Čo je to plyn (LPG)
LPG znamená Ľosvedčil ropa Gas a je zmesou, ktorá je pri teplote miestnosti plynná a v podstate pozostáva z propánu a butánu. LPG sa v zásade chemicky nelíši od „LPG“, ktoré mnoho ľudí používa na vykurovanie a ktoré sa skladuje v relatívne veľkých plynových nádržiach niekde na záhrade. Môže sa líšiť iba zmiešavací pomer. Kempingový plyn, ktorý si môžete kúpiť buď v malých náplniach alebo vo väčších plynových fľašiach, obsahuje zmesi propánu a butánu, a preto je veľmi podobný LPG, rovnako ako „ľahší plyn“. Mnoho podrobností o LPG a jeho použití nájdete na Wikipédii. Nechcem tam opakovať obsah, ale skôr sa pozriem na LPG z chemického a energetického hľadiska. Pokiaľ je teda text na tejto stránke pre vás príliš „chemický“, hľadané informácie nájdete na stránke Wikipedia.
LPG - DIN EN 589
DIN EN 589 špecifikuje vlastnosti LPG, a tým definuje aj rozdiely medzi kempingovým plynom a LPG používaným na vykurovanie, pre ktoré existujú samostatné normy. Dôrazne neodporúčam akékoľvek pokusy prevádzkovať vozidlo s kvapalnými plynmi, ktoré nie sú v súlade s normou DIN EN 589, pretože elektronika plynových systémov aj samotný systém sú konštruované v súlade s normou DIN EN 589. Ak sa použije zmes, ktorá nezodpovedá norme, môže byť tlak a výhrevnosť plynu mimo špecifikácie s nepredvídateľnými následkami. Ako väčšina DIN, bohužiaľ, DIN EN 589 stojí peniaze. Normy sú chránené autorskými právami a nedistribuujú sa bezplatne. Dostanete ho napr. Na www.din.de, kde je momentálne DIN EN 589 (03.02.2017) za 73,90 €.
Pumpa Westfalen AG na LPG uviedla, že pomer bután: propán bol v lete 60:40 a v zime 40:60. Na otázku mi spoločnosť Westfalen AG tiež povedala, že ide o hmotnostné percentá. Miešací pomer bude pravdepodobne podobný ako u iných poskytovateľov.
Vyšší obsah propánu v zime by mal upraviť tlak pár pri nižších teplotách vzduchu na teplotu v lete, pretože propán má pri rovnakej teplote vyšší tlak pár ako bután.
Propán a bután
Chemicky sú propán a bután veľmi podobné. Obidve sú zložené z molekúl, ktoré obsahujú iba atómy uhlíka a vodíka, ale molekula butánu je o niečo väčšia. Molekula propánu pozostáva z 3 atómov uhlíka a 8 atómov vodíka (C3H8), zatiaľ čo butánom je C4H10.
| Zastúpenie v modeli | ||
| vzorec | C3H8 | C4H10 |
| Hustota skvapalneného Plyn pri 20 ° C | 501,8 g/l | 574,2 g/l |
| nižšia výhrevnosť | 12,87 kWh/kg i | 12,70 kWh/kg i |
| Entalpia horenia | -2217 kJ/mol 1 | -2874 kJ/mol 1 |
| Bod topenia | -188 ° C ii | -138,3 ° C iii |
| bod varu | -42 ° C ii | -0,5 ° C iii |
V tabuľke sú stručne zhrnuté základné vlastnosti oboch látok. Hustoty mi láskavo oznámil Westfalen AG. Vysvetlenie výhrevnosti nájdete na týchto stránkach v časti „Aká je výhrevnosť?“.
Výroba, ďalšie vlastnosti a ďalšie použitia obidvoch látok tu nie sú diskutované, pretože sú opísané vo Wikipédii pre propán aj bután.
Na energetické využitie LPG, tj. Na vedenie vozidla, je potrebné LPG spaľovať. Preto sa najskôr bude uvažovať o spaľovaní propánu alebo butánu.
spaľovanie
propán
Pri spaľovaní propánu nastáva nasledujúca chemická reakcia:
Ak teda chcete spáliť molekulu propánu, potrebujete 5 molekúl kyslíka a získate tri molekuly oxidu uhličitého a 4 molekuly vody. Ak sa prevedie 1 mol propánu, t. J. 6 233 1023 molekúl, uvoľní sa počas reakcie 2 177 kJ energie, ak k nej dôjde za štandardných podmienok (25 ° C, 1013 hPa alebo 1013 mbar). Spaľovanie neprebieha prirodzene pri izbovej teplote, ale pri podstatne vyššej teplote. Chyba pri výpočte so štandardnými veľkosťami je však iba malá, a preto sa tu zrieknem prevodu.
V zásade nezáleží na tom, či počítate s entalpiou reakcie, alebo priamo použijete výhrevnosť z tabuľky - výsledkom je každopádne to, že keď sa spáli 1 kg propánu, 12,87 kWh (46,32 MJ) na jazdu autom k dispozícii je použiteľná energia.
Pretože 1 mol propánu váži 44 g, 1 kg obsahuje propán
1 000 g: (44 g/mol) = 22,73 mol
Molekuly propánu. Pretože pri spaľovaní 1 mólu propánu sa vytvárajú 3 móly oxidu uhličitého, získa sa spaľovanie 22,73 mólu propánu (1 kg)
3 x 22,73 mol = 68,18 mol
Oxid uhličitý. Pretože 1 mol oxidu uhličitého váži tiež 44 g, získa sa spálenie 1 kg Porpanu
68,18 mol x 44 g/mol = 3000 g = 3 kg
V pomere k 1 kWh využiteľnej energie získate:
3 kg CO2/kg: 12,87 kWh/kg = 0,233 kg CO2/kWh
Na získanie 1 kWh alebo 3,6 MJ využiteľnej energie na jazdu spaľovaním propánu sa uvoľní 233 g oxidu uhličitého.
Keď sa spáli 1 liter skvapalneného propánu, hustota z tabuľky vyššie dáva 1,505 kg oxidu uhličitého a 6,46 kWh energie pri 20 ° C.
bután
Pri spaľovaní butánu nastáva nasledujúca chemická reakcia:
Takže ak spálite jednu molekulu butánu, potrebujete 6,5 molekúl kyslíka a získate 4 molekuly oxidu uhličitého a 5 molekúl vody. Ak sa týmto spôsobom premení 1 mol butánu, t.j. 6,023 · 10 23 molekúl, uvoľní sa 2874 kJ alebo 0,798 kWh tepelnej energie.
Pri spálení 1 kg butánu sa získa celkom 12,70 kWh alebo 3,53 MJ energie využiteľnej na riadenie. Pretože spaľovaním 1 molu butánu vzniknú 4 móly oxidu uhličitého a 1 mól butánu váži 58 g, výsledkom výpočtu pre propán je:
1000 g: 58 g/mol = 17,24 mol butánu
17,24 mol · 4 = 68,96 mol CO2
68,96 mol CO2 44 g/mol = 3034 g CO2
3,034 kg CO2/kg: 12,7 kWh/kg = 0,239 kg CO2/kWh
Ak sa energia potrebná na vedenie získa z butánu, uvoľní sa 239 g oxidu uhličitého na kWh využiteľnej energie, t. J. Nie o celkom 3% viac.
Keď sa spáli 1 liter skvapalneného butánu, hustota z tabuľky vyššie dáva 1,742 kg oxidu uhličitého a 7,29 kWh energie pri 20 ° C.
Porovnanie propán/butánu s benzínom/naftou
| Oxid uhličitý na kg paliva | 3 000 kg | 3,034 kg | 3,023 kg | 3,183 kg |
| Oxid uhličitý na kWh | 0,233 kg | 0,239 kg | 0,266 kg | 0,270 kg |
| využiteľná energia na kg paliva | 12,87 kWh | 12,7 kWh | 11,38 kWh | 11,8 kWh |
| využiteľná energia na liter pri 20 ° C | 6,46 kWh | 7,29 kWh | 8,5 kWh | 9,8 kWh |
| Emisie oxidu uhličitého na liter (20 ° C) | 1,505 kg | 1 742 kg | 2,26 kg | 2,65 kg |
| Oxid uhličitý na km, keď sa spotrebuje ekvivalent 6 litrov nafty na 100 km | 137 g | 141 g | 156 g | 159 g |
Tabuľka opäť stručne sumarizuje číselné hodnoty vyššie uvedených častí a porovnáva ich s hodnotami pre benzín a naftu, ako je možné približne určiť z dvoch článkov Wikipedia iv, v.
Z povrchného pohľadu sa bután javí ako oveľa väčší „prostriedok na ničenie podnebia“ ako propán, pretože sa na liter vyprodukuje takmer o 16% viac oxidu uhličitého. Tento prvý dojem je mylný, pretože nejazdíme s „litrami“, ale s energiou a keďže bután obsahuje tiež asi o 13% viac energie ako propán, spotreba v litroch s čistým butánom je teoreticky o 13% nižšia ako pri Použitie čistého propánu.
Pre vplyv na podnebie netreba brať do úvahy množstvo oxidu uhličitého na liter paliva, ale množstvo oxidu uhličitého vyprodukovaného na kWh (alebo MJ), a tu je bután s asi o 3% vyššími emisiami oxidu uhličitého len o niečo horší ako propán. Benzín a nafta sú tu podstatne horšie. Môžete však tiež vidieť, že energetický obsah litra nafty je výrazne vyšší ako energetický obsah litra benzínu a že je stále podstatne vyšší ako energetický obsah propánu alebo butánu. Aj preto je spotreba nafty taká nízka a pri LPG porovnateľne vysoká. Napriek tomu sú emisie oxidu uhličitého z nafty na každom kilometri podstatne vyššie ako emisie z LPG. Z ekologického hľadiska neprináša nízka spotreba (v litroch) nafty žiadne výhody, čo ukazuje posledný riadok tabuľky. Ak by ste mali riadiť auto, ktoré spotrebuje 6 litrov na 100 km nafty s rovnakou energetickou účinnosťou ako Popan, emisie oxidu uhličitého by sa zvýšili každý Kilometre klesnú zo 159 g na 137 g.
LPG - zmes propánu a butánu
Autogas (LPG) je teraz zmes propánu a butánu, ktorá obsahuje viac butánu v lete ako v zime. Spoločnosť Westfalen-AG špecifikuje zloženie 40% propánu a 60% butánu v lete a 60% propánu a 40% butánu v zime pre čerpacie stanice, ktoré dodáva, pričom ide o hmotnostné percento a nie objemové percento. Pretože je propán s butánom veľmi podobný, nedochádza k žiadnym zvláštnym zmiešavacím účinkom, aké nastávajú pri rozpustení soli vo vode. Väčšina vlastností zmesi zodpovedá vlastnostiam jednotlivých látok so zodpovedajúcou hmotnosťou. Ďalej to bude demonštrované pomocou výpočtu hustoty.
Pri 20 ° C je hustota propánu 501,8 g/l a butánu 574,2 g/l. Pri miešacom pomere 40:60 propán: bután bola hustota:
0,4 x 501,8 g/l + 0,6 x 574,2 g/l = 545,2 g/l
Za zimnú zmes so 60% propánom dostanete zodpovedajúcim spôsobom:
0,6 x 501,8 g/l + 0,4 x 574,2 g/l = 530,8 g/l
Obidve vypočítané hodnoty sa presne zhodujú s hustotami, ktoré mi spoločnosť Westfalen-AG láskavo poskytla pre dve zmesi pri 20 ° C, a tým dokazujú prípustnosť tohto výpočtu.
spaľovanie
Pri spaľovaní LPG sa spaľuje zmes propánu a butánu, preto sa na spaľovanie v motore automobilu dá pozerať ako na spaľovanie jednotlivých látok. Z toho vyplývajú vyššie uvedené čísla:
| Oxid uhličitý na kg paliva | 3 020 kg | 3,014 kg | 3,023 kg | 3,183 kg |
| Oxid uhličitý na kWh | 0,237 kg | 0,235 kg | 0,266 kg | 0,270 kg |
| využiteľná energia na kg paliva | 12,77 kWh | 12,80 kWh | 11,38 kWh | 11,8 kWh |
| využiteľná energia na liter pri 20 ° C | 6,96 kWh | 6,79 kWh | 8,5 kWh | 9,8 kWh |
| Emisie oxidu uhličitého na liter (20 ° C) | 1,65 kg | 1,60 kg | 2,26 kg | 2,65 kg |
| Oxid uhličitý na km, keď sa spotrebuje ekvivalent 6 litrov nafty na 100 km | 139,4 g | 138,6 g | 156 g | 159 g |
Vidíte, že letný a zimný LPG sa takmer nelíšia, ale to vedie k výrazne nižším emisiám oxidu uhličitého ako pri prevádzke na benzín alebo dokonca naftu, ak sa predpokladá rovnaká energetická účinnosť, t. Výpočet s rovnakým počtom litrov by bol nesprávny, pretože jeden liter LPG obsahuje oveľa menej energie ako jeden liter nafty.
Vplyv vonkajšej teploty
Klebety
Všetky motory v zásade pracujú o niečo menej efektívne pri nižších vonkajších teplotách, t. J. Spôsobujú mierne vyššiu spotrebu ako pri vyšších teplotách. Je to spôsobené tým, že motor dosahuje svoju optimálnu účinnosť iba pri vyššej prevádzkovej teplote a v zime dosiahnutie tejto teploty trvá dlhšie, a preto je človek na ceste dlhší čas s fyzikálne a technicky horšou účinnosťou, teda vyššou spotrebou. To je samozrejme obzvlášť dôležité, keď jazdíte na krátke vzdialenosti. To nie je jediný dôvod, prečo by ste na krátke vzdialenosti mali namiesto auta používať bicykel alebo nohy. Tu by sa však nemala brať do úvahy energetická účinnosť pri rôznych teplotách. Namiesto toho sa obrátim k zmene LPG pri rôznych teplotách, pretože ste o nej čítali veľmi zvláštne veci na rôznych fórach.
Rovnako ako u všetkých látok okrem vody, objem neustále rastie s rastúcou teplotou a klesá s klesajúcou teplotou. To platí pre benzín a naftu, ako aj pre LPG. Výsledkom je, že pri nízkych teplotách získate z každého litra väčšie množstvo paliva ako pri vyšších teplotách, pretože každý liter je o niečo ťažší - takže sa zvýšila hustota. Takže v zime získate viac energie za rovnaké peniaze pri rovnakom objeme a podľa toho menej v lete. Tento efekt má byť údajne taký skvelý pri LPG, že by sa z finančných dôvodov malo v lete prejsť na benzín - toto sa odporúčalo na niektorých fórach. Emisie oxidu uhličitého na kilometer nie sú ovplyvnené zmenou hustoty, ani spotreba energie. Môj vlastný subjektívny pocit ma však núti veriť vo vyššiu spotrebu plynu v lete (meranú v litroch!). Podrobnosti o mojom experimente so spotrebou nájdete v časti „Úspora energie prevedením na LPG?“ a nemali by sa tu opakovať.
Vďaka priateľskej podpore spoločnosti Westfalen AG, ktorá nám poskytla tabuľky hustoty pre letný a zimný LPG pre teploty medzi -30 ° C a +40 ° C, sme teraz schopní osvetliť túto tmu.
Teplotná závislosť hustoty LPG
Ako je zrejmé z diagramu, hustota LPG klesá so zvyšujúcou sa teplotou takmer rovnomerne, zatiaľ čo hustota letného LPG so 60% propánu je vždy o 12-16 g/l vyššia. Pri rovnakej teplote váži jeden liter LPG v lete o niečo viac ako v zime. Pretože sú však teploty pri predaji zimného LPG o niečo nižšie, v každom ročnom období dostanete vždy zhruba rovnakú hmotnosť LPG
Emisie oxidu uhličitého na liter LPG pri rôznych teplotách
Ako je zrejmé z diagramu emisií oxidu uhličitého, emisie oxidu uhličitého na liter LPG sú pri letnom LPG vždy o 40 - 50 g na liter LPG vyššie ako pri zimnom LPG, ale ani pri -40 ° C sa ani zďaleka nepribližujú hodnotám benzínu alebo naftu.
Energetický obsah LPG pri rôznych teplotách
Energetický obsah jedného litra letného LPG je pri akejkoľvek teplote približne o 0,2 kWh vyšší ako energetický obsah zimného LPG a so zvyšujúcou sa teplotou klesá, rovnako ako hustota a emisie oxidu uhličitého na liter. Spotreba by sa preto mala zvyšovať so zvyšovaním teploty, pretože každý liter dodáva menej energie. Zároveň však každý liter produkuje aj menej oxidu uhličitého, takže emisie oxidu uhličitého by mali zostať konštantné. Spotreba v litroch a tým aj náklady na palivo na kilometer sa však zvyšujú so zvyšujúcou sa teplotou, pretože každý liter dodáva čoraz menšie množstvo energie a umožňuje tak čoraz kratší dojazd. Pri každom stupni zvýšenia teploty stratíte v dôsledku zväčšenia objemu asi 0,016 kWh alebo asi 0,2% energie na liter. Zvýšenie teploty o 5 ° C vedie k asi o 1% vyšším nákladom na palivo pre to isté palivo, o 25 ° C vyššie sa prejaví asi k 5% vyšším nákladom - len malý efekt v porovnaní s dodatočnou spotrebou vďaka teraz bezpečne zapnutej klimatizácii.
Výsledok
Zmena hustoty LPG so zmenou teploty nemá žiadny vplyv na emisie oxidu uhličitého a iba zanedbateľný vplyv na náklady na palivo za predpokladu porovnateľnej energetickej účinnosti motora. Oba tieto faktory sú ovplyvnené chovaním pri jazde a tiež prevádzkou klimatizácie v lete v oveľa väčšej miere ako zmenou hustoty. V porovnaní s prevádzkou vozidla na benzín alebo naftu sú výhody a nevýhody prevádzky na LPG v lete aj v zime rovnaké, pretože hustota benzínu a nafty sa mení podobným spôsobom ako u LPG a účinok je aj tak len veľmi malý. je.