Сжиженный газ и СУГ: что такое, технология, сферы применения

Сжиженные газы (природный и углеводородный) широко используются в качестве топлива для бытовых и промышленных нужд. Рассмотрим их особенности, свойства, достоинства и сферы применения.

Сжиженные углеводородные газы (СУГ)

СУГ — это углеводородные смеси на основе бутана и пропана, находящиеся в газообразном состоянии при нормальном атмосферном давлении и температуре воздуха не менее 0 °C. В случае небольшого снижения температуры или повышения давления они превращаются в жидкость.

Особенности производства СУГ

Сжиженный углеводородный газ получают как сопутствующее вещество в ходе добычи нефти или при ее переработке на предприятии. Хотя современные технологии позволяют отделять друг от друга летучие фракции, обычно этим не занимаются.

Достоинства и недостатки

Продукт, включающий в себя пропан, бутан и изобутан, применяется в качестве сжиженного топлива. По отдельности эти газы не могут служить горючим: первый при температуре выше 0 °C становится взрывоопасным, а другие сжижаются даже при небольшом похолодании.

Смесь СУГ избавлена от этих недостатков. К ее плюсам следует отнести:

• возможность хранения в жидком виде при давлении не более 1,6 МПа и в температурном диапазоне -40…+45 °C;
• удобство хранения и транспортировки;
• устойчивость параметров — по сравнению с бензином и дизтопливом характеристики СУГ дольше остаются неизменными;
• высокое октановое число (90–110), которое зависит от процентного соотношения компонентов смеси;
• экономичность — при сопоставимом расходе цена такого горючего почти в 2 раза ниже по сравнению с бензином и соляркой;
• экологическая чистота — СУГ лучше сгорает, выделяя при этом меньшее количество вредных веществ.

Есть у СУГ и свои минусы, к которым относятся:

• переменность состава. На соотношение компонентов в газовой смеси влияет место добычи нефти, а также особенности производства. От этого зависят химические и физические характеристики смеси, что должно учитываться при эксплуатации;
• плотность. Она почти в два раза выше, чем у воздуха, из-за чего при утечке СУГ скапливается в нижней части зданий — на первом этаже и в подвалах. В результате возникает взрывоопасная ситуация, а люди или животные, находящиеся в этих местах, могут быть отравлены;
• прямая зависимость давления в емкостях для транспортировки и хранения газов от внешней температуры. Под воздействием солнечных лучей или в жарком климате повышается взрывоопасность смеси.

Особенностью сжиженных углеводородных газов является отсутствие запаха, что создает трудности при обнаружении утечек. Для решения проблемы в состав добавляется этилмеркаптан (этантиол). Это жидкое вещество отличается резким запахом сероводорода, что позволяет быстрее обнаружить разгерметизацию системы.

Транспортировка СУГ

С нефтеперерабатывающих предприятий закачанный в железнодорожные цистерны СУГ отправляется на газонаполнительные станции. Там углеводородной смесью заполняют специальные баллоны, в которых она хранится и передается потребителям.

Внутри цистерн (баллонов, резервуаров) СУГ находится одновременно в жидком и парообразном агрегатном состоянии. Собственные пары газа, скапливающиеся вверху емкости, обеспечивают давление, необходимое для поддержания основной части углеводородов в жидком состоянии.

Это позволяет снабжать коммунальные хозяйства, промышленные предприятия и рядовых потребителей большим количеством топлива. Дело в том, что сжиженные углеводороды занимают намного меньший объем, что удобно для хранения и транспортировки. При распределении по проводным магистралям и использовании (сжигании) смесь находится в газообразном состоянии.

Области применения

Высокая экологичность при сгорании, относительно небольшие расходы на изготовление и переработку — благодаря этим качествам сжиженный углеводородный газ широко применяется в различных производственных и хозяйственных сферах. Его используют как источник тепла в отопительных системах, как топливо для автомобильной и специальной техники, а также в качестве сырья при изготовлении аэрозолей.

В промышленных отраслях СУГ (пропан-бутан и изобутан) используется как горючее и сырье. В строительстве сжиженная смесь применяется для газовой сварки и переработки металлов.

СУГ широко используется крупными торговыми и складскими предприятиями. Пропан-бутановой смесью заправляют инфракрасные излучатели (обогреватели). Отсутствие запаха и экологическая чистота — достоинства, благодаря которым этому газу отдают предпочтение при заправке автопогрузочной техники, работающей в пищевой промышленности, а также на складах, где хранятся продукты.

Сжиженный углеводородный газ пользуется популярностью в качестве топлива для автомобилей, успешно конкурируя с традиционным горючим — бензином и соляркой. Решающую роль в этом случае играет более низкая цена СУГ.

Сжиженный природный газ (СПГ)

СПГ — это смесь природных газов, основой которой является метан (75…99 %). Вещество превращается в жидкость способом конденсации под воздействием криогенной температуры.

Основные характеристики СПГ

В условиях атмосферного давления конденсация природного газа происходит при температуре -161,5 °C. При сжижении СПГ его объем уменьшается приблизительно в 600 раз. В этом агрегатном состоянии природный газ не имеет цвета и запаха, а его плотность по сравнению с водой в 2 раза ниже. Он не горит, не обладает химической агрессивностью и токсичностью. Жидкое вещество закипает при температуре -158…-163 °C.

Технология производства

Процесс превращения газа в жидкость происходит поэтапно. На каждой стадии производится сжатие с кратным уменьшением объема (от 5 до 12 раз), охлаждением и переходом на следующую ступень. Окончательное сжижение происходит при понижении температуры на последнем этапе. Процесс требует больших затрат энергии — до 25 % от ее общего количества, содержащегося в веществе.

Современная промышленность использует следующие технологии производства СПГ:

• компримирование — конденсация под воздействием постоянного давления;
• рефрижераторный процесс в сочетании с дросселированием, обеспечивающий охлаждение с резким расширением вещества.

Для успешного сжижения газа важны качество теплоизоляционных материалов и эффективная работа теплообменного оборудования.

Порядок транспортировки

Транспортировка СПГ включает следующие этапы:

• морской переход танкера со сжиженным газом;
• перевозка специальным автотранспортом;
• доставка к месту регазификации с помощью железнодорожных цистерн;
• перевод вещества в газообразное состояние.

После регазификации осуществляется доставка до конечных потребителей по газопроводным магистралям.

Сферы применения

Сжиженный природный газ используется в качестве топлива:

• легковыми, грузовыми и пассажирскими автомобилями;
• железнодорожным и водным транспортом;
• энергетическими установками на предприятиях и отдельных объектах;
• населением для хозяйственных и бытовых нужд.

В зависимости от стоящих задач сжиженный природный газ задействуют в качестве источника электрической или тепловой энергии, а также холода, который может быть использован в хозяйственных целях.

Достоинства СПГ

По сравнению с традиционными видами горючего СПГ имеет определенные плюсы энергетического, экологического, а также коммерческого плана. Это проявляется при использовании сжиженного природного газа в качестве топлива как для газовых моторов, так и для энергоустановок.

СПГ отличается:

• увеличенными показателями минимальной массовой теплоты сгорания и коэффициентом полезного действия оборудования;
• относительно низкой стоимостью, что позволяет экономить на топливных расходах;
• высокой чистотой, которая способствует увеличению эксплуатационного ресурса оборудования.

Сжиженный природный газ используется в качестве топлива для котельных вместо традиционного мазута. Его применение позволяет снизить энергозатраты, поскольку СПГ не требует разогрева и рециркуляции. Газовое топливо по сравнению с углеводородным меньше изнашивает оборудование, поскольку не способствует коррозии. Наконец, использование СПГ упрощает уход за системой, поскольку не приходится часто очищать камеры сгорания, дымовые трубы и горелки.