Ogrjevna vrijednost

Ogrjevna vrijednost je svojstvena za svaku kemijsku tvar

Gornja ogrjevna vrijednost (H_g) uzima u obzir i toplinu kondenzacije vodene pare iz dimnih plinova

Kalorimetar

Ogrjevna vrijednost ili ogrjevna moć je toplina oslobođena pri izgaranju goriva s kisikom pod standardnim uvjetima. Kemijska reakcija je obično između ugljikovodika i kisika, a kao rezultat dobivamo ugljikov dioksid, vodu i toplinu. Jedinice mogu biti: J/mol, J/kg, J/m³. Ogrjevna vrijednost se mjeri s kalorimetrom.

Ogrjevna vrijednost

Ogrjevna vrijednost kemijske tvari, obično goriva ili hrane je količina topline koja se oslobodi prilikom izgaranja određene količine goriva ili hrane. Ogrjevna vrijednost je svojstvena za svaku kemijsku tvar.

Gornja ogrjevna vrijednost

Gornja ogrjevna vrijednost (H_g) je toplina oslobođena pri izgaranju goriva, nakon čega se dodatno iskorištava toplina kondenzacije vodene pare iz dimnih plinova, odnosno to je najveća moguća energija koja se može dobiti izgaranjem nekog goriva. Mjerenja se obično vrše na temperaturi 25 °C. To je ista vrijednost termodinamičke topline izgaranja ili razlika entalpija prije ili poslije izgaranja, a vodena para se pretvori u kondenzat. To znači da u ovu vrijednost ulazi i toplina isparavanja vode u gorivu, a to je korisno jer se u industrijskom dimnjaku može iskoristiti toplina kondenzacije vodene pare iz dimnih plinova.

Donja ogrjevna vrijednost

Donja ogrjevna vrijednost (H_d) je toplina koja je oslobođena procesom izgaranja goriva, bez dodatnog iskorištavanja topline kondenzacije vodene pare.

Mjerenje ogjevnih vrijednosti

Mjerenje se vrši u kalorimetru. Nakon izgaranja smjesa se hladi, a za određivanje H_d, hlađenje se zaustavi na 150 °C i mjeri, dok za odredivanje H_g hlađenjem se vraćamo na 25 °C. Treba napomenuti da kod određivanja H_g, voda je u tekućem stanju, dok je za H_d voda u plinovitom (para) stanju.

Odnos između H_g i H_d

Razlika između ogrjevnih vrijednosti ovisi o kemijskom sastavu goriva. Tako recimo, za ugljik i ugljikov monoksid, obje vrijednosti su gotovo jednake. Za vodik je ta razlika puno veća, jer uključuje osjetilnu toplinu između 150 °C i 100 °C, skrivenu toplinu na 100 °C (toplina isparavanja) i osjetilnu toplinu između 100 °C i 25 °C. Tako je kod vodika H_g veća za 18,2% od H_d. Za ugljikovodike razlika ovisi o sadržaju vodika u gorivu. Za benzin razlika je oko 10%, dok je za dizel oko 7%. Za zemni plin razlika je 11%.

Uobičajena metoda za određivanje razlike ogrjevnih vrijednosti je:

H_g = H_d + h_v x (n_H2O,van/n_{gorivo,unutra})

gdje je h_v je toplina isparavanja, n_H2O,van je broj molova isparene vode i n_gorivo, je broj molova goriva koji izgara.^[1]

Ipak, većina primjena ne koristi energiju kondenzacije vodene pare i ona se izgubi kroz dimnjake. To znači, za većinu primjena donja ogrjevna vrijednost je korisna. To se prije svega odnosi na zemni plin, koji kod izgaranja stvara dosta vodene pare. Za elektrane s kondenzacijom u dimnjaku i kotlove s kondenzacijom, koristit će se gornja ogrjevna vrijednost.

U Europi, iz povijesnih razloga se za proračune stupnja iskorištenja elektrana i koogeneracijskih sistema, koristi H_d, dok u SAD se uglavnom koristi H_g. Zato se događa da u europskim izvještajima neka postrojenja imaju stupanj efikasnosti veći od 100% ?^[2]

Tablica ogrjevnih vrijednosti

Gornja (Hg) i donja (Hd) ogrjevna vrijednost nekih uobičajenih goriva^[3]

Gorivo	Hg MJ/kg	Hg BTU/lb	Hg kJ/mol	Hd MJ/kg
Vodik	141,80	61 000	286	121,00
Metan	55,50	23 900	889	50,00
Etan	51,90	22 400	1 560	47,80
Propan	50,35	21 700	2 220	46,35
Butan	49,50	20 900	2 877	45,75
Pentan				45,35
Benzin	47,30	20 400		44,40
Parafin	46,00	19 900		41,50
Petrolej	46,20			43,00
Dizel	44,80	19 300
Ugljen (Antracit)	27,00	14 000
Ugljen (Lignit)	15,00	8 000
Drvo	15,00	6 500
Treset (vlažan )	6,00	2 500
Treset (suh)	15,00	6 500

Gornja ogrjevna vrijednost nekih manje uobičajenih goriva^[3]

Gorivo	HHV Hg MJ/kg	BTU/lb	kJ/mol
Metanol	22,7	9 800	726,0
Etanol	29,7	12 800	1 300,0
Propanol	33,6	14 500	2 020,0
Acetilen	49,9	21 500	1 300,0
Benzen	41,8	18 000	3 270,0
Amonijak	22,5	9 690	382,0
Hidrazin	19,4	8 370	622,0
Heksamin	30,0	12 900	4 200,0
Ugljik	32,8	14 100	393,5

Gornja ogrjevna vrijednost nekih goriva

Gorivo	kJ/g	kcal/g	BTU/lb
Vodik	141,9	33,9	61 000
Benzin	47,0	11,3	20 000
Dizel	45,0	10,7	19 300
Etanol	29,7	7,1	12 000
Propan	49,9	11,9	21 000
Butan	49,2	11,8	21 200
Ogrjevno drvo	15,0	3,6	6 000
Ugljen (lignit)	15,0	4,4	8 000
Ugljen (antracit)	27,0	7,8	14 000
Zemni plin	54,0	13,0	23 000

Donja ogrjevna vrijednost (H_d) za neke organske tvari (kod 15,4 °C)

Gorivo	MJ/kg	MJ/l	BTU / lb	[ kJ / mol
Parafini
Metan	50,009	—	—	802,34
Etan	47,794	—	—	1437,17
Propan	46,357	—	—	2044,21
Butan	45,752	—	—	2659,30
Pentan	45,357	28,39	—	3272,57
Heksan	44,752	29,30	—	3856,66
Heptan	44,566	30,48	—	4465,76
Oktan	44,427	31,23	—	5430
Nonan	44,311	31,82	—	—
Dekan	44,240	33,29	—	—
Undekan	44,194	32,70	—	—
Dodekan	44,147	33,11	—	—
Izoparafini
Izobutan	45,613	—	—	—
Izopentan	45,241	27,87	—	—
2-Metilpentan	44,682	—	—	—
2,3-Dimetilbutan	44,659	29,47	—	—
2,3-Dimetilpentan	44,496	—	—	—
2,2,4-Trimetilpentan	44,310	30,49	—	—
Nafteni
Ciklopentan	44,636	33,52	—	—
Metilciklopentan	44,636	33,43	—	—
Cikloheksan	43,450	33,85	—	—
Metilcikloheksan	43,380	33,40	—	—
Monoolefini
Etilen	47,195	—	—	—
Propilen	45,799	—	—	—
1-Buten	45,334	—	—	—
cis-2-Buten	45,194	—	—	—
trans-2-Buten	45,124	—	—	—
Izobuten	45,055	—	—	—
1-Penten	45,031	—	—	—
2-Metil-1-penten	44,799	—	—	—
1-Heksen	44,426	—	—	—
Diolefini
1,3-Butadien	44,613	—	—	—
Isopren	44,078	-	—	—
Dušični derivati
Nitrometan	10,513	—	—	—
Nitropropan	20,693	—	—	—
Acetileni
Acetilen	48,241	—	—	—
Metilacetilen	46,194	—	—	—
1-Butin	45,590	—	—	—
1-Pentin	45,217	—	—	—
Aromatici
Benzen	40,170	—	—	—
Toluen	40,589	—	—	—
o-Ksilen	40,961	—	—	—
m-Ksilen	40,961	—	—	—
p-Ksilen	40,798	—	—	—
Etilbenzen	40,938	—	—	—
1,2,4-Trimetilbenzen	40,984	—	—	—
Propilbenzen	41,193	—	—	—
Kumen	41,217	—	—	—
Alkoholi
Metanol	19,930	15,78	—	—
Etanol	28,865	22,77	—	—
n-Propanol	30,680	24,65	—	—
Izopropanol	30,447	23,93	—	—
n-Butanol	33,075	26,79	—	—
Izobutanol	32,959	26,43	—	—
Tert-butanol	32,587	25,45	—	—
n-Pentanol	34,727	28,28	—	—
Eteri
Metoksimetan	28,703	—	—	—
Etoksietan	33,867	—	—	—
Propoksipropan	36,355	—	—	—
Butoksibutan	37,798	—	—	—
Aldehidi i ketoni
Metanal	17,259	—	—	—
Etanal	24,156	—	—	—
Propionaldehid	28,889	—	—	—
Butiraldehid	31,610	—	—	—
Aceton	28,548	22,62	—	—
Ostale vrste
Ugljik (grafit)	32,808	—	—	—
Vodik	120,971	—	—	—
Ugljikov monoksid	10,112	—	—	283,23712
Amonijak	18,646	—	—	—
Sumpor (kruti)	9,163	—	—	—

Treba primijetiti da nema razlike između donje i gornje ogrjevne vrijednosti za izgaranje ugljika, ugljikovog monoksida i sumpora, jer te tvari nemaju vode u sebi prilikom gorenja.

Gornja ogrjevna vrijednost za zemne plinove iz različitih nalazišta

Podaci za gornje ogrjevne vrijednosti (H_g) su dobivene od Međunarodne energetske agencije:^[4]

• Alžir: 42 000 kJ/m³
• Bangladeš: 36 000 kJ/m³
• Kanada: 38 200 kJ/m³
• Indonezija: 40 600 kJ/m³
• Nizozemska: 33 320 kJ/m³
• Norveška: 39 877 kJ/m³
• Rusija: 38 231 kJ/m³
• Saudijska Arabija: 38 000 kJ/m³
• Velika Britanija: 39 710 kJ/m³
• Sjedinjene Američke Države: 38 416 kJ/m³
• Uzbekistan: 37 889 kJ/m³

Donja ogrjevna vrijednost H_d je otprilike 90% vrijednosti iz popisa.

Izvori

1. "Air Quality Engineering" W. Nazaroff, R. Harley, University of California Berkeley, 2007.
2. [1]
3. NIST Chemistry WebBook
4. [2]  Arhivirana inačica izvorne stranice od 7. ožujka 2009. (Wayback Machine) "Key World Energy Statistics", 2005.