Come funziona il gas di petrolio liquefatto

Un addetto alla stazione di servizio riempie un taxi con gas di petrolio liquefatto. Guarda le foto dei veicoli a carburante alternativo - LUIS LIWANAG / AFP / Getty Images

-Il gas di petrolio liquefatto, o gas GPL, è uno dei combustibili alternativi più comuni utilizzati oggi nel mondo. Infatti, in molti luoghi, non è affatto un carburante alternativo: il gas GPL è un pilastro per il riscaldamento e la cucina in alcune zone dell'India e in alcune zone rurali degli Stati Uniti. Quando cucini in un campeggio o nel tuo cortile usando una griglia a gas o un fornello da campeggio, stai usando una qualche forma di gas GPL. Conosciuto per la sua versatilità ed efficienza, oggigiorno il GPL sembra una fonte di energia interessante per le persone stufe delle bollette del riscaldamento elevate e dei prezzi alle stelle alla pompa di benzina.

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In questo articolo scopriremo da dove proviene il gas GPL, a cosa serve e come convertire la tua auto per farla funzionare con questo carburante più leggero ed economico. -

Ci sono due gas LP che possono essere immagazzinati in forma liquida con una pressurizzazione moderata -- propano e butano. Isobutano, che ha la stessa semplice formula chimica del butano ma ha una struttura chimica diversa, viene utilizzato anche. Di solito, butano e isobutano vengono miscelati con propano in varie proporzioni, a seconda dell'uso previsto del carburante.

Propano è particolarmente utile come combustibile portatile perché il suo punto di ebollizione è

-44 F (-42 C). Ciò significa che anche a temperature molto basse, vaporizzerà non appena verrà rilasciato dal suo contenitore pressurizzato. Ciò si traduce in un combustibile a combustione pulita che non richiede molte attrezzature per vaporizzarlo e mescolarlo con l'aria. Sarà sufficiente un semplice ugello.

Butane's il punto di ebollizione è di circa 31 F (-0,6 C), il che significa che non vaporizzerà a temperature molto basse. Questo è il motivo per cui il butano ha usi più limitati e viene miscelato con propano invece di essere usato da solo.

Una sola libbra di propano può generare 21.548 BTU (British Thermal Units) di energia, mentre il butano può produrre 21.221 BTU per libbra [rif]. Per fare un confronto, ecco come i gas GPL si sovrappongono ad altri combustibili in termini di energia:

• Propano: 21.500 BTU per libbra
• Butano: 21.200 BTU per libbra
• Benzina: 17.500 BTU per libbra
• Carbone: 10.000 BTU per libbra
• Legno: 7.000 BTU per libbra

Nella prossima sezione scopriremo da dove proviene il gas GPL.

Etano e Metano?

Il termine "gas di petrolio liquefatto" a volte si riferisce a qualsiasi gas combustibile che esiste sotto forma di gas a temperature e pressioni normali, cioè gas con un punto di ebollizione relativamente vicino alla temperatura media dell'atmosfera terrestre. Secondo questa definizione, sia l'etano che il metano sono gas GPL. Tuttavia, secondo l'Enciclopedia dei metodi e delle apparecchiature di LP Gas Man, "le pressioni richieste per liquefare [etano e metano] e la quantità di metallo necessaria per mantenerli sotto queste pressioni rendono impraticabile la loro manipolazione in quantità commerciali".

Le raffinerie di petrolio producono gas GPL nel processo di produzione di altri combustibili più comunemente usati. Foto per gentile concessione di Phillips Petroleum Company

Il gas GPL è un combustibile fossile, come il petrolio e il gas naturale. Può essere raffinato dal petrolio e dal gas naturale nello stesso modo in cui la benzina viene raffinata dal petrolio greggio. Sebbene la maggior parte delle società energetiche non si concentri sui gas GPL, li producono comunque perché sono un sottoprodotto del processo di raffinazione di altri combustibili.

Quando un'impresa energetica attinge gas naturale dal suolo, circa il 90 per cento di esso è metano. Il resto è sotto forma di vari gas GPL, che l'azienda separa dal metano prima che il metano venga immesso nelle condutture per l'uso nelle nostre case. La quantità di GPL proveniente dal gas naturale varia, ma di solito è compresa tra l'1 e il 3 percento [rif].

I gas LP sono separati da olio crudo, anche. Il processo di raffinazione produce una resa di circa il 3% di gas GPL, sebbene se le raffinerie venissero riorganizzate per concentrarsi sull'estrazione di gas GPL, tale numero potrebbe raggiungere il 40% [rif]. Guarda come funziona la raffinazione del petrolio per conoscere il processo.

Successivamente, scopriremo alcuni dei molti usi del GPL.

La scoperta del gas GPL

Inizialmente, l'industria del gas naturale aveva problemi con i composti "extra" contenuti nel gas. Il propano e il butano erano instabili, evaporavano facilmente e creavano pressioni di vapore più elevate durante lo stoccaggio e il trasporto del gas naturale. La prima soluzione era semplicemente "alterare" il gas naturale, consentendo ai gas GPL di evaporare nell'atmosfera.

Dr. Walter Snelling, un inventore e scienziati che lavoravano per l'US Geological Survey, iniziò a sperimentare le forme condensate di questi materiali di scarto nel 1910. Nel 1911, aveva prodotto campioni di propano e butano e aveva già immaginato un sistema di stoccaggio e distribuzione per questi combustibili . Nel 1913 gli fu concesso un brevetto per il suo metodo di produzione di gas GPL [rif].

Accendino a propano e fornello a propano Foto per gentile concessione di Amazon.com

Il gas GPL è facile e sicuro da immagazzinare, il che lo rende un carburante molto portatile. È stato utilizzato per molte applicazioni diverse, alcune delle quali probabilmente hai usato tu stesso. Gli accendini butano piccoli e usa e getta usano il gas GPL che è più probabile vedere su base giornaliera. Contengono una miscela di butano e isobutano.

Se hai una griglia a gas portatile, o se vai in campeggio in un rimorchio o in un camper, usi anche il gas GPL. Il serbatoio del gas ricaricabile sulla griglia utilizza propano, mentre i serbatoi di propano del camper possono alimentare un forno, riscaldare un serbatoio di acqua calda o persino alimentare il frigorifero e il congelatore. Anche i piccoli serbatoi di carburante da campeggio disponibili nella maggior parte dei negozi di articoli sportivi utilizzano propano. Gli ugelli sui serbatoi sono stati standardizzati in tutto il settore del campeggio, quindi questi serbatoi possono essere collegati a fornelli da campo, lanterne, piccoli scaldabagni e una varietà di altri dispositivi.

Il propano è utile in qualsiasi situazione in cui è necessario il carburante ma non è pratico (o possibile) far passare le linee per il gas naturale al sito. Puoi trovare il gas GPL sulle barche, nelle cabine isolate e nei capanni di caccia o nelle aree rurali non servite da società energetiche commerciali. In paesi come l'India, dove alcune grandi città non hanno gas naturale affidabile o altri servizi di carburante, il gas GPL costituisce una quota importante del mercato energetico. Le necessità quotidiane di riscaldamento e cucina sono fornite dal propano invece che dal petrolio o dal carbone.

Tuttavia, il gas GPL non è solo per uso domestico e per il tempo libero. Molte industrie utilizzano il gas GPL come fonte di calore per la lavorazione dei metalli, del vetro o della ceramica. Molti carrelli elevatori industriali sono alimentati a gas GPL perché il gas GPL fornisce energia sufficiente per sollevare carichi pesanti generando al contempo fumi e inquinanti ridotti in spazi ristretti di magazzino.

Uno degli usi in più rapida crescita del gas GPL è nelle automobili. Le auto costruite o convertite per funzionare a gas GPL stanno diventando sempre più comuni: scopriremo perché nella prossima sezione.

Stazione di rifornimento GPL Foto per gentile concessione del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti

Secondo la World Liquefied Petroleum Gas Association (WLPGA), più di 9 milioni di veicoli in 38 paesi attualmente funzionano con gas GPL. Non è un'idea nuova: i veicoli a propano esistono da decenni. I vantaggi includono emissioni ridotte, citato da WLPGA come "50% in meno di monossido di carbonio, 40% in meno di idrocarburi, 35% in meno di ossidi di azoto (NOx) e 50% in meno di potenziale di formazione di ozono rispetto alla benzina" [rif]. Con incentivi governativi e sgravi fiscali inclusi, il gas GPL utilizzato nelle auto (noto come autogas) può essere molto più economico della benzina. Anche senza gli incentivi, di solito è molto più economico. L'autogas è un carburante ad alto numero di ottani, che offre prestazioni paragonabili a benzina e diesel, e molti proprietari affermano che l'autogas funziona in modo più fluido, con conseguente minore usura dei componenti del motore.

Il modo più semplice per iniziare a utilizzare il propano per il trasporto è acquistare un veicolo progettato e costruito per utilizzare il gas automatico. Una vasta gamma di produttori, comprese le principali case automobilistiche americane come Ford, General Motors e Daimler-Chrysler, offrono opzioni alimentate a propano su alcuni modelli. In genere, non troverai queste auto sul pavimento dello showroom: devono essere ordinate appositamente. In alcuni casi non esiste un modello di produzione alimentato a gas GPL, ma un impianto GPL può essere installato in fabbrica come opzione. Esempi di auto offerte come modelli a gas GPL includono Ford Crown Victoria, Dodge Ram, Ford F-150 truck, Chevrolet Cavalier e Toyota Camry.

Foto per gentile concessione di The Greenfuel Company

Raramente (anche se più spesso in Europa), le auto sono costruite esclusivamente con un sistema di alimentazione a gas GPL. Il motore è messo a punto e regolato in modo specifico per funzionare alla massima efficienza con il propano, il che si traduce in una ridotta usura del motore e un migliore chilometraggio nel lungo periodo. Tuttavia, molti consumatori temono che una stazione di rifornimento di propano possa essere difficile da trovare. Per questo motivo, la maggior parte delle auto a gas GPL ha sistemi a doppia alimentazione -- uno per la benzina e uno per il propano. I sistemi sono impostati per passare automaticamente tra i due combustibili come appropriato. Ciò consente ai proprietari di utilizzare propano pulito ed economico quando è disponibile, ma hanno ancora la possibilità di un rapido rifornimento alla stazione di servizio locale se ne hanno bisogno.

Quanto è difficile trovare una stazione di rifornimento di propano? In realtà, non è affatto difficile. A differenza di altri combustibili alternativi (come l'idrogeno), esiste già un'infrastruttura ampia e stabile per i veicoli alimentati a propano. Puoi utilizzare l'Alternative Fuels Data Center per trovare le stazioni di rifornimento di GPL più vicine. Ad esempio, ci sono cinque punti di rifornimento di gas GPL entro 25 miglia dalla casa dell'autore a Buffalo, New York.

Prius modificata: ibrida elettrica-GPL Foto per gentile concessione di Green Car Congress

Nella sezione successiva, discuteremo le basi coinvolte nella conversione di un'auto a benzina per funzionare con il gas automatico.

Esempio di sistema di conversione a doppia alimentazione Foto per gentile concessione di WTV-UK

Il processo di conversione di un'auto per funzionare a propano è abbastanza impegnativo e richiede una buona conoscenza dei sistemi automobilistici in generale per essere realizzato. * Diverse aziende offrono kit che includono tutte le parti necessarie per eseguire la conversione. Chi non ha il know-how necessario dovrebbe cercare di trovare un meccanico locale con esperienza nelle conversioni di gas GPL per portare a termine il lavoro. Sebbene il propano sia molto sicuro come carburante per automobili, se il sistema non è installato correttamente, possono esserci problemi di sicurezza.

Il primo passo è scegliere un file serbatoio. La maggior parte delle conversioni lo sono conversioni a doppia alimentazione, il che significa che non sostituirai il tuo vecchio sistema di alimentazione, ne aggiungerai semplicemente un secondo. Di conseguenza, il serbatoio del propano occuperà parte dello spazio di archiviazione nella tua auto, di solito nel bagagliaio.

Serbatoio a ciambella (a sinistra) e serbatoio siluro Foto per gentile concessione di WTV-UK

I carri armati sono disponibili in forma "siluro" o "ciambella". I serbatoi siluro hanno generalmente più capacità, ma occupano più spazio nella tua auto. I serbatoi Donut sono progettati per adattarsi al vano della ruota di scorta della tua auto. Sono serbatoi più piccoli e dovrai sacrificare la tua ruota di scorta. Nei veicoli più grandi, puoi montare più serbatoi per una maggiore capacità.

Una volta che il serbatoio è imbullonato, a punto di riempimento deve essere forato nella carrozzeria dell'auto, solitamente vicino al punto di rifornimento della benzina o sul retro del bagagliaio. La posizione ideale è quella che richiede una tubazione minima per il collegamento al serbatoio. Le linee del carburante stesse sono tubi di rame, che offrono una certa flessibilità quando le linee vengono instradate. Il serbatoio deve essere collegato al punto di rifornimento e anche le linee devono scorrere lungo la parte inferiore dell'auto fino al motore.

UN valvola solenoide (La valvola GPL nello schema sopra) deve essere installata sulla linea del carburante tra il serbatoio e il motore. Questa valvola interrompe il flusso del gas GPL quando l'auto funziona a benzina e quando il motore è spento. Ha anche un filtro integrato che rimuove lo sporco che potrebbe essere nel carburante.

Il prossimo componente principale è chiamato a regolatore, indicato anche come a vaporizzatore. Questo dispositivo svolge una delle funzioni che un carburatore gestisce in un motore a benzina: utilizza il calore dei fluidi di raffreddamento dell'auto per vaporizzare il propano in forma di gas. Anche un altro controllo di sicurezza avviene presso il regolatore. Include un circuito elettronico che interrompe il flusso di gas se il motore si ferma o va in stallo. Il regolatore è solitamente più piccolo di un normale carburatore, quindi trovare spazio per esso nel vano motore non dovrebbe essere un problema.

L'altra parte della funzione di un carburatore è gestita da a miscelatore montato nel collettore di aspirazione. Il mixer prende le informazioni dai sensori dell'auto o dall'ECU, quindi controlla la quantità di gas che scorre nei cilindri.

Interruttore / indicatore carburante sul cruscotto Foto per gentile concessione di Tinley Tech LPG Conversion

Il sistema deve quindi essere collegato a quello dell'auto sistema elettrico, consentendo un indicatore del carburante funzionante, nonché un automatico adeguato commutazione tra propano e benzina (insieme a un interruttore manuale montato sul cruscotto). Devono essere presenti collegamenti all'ECU dell'auto in modo che il controller del motore possa regolare le diverse impostazioni del carburante.

Le auto con un sistema di iniezione elettronica avranno probabilmente bisogno di un sistema elettronico emulatore. Quando l'auto funziona a gas GPL, gli iniettori di carburante non invieranno alcuna informazione agli altri sensori dell'auto - questo accenderà la spia "motore di controllo" e darà letture diagnostiche errate. L'emulatore falsifica i segnali corretti in modo che l'ECU possa funzionare correttamente.

I kit di conversione vengono forniti con istruzioni più dettagliate, ma questa è una panoramica di base di ciò che deve accadere in una conversione a doppia alimentazione.

Successivamente, scopriremo quanto è sicuro il gas GPL.

*disconoscimento: Questo non dovrebbe essere usato come guida per un'effettiva conversione a GPL. È inteso come una panoramica del processo e non come una serie di istruzioni. A meno che tu non abbia molta esperienza nei sistemi di alimentazione e negli impianti elettrici per autoveicoli, sei fortemente sollecitato a far eseguire la conversione da un professionista. Tutte le conversioni devono essere testate e approvate da un professionista con esperienza nel collaudo dei sistemi GPL prima di essere utilizzate.

I gas LP sono in realtà abbastanza sicuri rispetto ad altri combustibili. Il propano ha un'alta temperatura di accensione, circa 850-950 F (450-510 C), rispetto a circa 495 F (257 C) per la benzina. Questo rende meno probabile che si accenda spontaneamente.

Inoltre, i serbatoi utilizzati per immagazzinare il propano sono più forti dei serbatoi di benzina a causa della pressione necessaria per mantenere il propano in forma liquida. Ciò rende lo stoccaggio del propano a bordo più sicuro di un tipico serbatoio di gas: è più resistente alla rottura in caso di collisione. Speciali valvole di sicurezza e interruttori di sicurezza aumentano il fattore di sicurezza.

Per conservare il gas GPL in modo sicuro, ci sono alcune linee guida. È importante ricordare che un serbatoio di propano non è mai veramente vuoto. Quando il serbatoio è pieno, la maggior parte del propano è sotto una pressione sufficiente da essere in forma liquida. Ma a pressioni di sicurezza, non tutto il propano viene liquefatto: una piccola quantità è sotto forma di gas, riempiendo il resto dello spazio nel serbatoio. Man mano che viene utilizzato più propano, la pressione diminuisce, lasciando meno propano in forma liquefatta e più gas propano che riempie lo spazio rimanente.

I serbatoi devono essere riempiti solo approssimativamente Capacità dell'80%. Le variazioni di temperatura possono modificare la pressione all'interno del serbatoio. Se dovessi riempire il serbatoio al 100 percento in una giornata fresca e nuvolosa, e poi lasciare l'auto al sole il giorno successivo, l'aumento della temperatura provocherebbe un aumento della pressione all'interno del serbatoio che potrebbe causare il guasto senza quel 20 percento di margine.

Per ulteriori informazioni sul gas GPL e argomenti correlati, consultare i collegamenti nella pagina seguente.

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• Come funziona l'economia dell'idrogeno

Altri ottimi link

• World LP Gas Association: Informazioni sul gas LP
• Four Wheeler Magazine: Crawl This Way - un camion che striscia sulla roccia convertito in propano in modo che "funzioni sottosopra"
• Localizzatore di stazioni di rifornimento alternative
• Propano Gas Association of Canada
• Ford Scorpio: una guida alla conversione a GPL

fonti

• Ford Scorpio: LPG Conv (2.0 16V) http://www.fordscorpio.co.uk/lpgconversion.htm
• Rete globale dell'industria del gas automobilistico http://www.worldlpgas.com/gain/index.php
• World LP Gas Association: Informazioni sul gas LP http://www.worldlpgas.com/mainpages/aboutlpgas/distribution.php
• NPGA.org: Snelling Discovery http://www.npga.org/files/public/Snelling_Discovery_1960s.pdf
• Confronto dei contenuti BTU dei combustibili comuni http://www.cbbqa.com/grilling/Btuchart.html
• Propane Gas Association of Canada http://www.propanegas.ca/files/Propane%20properties.pdf
• Leicester Auto & Marine Gas Services http://www.leicesterautogas.co.uk/lpg_sub.htm
• Conversione GPL per auto fai-da-te http://www.wps.com/LPG/LPG-book-final.html
• Calore: conversione GPL http://www.lpg-vehicles.co.uk/lpg_conversions/lpg_vehicle_conversion.htm
• Turner, CC. The LP Gas Man's Encyclopedia of Methods and Equipment. Moore Gas, 1955.
• La Compressed Gas Association. Manuale dei gas compressi. Van Nostrand Reinhold, 1990. 0-442-21881-8.