Какой газ используется в автомобилях в качестве топлива? - VITC33.RU

Какой газ используется в автомобилях в качестве топлива?

Какой газ лучше заправлять в авто, метан или пропан

Общая информация

Историческая справка

Начиная с середины XX века, все большее распространение в двигательных системах тяжелого и легкового транспорта начинают получать установки, работающие на углеводородных газах. К концу столетия и в начале XXI века такие установки становятся почти повсеместными и начинают активно внедряться на производстве крупными заводами не только для автобусов и грузовых автомобилей, но также и собственных линеек легковых авто, особенно внедорожников и минивенов, а также различных малогабаритных гибридных моделей.

Причина использования природного газа достаточно проста – он более экологичен и более дешев в использовании в сравнении с бензином. Изначально основанием для использования газовых установок была именно защита экологии, с увеличением стоимости нефти и сообразного роста цен на бензин, более остро встал и финансовый фактор использования газовых ГБО.

Выбор газа как такового понятен, но возникает вопрос, что лучше – пропан или метан. Дать однозначный ответ – погрешить против истины, но для осознанного решения необходимо знать полезные характеристики обоих «претендентов».

Пропан

Пропан относится к классу алканов и является органическим веществом, которое выделяется при крекинге (процессе переработки) нефтепродуктов, также он может выделяться из природного газа. Для целей создания топливной смеси пропан смешивается с этаном и бутаном, в сжиженном состоянии он помещается в баллоны под давлением в 10-15 атмосфер. Пропан – углеводородный газ, он тяжелее воздуха и взрывоопасен при содержании в окружающей среде в количестве 2,1 и выше процентов.

Пропан представляет собой, в промышленном отношении продукт разделения нефтяного или «жирного» природного газа – то есть обладает достаточно высоким содержанием примесей, масел, сопутствующих веществ, нуждается в качественной очистке и фильтрации. Кроме того, согласно известным исследованиям при достаточной концентрации пропан может оказывать наркотическое воздействие на человеческий организм. Увидеть пропан в быту можно в обычной газовой зажигалке.

Метан

Метан относится к категории простейших углеводородов, он существенно легче воздуха и почти не растворяется в воде. Метан находится в обширных подземных месторождениях, где добывается фактически в чистом виде, а затем проходит процедуру фильтрации, дополнения одорантами для запаха. Для использования в качестве топлива метан сжимается до 200-250 атмосфер, содержится в баллоне повышенной прочности и обычно достаточно высокого веса. Взрывоопасность метана наступает при концентрации выше 4,4 процентов в воздухе, при этом он легко уносится воздушными потоками и может накапливаться только в замкнутых помещениях.

Основное удобство метана – его невысокая цена. Кроме того метан является самым чистым газом из всех, доступных для использования в топливных целях, он почти не содержит примесей и нуждается лишь в самой примитивной очистке. При этом для метана, с учетом специфики его использования, требуется достаточно дорогая установка. Данный газ, как и пропан, обладает наркотическим влиянием на человеческий организм, но незначительным, ввиду разреженного нахождения в воздухе. Увидеть метан в быту можно при использовании любой бытовой газовой плиты.

Сравнение метана и пропана

Общие преимущества газов в топливе

Оба газа имеют общие преимущества относительно бензина, что позволяет год от года расширять их применение в двигательных установках.

  • Более низкая цена относительно бензина;
  • Экологическая безопасность, меньшее влияние на здоровье человека;
  • Увеличение срока езды без заправки за счет большего объема топлива, которое можно запасти;
  • В комплексе замедление износа деталей автомобиля, особенно при использовании изначально приспособленного двигателя.

Общие недостатки газов в топливе

Существует также несколько оснований, по которым бензин все еще сохраняет лидирующее положение как автомобильное топливо.

  • Меньшая доступность газов для потребителя (количество заправок, а также центров обслуживания автомобилей с газовыми установками);
  • Падение мощности автомобиля при использовании газового топлива;
  • Повышенный износ некоторых особо чувствительных участков двигателя (например, клапанов) с учетом специфики «сухого горения» газового топлива.

Основные различия метана и пропана

Метан и пропан существенно отличаются друг от друга как по специфике хранения, так и по специфике использования в качестве топлива, каждый имеет свои преимущества и недостатки.

  • По ГБО – дополнение двигателя автомобиля пропановой установкой существенно (до 70%) дешевле, чем установка метанового ГБО;
  • По стоимости – в перспективе, после того, как окупится установка ГБО, метан дает высокую экономию средств на топливо относительно пропана;
  • Снижение мощности – пропан, относительно бензина, дает незначительное снижение мощности до 3-5% двигателя, и то при развитии скорости выше 140 километров в час. Метан «ослабляет машину» до 20%. Но стоит учитывать, что данное обстоятельство было почти нивелировано в современных специализированных установках;
  • Экологическая чистота – пропан имеет примеси и не считается полностью безопасным для человека и экологии. Метан – самое чистое топливо на планете, по своей безопасности превосходящий электрические двигатели и солнечные батареи, находящийся на одном уровне со спиртовыми установками;
  • Вес баллонов и объем топлива – пропан, сжимаемый под невысоким давлением вместе со своим резервуаром, весит в несколько раз легче, чем баллон сжатого метана. При этом пропана можно запасти на путь втрое более долгий, чем метана;
  • Взрывоопасность – метан вдвое менее взрывоопасен, чем пропан, а с учетом рассеивания считается максимально безопасным относительно почти всех других видов топлива. Стоит также отметить, что баллоны метана при аварии повреждаются и деформируются существенно меньше, чем баллоны пропана. Таким образом, доставка пропана становится в перспективе более опасной;
  • Доступность заправок – метановые заправки являются редкостью, их приходится специально искать, заправки с пропаном почти также часты, как бензиновые. При этом оборудование для сжимания, очистки и заправки метана существенно менее сложное, чем пропановое.

Таблица преимуществ и недостатков пропана и метана

Заправка газом может быть удобней, экономичней и функциональней, чем использование бензина, а окончательно определиться в выборе удобного газа можно при помощи следующей таблицы.

Фактор Пропан Метан
Стоимость ГБО Низкая Высокая
Относительно дешевле бензина 1,8-2 раза В 3 раза дешевле
Расход относительно бензина (на 10 литров) 11-11,5 литров 8-8,5 кубов
Вес среднего баллона 20-30 кг 60-125 кг
Запас топлива на средний комплект (километров хода) 600-1000 км 250-350 км
Взрывоопасная концентрация в воздухе 2,1% 4,4%
Вредное влияние на детали двигателя высокое низкое
Сжатие в баллоне 10-15 атмосфер 200-250 атмосфер
Экологическая безопасность Высокая Полная
Падение мощности двигателя относительно бензина 5% 20-30%
Октановое число 100 110
Доступность заправок Почти равно бензиновым По 1-2 на крупный город

Вывод

Конечный выбор остается за автомобилистом – метан безопасней и дешевле, но дороже по установке и эксплуатации, пропан более распространен, дешевле по установке, баллоны меньше весят, но он взрывоопасен и более вреден. В любом случае – газовая заправка на АГЗС остается удобной и перспективной альтернативой заправки бензином, при этом она более функциональна, чем езда на электричестве или спирте.

Устройство автомобилей

Система питания двигателя от газобаллонной установки

Виды и характеристики газообразных топлив

Газобаллонные автомобили наиболее широко используют в качестве топлива сжатые природные газы, а также сжиженные нефтяные и природные газы, Кроме того, в качестве газового топлива для газобаллонных автомобилей могут использоваться канализационные газы.

Сжиженные газы

Сжиженные газы получаются при добыче и переработке нефти и превращаются в жидкость в интервале температур от –20 до +20 °С при давлениях 1,0…2,0 МПа.
Обычно используют пропанобутановые смеси с содержанием пропана 70…95% (для зимнего периода большее содержание).
Октановое число нефтяного газа зависит от состава смеси и составляет приблизительно 100…105 единиц.

Газ тяжелее воздуха в 1,5…2 раза, а температуры воспламенения газа и бензина близки. В состав сжиженных или жидких газов, применяемых для автомобильных двигателей, входят бутан и пропан с добавлением бутилена, пропилена, этана и этилена.

Величина давления сжиженного газа имеет важное практическое значение.
С одной стороны, давление в баллоне желательно иметь более низким, так как при этом можно применять более тонкостенные, а, следовательно, и более легкие баллоны.
С другой стороны, давление сжиженного газа в баллоне при любой температуре должно быть достаточным для обеспечения подачи топлива к двигателю и работы газовой аппаратуры.

Пропан (а также пропилен) обеспечивает удовлетворительную величину давления в баллоне при любых климатических условиях.

Бутан в чистом виде пригоден лишь для районов с жарким климатом, так как при температуре воздуха ниже 0 °С он уже не обеспечивает избыточного давления в баллоне.

Этан применяется в сжиженных газах в виде незначительных примесей для повышения давления.

Основными производителями сжиженных газов являются:

  • газолиновые заводы, вырабатывающие бензин из нефтяных газов, выход сжиженного газа составляет до 50 % от производства бензина;
  • крекинговые заводы, на которых сжиженные газы получают в качестве побочного продукта в количестве до 3 % по весу от исходного сырья;
  • заводы, вырабатывающие бензин из каменного угля, выход сжиженного газа доходит до 10…12 % от веса основной продукции.

Основные требования, предъявляемые к сжиженным газам:

  • соответствие их состава климатическим условиям;
  • строго ограниченное содержание загрязняющих и вредных примесей.

При самых низких температурах воздуха давление в баллоне со сжиженным газом не должно быть ниже 0,2 МПа, при самых высоких — не более 1,6 МПа.
Предельное содержание сернистых соединений составляет 0,15 %.
Газ не должен содержать воды, механических примесей, водорастворимых кислот, щелочей и смолистых веществ.

Сжатые газы

Сжатые газы разделяются на природные (естественные), нефтяные и канализационные.

Природные (естественные) газы добывают из буровых газовых скважин.
Природные газы однородны по составу, в большинстве случаев не содержат загрязняющих и вредных примесей, обладают высокими антидетонационными свойствами и дешевы.

Нефтяные газы получают в качестве побочного продукта при добыче нефти, переработке нефти на нефтеперегонных и крекинговых заводах, а также при производстве бензина из нефтяного газа на газолиновых заводах.
Нефтяные газы менее однородны по составу и более загрязнены примесями, чем природные газы. Их теплопроводность выше теплотворности природных газов, так как они содержат больше тяжелых газов.

Канализационные газы выделяются при переработке сточных вод канализации на специальных станциях, имеющихся в крупных городах. Эти газы состоят главным образом из метана и углекислотного газа.
Выход канализационного газа со станции переработки сточных вод, обслуживающей население в 100 000 человек, достигает 2500 м 3 в сутки, что равноценно примерно 2000 л бензина.

Читайте также  Какие трубы лучше для воды в частном доме?

Сравнение различных видов сжатого газа

Газы с большим содержанием метана и незначительным содержанием тяжелых углеводородов являются наилучшим видом топлива для автомобилей.
Наоборот, газы, в составе которых преобладают водород и окись углерода, имеют низкую теплотворность и поэтому наименее пригодны для использования в качестве автомобильного топлива.

Сравнение сжиженных и сжатых газов

Как высококалорийные сжатые газы, так и сжиженные пропанобутановые газы являются высококачественным топливом для автомобильных двигателей.
Однако сжиженные газы обладают существенными преимуществами перед сжатыми газами:

  • значительно более низкое рабочее давление (до 1,6 МПа против 20 МПа), что позволяет применять более легкие и дешевые баллоны и газопроводы;
  • возможность перевозки в железнодорожных и автомобильных цистернах на любые расстояния; перевозка сжатых газов практически не осуществляется;
  • более дешевые и простые газозаправочные устройства, не требующие сложного оборудования; заправка баллонов сжатым газом возможна лишь на газонаполнительных станциях, снабженных компрессорами высокого давления;
  • увеличенная дальность поездок и большая полезная грузоподъемность газобаллонных автомобилей, работающих на сжиженных газах.

Сжатые газы, в свою очередь, имеют преимущества перед сжиженными:

  • это дешевый, часто малоиспользуемый вид местного топлива; сжиженные газы, наоборот, являются более дорогим продуктом, применяемым при производстве ряда ценных химических веществ, высокосортных бензинов, в бытовых целях;
  • источники природных и промышленных газов расположены в самых различных районах страны, что позволяет значительно сократить доставку топлива в эти регионы; станции заправки сжатыми газами менее распространены.

Для автомобильного транспорта целесообразно использование как сжиженных, так и сжатых газов, в зависимости от наличия местных источников газа и от возможности организации газоснабжения.

Преимущества газового топлива по сравнению с бензином

К числу преимуществ горючих газов перед бензином следует отнести:

  • существенная экономия на топливе (один литр газа стоит в два раза дешевле бензина);
  • экологичность (содержание вредных веществ в отработавших газах меньше в несколько раз);
  • высокие антидетонационные свойства газа позволяют повысить значительно степень сжатия в цилиндрах, что благотворно влияет на мощность и экономичность двигателя;
  • газ не содержит вредных примесей (свинец, сера), которые на химическом уровне разрушают детали камеры сгорания, каталитический нейтрализатор и лямбда зонд;
  • газ легко смешивается с воздухом и равномерней наполняет цилиндры однородной смесью, поэтому двигатель работает ровнее и тише;
  • газовая смесь сгорает почти полностью, поэтому не образуется нагар на поршнях, клапанах, свечах зажигания и стенках камер сгорания;
  • газ поступает в двигатель в паровой фазе, поэтому он не смывает масляную пленку со стенок цилиндров и не разбавляет масло в картере, следовательно, уменьшается износ поршней и цилиндров и увеличивается срок службы масла и его расход;
  • газ сгорает немного медленнее, чем бензин, что снижает нагрузки на поршневую группу и коленчатый вал, двигатель работает «мягче», но снижается мощность двигателя на 2…5% в зависимости от степени сжатия.

В сумме все эти факторы дают двойную экономию средств на топливе, продлевают срок службы двигателя на 30…40% , масла и свечей — в два раза и, как следствие, значительно снижают не только эксплуатационные, но и ремонтные затраты.
К тому же газ не более опасен, чем бензин, и практически безвреден для окружающей среды.

Недостатки горючих газов, как автомобильного топлива

В качестве топлива для автомобильных двигателей горючие газы имеют следующие недостатки:

  • усложнение и удорожание системы топливоподачи, так как газовые баллоны с их арматурой, газопроводы и газовая аппаратура сложнее по конструкции, дороже и тяжелее, чем бензобак, бензопроводы и бензонасос;
  • затрудненность запуска двигателя при низких температурах;
  • снижение мощности при переводе бензинового двигателя на газ без всяких переделок. Это обусловлено более низкой теплотворностью газовоздушной смеси по сравнению с бензиновоздушной смесью и ухудшением наполнения цилиндров двигателя вследствие более высокой температуры горючей смеси во впускном трубопроводе.

Температура горючей смеси при работе на газе на 15..20 °С выше, чем при работе на бензине, так как на испарение бензина в карбюраторе и впускном трубопроводе затрачивается некоторое количество теплоты.
При одинаковом составе горючей смеси теплотворность газовоздушной смеси для всех видов газов, за исключением окиси углерода, ниже теплотворности бензиновоздушной смеси: для природного газа на 9%, для коксового газа на 10%, для сжиженных газов на 2…3%.

Подогрев впускного трубопровода, необходимый при работе на бензине, вреден при работе на всех видах газов, так как вызывает снижение мощности на 4…6%.

Общее снижение мощности двигателя при переводе его с бензина на газ без переделок составляет: для сжиженных газов 5…9%, для сжатых газов 13…21%.
Снижение мощности двигателей, а также их топливной экономичности при работе на газе может быть полностью устранено, если повысить степень сжатия, отделить впускной трубопровод от выпускного, установить специальный газовый смеситель. Введение этих изменений позволяет не только сохранить мощность и экономичность двигателя при его работе на газе, но и значительно повысить их.

Виды газомоторного топлива, их преимущества и недостатки

Одна из многочисленных причин медлительности в газификации транспорта в том, что номенклатура газомоторного топлива довольно-таки обширна:

  • сжиженный нефтяной газ (СНГ);
  • компримированный (сжатый) природный газ (КПГ);
  • сжиженный природный газ (СПГ).

Главные преимущества газомоторного топлива в его цене, цене и еще раз цене. Пока эти преимущества перевешивают многочисленные и разносторонние недостатки.

Сжиженный нефтяной газ (СНГ)

Этот газ представляет собой смесь пропана С3Н8 и бутана С4Н10, извлекаемую их попутных нефтяных газов, из конденсатных фракций природного газа, из газов процессов стабилизации нефти и конденсата, из нефтезаводских газов, получаемых с установок переработки нефти. Помимо пропана и бутана нефтяной газ содержит по массе порядка 6% других углеводородов – этана, этилена, пропилена, бутилена и их изомеров, то есть состав СНГ неоднороден и непостоянен. Для контроля утечек в состав СНГ вводят зловонные вещества – меркаптаны. Меркаптаны легко идентифицировать носом, когда на улице мимо вас проезжает газобаллонная «ГАЗель».

Главное преимущество пропана и бутана в высокой критической температуре. Критической называют температуру, при которой плотность жидкости и ее насыщенного пара становятся равными и граница раздела между ними исчезает.

У пропана критическая температура 96,8 °C, у бутана 152,0 °C, что позволяет легко сжижать эти газы и хранить в жидком состоянии при относительно невысоком давлении до 1,6 МПа. Это также означает, что сосуд для хранения СНГ будет сравнительно легким, а храниться в сжиженном состоянии газ может сколь угодно долго при условии полной герметизации сосуда. Вместе с тем баллон для СНГ – это сосуд под давлением, и ему невозможно придать любую форму, как, например, бензобаку. Это обстоятельство порождает проблемы с размещением газового баллона на машине.

Для заправки автотранспорта используют две марки СНГ: летнюю и зимнюю. Летняя марка, или пропан-бутан автомобильный (ПБА), содержит 50±10% пропана по массе. Зимняя, или пропан автомобильный (ПА), содержит 85±10% пропана по массе. Таким образом, регулируя содержание легкого пропана, обеспечивают круглогодичную эксплуатацию газобаллонных автомобилей.

Применение СНГ огра­ничено бензиновыми двигателями, то есть двигателями с низкой степенью сжатия и исковым зажиганием. Это легковые автомобили, мало- и среднетоннажные грузовики и энергетические установки. Расход СНГ на 10–15% выше, чем бензина, из-за меньшей объемной теплотворности: 1 л бензина будет эквивалентен 1,1–1,15 м 3 СНГ, а в реальных условиях из-за падения мощности двигателя – 1,15–1,3 м 3 СНГ. При низкой температуре двигатель пускают на бензине, после прогрева водитель может переключиться на газ прямо из кабины. Переходить с одного вида топлива на другой можно на ходу.

Пропан-бутан тяжелее воздуха в 1,5–2 раза и при утечке скапливается у земли, создавая взрывоопасную и вредную для здоровья атмосферу. Поэтому газобаллонные автомобили хранят на открытых стоянках, а ремонтные зоны оснащают хорошей вентиляцией. Длительное вдыхание пропан-бутана не только малоприятно по причине меркаптанов, но и ведет к плохому самочувствию, вплоть до отравления.

Октановое число СНГ около 105, и, как утверждают, ни в одном режиме работы двигателя не возникает детонация. Это утверждение не должно служить поводом для самоуспокоения, при определенной пытливости ума детонации можно добиться.

С учетом затрат на оборудование газовой аппаратурой, ее массы и меньшего запаса хода на одной заправке перевод автомобиля на СНГ остается выгодным благодаря цене. Локомотивом продвижения СНГ в массы были и остаются легковые автомобили и малотоннажные грузовички. Сжиженные нефтяные газы вырабатывают те же компании как побочный продукт производства жидкого топлива, что сказывается на количестве газовых заправок – компании заинтересованы в сбыте собственного продукта.

Что касается дизельных двигателей, то здесь пропан-бутан не имеет перспектив из-за нестабильности горения при высокой степени сжатия. Это основная причина, почему СНГ не прижились на дизелях. Но потенциал СНГ полностью еще не раскрыт.

Общая справка о метане

Под природными газами понимается метан СН4 – простейший углеводород без цвета и запаха. Метан – третий по распространенности газ во вселенной после водорода и гелия. О происхождении залежей природного газа в земной коре нет окончательного мнения, как и о происхождении нефти.

Природный газ содержит от 70 до 98% метана, остальное приходится на более тяжелые углеводороды: этан, пропан и бутан, а также неуглеводороды: воду, сероводород, углекислый газ, азот, гелий и другие инертные газы. Перед подачей в газотранспортную систему (ГТС) природный газ необходимо очистить и осушить, избавившись от воды, сероводорода, отделить тяжелые углеводороды и другие примеси. В магистрали пары воды могут конденсироваться или образовывать с газом кристаллические соединения – гидраты – и скапливаться на изгибах трубопровода, затрудняя продвижение газа. Сероводород вызывает сильную коррозию газового оборудования. В зависимости от состава природного газа применяют различные технологии осушки и разделения газов. Таким образом, остается чистый метан с незначительными примесями. Через ГТС метан поступает потребителям. Если ваше жилище подключено к газораспределительной системе, то на кухне в конфорке у вас горит именно метан. Этим же метаном после сжатия или сжижения заправляют газобаллонную технику.

Метан – газ без запаха, характерный аромат («При запахе газа звонить 09») ему придают меркаптаны, которые впрыскивают в газ перед закачкой в ГТС (16 г на 1000 м 3 ). Этот метод придумали для обнаружения утечек из ГТС, протяженность которой насчитывает тысячи километров. При утечке меркаптановая отдушка привлекает ворон, скопища которых легко обнаружить во время облета трубопровода на вертолете.

Читайте также  Какой фирмы лучше выбрать варочную панель?

Метан в 1,6 раза легче воздуха и при утечке моментально улетучивается. Метан взрывоопасен при концентрации в воздухе от 4,4 до 17%. Самая взрывоопасная концентрация – 9,5%. Определить наличие в воздухе метана легко по меркаптановым ароматам. В местах природного образования метана, где невозможно его определить по запаху, например в шахтах, используют газоанализаторы. Первыми шахтными газоанализаторами были канарейки. Газобаллонную технику хранят на открытых стоянках, а закрытые ремонтные зоны оснащают принудительной вытяжной вентиляцией. На магистральном газе без какой-либо подготовки работают энергетические установки различной мощности, подключенные непосредственно к трубе.

Компримированные природные газы (КПГ)

Критическая температура метана составляет –82,3 °С, и его сжижение весьма затратно, поэтому метан как газомоторное топливо используется в основном в компримированном (сжатом) виде, при этом газ сокращается в объеме в 200–250 раз. К автомобильной газонаполнительной компрессорной станции (АГНКС) подводят газопровод и компримируют газ на месте. Сжимают, точнее, дожимают магистральный газ компрессором до 20 МПа и осушивают. На станции КПГ хранят в небольшом сосуде высокого давления, из которого газ закачивают в баллоны автомобиля. Что касается перевозки готовых КПГ, то для этого служат специальные газовозы, представляющие собой батарею баллонов, небольших по объ-ему в сравнении с цистерной для сжиженных газов, то есть перевозка готовых КПГ – занятие дорогое и специфичное. Подвод магистрального газа к заправочной станции необходим, что несколько затрудняет расширение сети газовых заправок. Сегодня в 58 регионах РФ действует 246 автомобильных газонаполнительных компрессорных станций (АГНКС), заправляющих транспорт КПГ. Безусловным лидером национального газомоторного рынка является «Газпром» – в его собственности находится 210 АГНКС. Более 10 лет «Газпром» занимается популяризацией в России газомоторного топлива – АГНКС есть в 70% регионов, а не во всех, 246 АГНКС – это 1% на фоне всех АЗС на территории РФ, а безусловный лидер вводил в эксплуатацию по 2,1 АГНКС в год.

Высокое давление КПГ требует очень прочных, толстостенных, тяжелых баллонов. Но это еще не всё. На КПГ можно проехать в 3,5 раза меньшее расстояние, чем на СНГ при равных объемах газовых баллонов. Либо обвешиваться баллонами, либо часто заправляться – в этом основной недостаток КПГ, определяющий сферу его применения: вблизи заправки, а также типы двигателей, на них работающих.

Ввиду того, что нужно значительное пространство дляразмещения баллонов для КПГ, этот вид топлива представляет интерес для средне- и крупнотоннажных автомобилей и тракторной техники. Наибольший интерес сегодня представляют двухтопливные двигатели – газодизели, работающие на дизельном топливе и КПГ, именно из-за скудной инфраструктуры КПГ, чтобы было на чем доехать до заправки. Под второй вид топлива дизельный двигатель переделывается сравнительно просто и быстро, впрыск дизельного топлива в камеру сгорания служит для воспламенения горючей смеси. Производители газовой аппаратуры достигли соотношения расхода дизельного топлива и метана 20:80 на магистральных тягачах с топливной системой Common Rail и 30:70 на тракторной технике с ТНВД. Перевод машины на КПГ в 3–4 раза дороже, чем аналогичная операция с СНГ, тем не менее затраты окупаются примерно в течение года благодаря разнице в цене на газ и дизельное топливо.

Машиностроение предлагает и однотопливные двигатели на КПГ с пониженной степенью сжатия и искровым зажиганием. Надо понимать, что такие машины буквально цепью прикованы к заправке.

КПГ – отличное топливо для дизельного двигателя. Метан не образует отложений в топливной системе, не смывает масляную пленку со стенок цилиндров, тем самым снижая трение и уменьшая износ двигателя. Метан сгорает полностью, не образуя твердых частиц и золы, вызывающих повышенный износ цилиндро-поршневой группы. Таким образом, использование природного газа в качестве моторного топлива позволяет увеличить срок службы двигателя в 1,5–2 раза. Метан экологичен: он дает очень чистый выхлоп. А главное, КПГ стоит втрое дешевле бензина и дизельного топлива, хотя на самом деле должен стоить еще меньше.

Сжиженный природный газ (СПГ)

При сжижении метан уменьшается в объеме в 600 раз – в этом главное преимущество сжижения, что определяет сферу его применения: автобусы, магистральные тягачи, карьерные самосвалы, то есть там, где топливные емкости должны занимать место по минимуму, а вмещать по максимуму. Один и тот же объем вмещает СПГ в три раза больше, чем КПГ.

Сжижение проходит при температуре –161,5 °С. Процесс энергозатратный и требует криогенного оборудования. Сжиженный метан хранится при температуре внутри термоизолированного сосуда от –160 до –196 °С. Необходима очень качественная термоизоляция. И точно так же, как с КПГ, пере­оборудуют дизельные двигатели в двутопливные. Автомобильное оборудование для СПГ отличается баллоном-термосом и испарителем, остальные узлы такие же.

Сжиженный метан распространен еще менее, чем сжатый. Некоторые автобусные парки строили у себя газовые заправки. Эти опыты до сих пор носят более экспериментальный характер.

Заключение

Когда возникают дискуссии о газомоторном топливе и его медленном распространении, всегда поднимается вопрос о том, что первично: парк газобаллонных автомобилей или сеть газовых заправок. Абсолютно понятно, что первична заправочная сеть. Отсюда вытекает извечный вопрос: кто виноват? Собственники заправочных сетей. Собственникам не интересно то, что интересно стране, ибо не видят они в том прибыли. Собственники и далее будут продолжать саботаж газификации транспорта.

Что делать? Единственным действенным средством борьбы с естественными монополиями и стимулирования экономики в целом остается национализация в первую очередь ПАО «Газпром», всех его дочерних предприятий и всех газораспределительных сетей. Негоже предприятиям, решающим экономические и социальные задачи в масштабах Российской Федерации, субъектов и частей субъектов Федерации, служить для удовлетворения амбиций узкого круга физических лиц. Регулирование тарифов на данном направлении не более чем паллиатив.

Какой газ используют для заправки автомобилей с ГБО

Не все водители, особенно те, которые управляют авто без ГБО, знают, каким газом заправляют автомобили. Несмотря на объединяющий термин «газ», виды топлива для газобаллонных установок автомобилей могут быть разными, существенно различаться по ряду физических свойств, требовать разных условий хранения.

Плюсы и минусы газового топлива

Двигатель внутреннего сгорания, работающий на газе, придумал француз Этьен Ленуар еще в 1860 году. Правда, то газомоторное топливо имело очень отдаленное отношение к тому, каким газом заправляют автомобили сегодня.

Впоследствии для заправки двигателей стали использовать бензин и дизтопливо. В 1940 году в СССР начали производить газогенераторные автомобили и параллельно строить сети газозаправочных станций.

По ряду причин инициатива застопорилась и сошла на нет. Очередной всплеск интереса к альтернативному топливу пришелся на времена, когда газовое топливо для автомобилей стало в несколько раз дешевле бензина.

Для двигателей внутреннего сгорания требуется топливо с определенными параметрами, гарантирующими работу силового агрегата. Главные критерии выбора газового топлива:

Некоторые производители добавляют в моторное газовое топливо специальные присадки, которые способствуют снижению токсичности выхлопного газа и более полному сгоранию газовой смеси в цилиндрах двигателя. Присадки защищают системы впуска и питания, клапаны и другие элементы силового агрегата от пригорания, коррозии и преждевременного износа.

Обсуждая плюсы и минусы газа на авто, стоит упомянуть, что, помимо экономической выгоды, газ, к сожалению, не лишен недостатков. Главный из них – несоответствие стандарту качества, предъявляемому к газовому топливу автомобильного назначения. В погоне за выгодой недобросовестные продавцы реализуют газ, в котором содержание посторонних примесей повышено или пропано-бутановое соотношение нарушается.

Типичной проблемой владельцев автомобилей с ГБО является то, что водителю сложно проверить точное количество заправленного газа. Он вынужден верить показаниям счетчика газовой колонки.

Также неприятностью грозит чрезмерная заправка баллона. Согласно правилам техники безопасности в газовом баллоне должно быть не менее 15 % свободного объема. Контролировать это должен специальный клапан-отсекатель. Но в случаях, когда он не срабатывает, в баллон закачивается большее, чем требуется по технике безопасности, количество газа.

Природный и пиролизный газ как топливо для машин

Большинство автомобилей, как серийного выпуска, так и переоборудованных, являются двухтопливными, то есть могут использовать и жидкие, и газообразные источники энергии. Машины на природном газе могут использовать в качестве топлива компримированный (сжатый) и сжиженный природный газ. В качестве газового моторного топлива в автомобили заправляют пропан-бутановую газовую смесь или метан. Метан может использоваться как компримированный природный газ для автомобилей. Он сжат под давлением около 200 атмосфер. Пропан-бутановая смесь используется в качестве сжиженного газа.

В отличие от бензина и дизельного топлива, природный газ воздействует на детали мотора более бережно, увеличивая его капитальный ресурс. Выхлоп двигателя, работающего на природном газе, содержит меньше соединений свинца, серы и диоксида углерода.

Пиролизный газ

Пиролизный газ – это еще один вид горючего газа, получаемого, когда твердое топливо преобразуется в летучие соединения и твердый или жидкий остаток (процесс пиролиза). Пиролизный газ, смешиваясь с кислородом, обеспечивает мощный и длительный процесс горения. В нем содержится большое число компонентов, в частности этилен, водород, этан, метан, пропилен и др. Состав пиролизного газа зависит от качества сырья, температуры, при которой проходит реакция пиролиза, и времени.

Машина на пиролизном газе движется за счет того, что двигатель внутреннего сгорания работает на топливной газово-воздушной смеси, поступающей из газогенераторной установки. В качестве источника энергии такая установка может использовать древесину и отходы древесного производства, а также торф и уголь. Газогенераторные системы имеют ряд существенных недостатков: маленькую мощность и чрезвычайно быстрый износ металлических деталей. Для заправки автомобилей такой газ практически не используется, хотя опытные образцы такого оборудования есть.

Какой газ используют для заправки автомобилей

Говоря о том, на каком газе ездят автомобили, подразумевают, как правило, два основных типа: пропан-бутановая смесь и природный газ – метан. Эти газы значительно различаются по составу.

Природный газ – это практически чистый (95–98%) метан. В природе он содержится в пластах подземных месторождений и содержит крайне мало посторонних примесей. Метан легче атмосферного воздуха, может накапливаться в закрытых помещениях и взрывоопасен при концентрации в 4,4 %. Чтобы использовать его в качестве топлива, требуется сжатие силой до 200 атмосфер.

Независимо от того, каким газом заправляют машины, бесспорным преимуществом использования газа перед другими видами автомобильного топлива является доступная цена. Кроме того, газ расходуется силовым агрегатом более экономно, а его экологическая безопасность выше. При экономном расходе дозаправляться потребуется реже.

Читайте также  Какой кабель нужен для интернета в квартире?

Пропан-бутановая смесь состоит, как видно из названия, из пропана и бутана в определенном соотношении. Пропан – это органическое вещество, побочный продукт нефтепереработки. Чтобы получить топливную смесь с заданными свойствами, пропан смешивают с бутаном и под давлением 10–12 атмосфер помещают в металлические герметичные баллоны.

Пропан тяжелее воздуха, поэтому становится взрывоопасным, если его локальное содержание в атмосфере превышает 2,1 %. Кроме того, пропан-бутановая смесь отличается большим содержанием примесей и требует фильтрации и очистки.

Независимо от того, какой газ используется в автомобилях в качестве топлива, оба состава горючи и сохраняют агрегатное состояние в среднетемпературном диапазоне. Но при понижении температуры эти газовые топливные смеси ведут себя по-разному.

Сжатый и сжиженный газ

Смесь пропана и бутана широко применяется в народном хозяйстве. Это универсальное топливо. Газ, сжиженный для заправки автомобилей, ничем не отличается от того, которым заправляют бытовые баллоны с газом и зажигалки.

Изначальная пропорция бутана и пропана в исходном нефтяном газе может не годиться, чтобы использовать его в качестве топливной смеси. Чтобы использовать сжиженный нефтяной газ как эффективное автомобильное топливо, к бутану добавляют определенное количество пропана, который отличается высокой холодостойкостью.

Сам по себе бутан в чистом виде чрезвычайно калориен, но он трансформируется в жидкое состояние при понижении температуры всего до минус 0,5⁰ C, а вот пропан – при минус 49,09º С. Поэтому эти два газа смешивают, ведь моторное топливо должно сохранять стабильное состояние при низких температурах.

В зависимости от времени года сжиженный газ бывает «летней» или «зимней» концентрации. В первой больше бутана, а во второй – пропана.

Термин «сжиженный газ» означает способность пропан-бутановой смеси переходить в жидкое состояние при понижении давления. В жидкой форме пропан обладает очень высокой плотностью, что позволяет поместить большое количество моторного газа в относительно небольшой емкости.

Давление в пропановом баллоне остается постоянным в процессе расходования газа, но зависит от температуры. Чем теплее на улице, тем выше давление в баллоне. При температуре +20 о С в баллоне создается давление в 3 атмосферы, а на жаре 45–50 о С давление внутри баллона может достигать 15 атмосфер.

При достижении предельных температур баллон начинает сбрасывать излишек топливной газовой смеси через предохранительный клапан.

В отличие от пропана, метан в 1,6 раза легче, чем атмосферный воздух, у него низкая плотность и низкая точка кипения. Для того чтобы трансформировать метан из газообразного в жидкое состояние, понадобится охладить его до температуры 164⁰ С ниже нуля. То есть, чтобы хранить метан в жидком состоянии, нужна криогенная камера. Поэтому использовать метан как автомобильное топливо более эффективно, если сжать его при давлении около 200 атмосфер. В связи с этим баллон для метана должен быть очень прочным, гораздо прочнее, чем для пропан-бутановой смеси. Собственно, как и все газобаллонное оборудование.

Что выбрать: пропан или метан

Заправляться газовым топливом, с точки зрения экономичности и функциональности, более выгодно, чем бензиновым. Но однозначно ответить на этот вопрос сложно. Каждый из газов имеет свои достоинства и недостатки. К тому же топливные смеси значительно различаются по способу хранения:

  1. Метан более экономичный в процессе эксплуатации ГБО, чем пропан-бутановая смесь.
  2. Установка газового оборудования под пропан дешевле, чем метанового.
  3. И метан, и пропан снижают мощность двигателя по сравнению с бензином. Но снижение это незначительное и наблюдается при высоких скоростях.
  4. Метан по своим характеристикам является наиболее экологичным газовым топливом, которое даже превосходит использование электродвигателей. Пропан экологичностью похвастаться не может.
  5. Пропан можно сжать, используя небольшое давление. Вместе с баллоном пропан весит намного меньше, чем баллон со сжатым метаном.
  6. В баллон одинаковой емкости пропана входит больше, чем метана.
  7. Пропан является более опасным видом топлива. По сравнению с метаном он взрывоопаснее в два раза. Из-за того что пропан-бутановая смесь тяжелее воздуха, она может скапливаться даже на открытых пространствах, тогда как метан рассеивается в атмосфере.
  8. Баллоны пропана при сильных механических нагрузках, например, в результате аварии, деформируются сильнее баллонов с метаном.
  9. Оборудование для заправки метана, его сжатия и очистки значительно более сложное и дорогое, чем пропановое.
  10. Заправиться пропаном проще, чем метаном. Заправок, которые предлагают пропан-бутановое топливо, в несколько раз больше, чем точек, где можно заправить автомобиль метаном.

Практикующий юрист с 10 летним стажем. Специализации: уголовное право, страховое право, административные правонарушения.

Какой газ используется в автомобилях в качестве топлива

Последнее обновление — 22 мая 2020 в 10:30

Основной альтернативой традиционному бензину или дизелю, является газомоторное топливо (ГМТ). Каким газом заправляют автомобили с ГБО, а также в чём отличие между ними вы узнаете из этой статьи.

Виды газового топлива

Условно ГМТ можно разделить по способу производства, агрегатному состоянию при использовании, хранении и транспортировке.

  • CNG (compressed natural gas) – компримированный (сжатый) природный газ (КПГ)
  • LPG (liquefied petroleum gas) – сжиженный нефтяной газ (СНГ)

Менее распространённые варианты:

  • LNG (liquefied natural gas) – сжиженный природный газ (СПГ)
  • CBG (compressed biogas) или LBG (liquefied biogas) – биотопливо.

Природный газ

Природным газом принято считать метан. Добывается он из недр земли через подземные или подводные (морские) скважины. В первоначальном варианте топливо содержит 75-98% метана (CH4), а также множество различных примесей:

  1. механические (грунт)
  2. водяной пар
  3. этан C2H6
  4. пропан C3H8
  5. бутан C4H10
  6. азот N2
  7. этан C2H6
  8. пентан C5H12 и другие (зависит от места рождения).

После добычи, сырье подвергается очистке от загрязнений, воды (осушка). Затем методом сепарации происходит отделение сероводорода и других компонентов.

Так как метан не имеет запаха, почувствовать его утечку не возможно. Для безопасности в газ добавляют специальную жидкость одорант (этантиол, этилмеркаптан C2H5SH) из расчета 16 грамм на 1000 м3.

Чистый метан по магистралям, с помощью компрессорных станций создающих давление в трубе, направляется к автомобильным газонаполнительным компрессорным станциям. На АГНКС голубое топливо компримируют (сжимают) до давления 200-220 атм. Таким образом, получается готовый к использованию CNG газ для автотранспорта (характеристики и требования к КПГ регулируются ГОСТом 27577-2000).

Существует ещё один более выгодный метод транспортировки метана. Очищенный природный газ пропускают через систему эжекторов, где при расширении его температура поэтапно понижается до температуры кипения -163°C, после чего метан переходит в сжиженное состояние. Основным преимуществом такого способа является уменьшение объёма газа в 600 раз.

Перевозку и хранение жидкого топлива осуществляют в специальных криогенных ёмкостях, которые, по сути, являются термосами. Цистерна объёмом 25 кубометров вмещает 10 тонн СПГ/LNG.

Затем у сжиженного природного газа может быть два пути:

  1. обратный перевод в газообразное состояние при помощи испарителей
  2. использование СПГ как топливо

Последний пункт является очень перспективным для автомобильного транспорта преимущественно коммерческого направления, из-за скопления в жидком метане огромного количества тепловой энергии при относительно низком давлении в криоёмкости (от 5-16 атм.).

Основные преимущества сжатого метана, как и СПГ – это их экономические и экологические показатели. К тому же природный газ легче воздуха, в этом смысле он менее опасен при утечке чем, например пропан. Однако газы метана являются токсичными (4 класс опасности).

Главным фактором медленного распространения CNG, является отсутствие достаточного количества автозаправочных станций. В настоящее время на территории России насчитывается, порядка 330 АГНКС не считая передвижных заправщиков (ПАГЗ), которые в основном применяются для нужд предприятий.

Техника и инфраструктура под LNG только начинают появляться, поэтому более широкое применение на авто пока имеет КПГ.

Сжиженный нефтяной газ

Ввиду доступности и пониженных требований к конструкции баллонов, ещё большее распространение в качестве газомоторного топлива получил состав пропана (C3H8) с бутаном (C4H10).

Пропан-бутановую смесь выделяют из добытого газоконденсата, а также при извлечении и глубокой переработке нефти. При нефтеперегонке образуется так называемый попутный нефтяной газ (ПНГ), из него отделяют сжиженный углеводородный. Затем происходит разделение СУГ на составляющие компоненты, один из которых — это сжиженный нефтяной газ. Для разных сфер применения СНГ бывает:

  • СПБА — смесь пропана-бутана автомобильная
  • ПА — пропан автомобильный
  • ПТ – пропан технический
  • ПБТ – пропан-бутан технический.

Пропан тяжелее воздуха, поэтому при утечке может скапливаться в нишах и закрытых помещениях (смотровая яма, гараж). Взрывоопасность паров ПБ в воздухе 2,3-9,5 % при нормальном давлении и температуре 20°C, метана 5-15%. СНГ малотоксичен.

LPG топливо имеет температуру кипения -43 градуса по Цельсию, при её превышении и атмосферном давлении горючее переходит в парообразное состояние. Избыточное давление паров составляет 16 атм (при температуре 45°C). В сжиженном состоянии объём СПБ уменьшается до 250-300 раз, концентрируя большое количество энергии.

Согласно ГОСТу 52087-2003 ПА должен содержать 85% пропана (±10%), СПБА 50% (±10%). Топливо, как и метан, подвергается одоризации (за исключением правил указанных ГОСТом).

Применение технического пропана и смеси ПТ, допустимо в качестве моторного топлива автомобиля, во всех климатических зонах с температурой окружающей среды до -20°C.

Октановое число пропана 105, у метана 110. По сравнению с бензином после сгорания СНГ и КПГ топлива, вредные выбросы снижаются до 10 раз.

Биотопливо

Биогаз — по сути тот же метан, полученный из растительного, животного сырья, а также различных органических отходов. CBG/LBG обладает схожими характеристиками.

Основное преимущество биометана заключается в том, что его производство никак не связано с добычей природных ископаемых. Генерируют его искусственным путём в специальных реакторах. Процесс происходит за счёт естественной жизнедеятельности бактерий . После очистки газа от сероводорода получается топливо с содержанием метана до 98%.

Применение биогаза как ГМТ актуально для сельскохозяйственных предприятий и перерабатывающих отходы организаций.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: