Фізичні властивості бутану. Навіщо змішують пропан та бутан – властивості зріджених вуглеводневих газів
Зріджений вуглеводневий газ (ЗВГ)- це вуглеводні або їх суміші, які при нормальному тиску і температурі навколишнього повітря знаходяться в газоподібному стані, але при збільшенні тиску на відносно невелику величину без зміни температури переходять у рідкий стан.
Зріджені газиотримують із попутних нафтових газів, а також газоконденсатних родовищ. На переробних заводах їх витягують етан, пропан, і навіть газовий бензин. Найбільшу цінність для галузі газопостачання мають пропан та бутан. Їхня головна перевага в тому, що їх легко зберігати і перевозити у вигляді рідини, а використовувати у вигляді газу. Іншими словами, для перевезення та зберігання зріджених газіввикористовуються плюси рідкої фази, А для спалювання - газоподібної.
Зріджений вуглеводневий газ отримав широке застосуванняу багатьох країнах світу, включаючи Росію, для потреб промисловості, житлового та комунально-побутового сектора, нафтохімічних виробництв, а також як автомобільне паливо.
Молекула пропану складається з трьох атомів вуглецю та восьми атомів водню.
Пропан
Для систем газопостачання, що експлуатуються в Росії, найбільш підходящим є технічний пропан(C 3 H 8), так як він має високу пружність парів до мінус 35°C (температура кипіння пропана при атмосферному тиску- мінус 42,1 ° C). Навіть при низьких температурахз балона або газгольдера, наповненого пропаном, легко відбирати потрібну кількість парової фази за умов природного випаровування. Це дозволяє встановлювати газові балони зі зрідженим пропаномна вулиці взимку та відбирати парову фазу при низьких температурах.
Бутан
При згорянні молекули бутану в реакцію вступають чотири атоми вуглецю та десять атомів водню, що пояснює його велику теплотворну здатність порівняно з пропаном
Бутан(C 4 H 10) — більш дешевий газ, але відрізняється від пропану низькою пружністю парів, тому застосовується лише за позитивних температур. Температура кипіння бутану при атмосферному тиску мінус 0,5°C.
Температура газу в резервуарах системи автономного газопостачання має бути позитивною, інакше випаровування бутанової складової ЗВГ буде неможливим. Для забезпечення температури газу вище за 0°C використовується геотермальне тепло: газгольдер для приватного будинку встановлюється підземно.
Суміш пропану та бутану
У комунально-побутовій сфері використовується суміш пропану та бутану технічних (СПБТ), в побуті звана пропан-бутаном.При вмісті бутану в СПБТ понад 60% безперебійна робота резервуарних установок у кліматичних умовах Росії неможлива. У таких випадках для примусового переведення рідкої фази в парову застосовуються випарники ЗВГ.
Особливості та властивості ЗВГ
Властивості зріджених газів впливають на заходи безпеки, а також конструктивні та технічні особливостіобладнання, в якому вони зберігаються, перевозяться та використовуються.
Відмінні риси зріджених газів:
- висока пружність парів;
- не мають запаху. Для своєчасного виявлення витоків зрідженим газам надають специфічного запаху - роблять одоризацію етилмер-каптаном (C 2 H 5 SH);
- невисокі температури та межі займистості.Температура займання бутану - 430°C, пропану - 504°C. Нижня межа займистості пропану - 2,3%, бутану - 1,9%;
- пропан, бутан та їх суміші важче за повітря. У разі витоку скраплений газ може накопичуватися в колодязях або підвалах. Забороняється встановлювати обладнання, що працює на зрідженому газі, у приміщеннях підвального типу;
- перехід у рідку фазу зі збільшенням тиску чи зменшення температури;
- висока теплотворна здатність. Для спалювання ЗВГ необхідно велика кількістьповітря (для спалювання 1 м? газової фази пропану необхідно 24 м? повітря, а бутану — 31 м? повітря);
- великий коефіцієнт об'ємного розширення рідкої фази(Коефіцієнт об'ємного розширення рідкої фази пропану в 16 разів більше, ніж у води). Балони та резервуари заповнюються не більше ніж на 85% геометричного обсягу. Заповнення більш ніж на 85% може призвести до їх розриву, подальшого швидкого закінчення та випаровування газу, а також займання суміші з повітрям;
- в результаті випаровування 1 кг рідкої фази ЗВГ при н. у. виходить 450 літрів парової фази. Іншими словами, 1 м 3 парової фази пропан-бутанової суміші має масу 2,2 кг;
- при згорянні 1 кг пропан-бутанової суміші виділяється близько 11,5 кВт×год теплової енергії;
- зріджений газ інтенсивно випаровуєтьсяі, потрапляючи на шкіру людини, спричиняє обмороження.
Залежність щільності пропан-бутанової суміші від її складу та температури
Таблиця щільностей зрідженої пропан-бутанової суміші (в т/м³) залежно від її складу та температури
| −25 | −20 | −15 | −10 | −5 | 0 | 5 | 10 | 15 | 20 | 25 | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| P/B, % | |||||||||||
| 100/0 | 0,559 | 0,553 | 0,548 | 0,542 | 0,535 | 0,528 | 0,521 | 0,514 | 0,507 | 0,499 | 0,490 |
| 90/10 | 0,565 | 0,559 | 0,554 | 0,548 | 0,542 | 0,535 | 0,528 | 0,521 | 0,514 | 0,506 | 0,498 |
| 80/20 | 0,571 | 0,565 | 0,561 | 0,555 | 0,548 | 0,541 | 0,535 | 0,528 | 0,521 | 0,514 | 0,505 |
| 70/30 | 0,577 | 0,572 | 0,567 | 0,561 | 0,555 | 0,548 | 0,542 | 0,535 | 0,529 | 0,521 | 0,513 |
| 60/40 | 0,583 | 0,577 | 0,572 | 0,567 | 0,561 | 0,555 | 0,549 | 0,542 | 0,536 | 0,529 | 0,521 |
| 50/50 | 0,589 | 0,584 | 0,579 | 0,574 | 0,568 | 0,564 | 0,556 | 0,549 | 0,543 | 0,536 | 0,529 |
| 40/60 | 0,595 | 0,590 | 0,586 | 0,579 | 0,575 | 0,568 | 0,562 | 0,555 | 0,550 | 0,543 | 0,536 |
| 30/70 | 0,601 | 0,596 | 0,592 | 0,586 | 0,581 | 0,575 | 0,569 | 0,562 | 0,557 | 0,551 | 0,544 |
| 20/80 | 0,607 | 0,603 | 0,598 | 0,592 | 0,588 | 0,582 | 0,576 | 0,569 | 0,565 | 0,558 | 0,552 |
| 10/90 | 0,613 | 0,609 | 0,605 | 0,599 | 0,594 | 0,588 | 0,583 | 0,576 | 0,572 | 0,566 | 0,559 |
| 0/100 | 0,619 | 0,615 | 0,611 | 0,605 | 0,601 | 0,595 | 0,590 | 0,583 | 0,579 | 0,573 | 0,567 |
T - температура газової суміші (середньодобова температураповітря); P/B - співвідношення пропану та бутану в суміші, %
Бутан(C 4 H 10) - органічна сполукакласу алканів. У хімії назва використовується переважно для позначення н-бутану. Така ж назва має суміш н-бутану та його ізомеру ізобутану CH(CH 3) 3 . Назва походить від кореня «бут-» ( англійська назвамасляної кислоти - butyric acid) та суфікса «-ан» (приналежність до алканів). У великих концентраціях отруйний, вдихання бутану викликає дисфункцію легенево-дихального апарату. Міститься в природному газі, утворюється при крекінгу нафтопродуктів, при розподілі попутного нафтового газу, «жирного» газу. Як представник вуглеводневих газів пожежо- та вибухонебезпечний, малотоксичний, має специфічний характерний запах, має наркотичні властивості. За ступенем впливу на організм газ відноситься до речовин 4-го класу небезпеки (малонебезпечні) за ГОСТ 12.1.007-76. Шкідливо впливає на нервову систему.
Фізичні властивості
Бутан - безбарвний пальний газ, зі специфічним запахом, при нормальному тиску легко зріджуємо від -0,5°C, замерзає при -138°C; при підвищеному тиску та звичайній температурі - легколетюча рідина. Критична температура+152 ° C, критичний тиск 3,797 МПа. Розчинність у воді - 6,1 мг на 100 мл (для н-бутану, при 20 °C), значно краще розчиняється в органічних розчинниках). Може утворювати азеотропну суміш із водою при температурі близько 100 °C та тиску 10 атм. Щільність рідкої фази – 580 кг/м3. Щільність газової фази при нормальних умовах- 2,703 кг/м3, за 15°C - 2,550 кг/м3. Теплота згоряння 45,8 МДж/кг (2657 МДж/моль).
Безпека
Вдихання бутану викликає задуху та серцеву аритмію. При попаданні на тіло зрідженого газу або струменя його випарів викликає охолодження до -20 °C, що вкрай небезпечно при інгаляціях.
Легкозаймистий. Межі вибуховості 1,9 - 8,4% у повітрі за обсягом. ГДК у повітрі робочої зони – 300 мг/м³.
ЗВГ - зріджені вуглеводневі гази, як і будь-яке викопне паливо, є не відновлюваним джерелом енергії. СИБУР виробляє СУГи внаслідок газопереробки попутного нафтового газу (ПНГ), що видобувається разом із сирою нафтою та природним газом. Основою ЗВГ є граничні вуглеводні, що містять три або чотири атоми вуглецю: пропан (C3H8) та бутан (C4H10). Також можуть бути малі концентрації інших вуглеводнів.
Основні галузі застосування ЗВГ – сировина для нафтохімічних виробництв, і як автомобільне паливо.
Як правило, газ зберігається в рідкому вигляді під тиском або охолодженому вигляді в сталевих контейнерах, балонах або резервуарах. Тиск усередині резервуара залежатиме від типу ЗВГ (бутан, пропан, суміш) та навколишньої температури.
| Термін придатності | 3 місяці з дати виробництва |
| Транспортування |
Застосування
- Газо-моторне паливо
- Піроліз
- Комунально-побутове споживання
- Газофракціонування
Виробники
- Тобольськ-Нафтохім
- Уралоргсинтез
Документи
Пропан (C3Н8)
Пропан - органічна речовина класу алканів, з трьома атомами вуглецю ( молекулярна формула C3H8). Компонент попутного нафтового газу, виробляється СІБУРом внаслідок газопереробки ПНГ та подальшого газофракціонування ШФЛУ. Як представник вуглеводневих газів пожежо- та вибухонебезпечний, не має запаху.
Специфікація (Пропан марка А. Технічні умови 0272-023-00151638-99):
| Термін придатності |
| Транспортування | Залізничним авто- та водним транспортом |
Застосування
- Газо-моторне паливо
- Комунально-побутове споживання
- Піроліз
- Як холодоагент
Виробники
- Тобольськ-Нафтохім
- Уралоргсинтез
Документи
Бутан нормальний (C4Н10)
Нормальний Бутан – органічна сполука класу алканів із чотирма атомами вуглецю (формула C4H10). Компонент попутного нафтового газу, виробляється СІБУРом внаслідок газопереробки ПНГ та подальшого газофракціонування ШФЛУ. Як представник вуглеводневих газів пожежо- та вибухонебезпечний, не має запаху.
Специфікація (Бутан Марка А. Технічні умови 0272-026-00151638-99):
| Термін придатності | 6 місяців із дати виробництва |
| Транспортування | Залізничним авто- та водним транспортом |
Застосування
- Піроліз
- Як сировина для отримання бутиленів, 1,3-бутадієну, який є мономером для синтезу синтетичних каучуків
Виробники
- Тобольськ-Нафтохім
- Уралоргсинтез
Документи
Вибутий (i-C4Н10)
Вибутий - вуглеводень класу алканів, ізомер нормального бутану (формула i-C4H10). Компонент попутного нафтового газу, виробляється СІБУРом внаслідок газопереробки ПНГ та подальшого газофракціонування ШФЛУ. Як представник вуглеводневих газів пожежо- та вибухонебезпечний, не має запаху.
Специфікація (Ізобутан Марка A. Технічні умови 0272-025-00151638-99):
| Термін придатності | 6 місяців із дати виробництва |
| Транспортування | Залізничним авто- та водним транспортом |
Застосування
- Сировина для виробництва ізобутилену, ізопрену, який є мономером для синтезу синтетичних каучуків.
- Алкілювання
- Як холодоагент
Основним компонентом автономної системигазопостачання є пропан-бутанова суміш. При цьому багато хто не розуміє, навіщо змішують пропан та бутанадже кожен газ може використовуватися як самостійне паливо. Тим не менш, в деяких регіонах Росії дані вуглеводні не можна застосовувати в чистому виглядідля газифікації об'єктів, що пов'язано з їх фізико-хімічними властивостямита кліматичним фактором.
Властивості ЗВГ
Щоб зрозуміти, навіщо змішують пропан з бутаном, необхідно знати особливості кожного компонента, у тому числі їхню взаємодію з зовнішнім середовищем. З точки зору молекулярної будовивони відносяться до вуглеводневих сполук, які можна зберігати в рідкому стані, що значно спрощує транспортування та експлуатацію.
Однією з умов утворення рідкого газу є високий тиск, Тому його зберігають у спеціальних резервуарах під тиском 16 бар. Друга умова для переходу вуглеводневих газів з одного стану до іншого – зовнішня температура повітря. Пропан закипає при -43°С, тоді як перетворення з рідкого в газоподібний стану бутану відбувається при -0,5 ° С, що є основною відмінністю даних вуглеводнів.
Таблиця з деякими іншими властивостями цих газів
Додаткову інформацію про властивості зрідженого вуглеводневого газу можна прочитати у статті: пропан-бутан для газгольдера – властивості та особливості застосування.
Навіщо змішують пропан та бутан в автономній системі газопостачання
Враховуючи фізико-хімічні характеристики насичених вуглеводнів, їх застосування багато в чому залежить від кліматичних умов. Зріджений бутан у чистому вигляді не працюватиме при негативних температурах. Тоді як застосування чистого пропану протипоказано в умовах спекотного клімату, оскільки висока температураспричиняє надмірне підвищення тиску в газовому резервуарі.
Так як для кожного регіону недоцільно виробляти окрему марку газу, з метою уніфікації ГОСТом передбачена суміш із певним вмістом двох компонентів у рамках встановлених норм. Згідно з ГОСТ 20448-90 максимальний вміст бутану в даній суміші не повинен перевищувати 60%, при цьому для північних регіоніві в зимову пору року частка пропану має бути не менше ніж 75%.
Відсоткове співвідношення газів у різний часроку
До речі, більше статей нашого блогу про газифікацію у цьому розділі.
Технологічний фактор
Крім кліматичного фактора, існує технологічне обґрунтування того, навіщо змішують пропан та бутан. На нафтопереробних підприємствах у процесі переробки попутних газів пропан і бутан виробляються в різних кількостях. Тому для оптимізації сировинної політики дані вуглеводні змішують між собою у певній пропорції. При цьому, незалежно від технології виготовлення зрідженого вуглеводневого газу, процентний змістдвох складових має перебувати у межах, встановлених ГОСТом.
Цінова політика при заправці ЗВГ
Вартість пропану-бутану залежить від вмісту в ньому першого (дорожчого) компонента. Тому не дивно, що «зимова» суміш для заправки автономної системи газопостачання буде дорожчою за «літню». Однак, якщо якась компанія пропонує заправку за ціною, що значно поступається середньоринковій, тоді її представнику необхідно поставити такі питання:
- Чому вартість ЗВГ така низька?
- Яке співвідношення пропану-бутану?
- Як цей склад працюватиме взимку?
- Чи є у наявності відповідна технічна документація?
- Чи можна звернутися до компанії у разі виникнення проблем?
Будьте уважні! Дешева суміш може обійтися потім набагато дорожче.
Деякі компанії хитрують, надаючи «зимову» суміш, яка не відповідає Держстандарту. Тому невисока вартість ЗВГ має, як мінімум, насторожити покупця.
Щоб уникнути проблем із газифікацією свого будинку, звертайтесь до компанії «Промтехгаз», яка вже довела свій професіоналізм та надійність. Про що свідчать хороші позиціїна ринку, і відсутність негативних відгуківвід клієнтів.
Пропанставитися до органічних речовинкласу алканів. Пропан міститься в природному газі і може бути утворений при крекінгу нафтопродуктів. Пропан вважається одним із найотруйніших газів.
Фізичні властивості
Пропан – це безбарвний газ, який слабо розчиняється у воді. Точка кипіння пропану – 42,1С. При контакті з повітрям пропан утворює вибухонебезпечну суміш (при концентрації пари від 2 до 9,5%). При тиску 760 мм ртутного стовпа температура спалаху пропану може становити близько 466 °С.
Хімічні властивості
Хімічні властивості пропану аналогічні більшості властивостей ряду алканів. До таких властивостей відносяться: хлорування, дегідрування тощо.
Застосування пропану
Пропан широко використовується як паливо для різних потреб. Він є важливим компонентом зріджених вуглеводневих газів. Використовується пропан для виробництва розчинників та харчової промисловості(як пропелент, добавки E944).
Холодоагент
Суміш ізобутану (R-600a) та чистого пропану (R-290a) не завдає шкоди озоновому шару і має низький показник парникового потенціалу (GWP). Тому цю суміш широко застосовують як холодоагент. Ця суміш замінила застарілі холодоагенти в холодильних установках та кондиціонерах.
Бутан(C 4 H 10) - як і пропан, ставитися до класу алканів. Це органічна сполука, яка дуже токсична та викликає отруєння організму людини при вдиханні. У хімії зазвичай бутаном називають суміш н-бутану та його ізомеру ізобутану CH(CH3)3. Назва бутан складається з двох частин, кореня «бут-», що з англійської мовиозначає олійна кислота (butyric acid) та закінчення «-ан», яке говорить про належність цієї речовини до алканів.
Ізомерія
Бутан має два ізомери:
Бутан є безбарвним і легкозаймистим газом. При нормальному тиску та температурі нижче 0 °C легко зріджується. При підвищенні тиску та звичайній температурі - легколетюча рідина. Розчинність у воді бутану становить 6,1 мг на 100 мл води. Бутан при тиску 10 атмосфер і 100 °C може утворювати азеотропне з'єднання з водою.
Знаходження та отримання
Бутан знаходиться в нафтовому та газовому конденсаті (його частка становить приблизно 12%). Отримують бутан і методом гідрокаталітичного або каталітичного крекінгу нафтових фракцій. У лабораторних умовбутан отримують за реакцією Вюрца:
2 C 2 H 5 Br + 2Na → CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 3 + 2NaBr
Застосування та реакції
При вільнорадикальному хлоруванні виходить суміш 2-хлорбутану та 1-хлору. На повітрі при згорянні утворюється вода і вуглекислий газ. Бутан широко використовується як суміш із пропаном в запальничках і газових балонах. У них він перебуває у зрідженому стані та має певний запах через наявність у суміші одорантів. Розрізняють «літні» та «зимові» суміші, які мають різні склади. Теплота згоряння одного кілограма бутану становить приблизно 45 МДж (12,72 кВт.год.).
2C 4 H 10 + 13 O 2 → 8 CO 2 + 10 H 2 O
При нестачі кисню утворюється сажа або чадний газабо того й іншого разом.
2C 4 H 10 + 5 O 2 → 8 C + 10 H 2 O
2C 4 H 10 + 9 O 2 → 8 CO + 10 H 2 O
Компанія Дюпон запатентувала метод отримання малеїнового ангідриду при каталітичному окисненніз н-бутану
2 CH 3 CH 2 CH 2 CH 3 + 7 O 2 → 2 C 2 H 2 (CO) 2 O + 8 H 2 O
н-Бутан є гарною сировиною для виробництва бутену, 1,3-бутадієну, які є важливим компонентомбензину з високим октановим числом. Чистий бутан використовується як холодоагент у холодильних установках та кондиціонерах. Бутан краще фреону за рахунок своєї екологічності та безпеки для довкілляале менш продуктивний, ніж фреонові холодоагенти. Бутан зареєстрований як харчова добавка E943a у харчовій промисловості, а ізобутан як добавка E943b, пропелент. Ці речовини застосовують у дезодорантах.
У харчовій промисловості бутан зареєстрований як харчова добавка E943a, А ізобутан - E943bяк пропелент, наприклад, у дезодорантах.
Вплив бутану на організм людини
Вдихання людиною бутану може спричинити серцеву недостатність та смерть від задухи. Попадання рідкого бутану або струменя газу-бутану викликає охолодження до мінус двадцяти градусів, що дуже небезпечно для людини.
Безпека
Бутан дуже легко спалахує. При концентрації бутану в повітрі 1,9 - 8,4% від обсягу може викликати вибух. ГДК300 мг/м³.
