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.

Виды топлива для ГБО. Пропан, метан.

Существует два вида ГБО: работающие на пропан-бутане и метане.

Пропан и пропан-бутан как газ и топливо для автомобилей. Сжиженный газ

Пропан-бутан (сжиженный нефтяной газ, СНГ, по-английски — liquified petroleum gas, LPG) — это смесь двух газов. В обиходе ее называют кратко: пропан. Пропан-бутан получают из нефти и сконденсированных нефтяных попутных газов. Чтобы эта смесь оставалась жидкой, ее хранят и перевозят под давлением в 1,6 МПа (16 атмосфер). Процесс заправки машин пропаном внешне очень похож на заправку бензином, потому что это — сжижженный газ.

Количество заправок пропана в Украине увеличивается из года в год. Установка пропана-бутана на автомобили в Украине растет такими же высокими темпами. Это связано со многими преимуществами пропана, как моторного топлива, перед бензином. Прежде всего стоимость: цена на сжижженный газ пропан традиционно сохраняется на уровне 50% от цены на 95-й бензин. (пропан-бутан производится в Украине, в отличие от метана). Кроме этого, он обладает более высоким октановым числом и лучшими экологическими и эксплуатационными свойствами.

Пропан

Молекулярная формула — C3H6

Плотность жидкости при атмосферном давлении- 584 кг/м3

Температура кипения при атмосферном давлении -42,1 С

Критическая температура +95,7 С

Основные свойства сжиженного газа

Одним из наиболее важных свойств пропана и бутана, отличающих их от других видов автомобильного топлива, является образование при свободной поверхности над жидкой фазой двухфазной системы жидкость — пар, вследствие возникновения давления насыщенного пара, т.е. давления пара в присутствии жидкой фазы в баллоне. В процессе наполнения баллона первые порции сжиженного газа быстро испаряются и заполняют весь его объем, создавая в нем определенное давление. При уменьшении давления газ мгновенно испаряется. Испарение сжиженного газа в баллоне продолжается до тех пор, пока образовавшиеся пары сжиженного газа не достигнут насыщения.

Это свойство пропана и бутана позволяет хранить газ в небольших объемах, что очень важно. В качестве примера рассмотрим рис. 1. Давление насыщенного пара бутана составляет 0,1 МПа при 0 °С и 0,17 МПа при 15 °С, а давление насыщенного пара пропана при этих же температурах 0,59 и 0,9 МПа соответственно. Это различие приводит к значительной разнице в давлении смеси при изменении пропорции пропана и бутана. Давление растет при увеличении температуры, что приводит к большим изменениям объема сжиженного газа, находящегося в жидком состоянии. Следовательно, если сжиженный газ в жидком состоянии полностью заполняет баллон и температура продолжает увеличиваться, то давление будет быстро расти, что может привести к разрушению баллона.

Поэтому никогда не заполняйте баллон сжиженным газом полностью, Обязательно оставляйте паровую подушку, объем которой равен 10% от полной емкости баллона.

Эти два газа (пропан и бутан) различаются между собой температурой кипения, при которой они переходят из жидкого в газообразное состояние. Пропан перестает переходить в газ и остается в жидком состоянии при температуре -43 °С, для бутана эта температура равна 0° С.

В условиях холодного климата (или зимой) в сжиженном нефтяном газе — смеси пропана и бутана, — предназначенном для использования в качестве автомобильного топлива, должен преобладать пропан для лучшей газификации смеси. На газозаправочные станции, поступает сжиженный нефтяной газ двух марок: летний ГТБА — пропан-бутан автомобильный с содержанием 50 + 10% пропана, остальное бутан и зимний ПА — пропан автомобильный с содержанием 90 + 10% пропана. Изменение давления насыщенных паров Р смеси пропана и бутана в зависимости от температуры в баллоне показано на рис. 2.

Теплота сгорания газа несколько больше, чем у бензина. Однако с увеличением количества подаваемого в двигатель воздуха теплота сгорания несколько уменьшается.

Если мощность двигателя, работающего на бензине, принять за 100%, то мощность двигателя, работающего на газе, будет примерно равна 90%, что приводит к снижению максимальной скорости примерно на 4%, но не надо забывать об экономии денежных средств. Мировое соотношение цены бензина к газу — 10:6.

Снижение мощности двигателя происходит по причине более низкой, чем у бензина, теплоты сгорания газа. И в результате происходит неполное наполнение цилиндров двигателя газо-воздушной смесью. Иногда ранней установкой угла опережения зажигания до ВМТ на 3 — 5° этот недостаток пытаются устранить. В условиях эксплуатации большой разницы при движении автомобиля на газе или на бензине не ощущается.

Метан как газ и топливо для автомобилей

Метан(сжатый природный газ, СПГ, сompressed natural gas, CNG)—горючий газ, который является основным компонентом природного газа. Газ метан практически не оставляет вредных продуктов сгорания.

Метан используется для газообеспечения населенных пунктов, но нас интересует его другое назначение, а именно — в качестве моторного топлива для автомобилей.

К сожалению, плотность природного метана в тысячу раз ниже плотности бензина. Поэтому, если заправлять автомобиль метаном при атмосферном давлении, то для равного с бензином количества топлива понадобится бак в 1000 раз больше. Чтобы не возить огромный прицеп с топливом, необходимо увеличить плотность газа. Это можно достичь сжатием метана до 20-25 МПа (200-250 атмосфер). Для хранения газа в таком состоянии используются специальные баллоны, которые устанавливаются на автомобилях.

Заправки метаном в Украине развиты очень хорошо. Сеть АГНКС состоит уже из нескольких сотен метановых заправок. Но установка газа метана на автомобили в Украине сейчас не очень популярна из-за трех факторов. Во-первых, цена на него полностью зависит от экспорта из России и постоянно растет. Во-вторых, газовое оборудование для метана очень дорогое, в основном из-за дефицитных баллонов под метан, которые должны выдерживать давление 200 атмосфер. В-третьих, метановые баллоны существенно уменьшают грузоподъемность автомобиля, поэтому если и стоит устанавливать метановое ГБО, то лишь на грузовые автомобили, такие как ЗИЛ, ГАЗон, ГАЗель.

Тягач на метане: мечта дальнобойщика или головная боль? 16:36, 13 января 2020 Версия для печати

Все обладатели прав категории «С» считают себя профессионалами. Зачастую самоуверенны те, кто работает за рулём грузовика несколько лет. На деле даже опытные водители нередко совершают ошибки. Особенно когда речь идёт о коммерческих автомобилях, работающих на метане.

Самые продвинутые дальнобойщики первыми обратили внимание на метановый Iveco Stralis NP460. Его газовый двигатель Cursor 13 рабочим объёмом 12,9 л, потенциалом в 460 л. с. хорошо подготовлен к суровым условиям эксплуатации. Итальянское газобаллонное оборудование (ГБО) выдерживает повышенную влажность, загрязнённый воздух и не боится холодов. Завод гарантирует лёгкий пуск и эксплуатацию даже при температуре окружающего воздуха до –40 ºС. Это характерно как для техники, потребляющей сжатый метан (CNG), так и для автомобилей на сжиженном природном газе (LNG) или в комбинированном сочетании CNG+LNG.

Для успешной эксплуатации автомобиля с газовым двигателем в зимний период важно подготовить ГБО к холодам

На флагманском Stralis NP460 LNG ёмкостей двух криогенных баллонов по 220 кг хватает на пробег в 1600 км. В версии CNG+LNG (540 л сжиженного газа + 4х115 л сжатого метана) автономность составляет 1100 км. При оснащении только сжатым метаном запас около 570 км. Теперь понимаете, почему перевозчики отдают предпочтение LNG?!

Газовому грузовику противопоказано долго стоять без движения. При давлении сжиженного метана в 10 бар его предельное время хранения составляет пять дней, а при давлении в 14 бар — сутки. После этого происходит утечка газа в атмосферу через предохранительный клапан…

Как показывает практика, средний расход метана в российских условиях эксплуатации составляет 25–26 кг/100 км. Исходя из этого и зная ёмкость газовых баллонов, и нужно рассчитывать запас хода. Сжиженным газом можно заправиться только в Москве, Санкт-Петербурге, Челябинске и Калининграде. С пунктами АГНКС для заправки сжатым газом дела обстоят лучше (в России их около 380), но и здесь пополнение запаса топлива лучше спланировать заранее.

При оснащении только сжатым метаном запас около 570 км

Секреты успешной эксплуатации газовых грузовиков CNG в морозы кроются в деталях. Например, если не крутит стартёр, то, скорее всего, замёрзла дроссельная заслонка (пуск двигателя предваряет автоматический контроль всех компонентов системы питания). Достаточно отогреть патрубок феном — и проблема решена. Когда стартёр крутит, а двигатель не запускается, причиной отказа может быть «заглючившая» электромагнитная катушка. Требуется её замена. Преградой к нормальной работе системы способен стать сгоревший предохранитель, поэтому при возникновении неполадки первым делом нужно установить её причину. Если это случилось на трассе, рассчитывать лучше всего на свои силы. Ну а при возникновении проблемы в городах разумнее поискать грузовую СТО или звонить в трак-сервис. В большинстве случаев специалист даже удалённо может дать дельный совет.

Газовому грузовику противопоказано долго стоять без движения. При давлении сжиженного метана в 10 бар его предельное время хранения составляет пять дней

Многие водители порой боятся касаться газовой аппаратуры, поскольку директор или завгар это категорически запретили. Но иногда вмешательство необходимо. Например, расходный электромагнитный клапан в аварийном режиме можно открыть или закрыть вручную — оборудование не пострадает. Аналогичное правило применимо и к магистральному газовому клапану. Уж если и возникли сомнения, всегда можно позвонить установщику аппаратуры и получить руководство к действию в конкретной ситуации.

Бывает так, что водители случайно включают тумблер прекращения подачи газа или забывают об этом. Стоит вернуть его в рабочее положение — и можно завести двигатель. Порой мотор не хочет работать после заправки. Нередко причина кроется в неплотно закрытой крышке заправочного ящика. При скоплении там снега и образовании льда концевой выключатель не активирует питание электромагнитного клапана на газовом редукторе. Удаление набившихся вкраплений и есть ключ к решению проблемы.

Чрезмерное усердие тоже не приветствуется. Скажем, укрывание заправочного вентиля и манометра от влаги и грязи полиэтиленовыми пакетами — процедура лишняя. Эти компоненты и так находятся в отдельном ящике, и дополнительная изоляция им не требуется. Вот за чем нужно следить, так это за своевременной заменой фильтров, экономить на них нельзя.

Особую осторожность нужно соблюдать при ремонте автомобиля. Если допустить утечку сжиженного метана, недолго получить низкотемпературный ожог. При заправке полностью опустошённого криобака продувать следует и сам бак, и соединительные шланги. Грузовик должен быть заземлён, это не обсуждается. А когда газ подаётся в ёмкость автомобиля, заправочный шланг лучше не трогать.

Для успешной эксплуатации автомобиля с газовым двигателем в зимний период важно подготовить ГБО к холодам. Речь не о дополнительном утеплении, а о проверке оборудования. Нужно внимательно осмотреть редуктор-испаритель, места соединения газовой магистрали, форсунки, газовые фильтры. Любое отклонение от нормы должно насторожить. И уж лучше перепроверить технику в условиях парка компании, чем потом «куковать» на трассе.

Очень важно использовать рекомендованные свечи зажигания (оригинал), иначе велик риск получить пробой катушек. И менять их лучше периодически, например, через 15–20 тыс. км пробега, а не по факту «чиханий» двигателя и проблем с пуском. Как это ни странно звучит, нужно уделять внимание качеству газа и заправляться только на проверенных АГНКС. Природный газ может быть с примесями, которые негативно сказываются на работоспособности оборудования и сокращают срок службы его компонентов.

Внимательнее следует быть и к наконечникам катушек зажигания. Запорная аппаратура на газовых баллонах тоже требует заботы. После рейса рекомендуется смывать грязь чистой водой. Перед наступлением морозов на редукторе желательно заменить масло, а все компоненты — очистить от отложений.

Чрезвычайно важно своевременно устранять возникшие неисправности. Махнув рукой на заедающий клапан или небольшую утечку газа, в итоге можно получить сопутствующие проблемы и понести дополнительные затраты на их устранение. И конечно, лучше всего эту работу доверять специалистам фирменной СТО и тем, кто умеет обращаться с газовыми двигателями и газовым оборудованием.