Сжиженный нефтяной газ, также называемый жидким нефтяным газом ( СНГ или сжиженный нефтяной газ ), представляет собой топливный газ , который содержит легковоспламеняющуюся смесь углеводородных газов, в частности пропана , пропилена , бутилена , изобутана и н-бутана .
Сжиженный нефтяной газ используется в качестве топливного газа в отопительных приборах , кухонном оборудовании и транспортных средствах. Его все чаще используют в качестве пропеллента для аэрозолей [1] и хладагента [2] , заменяя хлорфторуглероды с целью уменьшить повреждение озонового слоя . При использовании в качестве автомобильного топлива его часто называют автогазом или даже просто газом .
Разновидности сжиженного нефтяного газа, которые покупаются и продаются, включают смеси, состоящие в основном 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. [3] [4] В США продаются в основном два сорта сжиженного нефтяного газа: коммерческий пропан и HD-5. Эти спецификации опубликованы Ассоциацией переработчиков газа (GPA) [5] и Американским обществом испытаний и материалов. [6] В данных спецификациях также указаны смеси пропана и бутана.
Пропилен , бутилены и различные другие углеводороды обычно также присутствуют в небольших концентрациях, например C 2 H 6 , CH 4 и C 3 H 8 . HD-5 ограничивает количество пропилена, который можно поместить в сжиженный нефтяной газ, до 5% и используется в качестве спецификации автомобильного газа. Добавляется сильный одорант этантиол , чтобы можно было легко обнаружить утечки. Международно признанным европейским стандартом является EN 589. В Соединенных Штатах тетрагидротиофен (тиофан) или амилмеркаптан также одобрены в качестве одорантов [7] , хотя ни один из них в настоящее время не используется.
Сжиженный нефтяной газ получают путем переработки нефти или «влажного» природного газа и почти полностью получают из источников ископаемого топлива , производимого во время переработки нефти (сырой нефти) или извлекаемого 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 копоти и с очень небольшими выбросами серы . Поскольку это газ, он не представляет опасности загрязнения почвы или воды , но может вызвать загрязнение воздуха . Типичная удельная теплотворная способность сжиженного нефтяного газа составляет 46,1 МДж/кг по сравнению с 42,5 МДж/кг для мазута и 43,5 МДж/кг для бензина высшего сорта (бензина). [8] Однако его энергетическая плотность на единицу объема, составляющая 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). для бензина ). Поскольку плотность и давление паров сжиженного нефтяного газа (или его компонентов) существенно изменяются в зависимости от температуры, этот факт необходимо учитывать каждый раз, когда применение связано с операциями безопасности или коммерческого учета , [9] например, типичный вариант уровня отсечки для резервуара сжиженного нефтяного газа составляет 85. %.
Помимо использования в качестве энергоносителя, сжиженный нефтяной газ также является перспективным сырьем в химической промышленности для синтеза олефинов, таких как этилен, пропилен, [10] [11].
Поскольку его точка кипения ниже комнатной температуры , сжиженный нефтяной газ быстро испаряется при нормальных температурах и давлениях , и его обычно поставляют в стальных емкостях под давлением . Обычно они заполняются на 80–85% своей вместимости, 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 пара , также варьируется в зависимости от состава и температуры; например, это примерно 220 килопаскалей (32 фунта на квадратный дюйм) для чистого бутана при 20 ° C (68 ° F) и примерно 2200 килопаскалей (320 фунтов на квадратный дюйм) для чистого пропана при 55 ° C (131 ° F). Сжиженный нефтяной газ в газообразной фазе по-прежнему тяжелее воздуха , в отличие от природного газа , и поэтому будет течь по полу и иметь тенденцию оседать в низких местах, например, в подвалах . В этом есть две основные опасности. Первый — это возможный взрыв , если смесь сжиженного нефтяного газа и воздуха находится во взрывоопасных пределах и имеется источник воспламенения. Второй — удушье из-за вытеснения воздуха сжиженным нефтяным газом, что приводит к снижению концентрации кислорода.
Полный газовый баллон со сжиженным нефтяным газом содержит 86% жидкости; свободный объем будет содержать пар под давлением, которое меняется в зависимости от температуры . [12]
Сжиженный нефтяной газ широко используется на 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 , а также является особенно экономичным и эффективным способом обогрева домов, не подключенных к сети.
Во многих странах сжиженный нефтяной газ используется для приготовления пищи по экономическим причинам, из соображений удобства или потому, что он является предпочтительным источником топлива.
В Индии за шесть месяцев с апреля по сентябрь 2016 года в бытовом секторе было потреблено почти 8,9 миллиона тонн сжиженного нефтяного газа, в основном для приготовления пищи. Количество внутренних подключений составляет 215 миллионов (т.е. одно подключение на каждые шесть человек) с оборотом более 350 миллионов баллонов сжиженного нефтяного газа. [68] Большая часть потребности в сжиженном нефтяном газе импортируется. Городское газопроводное газоснабжение в Индии еще не развито в крупных масштабах. Сжиженный нефтяной газ субсидируется правительством Индии для внутренних потребителей. Повышение цен на сжиженный нефтяной газ является политически чувствительным вопросом в Индии, поскольку оно потенциально влияет на структуру голосования среднего класса .
Сжиженный нефтяной газ когда-то был стандартным топливом для приготовления пищи в Гонконге ; однако продолжающееся распространение городского газа на новые здания привело к сокращению использования сжиженного нефтяного газа в жилых домах до менее 24%. Однако, помимо электрических, индукционных или инфракрасных печей, печи, работающие на сжиженном нефтяном газе, являются единственным типом, доступным в большинстве пригородных деревень и во многих общественных жилых комплексах.
Сжиженный нефтяной газ является наиболее распространенным топливом для приготовления пищи в городских районах Бразилии , он используется практически во всех домохозяйствах, за исключением городов Рио-де-Жанейро и Сан-Паулу, которые имеют инфраструктуру газопровода. С 2001 года бедные семьи получают государственный грант («Vale Gás»), который используется исключительно на приобретение сжиженного нефтяного газа. С 2003 года этот грант 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 для первого. Это результат директивы федерального правительства Бразилии, но ее прекращение в настоящее время обсуждается. [69]
Сжиженный нефтяной газ широко используется в Северной Америке для приготовления пищи в домашних условиях и приготовления на открытом воздухе гриля .
Преимущественно в Европе и сельских районах многих стран сжиженный нефтяной газ может стать альтернативой электрическому отоплению , мазуту или керосину . Сжиженный нефтяной газ чаще всего используется в районах, где нет прямого доступа к трубопроводному природному газу . В Великобритании около 200 000 домохозяйств используют сжиженный нефтяной газ для отопления.
Сжиженный нефтяной газ может использоваться в качестве источника энергии для комбинированных технологий производства тепла и электроэнергии (ТЭЦ). ТЭЦ – это процесс производства электроэнергии и полезного тепла из одного источника топлива. Эта технология позволила использовать сжиженный нефтяной газ не только в качестве топлива для отопления и приготовления пищи, но и для децентрализованного производства электроэнергии.
Сжиженный нефтяной газ можно хранить различными способами. Сжиженный нефтяной газ, как и другие виды ископаемого топлива , можно комбинировать с возобновляемыми источниками энергии, чтобы обеспечить большую надежность и при этом добиться некоторого снижения выбросов CO 2 . Однако, в отличие от ветровых и солнечных возобновляемых источников энергии, сжиженный нефтяной газ можно использовать в качестве автономного источника энергии без непомерных затрат на хранение электроэнергии . Во многих климатических условиях возобновляемые источники энергии, такие как солнечная и ветровая энергия, по-прежнему потребуют строительства, установки и обслуживания надежных источников энергии с базовой нагрузкой, таких как генераторы, работающие на сжиженном нефтяном газе, для обеспечения электроэнергии в течение всего года. Возможна 100% ветровая/солнечная энергия, но с оговоркой, что стоимость дополнительных генерирующих мощностей, необходимых для зарядки батарей, а также стоимость хранения электроэнергии в батареях делают этот вариант экономически целесообразным лишь в меньшинстве ситуаций. [ нужна цитата ]
Когда сжиженный нефтяной газ используется в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания , его часто называют автогазом или автопропаном. В некоторых странах он используется с 1940-х годов в качестве альтернативы бензину двигателям с искровым зажиганием. В некоторых странах в жидкость добавляются присадки, которые продлевают срок службы двигателя, а соотношение бутана и пропана в топливе, сжиженном нефтяном газе, поддерживается весьма точным. В двух недавних исследованиях изучались топливные смеси сжиженный нефтяной газ, мазут и было обнаружено, что выбросы дыма и расход топлива снижаются, но выбросы углеводородов увеличиваются. [70] [71] Исследования были разделены по выбросам CO: одно выявило значительное увеличение, [70] а другое обнаружило небольшое увеличение при низкой нагрузке двигателя, но значительное снижение при высокой нагрузке двигателя. [71] Его преимуществом является то, что он нетоксичен, не вызывает коррозии, не содержит тетраэтилсвинца или каких-либо добавок, а также имеет высокое октановое число (102–108 RON в зависимости от местных спецификаций). Он сгорает чище, чем бензин или мазут, и особенно не содержит твердых частиц , присутствующих в последнем.
У сжиженного нефтяного газа более низкая плотность энергии на литр, чем у бензина или мазута, поэтому эквивалентный расход топлива выше. Многие правительства взимают меньший налог на сжиженный нефтяной газ, чем на бензин или мазут, что помогает компенсировать большее потребление сжиженного нефтяного газа, чем на бензин или мазут. Однако во многих европейских странах эта налоговая льгота часто компенсируется гораздо более высоким годовым налогом на автомобили, использующие сжиженный нефтяной газ, чем на автомобили, использующие бензин или мазут. Пропан является третьим наиболее широко используемым моторным топливом в мире. По оценкам на 2013 год, более 24,9 миллионов автомобилей во всем мире работают на пропане. Ежегодно в качестве автомобильного топлива используется более 25 миллионов тонн (более 9 миллиардов галлонов США).
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 склонны к износу клапанов, если они не модифицированы соответствующим образом. Многие современные дизельные двигатели с системой Common Rail хорошо реагируют на использование сжиженного нефтяного газа в качестве дополнительного топлива. Здесь в качестве топлива используется не только дизельное топливо, но и сжиженный нефтяной газ. Теперь доступны системы, которые интегрируются с системами управления двигателем OEM.
Комплекты для переоборудования могут переключить автомобиль, работающий на бензине, на использование двойной системы, при которой в одном автомобиле используется и бензин, и сжиженный нефтяной газ.
Сжиженный нефтяной газ можно перерабатывать в алкилат , который представляет собой смесь бензинов премиум-класса , поскольку он обладает исключительными антидетонационными свойствами и обеспечивает чистое сгорание.
Сжиженный нефтяной газ играет важную роль в обеспечении автономного охлаждения, обычно с помощью газоабсорбционного холодильника .
Смесь «R-290a », составленная 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 другие хлорфторуглеродные или гидрофторуглеродные хладагенты в обычных стационарных системах охлаждения и кондиционирования воздуха. [72]
Такая замена широко запрещена или не рекомендуется в автомобильных системах кондиционирования воздуха на том основании, что использование легковоспламеняющихся углеводородов в системах, изначально предназначенных для транспортировки негорючего хладагента, представляет значительный риск возгорания или взрыва. [73] [74]
Продавцы и сторонники углеводородных хладагентов выступают против таких запретов на том основании, что таких инцидентов было очень мало по сравнению с количеством автомобильных систем кондиционирования воздуха, заполненных углеводородами. [75] [76] В одном конкретном тесте, проведенном профессором Университета Нового Южного Уэльса , непреднамеренно проверялся наихудший сценарий внезапного и полного выброса хладагента в пассажирский салон с последующим возгоранием. Он и еще несколько человек в машине получили легкие ожоги лица, ушей и рук, а несколько наблюдателей получили рваные раны от разбитого стекла переднего пассажирского окна. Никто не пострадал. [77]
В 2015 году мировое производство сжиженного нефтяного газа достигло более 292 миллионов метрических тонн в год (млн/год), а глобальное потребление сжиженного нефтяного газа превысило 284 млн т/год. [81] 62% сжиженного нефтяного газа добывается из природного газа , а остальная часть производится нефтеперерабатывающими заводами из сырой нефти . [82] 44% мирового потребления приходится на внутренний сектор. США являются ведущим производителем и экспортером сжиженного нефтяного газа. [83]
Благодаря природному газу и нефтеперерабатывающей промышленности Европа практически полностью обеспечивает себя сжиженным нефтяным газом. Безопасность поставок в Европу дополнительно обеспечивается за счет:
По оценкам 2010–2012 годов, доказанные мировые запасы природного газа , из которого получают большую часть сжиженного нефтяного газа, составляют 300 триллионов кубических метров (10 600 триллионов кубических футов). Производство продолжает расти среднегодовыми темпами 2,2%.
Сжиженный нефтяной газ состоит в основном из пропана и бутана, а природный газ состоит из более легких метана и этана . Сжиженный нефтяной газ, испаренный и находящийся при атмосферном давлении, имеет более высокую теплотворную способность (46 МДж/м 3 эквивалентно 12,8 кВтч/м 3 ), чем природный газ (метан) (38 МДж/м 3 эквивалентно 10,6 кВтч/м 3 ), что означает что сжиженный нефтяной газ не может просто заменить природный газ. Чтобы обеспечить возможность использования одних и тех же устройств управления горелкой и обеспечить схожие характеристики сгорания, сжиженный нефтяной газ можно смешивать с воздухом для получения синтетического природного газа (СНГ), который можно легко заменить. Соотношение смешивания сжиженного нефтяного газа и воздуха в среднем составляет 60/40, хотя оно широко варьируется в зависимости от газов, составляющих сжиженный нефтяной газ. Метод определения соотношений смешивания заключается в расчете индекса Воббе смеси. Газы, имеющие одинаковый индекс Воббе, считаются взаимозаменяемыми.
СНГ на основе СНГ используется в аварийных резервных системах на многих общественных, промышленных и военных объектах, а многие коммунальные предприятия используют установки для снижения пиковой нагрузки на сжиженный нефтяной газ в периоды высокого спроса, чтобы восполнить дефицит природного газа, подаваемого в их распределительные системы. Установки сжиженного нефтяного газа-СНГ также используются при первоначальном вводе в эксплуатацию газовой системы, когда распределительная инфраструктура уже создана до того, как можно будет подключить поставки газа. Развивающиеся рынки Индии и Китая (среди прочих) используют системы СНГ-СНГ для создания клиентской базы перед расширением существующих систем природного газа.
На начальном этапе системы городской газовой сети можно запланировать использование СНГ или природного газа с локализованным хранилищем и трубопроводной распределительной сетью для домохозяйств для обслуживания каждого кластера из 5000 бытовых потребителей. Это позволит исключить автомобильный транспорт с баллонами со сжиженным нефтяным газом на последней миле, который является причиной дорожного движения и препятствий для безопасности в индийских городах. Эти локализованные сети природного газа успешно работают в Японии, и их можно подключить к более широким сетям как в деревнях, так и в городах.
Коммерчески доступный сжиженный нефтяной газ в настоящее время получают в основном из ископаемого топлива. При сжигании сжиженного нефтяного газа выделяется углекислый газ , парниковый газ . В результате реакции также образуется некоторое количество монооксида углерода . Однако сжиженный нефтяной газ выделяет меньше CO.
2на единицу энергии, чем уголь или нефть, но больше, чем природный газ. Он выделяет 81% CO .
2за кВтч , произведенный нефтью, 70% от угля и менее 50% от электроэнергии, вырабатываемой из угля, распределяемой по сети. [130] 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 более чисто, чем углеводороды с более высокой молекулярной массой , поскольку он выделяет меньше твердых частиц . [131]
Поскольку он гораздо менее загрязняет окружающую среду, чем большинство традиционных твердотопливных печей, замена кухонных плит, используемых в развивающихся странах, на сжиженный нефтяной газ является одной из ключевых стратегий, принятых для снижения загрязнения воздуха в домах в развивающихся странах. [132]
На нефтеперерабатывающем или газовом заводе сжиженный нефтяной газ должен храниться в резервуарах под давлением . Эти контейнеры бывают цилиндрическими и горизонтальными или сферическими. Обычно эти сосуды проектируются и изготавливаются по каким-то нормам. В Соединенных Штатах этот кодекс регулируется Американским обществом инженеров-механиков (ASME).
Контейнеры для сжиженного нефтяного газа имеют клапаны сброса давления, благодаря которым при воздействии внешних источников тепла они выбрасывают сжиженный нефтяной газ в атмосферу или в факельную трубу .
Если резервуар подвергается пожару достаточной продолжительности и интенсивности, он может подвергнуться взрыву расширяющегося пара кипящей жидкости ( BLEVE ). Обычно это беспокоит крупные нефтеперерабатывающие и нефтехимические заводы, которые обслуживают очень большие контейнеры. Как правило, резервуары сконструированы таким образом, что продукт выходит быстрее, чем давление может достичь опасного уровня.
Одним из средств защиты, которое используется в промышленных условиях, является оснащение таких контейнеров мерами, обеспечивающими класс огнестойкости . Большие сферические контейнеры для сжиженного нефтяного газа могут иметь толщину стальных стенок до 15 см. Они оснащены одобренным предохранительным клапаном . Большой пожар вблизи судна повысит его температуру и давление . Предохранительный клапан наверху предназначен для стравливания избыточного давления во избежание разрыва самого контейнера. При пожаре достаточной продолжительности и интенсивности давление, создаваемое кипящим и расширяющимся газом, может превысить способность клапана выпустить излишки. Альтернативно, если из-за продолжающегося удаления воздуха уровень жидкости падает ниже нагреваемой области, конструкция резервуара может перегреться и впоследствии ослабиться в этой области. В случае любого из этих событий контейнер может резко разорваться, в результате чего куски судна разлетятся на высокой скорости, а выброшенные продукты также могут воспламениться, что потенциально может привести к катастрофическому повреждению всего, что находится поблизости, включая другие контейнеры.
Люди могут подвергнуться воздействию сжиженного нефтяного газа на рабочем месте при вдыхании, контакте с кожей и глазами. Управление по охране труда (OSHA) установило законный предел ( допустимый предел воздействия ) воздействия сжиженного нефтяного газа на рабочем месте в размере 1000 ppm (1800 мг/м 3 ) в течение 8-часового рабочего дня. Национальный институт охраны труда (NIOSH) установил рекомендуемый предел воздействия (REL) 1000 ppm (1800 мг/м 3 ) в течение 8-часового рабочего дня. При уровне 2000 частей на миллион, что составляет 10% нижнего предела взрываемости, сжиженный нефтяной газ считается непосредственным опасным для жизни и здоровья (исключительно из соображений безопасности, связанных с риском взрыва). [133]
Было обнаружено, что
химические соединения фреона в бытовых холодильниках, системах воздушного охлаждения и в качестве носителя
ДДТ
в аэрозольных
бомбах от насекомых более эффективны при тушении пожаров, чем углекислый газ.
«Теплотворная способность различных видов топлива». Центр экологических наук . IISc. Архивировано из оригинала 19 февраля 2020 года.