Бутан

Бутан

Что такое бутан?

Бутан – это так называемый сжиженный природный (нефтяной) газ, который получается при перегонке нефти. 

Как и пропан, бутан по своей природе является газом, но это относится не ко всем горючим газам. Бутан становится жидким при -0,5 градусах Цельсия или ниже, в то время как пропан становится жидким только при -40 градусах Цельсия. 

Другим большим отличием между бутаном и пропаном является давление: при температуре 20 градусов Цельсия бутан имеет давление около 1,2 бар, тогда как пропан не менее 7,0 бар.

Оба изомера бутана являются газами при комнатной температуре, потому что (n-) бутан имеет температуру плавления -138 C и температуру кипения -0,5 C, а метилпропан (изобутан) имеет температуру плавления -160 C и температуру кипения −12 °С. 

Бутан практически не растворим в воде (90 мг / л). 

Оба изомера ведут себя схожим образом: они легко воспламеняются, не обесцвечивают бромную воду и раствор перманганата калия, подвергаются воздействию только галогенов хлора и брома под воздействием света.

Добыча бутана

Бутан производится как «побочный продукт» при добыче природного газа и переработке нефти. В прошлом бутан и пропан сжигали в больших количествах при добыче нефти, пока не было обнаружено, что оба продукта могут использоваться в качестве топлива. Сначала в процессе переработки, а затем и за его пределами.

В настоящее время этот газ используется во всем мире в качестве топлива – например, для приготовления пищи и отопления.

Транспортировка бутана

Бутан транспортируется в жидкой форме, потому что газовая форма намного менее компактна. 1 литр жидкого бутана дает около 250 литров газа. Поэтому транспортировка бутана в жидкой форме намного эффективнее. Танкер может легко перевозить 40 000 литров жидкого бутана, что соответствует 10 миллионам литров газообразного бутана.

Единственным недостатком бутана является то, что он становится жидким при -0,5 градусах Цельсия. Поэтому его нельзя использовать при холодных погодных условиях. 

Физико-технические свойства пропана и бутана

Жидкие газы пропан и бутан являются органическими соединениями и относятся к группе насыщенных углеводородов (также называемых парафинами или алканами).

Химические формулы:

  • C3H8 (пропан);
  • C4H10 (бутан).

Содержание энергии

Теплотворная способность пропана составляет 12,87 кВтч / кг, бутана – 12,69 кВтч / кг. 

Скорость горения

Скорость сгорания или воспламенения – это скорость, которой может достичь сжиженный газ при смешивании с воздухом или кислородом. Скорость выхода жидкого газа в воздух всегда превышает скорость его сгорания. Поэтому исключается обратная вспышка в резервуарах, в независимости от наполнения.

Плотность пропана и бутана 

Плотность пропана, бутана и всех других жидкостей и газов, как правило, зависит от давления и температуры. В случае с жидким газом также проводится различие между жидкой фазой и газовой фазой:

  • пропан: 0,531 кг / л (жидкая фаза), 2,037 кг / м³ (газовая фаза),
  • бутан: 0,597 кг / л (жидкая фаза), 2,66 кг / м³ (газовая фаза)

Как показывают эти значения плотности, бутан и пропан значительно тяжелее воздуха. Из-за более высокой плотности пропан или бутан, который вытекает из баллона, опускается и собирается в самой глубокой точке. Поэтому в целях безопасности сжиженный нефтяной газ в баллонах или резервуарах под давлением не должен храниться в помещениях ниже уровня земли.

Контейнеры и баллоны с жидким газом никогда не заполняются полностью. Это пустое пространство служит буфером, поскольку повышение давления в контейнере, полностью заполненном жидким газом, будет увеличивать давление на 7 бар при каждом градусе повышения температуры по Цельсию.

Пределы воспламенения пропана и бутана 

Сжиженный газ, смешанный с воздухом, воспламеняется (становится взрывоопасным) только в определенных диапазонах концентраций. Пределы воспламенения представляют собой концентрацию сжиженного газа в воздухе, ниже или выше которой воспламенение не приводит к сгоранию.

Нижний и верхний пределы воспламенения:

  • Пропан: от 2,1 до 9,5%;
  • Бутан: от 1,5 до 10%. 

Для сравнения – природный газ: от 4,4 до 16,5%. 

На практике это означает высокую степень безопасности, поскольку воспламенение или дефлаграция могут иметь место только в этих узких пределах. Природный газ, а также многие технические газы имеют гораздо больший спектр горения, что означает, что при их хранении необходимо принимать дополнительные меры безопасности. 

Точка кипения пропана и бутана 

Когда жидкость нагревается, переход из жидкого в газообразное состояние происходит при определенной температуре, так называемой температуре кипения (которая зависит от давления). При атмосферных условиях, то есть 1013 миллибар, точка кипения для:

  • Пропана -42,1 C;
  • н-бутана -0,5 C. 

Для сравнения: вода имеет температуру кипения +100 C. 

В дополнение к н-бутану (нормальному бутану), существует также изобутан. Химическая формула для обоих газов C4H10. Температура кипения изобутана составляет около -11 С.

Давление пара

Давление пара или давление насыщения – это давление, при котором происходит переход из газообразного состояния в жидкое. Давление паров жидкого газа в закрытом контейнере зависит только от состава газа и температуры, а не от степени наполнения.

Если газ отбирается из контейнера со сжиженным газом, сжиженный газ пытается восстановить свое равновесное состояние путем повторного испарения фазы сжиженного газа. Давление падает только тогда, когда отводится больше жидкого газа, чем позволяет испарительная емкость контейнера.

Применение

В смеси с различными пропорциями метилпропана и пропана бутан используется в качестве топливного газа («жидкий газ») для отопления и приготовления пищи в резервуарах и газовых баллонах, а также в зажигалках. Газ, содержащий бутан, служит топливом для автомобилей.

Бутан использовался в производстве бутадиена и малеиновой кислоты, а также в качестве пропеллента в аэрозолях. Оба изомера используются в качестве топливного газа в резервуарах и зажигалках, часто в смеси с пропаном. 

Сжиженный газ

Основными компонентами жидкого газа являются:

  • пропан: С3Н8;
  • пропилен: С3Н6;
  • бутан: С4Н10. 

Пропан и бутан являются цепочечными, насыщенными углеводородными соединениями. Ненасыщенные углеводороды пропен и бутен имеют двойную углеродную связь. 

Молекулярная структура пропана и бутана относительно проста по сравнению с разветвленными цепями обычных видов топлива (бензин или дизельное топливо). 

Соотношение смешивания пропана и бутана может быть различным. Поставщики газа варьируют состав в зависимости от температуры окружающей среды. Поэтому смесь может отличаться в зависимости от местоположения потребителя и времени года.

Чистые газы не имеют запаха. При необходимости в газ добавляется специальное вещество, чтобы можно было обнаружить утечку.

Использование сжиженного газа в качестве топлива для автомобилей

Газы имеют определенные недостатки по сравнению с жидкостями при заправке двигателей внутреннего сгорания. Сжиженный газ хранится в жидком виде в резервуаре, но преобразуется в газообразное состояние в испарителе на пути к двигателю и выдувается во впускной коллектор в газообразном виде. 

Обычные виды топлива (бензин, дизельное топливо) обычно подают в камеру сгорания в виде мельчайших капель жидкости через карбюратор или форсунку. Поскольку плотность жидкостей намного больше, чем у газов, газообразное топливо занимает больше места во впускном коллекторе. Таким образом, газ вытесняет часть всасываемого воздуха. 

Уменьшение воздуха по отношению к количеству топлива означает, что смесь становится богаче. Однако, если необходимо поддерживать постоянное соотношение воздуха, подача топлива должна быть уменьшена на соответствующую величину. Это приводит к образованию более однородной смеси с воздухом, что обеспечивает более равномерное сгорание. 

Кроме того, более низкая скорость сжигания сжиженного нефтяного газа приводит к меньшим потерям тепла в двигателе, что несколько увеличивает КПД. 

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.

16 − два =

Пролистать наверх