液化石油气基本知识

1液化石油气基本知识液化石油气是由多种烃类气体组成的混合物，其主要成分是含有3个碳原子和4个碳原子的碳氢化合物，即：丙烷、正丁烷、异丁烷、丙烯、1-丁烯、顺式-2-丁烯、反式-2-丁烯和异丁烯八种重碳氢化合物，行业习惯上称碳三和碳四。另外还不同程度的含有少量甲烷、乙烷、戊烷、乙烯或戊烯(俗称碳一、碳二和碳五)，以及微量的硫化物、水蒸气等非烃化合物。碳原子少于3个的烃如甲烷、乙烷和乙烯常温下很难液化，碳原子高于4个的戊烷、戊烯在常温下呈液态，所以在正常情况下，这些都不是液化石油气的组分。一、烷烃烷烃化合物是构成液化石油气的主要化学成分，其化学分子式可用CnH2n+2(n≥1)表示。在烃的分子里，碳的化合价是四价，其余的价键都与氢原子相连接，直至4个价键完全饱和为止，故烷烃又称饱和烃，其化学性质很不活泼。含有一个碳原子(n=1)的烷烃称为甲烷，含有两个碳原子的称为乙烷，以此类推。当碳原子数在10个以上时，就用对应的数字来表示，例如，C3H8称为丙烷，C12H26称为十二烷。从丁烷开始，每一种烷烃虽然化学分子式相同，但是由于分子结构不同，即分子内部原子的排列顺序不同，因而具有不同的性质，这样的化合物称为同分异构体。例如，丁烷的同分异构体有正丁烷(碳原子的连接为直链)和异丁烷(碳原子的连接有支链)两种。二、烯烃烯烃的化学分子式为CnH2n(n≥2)，烯烃的分子结构与烷烃相似，也是有直链或直链上带有支链的，所不同的是在烯烃分子中含有碳碳双键(C＝C)。当分子中碳原子数目相同时，烯烃分子中的氢原子要比烷烃分子中的氢原子少。因此，碳原子的价键不能完全和氢相结合，在两个碳原子之间接成双键。由于烯烃分子中碳原子的价键没有饱和，故烯烃又称为不饱和烃，其化学性质相当活泼。烯烃分子中双键的位置和碳键排列的结构不同，都会出现重异构现象，所以它的同分异构体要比同样碳原子数目的烷烃多。烯烃的命名与烷烃相近，即含有两个碳原子的烯烃称为乙烯，含有3个、4个碳原子的烯烃分别叫做丙烯、丁烯。三、液化石油气的质量要求液化石油气的来源不同，其成分和含量也不相同，为了准确了解液化石油气的成分和含量，通常采用色谱法对其进行定性与定量要分析。中华人民共和国《液化石油气》(GB11174—1997)规定的质量指标见表4-1。2表4-1液化石油气的质量指标项目质量指标试验方法密度(15℃)/(kg/m3)报告SH/T0221蒸气压(37.8℃)/kPa不大于1380GB/T6602C5及C5以上组分含量/%，(体积分数)不大于3.0SH/T0230，色谱法残留物蒸发残留物/(mL/100mL)不大于0.05SY/T7509渍观察通过铜片腐蚀/级不大于1SH/T0232总硫含量/(mg/m3)不大于343SH/T0222硫化氢含量/(mg/m3)不大于20乙酸铅层析法游离水无目测注：1.密度也可用GB/T12576方法计算，但仲裁按SH/T0221测定。2.蒸气压也可用GB/T12576方法计算，但仲裁按SH/T6602测定。3.按SY/T7509方法所述，每次以0.1mL的增量将0.3mL溶剂残留物混合液滴到滤纸上，2min后在日光下观察，无持久不退的油环为通过。4.在测定密度的同时用目测法测定是否存在游离水。硫化物(如硫化氢)是液化石油气中的有害物质，它不但腐蚀设备和管道，导致液化石油气泄漏，而且污染大气，危害人体健康，因此，要尽量将液化石油气中的硫化物除掉。但在民用液化石油气中，为了便于察觉其泄漏，又常用微量的甲硫醇(CH3SH)等硫化物作加臭剂。水分也是液化石油气中的有害物质，除和硫化物共同对设备和管道起腐蚀作用外，在寒冷地区还容易结冰或生成水合物，造成管道和阀门堵塞，甚至破裂，因此，应尽量将其排除。3四、液化石油气的物理特性(一)液化石油气的状态参数液化石油气所处的状态，是通过压力、温度和体积等物理量来反映的，这些物理量之间彼此有一定的内在联系，称为状态参数。(二)液化石油气的物理特性1.比容、密度和相对密度(1)比容指单位质量的某种物质所占有的体积，用符号V表示，其表达式为式中U——某种物质的比体积，m3/kg；V——该物质的体积，m3；M—一该物质的质量，kg。(2)密度指单位体积的某种物质所具有的质量。由于液化石油气的生产、储存和使用中经常呈现气态和液态两种状态，因此，液化石油气的密度就有气体的密度和液体的密度两种之分。①液化石油气气体的密度其单位是以kg/m3表示。它随着温度和压力的不同而发生变化。因此，在表示液化石油气气体的密度时，必须规定温度和压力的条件。一些碳氢化合物在不同温度及相应饱和蒸气压下的密度见表4-2。从表4-2中可以看出，气态液化石油气的密度随着温度及相应饱和蒸气压的升高而增加。在压力不变的情况下，气态物质的密度随温度的升高而减少，一些气态碳氢化合物在101.3kPa下的密度见表4-3。②液化石油气液体的密度以单位体积的质量表示，即kg/m3。它的密度受温度影响较大，温度上升密度变小，同时体积膨胀。由于液体压缩性很小，因此压力对密度的影响也很小，可以忽略不计。由表4-4可以看出，液化石油气液态的密度随温度升高而减少。4表4-2一些碳氢化合物在不同温度及相应饱和蒸气压下的密度/(kg/m3)温度/℃丙烷正丁烷异丁烷温度/℃丙烷正丁烷异丁烷-156.41.062.502520.156.189.21-107.571.853.043022.807.1911.50-59.052.103.593525.308.1713.00010.342.824.314028.609.3314.70511.903.355.074534.5010.5716.801013.603.945.925036.8012.1018.941515.514.656.955540.2212.3820.562017.745.397.946044.6015.4024.20表4-3一些气态碳氢化合物在101.3kPa下的密度/(kg/m3)温度/℃甲烷乙烷乙烯丙烷丙烯正丁烷异丁烷1-丁烯00.71681.35621.26042.021.91492.59852.67262.503150.6771.2691.1841.8611.7662.4522.4422.3695表4-4液化石油气液态的密度/(kg/m3)温度/℃丙烷正丁烷异丁烷丙烯丁烯-15548615600567634-10542611594561629-553560558855262405236005825456195521596576538612105145915705316061550758356552460020499578560254905735533048356854635474562540404645565344545154952750446542520(3)相对密度由于在液化石油气的生产、储存和使用中，同时存在气态和液态两种状态，所以应该了解它的液态相对密度和气态相对密度。①液化石油气的气态相对密度指在同一温度和同一压力的条件下，同体积的液化石油气气体与空气的质量比。求液化石油气气体各组分相对密度的简便方法，是用各组分的相对分子质量与空气平均相对分子质量之比求得，因为从表4-5中可以看出在标准状态下1mol气体的液化石油气气态比空气重1.5～2.5倍。由于液化石油气比空气重，因此，6一旦液化石油气从容器或管道中泄漏出来，它不像相对密度小的可燃气体那样容易挥发与扩散，而是像水一样往低处流动，在低洼处积存，很容易达到爆炸浓度。因此，用户在安全使用中必须充分注意，厨房不应过于狭窄，要经常通风换气，管沟应用于砂等填充实埋，防止聚积。②液化石油气的液态相对密度指在规定温度下液体的密度与规定温度下水的密度的比值。它一般以20℃或15℃时的密度与4℃或15℃时纯水密度的比值来表示，见表4-5。液化石油气的液态相对密度，随着温度的上升而变小，见表4-6。表4-5液化石油气的气态相对密度名称分子式相对分子质量空气平均相对分子质量相对密度丙烷C3H844291.517丁烷C4H1058292.000丙烯C3H642291.448丁烯C4H856291.931戊烯C5H1272292.483表4-6液化石油气的液态组分相对密度温度/℃丙烯丙烷正丁烷异丁烷1-丁烯-200.5730.5440.6210.6030.641-100.5590.5410.6110.5920.63000.5450.5280.6010.5810.619100.530O.5140.5900.5690.607200.5130.5000.5780.5570.5957从表4-6中可看出，在常温下(20℃左右)，液化石油气液态各组分的相对密度约为0.5～O.59之间，接近水的一半。当液化石油气中含有水分时，水分就沉积在容器的底部，并随着液化石油气一起输送到用户，这样，既增加了用户的经济负担，又会引起容器底部腐蚀，缩短容器的使用寿命。因此，液化石油气中的水分要经常从储罐底部的排污阀放出或倒出。2.体积膨胀系数绝大多数物质都具有热胀冷缩的性质，液化石油气也不例外，受热会膨胀，温度越高，膨胀越厉害。膨胀的程度是用体积膨胀系数来表示的。所谓体积膨胀系数，就是指温度每升高1℃，液体增加的体积与原来的体积的比值。液体的体积随温度升高的膨胀量可用式(4-2)计算。V2=V1[1+α(t2-t1)](4-2)式中V1、V2——液体在温度t1、t2时的体积，m3；α——液体温度由t1～t2时的平均体积膨胀系数，1/℃，见表4-7。表4-7液化石油气组分及水的体积膨胀系数温度/℃丙烷丙烯正丁烷异丁烷1-丁烯水0～100.002650.002830.001810.002330.001980.000029910～200.002580.003130.002370.001710.002060.0001420～300.003520.003290.001730.002970.002140.0002630～400.003400.003540.002270.002170.002270.0003540～500.004220.003890.002220.002660.002440.00042由表4-7可知，液化石油气液体的体积膨胀系数比水大十几倍，且随温度的升高而增大，因此，液化石油气在充装作业中必须限制充装量。3.体积压缩系数对于满液的容器，当温度升高时，液体的体积会膨胀，但由于受到容器容积的限制，液体将会受到压缩。体积压缩系数是指压力每升高1MPa时液体体积的减缩量。液化石油气(65%丙烷+35%异丁烷)的体积膨胀系数、体积压缩系数及其比值见表4-8。表4-8液化石油气体积膨胀系数、体积压缩系数及其比值8温度/℃体积膨胀系数/℃-1体积压缩系数/MPa-1比值/(MPa/℃)00.002150.001072.01100.002280.001161.97200.002460.001261.95300.002660.001381.93400.002920.001511.93500.003260.001681.84600.003130.001871.99自然界中的物质所呈现的聚集状态，有气态、液态和固态3种，其中任何一种状态只能在一定的条件下(温度、压力)存在。当条件发生变化时，物质分子间的位置就要发生相应的变化，即表现为聚集状态的改变。物质的聚集状态在热力学上称为相，如液态称为液相，气态称为气相。在密封容器中，气相和液相达到动态平衡时的状态称为饱和状态。在饱和状态下，液体和其蒸汽处于平衡共存状态，也就是说液相蒸发成气体的速度和气相凝结成液体的速度相等，此时气体中分子数不再增加，液体中分子数不再减少。饱和状态时的液体称为饱和液体，饱和状态时的蒸汽称为饱和蒸汽，饱和蒸汽所显示出来的压力称为饱和蒸气压。在不同温度下液化石油气各种组分的饱和蒸气压见表4-9。温度升高，蒸气压增大。另外液化石油气的蒸气压和组分有关，随着碳原子数的增加，蒸气压则减小。对于液化石油气来说，常温下，容器内部液化石油气的压力总比外界大气压力大得多