Навіщо змішують пропан та бутан – властивості зріджених вуглеводневих газів. Фізико-хімічні властивості пропан-бутанової суміші

Пропан та бутан є хімічними вуглеводневими сполуками, що належать до класу алканів. У звичайних умовах це горючі гази зі схожими властивостями. Однак, незважаючи на те, що в гомологічному ряді алканів ці гази – сусіди, відмінності між ними все ж таки існують. Розглянемо, чим відрізняється пропан від бутану і що вони спільного.

Алкани

Інші назви цього класу вуглеводневих сполук – парафіни, також насичені аліфатичні вуглеводні. Це ациклічні сполуки вуглецю та водню, у яких атоми утворюють прямі або розгалужені ланцюги; загальна формула алканів – CnH2n+2. У цій формулі С – атоми вуглецю, Н – атоми водню, а нижні індекси позначають їх кількість у молекулі. Першим серед алканів стоїть метан, що має формулу СН 4 . Пропан і бутан з формулами (відповідно) З 3 Н 8 і 4 Н 10 займають третю та четверту позиції.

Відмінність пропану від бутану не тільки в кількості атомів вуглецю і водню, що знаходяться в молекулі, різними є і властивості сполук. Перше, що впадає у вічі щодо їх фізичних властивостей, – різні умови переходу з одного агрегатного стану до іншого (тобто з твердого в рідке і далі в газоподібне) при звичайному атмосферному тиску. Наприклад, пропан переходить із твердого стану в рідкий (тобто «плавиться») при температурі –187,6 градусів за Цельсієм, а з рідкого в газоподібний («кипить») – при температурі –42,09 градуса. Для бутану ці цифри інші: він плавиться за нормальної температури –138,4 градуси, кипить за нормальної температури –0,5 градуса. Обидва гази погано розчиняються у воді.

Порівняння

Оскільки і пропан, і бутан – горючі гази, загальною сферою їх застосування є використання палива. Тільки, з різних фізичних якостей, спеціалізація вони дещо різниться.

Пропан має різнопланову спеціалізацію, ніж бутан. Як паливо він використовується не тільки для заправки автомобілів та запальничок, але й для різання металу, у дорожніх роботах (для прогрівання бітуму та асфальту), як паливо портативних електрогенераторів і так далі. Застосовувати чистий бутан у такому широкому діапазоні важко в першу чергу через те, що в нього занадто висока температура зрідження. Це створює складнощі при експлуатації в холодний період.

І пропан, і бутан (другий частіше) використовуються як палички. Так називають речовини, за допомогою яких у аерозольних балонах створюється надлишковий тиск, що дозволяє витісняти з ємності летючу речовину та розпорошувати її в повітрі. Застосування цих газів у цій якості можливе, оскільки у чистому вигляді вони не мають запаху, а в їх робочі горючі суміші додають спеціальні ароматичні речовини, щоб наявність пропану та бутану у повітрі визначалося без використання спеціальних аналізаторів. З інших «професій» можна згадати харчову: пропан – харчова добавка Е944, бутан – Е943. Крім цього, вони використовуються як холодоагенти в холодильних установках, тому що екологічніше нині популярних фреонів і не руйнують озонового шару.

Таблиця

Відповідь на питання, в чому різниця між пропаном та бутаном, очевидна. Ці сполуки вуглецю та водню, що стоять у гомологічному ряду по сусідству, відрізняються один від одного небагато. Різниця їх властивостей залежить насамперед від різної кількості атомів складових простих речовин, які містять молекули сполук.

Основним компонентом автономної системи газопостачання 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, у деяких регіонах Росії дані вуглеводні не можна застосовувати в чистому вигляді для газифікації об'єктів, що пов'язано з їх фізико-хімічними властивостями та кліматичним фактором.

Властивості ЗВГ

Щоб зрозуміти, навіщо змішують пропан з бутаном, необхідно знати особливості кожного компонента, у тому числі їхню взаємодію із зовнішнім середовищем. З точки зору молекулярної будови вони 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 рідкого в газоподібний стан у 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

З огляду на 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 жаркого клімату, оскільки висока температура спричиняє 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 регіонів і в зимову пору року частка пропану повинна бути не менше 75%.

Відсоткове співвідношення газів у різну пору року

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 та бутан виробляються у різних кількостях. Тому для оптимізації сировинної політики дані вуглеводні змішують між собою у певній пропорції. При цьому, незалежно від технології виготовлення зрідженого вуглеводневого газу, відсотковий вміст двох складових має перебувати в рамках, встановлених ДСТУ.

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 обережні! 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 позиції на ринку та відсутність негативних відгуків від клієнтів.

Фізико-хімічні властивості пропан-бутанової суміші. Пропан. Бутан. Пропан-бутан vs бензин.

Вуглеводні, що входять до складу попутного нафтового газу, за нормальних умов перебувають у газоподібному стані, але при збільшенні зовнішнього тиску змінюють свій агрегатний стан і перетворюються на рідину. Ця властивість дозволяє досягти високої енергетичної щільності та зберігати зріджений вуглеводневий газ (ЗВГ) у порівняно простих за конструкцією резервуарах. На відміну від попутного нафтового газу, вуглеводні, що входять до складу природного газу, за нормальних умов перебувають у газоподібному стані і не змінюють свого агрегатного стану навіть за значної зміни тиску. Тому зберігання стиснутого (компримованого) природного газу (КПГ) пов'язане із значними складнощами — так, резервуар має витримувати значний тиск до 200 атмосфер.

Інтенсивно просуваються технології отримання та використання зрідженого природного газу (ЗПГ), який можна зберігати у спеціальних ізотермічних судинах при температурі нижче -160°С та тиску близько 40 бар. Багато в чому переваги високої енергетичної щільності ЗПГ губляться через складність кріогенного обладнання, значно дорожчого та високого контролю висококваліфікованого персоналу, що вимагає постійного контролю.

Виробництво СУГ
Основними компонентами зрідженого вуглеводневого газу є пропан 3 Н 8 і бутан 4 Н 10 . Головним чином промислове виробництво зрідженого газу здійснюється з таких джерел:

• попутні нафтові гази;
• конденсатні фракції газу;
• гази процесів стабілізації нафти та конденсату;
• нафтозаводські гази, одержувані з установок переробки нафти.

Таблиця 1. Фізико-хімічні показники зрідженого вуглеводневого газу (ПА та ПБА) за ГОСТ 27578-87

Компонентний склад зрідженого газу регламентується технічними нормами ГОСТ 27578-87 Гази вуглеводневі зріджені для автомобільного транспорту. Технічні умови» та ГОСТ 20448-90 «Гази вуглеводневі скраплені паливні для комунально-побутового споживання. Технічні умови". Перший стандарт описує склад зрідженого газу, який використовується в автомобільному транспорті. На сайті компанії Техносоюз фарбувальні камери представлені в широкому асортименті, а також різноманітне обладнання для автосервісу. Взимку пропонується застосовувати скраплений газ марки ПА (пропан автомобільний), що містить 85±10% пропану, влітку-ПБА (пропан-бутан автомобільний), що містить 50±10% пропану, бутан і не більше 6% ненасичених вуглеводнів. ГОСТ 20448-90 має більш широкі допуски на вміст компонентів, у тому числі шкідливих з точки зору впливу на газову апаратуру (наприклад, сірку та її сполуки, ненасичені вуглеводні і т.д.). За цими технічними умовами газове паливо надходить двох марок: суміш пропан-бутанова зимова (СПБТЗ) та суміш пропан-бутанова літня (СПБТЛ).

Марка газу ПБА допускається до застосування у всіх кліматичних районах за температури навколишнього повітря не нижче -20°С. Марка ПА використовується в зимовий період у тих кліматичних районах, де температура повітря опускається нижче -20 ° С (рекомендований інтервал -25 ... -20 ° С). У весняний період для повного вироблення запасів зрідженого газу марки ПА допускається його застосування при температурі до 10°С.

Тиск у балоні
У закритому резервуарі ЗВГ утворює двофазну систему. Тиск у балоні залежить від тиску насиченої пари (тиску парів у замкнутому об'ємі в присутності рідкої фази) і характеризує випаровування скрапленого газу, яка, у свою чергу, залежить від температури рідкої фази і відсоткового співвідношення пропану і бутану в ній. Випаровуваність пропану вища, ніж бутану, тому й тиск при негативних температурах у нього вищий.

Досвід багаторічної практичної експлуатації показує:

• при низьких температурах навколишнього повітря ефективніше використовувати ЗВГ з підвищеним вмістом пропану, так як при цьому забезпечується надійне випаровування газу, а отже, і стабільна подача продукту;
• при високих позитивних температурах навколишнього повітря ефективніше використовувати ЗВГ зі зниженим вмістом пропану, інакше в резервуарі та трубопроводах створюватиметься значний надлишковий тиск, що може негативно вплинути на герметичність газової системи.

Крім пропану та бутану, до складу ЗВГ входить незначна кількість метану, етану та інших вуглеводнів, які можуть змінювати властивості суміші. Так, етан має підвищений, порівняно з пропаном, тиск насиченої пари, що може негативно вплинути при позитивних температурах.

Зміна об'єму рідкої фази при нагріванні
Пропан-бутанова суміш має великий коефіцієнт об'ємного розширення рідкої фази, який для пропану становить 0,003, а для бутану - 0,002 на 1°С підвищення температури газу. Для порівняння: коефіцієнт об'ємного розширення пропану у 15 разів, а бутану – у 10 разів, більший, ніж у води. Технічними нормативами та регламентами встановлюється, що ступінь заповнення резервуарів та балонів залежить від марки газу та різниці його температур під час заповнення та при подальшому зберіганні. Для резервуарів, різниця температур яких не перевищує 40° С, ступінь заповнення приймається 85%, при більшій різниці температур ступінь заповнення повинна знижуватися. Балони заповнюються за масою відповідно до вказівок «Правил пристрою та безпечної експлуатації судин, що працюють під тиском». Максимальна допустима температура нагріву балона не повинна перевищувати 45 ° С, при цьому пружність парів бутану досягає 0,385 МПа, а пропан - 1,4-1,5 МПа. Балони повинні запобігати нагріванню сонячними променями або іншими джерелами тепла.

Зміна обсягу газу під час випаровування
При випаровуванні 1 л зрідженого газу утворюється близько 250 л газоподібного. Таким чином, навіть незначний витік ЗВГ може бути дуже небезпечним, оскільки обсяг газу при випаровуванні збільшується в 250 разів. Щільність газової фази в 1,5-2,0 рази більше щільності повітря. Цим пояснюється той факт, що при витоках газ важко розсіюється в повітрі, особливо в закритому приміщенні. Пари його можуть накопичуватися в природних та штучних заглибленнях, утворюючи вибухонебезпечну суміш.

Таблиця 2. Фізико-хімічні властивості складових зрідженого газу пропану, бутану та бензину.

Оцінка статті: