Какво е автогаз (LPG)
LPG означава L.iquified нефт Gкато и е смес, която е газообразна при стайна температура и по същество се състои от пропан и бутан. По принцип LPG не се различава химически от "LPG", който много хора използват за отопление и който се съхранява в относително големи резервоари за газ някъде в градината. Само съотношението на смесване може да се различава. Къмпинг газът, който можете да закупите или в малки патрони, или в по-големи бутилки за газ, съдържа смеси пропан/бутан и следователно е много подобен на пропан-бутан, както и "по-лекия газ". Много подробности за LPG и неговото използване могат да бъдат намерени в Wikipedia. Не искам да повтарям съдържанието там, а по-скоро погледнете LPG от химическа и енергийна гледна точка. Така че, ако текстът на тази страница е твърде "химичен" за вас, може да намерите търсената информация на страницата на Уикипедия.
LPG - DIN EN 589
DIN EN 589 определя свойствата на пропан-бутана и по този начин също така определя разликите между къмпинг и течния газ, използван за отопление, за които има отделни стандарти. Силно препоръчвам да не се правят опити за експлоатация на автомобил с течни газове, които не отговарят на DIN EN 589, тъй като както електрониката на газовите системи, така и самата система са проектирани в съответствие с DIN EN 589. Ако се използва смес, която не отговаря на стандарта, налягането и калоричността на газа може да са извън спецификацията с непредсказуеми последици. За съжаление, както повечето DIN, DIN EN 589 струва пари. Стандартите са защитени с авторски права и не се разпространяват безплатно. Те се получават напр. на www.din.de, където понастоящем DIN EN 589 (03.02.2017) е на разположение за € 73.90.
Помпа за втечнен нефтен газ Westfalen AG каза, че съотношението бутан: пропан е 60:40 през лятото и 40:60 през зимата. На въпрос от Westfalen AG ми казаха също, че това са масови проценти. Съотношенията на смесване вероятно ще бъдат подобни на другите доставчици.
По-високият дял на пропан през зимата трябва да регулира налягането на парите при по-ниски температури на въздуха към това на летния газ, тъй като пропанът има по-високо налягане на парите от бутана при същата температура.
Пропан и бутан
Химически пропанът и бутанът са много сходни. И двете са съставени от молекули, които съдържат само въглеродни и водородни атоми, но бутановата молекула е малко по-голяма. Молекулата на пропан се състои от 3 въглеродни и 8 водородни атома (C3H8), докато бутанът е C4H10.
| Представяне в модела | ||
| формула | C3H8 | C4H10 |
| Плътност на втечнения Газ при 20 ° C | 501,8 g/l | 574,2 g/l |
| по-ниска калоричност | 12,87 kWh/kg i | 12,70 kWh/kg i |
| Енталпия на горенето | -2217 kJ/mol 1 | -2874 kJ/mol 1 |
| Точка на топене | -188 ° C ii | -138,3 ° C iii |
| точка на кипене | -42 ° C ii | -0,5 ° C iii |
Таблицата накратко обобщава основните свойства на двете вещества. Уплътненията ми бяха любезно съобщени от Westfalen AG. Обяснение на калоричността може да намерите на тези страници под „Каква е калоричността?“.
Производството, допълнителните свойства и други употреби на двете вещества не се обсъждат тук, тъй като това е описано в Уикипедия както за пропан, така и за бутан.
За енергийна употреба на автогаза, т.е. за да караш кола трябва да изгориш пропан-бутана. Следователно първо ще се разгледа изгарянето на пропан или бутан.
изгаряне
пропан
След изгаряне на пропан възниква следната химическа реакция:
Така че, ако искате да изгорите молекула пропан, имате нужда от 5 молекули кислород и получавате три молекули въглероден диоксид и 4 молекули вода. Ако се преобразува 1 mol пропан, т.е. 6.023 · 10 23 молекули, по време на реакцията се отделят 2217 kJ енергия, ако тя протича при стандартни условия (25 ° C, 1013 hPa или 1013 mbar). Изгарянето не се извършва естествено при стайна температура, а при значително по-висока температура. Грешката обаче при изчисляване със стандартни размери е незначителна, поради което не ги преобразувам тук.
По принцип няма значение дали изчислявате с енталпията на реакцията или директно използвате калоричността от таблицата - във всеки случай резултатът е, че когато се изгори 1 кг пропан, 12,87 kWh (46,32 MJ) за шофиране на автомобил налична използваема енергия.
Тъй като 1 mol пропан тежи 44 g, 1 kg съдържа пропан
1000 g: (44 g/mol) = 22,73 mol
Молекули на пропан. Тъй като при изгарянето на 1 mol пропан се получават 3 mol въглероден диоксид, се получава изгарянето на 22,73 mol пропан (1 kg)
3 х 22,73 мола = 68,18 мола
Въглероден двуокис. Тъй като 1 mol въглероден диоксид също тежи 44 g, се получава изгаряне на 1 kg Porpan
68,18 mol x 44 g/mol = 3000 g = 3 kg
По отношение на 1 kWh използваема енергия получавате:
3 kg CO2/kg: 12,87 kWh/kg = 0,233 kg CO2/kWh
За да се получи 1 kWh или 3.6 MJ използваема енергия за шофиране чрез изгаряне на пропан, се освобождават 233 g въглероден диоксид.
Когато се изгори 1 l втечнен пропан, плътността от горната таблица дава 1,505 kg въглероден диоксид и 6,46 kWh енергия при 20 ° C.
бутан
След изгаряне на бутан се получава следната химическа реакция:
Така че, ако изгорите една молекула бутан, имате нужда от 6,5 молекули кислород и получавате 4 молекули въглероден диоксид и 5 молекули вода. Ако 1 mol бутан, т.е. 6.023 · 10 23 молекули, се преобразува по този начин, се освобождават 2874 kJ или 0.798 kWh топлинна енергия.
Когато се изгори 1 кг бутан, се получават общо 12,70 kWh или 3,53 MJ енергия, използваема за шофиране. Тъй като при изгарянето на 1 mol бутан се получават 4 mol въглероден диоксид, а 1 mol бутан тежи 58 g, изчислението за пропан води до:
1000 g: 58 g/mol = 17,24 mol бутан
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
Ако енергията, необходима за шофиране, се получава от бутан, се освобождават 239 g въглероден диоксид на kWh използваема енергия, т.е. не съвсем 3% повече.
Когато се изгори 1 l втечнен бутан, плътността от горната таблица дава 1,742 kg въглероден диоксид и 7,29 kWh енергия при 20 ° C.
Сравнение на пропан/бутан с бензин/дизел
| Въглероден диоксид на кг гориво | 3000 кг | 3,034 кг | 3,023 кг | 3.183 кг |
| Въглероден диоксид на kWh | 0,233 кг | 0,239 кг | 0,266 кг | 0,270 кг |
| използваема енергия на кг гориво | 12,87 kWh | 12,7 kWh | 11,38 kWh | 11,8 kWh |
| използваема енергия на литър при 20 ° C | 6,46 kWh | 7,29 kWh | 8,5 kWh | 9,8 kWh |
| Емисии на въглероден диоксид на литър (20 ° C) | 1,505 кг | 1,742 кг | 2,26 кг | 2.65 кг |
| Въглероден диоксид на км при консумация от еквивалента на 6 литра дизел на 100 км | 137 гр | 141 гр | 156 гр | 159 гр |
Таблицата обобщава отново накратко числените стойности на горните раздели и ги сравнява със стойностите за бензин и дизел, както може приблизително да се определи от двете статии на Уикипедия iv, v.
От повърхностна гледна точка бутанът изглежда много по-голям „убиец на климата“ от пропана, тъй като на литър се произвеждат почти 16% повече въглероден диоксид. Това първо впечатление е погрешно, защото не шофираме с "литрите", а с енергията и тъй като бутанът съдържа около 13% повече енергия от пропан едновременно, разходът в литри с чист бутан теоретично е с 13% по-нисък, отколкото при Използване на чист пропан.
За влиянието върху климата не трябва да се има предвид количеството въглероден диоксид на литър гориво, но количеството въглероден диоксид, произведен на kWh (или MJ), а тук бутанът, с около 3% по-високи емисии на въглероден диоксид, е малко по-лош от пропана. Тук бензинът и дизелът са значително по-лоши. Можете също така да видите, че енергийното съдържание на литър дизел е значително по-високо от това на литър бензин и че все още е значително по-високо от това на пропан или бутан. Това е една от причините, поради които консумацията на дизел е толкова ниска, а тази на LPG сравнително висока. Въпреки това емисиите на въглероден диоксид при дизела са значително по-високи за всеки километър от тези с втечнен нефтен газ. От екологична гледна точка ниският разход (в литри) на дизела не носи никакви предимства, както показва последният ред на таблицата. Ако трябваше да управлявате кола, която консумира 6 литра на 100 км с дизел със същата енергийна ефективност с Popan, емисиите на въглероден диоксид биха се увеличили всеки Километрите падат от 159 g на 137 g.
LPG - смес от пропан и бутан
Автогазът (LPG) сега е смес от пропан и бутан, която съдържа повече бутан през лятото, отколкото през зимата. Westfalen-AG определя състав от 40% пропан и 60% бутан през лятото и 60% пропан и 40% бутан през зимата за бензиностанциите, които доставя, като това е процент от масата, а не процент по обем. Поради голямото сходство между пропан и бутан, няма странни ефекти на смесване, като тези, които се появяват, когато солта се разтваря във вода. Повечето свойства на сместа съответстват на тези на отделните вещества със съответно тегло. Това ще бъде демонстрирано по-долу, като се използва изчисление на плътността.
При 20 ° C плътността на пропана е 501,8 g/l, а тази на бутана е 574,2 g/l. Със съотношение на смесване 40:60 пропан: бутан, плътност:
0,4 x 501,8 g/l + 0,6 x 574,2 g/l = 545,2 g/l
За зимната смес с 60% пропан се получава съответно:
0,6 x 501,8 g/L + 0,4 x 574,2 g/L = 530,8 g/L
И двете изчислени стойности съвпадат точно с плътностите, които Westfalen-AG любезно ми предостави за двете смеси при 20 ° C и по този начин доказва допустимостта на това изчисление.
изгаряне
При изгаряне на пропан-бутан се изгаря смес от пропан/бутан, поради което изгарянето в автомобилния двигател може да се разглежда като изгаряне на отделните вещества. Горните цифри водят до съответно:
| Въглероден диоксид на кг гориво | 3,020 кг | 3,014 кг | 3,023 кг | 3.183 кг |
| Въглероден диоксид на kWh | 0,237 кг | 0,235 кг | 0,266 кг | 0,270 кг |
| използваема енергия на кг гориво | 12,77 kWh | 12.80 kWh | 11,38 kWh | 11,8 kWh |
| използваема енергия на литър при 20 ° C | 6,96 kWh | 6.79 кВтч | 8,5 kWh | 9,8 kWh |
| Емисии на въглероден диоксид на литър (20 ° C) | 1,65 кг | 1,60 кг | 2,26 кг | 2.65 кг |
| Въглероден диоксид на км при консумация от еквивалента на 6 литра дизел на 100 км | 139,4 g | 138,6 g | 156 гр | 159 гр |
Можете да видите, че лятото и зимата втечнен нефтен газ почти не се различават, но и двете водят до значително по-ниски емисии на въглероден диоксид, отколкото при експлоатация на бензин или дори дизел, ако приемем една и съща енергийна ефективност, т.е. на 100 км се изразходват същото количество кВтч. Изчислението със същия брой литри би било погрешно, тъй като един литър пропан-бутан съдържа много по-малко енергия от един литър дизел.
Влияние на външната температура
Слуховете
По принцип всички двигатели работят малко по-малко ефективно при по-ниски външни температури, т.е. те причиняват малко по-висока консумация, отколкото при по-високи температури. Това се дължи на факта, че двигателят достига оптималната си ефективност само при по-висока работна температура и през зимата отнема повече време, за да достигне тази температура и следователно по-дълъг период от време с физически и технически по-ниска ефективност, т.е. по-голямото потребление е на път. Разбира се, това е особено важно, когато шофирате на къси разстояния. Това не е единствената причина, поради която трябва да използвате велосипеда или краката си вместо колата на къси разстояния. Тук обаче енергийната ефективност при различни температури не трябва да се разглежда допълнително. Вместо това ще се обърна към промяната в пропан-бутана при различни температури, тъй като четете много странни неща за него в различни форуми.
Както при всички вещества, с изключение на водата, обемът непрекъснато се увеличава с повишаване на температурата и намалява с намаляване на температурата. Това се отнася както за бензин, така и за дизел, както и за пропан-бутан. Резултатът е, че при ниски температури получавате по-голямо количество гориво с всеки литър, отколкото при по-високи температури, тъй като всеки литър е малко по-тежък - така плътността се е увеличила. Така че през зимата получавате повече енергия за същите пари със същия обем и съответно по-малко през лятото. Твърди се, че този ефект се казва толкова голям с LPG, че през лятото трябва да се премине към бензин по финансови причини - това се препоръчваше в някои форуми. Емисиите на въглероден диоксид на километър не се влияят от промяната в плътността, нито повече от консумацията на енергия. Моето собствено субективно усещане обаче ме кара да вярвам в по-високата консумация на газ през лятото (измерена в литри!). Подробности за моя експеримент с консумация можете да намерите в „Спестяване на енергия чрез конвертиране в пропан-бутан?“ описани и не трябва да се повтарят тук.
Благодарение на приятелската подкрепа на Westfalen AG, която ни предостави таблици за плътност за лятно и зимно пропан-бутан за температури между -30 ° C и +40 ° C, вече можем да хвърлим светлина върху тази тъмнина.
Температурна зависимост на плътността на пропан-бутана
Както се вижда от диаграмата, плътността на пропан-бутана намалява почти равномерно с повишаване на температурата, докато тази на летния пропан-бутан с 60% пропан винаги е с около 12-16 g/l по-висока. При същата температура един литър пропан-бутан тежи малко повече през лятото, отколкото през зимата. Тъй като обаче температурите са малко по-ниски, когато се продава зимен пропан-бутан, винаги получавате приблизително еднаква маса пропан-бутан през всеки сезон
Емисии на въглероден диоксид на литър пропан-бутан при различни температури
Както се вижда от диаграмата за емисиите на въглероден диоксид, емисиите на въглероден диоксид на литър втечнен нефтен газ за летния пропан-бутан винаги са с 40 - 50 g на литър пропан-бутан по-високи, отколкото за зимния пропан-бутан, но дори при -40 ° C той дори не се доближава до стойностите на бензина или дизел.
Енергийното съдържание на LPG при различни температури
Енергийното съдържание на един литър летен втечнен нефтен газ е с около 0,2 kWh по-високо от това на зимния пропан-бутан при всяка температура и намалява с повишаване на температурата, както и плътността и емисиите на въглероден диоксид на литър. Следователно консумацията трябва да се увеличава с повишаване на температурата, тъй като всеки литър доставя по-малко енергия. В същото време обаче всеки литър произвежда и по-малко въглероден диоксид, така че емисиите на въглероден диоксид трябва да останат постоянни. Разходът в литри и по този начин разходите за гориво на километър се увеличават с повишаване на температурата, тъй като всеки литър доставя все по-малко количество енергия и по този начин дава възможност за все по-малък обхват. С всеки градус на повишаване на температурата вие губите около 0,016 kWh или около 0,2% енергия на литър поради увеличаването на обема. Повишаването на температурата с 5 ° C води до около 1% по-високи разходи за гориво за същото гориво, 25 ° C по-високите температури водят до около 5% по-високи разходи - само малък ефект в сравнение с допълнителния разход поради сега безопасно включения климатик.
Резултат
Промяната в плътността на пропан-бутана с промяна на температурата няма ефект върху емисиите на въглероден диоксид и има само пренебрежимо малко влияние върху разходите за гориво, ако се приеме сравнима енергийна ефективност на двигателя. И двата фактора се влияят от поведението при шофиране, а също и от работата на климатичната система през лятото много повече от промяната в плътността. В сравнение с експлоатацията на превозното средство с бензин или дизел, предимствата и недостатъците на работата на пропан-бутана през лятото и зимата са еднакви, тъй като плътността на бензина и дизела се променя по подобен начин на този на пропан-бутан и ефектът е много малък е.