В последнее время наблюдается возрастание интереса к применению альтернативных топлив. Основными причинами этого являются повышающиеся требования к защите окружающей среды, рост цен на бензин и дизельное топливо, и постепенный его дефицит. Среди альтернативных топлив наибольшее распространение на автотранспорте получили коммерческие газообразные углеводородные топлива на основе метана – компримированный природный газ (КПГ) и пропан-бутана — сжиженный углеводородный газ (СУГ). Ведутся опытные работы по внедрению сжиженного природного газа (СПГ).
Углеводородные газы относятся к наиболее чистым в экологическом отношении моторным топливам. Отсутсвие вредных для двигателя и окружающей среды антидетонационных присадок, а также более благоприятное соотношение C:H, существенно отличают их от бензинов. По сравнению с бензинами газы, имеющие высокие октановые числа, позволяют существенно снизить отложения на элементах двигателя, уменьшить процессы старения моторного масла, а также существенно снизить уровень ОГ.
Стоимость газообразного топлива примерно в 2 раза ниже стоимости бензина и дизельного топлива, а запасы его сырья в несколько раз превосходят нефтяные. Во многих странах эти факторы являются определяющими в применении газа на автотранспорте.
СВОЙСТВА И ХАРАКТЕРИСТИКИ ГАЗА
Газообразные топлива являются альтернативным видом энергоносителей по отношению к традиционным жидким топливам, получаемых из нефти.
Физико-химические и эксплуатационные свойства газообразных топлив существенно отличаются от бензинов и дизельных топлив, что влияет на конструкцию газовых систем питания и их эксплуатацию. Установка, техническое обслуживание и ремонт газобаллонного оборудования (ГБО), подготовка ремонтных рабочих имеют существенные особенности. В таблице представлены свойства основных компонентов углеводородных газов в сравнении с бензином.
Физико-химические свойства компонентов газообразных топлив и бензина, влияющих на эксплуатацию ГБО.
| Параметр | Метан | Пропан | Бутан | Бензин |
|---|---|---|---|---|
| молекулярная формула | СН4 | С3Н8 | С4Н10 | - |
| молекулярная масса, кг/моль | 16 | 44 | 58 | 114,2 |
| плотность жидкой фазы при температуре кипения и давлении 100 кпа, кг/м3 | 416 | 584 | 600 | 735 |
| плотность газовой фазы при нормальных условиях ( 150С, 760мм рт. ст.), кг/м3 | 0,717 | 2,019 | 2,703 | 5,18 |
| относительная плотность газовой фазы (по воздуху) | 0,554 | 1,562 | 2,091 | 3,78 |
| критическое давление(абсолютное), МПа | 4,58 | 4,20 | 3,60 | - |
| критическая температура кипения,С0 | -82,0 | 96,8 | 152,9 | - |
| температура кипения при давлении 100 кПа,С0 | -161,5 | -42,1 | -0,5 | 35-205 |
| теоритически необходимое для сгорания топлива количество воздуха, кг/кг | 17,2 | 15,8 | 15,6 | 14,9 |
| температура воспламенения топлива в воздухе при атмосферном давлении, 0С | 680-750 | 510-580 | 475-550 | 470-530 |
| октановое число (ОЧ) ) (по моторному методу) | 110 | 105 | 94 | 80-90 |
Метан- природный газ имеет самую легкую молекулу и низкую температуру кипения (сжижения) при которой газ переходит из жидкого состояния в газообразное. Критическая температура кипения метана -88оС не позволяет широко использовать хранение его в сжиженном состоянии. Хотя в настоящее время уже есть автомобили работающие на жидком метане, практически он используется на автотранспорте в сжатом (компримированном) виде. Максимальное давление заправки и хранения компримированного природного газа (КПГ) — 19,6 МПа (200 кг/см2 ). Для хранения КПГ при таком высоком давлении требуются сравнительно дорогие и тяжелые баллоны.
Пропан и бутан — основные компоненты сжиженного нефтяного газа — имеют значительно более высокие температуры кипения при атмосферном давлении и критические температуры. Такие свойства позволяют хранить пропан и бутан в сжиженном состоянии в диапазоне эксплуатационных температур от -40 до +45 0С при относительно низком давлении до 1,6 МПа в относительно недорогих и легких баллонах. Основными преимуществами газов, находящихся в сжиженном состоянии являются: большая концентрация тепловой энергии в единице объема, значительно меньшее рабочее давление в баллонах и соответственно меньшие прочность и толщина стенок баллона и запорной аппаратуры, их меньшая масса и стоимость.
Для сжиженных газов давление в значительной степени зависит не от количества газа в баллоне, а от температуры. Так как каждый из компонентов имеет определенную температуру кипения, давление паровой фазы смеси сжиженных газов зависит как от температуры, так и от компонентного состава. Давление смеси газов можно определить по значению составляющих (парциональных) давлений углеводородных газов, входящих в состав смеси, пропорционально концентрациям. Свойства сжиженных газов определяются по параметрам отдельных углеводородов, входящих в смесь.
Компоненты ГСН в сжиженном виде при повышении температуры могут вызвать разрушение полностью заправленного баллона. Поэтому во избежание разрушении баллона запрещается заправлять его полностью. Для этого необходимо оставлять так называемую паровую «подушку»(фазу). Баллоны должны заправляться на 80 % от полного объема. Арматура автомобильных газовых баллонов имеет специальное устройство, автоматически прекращающее заправку баллона при достижении предельного уровня топлива.
Основные компоненты ГСН — пропан, бутан и этан — имеют высокие показатели плотности и тяжелее воздуха. Газообразные углеводородные топлива относятся к наиболее чистым в экологическом отношении моторным топливам.
Газ сжиженный нефтяной в качестве топлива для автомобилей представляет собой смесь пропана, нормального бутана, изобутана ,пропилена, и других углеводородов. Его получают как продукт переработки нефти на нефтеперерабатывающих заводах или при добыче нефти и природного газа в виде отдельной жидкой фракции.
Компонентный состав сжиженного нефтяного газа регламентирует ГОСТ Р 52087-2003 «Газы углеводородные сжиженные топливные».
