное в жидкое состояние. Природные газы также можно сжижать, но углеводородными они от этого не станут, потому что имеют другой химический состав.
Сжиженный углеводородный газ отличается тем, что добывается из нефтяных фракций или непосредственно в местах залежи черного золота.
Основными компонентами в составе добываемых прямо на месторождениях СУГ являются насыщенные ациклические углеводороды алканы, в частности пропан и бутан. СУГ, получаемые на производственных площадках, также содержат ненасыщенные углеводороды с двойной связью между двумя атомами. В небольших долях от объема также представлены пентан-гексановая фракция, пропилен, этан, бутен.
Согласно ГОСТ 20448-2018, допускается минимальное содержание сероводорода и меркаптана.
Как топливо для транспортных средств с двигателями внутреннего сгорания востребованы пропан и бутан.
- Пропан – это алкан, бесцветный газ, результат крекинга нефтяных фракций. Характерный запах веществу придает одорант – субстанция относится к высокому классу пожароопасности. Формула пропана – С3Н8. Газ сложно растворим в водном растворе, однако быстро сжижается при повышении давления.
- Бутан – это алкан, также имеет наименование н-бутан. Выделяется при разложении содержащегося в нефти газового вещества и в небольшом количестве содержится в природном газе. Формула – С4Н10.
Пропан
Пропан привлекателен тем, что его легко перевести из газообразного состояния в жидкое. Чтобы трансформация произошла, достаточно повысить давление в технической зоне до 8,1 – 12,1 бар. Дополнительное термовоздействие не требуется – вещество сжижается уже при температуре +23…+25 градусов.
Такое физическое свойство значительно упрощает хранение и транспортировку оптовых объемов нефтепродукта. Так, резервуар в 50 литров сможет хранить более 20 кг сжиженного газа, при этом масса самой емкости не превышает те же 20 кг.
Реализуемый «чистый» пропан состоит более чем на 92% из, собственно, самого пропана и олефинов (этилен, бутилен). Если пропан используется как горючее для ДВС, строго ограничена доля в его составе метилэтилена и сероводорода.
Другие варианты использования сжиженного пропана – в качестве питания для мобильной техники. Это газовая техника для строительных работ (горелки, плиты). Применяется для постоянной газификации зданий, находящихся в отдаленных населенных пунктах.
Метан
В эксплуатационных характеристиках метан значительно уступает бутану. Он сжижается при высоком давлении в 202,6 – 253,3 бар и не принимает состояние газов при температуре +25…+30 градусов. Поэтому его транспортировка требует либо наличия больших и тяжелых резервуаров для сжиженного вещества, либо емкостей криогенного типа для перемещения метана в жидком, не сжиженном виде.
Обычный резервуар для метана в 50 литров способен вместить менее 9 кг сжиженного газа, при этом сама емкость весит более 53 кг и достаточно дорого стоит. Преимущества пропана здесь очевидны.
Достоинства метана – в экологичности данного типа топлива. Это ключевой компонент чистого природного газа и газов, растворенных в нефти. В промышленности его получают путем коксования угля или каталитического риформинга CO2 и Н.
В список газов, что относятся к СУГ, метан не входит, также по ОКПД 2.
Бутан
Физические свойства бутана позволяют легко сжимать этот газ, при опущении температуры ниже нуля бутан переходит в жидкое состояние даже без повышения давления. Хорошо растворяется в воде, требует дополнительной очистки от серного компонента и меркаптана. Легко воспламеняется, при повышении давления в условиях комнатной температуры повышается и летучесть вещества.
Бутан менее взрывоопасен, чем пропан, поскольку последний не способен выдержать длительное термическое воздействие. Однако бутан более токсичен.
Бутан не устойчив к понижению температуры окружающей среды, поэтому возникают неудобства при его зимней эксплуатации. Чтобы компенсировать неустойчивость обоих газов к различным значениям температуры, пропан и бутан смешивают в соотношениях, подходящих к использованию в конкретной климатической зоне.
Например, если планируется заливать топливо в ДВС в северных регионах, то смесь пропана и бутана должна содержать 70% пропана и 30% бутана.
Физико-химические свойства СУГ
Основные физико-химические свойства сжиженного углеводородного газа:
- Газы обладают высокой теплотворностью, выделяют много энергии при сгорании. Удельная теплота сгорания пропана составляет в среднем 95 МДж/м3, бутана – 125 МДж/м3.
- Оптимальная температура кипения вещества, позволяющая легко и быстро сжижать газы. У пропана показатель равен -42 градусам в условиях стабильного давления, у бутана -0,5 градусов. Если значения опускаются ниже двух этих точек, начинается активное образование конденсата.
- Высокая плотность. У пропана – более 2000 кг/м3, у бутана – 2700 кг/м3. Для сравнения – плотность бензина составляет от 740 до 780 кг/м3 в зависимости от марки топлива.
- Давление насыщенных паров сжиженных углеводородных газов согласно ГОСТ Р 52087-2018 составляет не более 1,6 МПа при температуре +45 градусов и не более 0,07 Мпа для пропан-бутана при температуре в -20 градусов (0,16 Мпа для пропана).
- Согласно тому же документу, доля сероводорода и меркаптана в веществах не должна превышать 0,013% от общего объема в технических смесях газов и 0,01% в автомобильных. Методы определения содержания компонентов регулирует Межгосударственный стандарт на углеводородные сжиженные газы ГОСТ 22985-2017.
Разница в химической формуле обуславливает различное «поведение» газов в условиях повышения давления и понижения/повышения температуры.
Сжиженный углеводородный газ: применение
Виды СУГ по назначению: технические (ПТ, ПБТ, БТ) и автомобильные (ПА, ПБА).
Где используется сжиженный углеводородный газ помимо автозаправочных станций?
В первую очередь – как вещество для отопления жилых и коммерческих помещений. Газ является компонентом, без которого не будут работать и излучатели инфракрасного спектра.
СУГ применяется как базисное горючее в методах газовой сварки в металлообработке и строительстве. В других отраслях промышленности, например, пищевой, газом заправляют технику, перемещающуюся по складам.
На нефтеперерабатывающих заводах объемы вещества, оставшиеся после выделения топлива для ДВС, идут на дальнейшую переработку – например, из СУГ выделяют пропилен и дивинил, из которых изготавливают каучуки и пластмассу.
Эксплуатация объектов, использующих сжиженные углеводородные газы подлежит лицензированию.
СУГ для автомобилей
Реализация СУГ осуществляется крупнооптово (только у компании Газпром в ведении находится 8 производственных площадок, готовых отгружать сжиженный газ), а также в розницу на АГЗС. Заправляться смесью пропана и бутана можно при температуре не ниже -20 градусов.
Чтобы начать заправляться сжиженным углеводородным газом, необходимо оснастить транспортное средство ГБО – газобаллонным оборудованием. Преимущества модификации – экономичность за счет низкой стоимости розничного СУГ.
Основные характеристики СУГ как автомобильного горючего:
- Полнота сгорания вещества.
- Высокая стойкость к самодетонации – у пропана-бутана октановое число равно 100.
- Преимуществами являются медленное образование углеродистых отложений и чистый выхлоп.
- Не образуется конденсат во время рабочего цикла, а значит, сохраняется масляное уплотнение цилиндро-поршневой группы.
В климатической зоне, характеризующейся суровой зимой, в течение периода с октября по апрель допускается использование чистого ПА (пропана автомобильного) как постоянного горючего для ТС.