Gaz de pétrole liquéfié

Le gaz de pétrole liquéfié ( GPL , GPL ou condensat ) est un gaz combustible à base d’ Essence qui contient un mélange Inflammable de gaz d’ hydrocarbures , le plus souvent du propane , du butane et du Propylène . Cependant, ces deux derniers composent généralement 5% ou moins du mélange.

Sphères de stockage de GPL Deux bouteilles de GPL de 45 kg (99 lb) en Nouvelle-Zélande utilisées pour l’approvisionnement domestique. Minibus GPL à Hong Kong Un taxi Ford Falcon alimenté au GPL à Perth Wagons-citernes d’un train canadien pour le transport de gaz de pétrole liquéfié par chemin de fer.

Le GPL est utilisé comme gaz combustible dans les appareils de chauffage , les équipements de cuisson et les véhicules. Il est de plus en plus utilisé comme Propulseur d’aérosol ^[1] et comme réfrigérant , ^[2] remplaçant les chlorofluorocarbures dans le but de réduire les dommages à la couche d’ozone . Lorsqu’il est spécifiquement utilisé comme carburant pour véhicule, il est souvent appelé autogaz .

Les variétés de GPL qui sont achetées et vendues comprennent des mélanges composés principalement de propane ( C₃H₈), principalement du butane ( C₄H_dix), et, le plus souvent, des mélanges contenant à la fois du propane et du butane. En hiver dans l’hémisphère nord, les mélanges contiennent plus de propane, tandis qu’en été, ils contiennent plus de butane. ^{[3] [4]} Aux États-Unis , principalement deux qualités de GPL sont vendues : le propane commercial et le HD-5. Ces spécifications sont publiées par la Gas Processors Association (GPA) ^[5] et l’American Society of Testing and Materials. ^[6] Les mélanges propane/butane sont également répertoriés dans ces spécifications.

Le Propylène , les butylènes et divers autres hydrocarbures sont généralement également présents en petites concentrations telles que C ₂ H ₆ , CH ₄ et C ₃ H ₈ . Le HD-5 limite la quantité de Propylène pouvant être placée dans le GPL à 5 % et est utilisé comme spécification d’autogaz. Un Odorant puissant , l’ éthanethiol , est ajouté afin de détecter facilement les fuites. La norme européenne internationalement reconnue est EN 589. Aux États-Unis, le tétrahydrothiophène (thiophane) ou l’amylmercaptan sont également des odorants approuvés, ^[7]bien que ni l’un ni l’autre ne soit actuellement utilisé.

Le GPL est préparé en raffinant du pétrole ou du gaz naturel “humide” et est presque entièrement dérivé de sources de combustibles fossiles , étant fabriqué lors du raffinage du pétrole (pétrole brut) ou extrait des flux de pétrole ou de gaz naturel lorsqu’ils émergent du sol. Il a été produit pour la première fois en 1910 par Walter O. Snelling et les premiers produits commerciaux sont apparus en 1912. Il fournit actuellement environ 3 % de toute l’énergie consommée et brûle relativement proprement sans suie et très peu d’émissions de soufre . Comme il s’agit d’un gaz, il ne présente aucun risque de pollution du sol ou de l’eau , mais il peut polluer l’Air . Le GPL a une spécificité typiquepouvoir calorifique de 46,1 MJ/kg contre 42,5 MJ/kg pour le fioul et 43,5 MJ/kg pour le supercarburant ( Essence ). ^[8] Cependant, sa densité énergétique par unité de volume de 26 MJ/L est inférieure à celle de l’Essence ou du mazout, car sa densité relative est plus faible (environ 0,5 à 0,58 kg/L, contre 0,71 à 0,77 kg/L pour l’ Essence ). Étant donné que la densité et la Pression de vapeur du GPL (ou de ses composants) changent de manière significative avec la température, ce fait doit être pris en compte chaque fois que l’application est liée à des opérations de sécurité ou de transaction commerciale , ^[9] par exemple, l’option de niveau de coupure typique pour le réservoir de GPL est de 85 %.

Outre son utilisation comme vecteur énergétique, le GPL est également une matière première prometteuse dans l’industrie chimique pour la synthèse d’oléfines telles que l’éthylène, le Propylène, ^{[10] [11] [12]} le butène ^[13] ainsi que l’acide acrylique. ^{[14] [15] [16]}

Comme son point d’ébullition est inférieur à la température ambiante , le GPL s’évapore rapidement à des températures et pressions normales et est généralement fourni dans des récipients en acier sous pression . Ils sont généralement remplis à 80-85% de leur capacité pour permettre la dilatation thermique du liquide contenu. Le rapport entre les volumes de gaz vaporisé et de gaz liquéfié varie en fonction de la composition, de la pression et de la température, mais est généralement d’environ 250:1. La pression à laquelle le GPL devient liquide, appelée sa Pression de vapeur , varie également en fonction de sa composition et de sa température ; par exemple, il est d’environ 220 kilopascals (32 psi) pour le butane purà 20 ° C (68 ° F) et environ 2 200 kilopascals (320 psi) pour le propane pur à 55 ° C (131 ° F). Le GPL est plus lourd que l’Air , contrairement au gaz naturel , et s’écoulera donc le long des sols et aura tendance à se déposer dans les points bas, tels que les sous- sols . Il y a deux principaux dangers à cela. Le premier est une explosion possible si le mélange de GPL et d’Air se situe dans les limites d’explosivité et qu’il existe une source d’inflammation. La seconde est la suffocation due au déplacement de l’Air par le GPL, provoquant une diminution de la concentration en oxygène.

Une bouteille de GPL pleine contient 86 % de liquide ; le volume vide contiendra de la vapeur à une pression qui varie avec la température. ^[17]

Les usages

Le GPL a une grande variété d’utilisations sur de nombreux marchés différents en tant que réservoir de carburant efficace dans les secteurs de l’agriculture, des loisirs, de l’hôtellerie, de l’industrie, de la construction, de la voile et de la pêche. Il peut servir de combustible pour la cuisine, le chauffage central et le chauffage de l’eau et constitue un moyen particulièrement économique et efficace de chauffer les maisons hors réseau.

Cuisson

Le GPL est utilisé pour cuisiner dans de nombreux pays pour des raisons économiques, de commodité ou parce qu’il s’agit de la source de combustible préférée.

En Inde, près de 8,9 millions de tonnes de GPL ont été consommées au cours des six mois entre avril et septembre 2016 dans le secteur domestique, principalement pour la cuisine. Le nombre de branchements domestiques est de 215 millions (soit un branchement pour six personnes) avec une circulation de plus de 350 millions de bouteilles de GPL. ^[18] La plupart des besoins en GPL sont importés. L’approvisionnement en gaz de ville par canalisation en Inde n’est pas encore développé à grande échelle. Le GPL est subventionné par le gouvernement indien pour les utilisateurs domestiques. Une augmentation des prix du GPL a été une question politiquement sensible en Inde car elle affecte potentiellement le modèle de vote de la classe moyenne .

Le GPL était autrefois un combustible de cuisine standard à Hong Kong ; cependant, l’expansion continue du gaz de ville dans les bâtiments plus récents a réduit l’utilisation du GPL à moins de 24 % des unités résidentielles. Cependant, à part les cuisinières électriques, à induction ou infrarouges, les cuisinières au GPL sont le seul type disponible dans la plupart des villages de banlieue et de nombreux lotissements publics.

Le GPL est le combustible de cuisson le plus courant dans les zones urbaines brésiliennes , utilisé dans pratiquement tous les ménages, à l’exception des villes de Rio de Janeiro et de São Paulo, qui disposent d’une infrastructure de gazoducs. Depuis 2001, les familles pauvres reçoivent une subvention gouvernementale (“Vale Gás”) utilisée exclusivement pour l’acquisition de GPL. Depuis 2003, cette bourse fait partie du principal programme de protection sociale du gouvernement (« Bolsa Família »). Aussi, depuis 2005, la compagnie pétrolière nationale Petrobras différencie le GPL destiné à la cuisine du GPL destiné à d’autres usages, établissant un prix inférieur pour le premier. Ceci est le résultat d’une directive du gouvernement fédéral brésilien, mais son arrêt fait actuellement l’objet de débats. ^[19]

Le GPL est couramment utilisé en Amérique du Nord pour la cuisine domestique et les grillades en plein Air .

Chauffage rural

Bouteilles de GPL en Inde

Principalement en Europe et dans les régions rurales de nombreux pays, le GPL peut constituer une alternative au chauffage électrique , au mazout ou au kérosène . Le GPL est le plus souvent utilisé dans les zones qui n’ont pas d’accès direct au gaz naturel canalisé .

Le GPL peut être utilisé comme source d’énergie pour les technologies de production combinée de chaleur et d’électricité (CHP). La cogénération est le processus de production à la fois d’électricité et de chaleur utile à partir d’une seule source de combustible. Cette technologie a permis d’utiliser le GPL non seulement comme combustible pour le chauffage et la cuisine, mais aussi pour la production décentralisée d’électricité.

Embouteillage de GPL aux Îles Marshall pour stockage

Le GPL peut être stocké de différentes manières. Le GPL, comme d’autres combustibles fossiles, peut être combiné avec des sources d’énergie renouvelables pour fournir une plus grande fiabilité tout en obtenant une certaine réduction des émissions de CO ₂émissions. Cependant, contrairement aux sources d’énergie renouvelables éoliennes et solaires, le GPL peut être utilisé comme source d’énergie autonome sans les dépenses prohibitives liées au stockage de l’énergie électrique. Dans de nombreux climats, les sources renouvelables telles que l’énergie solaire et éolienne nécessiteraient encore la construction, l’installation et l’entretien de sources d’énergie de base fiables telles que la production alimentée au GPL pour fournir de l’électricité pendant toute l’année. 100 % éolien/solaire est possible, la mise en garde étant que le coût de la capacité de production supplémentaire nécessaire pour charger les batteries plus le coût du stockage électrique des batteries rend cette option économiquement réalisable dans seulement une minorité de situations.

Carburant

Connecteur de remplissage GPL sur une Skoda 120 Symbole de diamant vert bordé de blanc utilisé sur les véhicules alimentés au GPL en Chine

Lorsque le GPL est utilisé pour alimenter les Moteurs à combustion interne , il est souvent appelé autogaz ou auto propane. Dans certains pays, il est utilisé depuis les années 1940 comme alternative à l’Essence pour les moteurs à allumage commandé. Dans certains pays, il existe des additifs dans le liquide qui prolongent la durée de vie du moteur et le rapport butane/propane est maintenu assez précis dans le carburant GPL. Deux études récentes ont examiné les mélanges GPL-carburant-mazout et ont constaté que les émissions de fumée et la Consommation de carburant sont réduites, mais que les émissions d’ hydrocarbures sont augmentées. ^{[20] [21]} Les études ont été divisées sur les émissions de CO, l’une trouvant des augmentations significatives, ^[20]et l’autre constatant de légères augmentations à faible charge moteur mais une diminution considérable à forte charge moteur. ^[21] Son avantage est qu’il est non toxique, non corrosif et exempt de tétraéthylplomb ou de tout additif, et a un indice d’octane élevé (102–108 RON selon les spécifications locales). Il brûle plus proprement que l’Essence ou le fioul et est surtout exempt de particules présentes dans ces derniers.

Le GPL a une densité énergétique par litre inférieure à celle de l’Essence ou du mazout, de sorte que la Consommation de carburant équivalente est plus élevée. De nombreux gouvernements imposent moins de taxes sur le GPL que sur l’Essence ou le mazout, ce qui permet de compenser la plus grande consommation de GPL que d’Essence ou de mazout. Cependant, dans de nombreux pays européens, cet allégement fiscal est souvent compensé par une taxe annuelle beaucoup plus élevée sur les voitures fonctionnant au GPL que sur les voitures fonctionnant à l’Essence ou au mazout. Le propane est le troisième carburant le plus utilisé dans le monde. Selon les estimations de 2013, plus de 24,9 millions de véhicules sont alimentés au gaz propane dans le monde. Plus de 25 millions de tonnes (plus de 9 milliards de gallons américains) sont utilisées chaque année comme carburant pour véhicules.

Tous les moteurs automobiles ne conviennent pas à une utilisation avec du GPL comme carburant. Le GPL fournit moins de lubrification du cylindre supérieur que l’Essence ou le diesel, de sorte que les moteurs alimentés au GPL sont plus sujets à l’usure des soupapes s’ils ne sont pas modifiés de manière appropriée. De nombreux moteurs diesel à rampe commune modernes répondent bien à l’utilisation du GPL comme carburant d’appoint. C’est là que le GPL est utilisé comme carburant ainsi que le diesel. Des systèmes sont maintenant disponibles qui s’intègrent aux systèmes de gestion de moteur OEM.

Les kits de conversion peuvent faire passer un véhicule dédié à l’Essence à l’utilisation d’un système double, dans lequel l’Essence et le GPL sont utilisés dans le même véhicule.

Conversion à l’Essence

Le GPL peut être converti en alkylat qui est un stock de mélange d’ Essence de qualité supérieure car il possède des propriétés antidétonantes exceptionnelles et donne une combustion propre.

Réfrigération

Le GPL joue un rôle déterminant dans la fourniture de réfrigération hors réseau , généralement au moyen d’un Réfrigérateur à absorption de gaz .

Mélange de propane pur et sec (indicateur de réfrigérant R-290 ) et d’ isobutane (R-600a), le mélange “R-290a” a un potentiel d’appauvrissement de la couche d’ozone négligeable et un potentiel de réchauffement global très faible et peut servir de remplacement fonctionnel pour R-12 , R-22 , R-134a et autres réfrigérants chlorofluorocarbonés ou hydrofluorocarbonés dans les systèmes de réfrigération et de climatisation fixes conventionnels. ^[22]

Une telle substitution est largement interdite ou déconseillée dans les systèmes de climatisation des véhicules automobiles, au motif que l’utilisation d’hydrocarbures inflammables dans des systèmes conçus à l’origine pour transporter un réfrigérant ininflammable présente un risque important d’incendie ou d’explosion. ^{[23] [24]}

Les vendeurs et les défenseurs des réfrigérants à base d’hydrocarbures s’opposent à de telles interdictions au motif qu’il y a eu très peu d’incidents de ce type par rapport au nombre de systèmes de climatisation de véhicules remplis d’hydrocarbures. ^{[25] [26]} Un test particulier, mené par un professeur de l’ Université de Nouvelle-Galles du Sud , a involontairement testé le pire scénario d’une expulsion soudaine et complète de réfrigérant dans l’habitacle suivie d’un allumage ultérieur. Lui et plusieurs autres personnes dans la voiture ont subi des brûlures mineures au visage, aux oreilles et aux mains, et plusieurs observateurs ont reçu des lacérations à cause du verre éclaté de la vitre du passager avant. Personne n’a été grièvement blessé. ^[27]

Production mondiale

La production mondiale de GPL a atteint plus de 292 millions de tonnes métriques/an en 2015, tandis que la consommation mondiale de GPL a dépassé 284 millions de t/an. ^[28] 62 % du GPL est extrait du gaz naturel tandis que le reste est produit par les raffineries de pétrole à partir de pétrole brut . ^[29] 44 % de la consommation mondiale relève du secteur domestique. Les États-Unis sont le premier producteur et exportateur de GPL. ^[30]

Sécurité d’approvisionnement

Grâce au gaz naturel et à l’industrie du raffinage du pétrole, l’Europe est presque autosuffisante en GPL. La sécurité d’approvisionnement de l’Europe est en outre préservée par:

• un large éventail de sources, tant à l’intérieur qu’à l’extérieur de l’Europe;
• une chaîne d’approvisionnement flexible via l’eau, le rail et la route avec de nombreux itinéraires et points d’entrée en Europe ;

Selon les estimations de 2010-2012, les réserves mondiales prouvées de gaz naturel , dont provient la majeure partie du GPL, s’élèvent à 300 billions de mètres cubes (10 600 billions de pieds cubes). Ajouté au GPL issu du craquage du pétrole brut, il s’agit d’une source d’énergie majeure, quasiment inexploitée et au potentiel énorme. La production continue de croître à un taux annuel moyen de 2,2 %, garantissant pratiquement qu’il n’y a aucun risque que la demande dépasse l’offre dans un avenir prévisible. ^{[ citation nécessaire ]}

Comparaison avec le gaz naturel

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Le GPL est composé principalement de propane et de butane, tandis que le gaz naturel est composé du méthane et de l’éthane plus légers. Le GPL, vaporisé et à pression atmosphérique, a un pouvoir calorifique plus élevé (46 MJ/m ³ équivalent à 12,8 kWh/m ³ ) que le gaz naturel ( méthane ) (38 MJ/m ³ équivalent à 10,6 kWh/m ³), ce qui signifie que le GPL ne peut pas simplement se substituer au gaz naturel. Afin de permettre l’utilisation des mêmes commandes de brûleur et de fournir des caractéristiques de combustion similaires, le GPL peut être mélangé avec de l’Air pour produire un gaz naturel synthétique (SNG) qui peut être facilement remplacé. Les rapports de mélange GPL/Air sont en moyenne de 60/40, bien que cela soit largement variable en fonction des gaz composant le GPL. La méthode pour déterminer les rapports de mélange consiste à calculer l’ indice de Wobbe du mélange. Les gaz ayant le même indice de Wobbe sont considérés comme interchangeables.

Le SNG à base de GPL est utilisé dans les systèmes de secours d’urgence de nombreuses installations publiques, industrielles et militaires, et de nombreux services publics utilisent des installations d’écrêtement des pointes de GPL en période de forte demande pour combler les pénuries de gaz naturel fourni à leurs systèmes de distribution. Les installations GPL-SNG sont également utilisées lors des introductions initiales du système de gaz lorsque l’infrastructure de distribution est en place avant que les approvisionnements en gaz puissent être connectés. Les marchés en développement en Inde et en Chine (entre autres) utilisent des systèmes GPL-SNG pour constituer des bases de clientèle avant d’étendre les systèmes de gaz naturel existants.

SNG à base de GPL ou gaz naturel avec stockage localisé et réseau de distribution de canalisations aux ménages pour la restauration de chaque groupe de 5000 consommateurs domestiques peut être planifié dans la phase initiale du système de réseau de gaz de ville. Cela éliminerait le dernier kilomètre du transport routier des bouteilles de GPL, qui est une cause de trafic et d’obstacles à la sécurité dans les villes indiennes. Ces réseaux de gaz naturel localisés fonctionnent avec succès au Japon avec la possibilité de se connecter à des réseaux plus larges dans les villages et les villes.

Effets environnementaux

Le GPL disponible dans le commerce est actuellement dérivé principalement de combustibles fossiles. La combustion du GPL libère du dioxyde de carbone , un gaz à effet de serre . La réaction produit également du monoxyde de carbone . Le GPL émet cependant moins de CO₂par unité d’énergie que le charbon ou le pétrole, mais plus que le gaz naturel. Il émet 81% du CO₂par kWh produit par le fioul, 70 % de celui du charbon et moins de 50 % de celui émis par l’électricité d’origine charbon distribuée via le réseau. ^[31] Étant un mélange de propane et de butane, le GPL émet moins de carbone par joule que le butane mais plus de carbone par joule que le propane.

Le GPL brûle plus proprement que les hydrocarbures de poids moléculaire plus élevé car il libère moins de particules . ^[32]

Risque d’incendie/d’explosion et atténuation

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Un conteneur de gaz sphérique que l’on trouve généralement dans les raffineries

Dans une raffinerie ou une usine à gaz, le GPL doit être stocké dans des réservoirs sous pression . Ces conteneurs sont soit cylindriques et horizontaux, soit sphériques. En règle générale, ces navires sont conçus et fabriqués selon un certain code. Aux États-Unis, ce code est régi par l’ American Society of Mechanical Engineers (ASME).

Les conteneurs de GPL ont des soupapes de surpression, de sorte que lorsqu’ils sont soumis à des sources de chaleur extérieures, ils évacuent les GPL dans l’atmosphère ou dans une torchère .

Si une citerne est soumise à un feu d’une durée et d’une intensité suffisantes, elle peut subir une explosion de vapeur en expansion de liquide bouillant ( BLEVE ). C’est généralement une préoccupation pour les grandes raffineries et les usines pétrochimiques qui entretiennent de très grands conteneurs. En général, les réservoirs sont conçus de manière à ce que le produit s’évacue plus rapidement que la pression ne peut atteindre des niveaux dangereux.

Un remède qui est utilisé dans les environnements industriels consiste à équiper ces conteneurs d’une mesure pour fournir un indice de résistance au feu . Les grands conteneurs de GPL sphériques peuvent avoir une épaisseur de paroi en acier allant jusqu’à 15 cm. Ils sont équipés d’une soupape de surpression homologuée . Un grand incendie à proximité du navire augmentera sa température et sa pression. La soupape de décharge sur le dessus est conçue pour évacuer la surpression afin d’éviter la rupture du conteneur lui-même. Étant donné un feu d’une durée et d’une intensité suffisantes, la pression générée par le gaz en ébullition et en expansion peut dépasser la capacité de la vanne à évacuer l’excès. En variante, si, en raison d’une ventilation continue, le niveau de liquide chute en dessous de la zone chauffée, la structure du réservoir peut être surchauffée et ensuite affaiblie dans cette zone. Si l’un ou l’autre se produit, le conteneur peut se rompre violemment, projetant des morceaux du récipient à grande vitesse, tandis que les produits libérés peuvent également s’enflammer, causant potentiellement des dommages catastrophiques à tout ce qui se trouve à proximité, y compris d’autres conteneurs.

Les personnes peuvent être exposées au GPL sur le lieu de travail par inhalation, contact avec la peau et contact avec les yeux. L’ Occupational Safety and Health Administration (OSHA) a fixé la limite légale (limite d’exposition autorisée ) pour l’exposition au GPL sur le lieu de travail à 1000 ppm (1800 mg/m ³ ) sur une journée de travail de 8 heures. L’ Institut national pour la sécurité et la santé au travail (NIOSH) a fixé une limite d’exposition recommandée (REL) de 1 000 ppm (1 800 mg/m ³ ) sur une journée de travail de 8 heures. À des niveaux de 2000 ppm, 10% de la limite inférieure d’explosivité, le GPL est considéré comme immédiatement dangereux pour la vie et la santé (uniquement en raison de considérations de sécurité relatives au risque d’explosion). ^[33]

Voir également

• Portail de l’énergie

• Gaz naturel comprimé (GNC)
• Carrousel de remplissage
• Équivalent d’un gallon d’Essence
• Gaz industriel
• Intumescent
• Vanne POL

Références

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32. ^ Shah, Yatish T. (16 mars 2017). Énergie chimique à partir de gaz naturel et synthétique . Presse CRC. ISBN 9781315302348.
33. ^ “CDC – Guide de poche NIOSH sur les risques chimiques – GPL” www.cdc.gov . Archivé de l’original le 8 décembre 2015 . Récupéré le 28 novembre 2015 .

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

Liens externes

• Propane 101 Expliquer les principes fondamentaux du propane et du GPL
• Guide de poche du NIOSH sur les risques chimiques Centers for Disease Control and Prevention
• Différence entre GNC et GPL