Propan-Butan Eigenschaften und Anwendungsgebiete der Fliissiggase Von

Dr.-Ing. Geert Oldenburg Hamburg

Zweite erweiterte Auflage Mit 52 Abbildungen

Springer -Verlag Berlin IHeidelberg I New York

1966

ISBN-13: 978-3-642-92919-9 e-ISBN-13: 978-3-642-92918-2 DOl: 10.1007/978-3-642-92918-2 Aile Rechte, insbesondere das der Ubersetzung in fremde Sprachen, vorbehalten Ohne ausdriickliche Genehmigung des Verlages ist es auch nicht gestattet, dieses Buch oder Teile daraus auf photomechanischem Wege (Photokopie, Mikrokopie) oder auf andere Art zu vervielfiHtigen © by Springer-Verlag Berlin/Heidelberg 1955 and 1966 Library of Congress Catalog Card Number 66-19776

Titelnummer 0752 Die Wieuergabe von Gebrauchsnamen, Hanuelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesemBuche berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dal.l solche Namen iIll Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten waren und daher von jedermann benu!zt werden diirften

Vorwort Die leichten gasformigen Kohlenwasserstoffe, die bei der Verarbeitung von Erdol in den Mineralolraffinerien anfallen, waren urspriinglich Abfallprodukte, fiir die es wenig Verwendungsmoglichkeiten gab. Man lieB sie ungenutzt entweichen, d.h., sie wurden abgefackelt. - Allenfalls lieBen sich diese brennbaren Gase als BrennstoffIiir die zahlreiehen und mannigfaltigen Feuerstellen im Werk selbeI' verbrauchen, wurden also einem Verwendungszweck zugefiihrt, der sonst iiberwiegend durch schwere Destillationsriickstande, das Reizol, bestritten wurde. Nieht lange vor diesem Stadium war auch das Benzin einmal ein solcher AnfalliiberschuB gewesen und muBte teilweise abgefackelt werden, bis die zunehmende Motorisierung un serer Zeit es als wertvollen Brennstoff aufnehmen konnte. - Gerade diese Motorisierung mit ihrem groBen Bedarf an Vergaser- und Dieselkraftstoff ist es gewesen, die dureh EinIiihrung von Crack- und Hydrieranlagen, in denen die Destillationsriickstande zu leichten Bestandteilen aufgespalten wurden, den Anfall von groBen Mengen an leichten gasformigen Kohlenwasserstoffen herbeiIiihrte. Durch die Abtrennung der Fraktion Propan bis Butan erhielt man das "Fliissiggas", IiiI' das sich anfanglich nur beschrankte Verwendungsmoglichkeiten im Haushalt als "Brenngas" und im Ottomotor des Kraftwagens als "Treibgas" fanden. Del' weitere Ausbau diesel' Verwendungsgebiete sowie die weitere Verbesserung des Fliissiggases durch Trennung der Komponenten Propan und Butan und Abzweigung der ungesattigten Bestandteile, der Olefine, fiir die Weiterverarbeitung in der chemischen Industrie schufen neue Abnehmerkreise nicht zuletzt in der Industrie und iIll Gewerbe. Reute werden bereits iiber 1300000 t Fliissiggas jahrlich in der Bundesrepublik verbraucht und finden als hochwertiges und begehrtes Produkt Abnehmer. Allein etwa 1,6 Mill. Haushalte verbrauchen jahrlich rd. 130000 t Fliissiggas. Das alte klassische Anwendungsgebiet als Treibgas fiir den Betrieb von Kraftfahrzeugen wurde nieht zuletzt aus fiskalischen Griinden fast vollig fallengelassen, so daB die hierfiir verbrauchten Mengen heute nicht mehr ins Gewicht fallen. Allein die chemische Industrie iiberniIllmt fast 700000 t ungesattigte Verbindungen jahrlich fiir die Weiterverarbeitung zu cheIllischen Produkten.

4

Vorwort

Auch bei geplanten Produktionserweiterungen und moglichen Importerhohungen in den nachsten Jahren ist kein Anteil zu erwarten, del' die Bedarfskapazitat uberschreitet. Das Flussiggas hat sich heute in der Bundesrepublik einen aufnahmefahigen Markt erobert, der sich ebenso wie im Ausland weite interessante industrielle Anwendungsgebiete erschlieBt. Nur wenigen sind die chemischen und physikalischen Eigenschaften von Propan und Butan vertraut. Einerseits ist dieser Brennstoff zu jung, um zum allgemeinen Wissensgebiet zu gehoren, und andrerseits bietet die deutschsprachige Fachliteratur sehr verstreut und nur wenig Material. Aus diesem Grunde wurde der Inhalt des vorliegenden Buches bewuBt auf die Praxis eingestellt und auf eine zu theoretische Behandlung des Themas verzichtet. Hamburg, im Friihjahr 1966

G. Oldenburg

Inhaltsverzeichnis A. Eigenschaften der :fliissiggase ..................................

7

1. Begriffserklarung fiir Fliissiggas .................................. 2. Gewinnung von Propan-Butan-Fliissiggas . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . a) RohOldestilIation ............................................. b) Reformieren ................................................. c) Cracken ..................................................... 3. Chemische Zusammensetzung und Struktur. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 4. Physikalische Eigenschaften . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. a) Siedeverhalten ............................................... b) Temperaturausdehnung der Fliissigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. c) Verbrennungseigenschaften. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. d) Ziindverhalten. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. e) Thermische Bestandigkeit ..................................... 5. SicherheitsmaBnahmen und Vorschriften .. . . . . . . .. .. . . . .. . . . . . . . . ..

7 8 9 10 11 12 13 13 19 21 25

29 32

B. Anwendung der FIiissiggase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..

38

1. Lagerung, Abfiillung und Transport . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..

38

a) Entleerung mit Pendelleitung . _. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. b) Entleerung mit beheizter "Uberlisterleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. c) Entleerung mittels Kompressors in der Gasphasenleitung. . . . . . . . .. 2. Der Druckregler ................................................ 3. Fliissiggasverdampfer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 4. Verwendung im Haushalt ........................................ 5. Einsatz in Gaswerken zur zentralen Verteilung.... .. ..... . .. . . . . . . .. a) Verteilung von Fliissiggas in einem Rohrleitungssystem. . . . . . . . . . .. b) Verwendung von Fliissiggas-Luft-Mischungen.. . . . .. . . . . . . . . . . . . .. c) Anwendung von Fliissiggas als Zusatz zum Stadtgas .............. d) Reformierung von Fliissiggas ..................................

44 44 45 47 54 58 66 67 68 70 72

6. Verwendung in der Industrie ....... . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . .. 72 a) Verwendung in Verbindung mit Sauersto:fJ . . . . .. . . . .. . . . . . . . . . . .. 72 Brennschneiden S. 72 - Fugenhobeln und BlockHammen S. 83 SchweiBen von Nichteisenmetallen S. 85 - Hartloten S. 88 - Aufspritzen von Metallen S. 89 - Anwarmen S. 92 - Entrosten S. 93 Oberflachenharten S. 95 b) Schmelzen und Blasen von Glas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 96 c) Brennen von Feinporzellan .................................... 98 d) Sengen (Glattbrennen) von Garnen ............................. 99 e) Loten jeder Art ............................................... 100

6

Inhaltsverzeichnis f) Abbrennen von Farbe ......................................... g) Beheizung von Harte- und Gliihiifen .... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. h) Erzeugungvon Schutzgas ..................................... i) Betrieb von WarmestraWern ................... . . . . . . . . . . . . . . .. k) BeIeuchtung .................... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. I) AerosoIdosen ................................................. m) EntnebeIung von FIughafen .................................... n) Entsalzung von Meerwasser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 0) Schwimmbadbeheizung ....................................... p) Pflanzenwuchsfiirderung durch KohIensaure ...................... q) Unkrautvertilgung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. r) Das Brennstofl'eIement ........................................ s) Weitere Anwendungsgebiete ................................... 7. Quellenangaben ................................................

102 102 10~

107 110 110 112 112 113 114 115 116 117 118

Inhaltsverzeicbnis Einflihrung in das Fachgebiel

Seile

Tafeln I-VIII.

6

Die wichligslen Eigenschaften des Propans und der verwandlen Gase Propan-Brenner und Propan-Verbrennung

14

.

16

Ziindmoglichkeil von Propan-Luftgemischen .

22

Propanleilungen und Leilungsabsperrvenlile

23

Propanbehalier, Propanflaschenvenlile und Regier

25

Propan-Verdampfung

32

Propan-Armaturen, Versorgungsanlagen, Propangeriile, Anwendungsbeispiele

37

SANO-PROPAN-Armaturen und Anlagen SANO-Aulomalikanlagen Anwendungsbeispiele Sonstige Propan-Armaluren Verdampfer und Zubehor, Verdampferanlagen Versorgung von Gewerbe und Induslrie . Dichlpriifgerale, Dichl- und Schmiermillel . Rohrverbindungsleile (Schneidring-Verschraubungen) und Inslallationszubehor

38 46 49 51 54 64 67 68

Propan-Gerale fUr Inslallalions- und Baugewerbe (Maler, Dachdecker, Isolierer,

Fu~bodenleger)

Slra~enbau

Eisen- und Slahlverarbeilung (Brennschneiden, Fugenhobeln, Enlroslen usw.) Glasblaser und Glasinduslrie . }irzle, Zahnlechniker, Goldschmiede, Laboralorien usw. Landwirlschaft, Melzgereien, Wurstfabriken Kondiloreien, Backereien . Gaslslallen, Pensionen, Holels, Kanlinen, Krankenhauser, Anslalien zum Wursl- und Schaschlikbralen u. dergl. . Leuchlen und Scheinwerfer .

71 80 82 85 88 92 93 98 100

Gerale und Brenner fUr verschiedene allgemeine Anwendungsgebiele

102

Zahler und Miinzzahler .

105

Sammel-Versorgungsanlagen

106

Warmwasserbereilung Durchlauferhitzer

108 111 113

Au~enwand-Durchlauferhilzer . Hei~wasserspeicher

Sonslige Anwendungsgebiele .

114

Alphabelisches Sachwortverzeichnis fUr Armaturen, Anlagen und Gerale

115

SANO-PROPAN

GMBH

NORNBERG-MONCHEN 5

6

Strukturformel

2

des Gases be; O·C , lafa

Krilische Temperafur

Kritischer Druck

Schmelzpuflkf (frslarrungsfemperalur)

Siedepunk/ (Verflussigun9sfempera/ur)

Z erselzungsfempera/ur

Verdamp!ungswarme

Spezl{ische Wc'irme der flussigen Phose

Dampfdruek (Verf/ossi9ungsdruck)

Volumen von 1kg {Iussiger Phase

. Volumen von 1kg Gasphase

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

keal/ kg

·C

·C

·C

·C

·C

I

I

H

1,261

9,5

I I I I

I I

43,4

I/kg

bei 60·C, 1 ata I/kg Ilkg

O·C , 1 ata

be; 15'C , 1 ata

bei

I/kg I/kg

O·C , lata

be; 15'C , lata

bei

11,77

1400

838

781

530

560

535

2,32

1,92

508

(Forlselzung nachsle Seite)

795

738

1,96

1,88

3,6

2,5

alii

bei -10 ·C

2,68

5,1

3,8

23,3 18,0

9,5

105

355 -375

- 47,7

0,5

393

373

1,89

1,72

T,67

-

0,05

1,2

0,58

92,1

400-435

-

-138

38,8

152,3

2,091

91,4

2,675

0,583

17,3

82,7

58,12"

I I I I HHHH

1,874

oW

bei

I I I I

UHHH

1,481

0,522

14,4

85,6

42,081

HH

-185

H

O'C

0,51

80

101,8

425-460

- 42,2

-188

47,0

96,8

1,550

1,965

0,509

18,3

81,7

44,097

fIfifi

H I

Butan (n-Butan) C4 Hlo

C=C-C-H H-C-C-C-C-H

H I

7,5

( 2,5)

115,4

380-400

-104

-169

52,4

I I I

J.I-C-C-C-H

HHH

C3HG

Propylen

37,5

27

117,0

435 -450

- 89

-183

50,6

32,2

0,975

1,356 1,051

( 0,4)

14,4

85,6

lB, 054

I H

0,374

20, 1

79,9

30,070

I I H H

I

c-c

H

C3H.

Propan

atii

3,45

I I

I-/-C-C-J-I

H

C2H4

A"fhylen

be; 20·C

keal/kg ·C

136

540-675

-161

-184

47,2

-82,5

0,555

0,717

k9/NmJ

25

%

bei 30·C, unler Uberdrud: keal/kg

beim Siedepunkt, lata

be; Tata

bei Tata

Diehteverhiillnis Gas/Luff (rela/iv. Normgewichf) beiI5·C, Luff= I

75

%

16,03

I H

0,324

Dichle (Wichte, spez. (jew.)

6

I

H-C-H

HH

C2H~

CH4 H

A'than

Me than

kg/I

Gew.

Wassersfoffgehalf

der fliissigM Phose bei 15'C

Gew.

Kohlensloffgehall

Molekulargewieht

Mellbedingungen

Mane;nheiten

3 45

c·

H· Wassersfoffatome Kohlens/offalome

Kohlenwassorstotte und Vergleichsgase

1

[Zum Tei! Miftelwerfe aus Dalen verschiedener VerotfenllichungenJ

I

11,7

395

375

1,98

1,78

1,72

0,12

0,65

2,1

( 0,50)

.77

87,6

400-435

-

- 159

37,8

133,7

2,065

2,668

0,563

17,3

82,7

58,124

II

H-C-II

I HI I H

H-C-C-C-H

I I I

HflH

C4 HIO

Isobutan (i-Bufan)

Physikalische und brennlechnische Dalen von Kohlenwassersloflen (Brenngase)

Tafel I

I

HH I I

I I I

-

422

400

1,67

-

0,4

1,8

(0,56)

96

325-350

6,3

-185

40,S

1'13,9

1,94

2,5

0,60

14,4

85,6

56,108

""HH

I

C=C-C-C-H

H

I

H

-

(422 )

( 400)

1,67

( 0,58)

93

325 -350

7,1

-140

40,9

144,7

1,94

2,5

0,60

14,4

85,6

56,108

II-C-H

~p

H-C-C-C-H

I

H

7,6

-

900

85li

( 1,93)

164,1

- 83,6

- 81,8

63,6

35,7

0,900

0,43

G.m.b.H

-1790

-1700

~

1,1709 0,56-0,61

0,518

SANO-PROPAN

11740

11130

14,1

(3,42 )

111,6

-

-252,8

-2592

13,2

-239,9

0,069

0,08987

0,0708

100

26,04

92,4

a

He""eH

2,0156

H-H

8utylen lsobu/ylen Vergleichsdafen (n- Bulylen) (i-Bulylen) Wassersfoff Acetylen Stadtgas C4 Hs C4 Hs H C2H2

25

24

0)

·C

58,7

56,3

18,2

24

3,0 - 66

3,0-15

470-630

54,S

51,5

15,3

3,0 -80

2,75-30

455-545

1974

13500

14200

Taupunkt.onkun9' ca. 10 % (in

61,4

59,3

(10,6)

4,9-16

650-750

bei Luflzahl n = 1,3

be; 20gHzO/m J (z. B.

·C

be; OgHtO/Nm'

Be; LuflUberschlJi!. Abnahme der Toupunkttemperaf"r

Taupunkt eMr Verbrennun9sprodIJkfQ -) (sfochiomelrische Verbrennung mit LUft) (20g H20/m' - lao % Luflfwchtigkeif bei 20,6·C)

(C02, H20, N21

NmJ/NmJGas

em/sec

mil SaNrsfoff

Vo/umflfl der Verbrennungsprodukte

em/sec

mit Luft

Gas mit Sauersfolf

Malt. Verbrennungsgeschwindi9keil

Vol. % Gas

23

Vol. % Gas

Ga, mil Lu{t

Ziindgrenzen

·C

21

22

·C

mit Souersfoff

Ziindlemperalur mit Lufl (Kohlenwassersfo/{pmif Sauerstoff co. 5-30·C liefar)

b« 15 OC, I ala 1894

14500

8150

kaJl/

·C

kcal/Nm' fill

15300

8600

kcal/kg

bei IS·C, 1ala bei O·C, 1ala

11250

2,38

2,58

Nm'02 / kg Gas 11300

3,4

3,69

kg 02 / kg Gat;

11900

3,0

11,4

14,7

14,3

I'-Ihylen

3,5

2,0

NmJW{I/kg Gas

/tWGas

12,3

13,4

kg Lut!/ kg Gas

NmJDz

16,7 15,9

9,6

"'than

17,2

Methan

Nnllu/f/ NmJGas

Hochsle Verbrennungstemperafur mit Luff (ma)(. t=lammenlefllperatur)

Unterer Hllizwllrt ( Hu ) (dill Liferofurangaben s!reuen slark)

Sauer!1foffbedarf ( 0.) (stO·chiomelrisch)

L",tbedar! {iir die Verbrennung (stachiomelrisch)

20

79

18

17

Me8bedingungen Ma/Jeinheiten

·C9

57,S

55,0

25,8

450

32

2,0 -48

2,0 - 9,5

510

2850

1925

21000

22180

11070

2,55

54-,S

51,S

32,9

2,1 -53

2,0-11

455

2880

1935

20000

21050

11000

2,35

3,36

11,3

3,64

12,0

' ',77

57,4

54,B

57,4

54,8

33,5

350 - 370

350 -370

33,S

32

1,8 -48

1,8 - 8,5

475 -540

(2850 )

1895

27800

29300

10890

2,51

3,59

6,5

12,0

IS,S

31,0

Isobufan

32

1,3 -47

1,5 - 8,5

(430j-4g0

2850

1895

27400

28900

10920

2,51

3,59

6,5

IS,S

4,5

31,0

Butan

21,42

Propylen

5,0

12,15

15,64

23,87

Propan

[Zurn Teil Mitlelwerte aus Daten verschiedener Verotfentlichungen]

Physikalische und brennlechnische Dalen von Kohlenwassersloflen (Brenngase)

Forlsetzung von Tafel I

55

52

30,6

1,75 - 9,0

445

2870

1925

25700

27150

10860

2,4

55

52

30,6

1,75 - 9,0

445

2870

1930

(25600)

(27000)

10770

2,4

3,38

3,38

11,5

11,9

1310

130

2,8-93

2,3-82

335

3100

2325

12900

13600

1,37

1,95

0,81

-60

-710

~68

4,0 -70

6,0 - 35

-560

-2730

-1920

~3650

~3850

~6500

~

~

~

-6,5

-8,4

-3,8

Stadtgas

7

SANO-PROPAN G.mb.H

74,1

72,8

890

267

4,5-95

4,1-75

510 -530

2525

2045

2450

2580

11620

2,15

5,6 28570

3,08

2,5

10,25

13,3

8

0,5

26,7

14,8

6,0

2,38 34,6

28,6

/sobutylen Wassers/rJf/ Acetylen

6,0

II,S

14,8

28,6

Butylen

Tafel II

Temperalur- und Druckabfall von verschiedenen Propan-Bufangemischen bei konlinuierlicher Gasenlnahme aus einer 5 kg Propanflasche

o

+10

-10

-20

atii 7

6

5 q.

3

2 7

0,5

o

~--~--~~~~--~~~~

o

20

40

60

80

700 Hlnufen

SANO-PROPAN G. m. b. H.

Fiillung: jeweils 3 kg Fliissiggas Gasenlnahme: konslanl 1 kg/h Fliissiggaslemperalur: bei Me~beginn 16 0 C Raumlemperalur: 16 0 C - 18 0 C Ende der Messungen: Gasdruck 0,5 alii Die Kurven zeigen die Verdampfung von: Propan handelsiiblich (4 % C2-, 95,2 % C3- und 0,8 % C4-Kohlenwassersloffe)

(nach ca. 100 Min. Verdampfungsdauer: ca. -36 0 C, 0,5 alii)

+ lS % Bulan handelsiiblich (nach ca. 80 Min. Verdampfungsdauer: ca. - 25 0 C, 0,5 alii, Flascheninhalt: ca. 62 % Propan + 38 % Bulan)

II

Gemisch von ca. 7S % Propan

III

Gemisch von ca. SO % Propan

+

SO % Bulan

(nach ca. 60 Min. Verdampfungsdauer: ca. - 14 0 C, 0,5 alii, Flascheninhalt: ca. 40 % Propan + 60 % Bulan) IV

Gemisch von ca. 2S % Propan

+ 7S % Bulan

(nach ca. 40 Min. Verdampfungsdauer: ca. - 4 0 C, 0,5 alii, Flascheninhalt: ca. 17 % Propan + 83 % Bulan)

V

Bulan handelsiiblich (ca. 50 % n-Bulan + 50 % Isobulan) (nach ca. 20 Min. Verdampfungsdauer: ca. + 6 0 C, 0,5 alii)

SANO-PROPAN 8

GMBH

NlJRNBERG-MlJNCHEN