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気体燃料とは?種類や発熱量など完全網羅!!エネルギー管理士熱分野で100%役立ちます!

まず、エネルギー管理士試験で出てくる燃料についてご紹介します!

エネルギー管理士試験に出てくる燃料とは

①空気あるいは酸素のもとで容易に燃焼できること

②燃焼によって発生する熱を経済的に再利用できること

③燃焼することによって出る排出物が大気、水質などの環境を汚染しないこと

前提条件として覚えてください。

また、燃料はその状態によって、気体、液体、固体に大別されます。

そして今回は、気体燃料について解説していきます。

(関連記事)エネルギー管理士熱分野!合格者が教える!過去問から学ぶ超効率的勉強法とは?

気体燃料の長所は?

気体燃料の特徴についての動画がありましたのでご紹介いたします。

気体燃料の長所①

①固体、液体燃料にくらべて過剰空気が少なくても完全燃焼しやすい。
(補足)
過剰空気が多いとどうなるか?

a.排ガス量の増加になる

b.排ガスが持ち去る熱量の増加になる

c.燃焼温度の低下になる

などによる熱効率が低下してしまう

また、空気の約8割を占める窒素による窒素酸化物の排出が多くなってしまい、大気汚染の原因物質の増加にもなる。

気体燃料の長所②

気体燃料は、燃料自体が予熱できるので、比較的低発熱量の燃料でも高温を得る事ができちゃいます!!

(補足)低発熱量について
YouTube で動画がありましたのでご紹介いたします。

低位発熱量とは?

燃焼ガス中の生成水蒸気が凝縮したときに得られる凝縮潜熱を含めた発熱量を高位発熱量といい,水蒸気のままで凝縮潜熱を含まない発熱量を低位発熱量といいます。

つまり、凝縮潜熱があるかないかで高発熱、低発熱か決まってしまいます。

潜熱と顕熱とは?

顕熱とは、読んで字の如く顕れる熱の事です。

水からお湯になるという例で言うと

水から沸騰するまでの温度変化が顕熱です!

水からお湯になるのは、明らかにわかりますよね!顕れてるからわかるのです。

潜熱は、お湯になった後ブクブクして、蒸発していきますよね?

しばらくブクブクさせておくとお湯の量が減りますよね?

なぜお湯が減っていくかというと、液体から気体へ状態が変わっているからです。

という事から蒸発していく熱を潜熱といいます。

気体燃料の長所③

燃料中に、灰分が含まれず、硫黄分も非常に少ないため、二酸化硫黄による大気汚染はない。

大気汚染がないなんて、素晴らしい燃料ですね!

 

気体燃料の短所は?

そんないい長所ばかり持った燃料でもやはり短所はあります。

それぞれご紹介していきますね。

①単位質量当たりの容積が大きいので、輸送するのに不便。

②貯蔵するのに、ガスタンクなど設備費がかかる。

③燃料費は液体燃料に比べて高い。

液体燃料に比べると、燃焼効率や大気汚染が少ないので、そのぶん費用がかかってしまいます。

残念ですね。

④漏れたりして、爆発する危険があるので、安全管理に万全な注意が必要です。

※ガス検知器設備とかよくありますね!目に見えないから恐いですね!

気体燃料の性状は?

気体燃料の種類は石油系と石炭系で別れます。

それぞれの気体燃料の具体的な、高発熱量と主な用途についてご紹介いたします。

気体燃料高発熱量(MJ/m3N)主な用途
石油系

油分解ガス熱分解ガス39.7都市ガス用
接触分解ガス
19.3都市ガス用
高温水蒸気改質ガス11.5原料ガス用
都市ガス用
低温水蒸気改質ガス24.9都市ガス用
天然ガス乾性ガス37.7化学工業原料用
都市ガス用
発電用

湿性ガス51.1化学工業原料用
都市ガス用
発電用
液化石油ガス(2種4号)132.8工業用
都市ガス用
液化石油ガス(1種2号)107.2家庭用
石炭系石炭ガス
(コークス炉ガス)
20.9都市ガス用
窯炉用
高炉ガス3.7窯炉用
ボイラ用

気体燃料の性状は大きく分けて5つあります!

天然ガス(LNG)!!エルエヌジーとは?

LNG の特徴についておもしろい動画がありましたのでご紹介いたします。

ちなみに、LNGのNGがNatural gas(ナチュラルガス)だから、LNGと覚えるのがいいと思います!

よく、液化石油ガス(LPGまたはLPガス)と間違える事があるから気を付けよう!

※そんな間違いは私しか間違えないかもしれないですが(笑)

LNGは通常、天然に産出する可燃ガスで、炭化水素を主成分とするガスを指し、石油に撹拌して算出する油田ガスと、石油を伴わないガス田ガスなどがあります。

また、性状から乾性ガスと湿性ガスに分かれます。

乾性ガスは95%がCH4(メタン)

湿性ガスはCH4(メタン)C2H6(エタン)の他、C3H8(プロパン)以上の、高級炭化水素を数%含んでいます。

天然ガス(LNG)の長所は?

①発熱量が大きいです。

(36~48MJ/㎥N)

②燃焼が容易であり、排ガスによる大気汚染の発生は各種燃料の中で、もっとも少ない。

※まさに、地球に優しい燃料ですね!

天然ガス(LNG)の輸入先は?

主な輸入先は(2016年度)総輸入量 8.475万トン

1位 オーストラリア 27.7%

2位 マレーシア   18.3%

3位 カタール    14.0%

4位 ロシア      9.1%

となっています。

天然ガス(LNG)の輸送は?

輸送するのが大変で、陸上では気体のままパイプラインで輸送しますが、

海上輸送では冷凍タンカーで液化輸送されます!

天然ガスを冷媒を用いて常圧-162℃に冷却液化したものを液化天然ガスと呼んでいます。

LPG(液化プロパンガス)とは?

液化石油ガスとは常温常圧では気体ですが、加圧または冷却により容易に液化する石油系炭化水素のことです。

通常プロパンブタンなど使用されます。

LPGの長所は?

LPGは、移動するのが楽

燃焼調節も容易

なので、家庭用工業用燃料として、広く用いられてます。

都市ガスが通ってない家は、プロパンガスが置いてありますよね!!

万が一、漏洩したときはLPGは空気よりも重いから、床に滞留しますね。

ガス検知器を設置するときは床に置かないとダメなんです。

ちなみに、都市ガスの場合は空気より軽いから天井にガス検知器を

置かないとダメです。

LPGの種類は?

家庭用の1種(1号から3号)と工業用の2種(1号から4号)があります。

LPGの硫黄分は?

1種2種ともに、0.0050以下(質量%)

※確かに硫黄分が少ないですね!

ちなみに、大型ボイラで使われる3種重油は3.0(質量%)です!!

LPGの蒸気圧(40℃)は?

1種で1.53(Mpa)以下 ←過去にテスト出てます。2種1号と2号ともに1.55(Mpa)以下2種種3号で1.25(Mpa)

1種4号で0.52(Mpa) ←過去にテスト出てます。

この蒸気圧は過去のテストにも出題されているから、覚えた方がよいです。

LPGの組成は?

プロパン係とブタン系で構成されています。

その中で、1種1号や2種1号に関してはプロパン要素が強いです。

逆に1種3号や2種4号に関してはブタン要素が強いです。

数が少ない号数=プロパンが濃い

数が多い号数=ブタンが濃いと覚えてください。

それと、1種のみエタン系が入ってます。

これも、試験に出る可能性があるので、覚えておきましょう。

LPG の密度は?

0.500~0.620です。銅板腐食も1以下です。

LPGの供給は?

輸入が50%、

製油所の副生が50%です。

輸入されるものは、原油に随伴して産出する飽和炭化水素系で、

製油所で副生されるものは、主として不飽和炭化水素系です。

LPG の貯蔵は?

LPGの貯蔵はこの2点

①中小容量の場合は常温・高圧タンク。

②大容量の場合は低温常圧タンクです。
大容量の場合は、冷却して液化することにより量が多くても貯蔵できますね。

都市ガスとは?

都市ガスとは、パイプラインを通して家庭用商業用工業用などの事業者に供給される燃料です。

都市ガスを作っている製造者は、公共事業として様々な保護と規制が行われています。

また、都市ガスは、色々な種類 のガスが混合されています。

都市ガスの種類は?

①天然ガス

②液化天然ガス

③固体燃料分解ガス

④油分解ガス

⑤高炉ガス

などを単独または、混合してそれぞれ所定の熱量で供給しています。

都市ガスの特徴は?

都市ガスは万能で清浄さ、燃焼効率の高さ、燃焼調整の容易さ、常時安定供給可能など理想的特徴を有してるけど、使用する原料、設備によってそれぞれ異なったガスを供給しているので、これにあった燃焼器具を使用する必要がある。

※家で使われているガスなので、馴染みがありますね!

さてさて、どんどんいきますよ!!

油分解ガスとは?

油分解ガスは、炭化水素類を熱分解、部分燃焼、水蒸気改質、水素化分解などの方法により低分子化してえられる燃料ガスを総称して油分解ガスと言います。

このガスに関しては、原料として幅広く使われています。

具体的には

製油所のオフガス

LPG

ナフサ

灯油

重油です。

その中でも油分解ガスが主として使われているのは、都市ガスの原料です。

油分解ガスのナフサの種類と用途についてご説明致します。

1 パラフィン系ナフサ

2 ナフテン系ナフサ

3 芳香族系ナフサに分類されてます。

パラフィン系ナフサの特徴

特殊溶剤、エチレン製造用、

ジェット燃料用

ガス製造用原料に使われています。

ナフテン系ナフサの特徴

高オクタン価ガソリン製造用、

芳香族製造用原料に使われてます

芳香族系ナフサの特徴

溶剤、芳香族化合物製造用原料に

使われてます!!

その他のガスについて

①コークス炉ガス

②高炉ガス

③製油所排ガス(オフガス)があります。

コークス炉ガスとは?

コークス炉ガスは、石炭を乾留してコークスを製造する際に複製するガスです。

コークス炉ガスの成分は、炭化水素、水素、一酸化炭素からなり発熱量は21MJです

※コークスと聞くと固体燃料のイメージがあるけど、コークス炉ガスがあるんだね!

高炉ガスとは?

高炉ガスは、鉄を作る際に、炉頂から放出されるガスです。

高炉ガスは、一酸化炭素を主な可燃成分にしています。

製油所排ガス(オフガス)とは?

製油所排ガスは、製油所における様々な生成過程から排出されるガスで、その組成は装置の種類、原料油の性状、作業条件だのによって異なります。

C3C4などの炭化水素油分が多く含まれます。

まとめ

①気体燃料は、燃焼効率も高く、大気汚染防止の観点からも非常に優れている燃料です。

ただ、保管や輸送するのにどうしても費用がかかってしまいます。

今後テクノロジーが発達して、解消されるのを期待します。

②LNGの冷却温度はよく試験に出ている印象だから、覚えておくといいと思います。

最近の試験では、ナフサについて、出題されてないので、そろそろ出題されるかもしれません。

エネルギー管理士熱分野の科目3は、出題に対する配点が高いので、一つのミスが命取りになります。

どこを出題されてもいいように、準備しておきましょう。

次回は液体と固体燃料を解説していきます。