Сжиженный углеводородный газ

Сжиженный углеводородный газ (СУГ) — это смесь легких углеводородов, преимущественно пропана и бутана, находящаяся при нормальных условиях в газообразном состоянии, но переведенная в жидкую фазу путем повышения давления или охлаждения. СУГ относится к классу сжиженных газов и широко используется в качестве топлива, хладагента и сырья для химической промышленности. Ключевая характеристика СУГ — способность храниться и транспортироваться в жидком виде при относительно низком давлении (до 1,6 МПа) и температуре окружающей среды, что делает его удобным для бытового и промышленного применения.

История

Первые промышленные установки по сжижению углеводородных газов появились в начале XX века. В 1912 году в США началось производство сжиженного пропана для использования в качестве топлива. В 1920-х годах были разработаны технологии разделения нефтяных газов на фракции, что позволило получать индивидуальные пропан и бутан. В СССР промышленное производство СУГ началось в 1930-х годах на нефтеперерабатывающих заводах. К 1950-м годам СУГ стал массовым видом топлива для бытовых нужд, особенно в регионах, не подключенных к магистральным газопроводам. В 1960-х годах началось активное использование СУГ в качестве автомобильного топлива (пропан-бутановые смеси).

Состав и свойства

Химический состав

СУГ представляет собой смесь углеводородов с числом атомов углерода от 1 до 4. Основные компоненты:

Пропан (C₃H₈) — основной компонент большинства марок СУГ, обеспечивает высокое давление насыщенных паров.
Бутан (C₄H₁₀) — добавка, повышающая теплоту сгорания и снижающая давление в системе.
Изобутан (C₄H₁₀) — изомер бутана, используется в смесях для регулирования свойств.
Пропилен (C₃H₆) и бутилены (C₄H₈) — непредельные углеводороды, присутствуют в технических смесях, но снижают стабильность.

Физические свойства

Температура кипения: пропан — −42,1 °C, бутан — −0,5 °C (при атмосферном давлении).
Плотность жидкой фазы: 500–600 кг/м³ (зависит от состава и температуры).
Плотность газовой фазы: в 1,5–2,5 раза тяжелее воздуха.
Теплота сгорания: 45–50 МДж/кг (высшая), 41–46 МДж/кг (низшая).
Давление насыщенных паров: при 20 °C — 0,3–0,8 МПа (зависит от доли пропана).

Особенности

СУГ не имеет цвета и запаха; для обнаружения утечек в него добавляют одоранты (обычно этилмеркаптан).
В газовой фазе образует взрывоопасные смеси с воздухом в диапазоне концентраций 1,5–10% (по объему).
При испарении жидкая фаза интенсивно охлаждается, что может привести к обморожениям при контакте с кожей.

Классификация

СУГ классифицируют по нескольким признакам:

По происхождению

Природный — извлекается из попутного нефтяного газа (ПНГ) и природного газа.
Технологический — получается в процессах нефтепереработки (каталитический крекинг, риформинг, пиролиз).

По составу

Пропан технический (ПТ) — содержание пропана не менее 93%, используется как топливо и хладагент.
Пропан-бутан автомобильный (ПБА) — смесь с содержанием пропана 50–85%, бутана — 15–50%.
Бутан технический (БТ) — содержание бутана не менее 95%, применяется в бытовых баллонах.
Смеси для бытового потребления (СПБТ) — соотношение пропана и бутана варьируется в зависимости от сезона (зимой — больше пропана для обеспечения испарения при низких температурах).

По способу сжижения

Под давлением — при температурах окружающей среды (до 50 °C) и давлении до 1,6 МПа.
Криогенный — при температурах ниже −42 °C (для пропана) и атмосферном давлении (используется реже, например, для транспортировки в танкерах).

Производство

Производство СУГ включает несколько этапов:

Добыча и подготовка — извлечение углеводородных газов из нефтяных и газовых скважин, очистка от сероводорода, воды и механических примесей.
Фракционирование — разделение газовой смеси на компоненты на газофракционирующих установках (ГФУ) методом ректификации при низких температурах и повышенном давлении.
Сжижение — охлаждение и сжатие газа до перехода в жидкую фазу.
Хранение — в резервуарах под давлением (горизонтальных или сферических) при температуре окружающей среды или в изотермических хранилищах при низких температурах.

Основные производители СУГ в мире — США, Россия, Саудовская Аравия, Катар. В России крупнейшие предприятия: «Газпром», «Сибур», «Лукойл», «Роснефть». Объем мирового производства СУГ в 2023 году оценивался в 350–400 млн тонн.

Применение

Бытовое использование

Газовые баллоны — для приготовления пищи, отопления и горячего водоснабжения в домах, не подключенных к магистральному газоснабжению.
Газгольдеры — автономные системы газоснабжения для коттеджей и поселков.

Промышленное применение

Топливо — в промышленных печах, сушильных установках, котельных.
Сырье для нефтехимии — производство этилена, пропилена, бутадиена, полимеров.
Резка и сварка металлов — пропан-кислородные смеси для газопламенной обработки.

Транспорт

Автомобильное топливо — пропан-бутановые смеси (LPG) для двигателей внутреннего сгорания. В России насчитывается около 3 млн автомобилей, работающих на СУГ (данные на 2023 год).
Авиация — ограниченное применение в качестве топлива для беспилотных летательных аппаратов.

Другие сферы

Хладагенты — пропан (R-290) и изобутан (R-600a) используются в холодильных установках и кондиционерах как экологически безопасные альтернативы фреонам.
Аэрозольные пропелленты — вытеснители в баллончиках с красками, дезодорантами.
Сельское хозяйство — сушка зерна, обогрев теплиц.

Транспортировка и хранение

Транспортировка

Автомобильные газовозы — цистерны объемом 10–50 м³, работающие под давлением.
Железнодорожные цистерны — объем 50–100 м³, рассчитаны на давление до 2,0 МПа.
Трубопроводы — для транспортировки больших объемов на короткие расстояния (например, от заводов до терминалов).
Морские танкеры — для международных перевозок, часто в криогенном состоянии (при температуре −42 °C).

Хранение

Резервуары под давлением — сферические (объем до 6000 м³) или цилиндрические (до 200 м³).
Изотермические хранилища — при атмосферном давлении и температуре −42 °C (для пропана), объем до 100 000 м³.
Подземные хранилища — в соляных куполах или истощенных нефтяных пластах.

Безопасность и экология

Опасности

Пожаро- и взрывоопасность — СУГ образует с воздухом взрывоопасные смеси. Утечки могут привести к пожарам и взрывам.
Токсичность — в высоких концентрациях вызывает удушье (вытесняет кислород). Непредельные углеводороды (пропилен, бутилены) могут оказывать наркотическое действие.
Обморожения — при контакте жидкой фазы с кожей.

Меры безопасности

Обязательная одоризация газов.
Использование газоанализаторов для обнаружения утечек.
Строгие правила хранения и транспортировки (запрет на курение, использование искробезопасного оборудования).
Периодическая проверка баллонов и резервуаров (гидроиспытания каждые 5–10 лет).

Экологическое воздействие

При сгорании СУГ выделяет меньше CO₂ на единицу энергии, чем уголь или мазут, но больше, чем природный газ.
Выбросы оксидов азота (NOₓ) и сажи ниже, чем у дизельного топлива.
Утечки СУГ в атмосферу способствуют парниковому эффекту (пропан и бутан являются парниковыми газами, потенциал глобального потепления у пропана — 3,3, у бутана — 4,0 по сравнению с CO₂).

Экономика

СУГ является важным товаром на мировом энергетическом рынке. Цены на СУГ зависят от цен на нефть, сезонного спроса (зимой — рост потребления для отопления) и региональных факторов. Крупнейшие экспортеры — США, Россия, Катар, ОАЭ. Крупнейшие импортеры — Китай, Индия, Япония, страны Европы. В России СУГ используется как альтернатива природному газу в регионах, удаленных от газотранспортной системы. Стоимость СУГ для населения регулируется государством в рамках социальной программы газификации.

Перспективы

Развитие рынка СУГ связано с несколькими тенденциями:

Рост использования в качестве автомобильного топлива в странах Азии и Африки.
Применение в качестве сырья для нефтехимии (производство олефинов).
Расширение автономной газификации в России (программа «Социальная газификация»).
Разработка технологий улавливания и хранения углерода для снижения экологического следа.

Источники

ГОСТ 20448-90 «Газы углеводородные сжиженные топливные для коммунально-бытового потребления. Технические условия».
ГОСТ Р 52087-2003 «Газы углеводородные сжиженные топливные. Технические условия».
Энциклопедия «Нефть и газ» (под ред. Ю. А. Балакирева, 2005).
Доклад Международного энергетического агентства (IEA) «World Energy Outlook 2023».
Справочник «Сжиженные углеводородные газы» (В. А. Исаков, 2010).
Материалы ПАО «Газпром» и ПАО «Сибур» (официальные отчеты, 2023).

BFOmetr — база данных и аналитика по компаниям России.

На главную BFOmetr →