Сжиженный нефтяной газ , также называемый жидким нефтяным газом ( LPG или LP gas ), представляет собой топливный газ , содержащий легковоспламеняющуюся смесь углеводородных газов, в частности пропана , н- бутана и изобутана . Иногда он может содержать некоторое количество пропилена , бутилена и изобутена . [1] [2] [3]
Сжиженный нефтяной газ используется в качестве топливного газа в отопительных приборах , кухонном оборудовании и транспортных средствах. Он все чаще используется в качестве аэрозольного пропеллента [4] и хладагента [5] , заменяя хлорфторуглероды в целях уменьшения ущерба озоновому слою . При использовании в качестве транспортного топлива его часто называют автогазом или просто газом .
Разновидности сжиженного нефтяного газа, которые покупаются и продаются, включают смеси, которые в основном состоят из пропана ( C
3ЧАС
8), в основном бутан ( C
4ЧАС
10), и, чаще всего, смеси, включающие как пропан, так и бутан. Зимой в северном полушарии смеси содержат больше пропана, а летом — больше бутана. [6] [7] В Соединенных Штатах в основном продаются два сорта сжиженного нефтяного газа: коммерческий пропан и HD-5. Эти спецификации публикуются Ассоциацией переработчиков газа (GPA) [8] и Американским обществом по испытаниям и материалам. [9] Смеси пропана и бутана также перечислены в этих спецификациях.
Пропилен , бутилены и различные другие углеводороды обычно также присутствуют в небольших концентрациях, таких как C 2 H 6 , CH 4 и C 3 H 8 . HD-5 ограничивает количество пропилена, которое может быть помещено в LPG, до 5% и используется в качестве спецификации автогаза. Мощный одорант , этантиол , добавляется, чтобы можно было легко обнаружить утечки. Международно признанный европейский стандарт - EN 589. В Соединенных Штатах тетрагидротиофен (тиофан) или амилмеркаптан также являются одобренными одорантами, [10] хотя ни один из них в настоящее время не используется.
LPG получают путем переработки нефти или «влажного» природного газа , и почти полностью получают из ископаемых источников топлива , производя его во время переработки нефти (сырой нефти) или извлекая из потоков нефти или природного газа, когда они выходят из-под земли. Впервые он был произведен в 1910 году Уолтером О. Снеллингом , а первые коммерческие продукты появились в 1912 году. В настоящее время он обеспечивает около 3% всей потребляемой энергии и сгорает относительно чисто, без сажи и с очень небольшим выбросом серы . Поскольку это газ, он не представляет опасности загрязнения почвы или воды , но может вызывать загрязнение воздуха . LPG имеет типичную удельную теплотворную способность 46,1 МДж/кг по сравнению с 42,5 МДж/кг для мазута и 43,5 МДж/кг для бензина высшего сорта (бензина). [11] Однако его плотность энергии на единицу объема 26 МДж/л ниже, чем у бензина или мазута, поскольку его относительная плотность ниже (около 0,5–0,58 кг/л по сравнению с 0,71–0,77 кг/л у бензина ). Поскольку плотность и давление паров сжиженного нефтяного газа (или его компонентов) значительно изменяются с температурой, этот факт необходимо учитывать каждый раз, когда применение связано с операциями по обеспечению безопасности или коммерческому учету , [12] например, типичный уровень отсечки для резервуара сжиженного нефтяного газа составляет 85%.
Помимо использования в качестве энергоносителя, СУГ также является перспективным сырьем в химической промышленности для синтеза олефинов, таких как этилен, пропилен, [13] [14]
Так как его точка кипения ниже комнатной температуры , сжиженный нефтяной газ быстро испаряется при нормальных температурах и давлениях и обычно поставляется в стальных баллонах под давлением . Обычно они заполнены на 80–85% своей емкости, чтобы обеспечить тепловое расширение содержащейся жидкости. Соотношение плотностей жидкости и пара варьируется в зависимости от состава, давления и температуры, но обычно составляет около 250:1. Давление, при котором сжиженный нефтяной газ становится жидким, называемое давлением его паров , также варьируется в зависимости от состава и температуры; например, оно составляет приблизительно 220 килопаскалей (32 фунта на квадратный дюйм) для чистого бутана при 20 °C (68 °F) и приблизительно 2200 килопаскалей (320 фунтов на квадратный дюйм) для чистого пропана при 55 °C (131 °F). Сжиженный нефтяной газ в газообразной фазе все еще тяжелее воздуха , в отличие от природного газа , и поэтому будет течь по полу и иметь тенденцию оседать в низких местах, таких как подвалы . В этом есть две основные опасности. Первая — возможный взрыв , если смесь LPG и воздуха находится в пределах взрывоопасности и есть источник возгорания. Вторая — удушье из-за вытеснения LPG воздуха, что приводит к снижению концентрации кислорода.
Полный баллон сжиженного нефтяного газа содержит 86% жидкости; незаполненный объем будет содержать пар под давлением, которое меняется в зависимости от температуры. [15]
LPG имеет широкий спектр применения на многих различных рынках в качестве эффективного топливного контейнера в сельском хозяйстве, сфере отдыха, гостиничном бизнесе, промышленности, строительстве, парусном спорте и рыболовстве. Он может служить топливом для приготовления пищи, центрального отопления и нагрева воды и является особенно экономичным и эффективным способом обогрева домов, не подключенных к электросети.
Сжиженный нефтяной газ используется для приготовления пищи во многих странах по экономическим причинам, из соображений удобства или потому, что он является предпочтительным источником топлива.
В Индии в 2023-2024 финансовом году в бытовом секторе было потреблено около 28,5 миллионов метрических тонн сжиженного нефтяного газа, в основном для приготовления пищи. [16] В 2016 году количество внутренних подключений составило 215 миллионов (т. е. одно подключение на каждых шесть человек) с оборотом более 350 миллионов баллонов с сжиженным нефтяным газом. [17] Большая часть потребности в сжиженном нефтяном газе импортируется. Трубопроводное городское газоснабжение в Индии еще не развито в крупных масштабах. Сжиженный нефтяной газ субсидируется индийским правительством для бытовых потребителей. Повышение цен на сжиженный нефтяной газ стало политически чувствительным вопросом в Индии, поскольку оно потенциально влияет на характер голосования среднего класса .
Когда-то LPG был стандартным топливом для приготовления пищи в Гонконге ; однако, продолжающееся расширение городского газа в новых зданиях сократило использование LPG до менее чем 24% жилых единиц. Однако, за исключением электрических, индукционных или инфракрасных плит, печи на LPG являются единственным типом, доступным в большинстве пригородных деревень и многих общественных жилых комплексах.
Сжиженный нефтяной газ является наиболее распространенным топливом для приготовления пищи в городских районах Бразилии , его используют практически во всех домохозяйствах, за исключением городов Рио-де-Жанейро и Сан-Паулу, где есть инфраструктура трубопроводов природного газа. С 2001 года бедные семьи получают правительственную субсидию («Vale Gás»), используемую исключительно для приобретения сжиженного нефтяного газа. С 2003 года эта субсидия является частью основной государственной программы социального обеспечения (« Bolsa Família »). Кроме того, с 2005 года национальная нефтяная компания Petrobras проводит различие между сжиженным нефтяным газом, предназначенным для приготовления пищи, и сжиженным нефтяным газом, предназначенным для других целей, устанавливая более низкую цену на первый. Это является результатом директивы федерального правительства Бразилии, но в настоящее время обсуждается вопрос о ее прекращении. [18]
Сжиженный нефтяной газ широко используется в Северной Америке для приготовления пищи в домашних условиях и на гриле на открытом воздухе .
В основном в Европе и сельских районах многих стран СНГ может стать альтернативой электрическому отоплению , печному топливу или керосину . СНГ чаще всего используется в районах, где нет прямого доступа к трубопроводному природному газу . В Великобритании около 200 000 домохозяйств используют СНГ для отопления.
LPG может использоваться в качестве источника энергии для комбинированных технологий производства тепла и электроэнергии (CHP). CHP — это процесс производства как электроэнергии, так и полезного тепла из одного источника топлива. Эта технология позволила использовать LPG не только в качестве топлива для отопления и приготовления пищи, но и для децентрализованной генерации электроэнергии.
Сжиженный нефтяной газ можно хранить различными способами. Сжиженный нефтяной газ, как и другие виды ископаемого топлива , можно комбинировать с возобновляемыми источниками энергии для обеспечения большей надежности при одновременном достижении некоторого сокращения выбросов CO2 . Однако, в отличие от ветровых и солнечных возобновляемых источников энергии, сжиженный нефтяной газ можно использовать в качестве автономного источника энергии без непомерных расходов на хранение электроэнергии . Во многих климатических условиях возобновляемые источники, такие как солнечная и ветровая энергия, по-прежнему требуют строительства, установки и обслуживания надежных источников базовой нагрузки, таких как генерация на основе сжиженного нефтяного газа, для обеспечения электроэнергией в течение всего года. 100% ветровая/солнечная энергия возможна, но с оговоркой, что расходы на дополнительную генерирующую мощность, необходимую для зарядки аккумуляторов, плюс стоимость хранения электроэнергии в аккумуляторах делают этот вариант экономически целесообразным только в меньшинстве ситуаций. [ требуется цитата ]
Когда сжиженный нефтяной газ используется в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания , его часто называют автогазом или автопропаном. В некоторых странах он использовался с 1940-х годов в качестве альтернативы бензину для двигателей с искровым зажиганием. В некоторых странах в жидкости есть присадки, которые продлевают срок службы двигателя, а соотношение бутана и пропана в топливе сжиженный нефтяной газ сохраняется довольно точным. Два недавних исследования изучали топливные смеси сжиженного нефтяного газа с мазутом и обнаружили, что выбросы дыма и расход топлива снижаются, но выбросы углеводородов увеличиваются. [19] [20] Исследования были разделены по выбросам CO, причем одно обнаружило значительное увеличение, [19] а другое обнаружило небольшое увеличение при низкой нагрузке двигателя, но значительное уменьшение при высокой нагрузке двигателя. [20] Его преимущество в том, что он нетоксичен, не вызывает коррозии и не содержит тетраэтилсвинца или каких-либо присадок, а также имеет высокое октановое число (102–108 RON в зависимости от местных спецификаций). Он сгорает более чисто, чем бензин или мазут, и особенно свободен от частиц, присутствующих в последнем.
У сжиженного нефтяного газа плотность энергии на литр ниже, чем у бензина или мазута, поэтому эквивалентный расход топлива выше. Многие правительства взимают меньший налог с сжиженного нефтяного газа, чем с бензина или мазута, что помогает компенсировать большее потребление сжиженного нефтяного газа, чем бензина или мазута. Однако во многих европейских странах эта налоговая льгота часто компенсируется гораздо более высоким ежегодным налогом на автомобили, работающие на сжиженном нефтяном газе, чем на автомобили, работающие на бензине или мазуте. Пропан является третьим по распространенности моторным топливом в мире. По оценкам 2013 года, более 24,9 миллионов транспортных средств во всем мире работают на пропане. Более 25 миллионов тонн (более 9 миллиардов галлонов США) ежегодно используются в качестве автомобильного топлива.
Не все автомобильные двигатели подходят для использования сжиженного нефтяного газа в качестве топлива. Сжиженный нефтяной газ обеспечивает меньшую смазку верхних цилиндров, чем бензин или дизельное топливо, поэтому двигатели, работающие на сжиженном нефтяном газе, более подвержены износу клапанов, если они не модифицированы соответствующим образом. Многие современные дизельные двигатели с общей топливной магистралью хорошо реагируют на использование сжиженного нефтяного газа в качестве дополнительного топлива. Именно здесь сжиженный нефтяной газ используется в качестве топлива наряду с дизельным топливом. Теперь доступны системы, которые интегрируются с системами управления двигателем OEM.
Комплекты для переоборудования позволяют перевести транспортное средство, работающее на бензине, на использование двойной системы, в которой в одном и том же транспортном средстве используются как бензин, так и сжиженный нефтяной газ.
В 2020 году компания BW LPG успешно модернизировала сверхбольшой газовоз (VLGC) с помощью технологии движения на сжиженном нефтяном газе, став пионером в применении сжиженного нефтяного газа в крупномасштабных морских операциях. [21] Снижение выбросов углекислого газа, оксидов серы, оксидов азота и твердых частиц с помощью сжиженного нефтяного газа [22] [23] соответствует более строгим стандартам, установленным Международной морской организацией (ИМО), что делает сжиженный нефтяной газ жизнеспособным вариантом перехода, поскольку морская отрасль переходит к чистым нулевым выбросам углерода. [24]
Сжиженный нефтяной газ можно преобразовать в алкилат , который является первоклассным компонентом бензиновой смеси, поскольку он обладает исключительными антидетонационными свойствами и обеспечивает чистое сгорание.
Сжиженный нефтяной газ играет важную роль в обеспечении автономного охлаждения, обычно с помощью газового абсорбционного холодильника .
Смесь «R-290a», полученная из чистого сухого пропана (обозначение хладагента R-290 ) и изобутана (R-600a), имеет незначительный потенциал разрушения озонового слоя , очень низкий потенциал глобального потепления и может служить функциональной заменой R-12 , R-22 , R-134a и других хлорфторуглеродных или гидрофторуглеродных хладагентов в обычных стационарных системах охлаждения и кондиционирования воздуха. [25]
Такая замена широко запрещена или не рекомендуется в системах кондиционирования воздуха автомобилей на том основании, что использование легковоспламеняющихся углеводородов в системах, изначально предназначенных для перевозки негорючего хладагента, представляет значительный риск возгорания или взрыва. [26] [27]
Продавцы и сторонники углеводородных хладагентов выступают против таких запретов на том основании, что таких инцидентов было очень мало по сравнению с количеством систем кондиционирования воздуха транспортных средств, заполненных углеводородами. [28] [29] Один конкретный тест, проведенный профессором Университета Нового Южного Уэльса , непреднамеренно проверил наихудший сценарий внезапного и полного выброса хладагента в салон с последующим возгоранием. Он и несколько других людей в машине получили незначительные ожоги лица, ушей и рук, а несколько наблюдателей получили рваные раны от лопнувшего стекла переднего пассажирского окна. Никто серьезно не пострадал. [30]
Мировое производство LPG достигло более 292 миллионов метрических тонн в год (Mt/a) в 2015 году, в то время как мировое потребление LPG превысило 284 Mt/a. [34] 62% LPG извлекается из природного газа , а остальная часть производится нефтеперерабатывающими заводами из сырой нефти . [35] 44% мирового потребления приходится на внутренний сектор. США являются ведущим производителем и экспортером LPG. [36]
Благодаря природному газу и нефтеперерабатывающей промышленности Европа практически самодостаточна в сжиженном газе. Безопасность поставок в Европу дополнительно обеспечивается:
Согласно оценкам 2010–12 годов, доказанные мировые запасы природного газа , из которого производится большая часть сжиженного нефтяного газа, составляют 300 триллионов кубических метров (10 600 триллионов кубических футов). Производство продолжает расти со среднегодовым темпом 2,2%.
СУГ в основном состоит из пропана и бутана, в то время как природный газ состоит из более легких метана и этана . СУГ, испаренный и находящийся под атмосферным давлением, имеет более высокую теплотворную способность (46 МДж/м3 , что эквивалентно 12,8 кВт·ч/м3 ) , чем природный газ (метан) (38 МДж/м3 , что эквивалентно 10,6 кВт·ч/м3 ) , что означает, что СУГ не может быть просто заменен природным газом. Для того чтобы можно было использовать те же самые элементы управления горелкой и обеспечить аналогичные характеристики сгорания, СУГ можно смешивать с воздухом для получения синтетического природного газа (СПГ), который можно легко заменить. Соотношения смешивания СУГ/воздух в среднем составляют 60/40, хотя это широко варьируется в зависимости от газов, составляющих СУГ. Метод определения соотношений смешивания заключается в расчете числа Воббе смеси. Газы с одинаковым числом Воббе считаются взаимозаменяемыми.
SNG на основе LPG используется в аварийных резервных системах для многих общественных, промышленных и военных объектов, и многие коммунальные службы используют пиковые установки LPG в периоды высокого спроса, чтобы компенсировать дефицит природного газа, поставляемого в их распределительные системы. Установки LPG-SNG также используются во время начальных внедрений газовых систем, когда распределительная инфраструктура уже установлена до того, как могут быть подключены поставки газа. Развивающиеся рынки в Индии и Китае (среди прочих) используют системы LPG-SNG для создания клиентской базы перед расширением существующих систем природного газа.
На начальном этапе городской газовой сети можно запланировать газоснабжение на основе сжиженного нефтяного газа или природного газа с локализованным хранилищем и распределительной сетью трубопроводов для домохозяйств для обслуживания каждого кластера из 5000 бытовых потребителей. Это исключит последнюю милю дорожной транспортировки баллонов с сжиженным нефтяным газом, которая является причиной препятствий на дорогах и безопасности в индийских городах. Эти локализованные сети природного газа успешно работают в Японии с возможностью подключения к более широким сетям как в деревнях, так и в городах.
Коммерчески доступный LPG в настоящее время производится в основном из ископаемого топлива. Сжигание LPG выделяет углекислый газ , парниковый газ . Реакция также производит некоторое количество оксида углерода . Однако LPG выделяет меньше CO
2на единицу энергии, чем уголь или нефть, но больше, чем природный газ. Он выделяет 81% CO
2на кВт·ч, произведенный нефтью, составляет 70% от того, что выбрасывается углем, и менее 50% от того, что выбрасывается электроэнергией, выработанной с помощью угля и распределенной по сети. [37] Будучи смесью пропана и бутана, сжиженный нефтяной газ выделяет меньше углерода на джоуль , чем бутан, но больше углерода на джоуль, чем пропан.
Сжиженный нефтяной газ сгорает чище, чем углеводороды с более высокой молекулярной массой , поскольку он выделяет меньше твердых частиц . [38]
Поскольку он гораздо менее загрязняет окружающую среду, чем большинство традиционных печей на твердом топливе, замена кухонных плит, используемых в развивающихся странах, на сжиженный нефтяной газ является одной из ключевых стратегий, принятых для снижения загрязнения воздуха в домохозяйствах в развивающихся странах. [39]
На нефтеперерабатывающем заводе или газовом заводе сжиженный нефтяной газ должен храниться в сосудах под давлением . Эти емкости либо цилиндрические и горизонтальные (иногда их называют пулевидными резервуарами), либо сферические (типа сферы Хортона ). Обычно эти сосуды проектируются и изготавливаются в соответствии с определенным кодексом. В Соединенных Штатах этот кодекс регулируется Американским обществом инженеров-механиков (ASME).
Баллоны для сжиженного нефтяного газа оснащены предохранительными клапанами, благодаря которым при воздействии внешних источников тепла они будут сбрасывать сжиженный нефтяной газ в атмосферу или в факельную трубу .
Если резервуар подвергается пожару достаточной продолжительности и интенсивности, он может подвергнуться взрыву паров с расширением кипящей жидкости (BLEVE). Это обычно является проблемой для крупных нефтеперерабатывающих и нефтехимических заводов, которые содержат очень большие емкости. В целом резервуары проектируются таким образом, чтобы продукт выходил быстрее, чем давление может достичь опасного уровня.
Одним из средств, используемых в промышленных условиях, является оснащение таких контейнеров мерой, обеспечивающей класс огнестойкости . Большие сферические контейнеры для сжиженного нефтяного газа могут иметь толщину стальных стенок до 15 см. Они оснащены утвержденным клапаном сброса давления . Большой пожар вблизи сосуда увеличит его температуру и давление . Клапан сброса давления наверху предназначен для сброса избыточного давления, чтобы предотвратить разрыв самого контейнера. При достаточно продолжительном и интенсивном пожаре давление, создаваемое кипящим и расширяющимся газом, может превысить способность клапана сбрасывать избыток. В качестве альтернативы, если из-за продолжающегося сброса уровень жидкости опустится ниже нагреваемой области, конструкция резервуара может перегреться и впоследствии ослабнуть в этой области. Если произойдет что-либо из этого, контейнер может сильно разорваться, разбрасывая части сосуда с высокой скоростью, в то время как высвобождаемые продукты также могут воспламениться, потенциально нанося катастрофический ущерб всему, что находится поблизости, включая другие контейнеры.
Люди могут подвергаться воздействию LPG на рабочем месте при вдыхании, контакте с кожей и глазами. Управление по охране труда и промышленной гигиене (OSHA) установило допустимый предел воздействия ( допустимый предел воздействия ) для воздействия LPG на рабочем месте в размере 1000 ppm (1800 мг/м3 ) в течение 8-часового рабочего дня. Национальный институт охраны труда и промышленной гигиене (NIOSH) установил рекомендуемый предел воздействия (REL) в размере 1000 ppm (1800 мг/м3 ) в течение 8-часового рабочего дня. При уровнях 2000 ppm, 10% от нижнего предела взрываемости, LPG считается непосредственно опасным для жизни и здоровья (исключительно из соображений безопасности, связанных с риском взрыва). [40]
, что химические соединения фреона в бытовых холодильниках, системах охлаждения воздуха и в качестве носителя
ДДТ
в аэрозольных
бомбах для борьбы с насекомыми
более эффективны при тушении пожаров, чем углекислый газ.
"Теплотворная способность различных видов топлива". Центр экологических наук . IISc. Архивировано из оригинала 19 февраля 2020 г.