Сжиженный нефтяной газ: свойства и применение¶

Сжиженный нефтяной газ (СНГ, LPG) — смесь лёгких углеводородов, преимущественно пропана и бутана, которая при нормальном атмосферном давлении и температуре окружающей среды находится в газообразном состоянии, а при небольшом повышении давления (до 1,6 МПа) или незначительном охлаждении переходит в жидкость. Благодаря этому свойству газ удобно хранить и транспортировать в баллонах и цистернах, а использовать — в газообразном виде. В международной практике и технической литературе для обозначения сжиженного нефтяного газа широко используется аббревиатура LPG (от англ. Liquefied Petroleum Gas), которая в русскоязычной среде также применяется для маркировки газобаллонного оборудования автомобилей.

¶Состав и происхождение

Основными компонентами СНГ являются пропан (C₃H₈) и бутан (C₄H₁₀), а также их изомеры — изобутан, пропилен и бутилены. Соотношение компонентов не является фиксированным и зависит от источника получения и сезона использования. В зимний период для обеспечения стабильного испарения при низких температурах в смесь добавляют больше пропана, температура кипения которого составляет около −42 °C, тогда как бутан кипит при −0,5 °C. Летняя смесь может содержать до 60–70 % бутана.

Сжиженный нефтяной газ получают двумя основными способами:

• Попутный нефтяной газ — выделяется при добыче и первичной переработке сырой нефти. Этот газ содержит значительную долю тяжёлых углеводородов, которые отделяют на газоперерабатывающих заводах.
• Нефтезаводские газы — образуются в процессах переработки нефти, таких как каталитический крекинг, риформинг и пиролиз, на нефтеперерабатывающих заводах.

После очистки от сернистых соединений, воды и щелочей газ закачивается в герметичные резервуары под давлением, где он находится в жидком состоянии, занимая примерно в 250 раз меньший объём, чем в газообразном.

¶Физико-химические свойства

Сжиженный нефтяной газ характеризуется следующими ключевыми показателями:

• Плотность жидкой фазы — около 500–580 кг/м³, что легче воды; газообразная фаза тяжелее воздуха в 1,5–2 раза.
• Теплота сгорания — высокая, низшая теплота сгорания пропана составляет около 46 МДж/кг, бутана — 45,7 МДж/кг.
• Температура кипения — зависит от компонентного состава и давления; при атмосферном давлении пропан кипит при −42 °C, бутан — при −0,5 °C.
• Пределы взрываемости — концентрация газа в воздухе от 1,5 % до 9,5 % по объёму является взрывоопасной.
• Октановое число — для пропана составляет около 105–110, что выше, чем у бензина, что делает СНГ ценным моторным топливом.

Важной особенностью СНГ является его способность к интенсивному испарению при утечке, что приводит к образованию обширной зоны загазованности. Поскольку пары газа тяжелее воздуха, они скапливаются в низких местах — подвалах, колодцах, приямках, что создаёт опасность взрыва и отравления.

¶Применение

¶Коммунально-бытовой сектор

Исторически одним из первых и наиболее массовых применений СНГ стало использование в бытовых газовых плитах и водонагревательных колонках в негазифицированных районах. Газ поставляется в стальных баллонах объёмом 5, 12, 27 и 50 литров, а также через групповые резервуарные установки (газгольдеры), обслуживающие многоквартирные дома или целые посёлки. В России значительная часть частного жилого фонда в сельской местности и садоводческих товариществах использует именно сжиженный газ.

¶Автомобильное топливо

СНГ является распространённым моторным топливом для автомобилей. Газобаллонное оборудование (ГБО) устанавливается на бензиновые автомобили, что позволяет снизить затраты на топливо и уменьшить выбросы вредных веществ. Автомобили, работающие на пропан-бутановой смеси, в Европе и России обозначаются маркировкой LPG. По данным Международной ассоциации по сжиженному газу, в мире эксплуатируется более 27 миллионов автомобилей на СНГ, а общее количество заправочных станций превышает 70 тысяч. Крупнейшими рынками являются Турция, Польша, Южная Корея, Италия и Россия.

Использование СНГ в качестве моторного топлива позволяет снизить выбросы оксида углерода на 20–30 %, твёрдых частиц — практически полностью, а также уменьшить шумность двигателя. Однако мощность двигателя на газе несколько снижается (на 3–7 %) по сравнению с бензином.

¶Промышленность

В промышленности СНГ используется как топливо для технологических процессов, резки и сварки металлов, в качестве сырья для нефтехимического производства (пиролиз для получения этилена и пропилена), а также как хладагент и растворитель. Сжиженный газ применяется в сельском хозяйстве для сушки зерна, в теплицах для поддержания температуры, а также в качестве топлива для аэрозольных пропеллентов.

¶Энергетика и резервное топливо

СНГ используется на электростанциях малой и средней мощности, особенно в районах без развитой газотранспортной инфраструктуры. Газовые турбины и когенерационные установки на пропан-бутане позволяют обеспечивать электроэнергией и теплом промышленные объекты и населённые пункты. Газгольдеры с СНГ служат резервным источником топлива на случай аварийных отключений магистрального газа.

¶Хранение и транспортировка

Основным способом хранения СНГ является хранение в жидкой фазе под давлением собственных паров в стальных сосудах — баллонах, цистернах и стационарных резервуарах (газгольдерах). Баллоны окрашиваются в красный цвет и имеют белую маркировку. Для подземной установки применяются газгольдеры объёмом от 2 до 20 м³, которые заправляются специальными автомобилями-газовозами.

Транспортировка СНГ осуществляется железнодорожными цистернами, автомобильными газовозами, речными и морскими судами-газовозами, а также по трубопроводам на короткие расстояния. Для международных поставок используются специализированные суда, перевозящие газ при давлении до 1,8 МПа или при пониженной температуре до −42 °C в полуохлаждённом состоянии.

¶Безопасность и экология

Сжиженный нефтяной газ является пожаро- и взрывоопасным продуктом. Основными опасными факторами являются утечки газа, образующие взрывоопасные концентрации, а также возможность получения обморожений при контакте с жидкой фазой. Для обнаружения утечек в газ добавляют одоранты — вещества с резким запахом, чаще всего этилмеркаптан.

При сгорании СНГ образуются преимущественно углекислый газ и водяной пар. По сравнению с бензином и дизельным топливом, выбросы оксидов азота ниже на 15–20 %, отсутствуют выбросы сажи и полициклических ароматических углеводородов. Однако при неполном сгорании возможно образование оксида углерода. СНГ не загрязняет почву и грунтовые воды при разливе, поскольку быстро испаряется.

¶Рынок и производство

Крупнейшими производителями СНГ являются США, Саудовская Аравия, Китай, Россия и страны Персидского залива. Россия входит в тройку мировых лидеров по экспорту сжиженных углеводородных газов, поставляя их преимущественно в страны Европы и Азиатско-Тихоокеанского региона. В структуре российского рынка СНГ основными потребителями выступают коммунально-бытовой сектор (около 40 %), нефтехимия и автомобильный транспорт.

Ценообразование на СНГ зависит от мировых котировок на углеводороды, сезонного спроса и логистической доступности. В России внутренние цены на СНГ для населения регулируются государством в рамках социальной газификации, что делает баллонный газ одним из самых доступных видов топлива в отдалённых регионах.

¶Перспективы развития

Сжиженный нефтяной газ рассматривается как переходное топливо между традиционными нефтепродуктами и низкоуглеродными источниками энергии. В отличие от сжиженного природного газа (СПГ), для использования СНГ не требуется строительство дорогостоящей криогенной инфраструктуры, что делает его привлекательным для развивающихся стран и удалённых территорий. В автомобильной отрасли наблюдается тенденция к использованию автогаза (смесь пропана и бутана с повышенным содержанием пропана) как экологически более чистой альтернативы бензину в городском транспорте и такси. Дальнейшее развитие рынка СНГ связывают с увеличением доли газового конденсата в структуре добычи углеводородов и развитием малотоннажной нефтехимии.