Топливо для автомобилей. Сжиженный, сжатый газ

Топливо для автомобилей. Сжиженный, сжатый газ

Сейчас во всем мире сжиженный газ производят и используют как высококачественное бытовое и промышленное топливо, что является следствием основных его преимуществ. А именно: возможность существования сжиженного газа при температуре окружающей среды и умеренных давлениях как в жидком, так и газообразном состоянии. В жидком виде эти газы легко перерабатываются, хранятся, транспортируются, а в газообразном — имеют лучшую, чем природный и искусственные газы, характеристику сгорания при отсутствии вредных примесей.

Двигатели внутреннего сгорания, работающие на газовом топливе, начали разрабатываться гораздо раньше бензиновых и дизельных, однако широкое применение в автомобильной сфере они стали находить только в последние годы. Тем более что перевод двигателя на газ не исключает возможность его эксплуатации на бензине. Причем переключение двигателя с одного вида топлива на другое происходит прямо в салоне машины.

Газовое топливо обладает многими преимуществами перед традиционным жидким. Пожалуй, самое главное из таких преимуществ для рядового автолюбителя — это низкая стоимость газа. Поэтому, даже притом, что один и тот же двигатель расходует газа несколько больше, чем бензина, использование газового топлива оказывается весьма выгодным. Одним из приятных особенностей газового топлива является тот факт, что после опустения топливного баллона машина будет в состоянии проехать еще 2-4 км.

В качестве автомобильного горючего используются два вида газового топлива — сжиженный нефтяной, или углеводородный, газ и сжатый компримированный газ. Сжиженный газ, используемый как автомобильное топливо, в основном состоит из пропана (С3Н8), газовой смеси бутана (С4Н10), получаемых при добыче природного газа и нефти, а также на различных стадиях ее переработки на заводах. и (около 1%) непредельных углеводородов. Их химические и физические свойства обеспечивают достаточную мощность и эффективной работы двигателя.

Сжиженный или сжатый газ?

Следует отличать сжиженный и сжатый газ. Сжатый газ — это, в основном, метан, сохраняющий свое газообразное состояние почти при любой температуре и при любом повышении давления.

Сжиженный газ пользуется наибольшей популярностью у владельцев легковых автомобилей. Переоборудовать автомобиль для работы на сжиженном газе проще и дешевле, чем для работы на сжатом. Сжиженный газ находится в баллоне под относительно небольшим давлением — 16 атмосфер, а высокая степень разреженности сжатого газа требует увеличить этот показатель в 12-15 раз. Поэтому для использования сжатого газа необходимы более громоздкие и тяжелые заправочные баллоны с более толстыми стенками. При этом пробег автомобиля, работающего на сжатом газе, от одной заправки вдвое меньше пробега авто, на котором установлено оборудование для сжиженного газа. Однако сжатый газ также употребляется в качестве автомобильного горючего, поскольку запасы метана в природе очень велики и себестоимость этого вида топлива небольшая. Машины, работающие на сжатом газе — это, в основном, грузовые автомобили и автобусы, используемые предприятиями. Кроме себестоимости, у сжатого газа есть и другие положительные отличия: он менее взрывоопасен, нежели сжиженный, так как очень легок и при утечке не скапливается на открытом пространстве; сжатый газ, сгорая, образует более чистый выхлоп; при использовании сжатого газа не нужно сливать периодически образующийся конденсат, обладающий неприятным запахом.

Свойства сжиженного газа

LPG или сжиженный газ, побочный продукт очищенной сырой нефти, является газом в комнатной температуре и давлении, и жидкостью в давлении 2Па. Плотность жидкой фазы газа зависит от температуры, с увеличением которой плотность уменьшается. При нормальном атмосферном давлении и температуре 15°С, плотность жидкой фазы пропана составляет 0,51 кг/л, бутана — 0,58 кг/л. Паровая фаза пропана тяжелее воздуха в 1,5 раза, бутана — в 2 раза. Температура кипения бензина выше температуры окружающей среды, а сжиженный газ испаряется при более низких температурах. Это означает, что бензин в баке находится, как правило, в жидком состоянии при атмосферном давлении, а сжиженный газ в баллоне — при давлении, соответствующем температуре окружающей среды.

Марки сжиженного газа

Существует две марки сжиженного нефтяного газа (ГСН): ПА — пропан автомобильный и ПБА — пропан-бутан автомобильный.

Показатель	ПА-пропан автомобильный	ПБА-пропан-бутан автомобильный
Массовая доля компонентов, %:
метан и этан	Не нормируется
пропан	90±10	50±10
углеводороды С4 и выше	не нормируется
непредельные углеводороды	6
объем жидкого остатка при +40″С	отсутствует
при +45″C, не более	—	1,6
при — 20″C, не менее	—	0,07
при -35″C, не менее	0,07	—
в том числе сероводорода, %, не боле	0,01
Массовая доля серы и сернистых соединений,%, не более	0,01
Содержание свободной воды и щелочи	Отсутствует

Марка газа ПБА допускается к применению во всех климатических районах при температуре окружающего воздуха не ниже -20°С. Марка ПА используется в зимний период в тех климатических районах, где температура воздуха опускается ниже -20°С (рекомендуемый интервал -20°С…-25°С). Пропан остается в жидком состоянии при температуре ниже -42 градуса, для бутана эта температура составляет -0,5 °С. В весенний период времени с целью полной выработки запасов сжиженного газа марки ПА допускается ее применение при температуре до 10°С. Более высокая температура может привести к нежелательному повышению давления в газоподающей системе автомобиля и ее разгерметизации.

Преимущества сжиженного газа

Октановое число

Октановое число газового топлива выше, чем бензина, поэтому детонационная стойкость сжиженного газа больше, чем бензина даже самого высшего качества. Это позволяет добиться большей экономичности использования топлива в двигателе с повышенной степенью сжатия. Среднее октановое число сжиженного газа — 105 — недостижимо для любых марок бензина. При этом скорость сгорания газа немного меньше, чем у бензина. Это снижает нагрузки на стенки цилиндров, поршневую группу и коленчатый вал, позволяет двигателю работать ровно и тихо.

Диффузия

Газ легко смешивается с воздухом и равномерней наполняет цилиндры однородной смесью, поэтому двигатель работает ровнее и тише. Газовая смесь сгорает полностью, поэтому не образуется нагар на поршнях, клапанах и свечах зажигания. Газовое топливо не смывает масляную пленку со стенок цилиндров, а также не смешивается с маслом в картере, не ухудшая, таким образом, смазочные свойства масла. В результате цилиндры и поршни изнашиваются меньше.

Давление в баллоне

Сжиженный газ отличается от других видов автомобильного топлива наличием паровой фазы над поверхностью жидкой фазы. В процессе наполнения баллона первые порции сжиженного газа быстро испаряются и заполняют весь его объем. Давление в баллоне зависит от давления насыщенных паров, которое в свою очередь зависит от температуры жидкой фазы и процентного соотношения пропана и бутана в ней. Давление насыщенных паров характеризует испаряемость ГСН. Испаряемость пропана выше чем бутана, поэтому и давление при отрицательных температурах у него значительно выше.

Выхлоп

При горении, выделяется меньшее количество углеродистых и азотных окисей и несожженных углеводородов чем бензин или дизельное топливо, без выделения ароматических углеводородов или диоксида серы.

Примеси

Качественное газовое топливо не содержит таких химических примесей, как сера, свинец, щелочи, которые усиливают коррозирующие свойства горючего и разрушают детали камеры сгорания, систему впрыска, лямбда-зонд (датчик, определяющий количество кислорода в топливной смеси), каталитический нейтрализатор выхлопных газов.

Недостатки сжиженного газа

Взрывоопасность

При испарении 1 л сжиженного газа образуется около 250л газообразного. Таким образом, даже незначительная утечка может быть очень опасной, так как объем газа при испарении увеличивается в 250 раз.

Этот недостаток может проявиться при неправильной установке газобаллонного оборудования или несоблюдении автовладельцем правил эксплуатации такой аппаратуры. Для возгорания газа необходима более высокая концентрация этого вещества в воздухе, чем бензина. Однако повышенная летучесть газа позволяет опасному количеству накапливаться быстрее и в больших объемах. В движущемся автомобиле такая концентрация возникнуть не может, но в любом случае, при обнаружении характерного запаха водителю следует перекрыть подачу газа в двигатель и продолжать движение на бензине. Ставить при обнаружении утечки газа машину в гараж недопустимо.

Проверить герметичность газобаллонной аппаратуры можно, нанеся кистью мыльный раствор в места соединений трубопроводов. Если в таких местах появляются мыльные пузыри — автомобилю прямой путь на сервисную станцию. Ремонтировать газовое оборудование самостоятельно запрещается. Каждые два года установленная на машине газобаллонная аппаратура должна проходить освидетельствование специалистов. Исправное газовое оборудование полностью герметично. На каждом трубопроводе, отходящем от баллона, устанавливаются как минимум три независимых друг от друга запорных устройства.

Одорация

Поскольку газ не обладает запахом, то для определения негерметичности системы в газ добавляются в определенной пропорции особые вещества – меркаптаны. По своей химической структуре они похожи на алкогольные вещества, общая формула которых R-SH. Наличие этих веществ даже в небольших количествах чувствуется благодаря их неприятному запаху – если в закрытом автомобиле есть запах «газа», значит, система негерметична, и эксплуатировать такой автомобиль небезопасно. Сернистые соединения одоранта и самого газа снижают долговечность работы редуктора вследствие интенсивного старения мембран, резиновых уплотнений и вызывают коррозию трубопроводов.

Заправка топливного баллона

Полностью заполнять топливный баллон газом нельзя, поскольку даже небольшой рост окружающей температуры ведет к существенному повышению давления в баллоне. Поэтому при заправке топливного резервуара на 80% специальное устройство газовой аппаратуры автоматически перекрывает заправочный канал.

Нежелательная эксплуатация в условиях жаркого климата

Жаркий климат — не лучший для эксплуатации автомобилей на газовом топливе. В таких условиях, чтобы уменьшить давление в топливном резервуаре, баллон надо немного «выездить», прежде чем машина будет поставлена на стоянку.

Снижение мощности

По причине более низкой теплоты сгорания газово-воздушной смеси по сравнению со смесью воздуха и жидкого топлива наблюдается некоторое падение мощности двигателя — примерно на 10%. Однако существенного влияния на динамические характеристики автомобиля это не оказывает и, к тому же, это можно частично устранить, если установить угол опережения зажигания на 3-5° раньше.

Травмоопасность

Сжиженный газ, попав на кожу человека при низкой температуре воздуха, может вызывать обморожение.

Кроме всего вышесказанного можно отметить необходимость более частой замены воздушных фильтров. Детали для газобаллонного оборудования пока найти труднее, чем для системы питания жидким топливом. Топливный резервуар занимает некоторую часть багажника. Наконец, у машины, работающей на газе, иногда возникают проблемы с запуском холодного двигателя.

Сжатый природный газ

Сжатые горючие газы как моторные топлива на автомобильном транспорте стали применяться в нашей стране ещё в 30-е годы прошлого века. Сначала использовали сжатые коксовый и светильный газы, на которых эксплуатировались автомобили ГАЗ-4А и ЗИС-30 с запасом хода на одной заправке до 120 км .

После войны открытие и освоение крупных месторождений природного газа, а также строительство ряда магистральных трубопроводов позволили расширить использование газообразного топлива на автомобильном транспорте. Но в дальнейшем в связи с резким ростом добычи нефти и строительства крупных нефтеперерабатывающих заводов использование сжатого природного газа сократилось и многие газонаполнительные станции были законсервированы.

На заводах ГАЗ, ЗИЛ, ЛАЗ разработаны конструкции газобаллонных автомобилей ЗИЛ-138А, ЗИЛ-53-27, ЛАЗ-695Н и др. Запас сжатого газа находится на этих автомобилях в баллонах из углеродистой стали массой 93 кг, вместимостью 50 л, под давлением 20 МПа. В полностью заполненном баллоне содержится около 10 м 3 газа, что эквивалентно примерно 10 л бензина. Характеристики ГБА на СПГ приведены в табл. 4.3.

Характеристика основных моделей газобалонных автомобилей,

работающих на сжатом природном газе

Показатель	ЗИЛ-138А	ГАЗ-52-27	ГАЗ-52-28	ГАЗ 53-27	КамАЗ-53208	КамАЗ-55118	ЛАЗ-695НГ	ГАЗ-24-27
Тип автомобиля	Гру-зовой	Борто-вой	Грузо-вой, фургон	Гру- зовой	Борто-вой	Само-свал	Авто-бус	Такси
Грузоподъём-ность, кг	–	–
Число газовых баллонов, шт.
Ёмкость заправки газом, м 3
Степень сжатия двигателя	6,5	7,0	7,0	6,7	17,0	17,0	8,0	8,2
Максимальн. мощность двигателя, кВт	88,5	56,6
Контроль-ный расход газа, м 3 /100 км	29,3	19,6	21,5	23,8	(ДТ-6,5)	(ДТ-7,0)	7,2
Резервное топливо	А-76	А-76	А-76	А-76	–	–	АИ-93	АИ-93
Максималь-ная скорость, км/ч
Запас хода, км

Были разработаны опытные образцы и легковых автомобилей, например на базе «Москвича». Баллон изготавливался из низколегированной стали, общей массой 63 кг при толщине стенок 6 мм .

Очевидно, что целесообразно изготовление баллонов из лёгких и прочных полимерных материалов.

По сравнению с СНГ сжатый природный газ при использовании в ГБА имеет преимущества:

– разведанных и освоенных запасов природного газа гораздо больше. Уже сейчас можно перевести на СПГ весь автомобильный парк страны ;

– отработавшие газы содержат значительно меньше вредных веществ;

– сжатый газ при налаженном производстве дешевле сжиженного;

– СПГ легче воздуха, поэтому при утечках не образуются взрывоопасные конструкции, как у СНГ.

Вместе с тем сжатый природный газ имеет и ряд недостатков, сдержи-вающих его широкое применение:

– хранить СПГ приходится в сжатом виде, так как в сжиженное состояние он переходит трудно – при температуре минус 82 °С и давлении не ниже 4,5 МПа;

– большая масса баллонов значительно снижает грузоподъёмность автомобиля;

– небольшой запас хода (табл. 4.3);

– сложность заправочного оборудования газонаполнительных станций.

Природные месторождения содержат 82–98% метана, до 6% этана и 4–20% пропана.

Природный сжатый газ получают из горючего природного газа, транспортируемого по магистральным газопроводам или городским газовым сетям, удалением примесей, осушкой и последующем компрессированием по технологии, не допускающей изменения компонентного состава. Предназначенный для заправки ГБА сжатый природный газ должен отвечать требованиям ГОСТ 27577-87 «Газ природный топливный сжатый для газобаллонных автомобилей». Физико-химические показатели СПГ для ГБА приведены в табл. 4.4.

Физико-химические показатели сжатого природного газа

по ГОСТ 27577-87

Окончание табл. 4.4

Примечание . Значения показателей установлены при температуре 20 °С и давлении 0,1013 МПа (1 атм).

Особое внимание при компрессировании сжатого газа уделяют его предварительной осушке. Максимальное содержание воды в одном кубическом метре газа допускается не более 9 мг. Это обусловлено тем, что в редукторе высокого давления происходит резкое снижение давления газа. При избыточном содержании воды происходит её кристаллизация. Кроме того, перед снижением давления газ нагревают в подогревателе за счёт тепла отработавших газов. Температура после снижения давления остаётся в допустимых пределах.

У газодизельных двигателей температура в конце такта сжатия (500…780 °С) недостаточна для самовоспламенения смеси газа и воздуха. Применение системы зажигания с установкой свечей зажигания в отверстия для форсунок технически сложно и значительно увеличивает время при переходе с одного вида топлива на другое. Поэтому на топливный насос высокого давления устанавливают ограничитель запальной дозы. Педаль подачи топлива изменяет подачу только газа, а порция дизельного топлива постоянна и примерно равна объёму подачи на уровне 15–20% от максимальной.

Большое внимание уделяется применению газового топлива в сельском хозяйстве. Кировским сельхозинститутом разработан и успешно прошёл испытания трактор «Универсал – 445». Двигатель его работает на сжатом газе. Трактор предназначен для эксплуатации в помещениях с ограниченным воздухообменом (теплицах, складах). Сжатый газ хранится в 4-х баллонах вместимостью 50 л, размещённых по бокам моторного отсека. Запуск газодизеля производится на дизельном топливе, а затем включается подача сжатого газа и работа трактора осуществляется путём регулирования подачи газа. Доза запального дизельного топлива постоянная и составляет 1,6 кг/ч. Расход газа при номинальном режиме не превышает 53 м 3 /ч. При этом мощность, развиваемая дизелем, равна 33 кВт при частоте вращения коленчатого вала 2400 мин -1 . Трактор надёжно работает на всех режимах, обеспечивая экономию дизельного топлива при снижении содержания в выхлопных газах сажи в 4–5 раз.

Этим же институтом также переоборудовано на использование СПГ в качестве топлива самоходное шасси Т-16 МГ, где, как и на тракторе, замещается газом до 80% дизельного топлива. Характерным является то, что перевод на СПГ тракторов и самоходных тележек не требует дорогостоящего оборудования и может производиться в условиях специализированных мастерских .

За рубежом применению СПГ в качестве топлива уделяется большое внимание. Это обусловлено в первую очередь в зависимости от соотношения цен на жидкое и газовое топливо, а также с учётом требования максимального использования собственных ресурсов топлива и сведения к минимуму зависимости от конъюнктуры рынка.

Ведущее место в этой области занимает Италия. Стоимость газобаллон-ного оборудования в Италии в 2 раза ниже, чем, например, в США. Это связано с более широким применением этого оборудования. По своему составу парк газобаллонных автомобилей Италии, работающих на СПГ, состоит из легковых автомобилей индивидуального пользования. Грузовые автомобили имеют дизельные двигатели.

В США фирма Ford разработала специальную модель автомобиля для работы на природном газе. Ведутся работы по применению газобаллонных установок среднего давления (2 МПа) с использованием твёрдого адсорбента. В настоящее время созданы опытные адсорбенты и баллоны, которые при давлении 2 МПа содержат запас газа, эквивалентный запасу в баллонах с давлением 15 МПа, т. е. обеспечивают коэффициент заполнения равный 7,5.

Растёт парк автомобилей, работающих на СПГ и в Канаде. Для газобаллонных автомобилей в Канаде принято рабочее давление газа, равное 21 МПа. Стальные баллоны проходят освидетельствование (гидравлические испытания) один раз в три года. Не разрешается установка баллонов на крышах транспортных средств.

Аналогичное направление развития ГБА осуществляется и в других странах.

Итальянская фирма Landi Renzo выпускает газовую аппаратуру для работы на СПГ (метане) и сжиженном углеводородном газе (СНГ). Конструктивно оба типа аппаратуры работают по универсальной схеме, т. е. обеспечивают полноценную работу автомобиля на газе и бензине. Характерным для этой фирмы является широкое использование электромагнит-ных клапанов и приводов с электрической коммутацией. Фирма считает нецелесообразным выпускать универсальные редукторы для работы на сжатом и сжиженном газах и выпускает два типа редукторов. Уделяет внимание фирма и совершенствованию топливной аппаратуры для газодизелей.

Наряду с продукцией Landi Renzo широкой популярностью пользуется газобаллонная аппаратура питания бензиновых двигателей фирмы Tartarini. Широкое использование электроники обеспечивает выпуск высококачествен-ной газосмесительной аппаратуры.

Одной из ведущих фирм, производящих газовые баллоны, является и фирма Faber.

Общее описание поршневых компрессоров. Одноступенчатые и двухступенчатые. Вредное пространство

В соответствии с характером действия, поршневые компрессоры могут быть одинарного (или простого) действия и двойного действия. В агрегатах простого действия, за один ход поршня осуществляется одно всасывание или нагнетание. В компрессорах двойного действия, за один ход поршня осуществляется два всасывания или нагнетания.

По количеству ступеней сжатия поршневые компрессоры делятся на три типа: одноступенчатые, двухступенчатые и многоступенчатые. Ступенью сжатия принято называть часть компрессора, в которой газ сжимается до промежуточного или конечного давления.

Конструктивно, одноступенчатые компрессоры могут быть вертикальными или горизонтальными. Как правило, компрессоры с горизонтальной конструкцией являются машинами двойного действия, а компрессоры с вертикальной конструкцией относятся к агрегатам простого действия.

В одноступенчатом компрессоре простого действия с горизонтальным типом конструкции, поршень перемещается внутри цилиндра. Цилиндр оснащен крышкой, которая имеет всасывающий и нагнетательный клапаны. Поршень компрессора соединяется с шатуном и кривошипом. На валу кривошипа располагается маховик. В процессе хода поршня слева направо, в зоне между поршнем и цилиндром возникает разрежение. Разность давления в линии всасывания и цилиндре заставляет открываться клапан, в результате чего газ поступает в цилиндр. Когда поршень совершает обратное движение справа налево, всасывающий клапан закрывается, и газ в цилиндре сжимается до уровня давления p 2 . Далее, через клапан газ вытесняется в линию нагнетания. Цикл завершается и повторяется снова.

Одноступенчатый компрессор двойного действия оснащен четырьмя клапанами (двумя всасывающими и двумя нагнетательными). Такие машины устроены сложнее, но уровень производительности у них в два раза выше. В целях охлаждения цилиндр и крышки могут оснащаться водяными рубашками. Чтобы увеличить показатель производительности данные машины могут изготавливаться многоцилиндровыми конструкциями. Одноступенчатые компрессоры с вертикальным типом конструкции являются более производительными и быстроходными, чем горизонтальные. Кроме того, они занимают меньшую производственную площадь и более долговечны.

Двухступенчатые компрессоры с горизонтальным типом конструкции, как правило, оснащены одним цилиндром и ступенчатым или дифференциальным типом поршня. Газ подвергается сжатию в цилиндре левой стороной поршня, после чего проходит сквозь холодильник и подается в цилиндр с другой стороны, где сжимается до уровня p 2 .

Многоступенчатые конструкции оснащены цилиндрами, которые располагаются последовательно (система тандем) или параллельно (система компаунд). Существуют также оппозитные конструкции компрессоров, где поршни двигаются взаимно противоположно. Цилиндры в конструкциях данного типа располагаются по обе стороны вала.

Следует отметить, что реальный процесс сжатия газа в компрессоре отличается от теории. Так, между поршнем, когда он находится в крайнем положении и крышкой цилиндра есть некий свободный объем. Данный зазор носит название вредного пространства. В данном зазоре, по завершению нагнетания, сжатый газ расширяется при обратном ходе поршня. По этой причине всасывающий клапан открывается только после снижения уровня давления до уровня давлении на всасывании. Таким образом, поршень совершает холостое движение, что снижает производительность компрессора.

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.

Когда были открыты крупнейшие запасы углеводородов Западной Сибири и страна

вступила в эпоху нефтяного изобилия, внимание к программе создания газобаллонного транспорта ослабло, хотя работы продолжались. В 80-е годы всерьез заговорили об экономии, и газ опять взял реванш. К 1985 году вышли три постановления Совмина о массовом переводе крупных потребителей топлива на газ. За пять следующих лет были построены около 500 автомобильных газонаполнительных компрессорных станций, на КПГ переведено до 0,5 млн. единиц автотранспорта. Координацией работы занимался межведомственный совет при Министерстве газовой промышленности под председательством Виктора Черномырдина.

Начавшаяся в 90-е годы приватизация привела к исчезновению крупных автохозяйств; в частные руки перешла значительная часть муниципального транспорта. И хотя в это же время отмечалось падение добычи нефти (с 624 млн. т в 1988 г. до 281 млн. т в 1997 г.), из-за сокращения количества потребителей дефицит нефтепродуктов не возник.

В результате бензин и дизтопливо сохранили рыночные позиции. Новый подъем рынка газомоторного топлива в России начался с 1998 года, когда резко увеличился спрос на пропано-бутановую смесь.

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.

Расход сжатого природного газа (в отличие от сжиженного нефтяного газа) измеряется не в литрах, а в наполнительных метрах. Так как КПГ в основном состоит из метана, то его массовая теплота сгорания составляет 49,4 МДж/кг, что на 9% выше, чем у бензина, и на 11% выше, чем у авиакеросина1. У потребителя, если он переходит с традиционного горючего на СУГ, расходы на горючесмазочные материалы сокращаются на 20-25 %. В свою очередь у компримированного природного газа по сравнению с углеводородным тоже есть преимущество. Энергоотдача СУГ примерно на 25 % меньше, чем у КПГ — 6175 ккал/м. куб. и 8280 ккал/м. куб. соответственно. Для потребителя это означает, что на одинаковое расстояние сжиженного углеводородного газа потребуется на 25-30 % больше, к тому же он немного уступает КПГ по экологическим параметрам2.

При этом стоимость газомоторного топлива не превышает 50% стоимости бензина марки А-80. По данным НП «Национальная газомоторная ассоциация»3, наибольшая цена моторного топлива — у водорода. Она составляет 9,01 евро/л. Это почти в девять раз дороже, чем у биодизеля (1,11 евро/л) и бензина (0,66 евро/л). В свою очередь стоимость 1 м³ газа, что эквивалентно 1 литру бензина, дешевле бензина более чем в два раза: стоимость 1 м³ сжиженного нефтяного газа составляет 0,39 евро/л, сжатого природного газа — 0,21 евро/л.

Существенным фактором, стимулирующим государства мирового сообщества к развитию рынка ГМТ, являются экологические проблемы. Вклад автотранспорта в загрязнение воздуха крупных городов и агломераций составляет от 50 до 90 % по всем видам загрязнений. Поэтому требования к снижению токсичности выпускных газов двигателей внутреннего сгорания транспортных средств постоянно возрастают — вводятся стандарты Евро-4 и Евро-5. Между тем перевод автомобилей на газомоторное топливо сокращает выбросы диоксида углерода (основной парниковый газ) на 13%, оксидов азота — на 15-20 %, в 8-10 раз снижает дымность отработанных газов и полностью исключает выбросы соединений свинца. По данным Минэнерго России, если взять бензин качества Евро-4 за эталон, то окажется, что по выбросам оксидов азота КПГ выигрывает почти в три раза, по СН — в 14 раз, по бензапирену — более чем в 16 раз, по саже — в 3 раза (в сравнении с соляркой — в 100 раз). Следовательно, по уровню выбросов вредных веществ в атмосферу сжатый природный газ уступает только электроэнергии. Хотя СУГ немного и отстает по экологическим параметрам, зато он позволяет решить проблему утилизации попутного нефтяного газа, который пока сжигается в факелах, хотя еще в январе 2009 года было подписано постановление «О мерах по стимулированию сокращения загрязнения атмосферного воздуха продуктами сжигания попутного нефтяного газа на факельных установках».

По мнению экспертов, будущее именно за метаном: пропан-бутан, как и нефть, слишком ценное сырье, чтобы использовать его как автомобильное топливо. Хотя оно, конечно, намного удобнее, и пока парк, использующий его, больше: к началу 2011 года в мире количество газобаллонных автомобилей, работающих на СУГ, превысило 15 млн., а на КПГ — 12 млн.4. Годовой оборот пропан-бутана составляет 34 млн. т условного топлива, а компримированного газа — примерно 23 млн.т.

Еще одним преимуществом, которое получает предприятие, эксплуатирующее машины на метане — это повышение уровня безопасности, поскольку по своим физико-химическим свойствам природный газ менее опасен, чем пропан.

Также 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%5. Все это сокращает затраты на ремонт.

Кроме того, сегмент КПГ является наиболее устойчивым к кризисным явлениям в российской экономике и наиболее динамичным в среднесрочной перспективе. В 2009 г., в связи со снижением деловой активности во время кризиса, российский рынок КПГ снизился на 1,1%, в то время как потребление бензина и пропан-бутана снизилось на 18% и 4% соответственно6.

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.

Таким образом, в зависимости от количества баллонов со сжатым газом масса грузовика увеличивается на 400 -900 кг. При этом снижается его грузоподъемность и возрастает расход топлива, однако при применении баллонов из композитных материалов этот недостаток не столь существенно сказывается на полезных характеристиках автомобиля.

Резюмируя, к основным положительным и отрицательным моментам использования газа как моторного топлива можно отнести:

Основные плюсы:

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.

Но главный минус, который называют чиновники и производители машин особенно в России, — неразвитость сети заправок. По сути, этот рынок в России до сих пор не сформирован. Обычных АЗС по стране — около 22 000. То есть АГНКС в 160 раз меньше, и они распределены по стране очень неравномерно. Мировой же рынок компримированного природного газа характеризуется значительным ростом потребления и опережающим развитием инфраструктуры. Потребление компримированного природного газа в мире в 2005-2009 годах выросло на 42%, а количество АГНКС увеличилось более чем на 85%7. Для этого государства проводят ряд мер по развитию сетей АГНКС.

Меры стимулирования развития сетей АГНКС

Иран и страны Евросоюза

Освобождение импортного газозаправочного и газоиспользующего оборудования для природного газа от ввозных таможенных пошлин.

Запрет на строительство АЗС без блока заправки машин компримированным природным газом.

Выделение грантов и дотаций на строительство АГНКС.

Освобождение на определенный период от уплаты налога на землю при строительстве АГНКС. Снижение налога на имущество при строительстве АГНКС.

Сокращение базы для исчисления налога на имущество на определенный процент от стоимости АГНКС и газобаллонных автомобилей на компримированном природном газе.

Если розничную торговлю СУГ в России развивают крупные игроки вроде «Газэнергосети», «ЛУКОЙЛа» и «ТНК-ВР» и множество мелких компаний, то направление КПГ практически на 90% занимает «Газпром», которому принадлежит более 200 АГНКС.

Дефицит в России газозаправочных станций и пунктов сервисного обслуживания газобаллонных автомобилей (238 станций и 74 пункта на всю страну) сдерживает желание владельцев транспортных средств переходить на альтернативное топливо. Парк транспортных средств, работающих на ГМТ в зоне доступности действующих автомобильных газонаполнительных компрессорных станций, существенно ниже оптимального (в мировой практике на одну АГНКС приходится 500 единиц транспортной техники). Кроме того, сдерживающим фактором является отсутствие государственных программ, стимулирующих развитие газомоторного бизнеса предоставлением дотаций при покупке газобаллонного оборудования, различных налоговых льгот как в секторе АГНКС, так и для потребителей моторного топлива.

Наряду с этим существуют определенные сложности, возникающие при сооружении газозаправочных станций в условиях городской застройки, связанные с длительностью сроков выделения и оформления земельных участков под строительство, а также с рядом положений Норм пожарной безопасности (НПБ III-98), непосредственно касающихся АГНКС и их отдельных систем. Несмотря на критику НПБ III-98 со стороны заинтересованных организаций, они являются базовым документом для органов пожарной охраны, согласующих проектную документацию на объекты производства ГМТ.

Вышеизложенное, по существу, является тормозом на пути развития газозаправочной сети в России. В результате Россия, занимавшая в 1986-1990 гг. по объему производства и реализации КПГ первое место в мире (более 1,2 млрд. м(3) в год), оказалась позади развитых и даже некоторых развивающихся стран.

В России требования к газозаправочным станциям в отдельный нормативный документ не выделены. При проектировании и строительстве объектов газомоторного бизнеса учитывается довольно значительное число государственных стандартов, строительных норм и правил, экологических норм, норм пожарной безопасности и других документов. Это подчеркивает необходимость разработки норм проектирования газозаправочных станций, в том числе в составе многотопливных. На предприятиях ОАО «Газпром» действуют Правила технической эксплуатации АГНКС, введенные в действие в 2003 г. Качество КПГ, отпускаемого потребителю, регламентируется Государственным стандартом, действующим с 2000 г., который устанавливает такие важнейшие показатели, как объемная теплота сгорания, влагосодержание, содержание серы и механических примесей, давление заправки. Проводится работа по приведению Государственного стандарта в соответствие с Европейским стандартом ISO на газомоторное топливо, что в перспективе должно обеспечить возможность беспрепятственного перемещения газовых автомобилей (NGV) на всем пространстве Евразии. В данное время ведется разработка Государственного стандарта на качество сжиженного природного газа взамен Технических условий 1987 г.

Требования к газотопливному оборудованию на транспортных средствах достаточно четко изложены в соответствующих Правилах ЕЭК ООН (Европейской экономической комиссии Организации Объединенных Наций). В Техническом регламенте «О безопасности колесных транспортных средств» предусмотрено соблюдение требований Правил ЕЭК ООН в России.

Однако, несмотря на многочисленные разговоры о выгодности приобретения так называемых зеленых автомобилей, к которым можно отнести машины, работающие, в том числе и на газу, по данным консалтинговой компании Frost&Sullivan, на данный момент такие автомобили приобретают только 13% потребителей. Однако к 2015 г. Эксперты прогнозируют увеличение этой доли до 30%. Так, общий парк автотранспортных средств через четыре года должен составить 80 млн. и из них 53 — 55% будут приходиться на газовые машины8.

По данным компании Frost&Sullivan.

Популярность сжатого природного газа и пропан-бутана географией его распространения. Так, традиционно сильные рынки Индии, Ирана и Пакистана имеют значительные объемы продаж оборудования и, как ожидается, станут 3л1074 ведущими странами по показателю количества автомобилей, работающих на сжатом природном газе метане и пропан-бутане. В латиноамериканских странах по-прежнему популярнее сжатый природный газ метан. Пропан-бутан удерживает доминирующие позиции в России и Евросоюзе.

Количество газобаллонных автомобилей в 2010 году

Газобаллонные автомобили (ГБА) .ед.

По прогнозу экспертов Frost&Sullivan, в ближайшем будущем эти виды топлива станут еще популярнее: ожидается четырехкратный рост продаж таких машин к 2015 г.

Общий объем продаж машин на пропан-бутане и сжатом природном газе в

2009 — 2015 гг., тыс. ед.

По данным компании Frost&Sullivan

Готовность российской промышленности к реализации проекта по увеличению уровня потребления природного газа в качестве моторного топлива пока оценивается противоречиво. Наличие газотранспортных систем и газораспределительных станций в России соседствует с крайне ограниченным арсеналом нового газобаллонного оборудования, самих баллонов и новых автомобильных газовых накопительных компрессорных станций.

Во всем мире развитие газомоторного направления обеспечивает государство при поддержке крупных нефтегазовых компаний — выпускается свыше 85 моделей автомобилей, способных работать на природном газе. Например, в Пакистане организован выпуск метановых легковушек, автобусов и моторикш. Но в России выбор ограничен:

серийно производятся только грузовики «Камаз» и автобусы «Нефаз» («дочка» «Камаза»), а также «ЛиАЗ», «ПАЗ» и «КАвЗ» (группа «Русские машины»).

По данным НП «Национальная газомоторная ассоциация», из 40 млн. автомобилей, эксплуатирующихся в России в 2010 г. (из них 80,8% приходится на легковые машины, 16,5% — на грузовики, включая спецтехнику и 2,7% — на автобусы), объем парка газобаллонных автомобилей, работающих на сжатом природном газе, составляет около 100 тыс. транспортных средств (из них 26,1% — легковые, 50,5% — грузовики, 23,3% — автобусы). Таким образом, почти три четверти газовых машин приходится на грузовики, автобусы и спецтехнику.

Структура парка машин на сжатом природном газе выглядит следующим образом: на автобусы и грузовики категорий M1 и N1 (транспортные средства, используемые для перевозки пассажиров и имеющие, помимо места водителя, не более восьми мест для сидения, а также транспортные средства, предназначенные для перевозки грузов, имеющие максимальную массу не более 3,5 т) приходится 49,5%, легковые категории М1 — 23,3%, спецтехнику — 13,4%, грузовики категорий N2 и N3 (транспортные средства, предназначенные для перевозки грузов, имеющие максимальную массу свыше 3,5 т, но не более 12 т, и транспортные средства, предназначенные для перевозки грузов, имеющие максимальную массу более 12 т) — 12,4%, автобусы категорий М2 и М3 (транспортные средства, используемые для перевозки пассажиров, имеющие, помимо места водителя, более восьми мест для сидения, максимальная масса которых не превышает 5 т, и транспортные средства, используемые для перевозки пассажиров, имеющие, помимо места водителя, более восьми мест для сидения, максимальная масса которых превышает 5 т) — 1,4%, тракторы — 0,05%.

Согласно оптимистичному прогнозу НП «Национальная газомоторная ассоциация», общая динамика развития парка машин к 2020 г. составит 58,5 млн. единиц, к 2030 г. — 85,4, по пессимистичному — в 2020 г. — 38,6 млн., к 2030 г. — 51,3. При этом прогноз потребления моторного топлива в России выглядит следующим образом: доля газовых видов моторного топлива в общем балансе к 2030 г. составит по 3% по сжатому природному газу и по сжиженному нефтяному газу. По результатам 2010 года уровень потребления компримированного природного газа составил 4 млн. т., к 2020 г. Должен достигнуть 20 млн. т., в 2030-м — 51 млн. т. Уровень использования сжиженного углеводородного газа в 2010 г. составил 15 млн. т, к 2020 г. достигнет 30 млн., в 2030 г. — 67 млн. т.

Производственная программа по основным компонентам (по сжатому

природному газу)

Периоды проекта

Потребление сжатого природного газа, млн. м³

Новые ГБА, тыс.

Новые баллоны (экв.50 л), тыс.

Новые АГНКС

По данным НП «Национальная газомоторная ассоциация»

Железнодорожный транспорт является одним из крупнейших потребителей моторного топлива. Доля потребления дизельного топлива РЖД составляет 9,1% от общего потребления в стране (3,2 млн. тонн). Сейчас перед РЖД поставлена задача к 2030 году заместить природным газом 30% расходуемого автономными локомотивами дизельного топлива9. Для ее решения потребуется более 1 млн. тонн природного газа в год. Зато выгода будет ощутимой. К примеру, показатели вредных выбросов, зарегистрированные при испытаниях и эксплуатации газотурбовозов, разработанных совместно с «Газпром ВНИИГАЗ», оказались в пять раз ниже охранных требований Евросоюза, выдвигаемых к 2012 году, а внешний шум не превышал санитарных норм Российской Федерации.

Сегодня на Московской и Свердловской железных дорогах в опытной эксплуатации находятся два маневровых газотепловоза ТЭМ18Г. Кроме того, на Экспериментальном кольце Всероссийского научно-исследовательского института железнодорожного транспорта (ВНИИЖТ) в подмосковной Щербинке велись испытания газотепловоза ЧМЭЗГ, которые показали, что оптимальная доля замещения дизельного топлива природным газом составляет от 35 до 50% в зависимости от рода маневровых работ. При этом отмечается снижение выбросов токсичных продуктов сгорания примерно в 1,5 — 2 раза10. Уже подготовлена программа модернизации газотепловозов, что должно повысить их надежность и эффективность, а также увеличить долю замещения дизтоплива до 60%.

Еще в декабре 2006 г. ОАО «РЖД» и Самарский научно-технический комплекс имени Н.Д. Кузнецова подписали соглашение о совместном создании нового типа газовых локомотивов — газотурбовоза. К тому времени специалисты института уже разработали газотурбинный двигатель НК-361 и силовой блок тяговой секции. Проект самого газотурбовоза был предложен учеными Всероссийского научно-исследовательского и конструкторско-технологического института подвижного состава (ВНИКТИ), а опытный образец собрали на Воронежском локомотиворемонтном заводе. В одной из секций локомотива размещена емкость для топлива на 17 т. Одной заправки хватает на 750 км хода. В июне 2009 г. ОАО «РЖД» получило диплом «Книги рекордов России» за разработку этого самого мощного (8300 кВт) магистрального газотурбовоза. В январе 2010 года он впервые в мире провел грузовой состав весом 15 тыс. т (159 вагонов). Ни один современный локомотив не способен на такие рекорды.

Подобный переход на природный газ в качестве моторного топлива для тепловозов осуществляется также в США, Канаде, Германии и Австрии. В частности, в Австрии построен магистральный грузовой газотепловоз GE 3000 мощностью 2200 кВт.

Газомоторное топливо проникает и в авиацию. Так, принадлежащий авиакомпании Qatar Airways (Катар) Airbus A-340-600 с двигателями Rolls-Royce совершил пассажирский перелет по маршруту Лондон — Доха. Воздушное судно заправили топливом производства компании Shell, которое состоит из авиационного керосина и жидкого газа в соотношении один к одному. Кроме того, вице-премьер Катара Абдалла бен Хамад аль-Атыйя присутствовал при запуске экспериментального производства газового керосина по технологии Gas to Liquids (GTL). По предварительным данным, с переходом на газовый керосин авиакомпании мира смогут сэкономить 4 млрд. долларов в год.

Примечательно, что первый отечественный вертолет, способный работать на газе (газолет), был создан и испытан еще в 1987 г. Это была модифицированная серийная машина семейства Ми-8 с двигателем завода им. В.Я. Климова. Вертолет этот выпускается и по сей день. Кроме того, исследования показали, что на газовом топливе могут функционировать практически все летательные аппараты с газотурбинными двигателями (все вертолеты семейства Ми-8, включая Ми-38, и самолеты региональной авиации — Ил-114, Як-40, Ту-136 и т.п.). Но пока существует лишь один экземпляр газолета — Ми8ГТ, — показанный на Международном авиакосмическом салоне еще в 1995г.

Поэтому, чтобы российский рынок развивался, нужна господдержка машиностроителям и покупателям техники. В настоящее время по всему миру уже действуют различные госпрограммы. Энергетическая комиссия ООН 12 декабря 2001 г. приняла резолюцию, предусматривающую к 2020 г. перевод 23% автомобильного парка стран Европы на альтернативные виды моторного топлива, в том числе 10% (23,5 млн. единиц) — на природный газ, 8% (18,8 млн.) — на биогаз и 5% (11,7 млн.) — на водород. В США на стимулирование газомоторного направления выделяется 15 млрд. долларов в год.

В том числе 2,5 млрд. — на программы развития и демонстрацию достижений; 300 млн. — федеральному правительству на приобретение газомоторных автомобилей для служебных нужд; 300 млн. — на замену дизельных школьных автобусов на экологически чистые машины нагазомоторном и ином альтернативном топливе; 300 млн. — на гранты для Пилотных проектов в рамках программы «Чистый город»; 8,4 млрд. — на закупки новых муниципальных автобусов и 3,2 млрд. — на гранты в сфере энергосбережения11.

Меры стимулирования перевода автотранспорта на газомоторное топливо

Австралия, Великобритания, Канада, Малайзия, Япония

Выделение грантов и дотаций на приобретение автомобилей, работающих на природном газе, газобаллонного оборудования.

Великобритания, Италия, Чили, Китай

Нераспространение на автомобили, работающие на газе, запрета на въезд в природоохранные зоны.

Ограничения на использование углеводородных видов моторного топлива, за исключением муниципальных автобусов и мусороуборочных автомобилей.

Франция, Италия, Иран

Предоставление предприятиям, использующим компримированный природный газ, преимущественного права на получение муниципального заказа.

Обязательное приобретение бюджетными организациями газобаллонных автомобилей при обновлении автотранспортного парка.

Действует нулевой налог для автотранспорта, работающего на метане. До 2013 г. государство выделяет субсидии на закупку «газовых» автобусов.

Если за рубежом развитию рынка метанового топлива способствуют вышеуказанные меры госстимулирования, то в России это не так. Единственной такой мерой было Постановление Правительства № 31 «О неотложных мерах по расширению замещения моторных топлив природным газом» от 1993 года. В частности, оно устанавливало на период действия регулируемых цен на природный газ предельную отпускную цену на КПГ в размере, не превышающем 50% цены бензина А-76, включая НДС.

Кроме того, в странах Европы и США нормативная документация по применению природного газа входит в пакет национальных стандартов. А в России всего этого тоже нет. Более того, в РФ пока не создано даже нормативное обеспечение, регламентирующее применение метана как моторного топлива. Отсюда и казусы, когда перевозящие сжатый метан компании вынуждены рисовать на газовозах надпись «пропан-бутан», чтобы избежать разбирательств с ГИБДД, сотрудники которого знают о регламентах по перевозке СУГ, но перевозку безрегламентного КПГ воспринимают почти как перевозку динамита.

В конце 2010 года российский премьер-министр Владимир Путин провел совещание, посвященное развитию газовой отрасли на период до 2030 г., по итогам которого были выработаны следующие меры стимулирования к переходу на газовые автомобили:

Появление ФЗ «Об использовании газовых видов моторного топлива»;

Комплексная оценка спроса на газомоторную технику до 2030 г.;

Формирование национального координационного органа;

Мониторинг выполнения ФЗ № 261 «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» и распоряжений Правительства РФ от 17 ноября2008 г. №№ 1662-р и 1663-р;

Подготовка ФЦП «Альтернативное топливо для транспорта и сельскохозяйственной техники на 2012 — 2020 гг.» и ФЦП «Белой олимпиаде — голубое топливо»;

Долгосрочный государственный заказ на закупку газобаллонных автомобилей для бюджетной сферы.

1 Газовая промышленность, 2011, №3

Газ, который добывается из недр земли или является продуктом переработки других углеводородов, может впоследствии использоваться в сжиженном или сжатом виде. В чем заключаются особенности обоих вариантов применения соответствующего топлива?

Что представляет собой сжиженный газ?

Под сжиженным принято понимать природный газ, который из исходного, собственно газообразного состояния переведен в жидкое — посредством охлаждения до очень низкой температуры, порядка минус 163 градусов Цельсия. Объем топлива при этом уменьшается примерно в 600 раз.

Перевозка сжиженного газа требует использования специальных криогенных цистерн, которые способны поддерживать необходимую температуру соответствующего вещества. Преимущество рассматриваемого вида топлива заключается в возможности доставить его в те места, куда проблематично провести обычные газовые трубопроводные магистрали.

Преобразование сжиженного газа в исходное состояние также требует специальной инфраструктуры — регазификационных терминалов. Цикл обработки рассматриваемого вида топлива — добыча, сжижение, транспортировка и регазификация — существенно повышает конечную стоимость газа для потребителя.

Используется топливо, о котором идет речь, обычно в тех же целях, что и природный газ в исходном состоянии, — для обогрева помещений, обеспечения функционирования промышленного оборудования, электростанций, как сырье в некоторых сегментах химической промышленности.

Что представляет собой сжатый природный газ?

Под сжатым , или компримированным , принято понимать природный газ, который, как и сжиженный, также представлен в жидком состоянии, достигаемом, однако, не за счет уменьшения температуры топлива, а за счет увеличения давления в емкости, в которой оно размещено. Объем сжатого газа примерно в 200 раз меньше, чем у топлива в исходном состоянии.

Преобразование природного газа в жидкость с помощью высокого давления — процесс в основном более дешевый, чем сжижение топлива посредством снижения его температуры. Транспортировка рассматриваемого вида газа осуществляется в емкостях, как правило, менее технологически сложных, чем криоцистерны. Регазификация соответствующего вида топлива не требуется: поскольку оно находится под высоким давлением, его легко извлекать из емкостей — достаточно открытия имеющихся на них вентилей. Поэтому стоимость сжатого газа для потребителя в большинстве случаев ниже, чем та, что характеризует сжиженное топливо.

Компримированный газ чаще всего используется в виде топлива на различных транспортных средствах — автомобилях, локомотивах, судах, в газотурбинных двигателях самолетов.

Сравнение

Главное отличие сжиженного газа от сжатого в том, что топливо первого типа получается посредством снижения температуры исходного газообразного вещества, что сопровождается преобразованием его в жидкость. Сжатый газ — это также жидкое топливо, но получается оно посредством его размещения в емкости под большим давлением. В первом случае исходный объем газа превышает обработанный (переведенный в жидкость) примерно в 600 раз, во втором — в 200 раз.

Стоит отметить, что сжиженный газ чаще всего получается путем обработки «классического» природного газа, представленного преимущественно метаном. Компримированное топливо изготавливается также из многих других видов газов, имеющих природное происхождение, — например, пропана или бутана.

Определив, в чем разница между сжиженным и сжатым газом, отразим выводы в таблице.

Сжиженный углеводородный газ (СУГ) — топливо: что это такое, автомобильное топливо, ГОСТ, марки, заправка, правила безопасности

Сжиженный углеводородный газ является экологичной и безопасной альтернативой привычным жидким видам горючего. Линейка СУГ включает в себя углеводородные соединения и их комбинации, среди которых наиболее известны алкановая пара пропан-бутан, а также метан.

Сжиженный углеводородный газ: что это такое

Основу вещества составляют легкие углеводороды с низкой температурой кипения в рамках от -50 градусов до нуля. Соединения сжижены в условиях изменения давления и находятся преимущественно в жидком состоянии.

СУГ образуется в процессе химического разделения сжиженных компонентов от высокомолекулярных углеводородов жидкого и твердого типа. В качестве сырья используется газообразный компонент в нефти и конденсированный из природного газа CH.

Главное применение газовых смесей – заправка автотранспортных средств, в особенности личных машин. Благодаря невысокой стоимости и качеству горючее становится все более востребованным, что отражается в росте числа АГЗС по всей стране. Другая сфера использования – получение органических соединений и веществ. Во время синтеза газы используются в качестве изначального материала. Сжиженные газы применяют для питания комплексов независимого отопления.

Физико-химические свойства сжиженных углеводородных газов

В стандартном состоянии сжиженный углеводородный газ представляет собой жидкость без цвета. Он может менять свое состояние с жидкого на газообразное и обратно под воздействием следующих факторов:

1. температура внешней среды;
2. фактический объем топлива;
3. внутреннее давление в рабочей камере.

Если определить изначальную температуру воздуха на отметке +20 градусов, то для сжатия бутана потребуется давление в 16 бар. Температура кипения под постоянным давлением у этого алкана составляет -1 градус. В холодное время года бутан находится в жидкой фазе.

Больший КПД демонстрирует пропан – он закипает при отметке в -42 градуса. Углеводородный газ отлично подходит для заправки транспортных средств в условиях критически низких температур благодаря тому, что не теряет газообразующих свойств.

В отличие от бензинов, керосина и дизеля, СУГ не нуждается в добавлении присадок на основе серных компонентов или свинца, медленно уничтожающих покрытие элементов механизма. Газы длительное время сохраняют изначальные химические свойства, пребывая в стабильном состоянии даже при контакте с кислородом.

Углеводородные газы, сжиженные в условиях перепада давления, имеют склонность к быстрому изменению объема при повышении температуры. Пятьдесят литров пропан-бутана во время испарения «превращаются» в более, чем 10 м3 газового вещества, что делает использование топливного продукта выгодным во многих случаях.

Сжиженный углеводородный газ: ГОСТ 20448 90 и ГОСТ Р 52087 2003

В России качество и правила использования СУГ, в том числе в качестве заправки для транспортных средств, обозначены в стандартах ГОСТ Р 52087 2003 и ГОСТ 20448 90 (последняя редакция обоих – 2018 год). Документы устанавливают следующие характеристики для пропана, бутана и пропан-бутана:

1. Массовая доля компонентов в составе смеси. Метан, этилен, этан, тяжелые углеводороды С₄ и больше – в большинстве случаев не нормируется, но обязательная к определению. Сумма С с открытой цепью и двойными или тройными связами – максимум 6.
2. Массовая доля серы и сероводородного компонента – от 0,010 до 0,003%.
3. Давление насыщенных паров при различных температурах. При +45 градусах и ниже значение составляет 16 бар, при -20 градусах и ниже — 7 бар.
4. Полное отсутствие свободных молекул воды и гидроксидов щелочных компонентов.

Приведенные требования актуальны для СУГ, используемых в качестве топлива для двигателей различных типов автомобилей.

Сжиженный углеводородный газ: марки

Согласно ГОСТ Р52087-2003, только 2 типа сжиженного газомоторного топлива подходят для питания двигателей автотранспорта, учитывая природные условия на территории России. Это пропан (ПА) и пропан-бутан (ПБА).

Большая часть состава обоих марок газового топлива – это алкановое органическое вещество пропан, находящееся в обоих видах горючего в разном соотношении к остальной части состава. В СУГ под маркировкой пропан находится 90% алканового соединения, в ПБА – около 50%

Отличия в использовании СУГ следующие:

1. Пропан – оптимальное решение для климатических зон с суровыми погодными условиями. Его целесообразно использовать на всей территории страны зимой, если температура воздуха не опускается ниже -42 градусов. В то же время, заливка в машины пропана при температуре воздуха +10 градусов и выше повышает вероятность возникновения пробок давления в топливных магистралях.
2. В остальных случаях, в том числе в теплое время года, оптимально использование пропан-бутана. Смесь не теряет свойств в температурном режиме до -20 градусов.

Бутан, который является вторым компонентом смешанного СУГ, образуется во время крекинга нефтяного сырья. Как и пропан, быстро воспламеняется и может долгое время находиться в жидкой фазе. Бутан закипает уже при температуре -0,5 С, пропан – при -43 С. В стандартных условиях (температура вещества +15…+20 С) давление бутана составляет чуть выше 0,1 Мпа, пропана – в 7 раз больше.

Для стабилизации смеси ПБА добавляют немного этана и простейших олефинов.

Топливо СУГ для автомобилей: заправка

Смесь пропана и бутана создана специально для быстрой заправки транспортных средств в изменяющихся внешних условиях, например при перепадах температур при движении из одного региона в другой. Также соединение пропан-бутан приобретает повышенную сопротивляемость к быстрому выкипанию или замерзанию.

Топливо СУГ, расшифровка которого включает в том числе резистентность к определенным температурам (пропан – к низким, бутан – к высоким), позволяет избежать частую смену двух марок горючего на маршрутном пути. Вместо двух продуктов достаточно использовать единый.

Использование чистого пропана оправдано в районах с суровым климатом и в период с октября по апрель. В разных точках страны зимнее время варьируется, для определения целесообразности заливки пропана можно ориентироваться на ГОСТ-16350 и номинальные данные по температуре.

Правила безопасности при заправке СУГ

Поскольку пропан и пропан-бутан являются взрывоопасными газами, то при заправке на АГЗС следует соблюдать определенные правила безопасности:

1. Любое освещение допустимо только во взрывоопасной защите;
2. Исключается любой контакт с огнем или открытой искрой;
3. Топливный резервуар заполняется максимум на 80 процентов из-за способности газов расширяться;
4. Во время налива и слива топлива из цистерн запрещается использование соединительной арматуры в качестве сливной трубопроводной магистрали. В случае длительного перерыва при сливе или наливе перед возобновлением действий проверяются датчики давления;
5. В регионах с сильно жарким климатом лучше сделать выбор другого источника питания из-за потери пропаном плотности при нагреве;
6. Запрещается оставлять на стоянке автомобиль, который перед остановкой был полностью заправлен.

Статьи по теме

10 лучших заправок по качеству бензина в 2022 году (Лукойл, Газпромнефть, Роснефть, Татнефть, Шелл) #Топливо #Бензин 1015 просмотров

Какой газ используется в автомобилях в качестве топлива

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.

Источник http://electriclub.ru/toplivo-dlya-avtomobilei-szhizhennyi-szhatyi-gaz-prirodnyi-gaz—motornoe.html

Источник http://card-oil.ru/szhizhennyy-uglevodorodnyy-gaz-sug-toplivo-avtomobilnoe/

Источник http://gbomotor.ru/poleznoe/toplivo-dlya-mashin-s-gbo-lpg-cng-lng-cbg-lbg