Очень удобным и дешевым топливом для бытовых нужд является газ пропан-бутан. Он широко используется дачниками, строителями, а также людьми, желающими дешево и безопасно утеплить свое жилище. Пропан-бутан, как правило, применяют в газообразном состоянии, тогда как доставляется и транспортируется он в жидком виде благодаря его способности переходить из состояния газа в жидкое и наоборот без использования криогенного оборудования.
Сырьем для получения пропана-бутана являются нефть и сконденсированные попутные газы. Эту смесь транспортируют и хранят в жидком виде под давлением 16 атмосфер, или 1,6 МПа, причем категорически запрещено заполнять баллон более чем на 90%. Как автомобильное топливо в основном используется пропан-бутановая техническая смесь, для получения которой добавляют 1% непредельных углеводородов. И пропан, и бутан предварительно очищаются т воды, сернистых соединений, щелочи и других элементов. Затем, в зависимости от необходимой марки составляется смесь пропан-бутан с определенными пропорциями составляющих. Октановое число технического пропана равно 100-110, при работе двигателя не возникает детонаций.
Технический пропан, имеющий среднее октановое число 105, намного превосходит бензин. У пропана с более высоким октановым числом риск взрыва паров газа ниже, чем у того же бензина. Технические характеристики пропана-бутана позволяют его использование в любых климатических условиях при температуре, окружающей емкость, не ниже -20°С. Данные свойства пропана позволяют успешно решать вопросы с его применением в районах с таким климатом, где на необходимой для установки баллона со смесью глубине температура земли не бывает ниже -20°С. Если есть необходимость полной выработки пропана-бутана в емкости, допускается его использование до -10°С. При более высокой температуре давление в баллоне повышается. В холодных климатических условиях, если газовая смесь предназначена для автомобильного или котельного топлива, она должна содержать более высокую долю пропана, поскольку он переходит в жидкое состояние при температуре -42оС и ниже, а бутан – уже при -0,5оС. На газозаправочные станции поставляется пропан-бутан, соответствующий ГОСТ 27578-87 двух марок: зимний с содержанием пропана 90±10% и летний – с содержанием 50±10%.
Температурные условия влияют на плотность газа в жидком состоянии: чем ниже температура, тем выше плотность. При температуре 15оС и нормальном атмосферном давлении плотность жидкой фазы пропана 0,51 кг/л, а бутана - 0,58 кг/л. Бутановая фаза пара тяжелее воздуха в 2 раза, пропановая – в 1,5 раза. При температуре бензина выше окружающей среды он начинает кипеть, а пропан-бутан испаряется при давлении, соответствующем окружающей температуре. Следовательно, бензин может оставаться в жидком состоянии при атмосферном давлении, а смесь пропан-бутан - при давлении, которое соответствует температуре окружающей среды. Данная газовая смесь в топках и нагревательных элементах не образует сажи. Это объясняется тем, что пропан-бутан полностью и равномерно сгорает, легко смешиваясь с воздухом. Европейской Экономической Комиссией ООН были разработаны правила, утверждающие возможность такой газовой установки, которая ограничивала бы степень наполнения баллона до 85% его объема. Это связано с высоким показателем расширения жидкой фазы по объему. Так, для пропана данный коэффициент равен 0,003, для бутана – 0,002 при каждом градусе повышения температуры газа. Данный показатель в 10 и 15 раз выше у бутана и пропана соответственно, чем у воды. Бутан в топливной смеси исполняет роль топлива, а функция пропана – создавать давление. Каждое государство в зависимости от его климатических условий на законодательном уровне регулирует процентное соотношение бутана и пропана в смеси. Так, при низких температурах используют смесь с повышенным содержанием пропана (не менее 70 – 80%). Это позволяет обеспечивать стабильную подачу газа и надежное его испарение. В жаркий период более эффективно использование пропана-бутана с долей первой составляющей 40%. Более высокое содержание пропана в жарких условиях будет создавать в трубопроводах и резервуарах избыточное давление, которое отрицательно влияет на герметичность газовой системы ГБО. В целях безопасности населения в газовую смесь пропан-бутан, не имеющую запаха, добавляют одоранты (этилмеркоптал), которые содержат пахучие вещества.
Газ пропан-бутан имеет, кроме химического состава, выбросов выхлопных газов и цены, некоторые отличительные от других видов топлива свойства. Так, максимальное октановое (антидетационное) число бензина составляет всего 98 единиц, а показатель пропана-бутана – 110 единиц. Наиболее важным качеством данной смеси является ее способность при наличии свободной поверхности над жидкой фазой образовывать систему «жидкость — пар». Образование данной системы происходит в результате давления насыщенного пара, или давления пара в баллоне в присутствии жидкой фазы. Первые порции смеси по мере наполнения баллона, быстро испаряясь и заполняя весь объем емкости, создают в ней определенное давление. Когда давление уменьшается, происходит мгновенное испарение газа, которое продолжается до полного насыщения образовывавшихся паров сжиженного газа. Благодаря этим свойствам пропана-бутана возможно его хранение в небольших объемах. Пропан-бутан часто сравнивают с природным газом. При низком давлении их паровая фаза практически одинакова. Они обладают схожими теплотворной способностью и экономической эффективностью. И пропан-бутан, и метан (природный газ) могут работать на одинаковом оборудовании от газовых плит до мощных котельных, причем возможен быстрый переход с одного вида газа на другой. Одним из преимуществ пропана-бутана считается наличие развитой сети газозаправочных станций.
В качестве автомобильного топлива предпочтение отдают именно данной смеси из-за ее большей экономичности по сравнению с метаном. Основным недостатком пропана-бутана является дороговизна, обусловленная его синтетическим происхождением: цена на него напрямую зависит от цен на нефть. Также среди минусов отмечают чувствительность газа к низким температурам, которая проявляется при -40°С и ниже: в таких условиях резко падает мощность двигателя. Производство пропана-бутана, вырабатываемого из нефти, вследствие снижения ее добычи должно прекратиться, по оценкам экспертов, примерно через 50 лет. К тому времени ученые всего мира надеются найти новый вид топлива, который сменит эпоху нефтепродуктов.