Proprietà dei gas idrocarburici liquefatti. Caratteristiche principali

Le affermazioni sulle eccellenti prestazioni delle miscele di carburanti sono generalmente troppo generiche e prive di informazioni. Colmiamo la lacuna informativa: questo articolo fornisce dati concreti sui gas di petrolio liquefatto (GPL). Saranno utili a tutti coloro che già utilizzano tale combustibile o stanno semplicemente pianificando la gassificazione autonoma della propria casa (struttura commerciale).

Cos'è il GPL e qual è la loro caratteristica principale?

Il nome "gas idrocarburici liquefatti" si riferisce a miscele di idrocarburi a basso peso molecolare: propano e butano. La loro principale differenza è la facilità del passaggio dalla fase gassosa alla fase liquida e viceversa:

Alla normale pressione atmosferica e alla normale temperatura ambiente, i componenti della miscela sono gas.
Con un leggero aumento della pressione (senza diminuire la temperatura), gli idrocarburi del GPL si trasformano in liquidi. Allo stesso tempo, il loro volume diminuisce drasticamente.

Tali proprietà facilitano il trasporto e lo stoccaggio del GPL. Dopotutto, è sufficiente pompare la miscela in un contenitore chiuso sotto pressione in modo che diventi liquida e ottenga un piccolo volume. E prima del funzionamento, il GPL evapora e quindi può essere utilizzato allo stesso modo del normale gas naturale. Allo stesso tempo, una miscela di butano e propano ha un’efficienza maggiore. Il calore specifico di combustione del gas liquefatto è superiore di circa il 25% rispetto a quello del gas naturale.

Il GPL viene prodotto negli impianti di trattamento del gas dal gas di petrolio associato o dalla frazione condensata del gas naturale. Durante la lavorazione, le materie prime vengono suddivise in frazioni leggere e pesanti: etano, metano, gas benzina, ecc. Due di essi, propano e butano, vengono ulteriormente trasformati in gas liquefatto. Vengono puliti dalle impurità, miscelati nel rapporto richiesto, liquefatti e trasportati allo stoccaggio o al consumatore.

Proprietà dei componenti GPL: propano e butano

Entrambi i gas sono idrocarburi saturi a basso peso molecolare:

Propano (C3H8). Una molecola lineare contiene tre atomi di carbonio e otto atomi di idrogeno. Il gas è ideale per l'uso nelle condizioni climatiche russe: il suo punto di ebollizione è -42,1 °C. Allo stesso tempo, il propano mantiene un'elevata pressione di vapore fino a -35 °C. Cioè evapora bene in modo naturale e viene trasportato attraverso una conduttura esterna anche nell'inverno più rigido. Il propano liquefatto puro può essere utilizzato in serbatoi e bombole di gas fuori terra: non ci saranno interruzioni nella fornitura di gas durante le gelate.
Butano (C4H10). È costituito da quattro atomi di carbonio e dieci atomi di idrogeno. La molecola può essere lineare o ramificata. Il butano ha un potere calorifico più elevato del propano ed è meno costoso. Ma ha un grave inconveniente. Il punto di ebollizione del butano è di soli -0,5 °C. Ciò significa che al minimo gelo rimarrà allo stato liquido. L'evaporazione naturale del butano si arresta a temperature inferiori a -0,5 °C e per produrre gas è necessario utilizzare un riscaldamento aggiuntivo.

Dalle informazioni fornite otteniamo una conclusione importante: la temperatura della miscela di propano-butano liquefatto in un contenitore per gas o in una bombola deve essere sempre positiva. Altrimenti, il butano non evaporerà e sorgeranno problemi con l'approvvigionamento di gas. Per raggiungere la temperatura desiderata, i serbatoi del gas vengono installati sottoterra (qui vengono riscaldati dal calore geotermico). Un'altra opzione è dotare il contenitore di un riscaldamento elettrico (evaporatore). Le bombole ricaricate vengono sempre conservate al chiuso.

Cosa determina la qualità del GPL?

Quindi il gas liquefatto fornito per i sistemi di gassificazione autonomi è sempre una miscela. Nei documenti ufficiali viene indicato come SPBT, una miscela di propano tecnico e butano. Oltre a questi due gas, il GPL contiene sempre una piccola quantità di impurità: acqua, alcali, idrocarburi insaturi, ecc. La qualità della miscela dipende dal rapporto tra propano e butano in essa contenuti, nonché dalla quantità e dal tipo di impurità:

Maggiore è la quantità di propano presente nell'SPBT, migliore sarà l'evaporazione nella stagione fredda. È vero, i gas liquefatti con un'alta concentrazione del componente propano sono più costosi, quindi vengono solitamente utilizzati solo come carburante invernale. In ogni caso, nel clima russo, non è possibile utilizzare una miscela con un contenuto di butano superiore al 60%. Evaporerà solo se c'è un evaporatore.
Maggiore è il numero di impurità nel GPL, peggiore è la situazione per le apparecchiature a gas. Gli idrocarburi insaturi non bruciano completamente, ma polimerizzano e coke. I loro residui contaminano l'attrezzatura e ne riducono drasticamente la durata. Anche le frazioni pesanti - acqua e alcali - non apportano benefici alla tecnologia. Molte sostanze rimangono nel serbatoio e nei tubi sotto forma di condensa che non evapora, il che riduce l'efficienza del sistema. Inoltre, le impurità non producono tanto calore quanto propano e butano, quindi la loro maggiore concentrazione riduce l'efficienza del carburante.

Fatti utili sui gas liquefatti

La miscela di propano-butano si mescola bene con l'aria, brucia in modo uniforme e completo, senza lasciare fuliggine o fuliggine sugli elementi dell'apparecchiatura.
Il GPL allo stato gassoso è più pesante dell'aria: propano - 1,5 volte, butano - 2 volte. Quando c'è una perdita, la miscela cade. Pertanto, i serbatoi di gas liquefatto non possono essere installati sopra scantinati e pozzi. Ma il serbatoio del gas sotterraneo è assolutamente sicuro: anche se danneggiato, la miscela di gas entrerà negli strati inferiori del terreno. Lì non potrà mescolarsi con l'aria ed esplodere o prendere fuoco.
La fase liquida del GPL ha un coefficiente di dilatazione termica molto elevato (0,003 per il propano e 0,002 per il butano per ogni grado di aumento della temperatura). Questo è circa 16 volte superiore a quello dell'acqua. Pertanto i serbatoi del gas non possono essere riempiti oltre l'85%. Altrimenti, con l'aumentare della temperatura, la miscela liquida può espandersi notevolmente e, nella migliore delle ipotesi, occupare l'intero volume del serbatoio. Quindi semplicemente non ci sarà più spazio per l'evaporazione e il gas non fluirà nel sistema. Nel peggiore dei casi, un'eccessiva espansione della miscela liquida porta a rotture dei serbatoi del gas, grandi perdite e alla formazione di miscele esplosive e pericolose con l'aria.
Quando evapora 1 litro di fase liquida di GPL si formano 250 litri di gas. Ecco perché i serbatoi con miscela liquefatta installati all'interno sono così pericolosi. Anche con una leggera perdita della fase liquida, evapora istantaneamente e la stanza si riempie di un'enorme quantità di gas. La miscela gas-aria in questo caso raggiunge rapidamente un rapporto esplosivo.
L'evaporazione della fase liquida nell'aria avviene molto rapidamente. Il gas liquefatto versato sulla pelle umana provoca congelamento.
Propano e butano puri sono gas inodori. A loro vengono aggiunte appositamente sostanze dall'odore forte - odoranti. Di norma, si tratta di composti dello zolfo, molto spesso etil mercaptano. Hanno un odore molto forte e sgradevole, che “racconta” a una persona una fuga di gas.
La miscela ha un alto potere calorifico. Quindi, quando si brucia 1 cubo. m di gas propano vengono utilizzati 24 metri cubi. m di aria, butano - 31 metri cubi. m di aria. Dalla combustione di 1 kg di miscela si liberano in media 11,5 kWh di energia.

I gas di idrocarburi liquefatti (GPL) sono prodotti dal gas di petrolio associato. Si tratta di gas puri o miscele speciali che possono essere utilizzate per il riscaldamento domestico, come carburante per automobili e nella produzione di prodotti petrolchimici.

Da NGL a HFC

I gas idrocarburi liquefatti sono prodotti da un'ampia frazione di idrocarburi leggeri (NGL), che, a sua volta, è isolata dal gas di petrolio associato (APG).

La separazione del gas naturale liquido nei suoi componenti costitutivi - i singoli idrocarburi - avviene in unità di frazionamento del gas (GFU). Il processo di separazione è simile alla separazione APG. Tuttavia, in questo caso la divisione deve essere più attenta. Vari prodotti possono essere ottenuti dai liquidi del gas naturale attraverso il processo di frazionamento del gas. Può essere propano o butano, nonché una miscela di propano-butano (si chiama SPBT, ovvero una miscela tecnica di propano-butano). SPBT è il tipo più comune di gas liquefatto: è in questa forma che questo prodotto viene fornito alla popolazione, alle imprese industriali ed esportato. Pertanto, delle 2.034 milioni di tonnellate di GPL vendute da Gazprom Gazenergoset nel 2012, la miscela propano-butano ha rappresentato il 41%, il butano un terzo delle forniture e il propano circa il 15%.

Inoltre, separando i liquidi del gas naturale, si ottengono butano tecnico e propano tecnico, propano per autoveicoli (PA) o una miscela di PBA (propano-butano per autoveicoli).

Esistono altri componenti che vengono isolati mediante l'elaborazione degli NGL. Questi sono isobutano e isobutilene, pentano, isopentano.

Come vengono utilizzati i gas di petrolio liquefatti?

I gas di petrolio liquefatti possono essere utilizzati in diversi modi. Probabilmente tutti hanno familiarità con i cilindri rosso vivo con la scritta propano dell'epoca sovietica. Vengono utilizzati per cucinare su fornelli domestici o per il riscaldamento nelle case di campagna.

Il gas liquefatto può essere utilizzato anche negli accendini: di solito viene pompato propano o butano.

I gas di idrocarburi liquefatti vengono utilizzati anche per il riscaldamento di imprese industriali ed edifici residenziali in quelle regioni in cui il gas naturale non è ancora arrivato attraverso i gasdotti. In questi casi, il GPL viene stoccato in bombole di gas, contenitori speciali che possono essere fuori terra o interrati.

In termini di efficienza, il propano-butano è al secondo posto dopo il gas naturale di rete. Allo stesso tempo, l’uso del GPL è più rispettoso dell’ambiente rispetto, ad esempio, al gasolio o all’olio combustibile.

Gas per motori e pacchetti

Propano, butano e loro miscele, insieme al gas naturale (metano), vengono utilizzati come carburante alternativo per il rifornimento delle automobili.
L'uso del carburante per motori a gas è attualmente molto importante, perché ogni anno la flotta automobilistica nazionale, composta da oltre 34 milioni di veicoli, emette 14 milioni di tonnellate di sostanze nocive insieme ai gas di scarico. E questo rappresenta il 40% del totale delle emissioni industriali nell’atmosfera. I gas di scarico dei motori a gas sono molte volte meno dannosi.

I gas di scarico dei motori a gas contengono 2-3 volte meno monossido di carbonio (CO) e 1,2 volte meno ossido di azoto. Allo stesso tempo, rispetto alla benzina, il costo del GPL è inferiore di circa il 30–50%.

Il mercato dei carburanti per motori a gas si sta sviluppando attivamente. Attualmente nel nostro Paese ci sono più di 3.000 distributori di benzina e più di 1 milione di veicoli a gas.

Infine, i gas di petrolio liquefatti sono materie prime per l'industria petrolchimica. Per produrre prodotti, il GPL è sottoposto a un processo complesso che avviene a temperature molto elevate: la pirolisi. Il risultato sono le olefine - etilene e propilene, che vengono poi, come risultato del processo di polimerizzazione, convertite in polimeri o plastica - polietilene, polipropilene e altri tipi di prodotti. Cioè, i sacchetti di plastica che utilizziamo nella vita quotidiana, le stoviglie usa e getta, i contenitori e gli imballaggi di molti prodotti sono realizzati con gas liquefatti.

Gas di petrolio liquefatto (GPL)- si tratta di idrocarburi o loro miscele, che a pressione normale e temperatura ambiente sono allo stato gassoso, ma quando la pressione aumenta di una quantità relativamente piccola senza cambiare temperatura, si trasformano in uno stato liquido.

Gas liquefatti ottenuto da gas di petrolio associati, nonché da giacimenti di gas condensato. Negli impianti di lavorazione vengono estratti etano, propano e benzina. Propano e butano sono di grande valore per l'industria della fornitura di gas. Il loro principale vantaggio è che sono facili da immagazzinare e trasportare come liquidi e da utilizzare come gas. In altre parole, i vantaggi della fase liquida vengono utilizzati per il trasporto e lo stoccaggio dei gas liquefatti, mentre i vantaggi della fase gassosa vengono utilizzati per la combustione.

Il gas di petrolio liquefatto è ampiamente utilizzato in molti paesi del mondo, inclusa la Russia, per le esigenze dell'industria, del settore immobiliare e pubblico, dell'industria petrolchimica e anche come carburante per automobili.

La molecola di propano è composta da tre atomi di carbonio e otto atomi di idrogeno

Propano

Per i sistemi di fornitura di gas gestiti in Russia, il più adatto è tecnico propano(C 3 H 8), poiché ha un'elevata pressione di vapore fino a meno 35°C (il punto di ebollizione del propano a pressione atmosferica è meno 42,1°C). Anche a basse temperature, è facile selezionare la quantità richiesta di fase vapore da una bombola o un contenitore di gas riempito con propano in condizioni di evaporazione naturale. Ciò consente di installare bombole di gas con propano liquefatto all'esterno in inverno e di rimuovere la fase vapore a basse temperature.

Butano

Quando una molecola di butano brucia, reagiscono quattro atomi di carbonio e dieci atomi di idrogeno, il che spiega il suo maggior potere calorifico rispetto al propano

Butano(C 4 H 10) è un gas più economico, ma differisce dal propano per la bassa pressione di vapore, quindi viene utilizzato solo a temperature positive. Il punto di ebollizione del butano a pressione atmosferica è meno 0,5°C.

La temperatura del gas nei serbatoi del sistema autonomo di alimentazione del gas deve essere positiva, altrimenti l'evaporazione della componente butano del GPL sarà impossibile. Per garantire temperature del gas superiori a 0°C viene utilizzato il calore geotermico: nel sottosuolo viene installata una bombola del gas per un'abitazione privata.

Una miscela di propano e butano

Nel settore domestico viene utilizzata una miscela di propano e butano tecnico (SPBT), comunemente chiamata propano-butano. Se il contenuto di butano nell'SPBT è superiore al 60%, il funzionamento ininterrotto dei serbatoi nelle condizioni climatiche della Russia è impossibile. In questi casi, gli evaporatori GPL vengono utilizzati per forzare la fase liquida nella fase vapore.

Caratteristiche e proprietà del GPL

Le proprietà dei gas liquefatti influiscono sulle misure di sicurezza, nonché sulla progettazione e sulle caratteristiche tecniche delle apparecchiature in cui vengono immagazzinati, trasportati e utilizzati.

Caratteristiche distintive dei gas liquefatti:

elevata pressione di vapore;
non avere odore. Per rilevare tempestivamente le perdite, ai gas liquefatti viene attribuito un odore specifico - odorizzato con etilmero-captano (C 2 H 5 SH);
basse temperature e limiti di infiammabilità. La temperatura di accensione del butano è 430°C, quella del propano è 504°C. Il limite inferiore di infiammabilità del propano è del 2,3%, del butano è dell'1,9%;
propano, butano e loro miscele più pesante dell'aria. In caso di perdita, il gas liquefatto può accumularsi nei pozzi o negli scantinati. È vietato installare apparecchiature funzionanti a gas liquefatto in locali tipo seminterrato;
transizione alla fase liquida con aumento della pressione o diminuzione della temperatura;
alto potere calorifico. Per bruciare il GPL è necessaria una grande quantità di aria (per bruciare 1 m³ della fase gassosa del propano sono necessari 24 m³ di aria e il butano - 31 m³ di aria);
elevato coefficiente di espansione volumetrica della fase liquida(il coefficiente di espansione volumetrica della fase liquida del propano è 16 volte maggiore di quello dell'acqua). Le bombole e i serbatoi vengono riempiti non più dell'85% del loro volume geometrico. Un riempimento superiore all'85% può portare alla loro rottura, al successivo flusso rapido ed evaporazione del gas, nonché all'accensione della miscela con l'aria;
a seguito dell'evaporazione di 1 kg di fase liquida di GPL al n. tu. Si ottengono 450 litri di fase vapore. In altre parole, 1 m³ della fase vapore di una miscela propano-butano ha una massa di 2,2 kg;
Quando si brucia 1 kg di miscela propano-butano si liberano circa 11,5 kWh di energia termica;
gas liquefatto evapora intensamente e quando entra in contatto con la pelle umana provoca congelamento.

Dipendenza della densità della miscela propano-butano dalla sua composizione e temperatura

Tabella delle densità della miscela propano-butano liquefatta (in t/m³) in funzione della sua composizione e temperatura

	−25	−20	−15	−10	−5	0	5	10	15	20	25
P/B, %	−25	−20	−15	−10	−5	0	5	10	15	20	25
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—temperatura della miscela di gas (temperatura media giornaliera dell'aria); P/B - rapporto tra propano e butano nella miscela, %

Il gas idrocarburico liquefatto, più spesso utilizzato come carburante per automobili, è una miscela di propano (C3H8), butano (C4H10) e una piccola quantità (circa l'1%) di idrocarburi insaturi.

Il gas liquefatto può essere prodotto sia dal petrolio che dalla frazione condensata del gas naturale. La miscela di idrocarburi formatasi durante il processo di lavorazione viene fornita ad un'unità di frazionamento del gas di assorbimento, dove avviene la separazione in frazioni separate in apposite colonne.

Propano e butano vengono purificati da composti di zolfo, alcali, acqua e altri componenti, quindi la combustione del gas provoca solo lievi danni all'atmosfera. Rispetto al propano, il butano ha proprietà di evaporazione inferiori e viene quindi miscelato con propano. A seconda della marca di GOS, propano e butano vengono miscelati nelle proporzioni richieste.

Caratteristiche fisico-chimiche

Densità la fase liquida di un gas dipende dalla temperatura, con un aumento al quale diminuisce la densità. Alla normale pressione atmosferica e ad una temperatura di 15 gradi C, la densità della fase liquida del propano è 0,51 kg/l, quella del butano - 0,58 kg/l. La fase vapore del propano è 1,5 volte più pesante dell'aria, il butano è 2 volte più pesante. Il punto di ebollizione della benzina è superiore alla temperatura ambiente e il gas liquefatto evapora a temperature più basse. Ciò significa che la benzina in un serbatoio può trovarsi allo stato liquido a pressione atmosferica e il gas liquefatto in un serbatoio può trovarsi a una pressione corrispondente alla temperatura ambiente.

Numero di ottano il carburante gassoso è superiore a quello della benzina, quindi la resistenza alla detonazione del gas liquefatto è maggiore di quella della benzina, anche della massima qualità. Il numero di ottano medio del gas liquefatto - 105 - è irraggiungibile per qualsiasi marca di benzina. Ciò consente di ottenere una maggiore efficienza del carburante in una caldaia a gas.

Diffusione. Il gas si mescola facilmente con l'aria e brucia in modo più uniforme. La miscela di gas brucia completamente, quindi non si forma fuliggine nei focolari e sugli elementi riscaldanti.

Pressione nel contenitore. In un recipiente chiuso, il GPL forma un sistema bifase costituito da una fase liquida e una fase vapore. La pressione nel contenitore dipende dalla pressione del vapore saturo, che a sua volta dipende dalla temperatura della fase liquida e dalla percentuale di propano e butano in essa contenuta. La pressione del vapore saturo caratterizza la volatilità del GPL. La volatilità del propano è superiore a quella del butano, quindi la sua pressione a temperature negative è molto più elevata. Calcoli ed esperimenti hanno dimostrato che a basse temperature ambiente è più efficace utilizzare GPL con un alto contenuto di propano, poiché ciò garantisce un'evaporazione affidabile del gas e quindi gas sufficiente per il consumo di gas. Inoltre, una sufficiente sovrappressione nel serbatoio garantirà una fornitura affidabile di gas alla caldaia in caso di forti gelate. A temperature ambiente elevate e positive, è più efficace utilizzare GPL con un contenuto di propano inferiore, poiché ciò creerà una significativa sovrappressione nel serbatoio, che può attivare la valvola di rilascio. Oltre a propano e butano, il GPL contiene una piccola quantità di metano, etano e altri idrocarburi che possono modificare le proprietà del GPL. Durante il funzionamento del contenitore può formarsi condensa non evaporante, che influisce negativamente sul funzionamento delle apparecchiature a gas.

Variazione del volume della fase liquida durante il riscaldamento. Le norme della Commissione Economica per l'Europa dell'ONU prevedono l'installazione di un dispositivo automatico che limiti il riempimento del contenitore all'85% del suo volume. Questo requisito è spiegato dall'elevato coefficiente di espansione volumetrica della fase liquida, che per il propano è 0,003 e per il butano 0,002 per ogni aumento di 1°C della temperatura del gas. Per fare un confronto: il coefficiente di espansione volumetrica del propano è 15 volte e il butano è 10 volte maggiore di quello dell'acqua.

Variazione del volume del gas durante l'evaporazione. Quando il gas liquefatto evapora si formano circa 250 litri. gassoso. Pertanto, anche una piccola perdita di GPL può essere pericolosa, poiché il volume del gas durante l'evaporazione aumenta di 250 volte. La densità della fase gassosa è 1,5–2,0 volte maggiore della densità dell'aria. Questo spiega il fatto che quando c'è una perdita il gas ha difficoltà a disperdersi nell'aria, soprattutto negli ambienti chiusi. I suoi vapori possono accumularsi in depressioni naturali e artificiali, formando una miscela esplosiva. SNiP 42-01-2002 prevede l'installazione obbligatoria di un analizzatore di gas che emette un segnale alla valvola di intercettazione per chiudersi in caso di accumulo di gas in una concentrazione pari al 10% della concentrazione esplosiva.

Odorazione. Il gas stesso non ha praticamente odore, quindi, per la sicurezza e la diagnosi tempestiva delle perdite di gas da parte degli organi olfattivi umani, vengono aggiunte piccole quantità di sostanze dall'odore forte. Se la frazione di massa dello zolfo mercaptano è inferiore allo 0,001%, il GPL deve essere odorizzato. Per l'odorizzazione viene utilizzato l'etil mercaptano (C2H5SH), che è un liquido dall'odore sgradevole con una densità di 0,839 kg/l e un punto di ebollizione di 35°C. La soglia di sensibilità all'odore è 0,00019 mg/l, la concentrazione massima consentita nell'aria dell'area di lavoro è 1 mg/m 3. Nei casi in cui la tossicità è normale o leggermente inferiore alla norma, l'odore dell'odorizzante non si avverte praticamente e non si osserva il suo accumulo nella stanza.

Lo sai che....

Il costo della gassificazione autonoma in media è di 5mila rubli per kilowatt di potenza termica, il costo della gassificazione con gas principale è di 9mila rubli per kilowatt, il costo di assegnazione dell'energia elettrica è di 20mila rubli per kilowatt.