Что такое сжиженный нефтяной газ (СНГ)? От проблемы горения до сравнения с другими видами топлива

Один из наиболее распространённых видов промышленного топлива — сжиженный нефтяной газ (СНГ), который благодаря своим физико-химическим свойствам применяется в различных областях и производится в разнообразных формах. В этой статье мы познакомим вас с сущностью СНГ, его эксплуатацией и применением.

Что такое сжиженный нефтяной газ (СНГ) (LPG)?

Сжиженный нефтяной газ (СНГ), или LPG, представляет собой смесь двух углеводородных газов — пропана и бутана, которая для удобства хранения и транспортировки поддерживается в жидком состоянии. В состав этого газа обычно входят небольшие количества таких соединений, как пропилен и бутилен.
Газ мایع (Liquefied Petroleum Gas) — один из нефтепродуктов, получаемый в виде летучего газа из нефтяных материалов. Этот газ обычно бесцветен и для применения в промышленности и быту подвергается процессу, включающему сжатие, охлаждение и сжижение. После производства СНГ хранится в специальных резервуарах для обеспечения безопасности и качества.
СНГ в основном добывается и производится на крупных нефтяных и газовых месторождениях. Он широко используется для отопления и в качестве топлива для транспортных средств, а также в различных отраслях, таких как производство аэрозолей и в качестве хладагента в холодильниках и морозильниках.

Физико-химические свойства СНГ

Сжиженный нефтяной газ (СНГ) LPG производится как побочный продукт процесса переработки природного газа и нефти. Этот газ представляет собой смесь пропана и метана, и его индекс Воббе (Wobbe Index) находится в пределах 72-87 МДж/м³. Сжиженный углеводородный газ обладает высокой теплотворной способностью (приблизительно 46 МДж/кг), что превышает теплотворную способность бензина и мазута, при этом, имея одинаковую массу, сжиженный нефтяной газ (СНГ) производит больше энергии. Однако из-за меньшей плотности (СНГ) в одном объеме производит меньше энергии, чем бензин.

При температуре 15°C один литр сжиженного газа весит от 500 до 560 граммов. Этот газ в момент производства не имеет цвета, запаха и вкуса, но для повышения безопасности в него добавляются серосодержащие вещества, чтобы придать ему запах. Давление внутри резервуаров с LPG может достигать 8 бар.

Применения газа СНГ в промышленности

• Системы подачи топлива для горелок и котлов
• Бытовое и коммерческое использование (например, отопление и приготовление пищи)
• Заводы (особенно в термических процессах и сушилках)
• Заправочные станции СНГ для автомобилей

Сравнение (СНГ) с другими распространенными топливами

В таблице ниже представлены характеристики (СНГ) в сравнении с бензином и дизельным топливом.

Сжигание (СНГ) по сравнению с жидкими и твердыми топливами производит меньше углекислого газа, но, в свою очередь, больше, чем природный газ. На следующем рисунке показано количество CO2, выбрасываемого при сжигании различных топлив на каждый киловатт-час произведенной энергии. В общем, выброс CO2 при сжигании (СНГ) составляет 90% от выброса при сжигании дизельного топлива и 70% от выброса при сжигании угля. Однако, по сравнению с природным газом, сжиженный нефтяной газ (СНГ) производит больше углекислого газа.

Основные составы сжиженного нефтяного газа (СНГ)

Сжиженный нефтяной газ (СНГ), или LPG, представляет собой смесь нескольких лёгких углеводородных газов, каждый из которых обладает уникальными характеристиками. Вместе они образуют эффективное, чистое и высокоэнергетическое топливо. Основные компоненты СНГ включают:

1. Пропан (Propane)

Пропан — один из основных компонентов СНГ, который при нормальной температуре находится в газообразном состоянии, а при повышенном давлении переходит в жидкую форму. Этот газ обладает высокой теплотворной способностью и отличной воспламеняемостью. Пропан сохраняет работоспособность даже в условиях сильного холода, поэтому в холодных регионах его доля в составе СНГ выше. Пропан широко используется для отопления жилых помещений, топлива автомобилей и промышленных нужд.

2. Бутан (Butane)

Бутан — ещё один ключевой компонент СНГ, который вместе с пропаном формирует основу этого топлива. Газ бесцветный, без запаха (до добавления одорантов) и легко сжижается. Бутан обладает высокой теплотворной способностью, но менее склонен к испарению при низких температурах. Поэтому в тёплых регионах доля бутана в составе СНГ обычно выше. Бутан применяется в производстве топлива для зажигалок, плит, обогревателей, а также как сырьё в нефтехимической промышленности.

3. Бутен (Butene)

Бутен (или бутилен) — производное бутана, образующееся естественным образом в процессах переработки нефти и газа. Помимо роли в СНГ, он используется в химической промышленности для производства пластиков, синтетического каучука и других органических соединений. Хотя содержание бутена в СНГ ниже, чем пропана и бутана, он играет важную роль в улучшении характеристик горения.

4. Пропилен (Propylene)

Пропилен относится к семейству углеводородов и имеет структуру, схожую с пропаном, но с одной двойной связью, что придаёт ему высокую ценность в химической промышленности. Помимо эффективности в составе СНГ, он используется для производства полимерных материалов, таких как полипропилен (один из самых распространённых пластиков в мире). Небольшое количество пропилена в СНГ повышает КПД топлива.
В целом, точный состав этих газов варьируется в зависимости от региона добычи, типа НПЗ и климатических условий, но во всех случаях цель — достижение топлива с высокой теплотворной способностью, хорошей воспламеняемостью и низким уровнем загрязнения.

Резервуар для сжиженного нефтяного газа (СНГ) и его применение

Резервуар СНГ (LPG) — это металлический прочный контейнер, предназначенный для хранения и содержания сжиженных газов, таких как пропан (Propane) и бутан (Butane). Эти газы под высоким давлением и относительно низкой температурой переходят в жидкое состояние, что позволяет уменьшить объём и сделать их удобными для хранения и транспортировки.

Процесс добычи сжиженного нефтяного газа (СНГ)

Сжиженный нефтяной газ, или СНГ (Liquefied Petroleum Gas), добывается непосредственно из нефтяных и газовых источников, а процесс его производства включает несколько специализированных этапов — от добычи до переработки и хранения. Фактически, СНГ не является самостоятельным ресурсом, а производится как побочный продукт процессов переработки сырой нефти и природного газа.

• Добыча из газовых и нефтяных месторождений: Первый этап добычи СНГ начинается с газовых и нефтяных месторождений. На этом этапе из подземных скважин извлекаются различные углеводородные соединения. Сырой газ включает метан, этан, пропан, бутан и другие более тяжёлые газы. Метан обычно отделяется как природный газ, а более тяжёлые компоненты (такие как пропан и бутан) формируют основу производства СНГ.
• Разделение в установках газоочистки (Gas Processing Units): Добытый из скважин газ транспортируется на газоперерабатывающие заводы. Там с использованием физических и химических методов, таких как криогенная дистилляция при низких температурах (Cryogenic Distillation), различные компоненты газа разделяются. На этом этапе пропан и бутан отделяются от более лёгких компонентов, таких как метан и этан.
• Переработка и очистка газа СНГ: После разделения полученные газы всё ещё содержат примеси, такие как вода, сера, диоксид углерода или тяжёлые соединения. Для удаления этих примесей газы проходят процессы очистки и осушки, чтобы превратиться в чистое, безопасное и стабильное топливо.
• Сжижение путём давления и охлаждения: Очищенные газы при низких температурах и высоком давлении переходят в жидкое состояние. Это позволяет уменьшить объём газа примерно в 250 раз, что значительно упрощает транспортировку и хранение. На этом этапе конечный продукт — сжиженный нефтяной газ (СНГ) — хранится в специальных стальных резервуарах.
• Хранение и распределение: На заключительном этапе произведённый СНГ хранится в крупных резервуарах, а затем транспортируется с помощью специальных автоцистерн, бытовых баллонов или промышленных трубопроводов в различные точки. В зависимости от применения соотношение пропана и бутана в СНГ может варьироваться; например, в холодных регионах доля пропана обычно выше для обеспечения более быстрого испарения.

Вкратце, газ СНГ является результатом точного и многоэтапного процесса добычи, разделения, очистки и сжижения углеводородных газов. Этот продукт благодаря высокой энергии, низкому уровню загрязнения и удобству хранения сегодня считается одним из наиболее широко используемых видов топлива в мире.

Оборудование, используемое для эксплуатации сжиженного нефтяного газа (СНГ)

Использование сжиженного нефтяного газа (СНГ) в промышленных горелках требует соблюдения специальных мер безопасности и технических норм из-за уникальных свойств этого топлива. СНГ обычно хранится и транспортируется в сферических или цилиндрических резервуарах. Причина применения таких резервуаров — высокое давление хранения, которое при утечке или потере контроля может создать серьёзные риски. Газ в резервуарах поддерживается в жидком состоянии под высоким давлением, но в горелке потребляется и сжигается в газообразной форме. Для испарения СНГ и перехода из жидкой в газообразную фазу требуется энергия.
С другой стороны, скорость испарения должна соответствовать скорости потребления топлива в горелке. Естественное испарение в резервуаре происходит частично. Скорость естественного испарения зависит от температуры окружающей среды и площади смачиваемой поверхности (Wetted Area) резервуара СНГ. В системах малой мощности естественного испарения обычно достаточно, но в промышленных системах высокой мощности полагаться только на естественное испарение нельзя. В таких системах для обеспечения стабильного потока и давления газа используются испарители. Применение испарителей также предотвращает проблемы, такие как обледенение и образование инея на оборудовании.

Испарители (vaporizers)

В испарителе СНГ поступает в систему и с помощью получаемого тепла испаряется, чтобы быть готовым к использованию в горелке. Испарители обеспечивают стабильную и непрерывную подачу газа, гарантируя, что сжиженный газ будет поступать в горелку в подходящем виде и предотвращая замерзание оборудования. Использование этих устройств обеспечивает стабильность в процессе сжигания и оптимальную работу промышленных горелок. Испарители сжиженного нефтяного газа (СНГ) делятся на три основные категории.

Электрические испарители: В этих устройствах электрический ток проходит через нагревательный элемент, расположенный в резервуаре, что вызывает его нагревание. Это тепло способствует испарению сжиженного газа.

Испарители с прямым пламенем: В этих испарителях сжигается небольшое количество СНГ, а образовавшееся тепло используется для испарения требуемого объема сжиженного газа. Они получили свое название из-за того, что пламя непосредственно нагревает сжиженный углеводородный газ (СНГ), превращая его в пар. Эти устройства чаще всего используются в промышленности для сжигания сжиженного газа.

Испарители с источником тепла в виде пара или горячей воды: В этом случае используется теплообменник для передачи тепла от пара или горячей воды к сжиженному газу. Сжиженный нефтяной газ (СНГ) поступает с одной стороны теплообменника, а с другой стороны протекает пар или горячая вода. Энергия пара или горячей воды вызывает испарение сжиженного газа.

Каждый из этих типов испарителей имеет свое применение в зависимости от потребностей и мощности потребления сжиженного газа.

Регуляторы, используемые для эксплуатации сжиженного нефтяного газа (СНГ)

Для работы резервуара и испарителя сжиженного нефтяного газа (СНГ) необходимо использовать два регулятора давления. Для получения более подробной информации о регуляторах давления газа можно ознакомиться с статьей «Типы регуляторов газа и лучшие бренды».

Первичный регулятор: Этот регулятор, также известный как регулятор высокого давления, снижает давление газа с 8 бар (давление в резервуаре) до 1 бар. Он должен быть установлен после испарителя и рядом с ним, чтобы снизить давление газа после испарения до нужного уровня.

Вторичный регулятор: Этот регулятор, также известный как регулятор низкого давления, снижает давление газа с 1 бар до рабочего давления горелки. Он должен быть установлен вблизи горелки, чтобы газ поступал в горелку с нужным давлением.

Насос для сжиженного нефтяного газа (СНГ)

Если расстояние между резервуаром, испарителем и горелкой значительно, необходимо использовать электропомпу с защитой от искр. Этот насос необходим для преодоления падения давления и обеспечения постоянного потока газа в горелку.

Установка резервуара, испарителя и других компонентов системы LPG должна выполняться в соответствии с национальным стандартом 841, что помогает обеспечить безопасность и эффективность работы систем сжиженного газа.

На Рис. 6 показана схема трубопроводов между испарителем и резервуаром хранения, которая должна быть тщательно спроектирована и выполнена, чтобы избежать утечек и чрезмерных падений давления, а также эффективно управлять потоком газа.

Стандарты загрязнения, регулирующие сгорание жидкого топлива

Сгорание жидкого топлива, особенно в промышленности и на электростанциях, может привести к образованию различных загрязняющих веществ, которые оказывают негативное воздействие на здоровье человека и окружающую среду. Именно поэтому были разработаны экологические стандарты для контроля и сокращения этих выбросов. Одним из важнейших национальных стандартов для горелок на сжиженном нефтяном газе (СНГ) является стандарт EN-676, который носит название «Газовые горелки с принудительной подачей воздуха, характеристики и методы испытаний». Этот стандарт устанавливает требования к проектированию, испытаниям и ограничениям по выбросам загрязняющих веществ для промышленных горелок, работающих на газовых топливах, таких как природный и сжиженный газ.

Для более подробного ознакомления с национальными и международными стандартами, связанными с горелками, рекомендуется ознакомиться с статьей «Национальные и международные стандарты промышленных горелок«.

Уровень выбросов оксидов азота (NOx)

Температура адиабатического пламени метана с 20% избыточного воздуха составляет примерно 1800°C, а сжиженный нефтяной газ (СНГ) — около 1850°C при тех же условиях. Из-за более высокой температуры пламени сжиженный газ производит больше оксидов азота (NOx) по сравнению с природным газом. Этот загрязнитель может способствовать загрязнению воздуха, образованию кислотных дождей и вызывать проблемы с дыханием. В соответствии с европейским стандартом EN-676, горелки на сжиженном газе классифицируются по уровню выбросов NOx в соответствии с приведенной таблицей.

Уровень выбросов угарного газа (CO)

В соответствии с европейским стандартом EN-676, выбросы угарного газа (CO) не должны превышать 100 мг /кВт-ч.

Проблемы и решения при сгорании сжиженного газа

Сгорание сжиженного газа (СНГ) в промышленных горелках с принудительной подачей воздуха является ключевым процессом в производстве энергии и обогреве. Этот вид топлива, представляющий собой смесь пропана и бутана, обладает высокой теплотворной способностью и производит меньше загрязняющих веществ по сравнению с жидким топливом, таким как дизельное топливо и мазут.

Оптимизация условий сгорания и использование таких устройств, как испарители, необходимы для обеспечения безопасной и эффективной работы систем, работающих на сжиженном газе. Также соблюдение стандартов, таких как национальный стандарт 7595 и европейский стандарт EN-676, помогает контролировать уровень выбросов опасных загрязняющих веществ и защищать общественное здоровье.

В группе Raаdman производятся различные горелки, работающие на сжиженном газе (пропан и бутан) в разных мощностях и классах NOx 2 и 3, которые предоставляются клиентам. Газовые котлы конденсационного типа на сжиженный нефтяной газ (СНГ) также являются продукцией компании Paсkman и могут производиться с мощностью до 10 миллионов килокалорий в час, доступной для поставки клиентам.

Новые разработки в технологии сжигания сжиженного углеродного газа в промышленных горелках

За последние годы технология сжигания СНГ в промышленных горелках претерпела значительные изменения. Эти разработки были сделаны с целью повышения энергоэффективности, сокращения выбросов и повышения безопасности систем сгорания. Ниже рассматриваются некоторые из наиболее важных последних разработок в этой области.

Сокращение выбросов вредных загрязняющих веществ

Одной из важнейших новых тенденций является разработка горелок, минимизирующих выбросы загрязняющих веществ NOx и CO. Кроме того, точная регулировка соотношения воздуха и топлива и автоматическое управление процессом сгорания позволили оптимизировать работу горелок.

Повышение тепловой эффективности с помощью интеллектуальных систем управления горением

Благодаря достижениям в области интеллектуальных систем управления горением стал возможным мониторинг условий горения в режиме реального времени. Эти системы используют современные датчики для измерения количества кислорода, температуры и давления внутри горелки и автоматически регулируют параметры горения на основе собранных данных. Этот метод повышает эффективность, снижает расход топлива и оптимизирует производительность оборудования.

Оптимизация испарительных систем

Одной из основных проблем при использовании сжиженного углеродного газа является необходимость его испарения перед сжиганием. В новейших испарителях используются энергоэффективные электрические системы и оптимизированные теплообменники, которые снижают потери энергии и ускоряют подготовку газа к сжиганию.

Использование цифровых технологий для мониторинга и обслуживания

Сегодня многие производители промышленных горелок используют интеллектуальные системы управления для оптимизации производительности систем сгорания. Эти технологии позволяют осуществлять удаленный мониторинг и прогнозирование потенциальных неисправностей, что приводит к снижению затрат на ремонт и увеличению срока службы оборудования.

Новые стандарты безопасности и охраны окружающей среды

Поскольку экологические нормы становятся все более строгими, производители промышленных горелок должны постоянно совершенствовать технологии, используемые в их продукции, чтобы соответствовать требованиям безопасности и охраны окружающей среды, определенным в соответствующих стандартах.

Сжиженный нефтяной газ (СНГ) : эффективное топливо для промышленности

Сжиженный нефтяной газ (СНГ) благодаря таким характеристикам, как высокая теплотворная способность, низкий уровень загрязнения и удобство хранения и транспортировки, является одним из лучших вариантов топлива для промышленных горелок.
Этот вид топлива не только обеспечивает высокую энергоотдачу, но и наносит значительно меньший ущерб окружающей среде по сравнению с жидкими видами топлива, такими как дизельное топливо и мазут.

Для эффективного и безопасного использования сжиженного газа в промышленных горелках необходимо строго соблюдать требования безопасности, применять соответствующее оборудование — такие как испарители, регуляторы давления и другие элементы системы, а также осуществлять точное проектирование всех компонентов. Эти меры способствуют повышению эффективности работы, снижению рисков и контролю выбросов загрязняющих веществ.

Группа Radman, производящая современные горелки в соответствии с международными стандартами, предлагает оптимальные решения для эксплуатации оборудования на сжиженном газе.
Продукция компании отличается высокой эффективностью, способствует снижению загрязнения воздуха и сохранению окружающей среды.
Использование сжиженного нефтяного газа в качестве чистого и эффективного топлива — это разумный выбор для промышленных предприятий, направленный на повышение производительности и устойчивого развития.