Пропан – газ из группы алканов (общая формула ряда – C n H 2n+2), обладающий высокой горючестью. Пропан используется для бытовых нужд, в качестве топлива для автомобилей и в промышленности. Пропан часто используется вместе с техническим бутаном – газ пропан-бутан сокращенно называется СПБТ (смесь пропан-бутан техническая).
Как используется пропан в быту.
В качестве топлива для домохозяйств в системах автономного газоснабжения активно используется газ пропан-бутан технический. Газ используется для отопления жилых и нежилых объектов, удаленных от действующих централизованных газопроводов, проведение трубы до которых занимает значительное количество времени и стоит больших денег. Применение пропан-бутана технического для таких домохозяйств позволяет решить не только проблему отопления, но и наличия горячей воды и топлива для работы бытовых газовых приборов (газовых плит для приготовления пищи, работающих от пропан-бутана из газгольдера или газового баллона).
Технический бутан в быту также используется для работы холодильных установок (пропановое и бутановое охлаждение более эффективно и менее вредно для окружающей среды, чем охлаждение фреоном).
Встретить бутан можно и в обычных зажигалках (баллоны с бутаном и пропаном для подзаправки зажигалок также распространены в быту). Работают за счет бутана и осветительные приборы – фонари и прожектора (для чего периодически используется и пропан).
Существуют и паяльные лампы на сжиженном газе, которые используют бутан. Также многим туристам в походе ничего не помогает лучше разогреть пищу, чем пропан в небольшом баллоне.
Для чего пропан нужен на производстве?
Пропан, равно как и бутан, используются для сварочных работ (по технологии газокислородной сварки) – сварки металлоконструкций. Также пропан-бутан используют и для обратного процесса – резки металлов, в заготовительных производствах. Использование бутана в промышленных целях возможно и в холодильных установках, в обогревающих агрегатах.
Газы используются в химической промышленности – при производстве растворителей, производстве краски и лака, ленты для печатных машинок и копировальной бумаги.
Газы группы алканов используют и в парфюмерном деле – при производстве лака для волос, туши для ресниц.
При укладке дорожного полотна газы применяют для разогрева частиц асфальта.
Наконец, широкое применение данные газы получили в качестве топлива для автомобилей. На пропан-бутане работает не только наземный транспорт – такое топливо возможно применить и для летательных аппаратов и водного транспорта.
Алканов – C(n)H(2n+2). Ряд начинается CH4 и продолжается этаном C2H6, пропаном C3H8, бутаном C4H10, пентаном C5H12 и так далее. Каждый последующий член отличается от предыдущего на группу CH2.
При отнятии от алкана одного атома водорода получается одновалентный углеводородный радикал алкил, имеющий общую формулу C(n)H(2n+1). Простейший из них – метил –CH3. Для пропана это будет пропил –C3H7, для бутана – –C4H9. Первый существует в виде двух структурных изомеров – нормального пропила (н-пропила) и (втор-пропила), свободная валентность у которого находится у вторичного атома углерода. Бутил имеет 4 структурных изомера: н-бутил, изобутил, втор-бутил и трет-бутил.
В молекуле алкана атом углерода связан простыми связями с четырьмя другими атомами (углеродом или водородом) и другие атомы присоединять не может. Поэтому алканы называются предельными, или насыщенными, углеводородами.
Для алканов характерна только изомерия. Пропан, как метан и этан, не имеет изомеров, а начиная с бутана становится возможным разветвление углеродной цепи. Чем длиннее углеродная цепь, тем больше возможно изомеров для одной молекулярной формулы.
Альтернативное название изобутана – 2-метилпропан, поскольку его можно представить как молекулу пропана с метильным заместителем –CH3 возле второго атома углерода в главной цепи.
По физическим свойствам первые четыре члена гомологического ряда алканов (метан, этан, пропан и бутан) – газы без запаха, от C5H12 до C15H32 – жидкости, имеющие запах, дальше – твердые вещества без запаха. Это бесцветные вещества, плохо растворимые в воде, легче воды. По мере возрастания молекулярной массы нормальных алканов температуры кипения и плавления увеличиваются, то есть температура кипения бутана выше, чем пропана.
Каковы химические свойства пропана и бутана
Все алканы, исторически называемые также «парафинами», химически малоактивны и проявляют низкую реакционную способность. Это объясняется малой полярностью связей C–C и С–H в молекулах (атомы углерода и водорода имеют почти одинаковую электроотрицательность).
Наиболее характерны для алканов реакции замещения, осуществляемые по свободнорадикальному механизму: это, к примеру, реакции галогенирования, нитрования, сульфирования, в результате которых образуются галогеналканы, нитроалканы и сульфоалканы. При высоких температурах алканы окисляются кислородом воздуха (горят) с получением воды и углекислого газа CO2, угарного газа CO или углерода C в зависимости от избытка или недостатка кислорода.
Каталитическое окисление алканов кислородом при невысоких температурах может давать альдегиды, кетоны, спирты и карбоновые кислоты, причем как с разрывом, так и без разрыва углеродной цепи. К термическим реакциям алканов относят крекинг, дегидрирование, дегидроциклизацию, изомеризацию.
Как получают пропан и бутан
В промышленности гомологи метана добывают из природного сырья – нефти, газа, горного воска, а также синтезируют из смеси водорода и оксида углерода (II). В лаборатории пропан и бутан можно получить путем каталитического гидрирования непредельных углеводородов (пропена и пропина, бутена и бутина) и по реакции Вюрца.
Характер, где каждая новая ступень означает сжатие в 5-12 раз, после чего следует охлаждение и переход на следующую ступень. СПГ становится жидким по завершению последней стадии сжатия.
Сжижение газа – очень процесс, на который уходит до четверти всей энергии содержащейся в данном объеме газа. Для сжижения газа используются несколько типов установок – турбинно-вихревые, дроссельные, турбодетандерные и другие. Иногда сжижение производится по комбинированным схемам, куда входят элементы вышеперечисленных циклов. Как показывает практика, большей простотой и надежностью отличаются дроссельные установки.
Развитие современных технологий способствует тому, что сжижение природного газа стало возможным в условиях специализированных мини-заводов. Это тем более актуально для России – страны с развитой сетью магистральных газопроводов, чему способствует наличие многочисленных крупных и мелких газораспределительных станций и автомобильных газонаполнительных станций. Именно на их базе очень выгодно строить мини-заводы по производству СПГ.
Установка по производству сжиженного газа состоит из блока очистки от паров воды и двуокиси углерода, блока ожижения, системы управления и автоматики, криогенного емкостного оборудования для хранения и накопления СПГ и компрессорного оборудования. При выборе места установки мини-завода должны быть учтены характеристики оборудования, наличие коммуникаций – электроснабжения, воды, телефона и газовой магистрали, наличие безопасных расстояний от объекта, дорого и подъездных путей.
Сжиженный природный газ востребован в различных областях деятельности человека - в промышленности, в автомобильном транспорте, в медицине, в сельском хозяйстве, в науке и пр. Немалую популярность сжиженные газы завоевали за счет удобства их использования и транспортировки, а также экологической чистоты и невысокой стоимости.
Инструкция
Перед сжижением углеводородного газа его необходимо предварительно очистить и удалить водяной пар. Углекислый газ удаляют, используя систему трехступенчатых молекулярных фильтров. Очищенный таким образом газ в небольших количествах используется в качестве регенерационного. Восстанавливаемый газ либо сжигается, либо применяется для получения в генераторах мощности.
Просушивание происходит с помощью 3-х молекулярных фильтров. Один фильтр поглощает водяной пар. Другой сушит газ, который далее и проходит через третий фильтр. Для понижения температуры газ пропускается через водяной охладитель.
После очистки и сушки газа начинается процесс его сжижения, который последовательно осуществляется по стадиям. Природный газ на каждой стадии сжижения уплотняется от 5 до 12 раз, далее охлаждается и переходит на другую стадию. При завершении последней стадии сжатия с охлаждением происходит собственно сжижение природного газа. Объем его уменьшается примерно в 600 раз.
Получить газ можно несколькими способами: турбодетандерным, азотным способом, смешанным и др. При турбодетандерном способе на ГРС получают сжиженный природный газ, используя энергию перепада давления. К плюсам этого метода можно отнести небольшие энергозатраты и капиталовложения. А к минусам – низкий КПД сжижения, зависимость от стабильного давления, негибкое производство.
Азотный способ подразумевает производство сжиженного углеводородного газа из любых газовых источников. К преимуществам этого метода можно отнести простоту технологии, высокий уровень безопасности, гибкость производства, легкость и малозатратность эксплуатации. Ограничения этого метода - необходимость источника электроэнергии и высоких капитальных затрат.
При смешанном способе производства сжиженного газа в качестве хладагента используют смесь азота и метана. Получают газ также из любых источников. Этот метод отличается гибкостью производственного цикла и небольшими переменными затратами на производство. Если сравнивать с азотным способом сжижения, здесь капитальные затраты более существенны. Также необходим источник электроэнергии.
Источники:
- Что такое сжижение газов?
- Сжиженный газ: получение, хранение и транспортировка
- что такое сжиженный газ
Любой газ можно превратить в жидкость, если его сжать и сильно охладить. Впервые такой лабораторный эксперимент был проведен с аммиаком в 1779 году. Знаменитый ученый Майкл Фарадей, первооткрыватель электромагнитной индукции, в XIX веке также провел целый ряд успешных опытов по сжижению газов. А в начале ХХ века с развитием низкотемпературных технологий стало возможным переводить в жидкое состояние абсолютно все газы, известные науке.
Сжиженные газы находят широкое в самых разных областях науки и техники. Например, жидкий используется в качестве хладоагента при хранении скоропортящихся продуктов. Жидкий водород используют как компонент ракетного топлива. Сжиженная смесь пропана и бутана применяется в качестве автомобильного топлива. Примеры можно продолжать бесконечно. Кроме того, сжижение газов экономически выгодно при их транспортировке на большие расстояния.
Таким образом транспортируется ценнейшее полезное – природный газ. До сих пор самый распространенный способ его передачи от производителя потребителю реализован с помощью трубопроводов. Газ прокачивают по трубам под высоким давлением (порядка 75 атмосфер). При этом газ постепенно теряет кинетическую энергию и , поэтому необходимо время от времени охлаждать его, одновременно увеличивая давление. Это делается на компрессорных станциях. Легко можно понять, что строительство и обслуживание газопровода требует больших затрат. Однако при транспортировке газа на относительно небольшие расстояния это самый дешевый способ.
Если же газ необходимо транспортировать на очень большие расстояния, то гораздо выгоднее использовать специальные суда – танкеры-газовозы. От места добычи газа до ближайшего подходящего места на морском побережье протягивают трубопровод, а на берегу строят газовый терминал. Там газ сильно сжимают и охлаждают, переводя в жидкое состояние, и закачивают в изотермические емкости танкеров (при температурах порядка -150оС).
Этот способ транспортировки имеет ряд преимуществ перед трубопроводным. Во-первых, один подобный танкер за один рейс может перевезти громадное количество газа, ведь плотность вещества, находящегося в жидком состоянии, гораздо выше. Во-вторых, основные расходы приходятся не на транспортировку, а на погрузку-разгрузку продукта. В-третьих, хранение и перевозка сжиженного газа гораздо безопаснее, чем сжатого. Можно не сомневаться, что доля природного газа, транспортируемого в сжиженном виде, будет неуклонно возрастать по сравнению с газопроводными поставками.
В современном мире экономических отношений компании нередко ищут возможность минимизировать затраты на все процессы, связанные с производством, хранением, транспортировкой того или иного продукта. Не исключение и продукты газа.
Природный газ является полезным ископаемым, который добывают при помощи скважин. На территории месторождения природного газа располагают большое количество таких скважин, чтобы обеспечить равномерное падение пластового давления в залежи. Конечным пунктом доставки добытого газа являются различные фабрики, заводы, предприятия, ТЭЦ, газовые службы города.
Тысячи ученых в различных лабораториях ежедневно проводят огромное количество экспериментов, технологи на заводах и фабриках, следуя четким предписаниям, ломают головы при поиске наиболее выгодных способов доведения до конечного потребителя газа - вещества в газообразном агрегатном состоянии, которое катастрофически плохо поддается обработке и тем более транспортировке в исходном виде.
Сегодня природный газ научились транспортировать в жиженном виде. Так как газ не имеет ни цвета, ни запаха, то с целью предупреждения его утечки, а как следствие, отравления людей или возгорания помещения, в него добавляют различные одоранты , то есть химические вещества, которые имеют неприятный для человека запах.
- Чистый сжиженный природный газ не горит и не может самовоспламеняться. Но в результате испарения и при контакте с огнем это свойство возобновляется. Для того чтобы начать его использовать, газ снова необходимо подогреть.
Как газ делают жидким
Для упрощения перемещения, хранения, использования газ сжижают. Весь процесс сжижения проходит в специальных регазификационных терминалах. Сжиженный природный газ – это абсолютно бесцветная жидкость, лишенная запаха.
- После перехода из газообразного состояния в жидкость, его объем уменьшается в раз.
Сам процесс состоит из последовательного сжатия и охлаждения, которое продолжается до тех пор, пока сжижение не происходит. Следует отметить, что процесс этот весьма энергозатратен. Для уменьшения количества затраченной энергии используют потенциальную энергию газа и его естественное охлаждение.
Хранение газа осуществляется в специализированных цистернах, которые называются криоцистернами. А перевоз осуществляется на морских судах и спецавтомобилях. Конечный путь следования происходит по трубопроводам.
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.
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.