Enigmatycznie o gazach CNG, LNG, LPG i wodorze

Notka spełniła zadanie. Znalazcy danych dziękuję! 

Bloger @burykocur upolował w sieci źródło informacji o fizjonomii głównego bohatera naszych czasów - wodoru, o które prosiłam w tej i poprzedniej notce. Podaję linki do tego materiału oraz do najważniejszego wykresu pochodzącego z niego: 

https://en.wikipedia.org/wiki/Hydrogen_storage  - Magazynowanie wodoru

https://en.wikipedia.org/wiki/File:Storage_Density_of_Hydrogen.jpg  - Gęstość wodoru magazynowanego 

Wstęp dopisano 30 lipca 2020 r. 6:30 

_______________

Wiele nieporozumień powstało na moim blogu z powodu przypadkowego wyłączenia możliwości komentowania notki:  https://www.salon24.pl/u/blog-energetyczny/1065519,lng-cng-i-lpg-czyli-gaz-gazowi-nierowny To z tego powodu napisałam #komentarz w formie notki, za co zostałam pochwalona przez Redaktorów działu energetycznego i nagrodzona długim pobytem mojej notki na SG z tytułem od redakcji: Gaz o kolosalnej przyszłości, czyli wodór.  Ten tytuł spowodował w czytelnikach wielkie wzmożenie, z którego ledwo uszłam z życiem. Nie dziwię się temu, bo

Rok 2020 nazywam rokiem WWW

 Traumy roku 2020 to: wirus, wybory i wodór

W wielu opiniach na temat tego co kryje się pod każdą z liter  W  czai się gwałtowność i arogancja do innych blogerów. Tak było, ale już nastał nowy dzień, wszystkie smutki poszły w cień, mogę zatem podać o co mi chodziło w notce#komentarzu. 

Zacznę od najłatwiejszego przykładu wysokometanowego gazu sieciowego. Dane zaczerpnę z czystego źródła - instrukcji PGNiG jak czytać faktury za gaz. Dotarłam do niej przez Blog energetyczny. Oto fragment faktury z interesującymi nas danymi o ilości energii chemicznej zawartej w gazie wysokometanowym. Nie napisano tego wprost, to trzeba obliczyć. 

Na czerwono zaznaczone są informacje wyjaśniane. Mnie, a może nas? interesuje to, czego nie wyjaśniono: Stany licznika, z których  wyliczamy zużycie gazu mierzonego w metrach sześciennych = 103 m³ które automatycznie zostały przemnożone przez 11,288 kWh/m³ i już mamy  produkt, za który będziemy płacić. Wyliczona na marginesie ilość dostarczonej energii chemicznej w gazie wchodzi do faktury; za 103 m³ gazu zapłacimy z 23% podatkiem WAT - 134,35 zł, czyli m³ gazu kosztuje nas 1,30 zł z hakiem. Za wszystkie składniki faktury (abonament, dystrybucja) zapłacimy 280 zł, czyli 2,72 zł/m³.  

Najważniejsza dla nas jest informacja o ilości potencjalnych watów ukrytych w gazie sprzedawanym przez PGNiG. Rachunek jest dość prosty: 11,288 kWh x 3600 s = 40,6368 MJ. Dla ułatwienia przeliczeń przyjmiemy 40 MJ/m³ zdefiniowane w ubiegłym roku przez zespół BP publikujący bardzo bogate dane dotyczące energetyki światowej (link w poprzedniej notce). 

Wysokometanowy gaz CNG w butlach pod P = 20 MPa zawiera energię pierwotną w ilości 8 GJ/m³ gazu | 8 MJ/litr 

Dodatkowe informacje: Ciepło spalania oblicza się dla gazów w temperaturze 0^oC i 100% zamianą energii chemicznej w ciepło. W rzeczywistości uzyskanie takiej przemiany jest trudne i drogie. W praktyce przyjmuje się dolną wartość opałową paliw, i tak dla gazu ziemnego wynosi ona 36,13 MJ/m³. 

Z życia wzięte: W Polsce ilość gazu importowanego z ZSRR spadała na granicy o 20/273 z powodu różnicy temperatur  obliczeniowych, 20 i 0 st.C. W ciepłowni geotermalnej Pyrzyce używa się gazu ziemnego ze sprawnością kotłów znacznie powyżej 100%. Takie rzeczy mogą się zdarzyć tylko w przypadku uwzględniania w szacunkach wartości opałowej dolnej., a nie ciepła spalania czy tego czo wyliczyliśmy wyżej z faktury. 

   LNG - skroplony naturalny gaz wysokometanowy 

LNG to podobno bardzo czysty metan. 1 m³ ciekłego gazu otrzymuje się z 630 m³ metanu gazowego. 

Całkowita energia chemiczna 1 m³ LNG>> 630 x 39,7 MJ = 25 GJ/m³ | 25 MJ/litr  

Ile waży litr 1 m3 LNG? >> 630 x 0,7158 = 450 kg >>  1 litr LNG waży 0,45 kg 

LPG - skroplony propan i butan 

Pod nazwą LPG – Liquefied Petroleum Gas (Płynne Paliwo Gazowe) handluje się mieszankami propanu i butanu w różnych proporcjach. W Europie opracowano normy dla czterech rodzajów tego paliwa (A, B, C, D), których używanie zależne jest od strefy klimatycznej wprowadzane jest dyrektywami krajowymi. W Polsce używa się LPG-A w okresie zimowym oraz LPG-B w sezonie letnim. Pewnie te normy dotyczą tylko paliw dostępnych w stacjach benzynowych. Dowiedziałam się, że nie tylko opony są sezonowe, autogaz też. W świecie największy udział w konsumpcji tego gazu mają gospodarstwa domowe. Nie wiem jak jest w Polsce, sądzę jednak, że w domach używa się mieszanek propan-butan, bo tak często mówi się o tym gazie. Obecnie jest dostępny czysty propan i czysty butan, z których można robić dowolne mieszanki. 

Propan i butan należą do węglowodorów lekkich; decydują one o właściwościach ropy, o tym czy ropa jest słodka czy żywa. LPG produkuje się w kopalniach ropy naftowej, na miejscu. Odgazowanie ropy (stabilizacja) jest konieczna ze względów na bezpieczeństwo transportu ropy do rafinerii. Produkcja LPG w miejscu wydobycia  ropy lub kondensatu (są takie w Polsce) zmniejszyła stosowane w przeszłości spalanie tych gazów w pochodniach. Część LPG jest produkowana w rafineriach w dwóch procesach technologicznych przeróbki ropy na paliwa silnikowe. 

Propan i butan różnią się między innymi temperaturą płomienia. Propan jest droższy. Dodałam do tej notki reklamowy materiał ilustracyjny z netu. Na tej podstawie ocenimy kaloryczność i gęstość płynnego gazu. Przy dwóch butlach jest podana pojemność ciekłego gazu w kg oraz w litrach. 

Propan - Wartość przeliczeniowa 

Źródło: http://www.greengas.pl/?tax_bazawiedzy=wlasciwosci-fizyko-chemiczne-gazow-plynnych 

1 l płynu ≈ 0,254 m³ gazu

• FAZA CIEKŁA >>  1 l ≈ 0,52 kg | 1 kg ≈ 1,92 l

• FAZA GAZOWA >> 1 Nm³ ≈ 2 kg | 1 kg ≈ 0,5 Nm³

• WARTOŚĆ OPAŁOWA ≈ 46 MJ/kg ≈ 92 MJ/m³ 

Butan - moje przeliczenia

w stanie lotnym ma gęstość około 2,6 kg/m³ >> Pełna butla 11 kg o pomieści 27,2 litrów tj. około 4,2 m³ gazu (4200 l) butanu gazowego, co oznacza, że w czasie skraplania uzyskuje się  jedną objętość ciekłego butanu z około 152 objętości gazu. 

Całkowita energia chemiczna 1 m³ LPGb >> 152 x 125 MJ = 19 GJ/m³ płynu | 19 MJ/litr  | 

Całkowita energia na kilogram LPGb >> 125 MJ/2,6 kg = 48 MJ/kg 

Ile waży skroplony butan? >> 152 x 2,6 = około 400 kg/m³ || 1 litr 0,40 kg 

Wodór 

Na początek policzymy sobie dane podane w komentarzu przez Blogera @hobbysta: 

W samochodach Toyoty są dwa zbiorniki na 70Mpa ciśnienia i gromadzą 5kg wodoru. Więcej:   https://en.wikipedia.org/wiki/Toyota_Mirai 

Objętość zbiorników: 5/(700 x 0,09) = ok. 80 litrów. 

Energia w wodorze: 700 x 12,7 MJ = 8,9 GJ | wartość opałowa: 700 x 10,8 = 7,5 GJ 

Gęstość wodoru pod ciśnieniem 700 atmosfer 700 x 0,09 = 63 kg/m³

Przypisy, źródła :

Zwięzłe dane źródłowe z AGH:  http://home.agh.edu.pl/~kepw/student/plik/parametry.pdf 

Warto też zerknąć do źródła, po wiadomości    Jak robi się i sprawdza zbiorniki CNG i LNG? 

https://mojafirma.infor.pl/moto/eksploatacja-auta/lpg/703022,LPG-z-czego-sie-sklada-i-jakie-ma-wlasciwosci.html