HYDROGEIT - Der Wasserstoff-Guide

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Liquefied Petroleum Gas
Flüssiggas wird international als Liquefied Petroleum Gas (LPG) bezeichnet. Im deutschsprachigen Raum werden anstelle von Flüssiggas auch h�ufig die Begriffe "Treibgas" und "Autogas" benutzt. LPG besteht aus leicht verfl�ssigbaren Kohlenwasserstoff-Verbindungen (CnHm) mit drei oder vier Kohlenstoff-Atomen (C). Es kann sich dabei um eine einzelne Verbindung oder um eine Mischung mehrerer Verbindungen handeln.

Die Hauptbestandteile von Flüssiggas sind:
Propan: C3H8
Propen: C3H6 (auch Propylen genannt, mit C-Doppelbindung)
Butan: C4H10
Buten: C4H8 (auch Butylen genannt, mit C-Doppelbindung)

Propan und Butan sind kettenfütmige, ges�ttigte Kohlenwasserstoff-Verbindungen. Die unges�ttigten Kohlenwasserstoffe Propen und Buten weisen eine Kohlenstoff-Doppelbindung auf und sind hinsichtlich ihres Anteils in den Spezifikationen füt Flüssiggas begrenzt.
Das Mischungsverh�ltnis von Propan und Butan ist in Europa unterschiedlich. In Deutschland und Gro�britannien hat Propan meist einen Anteil von 95 Vol.-%). In Frankreich wird hingegen eine 45:55-Mischung (Propan : Butan) bevorzugt. In sehr warmen Landesteilen überwiegt der Butan-Anteil. Die Gaslieferanten variieren die Zusammensetzung nach der Umgebungstemperatur. Das Gemisch kann sich demnach je nach Ort und Jahreszeit unterscheiden.
Flüssiggas ist im Normalzustand ein gasfütmiges Brenngas, da� unter Druck verfl�ssigt werden kann. Die Abh�ngigkeit von Druck und Temperatur wird in der Dampfdruckkurve dargestellt. Flüssiggas hat in Deutschland bei T = 20 �C einen Druck von p = 8 bar. Es besitzt fl�ssig nur 1/260stel des gasfütmigen Volumens. Das bedeutet, da� aus 1.000 Litern Gas etwa 4 Liter Flüssiggas werden.
Im Gegensatz zu Erdgas oder Wasserstoff, die leichter als Luft sind, weist Flüssiggas einen Dichtequotienten zu Luft von LPG/Luft=1,55 auf. Dies bedeutet, da� Flüssiggas "herunterf�llt". Es sammelt sich am Boden und bedarf geeigneter baulicher oder l�ftungstechnischer Ma�nahmen, damit sich keine erh�hten Flüssiggasmengen ansammeln.
Die reinen Gase sind geruchlos. Als Abfallprodukt der Industrie ist Flüssiggas geruchbelastet. Gegebenenfalls wird es zur besseren Wahrnehmung mit einer speziellen Substanz versetzt (odoriert), damit eine Leckage wahrgenommen werden kann.
Die Molek�lstruktur von Propan und Butan ist im Vergleich zu den verzweigten Ketten herk�mmlicher Kraftstoffe (Benzin oder Diesel) relativ einfach (s. Abb. 3).

Abb. 3: Molekulares Flüssiggas [Flüssiggas b, 1999]

LPG-Bestandteil Propan
� farb- und geruchlos
� ungiftig; wirkt in hohen Dosen leicht narkotisierend
� fl�ssiges Propan kann wegen der hohen Verdampfungsk�lte auf der Haut Erfrierungen hervorrufen.

Tab. 2: Kennwerte von Propan
chemische Summenformel C3H8
Strukturformel CH3-CH2-CH3
Kohlenstoff-Gehalt 81,72Gew.-%
Wasserstoffgehalt 18,28Gew.-%
Molekular-Gewicht 44,09g/mol
Molvolumen 21,94cm3/mol
MAK-Wert 1800mg/m3
kritische Temperatur 96,8�C
kritischer Druck 42,6bar
Dichte der Fl�ssigkeit bei 15�C 530g/l
Dichte des Gases bei 0�C, 1 bar 2,01kg/Nm3

LPG-Bestandteil Butan
Butan (lateinisch: butyrum = Butter) kommt zusammen mit iso-Butan, Butadien und den Butenen als sogenannte C4-Fraktion in Erd�l-Krackgasen und im Erdgas vor.

� farb- und geruchlos
� in Wasser wenig l�slich, in Alkohol und �ther leicht l�slich
� wirkt in größeren Dosen narkotisierend

Tab. 3: Kennwerte von Butan
chemische Summenformel C4H10
Strukturformel CH3-CH2-CH2-CH3
Kohlenstoff-Gehalt 82,66Gew.-%
Wasserstoffgehalt 17,34Gew.-%
Molekular-Gewicht 58,12g/mol
Molvolumen 21,50cm3/mol
MAK-Wert 2350mg/m3
kritische Temperatur 152,1�C
kritischer Druck 38,1bar

Brenneigenschaften
Bei der Kraftstoffzufuhr in Verbrennungsmotoren weisen Gase gegenüber Fl�ssigkeiten gewisse Nachteile auf. Flüssiggas ist zwar im Tank in fl�ssiger Form gespeichert, wird jedoch auf dem Weg zum Motor in einem Verdampfer in den gasfütmigen Aggregatzustand überf�hrt und dementsprechend gasfütmig ins Saugrohr eingeblasen. Herk�mmliche Kraftstoffe (Benzin, Diesel) werden in der Regel über Vergaser oder D�sen als kleinste Fl�ssigkeitstr�pfchen der Brennkammer zugef�hrt. Da die Dichte von Fl�ssigkeiten sehr viel gr��er ist als die von Gasen, nimmt gasfütmiger Kraftstoff mehr Raum im Saugrohr ein. Das Gas verdr�ngt dadurch einen Teil der Ansaugluft. Weniger Luft im Verh�ltnis zur Kraftstoffmenge bedeutet, da� das Gemisch dadurch fetter wird. Soll das Luftverh�ltnis jedoch beibehalten werden, mu� dementsprechend die Kraftstoffzufuhr gesenkt werden. Dies hat insgesamt eine verminderte Zylinderf�llung im Vergleich zum Benzinbetrieb zur Folge. Die Luftzufuhr kann nicht beliebig erh�ht werden, da es aufgrund des vorhandenen Querschnittes und des damit verbundenen Str�mungswiderstandes Grenzen gibt.

Von Vorteil bei der Verbrennung von Flüssiggas ist sein gasfütmiger Zustand im Brennraum. Dadurch wird eine homogenere Gemischbildung mit der Luft erreicht, wodurch eine gleichm��igere Verbrennung erm�glicht wird. Hinzu kommt, da� die niedrigere Brenngeschwindigkeit von LPG einen geringeren Wandw�rmeverlust im Flüssiggas-Motor bewirkt, wodurch der Wirkungsgrad leicht angehoben wird. Dies ist bei Benzin- oder Dieseldampf/Luft-Gemischen nicht in gleicher Weise gegeben. Bei der energetischen Betrachtung von Kraftstoffen spielt der Heizwert Hu eine besondere Rolle. Der Heizwert ist der Teil der W�rme, der bei der Verbrennung ohne die im Wasserdampf enthaltene W�rmemenge frei wird. Der Brennwert Ho eines Gases (veraltet: "oberer Heizwert") bezieht sich auf die gesamte W�rme, die bei einer vollst�ndigen Verbrennung eines Kubikmeters Gas frei wird. Die Werte basieren auf dem Normzustand (T0 = 273,15 K; p0 = 1013,25 mbar). Im Vergleich zu anderen Energietr�gern besitzt Flüssiggas einen hohen gewichtspezifischen Heizwert (s. Tab. 4).

Tab. 4: gewichtsspezifischer Heizwert
Propan = 12,9kWh/kg
Butan = 12,7kWh/kg
Erdgas = 13,6kWh/kg
leichtes Heiz�l = 10,0kWh/kg
[Flüssiggas a, 1999]

Bezieht man den Heizwert auf das Volumen, haben Propan und Butan deutliche Defizite gegenüber Diesel- oder Benzinkraftstoffen. Die Dichte sowie der volumenspezifische Heizwert von Flüssiggas erreichen knapp drei Viertel von vergleichbarem Kraftstoff füt Otto-Motoren (Benzin).

Tab. 5: Kennwerte von Kraftstoffen

Dichte [kg/l]

HU Heizwert[kJ/l] Vst�ch Luftbedarf [kgLuft/kgKr]

Propan

0,53

23.600 15,6

Butan

0,58

26.500 15,4

Diesel

0,83

35.400 14,5

Superbenzin

0,76

32.800 14,7
[Sch�dl, 1998]

Damit es zu einer Verbrennung von Flüssiggas kommen kann, mu� sich der Kraftstoff mit Sauerstoff bzw. der Umgebungsluft vermischen. Ein z�ndf�higes Gemisch liegt nur dann vor, wenn sich das Verh�ltnis von Kraftstoff und Luft innerhalb bestimmter Grenzen, den sogenannten Z�ndgrenzen, befindet.

Tab. 6: Z�ndgrenzen in Vol.-%
Propan = 1,7 - 10,9
Butan = 1,4 - 8,5
Erdgas = 6 - 16
Benzin = 1,5 - 7,5
Wasserstoff = 4 - 75

Flüssiggas weist von den gasfütmigen Kraftstoffen einen etwa ebenso engen und niedrigen Z�ndbereich wie Benzin auf. Zu einer Entz�ndung kann es kommen, wenn gleichzeitig zum richtigen Mischungsverh�ltnis die n�tige Z�ndenergie zugef�hrt wird. Es mu� eine offene Flamme, ein Z�ndfunke oder etwas Vergleichbares vorhanden sein.
Am g�nstigsten verl�uft die Reaktion etwas oberhalb der Stelle des st�chiometrischen Gemisches. Das ist der Bereich der Gemischzusammensetzung, bei dem füt jedes Kraftstoffmolek�l die erforderliche Anzahl von Sauerstoffmolek�len zur Verf�gung steht (Lambda = 1). Wenn ein hoher Luftüberschu� (Lambda > 1) vorliegt, kommt es zu einer verlangsamten Umsetzung (Verpuffung) des Gas- oder Dampf/Luft-Gemisches. Bei einem Kraftstoffüberschu� kommt es zur unvollst�ndigen Verbrennung. Unverbranntes Flüssiggas kann sich dann an hei�en Teilen vom Auspuff entz�nden, so da� es zu sogenannten "Fehlz�ndungen" kommen kann. Im Extremfall kann das Kraftstoff/Luft-Gemisch unverbrannt aus dem Auspuff austreten und sich am Boden sammeln. Springt der Motor beim Start innerhalb von Geb�uden nicht sofort an, sollte auf gute L�ftung geachtet und nicht zu lange gestartet werden. Bei Gasgeruch sollte der Startvorgang wegen der erh�hten Brandgefahr im Umfeld abgebrochen werden. Bei einer unvollst�ndigen Verbrennung k�nnten au�erdem erh�hte Mengen Kohlenstoffmonoxid ausgesto�en werden, wodurch es beim Einatmen zu Vergiftungserscheinungen kommen kann.

⇒⇒⇒ weiter zu Vergleich



Bei der hier ver�ffentlichten Arbeit handelt es sich um eine Zusammenfassung einer Studie über Flüssiggas-Technologie aus dem Jahr 2000. Weiterf�hrende und aktuellere Informationen gibt es im Hydrogeit Verlag Shop.

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