Physikalisch-technische Eigenschaften - Flüssiggas

Einordnung von Flüssiggas

Die Flüssiggase Propan & Butan sind organische Verbindungen. Sie gehören zu der Gruppe der gesättigten Kohlenwasserstoffe (auch Alkane oder auch Paraffine genannt).

Chemische Formel

Die allgemeine chemische Formel lautet: C3H8 für Propan und C4H10 für Butan.                                                       

Energiegehalt

Zum Vergleich des Energiegehalts verschiedener Energieträger wird der Heiz- und Brennwert herangezogen.

Verbrennungsgeschwindigkeit (Zündgeschwindigkeit)

Die Verbrennungs- bzw. Zündgeschwindigkeit ist die Expansionsgeschwindigkeit der Verbrennung, die das Flüssiggas bei der Mischung mit Luft oder Sauerstoff erreichen kann. Da die Ausströmgeschwindigkeit von Flüssiggas in der Luft größer ist als seine Verbrennungsgeschwindigkeit, erfolgt kein Flammenrückschlag in den Tank oder die Flasche.                       

Dichte

Die Dichte ist bei Flüssigkeiten und Gasen druck- und temperaturabhängig. Bei Flüssiggas muss man zusätzlich zwischen der Flüssigphase und der Gasphase unterscheiden.

Normzustand Flüssigphase Gasphase

Propan 0,53 kg/l  1,97 kg/m³

Butan 0,60 kg/l  2,59 kg/m³

Aus den o.g. Dichtezahlen geht hervor, dass Propan und Butan im gasförmigen Zustand etwa doppelt so schwer sind wie Luft (Die Dichte von Luft beträgt 1 kg/m³). Damit sinkt Flüssiggas zu Boden und sammelt sich an der tiefsten Stelle. Dies ist auch der Grund, warum Flüssiggas in Flaschen bzw. Druckbehältern nicht in Räumen unter Erdgleiche gelagert werden darf.

Die Volumenvergrößerung bei Verdampfung von Flüssiggas ist beachtlich: So nimmt ein Liter flüssiges Propan im gasförmigen Zustand ein Volumen von ca. 260 Litern ein.

Flüssiggasbehälter und -flaschen dürfen nie vollständig gefüllt werden, sondern müssen einen vorgeschriebenen Gasraum besitzen. Dieser Gasraum dient als Puffer, da der Druckanstieg in einem vollständig mit Flüssiggas gefüllten Behälter bei jedem Kelvin Temperaturerhöhung 7 bar Druckerhöhung beträgt.           

Zündgrenzen

Flüssiggas im Gemisch mit Luft ist nur in bestimmten Konzentrationsbereichen zünd- bzw. explosionsfähig. Die obere bzw. untere Zündgrenze ist die Konzentration von Flüssiggas in der Luft, bei deren Unter- bzw. Überschreitung eine Zündung nicht mehr zu einer weiteren Verbrennung führt.

Energie untere und obere Zündgrenze

Propan 2,1 und 9,5 Vol.%

Butan 1,5 und 8,5 Vol.%

zum Vergleich Erdgas 4,0 und 16,0 Vol.%

Praktisch bedeutet dies ein hohes Maß an Sicherheit, da nur in diesen engen Grenzen überhaupt eine Zündung oder Verpuffung erfolgen kann. Gemische unter dieser Zündgrenze sind zu mager, Gemische über diesen Grenzen sind zu fett um zu verbrennen.

Erdgas, aber auch viele technische Gase, haben ein sehr viel größeres Verbrennungsspektrum, wodurch zusätzliche vorbeugende Sicherheitsmaßnahmen notwendig werden.

Temperatur

Wird eine Flüssigkeit erwärmt, so erfolgt bei einer bestimmten Temperatur, der Siedetemperatur (die vom Druck abhängig ist), der Übergang vom flüssigen zum gasförmigen Zustand. Unter atmosphärischen Bedingungen, also bei 1013 mbar, liegt der Siedepunkt:

            Energie                        Siedepunkt

            Propan                            -42,1 °C

            n-Butan*                           -0,5 °C

            zum Vergleich Wasser     +100 °C

* neben n-Butan (= Normal-Butan), gibt es noch iso-Butan. Beides ist C4H10. Die Siedetemperatur von iso-Butan liegt aber bei ca. -11°C. Im Vergleich zu Wasser werden Propan und n-Butan also bereits bei deutlich geringeren Temperaturen gasförmig.

Dampfdruck

Unter dem Dampfdruck bzw. Sättigungsdruck versteht man den Druck, bei dem der Übergang vom gasförmigen in den flüssigen Aggregatzustand erfolgt.

Der Dampfdruck von Flüssiggas in einem geschlossenen Behälter ist nur von der Zusammensetzung des Gases und der Temperatur abhängig, nicht vom Füllungsgrad.

Wird aus einem Flüssiggasbehälter Gas entnommen, so versucht das Flüssiggas seinen Gleichgewichtszustand durch Nachverdampfen der Flüssiggasphase wieder herzustellen. Erst wenn die Entnahmemenge höher als die Verdampfungsleistung des Behälters ist, erfolgt ein Absinken des Druckes.

Heiz- & Brennwerte - Vergleichen Sie selbst

Verschiedene Energieträger können über die Heiz- und Brennwerte miteinander verglichen werden. In der unten stehenden Tabelle sehen Sie die Werte von Propan, Erdgas H und Heizöl EL in flüssigem bzw. gasförmigen Zustand.

Mit dem Heizwert Hi (früher Hu für unterer Heizwert, jetzt Hi mit i für inferior) wird die Wärmemenge bezeichnet, die bei Verbrennung eines Norm-Kubikmeters trockenen Gases (ohne die im Wasserdampf der Verbrennungsgase enthaltene Wärmemenge) freigesetzt wird.

Der Brennwert Hs (früher Ho für oberer Heizwert, jetzt Hs mit s für superior) ist die Wärmemenge, die bei vollständiger Verbrennung einer Einheit entsteht, wenn nach der Verbrennung die Verbrennungsprodukte auf die Ausgangstemperatur abgekühlt werden und sich das bei der Verbrennung gebildete Wasser in flüssigem Zustand befindet. 

Der Brennwert ist der theoretisch größtmögliche Wert (Verbrennungswärme). Der Heizwert unterscheidet sich vom Brennwert um die Kondensationswärme des bei der Verbrennung entstehenden Wasserdampfes und ist daher ca. 8 - 9 % niedriger.

Bei Vergleichsberechnungen verschiedener Energiearten ist immer der Heizwert Hi des jeweiligen Brennstoffes rechnerisch einzusetzen.

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