Физико-химические свойства сжиженных газов

Тема 1. ОСНОВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ СЖИЖЕННЫХ

УГЛЕВОДОРОДНЫХ ГАЗОВ

 

Сжиженные газы должны соответствовать требованиям ГОСТ 20448-80 «Газы углеводородные сжиженные топливные для коммунально-бытового потребления. Технические условия», предусматривающего следующие марки газов: СПБТЗ смесь пропана и бутана технических зимняя; СПБТЛ – смесь пропана и бутана технических летняя; БТ – бутан технический.

Этан С₂Н₆ – газ, по плотности близкий к воздуху. Входит в состав сжиженных газов в незначительном количестве. Самая главная причина ограничения его содержания в том, что при температуре 45ºС этан не может находиться в сжиженном состоянии. При 30ºС упругость его насыщенных паров достигает 4,8 МПа, тогда как стальные сварные баллоны для сжиженных газов выпускаются на рабочее давление до 1,6, а подземные резервуары – до 1,0 МПа. В то же время незначительное количество этана в пропан-бутановой смеси повышает общее давление насыщенных паров газовой смеси, что обеспечивает в зимнее время избыточное давление, необходимое для нормального газоснабжения потребителей.

Пропан C₃H₈ – тяжелый газ (плотность по воздуху 1,52). Технический пропан является основной составляющей сжиженных газов. С учетом оптимальной упругости насыщенных паров ГОСТ предусматривает содержание пропана и пропилена в СПБТЗ не менее 75% (по массе), а в СПБТЛ и БТ – не нормируется. На территории России с учетом разнообразия климатических зон максимальная расчетная температура применения сжиженных газов принимается 45ºС. Этой температуре соответствует упругость насыщенных паров пропана 1,6 МПа, что отвечает требованиям ГОСТ 15860-70. Упругость паров пропана при -35ºС составляет 0,14 МПа, что является необходимым давлением, при котором регулятор давления обеспечивает минимально допустимую производительность. Следовательно, пропан (как сжиженный газ) в качестве топлива можно использовать без регазификации при температуре до -30ºС. Пары технического пропана при температуре ниже -42ºC в газопроводе низкого давления начинают конденсироваться, и газоснабжение может прекратиться.

Бутан С₄Н₁₀ – газ, имеющий два изомера (плотность по воздуху 2,06÷2,09), т. е. разновидности с одинаковой химической формулой и, следовательно, с одинаковой молекулярной массой, но различающиеся расположением атомов в молекуле. Бутан и его изомеры являются тяжелокипящими жидкостями. Пары технического бутана начинают конденсироваться при -0,5ºС. Это не дает возможности использовать бутан в зимний период с температурой наружного воздуха ниже 5ºC в баллонах, установленных внутри помещения. В соответствии с требованиями ГОСТ сумма бутанов и бутиленов в СПБТЗ не нормируется, в СПБТЛ – не более 60 и в БТ – не менее 60% (по массе).

Пентан C₅H₁₂ – тяжелый газ (плотность по воздуху 2,49). В состав топливного газа входят технический бутан и смесь пропана и бутана. C₅H₁₂ в большинстве случаев находится в жидком остатке, при 20ºС его не должно быть больше в СПБТЗ – 1 об. %, а в СПБТЛ и БТ – 2 об. %. Пентан резко снижает упругость паров и повышает точку росы. Температура конденсации пентана около 3ºС. В связи с этим на газопроводах от установок, оборудованных испарителями, необходимо устанавливать конденсатосборники, конструкция которых обязана обеспечивать удаление тяжелых сконденсировавшихся фракций.

Состав товарного сжиженного газа различен в зависимости от технологических циклов на нефтеперерабатывающих заводах. При получении его из попутных газов, газов конденсатных месторождений и некоторых других источников возможны примеси небольшого количества этана, пентана и др. При строительстве систем газоснабжения городов и других населенных пунктов, промышленных, коммунально-бытовых предприятий, жилых и общественных зданий использующих в качестве топлива сжиженные газы предусмотрено применение только фракций С₃ и С₄ и их смеси с избыточным давлением до 1,6 МПа.

По физико-химическим показателям сжиженные газы должны соответствовать нормам, приведенным в табл. 1.1.

Таблица 1.1

Физико-химические свойства сжиженных газов

 

Показатель	Норма для марки
СПБТЗ	СПБТЛ	БТ
Массовая доля компонентов, %: сумма метана, этана и этилена, не более сумма пропана и пропилена, не менее сумма бутанов и бутиленов, не менее то же, не более	Не норм-ся Не норм-ся	Не норм-ся –	Не норм-ся –
Жидкий остаток (в том числе углеводороды C5 и выше) при +20 °С, % по объему, не более
Давление насыщенных паров избыточное, МПа: при +45 °С, не более при -20 °С, не менее	1,6 0,16	1,6 –	1,6 –
Массовая доля сероводорода и меркаптановой серы, %, не более	0,015	0,015	0,015
В том числе сероводорода, не более	0,003	0,003	0,003
Содержание свободной воды		Отсутствие
Содержание щелочи		»

 

Сжиженные газы, выработанные в соответствии с требованиями ГОСТ 20448-80, по всем основным показателям находятся на уровне мировых стандартов, за некоторым исключением, а именно: содержание общей серы по ГОСТ должно быть не менее 0,015 масс, %, тогда как стандарты других стран предусматривают и более жесткие, и более мягкие требования по этому показателю. Сжиженный газ при массовой доле меркаптановой серы менее 0,002 % должен быть одорирован.