Cостав и свойства газовой смеси

Для целей отопления и как моторное топливо в России, в отличие от стран ЕС, где разделены поставки автомобильного и отопительного газа, используется сжиженный углеводородный газ (СУГ), который представляет собой сложную смесь углеводородов, при нормальных условиях находящихся в газообразном состоянии. Для указанных нужд выпускаются и реализуются три его марки:

СПБТЗ – смесь пропана и бутана технических зимняя;
СПБТЛ – смесь пропана и бутана технических летняя;
БТ – бутан технический.

СПБТЗ (смесь с содержанием бутана менее 10%) круглогодично поставляется только в регионы крайнего севера. СПБТЛ круглогодично поставляется в северные, центральные и южные регионы. БТ для бытовых нужд не используется.

В состав СУГ входят углеводороды с количеством углеводородных атомов в молекуле С₂-Сsub>5 : этан, пропан, бутан и пентан.

Этан (С₂Н₆) – газ при нормальных условиях (температура 273,16 К (0°С), давление 98066,5 Па) имеет плотность 1,36 кг/м³. Этан специально добавляется в СУГ в незначительных количествах для поддержания давления в резервуарах при перевозке и хранении СУГ в зимнее время для избежания разрушения резервуаров от вакуума, возникающего при их охлаждении ниже точки росы перевозимой газовой смеси. При расчете газгольдеров, необходимо принимать во внимание, что при отборе газовой фазы из газгольдера весь этан очень быстро испаряется в первую очередь.

Пропан (С₃Н₈) — тяжелый газ, плотностью при нормальных условиях 2,02 кг/м³. Это один из основных компонентов СУГ. Максимальная расчетная температура, при которой давление насыщенных паров пропана составляет 1,6 МПа, принимается равной 318 К (45°С). Это соответствует требованием ГОСТ 15860—84 на стальные баллоны для сжиженных углеводородных газов. Давление паров пропана при температуре 238 К (-35°С) составляет 0,14 МПа—наименьшее значение, при котором регулятор давления (редуктор) обеспечивает минимально допустимую производительность газгольдера. Поэтому пропан в сжиженном состоянии может быть использован в качестве топлива без искусственной регазификации при температуре до 243 К (-30°С). В Европе используются преимущественно надземные резервуары, поэтому для заправки используется только чистый пропан, однако паровая фаза технического пропана при температуре ниже 231 К (-42°С) в газопроводе низкого давления и в резервуаре конденсируется, что в конечном итоге может привести к прекращению газоснабжения и смятию резервуара под воздействием атмосферного давления.

Бутан (С₄Н₁₀) — тяжелый газ, имеющий два изомера: бутан и изобутан. Имея одинаковый химический состав и молекулярную массу, они отличаются расположением атомов в молекуле. Изомеры бутана представляют собой труднокипящие жидкости. Плотность паровой фазы технического бутана при нормальных условиях колеблется от 2,67 до 2,70 кг/м³. Бутан начинает конденсироваться при температуре 272,5 К ( -0,5°С). Бутан может быть использован при температуре не ниже 278 К ( 5°С). В связи с этим сжиженный газ с повышенным содержанием бутана при использовании его для коммунально-бытовых целей в зимний период подлежит искусственной регазификации или может испаряться только с большой поверхности раздела сред (зеркала испарения), что зачастую может быть обеспечено только горизонтальными резервуарами. В присутствии пропана и этана не кипит объемно в связи с более низким парциальным давлением. Не может храниться в газгольдерах, не рассчитанных на вакуум при отрицательных температурах. В случае охлаждения участков газопровода до отрицательных температур в газопроводах необходимо предусматривать конденсатосборники-испарители для предотвращения попадания жидкого вторично конденсировавшегося бутана в горелки газового оборудования.

Пентан (С₅Н₁₂) — тяжелый газ плотностью при нормальных условиях 3,22 кг/м³. Наличие его в СУГ резко снижает давление паров, повышает точку росы и увеличивает массу жидкого остатка. Температура конденсации пентана достигает 309 К (36°С). Поэтому на газопроводах необходимо устанавливать конденсатосборники, конструкция которых должна обеспечивать удаление жидкого остатка, а при испарении в резервуарах пентан может накапливаться.

При проектировании и эксплуатации установок СУГ необходимо учитывать основные физико-химические характеристики не только отдельных углеводородных компонентов, но и их смесей: плотность, давление насыщенных паров, критические параметры, коэффициент объемного расширения и сжатия, точку росы, удельную теплоту фазового превращения, теплоемкость.