Пропан-бутан

Втечнен пропан-бутан (, LPG), среща се и като втечнени въглеводородни газове (ВВГ) или само пропан-бутан (ПБ), е леснозапалима смес от летливи въглеводороди – газовете пропан C3H8 и бутан C4H10. Втечнява се при налягане 8 атмосфери (при температура 20 – 25 °С). Намира широко промишлено и битово приложение като гориво в отоплителните уреди и превозни средства. Получава се при преработка на нефт.

Втечненият пропан-бутан често се използва и като пълнител за спрейове, дезодоранти и др., както и като хладилен агент, който замества хлорфлуорвъглеводородите (фреоните) и не вреди на озоновия слой.

Сортовете на LPG, които се продават, може да съдържат само пропан (C3H8), само бутан (C4H10), но най-често са смес от пропан и бутан, в зависимост от сезона. Пропен и бутени обикновено също присъстват в малки концентрации. Пропан-бутанът няма мирис. Като ароматизатор се използва например етилмеркаптан (с подобна на чесън миризма), така че течове да могат да бъдат открити (усетени) по-лесно.

ВВГ се получава при рафинирането на нефт или природен газ. За първи път е произведен през 1910 г. от д-р Валтер Снелинг, а първите търговски продукти, съдържащи пропан-бутан, се появяват през 1912 година. Пропан-бутанът осигурява около 3% от консумираната в днешно време енергия, той изгаря без сажди и има ниски серни емисии, затова не води до замърсяване на Земята. LPG има топлина на изгаряне около 46,1 MJ/kg в сравнение с 42,5 MJ/kg за дизел и 43,5 MJ/kg за бензин. Въпреки това неговата енергийна плътност на единица обем от 26 MJ/l е по-ниска, отколкото на бензина или дизела.

ВВГ е газообразен при нормални температури и атмосферно налягане, а се доставя втечнен под налягане в стоманени бутилки. Те обикновено са пълни между 80% и 85% от капацитета си, за да се даде възможност за топлинно разширение на съдържащата се течност. Съотношението между обемите на изпарения газ и втечнения газ варира в зависимост от състава, налягането и температурата, но обикновено е около 250:1. Налягането, при което LPG се втечнява, (налягане на наситените пари), също варира в зависимост от състава и температурата, като е около 220 kPa (2,2 бара) за чист бутан при 20 °C, и около 2,2 MPa (22 бара) за чист пропан при 55 °C. LPG е по-тежък от въздуха, затова се събира по подовете и по-ниски места, като мазета. Това трябва да се има предвид при работа с пропан-бутан.

Употреба Моторно гориво В някои страни пропан-бутанът е бил използван от 1940-те години като алтернатива на бензина в двигателите с вътрешно горене. Предимството му е, че той е нетоксичен, не предизвиква корозия, не изисква тетраетилолово или други добавки и има високо октаново число (102 – 108, в зависимост от местните спецификации). Той изгаря по-чисто от бензина или дизела и не отделя сажди, като последния.

LPG е с по-ниска енергийна плътност, отколкото бензина или дизела, така че еквивалентният разход на гориво е по-висок. Много правителства налагат по-ниски данъци върху пропан-бутана, отколкото върху бензина или дизела, което помага да се увеличи консумацията на пропан-бутана за сметката на бензина или дизела. Въпреки това в много европейски страни това често е компенсирано от много по-високата годишна такса за движение на колите, използващи пропан-бутан в сравнение с автомобилите, използващи бензин или дизел. Пропан-бутанът е третото най-масово използвано моторно гориво в света. По оценки за 2008 г., над 13 милиона превозни средства в цял свят използват пропан-бутан. Над 20 милиона тона ежегодно се използват като гориво. България е на първо място в Европа по дяла на използвания пропан-бутан за моторни цели: за 2003 г. – 91,7%, към 2015 г. – 95% от общото потребление на газа). За 2003 г. продажбите на горива са били разпределени по следния начин: 30,5% – пропан-бутан, 27% – бензин А 95, 26,7% – дизел, 11,7% – бензин А 92, 4,1% – бензин А 98. В останалите европейски страни този вид гориво се използва главно за промишлени и комунални цели.На първо място сме в Европа по потребление на пропан-бутан, 27.02.2004, 16:28 ч.24.09 – Становище по акцизите от Бедо Доганян.pdf Писмо до Народното събрание от 18.09.2015 г., Parliament.bg.

Не всички видове автомобилни двигатели могат да работят с ВВГ като гориво. LPG смазва горната част на цилиндрите по-лошо от бензина или дизела, като следствие двигателите с ВВГ са по-склонни към износване на клапаните, ако не са подходящо модифицирани.

Готвене Според преброяване от 2001 г. в Индия, 17,5% от индийските домакинства (около 33,6 милиона) използват пропан-бутан като гориво за готвене. 76,64% от тези домакинства са от градските части на Индия. 48% от градските индийски домакинства използват пропан-бутан, в сравнение с използването на само 5,7% в селските индийски домакинства. LPG се субсидира от правителството.

LPG някога е бил популярно гориво за готвене в Хонконг. Обаче с продължаващата експанзия на мрежите за природен газ, употребата на LPG намалява до по-малко от 24% от жилищата.

ВВГ е най-използваното гориво за готвене в бразилските градски райони и се използва в почти всички домакинства. Бедните семейства получават безвъзмездни помощи от правителството, които се използват само за закупуването на пропан-бутан.

Гражданско отопление LPG представлява алтернатива на отоплението с електричество и отоплението с нафта. ВВГ най-често се използва там, където няма достъп до газопроводни мрежи. LPG може да се използва като източник на енергия за технологии за получаване на комбинирана топлинна и електрическа енергия (CHP). CHP е процесът на генериране както на електрическа енергия, така и на полезна топлоенергия от един-единствен източник на гориво. Тази технология е позволила на ВВГ да се използва не само като гориво за отопление и готвене, но също така и за децентрализираното производство на електрическа енергия.

Хладилен агент LPG е от важно значение в хладилната техника на места, където няма електрическа мрежа (газово-абсорбционни хладилници).

Сместа от пропан (хладилен агент R-290а) и изобутан (R-600a) има слаб озоноразрушаващ потенциал и почти не допринася за глобално затопляне, затова може да служи като функционален заместител на R-12 R-22, R-134a, както и други фреони като хладилни агенти в традиционните стационарни хладилни системи и климатици.

Характеристики и свойства Пропан-бутанът като газ е невидим, а в течно състояние е прозрачен. Когато се изпусне ВВГ в течно състояние, той се изпарява много бързо, като разширява обема си 270 пъти и се получава бяла мъгла, а около мястото на изтичането се образува скреж/лед. Това се дължи на поглъщане на топлина, водещо до студови изгаряния, замръзване на оборудване и др.

Пропан-бутанът в чисто състояние е без мирис и вкус. Прибавя се миризлив агент (одорант) с неприятна миризма с цел откриване на течове по органо-лептичен път преди достигане на долната граница на възпламеняемост. Газът пропан-бутан е по-тежък от въздуха и при течове се стеле ниско по земята, може да проникне в дренажни ями и канали. Мястото на теча се търси със сапунен разтвор, никога с пламък.

Физико-химичните характеристики на втечнените въглеводородни газове са съгласно БДС 5670-83 „Газове въглеводородни втечнени“. Физико-химични свойства на ВВГ, V-gaz.Рисково аварийни характеристики на пропан-бутановата смес, Синергон Петролеум, 2019.

+ ФИЗИКО-ХИМИЧНИ ХАРАКТЕРИСТИКИ Наименование Пропан Бутан Химическа формула С3Н8 С4Н10 Плътност на втечнения газ [kg/m3, g/l] 520 580 Плътност на па̀рите [kg/N.m3, g/N.l] 1,97 2,6 Плътност на парите спрямо въздуха 1,56 2,06 Долна граница на взривяемост [% об.] 2,1 1,9 Горна граница на взривяемост [% об.] 9,5 9,1 Tемпература на самовъзпламеняване [°С] 466 405 Налягане на парите при t 15 °С [bar] 7,5 1,7 Налягане на парите при t 15 °С [MPa] 0,75 0,17 Налягане на парите при t 50 °С [bar] 16 4,3 – 4,7 Налягане на парите при t 50 °С [MPa] 1,6 0,43 – 0,47 Tемпература на кипене [°С] –42 –2 Категория на производство по пожарна опасност A A Клас на взривоопасност резервоарен парк В-Iг В-Iг Категория на взривоопасност помпен блок В-Iг В-Iг Категория и група на взривоопасната смес IIA-T1 IIA-T1

Бутанът и пропанът се намират в течна фаза в долната част на съда, а в газова фаза в горната. С увеличаване на околната температура налягането на затворения газ в съда нараства правопропорционално. С увеличаване на температурата обемът на течна фаза нараства 12 пъти повече от този на водата. Например, при повишаване на температурата от -10 °С до +10 °С обемът на втечнения газ нараства с около 6% (при постоянно тегло). Затова се изисква свободен, незапълнен обем в резервоара при съхранение.

Точката на възпламеняване на ВВГ е много ниска (възпламенява се под -70 °С). Температурата на възпламеняване е над 140 °С. Образува възпламеняеми смеси с въздуха при концентрация на ВВГ от 2 до 10%.

Сравнително ниската температура на кипене на пропана осигурява използването му и през най-студените зимни дни.

В течна фаза ВВГ са по-леки от водата и са неразтворими в нея. Те нямат корозивно действие върху металите. Разтварят определени вещества – мазнини, лакове, масла и провокират силно раздуване на естествения каучук.

В зависимост от предназначението си втечнените въглеводородни газове се произвеждат в три марки: А – като автомобилно гориво Б – за комунално-битови нужди В – за промишлени цели

Основните разлики между тях са: въглеводородния състав: пропани и пропилени, бутани и бутилени, други ненаситени въглеводороди (алкени, алкини, диени); съдържанието на сероводород (за тип А и Б – 2,5 g/100 m3, за тип В – 10 g/100 m3); налягания и др.

Пламъкът на стандартния газ трябва да е син, а не жълто-оранжев.

Произвеждат се и два вида смеси – зимна смес (60 – 65% пропан и 40 – 35% бутан) и лятна смес (35 – 40% пропан и 65 – 60% бутан). Те имат свойството да са в газова фаза при обикновена температура и атмосферно налягане, но се втечняват веднага щом бъдат подложени на сравнително слабо налягане.

+ СРАВНЕНИЕ НА ПРОПАН-БУТАН СЪС СТАНДАРТНИТЕ АВТОМОБИЛНИ ГОРИВА Гориво Плътност при t* Qд Qд Qд Относителен разход на гориво спрямо бензин Средна цена на горивото*** Цена за 1000 kcal енергия Икономичност на горивото спрямо бензин kg/l kJ/kg kcal/kg kcal/l литра лв/l лв/1000 kcal% Бензин А95 0,760 42500 10151 7715 1,000 1,69 0,219 0 Дизел (Нафта) 0,840 41650 9948 8356 0,917 1,74 0,2082 5,03 Пропан-бутан 40/60% 0,552** 45972 10980 6061 1,214 0,78 0,1287 41,23 Пропан-бутан 50/50% 0,545** 46035 10995 5992 1,223 0,78 0,13 40,64 Пропан-бутан 60/40% 0,538** 46098 11010 5924 1,232 0,78 0,1317 39,86 (*) – При t 20 °С за бензин и дизел и 15 °С за пропан-бутан. За газ със съотношение пропан/бутан = 65/35%:при 15 °С: 1 kg = 1,7985 l, 1 l = 556 g; при 20 °С: 1 kg = 1,8181 l, 1 l = 550 g.Плътността зависи и от налягането:при по-ниско налягане 1 kg = 1,9 l, 1 l = 526 g;при по-високо налягане 1 kg = 1,756 l, 1 l = 569 g. (**) – Съответният обем на 1 kg смес пропан-бутан е: 40/60 – 1,812 l, 50/50 – 1,835 l, 60/40 – 1,859 l. Плътността зависи от съдържанието и на други въглеводороди по съответния национален стандарт. Например за Франция: 40/60 – 0,557 g/l, 50/50 – 0,550 g/l, 60/40 – 0,543 g/l. Composition du GPL, Horizon GPL. (***) – За България към 19 май 2020 г.

Сравнение с природен газ Пропан-бутанът е съставен главно от пропан и бутан, докато природният газ съдържа предимно метан и етан. LPG има по-висока калоричност (94 MJ/m³, еквивалентен на 26,1 kWh/m³) от природния газ (метан) (38 MJ/m³, еквивалентен на 10,6 kWh/m³), което означава, че LPG не може лесно да бъде заменен от природния газ.

Въздействие върху околната среда