液化石油ガス

液化石油ガス（LPGまたはLPガスとも呼ばれる）は、可燃性の炭化水素ガス混合物、特にプロパン、ブタン、イソブタンを含む燃料ガスです。また、プロピレン、ブチレン、イソブチレンも含まれる場合があります。^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]}

LPGは、暖房器具、調理器具、車両の燃料ガスとして使用され、エアロゾル噴射剤^{[ 6 ]}や冷媒^{[ 7 ]}としても使用され、オゾン層を破壊するクロロフルオロカーボンに取って代わっています。特に車両燃料として使用される場合は、オートガスまたは単にガスと呼ばれることがよくあります。

売買されているLPGの種類には、主にプロパン（C）の混合物が含まれます。₃ H₈）、主にブタン（C₄時間₁₀）、そして最も一般的なのは、プロパンとブタンの両方を含む混合物です。北半球の冬には、混合物にはプロパンが多く含まれ、夏にはブタンが多く含まれます。 ^{[ 8 ] [ 9 ]}米国では、主に 2 種類の LPG が販売されています。商業用プロパンと HD-5 です。これらの仕様は、ガス処理協会 (GPA) ^{[ 10 ]}および米国材料試験協会^{[ 11 ]}によって公表されています。プロパン/ブタン混合物もこれらの仕様に記載されています。

プロピレン、ブチレン、その他のさまざまな炭化水素も、 C ₂ H ₆、CH ₄、C ₃ H ₈などの少量で通常存在します。HD-5 は、LPG に添加できるプロピレンの量を 5% に制限し、オートガスの仕様として使用されます。^{[ 12 ]}強力な臭気剤であるエタンチオールが添加され、漏洩を容易に検出できます。国際的に認められている欧州規格は EN 589 です。米国では、テトラヒドロチオフェン(チオファン) またはアミルメルカプタンも承認された臭気剤ですが、^{[ 13 ]}現在どちらも使用されていません。

LPGは石油または「湿性」天然ガスを精製して作られ、ほぼ完全に化石燃料源から得られます。石油（原油）の精製中に製造されるか、地中から湧き出る石油または天然ガスの流れから抽出されます。1910年にウォルター・O・スネリングによって初めて製造され、最初の商業製品は1912年に登場しました。現在、消費される全エネルギーの約3%を供給しており、煤煙や硫黄の排出がほとんどなく、比較的クリーンに燃焼します。ガスであるため、土壌や水質汚染の危険性はありませんが、大気汚染を引き起こす可能性があります。LPGの典型的な比発熱量は46.1  MJ/kgで、燃料油 の42.5 MJ/kg 、プレミアムグレードガソリンの43.5 MJ/kgと比較できます。^{[ 14 ]}ただし、その体積単位あたりのエネルギー密度は26 MJ/L であり、ガソリンや燃料油よりも低く、相対密度も低い (ガソリンの0.71～ 0.77 kg/L に対し、約 0.5～0.58 kg/L)。LPG (またはその成分) の密度と蒸気圧は温度によって大きく変化するため、安全性や取引移送作業に関連する用途では、この事実を常に考慮する必要がある。^{[ 15 ]}例えば、LPG 貯蔵タンクの一般的なカットオフ レベル オプションは 85% である。   

LPGはエネルギーキャリアとしての利用に加えて、エチレンやプロピレンなどのオレフィンの合成のための化学工業における有望な原料でもある。^{[ 16 ] [ 17 ]}

LPGは沸点が室温より低いため、通常の温度と圧力ではすぐに蒸発し、通常は加圧鋼製容器で供給されます。容器内では、ガスは加圧されているため液体の状態です。容器は通常、内容物の熱膨張を考慮して、容量の80～85%まで充填されます。液体と蒸気の密度の比は、組成、圧力、温度によって異なりますが、通常は約250:1です。LPGが液体になる圧力、つまり蒸気圧も同様に、組成と温度によって異なります。たとえば、純粋なブタンの場合、 20 ℃（68 °F）では約220キロパスカル（32psi ） 、純粋なプロパンの場合、 55 ℃（131 °F）では約2,200キロパスカル（320psi ）です。 LPGは気体状態でも天然ガスとは異なり空気より重いため、床に沿って流れ、地下室などの低い場所に溜まりやすい。これには主に2つの危険がある。1つ目は、LPGと空気の混合比が爆発限界値に達し、着火源が存在する場合に爆発する可能性があること。2つ目は、LPGが空気を押し出すことで酸素濃度が低下し、窒息する可能性があることである。      

満タンのLPGガスボンベには86％の液体が含まれており、空隙には温度によって圧力が変化する蒸気が含まれています。^{[ 18 ]}

LPGは、農業、レクリエーション、ホテル、工業、建設、船舶、漁業など、さまざまな分野で効率的な燃料容器として幅広く利用されています。調理、セントラルヒーティング、給湯の燃料として利用でき、特に電力網に接続されていない住宅の暖房において、費用対効果が高く効率的な方法です。

農村部の暖房

主にヨーロッパや多くの国の農村部では、LPGは電気暖房、灯油、または灯油の代替燃料として利用されています。LPGは、パイプラインによる天然ガス供給が直接利用できない地域で最もよく使用されています。英国では、約20万世帯が暖房にLPGを使用しています。

LPGは、熱電併給（CHP）技術の動力源として利用できます。CHPとは、単一の燃料源から電力と熱の両方を生成するプロセスです。この技術により、LPGは暖房や調理用の燃料としてだけでなく、分散型発電にも利用できるようになりました。

自動車燃料

LPGが内燃機関の燃料として使用されるときは、オートガスまたはオートプロパンと呼ばれることが多い。一部の国では、1940年代から火花点火エンジンのガソリンの代替として使用されている。一部の国では、エンジンの寿命を延ばす添加剤が液体に含まれており、燃料LPG中のブタンとプロパンの比率はかなり正確に保たれている。最近の2つの研究では、LPG-燃料油燃料混合物が調査され、煙の排出量と燃料消費量は減少するが、炭化水素の排出量が増加することが判明した。^{[ 22 ] [ 23 ]} CO排出量については研究結果が分かれており、1つは大幅な増加を発見し^{[ 22 ]}、もう1つはエンジン負荷が低いときにわずかに増加するが、エンジン負荷が高いときにかなり減少することを発見した。^{[ 23 ]}その利点は、無毒、非腐食性で、テトラエチル鉛や添加剤を含まず、オクタン価が高い（地域の仕様によって102～108 RON）ことである。ガソリンや燃料油よりもクリーンに燃焼し、特に後者に含まれる微粒子がほとんど含まれていない。

LPGはガソリンや燃料油よりも1リットルあたりのエネルギー密度が低いため、同等の燃料消費量は高くなります。多くの政府はガソリンや燃料油よりもLPGに低い税金を課しており、これはガソリンや燃料油よりもLPGの消費量が多いことを相殺するのに役立っています。しかし、多くのヨーロッパ諸国では​​、この税制優遇は、ガソリンや燃料油を使用する車よりもLPGを使用する車に対する年間税がはるかに高いことで相殺されることがよくあります。プロパンは世界で3番目に広く使用されている自動車燃料です。2013年の推計では、世界中で2490万台以上の車両がプロパンガスを燃料としています。年間2500万トン以上（90億米ガロン以上）が自動車燃料として使用されています。

すべての自動車エンジンがLPGを燃料として使用するのに適しているわけではありません。LPGはガソリンやディーゼルに比べてシリンダー上部の潤滑性が低いため、適切な改造を施さないとLPG燃料エンジンはバルブ摩耗を起こしやすくなります。多くの最新のコモンレール式ディーゼルエンジンは、補助燃料としてLPGを使用することで良好な性能を発揮します。この場合、LPGはディーゼル燃料と併用されます。現在では、OEMエンジンマネジメントシステムと統合できるシステムが利用可能です。

変換キットを使用すれば、ガソリン専用車両を、ガソリンとLPGの両方を同じ車両で使用できるデュアルシステム仕様に変更できる。

2020年、BW LPGは超大型ガス運搬船（VLGC）にLPG推進技術を後付けすることに成功し、大規模な海上運航におけるLPGの応用を先駆けて行いました。^{[ 24 ]} LPGは二酸化炭素、硫黄酸化物、窒素酸化物、粒子状物質の排出量を削減し^{[ 25 ] [ 26 ]}、国際海事機関（IMO）が設定したより厳しい基準に合致するため、海事産業がネットゼロ炭素排出への移行を進める中で、LPGは実行可能な移行オプションとなっています。^{[ 27 ]}

LPGは様々な方法で貯蔵できます。LPGは他の化石燃料と同様に、再生可能エネルギー源と組み合わせることで、CO2排出量を削減しながら、より高い信頼性を実現できます_。しかし、風力や太陽光といった再生可能エネルギー源とは異なり、LPGは電気エネルギー貯蔵の費用をかけずに、単独のエネルギー源として使用することも可能です。

2015年には世界のLPG生産量が年間2億9200万トン（Mt/a）を超え、世界のLPG消費量は年間2億8400万トンを超えました。^{[ 37 ]} LPGの62%は天然ガスから抽出され、残りは石油精製所で原油から生産されます。^{[ 38 ]}世界の消費量の44%は国内部門です。米国はLPGの主要生産国および輸出国です。^{[ 39 ]}

天然ガスと石油精製産業のおかげで、ヨーロッパはLPGに関してほぼ自給自足の状態にある。ヨーロッパの供給の安定性は、さらに以下の要因によって確保されている。

• ヨーロッパ内外の幅広い情報源。
• 水路、鉄道、道路を通じた柔軟なサプライチェーンを有し、ヨーロッパへの多数のルートと玄関口を備えている。

2010年から2012年の推計によると、 LPGの大部分の原料となる天然ガスの世界の確認埋蔵量は300兆立方メートル（10,600兆立方フィート）に達している。生産量は年平均2.2%の割合で増加し続けている。

LPGは主にプロパンとブタンから構成され、天然ガスはより軽いメタンとエタンから構成されます。気化して大気圧下にあるLPGは、天然ガス（メタン）(38 MJ /m ^3、10.6 kWh/m ³に相当)よりも高い発熱量(46 MJ/m 3、12.8 kWh /m ³に相当)を持ち、これはLPG^を天然ガスの代替として単純に使用できないことを意味します。同じバーナー制御を使用できるようにし、同様の燃焼特性を実現するために、LPGは空気と混合して合成天然ガス(SNG)を生成し、容易に代替することができます。LPG/空気混合比は平均60/40ですが、これはLPGを構成するガスによって大きく異なります。混合比を決定する方法は、混合物のウォッベ指数を計算することです。ウォッベ指数が同じガスは互換性があるとみなされます。^{[ 40 ]}    

LPGベースのSNGは、多くの公共施設、産業施設、軍事施設の非常用バックアップシステムに使用されており、多くの公益事業者は、需要がピークに達した際に、配給システムへの天然ガス供給不足を補うためにLPGピークシェービングプラントを利用しています。LPG-SNG設備は、ガス供給が接続される前に配給インフラが整備されている初期ガスシステム導入時にも使用されます。インドや中国などの新興市場では、既存の天然ガスシステムを拡張する前に、顧客基盤を構築するためにLPG-SNGシステムが利用されています。

都市ガスネットワークシステムの初期段階では、LPGをベースとしたSNGまたは天然ガスを、地域ごとの貯蔵施設と配管網で各家庭に供給し、5000世帯の家庭を対象とするシステムを計画することができる。これにより、インドの都市部で交通渋滞や安全上の問題を引き起こしている、LPGボンベの最終輸送（ラストマイル輸送）をなくすことができる。こうした地域ごとの天然ガスネットワークは日本で既に成功裏に運用されており、村落部と都市部の両方でより広範なネットワークに接続できる可能性を秘めている。

市販されているLPGは現在、主に化石燃料から作られています。LPGを燃焼させると、温室効果ガスである二酸化炭素が放出されます。この反応では一酸化炭素も発生します。ただし、LPGは二酸化炭素の放出量が少ないという特徴があります。エネルギー単位当たりの排出量は石炭や石油より_2倍多いが、天然ガスよりは多い。二酸化炭素石油で生産されたkWhあたり₂、石炭の70%、送電網を介して配電された石炭火力発電の50%未満。 ^{[ 41 ]}プロパンとブタンの混合物であるLPGは、ブタンよりジュールあたりの炭素排出量は少ないが、プロパンよりジュールあたりの炭素排出量は多い。

LPGは、より分子量の大きい炭化水素よりも粒子状物質の放出が少ないため、よりクリーンに燃焼します。^{[ 42 ]}

LPGは従来の固形燃料ストーブに比べて汚染物質の排出量がはるかに少ないため、発展途上国で使用されている調理用ストーブをLPGに置き換えることは、発展途上国における家庭内大気汚染を削減するために採用されている主要な戦略の1つである。^{[ 43 ]}

製油所やガスプラントでは、LPGは圧力容器に貯蔵されなければなりません。これらの容器は、円筒形で水平に設置されたもの（いわゆる「弾丸型タンク」）か、球形のもの（ホートン球形）のいずれかです。通常、これらの容器は、何らかの規格に基づいて設計・製造されます。米国では、この規格は米国機械学会（ASME）によって定められています。

LPG容器には圧力逃がし弁が備わっており、外部の熱源にさらされると、LPGを大気中またはフレアスタックに放出するようになっている。

タンクが十分な時間と強度の火災にさらされると、沸騰液体膨張蒸気爆発（BLEVE）を起こす可能性があります。これは、非常に大きな容器を保管する大規模な製油所や石油化学プラントにとって特に懸念される問題です。一般的に、タンクは、圧力が危険なレベルまで上昇する前に内容物が排出されるように設計されています。

産業現場で用いられる対策の一つは、こうした容器に耐火等級を与えるための措置を講じることである。大型の球形LPG容器は、最大15cmの 鋼壁厚を持つ場合がある。これらの容器には、承認された圧力逃がし弁が装備されている。容器の近くで大規模な火災が発生すると、容器の温度と圧力が上昇する。上部の逃がし弁は、容器自体の破裂を防ぐために過剰な圧力を逃がすように設計されている。十分な時間と強度の火災が発生した場合、沸騰して膨張するガスによって発生する圧力は、弁が過剰な圧力を逃がす能力を超える可能性がある。あるいは、継続的な逃がしによって液面が加熱されている領域より下に低下すると、タンク構造が過熱され、その部分が弱くなる可能性がある。いずれの場合も、容器が激しく破裂し、容器の破片が高速で飛び散る可能性があり、放出された物質も発火して、他の容器を含む近くのあらゆるものに壊滅的な損傷を与える可能性がある。^{[ 44 ]}

職場では、吸入、皮膚接触、眼接触によってLPGに曝露される可能性があります。労働安全衛生局（OSHA）は、職場でのLPG曝露の法的制限（許容曝露限界）を8時間労働で1000 ppm（1800  mg/m ^{3 ）に設定しています。}国立労働安全衛生研究所（NIOSH）は、 8時間労働で1000 ppm（1800 mg/m ^{3 ）の}推奨曝露限界（REL）を設定しています。2000 ppm、つまり爆発下限の10%のレベルで、LPGは（爆発の危険性に関する安全上の考慮事項のみにより）生命と健康に直ちに危険であると考えられています。 ^{[ 45 ]} 

• 圧縮天然ガス（CNG）
• 充填カルーセル
• ガソリンガロン相当量
• 工業用ガス
• 膨張性
• POLバルブ

「さまざまな燃料の発熱量」。生態科学センター。インド科学大学院大学。2020年2月19日にオリジナルからアーカイブ。 2018年7月21日に取得。

• 米国国立労働安全衛生研究所（NIOSH）の化学物質危険性ポケットガイド–米国疾病予防管理センター