液化石油气基本知识

　　评论：　更新日期：2012年12月06日

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，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	C₃H₈	44	29	1.517
丁烷	C₄H₁₀	58	29	2.000
丙烯	C₃H₆	42	29	1.448
丁烯	C₄H₈	56	29	1.931
戊烯	C₅H₁₂	72	29	2.483

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
-20	0.573	0.544	0.621	0.603	0.641
-10	0.559	0.541	0.611	0.592	0.630
0	0.545	0.528	0.601	0.581	0.619
10	0.530	O.514	0.590	0.569	0.607
20	0.513	0.500	0.578	0.557	0.595

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
0～10	0.00265	0.00283	0.00181	0.00233	0.00198	0.0000299
10～20	0.00258	0.00313	0.00237	0.00171	0.00206	0.00014
20～30	0.00352	0.00329	0.00173	0.00297	0.00214	0.00026
30～40	0.00340	0.00354	0.00227	0.00217	0.00227	0.00035
40～50	0.00422	0.00389	0.00222	0.00266	0.00244	0.00042

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

温度/℃	体积膨胀系数/℃^-1	体积压缩系数/MPa^-1	比值/(MPa/℃)
0	0.00215	0.00107	2.01
10	0.00228	0.00116	1.97
20	0.00246	0.00126	1.95
30	0.00266	0.00138	1.93
40	0.00292	0.00151	1.93
50	0.00326	0.00168	1.84
60	0.00313	0.00187	1.99

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，所以，液化石油气盛装在密闭的、具有足够强度的容器中。

5. 沸点和露点

(1) 沸点在一定的压力下，液体表面不断蒸发变为气体的过程称为汽化。随着液体温度逐渐升高，汽化速度不断加快。当温度达到某一定值时，则不仅液体表面，而且内部也同时进行剧烈的汽化。这种液体内出现上下翻滚的汽化现象称为沸腾。液体在101.3kPa下达到沸腾时的温度称为沸点。液体在沸腾过程中，由外界吸收的热量全部用于汽化，因而温度停留在沸点不再升高，直至液体全部变成气体为止。液化石油气各组分在101.3kPa时的沸点见表4-10。

表4-9 不同温度下液化石油气各种组分的饱和蒸气压 单位：MPa

温度/℃	丙烷	丙烯	正丁烷	异丁烷	1-丁烯	顺式-2-丁烯	反式-2-丁烯	异丁烯
-20	0.232	0.302	0.045	0.069	0.056			0.062
-15	0.253	0.355	0.055	0.086	0.609	0.045	0.051	0.072
-10	0.332	0.415	0.067	0.105	0.084	0.056	0.064	0.087
-5	0.391	0.486	0.082	0.126	0.103	0.070	0.077	0.106
0	0.457	0.564	0.100	0.150	0.125	0.085	0.095	0.128
5	0.533	0.562	0.121	0.179	0.149	0.103	0.115	0.152
10	0.617	0.750	0.143	0.211	0.179	0.124	0.137	0.181
15	0.711	0.857	0.171	0.247	0.211	0.148	0.163	0.213
20	0.817	0.973	0.201	0.288	0.247	0.176	0.193	0.256
25	0.933	1.11	0.235	0.335	0.289	0.207	0.227	0.291
30	1.06	1.26	0.275	0.387	0.336	0.242	0.265	0.338
35	1.20	1.42	0.318	0.433	0.388	0.282	0.307	0.391
40	1.36	1.59	0.367	0.503	0.447	0.327	0.335	O.449
45	1.52	1.78	0.421	0.579	0.512	0.376	0.408	0.514
50	1.71	1.99	0.481	0.656	0.583	0.431	0.466	0.587

表4-10 液化石油气各组分在101.3kPa时的沸点

组分	丙烷	丙烯	正丁烷	异丁烷	1-丁烯	顺式-2-丁烯	反式-2-丁烯	异丁烯	正戊烷
沸点/℃	-42.1	-47.0	-0.5	-11.7	-6.26	3.75	0.88	-6.9	36.2

由表4-10可知，碳氢化合物的沸点有以下特点

① 分子中碳原子数越多，沸点越高。如：丙烷的沸点为-42.1℃，正丁烷的沸点则为-0.5℃。

② 当碳原子数相同时，多数烷烃的沸点比烯烃的沸点高。如：丙烷的沸点为-42.1℃则丙烯的沸点为-47.0℃。

③ 正构物的沸点比异构物的沸点高。如：正丁烷的沸点为-0.5℃。则异丁烷的沸点为-11.7℃。

④ 沸点越低的烃越难以液化。如果要液化它需要低的温度或者更高的压力。

⑤ 沸点越低的烃越容易汽化。如：丙烷的沸点为-42.1℃，在常温下呈气态，即使在严寒的冬季也很容易汽化。正戊烷的沸点为36.2℃。即使在酷热的夏天也很难汽化。

⑥ 压力增大，沸点也升高。如：丙烷在常压下沸点为-42.1℃，而当压力增至0.82MPa时，沸点相应提高到20℃。

(2) 露点指气态液化石油气加压或冷却时，使之液化的温度。液化石油气各组分的露点实际上是各组分液体在饱和蒸汽压力下所对应的饱和温度(见表4-9)，也是各组分液体在饱和蒸汽压力下的沸点(见表4-10)。露点是相对蒸汽而言，沸点是相对液体而言的，两者在数值上相等。

6. 汽化潜热

汽化潜热就是在一定温度下，一定数量的液体变为同温度的气体所吸收的热量。液态变成气态时，需要吸收热量，气态变成液态时将放出热量，这些热量只用来改变物质的状态(发生相变)，而温度不发生变化，故称之为潜热。

不同的液体有不同的汽化潜热，即使是同一液体，其汽化潜热也随沸点不同而发生变化。当液体的沸点上升时汽化潜热相应减少，在临界温度时汽化潜热为零。由于液化石油气的汽化潜热比较大，因此在生产、储存、灌装、使用中要严禁使液态的石油气直接接触人体，以免皮肤被吸收大量的热量，而造成严重冻伤。

液化石油气各组分的物理化学性质见表4-11。

表4-11 液化石油气各组分的物理化学性质

项目			甲烷	乙烷	丙烷	正丁烷	异丁烷
分子式相对分子质量			CH₄ 16.04	C₂H₆ 30.07	C₃H₈ 44.004	n-C₄H₁₀ 58.12	i-C₄H₁₀ 58.12
蒸气压/MPa		0℃ 20℃	— —	2.43 3.75	0.476 0.8104	0.104 0.203	0.107 0.299
气体密度/(kg/m3)		0℃ 15.5℃	0.7168 0.677	1.3562 1.269	2.020 1.860	2.5985 2.452	2.6726 2.452
沸点(O.1013MPa)/℃			-161.5	-88.63	-42.07	-O.5	-11.73
汽化潜热(沸点及0.1013MPa下)/(kJ/kg)			569.4	489.9	427.1	386.0	367.6
临界压力/MPa 临界密度/(kg/L) 临界温度			4.64 0.162 -82.5	4.88 0.203 32.3	4.25 0.236 96.8	3.80 0.227 152.O	3.66 0.233 134.9
低热值(0.1013MPa，15.6℃)/(kJ/kg)	液态气态		— 34207	— 60753	46099 88388	45458 115561	45375 115268
气态比热容(0.1013MPa，15.6℃)/[kJ/(kg·K)]	定压比热容定容比热容		2.21 1.68	1.72 1.44	1.63 1.44	1.66 1.52	1.62 1.47
爆炸极限(体积分数)/%	下限上限		5.3 14.0	3.2 12.5	2.37 9.50	1.86 8.41	1.80 8.44

五、液化石油气的燃烧特性

液化石油气作为燃料，主要是通过燃烧以利用其热量，因此液化石油气燃烧的状况直接影响到能源利用率和应用安全。

1. 燃烧的条件

燃烧是一种同时伴有发光、发热的激烈的氧化反应。发光、发热是物质燃烧的外观特征，发生剧烈氧化反应则是物质燃烧的本质。

可燃物、助燃物和点火源是构成燃烧的三个要素，缺少其中任何一个要素，燃烧便不能发生。对于进行中的燃烧过程，若消除可燃物或助燃物中任何一个条件，燃烧便会终止。

大多数可燃物质的燃烧是在其挥发出蒸气气体状态下进行的，由于可燃物的状态不同，其燃烧特点也不同。

可燃气体只要达到其本身氧化条件所需的热量便能迅速燃烧，在极短的时间内全部烧光。这是因为气体扩散能力强，分子之间极易燃烧，甚至能形成爆炸。

可燃液体的燃烧不是液体本身的燃烧，而是液体蒸发汽化与氧化剂在火源作用下的燃烧，而燃烧又加速了液体汽化，使燃烧得以扩展。由于液体燃烧在火源、升温、汽化等过程的准备阶段需消耗时间和热量，因此，液体燃烧要比同种气体物质完全燃烧过程所需的热量多、时间长。由于液化石油气中碳三、碳四组分的沸点都很低，虽然泄露出来为液体，但其汽化却十分迅速，燃烧和爆炸的危险性同样很大。

如果可燃物是简单固体物质，如硫、磷等，受热时首先熔化，然后蒸发燃烧，没有分解过程。若是复杂物质，燃烧后气态产物和液态产物的蒸气着火燃烧。因此，固体燃烧相对于液体、气体较为困难，燃烧速度较为缓慢。