액화석유가스

Liquefied petroleum gas
액화천연가스나 관련 석유가스와 혼동하지 말 것.
뉴질랜드의 45kg(99lb) LPG 실린더 두 개가 국내 공급에 사용되었다.
몰타의 25kg(55lb) LPG 실린더 그룹
홍콩의 LPG 미니버스
Perth의 LPG로 작동되는 Ford Falcon 택시
액화석유가스를 철도로 운반하기 위한 캐나다 열차의 탱크차.

액화석유가스(LPG, LP가스, 또는 콘덴세이트)는 프로판과 부탄과 같은 탄화수소 가스의 가연성 혼합물이다.

LPG는 난방기기, 조리장비, 차량 등에 연료가스로 사용된다. 오존층 손상을 줄이기 위한 노력으로 클로로플루오로카본스를 대체하는 에어로졸[1] 추진체와 냉매로 점차 사용되고 있다.[2] 차량 연료로 특별히 사용되는 경우 흔히 오토가라고 부른다.

사고파는 LPG 종류로는 프로판(CH
3
8), 부탄(CH
4
10), 가장 보편적으로 프로판과 부탄을 모두 포함한 혼합물이 있다. 북반구 겨울에는 혼합물이 프로판(propane)을 더 많이 함유하고, 여름에는 부탄을 더 많이 함유한다.[3][4] 미국에서는 주로 상업용 프로판과 HD-5의 두 등급의 LPG가 판매되고 있다. 이 사양은 GPA([5]Gas Processor Association)와 미국시험재료학회(American Society of Testing and Materials)에서 발표한다.[6] 프로판/부탄 혼방도 이 사양에 수록되어 있다.

프로필렌, 부틸렌, 그리고 다양한 다른 탄화수소들도 보통 C2H6

, CH4
, C3H8과

같은 작은 농도로 존재한다. HD-5는 LPG에 넣을 수 있는 프로필렌의 양을 5%로 제한하고 오토가스 사양으로 활용한다. 강력한 냄새제인 에탄네티올이 첨가되어 누출을 쉽게 감지할 수 있다. 국제적으로 공인된 유럽 표준은 EN 589이다. 미국에서는 테트라하이드로티오페네(티오판)나 아밀 메르캡탄도 승인된 냄새제지만 현재 어느 것도 활용되고 있지 않다.[7]

LPG는 석유나 천연가스를 정제하여 제조하고 있으며, 거의 전적으로 화석연료 공급원에서 파생되어 석유(크루드 오일) 정제 중에 제조되거나, 석유나 천연가스 흐름에서 추출되어 지상에서 나오는 것이다. 1910년 월터 오에 의해 처음 제작되었다. 킁킁거림, 그리고 1912년에 첫 번째 상업용 제품이 등장했다. 현재 소비되는 전체 에너지의 약 3%를 공급하고 있으며, 그을음이 없고 황 방출량이 거의 없어 비교적 깨끗하게 연소된다. 가스인 만큼 지반이나 수질오염 위험을 내포하지는 않지만 대기오염을 일으킬 수 있다. LPG는 연료유의 경우 42.5 MJ/kg, 프리미엄급 가솔린(가솔린)의 경우 43.5 MJ/kg에 비해 대표적인 특정 열량 값이 46.1 MJ/kg이다.[8] 그러나 26 MJ/L의 부피 단위당 에너지 밀도는 상대 밀도가 낮기 때문에(휘발유의 경우 0.71–0.77 kg/L에 비해 약 0.5–0.58 kg/L) 가솔린 또는 연료 오일보다 낮다.

LPG는 에너지 운반체로 사용하는 것 외에도 아크릴산뿐만 아니라 에틸렌, 프로필렌,[9][10][11] 부틴[12] 등 올레핀 합성을 위한 화학업계의 유망한 공급 원료다.[13][14][15]

끓는점이 상온과 열보다 낮기 때문에 LPG는 정상 온도와 압력에서 빠르게 증발하며 통상 가압강 용기에 공급된다. 그것들은 일반적으로 포함된 액체의 열팽창을 허용하기 위해 용량의 80-85%까지 채워진다. 기화 가스와 액화 가스의 부피 사이의 비율은 구성, 압력, 온도에 따라 다르지만 일반적으로 250:1 정도 된다. LPG가 액체가 되는 압력도 마찬가지로 그 증기압력이라 불리며, 예를 들어 20°C(68°F)에서는 퓨어부탄의 경우 약 220 킬로파스칼(32 psi), 55°C(131°F)에서는 퓨어부탄의 경우 약 2,200 킬로파스칼(320 psi)이다. LPG는 천연가스와 달리 공기보다 무거워 바닥을 따라 흘러 지하 등 낮은 곳에 정착하는 경향이 있다. 이것에는 두 가지 주요 위험이 있다. 첫 번째는 LPG와 공기의 혼합물이 폭발 한계 내에 있고 점화원이 있을 경우 폭발 가능성이 있는 것이다. 두 번째는 LPG가 공기를 대체해 산소 농도가 낮아지는 질식사다.

전체 LPG 실린더에는 86%의 액체가 들어 있으며, 오일 용적에는 온도에 따라 변화하는 압력에서 증기가 들어 있다.[16]

사용하다

LPG는 매우 다양한 용도를 가지고 있으며, 주로 농업, 레크리에이션, 환대, 산업, 건설, 항해, 어업 분야에서 효율적인 연료 컨테이너로서 여러 시장에 걸쳐 실린더에 사용된다. 그것은 요리, 중앙난방, 온수난방의 연료 역할을 할 수 있으며, 특히 가스레인지를 차단하기 위한 비용 효율적이고 효율적인 방법이다.

요리

LPG는 경제적 이유, 편리성 또는 선호되는 연료원이기 때문에 많은 나라에서 요리에 사용된다.

인도에서는 2016년 4월부터 9월까지 6개월 동안 국내 부문을 중심으로 890만t에 가까운 LPG가 소비됐다. 국내 접속건수는 2억1500만건(즉, 6명당 1회 접속)이며, LPG 실린더의 유통량은 3억5000만건을 넘는다.[17] LPG 요구량의 대부분은 수입품이다. 인도의 도시가스 공급은 아직 대규모로 개발되지 않았다. LPG는 인도 정부가 국내 사용자를 위해 보조금을 지급한다. 인도에서 LPG 가격 인상은 중산층 투표 패턴에 영향을 미칠 가능성이 있기 때문에 정치적으로 민감한 사안이었다.

LPG는 한때 홍콩에서 표준 조리용 연료였지만, 도시 가스가 새로운 건물로 계속 확장되면서 LPG 사용량이 주택 단위의 24% 미만으로 줄어들었다. 그러나, 전기, 유도 또는 적외선 난로 외에, LPG 연료 난로는 대부분의 교외 마을과 많은 공공 주택 단지에서 이용할 수 있는 유일한 유형이다.

LPG는 천연가스 파이프라인 인프라를 갖춘 리우데자네이루와 상파울루 시를 제외한 거의 모든 가정에서 사용되고 있는 브라질 도시 지역에서 가장 보편적인 요리 연료다. 2001년부터 가난한 가정은 LPG 인수에 전용으로 사용되는 정부 보조금("Vale Gás")을 받는다. 2003년부터 이 보조금은 정부의 주요 사회복지 프로그램("볼사 파밀리아")의 일부분이다. 또 2005년 이후 국내 석유회사 페트로브라는 조리용 LPG와 다른 용도의 LPG를 구별해 전자제품의 가격을 낮춘다. 이것은 브라질 연방 정부의 지시의 결과지만, 그것의 소멸은 현재 논의되고 있다.[18]

LPG는 일반적으로 북미에서 국내 요리와 옥외 그릴에 사용된다.

농촌난방

인도의 LPG 실린더

주로 유럽과 많은 나라의 시골 지역에서 LPG는 전기 난방, 난방 오일 또는 등유에 대한 대안을 제공할 수 있다. LPG는 파이핑된 천연가스와 직접 접촉하지 않는 지역에서 가장 많이 사용된다.

LPG는 열과 전력 기술(CHP)을 결합하는 동력원으로 사용할 수 있다. CHP는 단일 연료 공급원에서 전기와 유용한 열을 모두 생성하는 과정이다. 이 기술은 LPG를 난방과 조리용 연료뿐만 아니라 분권형 전기 발전에도 사용할 수 있게 했다.

마셜 제도의 LPG 보관용 병입

LPG는 다양한 방식으로 보관할 수 있다. 다른 화석 연료와 마찬가지로 LPG는 재생 가능한 전력원과 결합하여 더 큰 신뢰성을 제공하는 동시에 CO2 배출량을 어느 정도 줄일 수 있다. 그러나 풍력이나 태양열 재생에너지와는 달리 LPG는 엄청난 전기 에너지 저장 비용 없이 독립형 에너지원으로 사용할 수 있다. 태양열과 풍력과 같은 많은 기후에서, 여전히 일년 내내 전력을 공급하기 위해 LPG 연료 발전기와 같은 신뢰할 수 있는 기반 시설 발전소의 건설, 설치 및 유지보수가 필요할 것이다. 바람/풍력 100%가 가능하다. 배터리 충전에 필요한 추가 발전 용량 비용과 배터리 전기 저장 비용이 2018년에도 소수의 상황에서만 이 옵션을 경제적으로 실현시킬 수 있다.

모터 연료

스코다 120의 LPG 충전 커넥터
주요 기사: 오토가스
중국에서 LPG로 구동되는 차량에 사용되는 흰색 테두리 그린 다이아몬드 기호

LPG를 내연기관 연료로 사용할 때는 흔히 오토가스(autogas) 또는 오토 프로판(auto propane)이라고 부른다. 일부 국가에서는 1940년대부터 스파크 점화 엔진의 가솔린 대안으로 사용되어 왔다. 일부 국가에서는 액체에 엔진 수명을 연장하는 첨가물이 들어 있고 연료 LPG에서는 부탄과 프로판의 비율이 상당히 정밀하게 유지되고 있다. LPG-연료-오일 연료 혼합물을 조사한 최근 연구에서는 연기 배출과 연료 소비량은 감소하지만 탄화수소 배출량은 증가한다는 사실을 밝혀냈다.[19][20] 연구는 CO 배출량에 대해 분할되었고, 한 연구에서는 상당한 증가를 발견했으며,[19] 다른 연구에서는 낮은 엔진 부하에서는 약간의 증가를 발견했지만 높은 엔진 부하에서는 상당한 감소를 발견했다.[20] 독성이 없고 부식성이 없으며 테트라에틸리드나 첨가물이 없으며 옥탄가 등급(현지 사양에 따라 102–108 RON)이 높다는 것이 장점이다. 가솔린이나 연료 오일보다 더 깨끗하게 연소되며 특히 후자에 존재하는 미립자가 없다.

LPG는 휘발유나 연료유에 비해 리터당 에너지 밀도가 낮아 이에 상응하는 연료 소비량이 많다. 많은 정부가 휘발유나 연료유에 비해 LPG에 세금을 적게 부과하고 있어 휘발유나 연료유에 비해 LPG 소비량이 많은 것을 상쇄하는 데 도움이 된다. 그러나, 많은 유럽 국가들에서, 이러한 세금 감면은 종종 가솔린이나 연료 석유를 사용하는 자동차보다 LPG를 사용하는 자동차에 훨씬 더 높은 연간 세금으로 보상된다. 프로판은 세계에서 세 번째로 널리 사용되는 모터 연료다. 2013년 추정으로는 전세계적으로 2490만대가 넘는 차량이 프로판 가스로 연료가 공급되고 있다. 연간 2500만톤(미국 갤런 이상)이 넘는 연료가 차량 연료로 사용된다.

모든 자동차 엔진이 LPG를 연료로 사용하기에 적합한 것은 아니다. LPG는 가솔린이나 디젤에 비해 상부 실린더 윤활을 적게 공급하기 때문에 LPG 연료 엔진은 적절히 개조하지 않으면 밸브 마모가 더 쉽다. 현대의 많은 공동 레일 디젤 엔진은 보조 연료로서 LPG 사용에 잘 반응한다. 경유는 물론 연료로도 LPG가 사용되는 곳이다. 이제 OEM 엔진 관리 시스템과 통합되는 시스템을 사용할 수 있다.

전환 키트는 가솔린 전용 차량을 동일한 차량에 가솔린과 LPG가 모두 사용되는 이중 시스템을 사용하는 것으로 전환할 수 있다.

가솔린으로의 전환

엘피지(LPG)는 노크 방지 특성이 뛰어나고 깨끗하게 연소되기 때문에 프리미엄 가솔린 블렌딩 스톡인 알킬레이트(alkylate)로 전환할 수 있다.

냉장

LPG는 보통 가스 흡수식 냉장고를 통해 전기식 냉장고를 제공하는 데 도움이 된다.

Blended of pure, dry propane (refrigerant designator R-290) and isobutane (R-600a) the blend "R-290a" has negligible ozone depletion potential and very low global warming potential and can serve as a functional replacement for R-12, R-22, R-134a and other chlorofluorocarbon or hydrofluorocarbon refrigerants in conventional stationary refrigeration 그리고 에어컨 시스템.[21]

이러한 대체는 원래 불연성 냉매를 운반하도록 설계된 시스템에서 가연성 탄화수소를 사용하는 것이 화재나 폭발의 상당한 위험을 야기한다는 이유로 자동차 에어컨 시스템에서 광범위하게 금지되거나 금지된다.[22][23]

탄화수소 냉매 판매업자와 옹호자들은 탄화수소로 채워진 차량 에어컨 시스템의 수와 관련하여 그러한 사고가 거의 없었다는 이유로 그러한 금지에 반대한다.[24][25] 뉴사우스웨일스 대학의 한 교수가 실시한 한 특별한 테스트는 예기치 않게 갑자기 완전한 냉매가 실내로 배출된 후 후속 발화가 발생하는 최악의 시나리오를 테스트했다. 그와 차에 타고 있던 다른 몇몇 사람들은 얼굴과 귀, 손에 가벼운 화상을 입었고, 몇몇 관찰자들은 조수석 창문의 터진 유리컵에서 열상을 입었다. 아무도 크게 다치지 않았다.[26]

글로벌 생산

2015년 전 세계 LPG 생산량은 2억9200만톤/yr에 달했고, 전 세계 LPG 소비량은 284mn t/yr에 달했다.[27] LPG의 62%는 천연가스에서 추출하고 나머지는 원유에서 석유화학 정제소에서 생산한다.[28] 세계 소비의 44%가 국내 부문이다. 미국은 LPG의 선두 생산국이자 수출국이다.[29]

공급확보전

천연가스와 석유정화 산업 때문에 유럽은 LPG를 거의 자급자족하고 있다. 유럽의 공급 보안은 다음에 의해 더욱 보호된다.

  • 유럽 내외부의 광범위한 소스
  • 유럽으로 진입하는 수많은 경로와 진입점이 있는 물, 철도 및 도로를 통한 유연한 공급망

2010-12년 추정치에 따르면, 대부분의 LPG가 파생되는 세계 천연가스 매장량은 300조 입방미터(10,600조 입방피트)에 달한다. 원유 균열에서 파생된 LPG에 더해진 이 양은 사실상 개발되지 않은 주요 에너지원에 해당하며 엄청난 잠재력을 지닌다. 생산은 연평균 2.2퍼센트의 성장률을 지속하고 있으며, 예측 가능한 미래에 수요가 공급을 앞지를 위험이 없다는 것을 사실상 보장하고 있다.[citation needed]

천연가스와의 비교

LPG는 주로 프로판과 부탄으로 구성되며 천연가스는 가벼운 메탄과 에탄으로 구성된다. 기화 및 대기압에서 LPG는 천연가스(메탄)보다 열량값(46 MJ/m3 12.8 kWh/m333 등가)이 더 높아 단순히 천연가스를 대체할 수 없다. 동일한 버너 제어를 사용할 수 있도록 하고 유사한 연소 특성을 제공하기 위해 LPG를 공기와 혼합해 쉽게 대체할 수 있는 합성천연가스(SNG)를 생산할 수 있다. LPG/공기 혼합비는 평균 60/40이지만, 이는 LPG를 구성하는 가스에 따라 매우 가변적이다. 혼합 비율을 결정하는 방법은 혼합물의 Wawbe 지수를 계산하는 것이다. 동일한 Wawbe 지수를 가진 가스는 교환이 가능하도록 유지된다.

LPG 기반 SNG는 많은 공공, 산업 및 군사 설비의 비상 백업 시스템에 사용되며, 많은 전력회사는 그들의 분배 시스템에 공급되는 천연 가스의 부족을 보충하기 위해 수요가 많은 시기에 LPG 피크 면도 공장을 사용한다. LPG-SNG 설치는 가스 공급이 연결되기 전에 배전 인프라가 갖춰졌을 때 초기 가스 시스템 도입 시에도 사용된다. 인도와 중국의 개발 시장(다른 시장 중)은 기존 천연가스 시스템을 확대하기 전에 LPG-SNG 시스템을 사용하여 고객 기반을 구축한다.

LPG 기반 SNG 또는 5000명의 국내 소비자를 대상으로 각 집단에 공급할 수 있는 가정용 저장 및 배관망을 국산화한 천연가스를 도시가스 네트워크 시스템의 초기 단계에 따라 계획할 수 있다. 이것은 인도의 교통과 안전 장애의 원인이 되는 마지막 마일 LPG 실린더 도로 운송을 없앨 것이다. 이러한 지역화된 천연가스 네트워크는 일본에서 마을과 도시의 더 넓은 네트워크로 연결될 수 있는 실현가능성을 가지고 성공적으로 운영되고 있다.

환경 영향

상업적으로 이용 가능한 LPG는 현재 주로 화석 연료에서 나온다. LPG를 태우면 온실가스인 이산화탄소가 배출된다. 그 반응으로 일산화탄소도 생성된다. 그러나 LPG는 석탄이나 석유보다 에너지 단위당 이산화탄소를
2 덜 배출하지만 천연가스보다는 더 많이 배출한다. 석유가 생산하는 kWh당 CO의
2 81%, 석탄의 70%를 배출하며 그리드를 통해 분배되는 석탄 생성 전기에 의해 배출되는 CO의 50% 미만을 배출한다.[30] 프로판과 부탄을 혼합한 LPG는 부탄보다 줄당 탄소가 적지만 줄당 탄소가 프로판보다 많다.

LPG는 분자량이 많은 탄화수소보다 분자량이 적은 분자량을 방출하기 때문에 더 깨끗하게 연소한다.[31]

화재/폭발 위험 및 완화

정제소에서 일반적으로 발견되는 구형 가스 용기

정유공장이나 가스공장에서는 LPG를 반드시 압력용기에 보관해야 한다. 이 용기는 원통형이고 수평형 또는 구형이다. 일반적으로 이러한 선박은 일부 코드에 따라 설계 및 제조된다. 미국에서 이 코드는 미국기계학회(ASME)가 관리한다.

LPG 용기에는 외부 가열원에 따라 LPG를 대기 또는 플레어 스택으로 배출할 수 있는 감압 밸브가 있다.

탱크가 충분한 지속시간과 강도의 화재를 당하면 끓는 액체가 팽창하는 증기폭발(BLEVE)을 겪을 수 있다. 이는 일반적으로 매우 큰 용기를 유지하는 대형 정유공장과 석유화학 공장의 우려사항이다. 일반적으로 탱크는 제품이 압력이 위험한 수준으로 쌓일 수 있는 것보다 더 빨리 분출하도록 설계된다.

산업 환경에 활용되는 한 가지 해결책은 그러한 컨테이너에 내화 등급을 제공하는 조치를 갖추는 것이다. 대형 구형 LPG 용기는 최대 15 cm의 강철 벽 두께를 가질 수 있다. 이 밸브에는 승인된 감압 밸브가 장착되어 있다. 선박 주변에 큰불이 나면 온도와 압력이 높아진다. 상단의 릴리프 밸브는 용기 자체의 파열을 방지하기 위해 과도한 압력을 방출하도록 설계되었다. 충분한 지속시간과 강도의 화재가 발생하면, 가스를 끓이고 팽창시킴으로써 발생하는 압력은 밸브의 과잉 배출 능력을 초과할 수 있다. 대안적으로, 지속적인 배기로 인해, 액체 수준이 가열되는 영역 아래로 떨어지면, 탱크 구조가 과열되어 결과적으로 그 영역에서 약화될 수 있다. 둘 중 하나가 발생하면 컨테이너가 심하게 파열돼 선박 조각이 고속으로 발사될 수 있고, 출시된 제품도 발화해 다른 컨테이너를 포함한 인근 모든 것에 치명적인 손상을 입힐 수 있다.

사람들은 LPG를 들이마시고, 피부에 닿고, 눈을 마주치면 직장에서 노출될 수 있다. 산업안전보건청(OSHA)은 8시간 근무에 걸쳐 사업장 내 LPG 노출에 대한 법적 제한(허용 노출 한도)을 1000ppm(1800mg/m3)으로 설정했다. 국립산업안전보건원(NIOSH)은 8시간 근무에 대해 권장노출제한치(REL) 1000ppm(1800mg/m3)을 설정했다. 폭발성 하한치의 10%인 2000ppm 수준에서는 LPG가 생명과 건강에 즉각적으로 위험한 것으로 간주된다([32]폭발 위험에 관한 안전 고려만으로).

참고 항목

참조

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http://www.ces.iisc.ernet.in/energy/paper/alternative/calorific.html

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