Flüssiggas - Liquefied petroleum gas

Zwei 45 kg (99 lb) LPG-Flaschen in Neuseeland für die Haushaltsversorgung.
Eine Gruppe von 25 kg (55 lb) Flüssiggasflaschen in Malta
LPG-Minibusse in Hongkong
LPG Ford Falcon Taxi in Perth
Kesselwagen in einem kanadischen Zug zur Beförderung von Flüssiggas auf der Schiene.

Flüssiggas ( LPG , LP Gas oder Kondensat ) ist ein brennbares Gemisch aus Kohlenwasserstoffgasen wie Propan und Butan .

Flüssiggas wird als Brenngas in Heizgeräten , Kochgeräten und Fahrzeugen verwendet. Es wird zunehmend als Aerosol-Treibmittel und als Kältemittel verwendet und ersetzt Fluorchlorkohlenwasserstoffe , um die Schädigung der Ozonschicht zu verringern . Wenn es speziell als Kraftstoff für Fahrzeuge verwendet wird, wird es oft als Autogas bezeichnet .

Zu den Sorten von LPG, die gekauft und verkauft werden, gehören Mischungen, die hauptsächlich aus Propan ( C
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), meist Butan ( C
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) und am häufigsten Mischungen, die sowohl Propan als auch Butan enthalten. Im Winter der nördlichen Hemisphäre enthalten die Mischungen mehr Propan, während sie im Sommer mehr Butan enthalten. In den Vereinigten Staaten werden hauptsächlich zwei Sorten von LPG verkauft: kommerzielles Propan und HD-5. Diese Spezifikationen werden von der Gas Processors Association (GPA) und der American Society of Testing and Materials veröffentlicht. In diesen Spezifikationen sind auch Propan/Butan-Gemische aufgeführt.

Propylen , Butylene und verschiedene andere Kohlenwasserstoffe sind meist auch in geringen Konzentrationen wie C . vorhanden
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, CH
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, und C
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. HD-5 begrenzt die Menge an Propylen, die in LPG enthalten sein kann, auf 5 % und wird als Autogasspezifikation verwendet. Ein starker Geruchsstoff , Ethanthiol , wird hinzugefügt, damit Undichtigkeiten leicht erkannt werden können. Die international anerkannte europäische Norm ist EN 589 . In den Vereinigten Staaten sind auch Tetrahydrothiophen (Thiophan) oder Amylmercaptan zugelassene Geruchsstoffe, obwohl beide derzeit nicht verwendet werden.

LPG wird durch Raffinieren von Erdöl oder "nassem" Erdgas hergestellt und wird fast vollständig aus fossilen Brennstoffquellen gewonnen , während der Raffination von Erdöl (Erdöl) hergestellt oder aus Erdöl- oder Erdgasströmen extrahiert, wenn sie aus dem Boden kommen. Es wurde erstmals 1910 von Dr. Walter Snelling hergestellt , und die ersten kommerziellen Produkte erschienen 1912. Es liefert derzeit etwa 3% des gesamten Energieverbrauchs und verbrennt relativ sauber, ohne Ruß und sehr wenig Schwefelemissionen . Da es sich um ein Gas handelt, stellt es keine Gefahr für die Boden- oder Wasserverschmutzung dar , kann jedoch Luftverschmutzung verursachen . LPG weist einen typischen spezifischen Heizwert von 46,1 MJ / kg im Vergleich zu 42,5 MJ / kg für Heizöl und 43,5 MJ / kg für die Premium - Klasse Benzin (Benzin). Seine Energiedichte pro Volumeneinheit von 26 MJ/L ist jedoch niedriger als die von Benzin oder Heizöl, da seine relative Dichte niedriger ist (ca. 0,5–0,58 kg/L, im Vergleich zu 0,71–0,77 kg/L für Benzin ). .

Neben der Verwendung als Energieträger ist LPG auch ein vielversprechender Einsatzstoff in der chemischen Industrie zur Synthese von Olefinen wie Ethylen, Propylen, Buten sowie Acrylsäure.

Wie der Siedepunkt unterhalb der Raumtemperatur und Wärme, wird LPG schnell bei normaler verdunsten Temperaturen und Drücke und wird in der Regel in unter Druck geliefert Stahlgefäße . Sie sind typischerweise zu 80–85% ihres Fassungsvermögens gefüllt, um die Wärmeausdehnung der enthaltenen Flüssigkeit zu ermöglichen. Das Verhältnis zwischen den Volumina des verdampften Gases und des verflüssigten Gases variiert je nach Zusammensetzung, Druck und Temperatur, beträgt jedoch typischerweise etwa 250:1. Der Druck, bei dem LPG flüssig wird, sein Dampfdruck genannt , variiert ebenfalls je nach Zusammensetzung und Temperatur; zum Beispiel sind es ungefähr 220 Kilopascal (32 psi) für reines Butan bei 20 °C (68 °F) und ungefähr 2.200 Kilopascal (320 psi) für reines Propan bei 55 °C (131 °F) (Dieser Vergleich ist ziemlich wertlos, da bei Temperaturerhöhung auch eine Druckerhöhung vorliegt, daher ist der Dampfdruck von Butan bei 55 °C oder Propan bei 20 °C erforderlich). LPG ist im Gegensatz zu Erdgas schwerer als Luft und fließt daher entlang des Bodens und neigt dazu, sich an niedrigen Stellen wie Kellern abzusetzen . Dies birgt zwei Hauptgefahren. Die erste ist eine mögliche Explosion, wenn das Gemisch aus LPG und Luft innerhalb der Explosionsgrenzen liegt und eine Zündquelle vorhanden ist. Die zweite ist das Ersticken durch LPG, das die Luft verdrängt, was zu einer Abnahme der Sauerstoffkonzentration führt.

Eine volle Flüssiggasflasche enthält 86% Flüssigkeit; das Leerraumvolumen enthält Dampf mit einem Druck, der mit der Temperatur variiert.

Verwendet

LPG hat ein sehr breites Anwendungsspektrum, das hauptsächlich für Flaschen in vielen verschiedenen Märkten als effizienter Kraftstoffbehälter in den Bereichen Landwirtschaft, Freizeit, Gastgewerbe, Industrie, Bauwesen, Segeln und Fischerei verwendet wird. Es kann als Brennstoff zum Kochen, zur Zentralheizung und zur Warmwasserbereitung dienen und ist eine besonders kostengünstige und effiziente Möglichkeit, netzferne Häuser zu heizen.

Kochen

Flüssiggas wird in vielen Ländern aus wirtschaftlichen Gründen, aus Bequemlichkeit oder weil es die bevorzugte Brennstoffquelle ist, zum Kochen verwendet.

In Indien wurden in den sechs Monaten April bis September 2016 im Haushaltsbereich knapp 8,9 Millionen Tonnen Flüssiggas hauptsächlich zum Kochen verbraucht. Die Zahl der Inlandsanschlüsse beträgt 215 Millionen (dh ein Anschluss auf sechs Personen) mit einer Auflage von mehr als 350 Millionen Flüssiggasflaschen. Der Großteil der LPG-Anforderung wird importiert. Die leitungsgebundene Stadtgasversorgung in Indien ist noch nicht in großem Umfang entwickelt. LPG wird von der indischen Regierung für Haushaltskunden subventioniert. Eine Erhöhung der LPG-Preise ist in Indien eine politisch heikle Angelegenheit, da sie möglicherweise das Wahlverhalten der Mittelschicht beeinflusst .

Flüssiggas war einst ein Standardbrennstoff für das Kochen in Hongkong ; Durch die fortgesetzte Ausweitung von Stadtgas auf neuere Gebäude ist der LPG-Verbrauch jedoch auf weniger als 24 % der Wohneinheiten gesunken. Abgesehen von Elektro-, Induktions- oder Infrarotöfen sind jedoch LPG-betriebene Öfen der einzige Typ, der in den meisten Vorortdörfern und vielen öffentlichen Wohnsiedlungen verfügbar ist.

Flüssiggas ist in den brasilianischen Städten der am häufigsten verwendete Brennstoff zum Kochen und wird in praktisch allen Haushalten verwendet, mit Ausnahme der Städte Rio de Janeiro und São Paulo, die über eine Erdgasleitungsinfrastruktur verfügen. Seit 2001 erhalten arme Familien einen staatlichen Zuschuss ("Vale Gás"), der ausschließlich für den Erwerb von Flüssiggas verwendet wird. Seit 2003 ist dieses Stipendium Teil des wichtigsten Sozialhilfeprogramms der Regierung („ Bolsa Família “). Außerdem unterscheidet der staatliche Ölkonzern Petrobras seit 2005 zwischen Flüssiggas zum Kochen und Flüssiggas für andere Zwecke und praktiziert einen niedrigeren Preis für ersteres. Dies ist das Ergebnis einer Richtlinie der brasilianischen Bundesregierung, über deren Untergang derzeit jedoch diskutiert wird.

LPG wird in Nordamerika häufig zum Kochen im Haushalt und zum Grillen im Freien verwendet .

Ländliche Heizung

Flüssiggasflaschen in Indien

Vorwiegend in Europa und ländlichen Teilen vieler Länder kann Flüssiggas eine Alternative zu Elektroheizung , Heizöl oder Kerosin darstellen . LPG wird am häufigsten in Gebieten verwendet, die keinen direkten Zugang zu Erdgas über Rohrleitungen haben.

LPG kann als Stromquelle für Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) verwendet werden. KWK ist der Prozess, bei dem sowohl elektrischer Strom als auch Nutzwärme aus einer einzigen Brennstoffquelle erzeugt werden. Mit dieser Technologie kann Flüssiggas nicht nur als Brennstoff zum Heizen und Kochen, sondern auch zur dezentralen Stromerzeugung genutzt werden.

Abfüllen von Flüssiggas auf den Marshallinseln zur Lagerung

Flüssiggas kann auf verschiedene Weise gelagert werden. LPG kann wie andere fossile Brennstoffe mit erneuerbaren Energiequellen kombiniert werden, um eine höhere Zuverlässigkeit zu bieten und gleichzeitig eine gewisse Reduzierung der CO 2 -Emissionen zu erzielen . Im Gegensatz zu erneuerbaren Wind- und Solarenergiequellen kann LPG jedoch als eigenständige Energiequelle ohne die unerschwinglichen Kosten der elektrischen Energiespeicherung verwendet werden. In vielen Klimazonen würden erneuerbare Energiequellen wie Solar- und Windenergie immer noch den Bau, die Installation und die Wartung zuverlässiger Grundlastenergiequellen wie die mit Flüssiggas betriebene Stromerzeugung erfordern, um das ganze Jahr über elektrische Energie bereitzustellen. 100 % Wind/Solar sind möglich, wobei auch 2018 die Kosten für die zusätzliche Erzeugungskapazität, die zum Laden der Batterien erforderlich ist, zuzüglich der Kosten für die elektrische Batteriespeicherung diese Option nur in wenigen Situationen wirtschaftlich machbar machen.

Motorkraftstoff

LPG-Einfüllanschluss an einem Auto Skoda 120
Weiß umrandetes grünes Rautensymbol, das auf LPG-betriebenen Fahrzeugen in China verwendet wird

Wenn LPG zum Betanken von Verbrennungsmotoren verwendet wird , wird es oft als Autogas oder Autopropan bezeichnet. In einigen Ländern wird es seit den 1940er Jahren als Benzinalternative für Ottomotoren verwendet. In einigen Ländern gibt es Additive in der Flüssigkeit, die die Lebensdauer des Motors verlängern und das Verhältnis von Butan zu Propan wird im Kraftstoff LPG ziemlich genau gehalten. Zwei kürzlich durchgeführte Studien haben LPG-Heizöl-Kraftstoffmischungen untersucht und festgestellt, dass Rauchemissionen und Kraftstoffverbrauch reduziert werden, aber die Kohlenwasserstoffemissionen erhöht werden. Die Studien wurden auf die CO-Emissionen aufgeteilt, wobei eine signifikante Zunahme und die andere leichte Zunahmen bei niedriger Motorlast, aber eine beträchtliche Abnahme bei hoher Motorlast feststellte. Sein Vorteil ist, dass es ungiftig, nicht korrosiv und frei von Tetraethylblei oder jeglichen Zusatzstoffen ist und eine hohe Oktanzahl aufweist (102–108 ROZ je nach lokalen Spezifikationen). Es verbrennt sauberer als Benzin oder Heizöl und ist besonders frei von den darin enthaltenen Partikeln .

LPG hat eine geringere Energiedichte pro Liter als Benzin oder Heizöl, daher ist der entsprechende Kraftstoffverbrauch höher. Viele Regierungen erheben weniger Steuern auf LPG als auf Benzin oder Heizöl, was dazu beiträgt, den höheren Verbrauch von LPG als von Benzin oder Heizöl auszugleichen. In vielen europäischen Ländern wird diese Steuererleichterung jedoch häufig durch eine viel höhere jährliche Steuer auf Autos mit Flüssiggas als auf Autos mit Benzin oder Heizöl ausgeglichen. Propan ist weltweit der am dritthäufigsten verwendete Kraftstoff. Schätzungen von 2013 gehen davon aus, dass weltweit über 24,9 Millionen Fahrzeuge mit Propangas betrieben werden. Über 25 Millionen Tonnen (über 9 Milliarden US-Gallonen) werden jährlich als Fahrzeugkraftstoff verwendet.

Nicht alle Pkw-Motoren sind für die Verwendung mit Flüssiggas als Kraftstoff geeignet. LPG bietet weniger Schmierung des oberen Zylinders als Benzin oder Diesel, daher sind LPG-betriebene Motoren anfälliger für Ventilverschleiß, wenn sie nicht entsprechend modifiziert werden. Viele moderne Common-Rail-Dieselmotoren reagieren gut auf die Verwendung von Flüssiggas als Zusatzkraftstoff. Hier wird neben Diesel auch Flüssiggas als Kraftstoff verwendet. Es sind jetzt Systeme verfügbar, die sich in OEM-Motormanagementsysteme integrieren lassen.

Umrüstsätze können ein benzinbetriebenes Fahrzeug auf ein duales System umstellen, bei dem sowohl Benzin als auch Flüssiggas im selben Fahrzeug verwendet werden.

Umstellung auf Benzin

LPG kann in umgewandelt werden Alkylat , die eine Prämie Benzinmischmaterial, weil es außergewöhnliche Antiklopfeigenschaften und gibt saubere Verbrennung.

Kühlung

LPG ist maßgeblich an der Bereitstellung von netzunabhängiger Kühlung, in der Regel mittels einer Gasabsorptionskältemaschine, beteiligt .

Gemischt aus reinem, trockenem Propan (Kältemittelbezeichnung R-290 ) und Isobutan (R-600a) hat die Mischung "R-290a" ein vernachlässigbares Ozonabbaupotenzial und ein sehr geringes Treibhauspotenzial und kann als funktioneller Ersatz für R-12 dienen . R-22 , R-134a und andere Fluorchlorkohlenwasserstoff- oder Fluorkohlenwasserstoff- Kältemittel in konventionellen stationären Kälte- und Klimaanlagen.

Ein solcher Austausch ist in Kraftfahrzeug-Klimaanlagen weitgehend verboten oder wird davon abgeraten, da die Verwendung von brennbaren Kohlenwasserstoffen in Systemen, die ursprünglich dafür ausgelegt waren, nicht brennbares Kältemittel zu transportieren, ein erhebliches Brand- oder Explosionsrisiko darstellt.

Anbieter und Befürworter von Kohlenwasserstoff-Kältemitteln argumentieren gegen solche Verbote mit der Begründung, dass es im Verhältnis zur Anzahl der mit Kohlenwasserstoffen gefüllten Fahrzeugklimaanlagen nur sehr wenige derartige Vorfälle gegeben habe. Ein spezieller Test, der von einem Professor der University of New South Wales durchgeführt wurde , testete unbeabsichtigt das Worst-Case-Szenario eines plötzlichen und vollständigen Kältemittelausstoßes in den Fahrgastraum mit anschließender Zündung. Er und mehrere andere im Auto erlitten leichte Verbrennungen im Gesicht, an den Ohren und an den Händen, und mehrere Beobachter erlitten Schnittwunden durch das zerbrochene Glas der Beifahrerscheibe. Niemand wurde ernsthaft verletzt.

Globale Produktion

Die weltweite LPG-Produktion erreichte 2015 über 292 Millionen Tonnen/Jahr, während der weltweite LPG-Verbrauch über 284 Mio. t/Jahr erreichte. 62 % des Flüssiggases wird aus Erdgas gewonnen, der Rest wird von petrochemischen Raffinerien aus Erdöl hergestellt . 44% des weltweiten Verbrauchs entfallen auf den Binnensektor. Die USA sind der führende Hersteller und Exporteur von Flüssiggas.

Versorgungssicherheit

Aufgrund der Erdgas- und Ölraffinerieindustrie ist Europa mit LPG fast autark. Die Versorgungssicherheit Europas wird zusätzlich gewährleistet durch:

  • eine breite Palette von Quellen innerhalb und außerhalb Europas;
  • eine flexible Lieferkette über Wasser, Schiene und Straße mit zahlreichen Routen und Einstiegspunkten nach Europa;

Schätzungen von 2010-12 zufolge belaufen sich die nachgewiesenen weltweiten Erdgasreserven , aus denen das meiste Flüssiggas gewonnen wird, auf 300 Billionen Kubikmeter (10.600 Billionen Kubikfuß). Zusammen mit dem beim Cracken von Rohöl gewonnenen LPG ist dies eine wichtige Energiequelle, die praktisch unerschlossen ist und ein enormes Potenzial hat. Die Produktion wächst weiterhin mit einer durchschnittlichen jährlichen Rate von 2,2 %, was praktisch sicherstellt, dass auf absehbare Zeit keine Nachfrage mehr besteht als das Angebot.

Vergleich mit Erdgas

LPG besteht hauptsächlich aus Propan und Butan, während Erdgas aus dem leichteren Methan und Ethan besteht. Flüssiggas, verdampft und bei Atmosphärendruck, hat einen höheren Heizwert (46 MJ/m 3 entspricht 12,8 kWh/m 3 ) als Erdgas ( Methan ) (38 MJ/m 3 entspricht 10,6 kWh/m 3 ), was bedeutet dass Erdgas nicht einfach durch Flüssiggas ersetzt werden kann. Um die gleichen Feuerungsautomaten verwenden zu können und ein ähnliches Verbrennungsverhalten zu gewährleisten, kann LPG mit Luft gemischt werden, um ein synthetisches Erdgas (SNG) zu erzeugen, das leicht ersetzt werden kann. Das Mischungsverhältnis von LPG/Luft beträgt durchschnittlich 60/40, obwohl dies je nach den Gasen, aus denen das LPG besteht, stark schwankt. Die Methode zur Bestimmung der Mischungsverhältnisse besteht in der Berechnung des Wobbe-Index der Mischung. Gase mit dem gleichen Wobbe-Index gelten als austauschbar.

LPG-basiertes SNG wird in Notfall-Backup-Systemen für viele öffentliche, industrielle und militärische Anlagen verwendet, und viele Versorgungsunternehmen verwenden in Zeiten hoher Nachfrage LPG- Peak-Shaving- Anlagen, um Engpässe bei der Versorgung ihrer Verteilersysteme mit Erdgas auszugleichen. LPG-SNG-Installationen werden auch bei der ersten Einführung von Gassystemen verwendet, wenn die Verteilungsinfrastruktur vorhanden ist, bevor die Gasversorgung angeschlossen werden kann. Aufstrebende Märkte in Indien und China (unter anderem) nutzen LPG-SNG-Systeme zum Aufbau von Kundenstämmen vor dem Ausbau bestehender Erdgassysteme.

LPG-basiertes SNG oder Erdgas mit lokalem Speicher und Rohrverteilungsnetz an die Haushalte zur Versorgung jedes Clusters von 5000 Haushaltsverbrauchern kann in der Anfangsphase des Stadtgasnetzsystems geplant werden. Dies würde den Straßentransport der letzten Meile mit Flüssiggasflaschen beseitigen, der eine Ursache für Verkehrs- und Sicherheitshürden in indischen Städten ist. Diese lokalisierten Erdgasnetze sind in Japan erfolgreich in Betrieb und können sowohl in Dörfern als auch in Städten an breitere Netze angeschlossen werden.

Auswirkungen auf die Umwelt

Kommerziell erhältliches Flüssiggas wird derzeit hauptsächlich aus fossilen Brennstoffen gewonnen. Beim Verbrennen von Flüssiggas wird Kohlendioxid freigesetzt , ein Treibhausgas . Die Reaktion produziert auch etwas Kohlenmonoxid . LPG setzt jedoch weniger CO . frei
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pro Energieeinheit als Kohle oder Öl, aber mehr als Erdgas. Es emittiert 81% des CO
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pro kWh produziert durch Öl, 70 % der von Kohle und weniger als 50 % der emittierten durch Kohle erzeugten Stroms, der über das Netz verteilt wird. Als Mischung aus Propan und Butan emittiert LPG weniger Kohlenstoff pro Joule als Butan, aber mehr Kohlenstoff pro Joule als Propan.

LPG verbrennt sauberer als Kohlenwasserstoffe mit höherem Molekulargewicht, da es weniger Partikel freisetzt .

Brand-/Explosionsrisiko und -minderung

Ein kugelförmiger Gasbehälter, der typischerweise in Raffinerien zu finden ist

In einer Raffinerie oder Gasanlage muss LPG in Druckbehältern gelagert werden . Diese Behälter sind entweder zylindrisch und horizontal oder kugelförmig. Typischerweise werden diese Gefäße nach einem bestimmten Code entworfen und hergestellt. In den Vereinigten Staaten wird dieser Kodex von der American Society of Mechanical Engineers (ASME) geregelt .

LPG-Behälter verfügen über Druckentlastungsventile, so dass sie, wenn sie äußeren Wärmequellen ausgesetzt werden, LPG in die Atmosphäre oder einen Fackelschacht entlassen .

Wird ein Tank einem Feuer von ausreichender Dauer und Intensität ausgesetzt, kann es zu einer Dampfexplosion ( BLEVE ) in siedender Flüssigkeit kommen . Dies ist typischerweise ein Problem für große Raffinerien und petrochemische Anlagen, die sehr große Behälter vorhalten. Im Allgemeinen sind Tanks so konstruiert, dass das Produkt schneller entlüftet wird, als sich ein gefährlicher Druck aufbauen kann.

Eine Abhilfe, die in industriellen Umgebungen genutzt wird, besteht darin, solche Behälter mit einer Maßnahme zur Bereitstellung einer Feuerwiderstandsklasse auszustatten . Große, kugelförmige Flüssiggasbehälter dürfen bis zu 15 cm Stahlwandstärke aufweisen. Sie sind mit einem zugelassenen Druckbegrenzungsventil ausgestattet . Ein großes Feuer in der Nähe des Behälters erhöht dessen Temperatur und Druck . Das Überdruckventil an der Oberseite dient zum Ablassen von Überdruck, um das Bersten des Behälters selbst zu verhindern. Bei einem Feuer von ausreichender Dauer und Intensität kann der Druck, der durch das siedende und expandierende Gas erzeugt wird, die Fähigkeit des Ventils überschreiten, den Überschuss zu entlüften. Wenn der Flüssigkeitsspiegel durch fortgesetztes Entlüften unter den zu erwärmenden Bereich absinkt, kann alternativ die Tankstruktur überhitzt und in diesem Bereich nachfolgend geschwächt werden. Wenn beides auftritt, kann der Behälter heftig platzen und Teile des Behälters mit hoher Geschwindigkeit ausstoßen, während sich die freigesetzten Produkte ebenfalls entzünden können, was möglicherweise katastrophalen Schaden an allem in der Nähe, einschließlich anderer Behälter, verursachen kann.

Menschen können am Arbeitsplatz durch Einatmen, Haut- und Augenkontakt LPG ausgesetzt werden. Die Arbeitsschutzbehörde (OSHA) hat den gesetzlichen Grenzwert ( Zulässige Expositionsgrenze ) für die LPG-Exposition am Arbeitsplatz auf 1000 ppm (1800 mg/m 3 ) über einen 8-Stunden-Arbeitstag festgelegt. Das National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH) hat einen empfohlenen Expositionsgrenzwert (REL) von 1000 ppm (1800 mg/m 3 ) über einen 8-Stunden-Arbeitstag festgelegt. Bei Konzentrationen von 2000 ppm, 10 % der unteren Explosionsgrenze, gilt LPG als unmittelbar gefährlich für Leben und Gesundheit (nur aufgrund von Sicherheitserwägungen in Bezug auf die Explosionsgefahr).

Siehe auch

Verweise

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

Externe Links