Газообразный
Пропан относиться к органическим веществам класса алканов. Пропан содержится в природном газе и может быть образован при крекинге нефтепродуктов. Пропан считается одним из самых ядовитых газов.
Физические свойства
Пропан – это бесцветный газ, который слабо растворяется в воде. Точка кипения пропана — 42,1С. При контакте с воздухом пропан образует взрывоопасную смесь (при концентрации паров от 2 до 9,5%). При давлении 760 мм ртутного столба температура возгорания пропана может составить порядка 466 °С.
Химические свойства
Химические свойства пропана аналогичны большинству свойств ряда алканов. К таким свойствам относятся: хлорирование, дегидрирование и так далее.
Применение пропана
Пропан широко используется как топливо для различных нужд. Он является важным компонентом сжиженных углеводородных газов. Используется пропан для производства растворителей и в пищевой промышленности (в качестве пропеллента, добавки E944).
Хладагент
Смесь изобутана (R-600a) и чистого пропана (R-290a) не наносит вред озоновому слою и имеет низкий показатель парникового потенциала (GWP). Поэтому данную смесь широко применяют в качестве хладагента. Эта смесь заменила устаревшие хладагенты в холодильных установках и кондиционерах.
Бутан (C4H10) — как и пропан, относиться к классу алканов. Это органическое соединение, которое очень токсично и вызывает отравление организма человека при вдыхании. В химии обычно бутаном называют смесь н-бутана и его изомера изобутана CH(CH3)3. Название бутан состоит из двух частей, корня «бут-», что с английского языка означает масляная кислота (butyric acid) и окончания «-ан», которое говорит о принадлежности этого вещества к алканам.
Изомерия
Бутан имеет два изомера:
температура плавления, °С
температура кипения, °С
Физические свойства
Бутан представляет собой бесцветный и легковоспламеняемый газ. При нормальном давлении и температуре ниже 0 °C легко сжижается. При повышении давления и обычной температуре — легколетучая жидкость. Растворимость в воде бутана составляет 6,1 мг на 100 миллилитров воды. Бутан при давлении 10 атмосфер и температуре 100 °C может образовывать азеотропное соединение с водой.
Нахождение и получение
Бутан находиться в нефтяном и газовом конденсате (его доля составляет примерно 12%). Получают бутан и методом гидрокаталитического или каталитического крекинга нефтяных фракций. В лабораторных условиях бутан получают по реакции Вюрца:
Применение и реакции
При свободнорадикальном хлорировании получается смесь 2-хлорбутана и 1-хлора. На воздухе при сгорании образуется вода и углекислый газ. Бутан широко используется в качестве смеси с пропаном в зажигалках и газовых баллонах. В них он находиться в сжиженном состоянии и имеет определенный запах из-за наличия в смеси одорантов. Различают «летние» и «зимние» смеси, которые имеют разные составы. Теплота сгорания одного килограмма бутана составляет примерно 45 МДж (12,72 кВт•ч).
При недостатке кислорода образуется сажа или угарный газ или того и другого вместе.
Компания Дюпон запатентовала метод получения малеинового ангидрида при каталитическом окислении из н-бутана
н-Бутан является хорошим сырьем для производства бутена, 1,3-бутадиена, которые являются важными компонентом бензина с высоким октановым числом. Чистый бутан используется как хладагент в холодильных установках и кондиционерах. Бутан лучше фреона за счет своей экологичности и безопасности для окружающей среды, но менее производителен, чем фреоновые хладагенты. Бутан зарегистрирован как пищевая добавка E943a в пищевой промышленности, а изобутан как добавка E943b, пропеллент. Эти вещества применяются в дезодорантах.
В пищевой промышленности бутан зарегистрирован в качестве пищевой добавкиE943a, а изобутан — E943b, как пропеллент, например, в дезодорантах.
Влияние бутана на организм человека
Вдыхание человеком бутана может вызвать сердечную недостаточность и смерть от удушья. Попадание жидкого бутана или струи газа-бутан вызывает охлаждение до минус двадцати градусов, что очень опасно для человека.
Сжиженный углеводородный газ (СУГ), сжиженный нефтяной газ (СНГ)
Сжиженный углеводородный газ (СУГ) является одним из видов альтернативного топлива.
СУГ — это смесь пропана, нормального бутана, изобутана, пропилена, этана, этилена и других углеводородов.
Способы получения СУГ:
- как продукт переработки нефти на нефтеперерабатывающих заводах (НПЗ),
- при добыче нефти и природного газа.
Использование смеси данных газов в качестве топлива обусловлено рядом физико-химических свойств:
- высокие температуры кипения при атмосферном давлении — позволяют хранить сжиженную пропан-бутановую смесь в диапазоне эксплуатационных температур: — 40°С — + 45°С при относительно низком давлении (до 1,6 МПа);
- СУГ не теряет и не изменяет своих свойств в течении долгого времени, не выветривается.
- октановое число СУГ — более благоприятно в сравнении с бензином и дизельным топливом и изменяется в интервале 90 -110, в зависимости от соотношения пропана и бутана в смеси.
- энергоэффективность СНГ ниже, чем у традиционных видов топлива из-за низкой энергии на ед. объема. Это повышает расход при сгорании на 10-20%, по сравнению с бензиновым топливом, но компенсируется в 2 раза меньшей ценой.
- СНГ сгорает более эффективно и безопасно даже в холодном двигателе, даже когда двигатель холодный, горит относительно чисто, без дыма и пепла, то есть более экологичен.
По сравнению с дизтопливом:
— 90 % меньше твердых частиц,
— 90 % меньше оксидов азота,
— 60 % меньше углекислого газа СО2,
— СНГ не загрязняет почву, потому что не растворяется в воде.
Каждый из компонентов газа имеет определенную температуру кипения, поэтому давление паровой фазы СУГ зависит как от температуры, так и от его компонентного состава.
Компонентный состав сжиженного углеводородного газа регламентируется ГОСТ 20448-90 «ГАЗЫ УГЛЕВОДОРОДНЫЕ СЖИЖЕННЫЕ ТОПЛИВНЫЕ ДЛЯ КОММУНАЛЬНО-БЫТОВОГО ПОТРЕБЛЕНИЯ».
Стандарт предусматривает 3 марки газа:
- ПТ (пропан технический),
- СПБТ (смесь пропана и бутана технических),
- БТ (бутан технический).
Содержание пропана, бутана и других примесей в СУГ влияет на многие его свойства, потому что значительно влияет на величину октанового числа и плотность паров топлива.
Октановое число (ОЧ) — показатель сопротивления топлива детонации:
- растет за счет увеличения содержания насыщенных углеводородов (пропана, н-бутана, изобутана и тд),
- ненасыщенные углеводороды полимеризуются, что способствует образованию осадка — нагара в баке, в топливной системе и камере сгорания.
Упругость паров (летучесть смеси) является очень важной в низких температурах окружающей среды. Удержание ее на соответствующем уровне дает возможность СНГ выйти из бака. Оба компонента смеси являются газообразными и низкокипящими.
Пропан кипит при атмосферном давлении уже при — 42 ° С, бутан, в тех же условиях температуры при -0,5 ° С, поэтому в зимний период содержание пропана в топливном газе увеличивают для роста упругости паров газа.
Летом соотношение смеси составляет около 40% пропана и 60% бутана, а зимой соотношение является противоположным: 60/40.
Пропан дороже бутана, поэтому «зимняя» смесь тоже дороже «летней».
На АГЗС должны следить за составом смеси и не хитрить, заменяя зимнюю смесь на летнюю.
В отличие от АГЗС, на АГНКС используется компримированный сетевой природный газ из газопроводов.
Технологии производства СУГ:
- непосредственно из сырой нефти: при добыче выделяется попутный нефтяной газ (ПНГ),
- при стабилизации в резервуарах выделяется этан, пропан, бутан и пентан.
Изомеризация нормального бутана
(справочная информация)
В связи с необходимостью увеличения выработки алкилата на нефтеперерабатывающих предприятиях РФ, прямогонного изобутана недостаточно для обеспечения этого производства. Если к этому добавить потребление изобутана при производстве МТБЭ и бутилкаучука, становится ясно, что изобутан является дефицитным продуктом и пополнять его необходимо изомеризацией нормального бутана.
На современных установках алкилирования блок изомеризации н-бутана является составной частью всего производства, а эффективность этого блока во многом определяет экономичность всего процесса.
Химизм процесса
Принято считать, что изомеризация на бифункциональных катализаторах происходит через промежуточные олефины. Образование олефина происходит на металлических центрах катализатора.
Реакция обратима, и если катализатор работает при высоком давлении водорода, равновесие сдвигается в обратную сторону. Но олефин связывается кислотной функцией катализатора с образованием карбониевого иона, и, несмотря на неблагоприятное положение равновесия, в олефин преобразуется большее количество бутана.
В результате перегруппировки образуется:
В результате обратного аналога реакции (2) образуется изоолефин:
В конечном счете, в результате гидрирования, образуется изопарафин:
Параметры процесса
Равновесная реакция изомеризации н-бутана смещается в сторону образования изобутана по мере снижения температуры (рисунок 1). Поэтому процесс становится эффективным только при температурах ниже 250 оС.
Снижение объемной скорости при неизменной температуре и прочих условиях приводит к снижению содержания изобутана в продукте.
Катализаторы изомеризации бутана
До недавнего времени было известно, что в этой температурной области могут работать только катализаторы на основе хлорированного оксида алюминия. С использованием этого типа катализатора фирмами UOP (США) и British Petroleum разработаны процессы, получившие достаточно широкое промышленное применение.
Но катализаторы на основе хлорированного оксида алюминия имеют ряд недостатков:
1. Постоянная подача хлорорганических соединений для восполнения потери хлора во время эксплуатации и связанная с этим необходимость включения в схему установки щелочного скруббера для очистки отходящих газов.
2. Высокая чувствительность к действию микропримесей серы, азота и влаги, что требует кроме блока гидроочистки иметь дополнительный адсорбционный блок доочистки.
3. Снижение активности по мере эксплуатации и короткий срок службы.
Перечисленные недостатки отсутствуют у нового типа катализаторов изомеризации на основе сульфатированных оксидов.
Такой оксидный катализатор изомеризации был разработан ООО «НПП Нефтехим» в 2013 году и получил название СИ-3. В основу разработки был положен другой оксидный катализатор – СИ-2, предназначенный для изомеризации С5-С6 фракции, и зарекомендовавший себя на 10 промышленных установках.
В таблице представлены основные характеристики и показатели процесса изомеризации н-бутана на катализаторе СИ-3 (ООО «НПП Нефтехим») в сравнении с процессом «Бутамер» (UOP).
Схема процесса
Принципиальная технологическая схема процесса изомеризации н-бутана «за проход» представлена на рисунке ниже. Данная схема широко применяется на установках изомеризации бутана по всему миру. Содержание изобутана в сырье, как правило, не превышает 20-25%. В том случае, если в бутановой фракции содержится 30% и более изобутана, то сырье выгоднее сначала пропустить через колонну деизобутанизации. Нижний продукт колонны стабилизации, в таком случае, направляется в колонну деизобутанизации.
Информация данного раздела приведена исключительно в справочных целях. Информацию о продукции и Вы найдете в разделах «Разработки» и «Услуги».
