Gaskamin mit Gasflasche

Die Flüssiggase Propan und Butan.

sind organische Verbindungen und gehören zu der Gruppe der gesättigten Kohlenwasserstoffe (auch Paraffine oder Alkane genannt).

Chemische Formel

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

Energiegehalt

Der Heizwert von Propan beträgt 12,87 kWh/kg, der Brennwert 13,98 kWh/kg. Der Heizwert von Butan liegt bei 12,69 kWh/kg und der Brennwert bei 13,74 kWh/kg.

Verbrennungsgeschwindigkeit (Zündgeschwindigkeit)

Die Verbrennungs- bzw. Zündgeschwindigkeit ist die Expansionsgeschwindigkeit der Verbrennung, die Flüssiggas bei der Mischung mit Luft oder Sauerstoff erreichen kann. Dabei ist die Ausströmgeschwindigkeit von Flüssiggas in der Luft größer als seine Verbrennungsgeschwindigkeit. Deshalb ist ein Flammenrückschlag in den Tank oder die Flasche, unabhängig von deren Füllinhalt, ausgeschlossen.

Dichte

Die Dichte von Flüssigkeiten und Gasen ist druck- und temperaturabhängig. Bei Flüssiggas unterscheidet man zusätzlich zwischen der Flüssigphase und der Gasphase:

Normzustand Flüssigphase Gasphase
Propan 0,5305 kg/l 2,037 kg/m³
Butan 0,5968 kg/l 2,66 kg/m³

Diese Dichtezahlen, bei einem Gaskamin mit Gasflasche  zeigen, dass Propan und Butan im gasförmigen Zustand mehr als doppelt so schwer sind wie Luft – hier beträgt die Dichte 1 kg/m³. Aufgrund der höheren Dichte sinkt ausströmendes Flüssiggas zu Boden und sammelt sich an der tiefsten Stelle. Aus Sicherheitsgründen darf Flüssiggas in Flaschen bzw. Druckbehältern deshalb nicht in Räumen unter Erdgleiche gelagert werden.

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 sind nie vollständig gefüllt, da sie einen vorgeschriebenen Gasraum besitzen müssen. Dieser Gasraum dient als Puffer, da der Druckanstieg in einem vollständig mit Flüssiggas gefüllten Behälter bei jedem Grad Celsius Temperaturerhöhung 7 bar Druckerhöhung betragen würde.

Zündgrenzen

Im Gegensatz zum

Gaskamin mit Gasflasche

ist Flüssiggas im Gemisch mit Luft  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. Das Erdgas für den Gaskamin, aber auch viele technische Gase, haben ein sehr viel größeres Verbrennungsspektrum, wodurch zusätzliche vorbeugende Sicherheitsmaßnahmen notwendig werden.

Temperatur

Bei Erwärmung einer Flüssigkeit 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 für:

Propan bei -42,1 °C
n-Butan* bei -0,5 °C
zum Vergleich Wasser hat einen Siedepunkt von +100 °C
* neben n-Butan (= Normal-Butan), gibt es noch iso-Butan. Beides ist C4H10. Die Siedetemperatur von iso-Butan liegt 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 Flüssiggas seinen Gleichgewichtszustand durch Nachverdampfen der Flüssiggasphase wieder herzustellen. Erst wenn mehr Flüssiggas entnommen wird als die Verdampfungsleistung des Behälters zulässt, erfolgt ein Absinken des Druckes.

Heiz- und Brennwerte

 Verschiedene Energieträger können über die Heiz- und Brennwerte miteinander verglichen werden.

Mit dem Heizwert Hi wird die Wärmemenge bezeichnet, die bei Verbrennung eines Norm-Kubikmeters trockenen Gases freigesetzt wird (ohne die im Wasserdampf der Verbrennungsgase enthaltene Wärmemenge).

Der Brennwert Hs gibt die Wärmemenge an, die bei Verbrennung und abschließender Abkühlung der Verbrennungsgase auf Ausgangstemperatur sowie deren Kondensation freigesetzt wird.

Der Brennwert ist daher 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 rechnerisch immer der Heizwert Hi des jeweiligen Brennstoffes einzusetzen. Vergleicht man die Normwerte der unterschiedlichen Energien, überzeugt Flüssiggas deutlich mit den besten Ergebnissen.

Der Brennwert von Propan liegt bei 28,095 kWh/m³, der von Erdgas H bei nur ca. 10.02 kWh/m³.

Der Heizwert von Propan liegt bei 12,87 kWh/kg, der von Heizöl S bei nur ca. 11,39 kWh/l.

Dichte nach DIN 51622: Propan 2,0372 kg/m³ und Butan 2,66 kg/m³
Dichte flüssig 0°C: Propan 0,5305 kg/l und Butan 0,5950 kg/l

Entnahmeleistungen aus Propanflaschen  (gasförmige Entnahme)

Flaschen5kg11kg33kg
Belastungsmöglichkeit kg/h bei ununterbrochener Gasentnahme0,20,30,6
Belastungsmöglichkeit kg/h bei 50 % Unterbrechungen0,50,81,8
Belastungsmöglichkeit bei stoßweiser Entnahme (20 min.)1,52,03,0

Flüssiggasflaschen müssen zur Entnahme stehend aufgestellt sein. Im Freien aufgestellte Flaschenanlagen müssen so gelagert werden, dass Unbefugte keinen Zugriff haben. Die Flaschen sind vor starken Wärmequellen zu schützen.