12. Vlastnosti a využití zkapalněných uhlovodíkových plynů jako topných plynů. Ing. Tomáš Hlinčík, Ph.D.

Transkript

1 12. Vlastnosti a využití zkapalněných uhlovodíkových plynů jako topných plynů Ing. Tomáš Hlinčík, Ph.D.

2 Historie Zkapalněný uhlovodíkový plyn se objevil na trhu v prvním desetiletí minulého století. LPG poprvé vyroben v roce 1904 Hermannem Blaunem v Augsburgu termickým štěpením olejů za nepřítomnosti vzduchu Opravdový počátek v roce 1910 v USA byl v rafinériích získáván z vypařování plynů ve skladovacích nádržích benzinu Dnes zkapalněné plyny představují moderní a ekologický zdroj paliva, který slouží v mnoha oblastech. LPG se používá pro energetické účely (vaření, topení), pro rekreační účely (lodě, hausbóty, maringotky), pro pohon motorových vozidel (zde jeho obliba v posledních letech enormně roste).

3 Liquified Petroleum Gas Pod pojmem LPG (Liquefied Petroleum Gas) se označují zkapalněné uhlovodíkové plyny převážně se třemi a čtyřmi atomy uhlíku v molekule. Mohou být zastoupeny i další C4 a C5 látky, někdy i vyšší uhlovodíky (C6 a C7). V kapalném stavu jsou bezbarvé, snadno těkající, specifického zápach. Jsou hořlavé a výbušné nejedovaté, těžší než vzduch. Zkapalněním zmenšují svůj objem asi 260 krát

4 Technologické výroby LPG Zkapalněné uhlovodíkové plyny (hlavně C3 a C4) se v přírodě nikdy nevyskytují samotné vždy součástí velkého množství organických látek z nich jsou oddělovány nebo izolovány Separace uhlovodíků je často nutná i z technických důvodů. Nejdůležitějšími zdroji pro získávání LPG jsou ropa a mokrý zemní plyn, nebo jejich směsná ložiska (stabilizace ropy) Zdrojem mohou být i různé technologické procesy zpracování hnědého a černého uhlí (zkapalňování, nízkoteplotní karbonizace, hydrogenace, apod.) Dříve hlavním zdrojem LPG - rafinační procesy v rafinériích ropy, dnes pouze 40 %. Zbylých 60 % se získává při těžbě ropy a zemního plynu

5 Technologické výroby LPG Při zpracování ropy v rafinériích se získávají zkapalněné uhlovodíkové plyny těmito technologickými procesy: Atmosférickou destilací získané uhlovodíky jsou většinou parafinické povahy Reformováním benzinových frakcí chemický proces úpravy uhlovodíků (vysoká teplota a tlak + katalyzátor) zvýšení antidetonačních vlastností paliva ( zvýšení oktanového čísla), vznik převážně nasycených uhlovodíků Štěpení krakování technologický proces (vysoké tlaky a teploty + katalyzátor, bez vzduchu) štěpení delších molekul na kratší molekuly. Štěpné plyny (vedlejší produkt) obsahují zkapalněné uhlovodíkové plyny a nenasycené uhlovodíkové plyny.

6 Technologické výroby LPG Hydrogenací vysokotlaký a vysokoteplotní technologický proces probíhající v přítomnosti vodíku - zušlechtění těžko vroucích ropných součástí. Odpadávají zkapalněné uhlovodíkové plyny parafinické povahy Podle původu a způsobu zpracování je výtěžek LPG v rafinérii cca 2 3 % z hmotnosti zpracované ropy. Z toho 2/3 butanu a 1/3 propanu

7 LPG - vlastnosti Patří mezi vysoce výhřevné plyny (Q s > 80 MJ.m -3 ) Jiné složení v zimně (zimní směs) a létě (letní směs) Zimní směs více propanu méně butanu Letní směs naopak Rosný bod spalin 55 C Meze zápalnosti (se vzduchem při 20 C; Pa): Propan 2,12 9,35 Butan 1,86-8,41

8 LPG - vlastnosti Vlastnost Rozměr Propan Butan Spalné teplo MJ.m ,82 134,02 0 C, Pa Oktanové číslo Hustota plynné fáze (0 C, Kg.m -3 2,019 2, Pa) Objem plynu po odpaření 1 kg kap. fáze (20 C, ) m 3 0,553 0,395 Zápalná teplota (vzduch) C

9 LPG - vlastnosti Uhlovodíkové složky Sirné sloučeniny Voda Polymerní a pryskyřičné látky Ostatní příměsi ondrej.prokes@vscht.cz,

10 LPG - Sirné sloučeniny Sulfan Merkaptany Disulfidy Karbonylsulfid Elementární síra Odorizace LPG!!! ondrej.prokes@vscht.cz,

11 LPG - Voda ve zkapalněném plynu Volná a vázaná (rozpuštěná) voda Tvorba hydrátů Inhibice tvorby hydrátů teplota, tlak, vysušit plyn ondrej.prokes@vscht.cz,

12 Motorová paliva LPG technické požadavky a metody zkoušení ČSN EN 589 (2009) Vlastnost Oktanové číslo motorovou metodou OČMM Mezní hodnoty Minimum Maximum - 89,0 Příloha B Celkový obsah dienů % (mol/mol) 0,5 EN Sulfan - negativní EN ISO 8819 Celkový obsah síry (po mg/kg 50 EN odorizaci) Koroze na měděné stupeň koroze Třída 1 EN ISO 6251 destičce (1h při 40 C) Zbytek po odpaření mg/kg 60 EN 15470, EN Tlak par, manometrický, při 40 C Jednotka kpa 1550 EN ISO 4259 EN ISO 8973 Obsah vody - Vyhovuje EN ISO Zápach - Nepříjemný a typický při 20 % spodní meze výbušnosti Příloha A Zkušební metoda pro stanovení volné vody ve zkapalněném ropném plynu vizuální metodou Metoda zkoušení GC Výpočet hustoty a tlaku par Metoda octanem olovnatým Stanovení podle Wickbolda Zkouška na měděné destičce Vysokoteplotní plynová chromatografie ondrej.prokes@vscht.cz,

13 Přeprava LPG Výhodná v malém objemu je obsaženo velké množství energie zkapalněním zmenšuje 260 krát svůj objem Přeprava tankery, železniční cisterny, autocisterny, sudy, velké lahve, kempinkové láhve a nevratné obaly (kartuše). Železniční přeprava tun ondrej.prokes@vscht.cz,

14 Přeprava LPG Autocisterny Nejrozšířenější zásobníky o objemu 2700 l (2,7t) a 4850 (2,1 t)- akční rádius cca 200 km Předpis ADR ondrej.prokes@vscht.cz,

15 Přeprava LPG Doprava potrubím Přeprava buď jako kapalinu nebo jako plyn je třeba dbát na technické problémy (kondenzace uhlovodíků, vypařování kapaliny) Při přepravě kapalného LPG potrubí pro vysoký tlak 2,5 MPa Pro plynný standardněvtl,stl a NTL Kapalný krátké vzdálenosti, velké množství Plynný krátké vzdálenosti (od zdroje plynu láhev, zásobník ke spotřebiči) ondrej.prokes@vscht.cz,

16 Přeprava LPG Přeprava ve vratných a nevratných obalech Sudy s náplní do 300 kg a láhve o obsahu 0,4 kg, 1 kg, 2 kg, 5 kg, 10 kg a 33 kg. Lahve 10 kg a 33 kg mohou být po úpravě použity i pro odběr kapalné fáze (pohon VZV) Používán spíše čistý butan nebo 20/80 P/B ondrej.prokes@vscht.cz,

17 Skladování LPG Skladování LPG Tlakové zásobníky Zdroj plynné fáze (plněny propanem) Zdroj kapalného plynu (plněny propan butanem a doplněny výparníkovou stanicí) Zdroj kapalného plynu v případě čerpacích stanic (autoplyn) Výstroj zásobníku je dimenzována pro nejvyšší pracovní přetlak max. 1,56 MPa a tvoří ji uzavírací armatura pro plnění plynu, uzavírací armatura pro odsávání kapalné fáze, uzavírací armatura pro odběr plynné fáze, pojistný ventil, ukazatel hladiny a tlakoměr. ondrej.prokes@vscht.cz,

18 Skladování LPG Skladování LPG Nadzemní tlakový zásobník Zásobník ukládaný do země Polozasypané a podzemní ondrej.prokes@vscht.cz,

19 LPG - automobily Různé typy systémů zapojení: Karburátorové systémy (starší) Auta se vstřikováním benzínového paliva ondrej.prokes@vscht.cz,

20 LPG - automobily Auta se vstřikováním plynného paliva Auta se vstřikováním kapalného paliva ondrej.prokes@vscht.cz,

21 Plnění LPG do vozidel Nádrž na LPG: Typ A: konstruovaná s pojistným ventilem (zkušební tlak 3 MPa) Typ B: konstruovaná bez pojistného ventilu (zkušební tlak 4 MPa) Požadavky a zásady plnění LPG: nádrž se plní na max. 80 % objemu, nádrž musí být pevně uchycena ke konstrukci automobilu, nádrž musí být osazena vícecestným ventilem, který je hermeticky utěsněn krytem, součástí vícecestného ventilu je plnící jednotka, stavoznak, odpouštěcí a pojistný ventil a průtoková pojistka, kapalná fáze z nádrže je vedena do regulátoru, kde se kapalina zplyní pomocí horké vody z chladiče a tlak se upraví na hodnotu 3 kpa a následně je plynná fáze vedena do směšovače. ondrej.prokes@vscht.cz

22 Vozový park na LPG odhaduje se, že v ČR jezdí na LPG cca 250 tis. vozidel a 150 autobusů, počet čerpacích stanic na LPG se odhaduje na 500, čerpání není možné provádět v současné době samoobslužně, nýbrž je nutná vždy obsluha, v ČR se používají tzv. italské typy plnících koncovek, existují i tzv. holandské, belgické koncovky (Benelux), které mají ovšem odlišnou dimenzi (nutnost redukce při plnění). ondrej.prokes@vscht.cz

23 Plnící pistole používané v ČR Brevetti Nettuno, typ NT3 Brevetti Nettuno, typ T3 Brevetti Nettuno, typ T4 Poličské strojírny, HEFA ondrej.prokes@vscht.cz

24 Odfuk LPG při plnění velikost odfuku je dána normou ČSN EN , podle této normy je stanoven maximální únik na 1 cm 3 kapalné fáze v roce 2003 bylo spotřebováno celkem 97,8 tis t LPG pro pohon motorových vozidel při jednom natankování dojde k naplnění celkem 30 l kapalného LPG o průměrné hustotě 545 kg/m 3. ondrej.prokes@vscht.cz

25 Čerpací stanice LPG U nás dvojího typu: 1. Kompaktní čerpací stanice umístěny na ocelovém rámu s nadzemním zásobníkem 4,85 m 3, přepravním zařízením a výdejním stojanem 2. Čerpací stanice standardní - toto zařízení je montovaného přímo na místě realizace, obsahuje zásobník s objemem do 100 m 3, přečerpávající zařízení a výdejním stojanem - Nadzemní, podzemní ondrej.prokes@vscht.cz

26 Čerpací stanice LPG

27