Природный газ

ЭКОЛОГИЯ И ПРИРОДНЫЙ ГАЗ

В экологическом отношении природный газ является самым чистым видом минерального топлива. При сгорании его образуется значительно меньшее количество вредных веществ по сравнению с другими видами топлива.

Сжигание человечеством огромного количества различных видов топлива, в том числе природного газа, за последние полвека привело к заметному увеличению содержания углекислого газа в атмосфере, который, как и метан, является парниковым газом. Однако из-за неподготовленности инфраструктуры для сбора попутного газа, подготовки, транспортировки и переработки, а также во избежание затрат на его утилизацию, многие нефтяные компании просто сжигают его на факелах. Тем самым сильному загрязнению подвергается окружающая среда.

Начало применению газа как моторного топлива было положено более 150 лет

назад, когда бельгиец Этьен Ленуар создал двигатель внутреннего сгорания, работавший

на светильном газе. Особой популярности этот вид топлива не получил. Последовавший

вскоре рост добычи нефти и удешевление продуктов ее переработки, а также создание

более совершенных двигателей сделали бензин лидером топливного рынка. Вновь интерес

к газомоторному топливу возник в первой половине XX века.

В России это направление стало развиваться с 30-х годов, когда из-за дефицита

нефти при бурно развивающейся промышленности правительство приняло решение

перевести часть транспорта на газ. Соответствующее постановление вышло в 1936 году.

Был налажен выпуск техники, открыты заправки, начались разработки газовых

двигателей, причем использовались оба вида газа - компримированный и углеводородный.

Полномасштабной реализации программы помешала Великая Отечественная война. Тем

не менее, от замысла не отказались: уже в мирное время были спроектированы и переданы

в производство новые газобаллонные автомобили, число которых достигло 40 тыс. Для

них строились десятки газозаправочных станций.

Газ как моторное топливо представлен двумя основными разновидностями -

компримированный природный газ (КПГ), который поступает на специальные заправки -

АГНКС - по газопроводам, и сжиженный углеводородный газ (СУГ). Первый является

метаном, а второй - смесью пропана и бутана, продуктом переработки попутного

нефтяного газа (ПНГ). Исторически первым распространение получил пропан-бутан. Его

преимущество в том, что он легко сжижается при обычной температуре при давлении

всего 10–15 атмосфер. При этом для его перевозки достаточно стального баллона с

толщиной стенок всего 4–5 мм. С метаном сложнее. Сжижать его можно только при

низких температурах, порядка минус 160 градусов по Цельсию. Соответствующие

технологии сжижения и «разжижения» недешевы. Метан можно также сжимать. Однако

чтобы количество сжатого газа по объему было хотя бы примерно сопоставимо со

сжиженной пропан-бутановой смесью, сжаться он должен до 200–250 атмосфер. Поэтому

для перевозки компримированного метана нужны гораздо более прочные и тяжелые

баллоны. У метановых установок более высокие требования и к безопасности. Поэтому

чаще всего на легковые автомобили ставят пропановое оборудование.

Благодаря использованию природного газа в качестве топлива увеличивается

срок службы масла и самого двигателя внутреннего сгорания. При работе мотора на

газовом топливе не происходит смывания масляной пленки со стенок блока цилиндров,

кроме того, на головке блока цилиндров не образовываются отложения углерода, не

закоксовываются поршневые кольца, из-за которых происходит изнашивание элементов двигателя внутреннего сгорания, а его межремонтный пробег увеличивается в полтора-два

раза. Кроме того, улучшается работа системы зажигания - срок службы свечей возрастает

на 40%. Все это сокращает затраты на ремонт.

Оборотной стороной медали использования газа в качестве топлива становится

возможная неравномерность работы мотора. Это связано с резонансом во впускной

системе и расслоением газовоздушной смеси. Усложняется и пуск холодного двигателя

внутреннего сгорания зимой. Это объясняется более высокой температурой

воспламенения газового топлива и меньшей скоростью сгорания.

Также определенную сложность представляет переоснащение автомобиля. Цена

пропан-бутанового оборудования колеблется в пределах 15-28 тыс. руб., а метанового -

начинается с 40 тыс. руб. При этом масса комплекта превышает 50 кг для СУГ и более 100

кг для КПГ. Исходя из этого, выстраивается «специализация» газов: СУГ - для легкового

транспорта, а КПГ для тяжелой техники. Самая дорогая и «весомая» деталь - баллон. Для

снижения его массы и повышения прочности стенок применяют легированные металлы

или алюминий, армированный стеклопластиком, устанавливаются также

металлокомпозитные баллоны в базальтовом коконе. В некоторых отраслях техники

применяются армированные пластмассовые сосуды, которые очень дороги, но при этом

легче стальных в 4-4,5 раза.

К основным положительным и отрицательным моментам использования газа как моторного топлива можно отнести:

Основные плюсы:

- низкая стоимость;

- повышенный уровень безопасности;

- сниженный уровень выбросов вредных веществ в атмосферу;

- увеличение срока службы масла;

- продление сроков изнашивания двигателя;

- снижение теплотворной способности газовоздушной смеси.

Основные минусы:

- возможное возникновение неровности работы двигателя;

- усложнение пуска холодного двигателя в мороз;

- ухудшение динамических характеристик автомобиля;

- увеличение массы машины и снижение ее грузоподъемности;

- увеличение трудоемкости технического обслуживания и ремонта двигателя.

Сжатый природный газ (компримированный природный газ):

Химическая формула - CH4. Удельный вес газовой фазы (плотность - 0.73 кг/м³. Относительный удельный вес (плотность по воздуху) - 0.5 кг/м. Температура кипения -162°C. Температура воспламенения 645°C. Теплота сгорания - 8500 Ккал/м. Жаропроизводительность - 2 000°C. Пределы взрываемости (верхний... нижний), % газа в воздухе по объему - 5-15. Необходимое количество воздуха для сгорания газа - 10 м³. Скорость распространения пламени - 0.67мсек. Объемная теплота сгорания не превышает 7000 МДж/кг, что не позволяет обеспечить хранение на автомобиле достаточного количества газа даже при высоком давлении. Октановое число метана по исследовательскому методу около 110. Не токсичен в малых концентрациях. Не вызывает коррозии металлов. Природный газ сгорает практически полностью и не оставляет копоти, ухудшающей экологию и снижающей КПД. Отводимые дымовые газы не имеют примесей серы и не разрушают металл дымовой трубы. Основной компонент природного газа (ПГ) - метан. Это углеводород, состоящий из одного атома углерода и четырех атомов водорода (СН4). Благодаря этому, при его сжигании образуется примерно на 25% меньше СО₂ по сравнению с бензином (при расчете на одно и тоже количество энергии). По сравнению с дизельным топливом, ПГ при сжигании в двигателе образует меньшее количество NO_x, а также значительно меньше частиц и соединений серы. При эксплуатации двигателей на СПГ повышается моторесурс двигателя. Кроме того, нет испарения топлива, не образуются паровоздушные пробки в топливоподающей системе, обеспечиваются устойчивая работа на холостом ходу, хорошие динамические качества АТС.

Сжиженный природный газ:

Сжиженный углеводородный газ при атмосферном давлении и температуре выше нуля находится в газообразном состоянии. При сравнительно небольшом повышении давления — не более 1,6 МПа - он превращается в легкоиспаряющуюся жидкость. Сжиженный газ состоит в основном из смеси двух газов: пропана (около 80%) и бутана (примерно 20%). Кроме того, в нем в небольшом количестве содержатся такие газы, как этан, пентан, пропилен, бутилен и этилен.

Химическая формула C3H8+C4H10. Удельный вес газовой фазы (плотность) - 2.4 кг/м³. Относительный удельный вес (плотность по воздуху) - 2.0 кг/м³ (в два раза тяжелее воздуха). Удельный вес жидкой фазы - 0.5 кг/л (в два раза легче воды). Температура воспламенения 510°C. Теплота сгорания - 22.000 Ккал/м. Жаропроизводительность - 2100°C. Пределы взрываемости (верхний... нижний), % газа в воздухе по объему - 2-10. Необходимое количество воздуха для сгорания газа - 25 м³. Скорость распространения пламени - 0.82 мсек. Содержание энергии - 26.8 МДж/л. Содержание энергии 508 МДж/кг. Пропан имеет октановое число 111, а бутан - 103, поэтому октановое число пропан-бутана может варьироваться от 100 до 107. Сжиженный газ может растворять жир, масло и краску, а также деформирует натуральную резину. Сжиженный газ, попав на кожу человека при низкой температуре воздуха, может вызывать обморожение. Ездить на автомобиле, работающем на газе, значительно безопаснее, чем на бензине. Газ находится в баллонах под давлением, исключается возможность попадания воздуха, необходимого для воспламенения или взрыва, в то время как в баках с бензином или дизтопливом постоянно присутствует смесь их паров с воздухом.

Дата добавления: 2015-06-30