Конкурс. Бесплатная публикация

Сходства и отличия свойств сжиженного углеводородного газа и сжиженного природного газа при применении в качестве топлива для систем газо- и теплоснабжения

"Научный аспект №7-2024" - Техносфер. безопасн.

УДК 552.578.1

Буренков Дмитрий Сергеевич – студент Смоленского филиала Национального исследовательского университета «МЭИ».

Аннотация. Газ, в привычном понимании - это некое летучее бесцветное вещество. Однако, все не так однозначно. На самом деле он имеет несколько физических состояний. Чтобы доставить газ до конечного потребителя, недостаточно построить магистральный газопровод. В более отдаленные от месторождения участки газ все равно потребуется транспортировать. Для того чтобы доставка была безопасна и выгодна с точки зрения экономических показателей, вещество переводят в жидкое состояние. Это возможно благодаря двум технологиям, которые рассмотрены в статье.

Ключевые слова: сжиженный углеводородный газ, сжиженный природный газ, топливо, системы газоснабжения, системы теплоснабжения, безопасность, эффективность.

Система теплоснабжения предназначена для обеспечения жилых, административных и производственных объектов горячей водой, газом, энергией и теплом. В её состав входит комплекс газоиспользующего оборудования, которому необходимо достаточное количество топлива для функционирования [1].

В настоящее время широко используется сжиженный углеводородный газ (СУГ) и сжиженный природный газ (СПГ) в качестве топлива для автономных систем газоснабжения, не подключённых к магистральным газопроводам. На английском языке эти типы газа обозначаются как LPG (liquefied petroleum gas) и LNG (liquefied natural gas) соответственно [2].

Сжиженный природный газ состоит из смеси газов, образующихся в глубоких слоях земли в результате анаэробного разложения органических веществ. Этот газ добывается из пластов и месторождений нефти, причём нередко он является побочным продуктом. Кроме того, возможна встреча газогидратов - твёрдых форм природного газа.

Сжиженный углеводородный газ представляет собой смесь газов, полученную из попутного нефтяного газа либо из конденсатной фракции природного газа путём её разделения с использованием абсорбционно-газофракционирующих установок.

Оба типа топлива - СУГ и СПГ - взаимозаменяемы. Сжиженный углеводородный газ может быть как основным, так и резервным топливом в системах газоснабжения, использующих сжиженный природный газ [3].

Эти газы схожи по нескольким характеристикам:

1. Область применения: используются для тепло- и газоснабжения.
2. Способность к испарению: хранятся и транспортируются в жидком виде, при определённых условиях переходя в газообразное состояние.
3. Экологичность: при их сжигании не выделяется сернистых соединений, отсутствуют сажа и зола.
4. Низкая токсичность.

Оба газа в чистом виде практически не имеют запаха, поэтому для их своевременного обнаружения в воздух добавляют одоранты, такие как этантиол и смесь природных меркаптанов [4].

При этом, сжиженные углеводородные газы (СУГ) и сжиженный природный газ (СПГ) представляют собой два различных типа топлива, оба из которых нашли широкое применение в системах газо- и теплоснабжения. Несмотря на схожую форму хранения и транспортировки в сжиженном состоянии, они имеют существенные различия в химическом составе, физических свойствах и эксплуатационных характеристиках, что влияет как на их использование, так и на инфраструктуру, необходимую для их эффективного применения.

СУГ включает в себя в первую очередь пропан, бутан и их смеси.

Благодаря своим физическим свойствам, таким как высокая энергия сгорания и легкость в транспортировке, СУГ стал популярным выбором для использования в системах отопления и котельных установках [5].

Основным преимуществом СУГ является его способность оставаться в жидком состоянии при относительно низких давлениях и умеренных температурных условиях, обеспечивая тем самым высокую плотность энергии, что делает его удобным для транспортировки и хранения без необходимости в сложных криогенных системах. Это свойство позволяет использовать более простое и экономически выгодное оборудование для хранения и подачи топлива.

Кроме того, СУГ имеет высокую эффективность сгорания, что снижает выбросы углекислого газа и других вредных веществ, что делает его экологически предпочтительным видом топлива по сравнению с углем и мазутом [6].

СПГ, в свою очередь, представляет собой метан, охлажденный до температур порядка -160°C, чтобы удерживаться в жидком состоянии. Основным преимуществом СПГ является его высокая чистота и, следовательно, низкое содержание загрязнителей, что обеспечивает минимальное воздействие на окружающую среду при сгорании.

Однако, использование СПГ требует наличия криогенных систем для его хранения и транспортировки, что вызывает дополнительные затраты как на начальную установку, так и на эксплуатацию таких систем. Несмотря на это, СПГ имеет более низкую температуру кипения и давление, что позволяет хранить его в жидкой фазе в условиях крупномасштабного промышленного использования.

Отличия в составе и физико-химических свойствах этих двух газов диктуют и различия в их применении и требованиях к инфраструктуре. Например, СПГ требует сложного и дорогостоящего оборудования для сжижения, хранения и регазификации, что ограничивает его использование в более специализированных и крупных проектах. В то же время, СУГ можно легко хранить в относительно простых и недорогих резервуарах под низким давлением, что делает его более доступным для использования в небольших и мобильных установках.

С точки зрения энергетической эффективности, и СУГ, и СПГ демонстрируют высокие показатели, однако следует учитывать, что фактическая эффективность использования зависит от конкретных условий применения и типа используемого оборудования.

Ключевым и наиболее важным различием является температура хранения. СУГ хранится в газгольдерах под давлением при температуре, близкой к температуре окружающей среды. Недостаточное испарение жидкой фазы может наблюдаться в районе Крайнего Севера, где температура воздуха может быть ниже -60°С. Для улучшения процесса регазификации в таких регионах устанавливают испарительные установки жидкостного или электрического типа.

Условия хранения СПГ же кардинально отличаются. Сжиженный природный газ допускается хранить только в изотермических резервуарах с полной герметизацией (криоцистернах), изготовленных из материалов, стойких к температурам хранения продукта. Внутри емкости постоянно должна поддерживаться низкая температура около -163°С.

Для обоих типов топлива важным является соблюдение строгих требований безопасности из-за их горючести и взрывоопасности. Современные системы газо- и теплоснабжения оснащены множеством автоматизированных систем контроля, которые обеспечивают высокую степень защиты и надежности при использовании как СУГ, так и СПГ.

В заключение, как СУГ, так и СПГ предоставляют эффективные и экологически более чистые альтернативы традиционным видам топлива. Выбор между этими двумя типами топлива зависит от множества факторов, таких как требования к хранению и транспортировке, экологические стандарты, экономическая целесообразность и специфические потребности каждой отдельной системы газо- и теплоснабжения.

Список литературы

1. Суворова В.С. и др. Перспективы развития хранения и транспортировки водорода в России // Современные технологии и экономика энергетики. – 2021. – С. 157-159.
2. Столяров В.Е. и др. Особенности автоматизации производства и хранения промышленного водорода // Автоматизация, телемеханизация и связь в нефтяной промышленности. – 2021. – №. 3. – С. 18-26.
3. Жингель П.А., Плетнева К.А., Кревень Д.В. Оптимизация газогидратных технологий транспортировки и хранения природного газа //Научная территория: технологии и инновации: материалы. – 2022. – С. 77.
4. Павловский В.А., Богданов А.В. Производство, хранение и транспортировка сжиженных природных газов // Труды Крыловского государственного научного центра. – 2021. – №. S1. – С. 358-360.
5. Гойда А.Н., Шиян С.И., Шаблий И.И. Современное состояние и перспективы развития рынка сжиженного природного газа //Наука. Техника. Технологии (политехнический вестник). – 2020. – №. 4. – С. 124.
6. Смолякова, О.Е. Инновационные методы безопасной транспортировки природного газа в виде газового гидрата / О.Е. Смолякова // Булатовские чтения. – 2023. – Т. 2. – С. 26-30. – EDN NJALOT.