Пропан-бутан

Пропан-бутан — это смесь сжиженных углеводородных газов (СУГ), основными компонентами которой являются пропан (C₃H₈) и бутан (C₄H₁₀). В зависимости от сезона и целевого назначения в состав могут также входить небольшие количества этана, пропилена, бутилена, изобутана и пентана. Пропан-бутан используется в качестве топлива для автомобилей, бытовых газовых баллонов, промышленных процессов и отопления. В обычных условиях (атмосферное давление, комнатная температура) смесь находится в газообразном состоянии, но при умеренном повышении давления (до 1,6 МПа) переходит в жидкость, что позволяет транспортировать и хранить её в герметичных баллонах и резервуарах.

Физико-химические свойства

Пропан-бутан представляет собой бесцветную жидкость без запаха. Для обнаружения утечек в газ специально добавляют одоранты — обычно этилмеркаптан, придающий смеси резкий характерный запах. Основные характеристики зависят от соотношения пропана и бутана.

Свойства компонентов

Зависимость от состава

Смесь пропан-бутан не имеет фиксированной температуры кипения: она кипит в диапазоне от −42 °C (чистый пропан) до −0,5 °C (чистый бутан). При понижении температуры окружающей среды ниже 0 °C бутан перестаёт испаряться, поэтому зимой в смеси увеличивают долю пропана (до 70–80 %), а летом — бутана (до 60–70 %). Температура самовоспламенения смеси находится в пределах 470–510 °C, а концентрационные пределы распространения пламени — от 1,5 до 9,5 % объёмных.

Получение

Пропан-бутан является побочным продуктом переработки нефти и природного газа. Основные источники:

• Попутный нефтяной газ (ПНГ) — газы, выделяющиеся из нефти при её добыче. После отделения от нефти ПНГ проходит стадию осушки и фракционирования, в результате которой выделяются пропан-бутановая фракция, а также более лёгкие (метан, этан) и более тяжёлые (пентан, гексан) компоненты.
• Природный газ — при его подготовке к транспортировке (например, на газоперерабатывающих заводах) из сырья удаляют тяжёлые углеводороды, в том числе пропан и бутан.
• Нефтепереработка — при каталитическом крекинге, риформинге и других процессах на нефтеперерабатывающих заводах образуются газовые потоки, содержащие пропан и бутан. Их выделяют на газофракционирующих установках.

После выделения смесь подвергают очистке от сернистых соединений, влаги и механических примесей. Затем её сжижают под давлением и закачивают в цистерны или баллоны.

Классификация и марки

В России и странах СНГ сжиженные углеводородные газы классифицируются по ГОСТ 20448-90 «Газы углеводородные сжиженные топливные для коммунально-бытового потребления» и ГОСТ 27578-87 «Газы углеводородные сжиженные для автомобильного транспорта».

Основные марки

• ПБТ (пропан-бутан технический) — используется для бытовых нужд (газовые плиты, водонагреватели, отопление). Содержание пропана — не менее 50 % летом и не менее 70 % зимой.
• ПА (пропан автомобильный) — применяется в качестве моторного топлива. Содержание пропана — не менее 85 % (для обеспечения испарения при низких температурах). Бутан допускается в количестве до 15 %.
• БТ (бутан технический) — используется в промышленности, например, в качестве сырья для пиролиза или как компонент топлива для газовых турбин.

Применение

Бытовое использование

Пропан-бутан широко применяется в газовых баллонах для приготовления пищи, отопления частных домов и дач, а также для газовых колонок. В баллонах ёмкостью 5, 12, 27 и 50 литров газ хранится под давлением около 1,6 МПа. Для безопасной эксплуатации баллоны оснащаются редукторами, снижающими давление до рабочего (0,002–0,003 МПа).

Моторное топливо

Сжиженный нефтяной газ (СНГ) используется как альтернатива бензину и дизельному топливу. В России автомобили, работающие на пропан-бутане, оборудуются газобаллонным оборудованием (ГБО). Преимущества: более низкая стоимость по сравнению с бензином, меньшее содержание серы и свинца, снижение выбросов CO₂ и сажи. Недостатки: снижение мощности двигателя на 5–10 %, увеличение расхода топлива на 10–15 %, необходимость в специальном оборудовании и сертифицированных станциях техобслуживания.

Промышленность

• Химическая промышленность: пропан и бутан используются как сырьё для пиролиза с получением этилена, пропилена, бутадиена и других мономеров.
• Металлургия: газ применяется для резки и сварки металлов (в смеси с кислородом).
• Энергетика: пропан-бутан используется в качестве топлива для газовых турбин и котельных, особенно в удалённых районах, где нет магистрального газоснабжения.
• Сельское хозяйство: для сушки зерна, обогрева теплиц и животноводческих помещений.

Аэрозольные баллончики

Пропан-бутан служит пропеллентом (вытесняющим газом) в аэрозольных упаковках для дезодорантов, лаков, красок, средств от насекомых. Благодаря низкой токсичности и высокой испаряемости он вытесняет хлорфторуглероды (фреоны), запрещённые Монреальским протоколом.

Транспортировка и хранение

Пропан-бутан транспортируется в железнодорожных цистернах (объёмом до 100 м³), автомобильных газовозах и в баллонах. Для хранения используются подземные и наземные резервуары, рассчитанные на давление до 1,8 МПа. При хранении необходимо соблюдать меры пожарной безопасности: газ тяжелее воздуха (плотность паров в 1,5–2 раза выше плотности воздуха), поэтому при утечке он скапливается в низких местах — подвалах, колодцах, канавах, образуя взрывоопасные смеси.

Безопасность

Пропан-бутан относится к веществам 4-го класса опасности (малоопасные) по ГОСТ 12.1.007-76, однако его пары обладают наркотическим действием и могут вызывать удушье при высоких концентрациях. Предельно допустимая концентрация (ПДК) в воздухе рабочей зоны — 300 мг/м³. При концентрации выше 10 % объёмных возможна потеря сознания и смерть от кислородного голодания.

Взрывоопасность смеси с воздухом требует строгого соблюдения правил эксплуатации газового оборудования. Запрещается использовать газовые баллоны вблизи открытого огня, оставлять их на солнце, а также эксплуатировать неисправные редукторы и шланги. В России действуют «Правила безопасности при использовании сжиженных углеводородных газов», утверждённые Ростехнадзором.

Экономика и экология

Пропан-бутан является одним из наиболее доступных видов топлива в регионах, удалённых от магистральных газопроводов. В России его производство сосредоточено на газоперерабатывающих заводах (например, Оренбургский ГПЗ, Сургутский ЗСК) и нефтеперерабатывающих заводах. Цена на СУГ зависит от мировых цен на нефть и сезонного спроса.

С экологической точки зрения пропан-бутан считается более чистым топливом, чем уголь или мазут: при сгорании образуется в основном углекислый газ и вода, выбросы оксидов серы и твёрдых частиц минимальны. Однако при утечках в атмосферу пропан и бутан являются парниковыми газами, хотя их вклад в глобальное потепление значительно меньше, чем у метана.

Источники

• ГОСТ 20448-90 «Газы углеводородные сжиженные топливные для коммунально-бытового потребления. Технические условия».
• ГОСТ 27578-87 «Газы углеводородные сжиженные для автомобильного транспорта. Технические условия».
• «Правила безопасности при использовании сжиженных углеводородных газов» (утв. Ростехнадзором).
• Справочник «Сжиженные углеводородные газы» / под ред. А. И. Скобло. — М.: Недра, 1988.
• Кузнецов А. А., Судаков Е. Н. «Химия и технология природных энергоносителей и углеродных материалов». — М.: Химия, 2004.