Чем отличается сжиженный газ от сжатого

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.

к содержанию ↑

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.

к содержанию ↑

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.

к содержанию ↑

Таблица

Сжиженный газ	Сжатый газ
Что общего между ними?
Для получения обоих типов топлива используется одно и то же сырье — природный газ (для изготовления сжиженного газа чаще всего применяется метан, для выпуска сжатого — также пропан, бутан и другие газы)
В чем разница между ними?
Получается посредством снижения температуры исходного топлива — природного газа	Получается посредством повышения давления в емкости, в которой размещен исходный природный газ
Для хранения и перемещения требует использования высокотехнологичных криоцистерн	Для хранения и перемещения требует использования относительно менее технологичных герметичных емкостей
Объем исходного топлива примерно в 600 раз больше, чем преобразованного в сжиженный газ	Объем исходного топлива примерно в 200 раз больше, чем преобразованного в сжатый газ
Применяется, как правило, в тех же целях, что и обычный природный газ — для обогрева помещений, обеспечения работы промышленного оборудования, электростанций	Применяется, как правило, как топливо для транспортных средств

Автомобиль на природном газе — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Автомобиль на природном газе — один из видов автомобилей на альтернативном топливе — они используют компримированный природный газ (метан) или сжиженный природный газ (пропан). К этому классу не относятся автомобили, использующие в качестве топлива пропан-бутановую смесь, так как это принципиально другая технология. Мировыми лидерами по количеству автомобилей на природном газе являются: Иран — 3,3 миллиона автомобилей, Пакистан — 3,1 миллиона автомобилей, Аргентина — 2,17 миллиона автомобилей, Бразилия — 1,73 миллиона автомобилей, Индия — 1,50 миллиона автомобилей. Азиатско-Тихоокеанский регион лидирует по количеству автомобилей на природном газе с 8,45 миллионами автомобилей, за ним идет Латинская Америка с 4,43 миллионами автомобилей. 90 % автомобилей на природном газе в Латинской Америке двухтопливные — они могут использовать в качестве моторного топлива как компримированный природный газ (метан), так и бензин.

Большинство автомобилей с бензиновым двигателем могут быть переоборудованы на использование метана в качестве моторного топлива, и после переоборудования становятся двухтопливными. Лёгкий коммерческий транспорт с дизельными двигателями также могут быть переоборудованы под использование метана в качестве моторного топлива — автомобиль будет работать на смеси дизельного топлива и метана в процентном соотношении 60 % дизеля к 40 % метана. Также большинство мировых автоконцернов выпускают новые автомобили на природном газе — в Россию поставляют автомобили Volkswagen: Caddy, Также российские автопроизводители выпускают автомобили на природном газе: это ГАЗ с моделью Газель^{[источник не указан 37 дней]}.

Автомобильные газозаправочные станции компримированного природного газа могут быть построенные везде, где существуют магистральные газопроводы. Такая станция представляет собой мини-завод по сжатию природного газа. В баллонах автомобиля компримированный природный газ находится под давлением 200 атмосфер.

Между КПГ и СПГ, которые используются в качестве моторного топлива, существуют технологические различия. КПГ (компримированный природный газ) в качестве моторного топлива. Компримированный природный газ — это сжатый газ, находящийся под давлением в 200 атмосфер. В качестве бака для него используют цельнометаллические или металлопластиковые баллоны.

Сжиженный природный газ — это природный газ, который был охлажден до состояния криогенной жидкости. СПГ в 3 раза плотнее чем КПГ. Из-за своего криогенного состояния, СПГ хранится в специальных изолированных (но не герметично) резервуарах — сосудах Дьюара. В них устанавливается испаритель, который превращает СПГ в газ для топливной системы.

Всего в России к концу 2013 года было зарегистрировано 86 012 автомобилей, использующих КПГ (метан) в качестве моторного топлива. Большинство автомобилей, использующих КПГ в России — это лёгкий коммерческий транспорт. Наиболее развито использование КПГ в Южном Федеральном Округе

[источник не указан 37 дней]. Большинство автомобилей на КПГ в России — это переоборудованные двухтопливные автомобили. С 2013 года компания «Газпром нефть» внедряет программу по увеличению количества автомобилей, использующий метан в качестве автомобильного топлива.

Природный газ – это пропан или метан

Природный газ – это пропан или метан

Опубликовано: 06.03.2018 02:57

День добрый дорогие посетители нашего сайта. А вы знали, что в качестве топлива для газовых систем может использоваться разный газ – метан, пропан, бутан или изобутан.Использование природного газа (или метана) осуществляется в системах централизованного газоснабжения, использование пропана и бутана – в автономных системах.

Природный газ – это метан, имеющий формулу СН₄ и являющийся бесцветным газом. Природный газ метан не имеет запаха, поэтому для того, чтобы человек мог самостоятельно обнаружить утечку газа и принять необходимые меры, в состав метана добавляют примеси с характерным запахом.

Критическая температура метана равна  -82,5^оС (это температура, при которой возможен переход природного газа в жидкое состояние при дальнейших манипуляциях с давлением метана). А температура кипения метана составляет -161,5^оС – это температура при которой природный (натуральный) газ точно переходит в жидкое состояние из газообразного.

Пропан – это газ из группы алканов (углеводородов, ряд которых описывается формулой С_nН_2n+2), имеющий формулу С₃Н₈. Как и в случае с метаном, газ пропан не имеет цвета и запаха, однако, как и метан, этот газ при высоких концентрациях способен нанести вред самочувствию и здоровью человека, а при определенных концентрациях метана и пропана возможен взрыв.

Поэтому производство пропана, как и метана, сопровождается добавлением реагентов с характерным запахом. Температура кипения пропана равна -43^оС. Если с понижением температуры может быть сжижен метан, то пропан можно сжижать более дешевыми способами – через компрессию (повышение давления).

Бутан – это так же газ из группы алканов, имеющий формулу С₄Н₁₀, бесцветный, как пропан или метан, и не имеющий запаха. Как и в другой газ, метан или пропан, производство бутана сопровождается применением реагентов с запахом. Что радикально отличает от перечисленных алканов этот газ – это температура кипения бутана, равная -0,5^оС. Что накладывает определенные ограничения на его применение в качестве топлива. Другие газы – это пропан и метан – без проблем использующиеся при минусовых температурах в качестве топлива, дополняют бутан в составе горючих газов. Так, в качестве компонентов сжиженного углеводородного газа используются пропан и бутан (или изобутан).

Разница в физических свойствах газов накладывает следующие ограничения на применение бутана и пропана по отдельности:

Сжиженный бутан не может использоваться в качестве топлива при отрицательных температурах (так как отопление помещений должно происходить при помощи доставки в газовый котел бутана в газообразном состоянии)

• Пропан не может использоваться при высокой температуре (пропан в условиях жаркого климата чрезмерно расширяется и оказывает повышенное давление на стенки емкости, в которой хранится).

ГОСТ 20448-90 «Газы углеводородные сжиженные топливные для коммунально-бытового потребления» запрещает самостоятельное использование бутана или пропана в системах газификации, а также устанавливает ограничения на то, как бутан или пропан (в процентном соотношении) могут быть использованы в смеси – содержание первого не должно превышать 60%. В зимнее время пропан в смеси для севера России допускается в количестве не менее 75% от общего объема смеси газов.

На сегодня все, дорогие читатели, наша команда ГазЭкоСеть желает Вам хорошего дня и прекрасного настроения.

А у нас в машине газ…

Пока бензин и дизельное топливо неумолимо дорожают, а всевозможные альтернативные силовые установки для автотранспорта остаются страшно далёкими от народа, проигрывая традиционным двигателям внутреннего сгорания в цене, автономности и эксплуатационных расходах, самым реальным способом сэкономить на заправке остаётся перевод автомобиля на «газовую диету». На первый взгляд это выгодно: стоимость переоборудования автомобиля вскоре окупается за счёт разницы в цене горючего, особенно при регулярных коммерческих и пассажирских перевозках. Недаром в Москве и многих других городах значительная доля муниципального автотранспорта уже давно переведена на газ. Но тут возникает закономерный вопрос: почему же тогда доля газобаллонных автомобилей в транспортном потоке и в нашей стране, и за рубежом не превышает нескольких процентов? Что таит обратная сторона газового баллона?

Наука и жизнь // Иллюстрации

Предупреждающие таблички на заправке установлены неспроста: каждое соединение технологического газопровода — потенциальное место утечек горючего газа.

Баллоны для сжиженного газа легче, дешевле и разнообразнее по форме, чем для сжатого, а потому их проще компоновать исходя из свободного пространства в автомобиле и необходимого запаса хода.

Обратите внимание на разницу в цене жидкого и газообразного топлива.

Баллоны со сжатым метаном в кузове тентованной «Газели».

Редуктор-испаритель в пропановой системе требует подогрева. На фото хорошо виден шланг, соединяющий жидкостный теплообменник редуктора с системой охлаждения двигателя.

Принципиальная схема работы газобаллонного оборудования на карбюраторном двигателе.

Схема работы оборудования для сжиженного газа без перевода его в газообразную фазу в двигателе внутреннего сгорания с распределённым впрыском.

Метановая заправка — это просто специализированная компрессорная станция на газопроводе. В абсолютном большинстве случаев здесь же имеется стационарная ёмкость для заправки сжиженным пропан-бутаном.

Пропан-бутан хранят и перевозят в цистернах (на фото — за синими воротами). Благодаря такой мобильности заправку можно разместить в любом удобном месте, а при необходимости быстро перенести в другое.

На пропановой колонке заправляют не только автомобили, но и бытовые баллоны.

Колонка для сжиженного газа внешне отличается от бензиновой, но процесс заправки похож. Отсчёт залитого топлива идёт в литрах.

‹

›

Понятие «газовое автомобильное топливо» включает в себя две совершенно разных по составу смеси: природный газ, в котором до 98% приходится на метан, и производимый из попутного нефтяного газа пропан-бутан. Кроме безусловной горючести общим для них является ещё и агрегатное состояние при атмосферном давлении и комфортных для жизни температурах. Однако при низких температурах физические свойства этих двух наборов лёгких углеводородов здорово различаются. Из-за этого они требуют совершенно разного оборудования для хранения на борту и подачи в двигатель, да и в эксплуатации автомобили с разными системами газового питания имеют несколько существенных различий.

Сжиженный газ

Пропан-бутановая смесь хорошо знакома туристам и дачникам: именно её заправляют в бытовые газовые баллоны. Она же составляет основную долю газа, который впустую сгорает в факелах нефтедобывающих и перерабатывающих предприятий. Пропорциональный состав топливной пропан-бутановой смеси может различаться. Дело не столько в исходном составе нефтяного газа, сколько в температурных свойствах получаемого горючего. Как моторное топливо чистый бутан (С

4Н₁₀) хорош во всех отношениях, кроме того, что он переходит в жидкое состояние уже при 0,5°С при атмосферном давлении. Поэтому к нему добавляют менее калорийный, но более холодостойкий пропан (С₂Н₈) с температурой кипения –43°С. Соотношение этих газов в смеси задаёт нижний температурный предел применения топлива, которое по этой же самой причине бывает «летним» и «зимним».

Относительно высокая температура кипения пропан-бутана даже в «зимнем» исполнении позволяет хранить его в баллонах в виде жидкости: уже под небольшим давлением он переходит в жидкую фазу. Отсюда и другое название пропан-бутанового топлива — сжиженный газ. Это удобно и экономично: высокая плотность жидкой фазы позволяет уместить в малом объёме большое количество топлива. Свободное пространство над жидкостью в баллоне занято насыщенным паром. По мере расхода газа давление в баллоне остаётся постоянным до самого его опустошения. Водителям «пропановых» машин при заправке следует заливать баллон максимум на 90%, чтобы оставить внутри место для паровой подушки.

Давление внутри баллона прежде всего зависит от температуры окружающей среды. При отрицательных температурах оно падает ниже одной атмосферы, но даже этого достаточно для поддержания работоспособности системы. Зато с потеплением оно быстро растёт. При 20°C давление в баллоне составляет уже 3—4 атмосферы, а при 50°C достигает 15—16 атмосфер. Для большинства автомобильных газовых баллонов эти значения близки к предельным. А это значит, что при перегреве в жаркий полдень на южном солнцепёке тёмный автомобиль с баллоном сжиженного газа на борту… Нет, не взорвётся, как в голливудском боевике, а начнёт сбрасывать излишки пропан-бутана в атмосферу через предохранительный клапан, предназначенный именно для такого случая. К вечеру, когда вновь похолодает, топлива в баллоне окажется заметно меньше, зато никто и ничто не пострадает. Правда, как показывает статистика, отдельные любители дополнительно сэкономить на предохранительном клапане время от времени пополняют хронику происшествий.

Сжатый газ

Иные принципы лежат в основе работы газобаллонного оборудования для машин, потребляющих в качестве топлива природный газ, в обиходе обычно именуемый метаном по своему основному компоненту. Это тот же газ, что подаётся по трубам в городские квартиры. В отличие от нефтяного газа метан (СН₄) обладает низкой плотностью (в 1,6 раза легче воздуха), а главное — низкой температурой кипения. Он переходит в жидкое состояние лишь при –164°С. Наличие небольшого процента примесей других углеводородов в природном газе не сильно изменяет свойства чистого метана. А значит, превратить этот газ в жидкость для использования в автомобиле невероятно сложно. В последнее десятилетие активно велись работы по созданию так называемых криогенных баков, позволяющих хранить в автомобиле сжиженный метан при температурах –150°С и ниже и давлении до 6 атмосфер. Были созданы опытные образцы транспорта и заправок под этот вариант топлива. Но пока практического распространения эта технология не получила.

А потому в подавляющем большинстве случаев для использования в качестве моторного топлива метан просто сжимают, доводя давление в баллоне до 200 атмосфер. Как следствие, прочность и соответственно масса такого баллона должны быть заметно выше, чем для пропанового. Да и помещается в одинаковом объёме сжатого газа существенно меньше, чем сжиженного (в пересчёте на моли). А это — уменьшение автономности автомобиля. Другой минус — цена. Существенно больший запас прочности, заложенный в метановое оборудование, оборачивается тем, что цена комплекта на автомобиль оказывается почти в десять раз выше аналогичной по классу пропановой аппаратуры.

Метановые баллоны бывают трёх типоразмеров, из которых в легковом автомобиле можно разместить только самые маленькие, объёмом 33 л. Но для того, чтобы обеспечить гарантированную дальность хода в триста километров, таких баллонов нужно пять, суммарной массой 150 кг. Понятное дело, что в компактной городской малолитражке возить постоянно такой груз вместо полезного багажа смысла нет. Поэтому есть резон переводить на метан лишь большие автомобили. Прежде всего, грузовики и автобусы.

При всём этом у метана есть два существенных преимущества перед нефтяным газом. Во-первых, он ещё дешевле и не привязан к цене на нефть. А во-вторых, метановое оборудование конструктивно застраховано от проблем с зимней эксплуатацией и позволяет при желании вообще обходиться без бензина. В случае с пропан-бутаном в наших климатических условиях такой фокус не пройдёт. Автомобиль по факту останется двухтопливным. Причина именно в сжиженности газа. А точнее, в том, что в процессе активного испарения газ резко охлаждается. В результате сильно падает температура в баллоне и особенно — в газовом редукторе. Чтобы аппаратура не замерзала, редуктор подогревают, встраивая в него теплообменник, соединённый с системой охлаждения двигателя. Но чтобы эта система начала работать, жидкость в магистрали надо предварительно подогреть. А потому запускать и прогревать мотор при температуре окружающего воздуха ниже 10°С рекомендуется строго на бензине. И лишь затем, с выходом мотора на рабочую температуру, переключаться на газ. Впрочем, современные электронные системы переключают всё сами, без помощи водителя, автоматически контролируя температуру и не допуская замерзания оборудования. Правда, для поддержания корректной работы электроники в этих системах нельзя досуха опустошать бензобак даже в жаркую погоду. Пусковой режим на газу является для подобной аппаратуры аварийным, и на него систему можно переключить лишь принудительно в случае крайней необходимости.

У метановой аппаратуры никаких трудностей с зимним пуском нет. Наоборот, на этом газе в морозы запустить двигатель даже легче, чем на бензине. Отсутствие жидкой фазы не требует и подогрева редуктора, который лишь понижает давление в системе с 200 транспортировочных атмосфер до одной рабочей.

Чудеса непосредственного впрыска

Сложнее всего переводить на газ со-временные двигатели с непосредственным впрыском топлива в цилиндры. Причина в том, что газовые форсунки традиционно размещаются во впускном тракте, где и происходит смесеобразование во всех остальных типах двигателей внутреннего сгорания без непосредственного впрыска. Но наличие такового напрочь перечёркивает возможность столь легко и технологично добавить газовое питание. Во-первых, в идеале газ тоже надо подавать прямо в цилиндр, а во-вторых, и это ещё более важно, жидкое топливо служит для охлаждения собственных форсунок непосредственного впрыска. Без него они очень быстро выходят из строя от перегрева.

Варианты решения этой проблемы есть, причём как минимум два. Первый превращает двигатель в двухтопливный. Он был придуман довольно давно, ещё до появления непосредственного впрыска на бензиновых моторах и предлагался для адаптации дизелей к работе на метане. Газ не воспламеняется от сжатия, а потому «газированный дизель» заводится на солярке и продолжает на ней же работать в режиме холостых оборотов и минимальной нагрузки. А дальше в дело вступает газ. Именно за счёт его подачи регулируют скорость вращения коленвала в режиме средних и высоких оборотов. Для этого ТНВД (топливный насос высокого давления) ограничивают по подаче жидкого топлива до 25—30% от номинала. Метан поступает в двигатель по собственной магистрали в обход ТНВД. Никаких проблем с его смазкой из-за снижения подачи солярки на высоких оборотах не возникает. Дизельные форсунки при этом продолжают охлаждаться проходящим через них топливом. Правда, тепловая нагрузка на них в режиме высоких оборотов всё равно остаётся повышенной.

Аналогичную схему питания стали применять и для бензиновых моторов с непосредственным впрыском. Причём работает она как с метановой, так и с пропан-бутановой аппаратурой. Но в последнем случае более перспективным считается альтернативное решение, появившееся совсем недавно. Всё началось с идеи отказаться от традиционного редуктора с испарителем и подавать пропан-бутан в двигатель под давлением в жидкой фазе. Следующими шагами стали отказ от газовых форсунок и подача сжиженного газа через штатные форсунки для бензина. В схему добавили электронный модуль согласования, подключающий по ситуации газовую или бензиновую магистраль. При этом новая система лишилась традиционных проблем с холодным пуском на газе: нет испарения — нет и охлаждения. Правда, стоимость оборудования для моторов с непосредственным впрыском в обоих случаях такова, что окупается оно только при очень больших пробегах.

Кстати, экономическая целесообразность ограничивает применение газобаллонного оборудования в дизелях. Именно из соображений выгоды для моторов с воспламенением от сжатия используют только метановую аппаратуру, причём подходящую по характеристикам лишь двигателям тяжёлой техники, оснащённым традиционными ТНВД. Дело в том, что перевод маленьких экономичных легковых моторов с дизеля на газ себя не окупает, а разработка и техническое воплощение газобаллонной аппаратуры для новейших двигателей с общей топливной рампой (common rail) по нынешним временам считаются экономически неоправданными.

Правда, есть и другой, альтернативный путь перевода дизеля на газ — путём полной конвертации в газовый двигатель с искровым зажиганием. У такого мотора уменьшается до 10—11 единиц степень сжатия, появляются свечи и высоковольтная электрика, и он навсегда прощается с дизельным топливом. Зато начинает безболезненно потреблять бензин.

Условия работы

Старые советские инструкции по переводу бензиновых автомобилей на газ предписывали шлифовать головки блока цилиндров (ГБЦ), чтобы поднять степень сжатия. Оно и понятно: объектом газификации в них выступали силовые агрегаты коммерческого транспорта, работавшие на бензине с октановым числом 76 и ниже. У метана же октановое число 117, а у пропан-бутановых смесей оно около ста. Таким образом, оба вида газового топлива существенно менее склонны к детонации, чем бензин, и позволяют поднять степень сжатия двигателя, чтобы оптимизировать процесс сгорания.

Кроме того, для архаичных карбюраторных моторов, оснащавшихся механическими системами подачи газа, увеличение степени сжатия позволяло компенсировать потерю мощности, возникавшую при переходе на газ. Дело в том, что бензин и газы смешиваются с воздухом во впускном тракте в совершенно разных пропорциях, из-за чего при использовании пропан-бутана, а особенно метана, двигателю приходится работать на существенно более бедной смеси. Как результат — снижение крутящего момента двигателя, приводящее к падению мощности на 5—7% в первом случае и на 18—20% во втором. При этом на графике внешней скоростной характеристики форма кривой крутящего момента каждого конкретного мотора остаётся без изменений. Она просто смещается вниз по «оси ньютон-метров».

Однако для двигателей с электронными системами впрыска, оснащаемых современными системами газового питания, все эти рекомендации и цифры не имеют почти никакого практического значения. Потому что, во-первых, их степень сжатия и так достаточна, и даже для перехода на метан работы по шлифовке ГБЦ совершенно не оправданны экономически. А во-вторых, согласованный с электроникой автомобиля процессор газовой аппаратуры организует подачу топлива таким образом, что как минимум наполовину компенсирует вышеозначенный провал по крутящему моменту. В системах же с непосредственным впрыском и в газодизельных моторах газовое топливо в отдельных диапазонах оборотов и вовсе способно поднимать крутящий момент.

Кроме того, электроника чётко отслеживает необходимое опережение зажигания, которое при переключении на газ должно быть больше, чем для бензина, при прочих равных условиях. Газовое топливо горит медленнее, а значит, и поджигать его нужно раньше. По этой же причине возрастает тепловая нагрузка на клапаны и их сёдла. С другой стороны, меньшей становится ударная нагрузка на цилиндро-поршневую группу. Кроме того, для неё зимний пуск на метане существенно полезнее, чем на бензине: газ не смывает масло со стенок цилиндров. Да и вообще в газовом топливе не содержится катализаторов старения металлов, более полное сгорание топлива уменьшает токсичность выхлопа и нагар в цилиндрах.

Автономное плавание

Пожалуй, наиболее заметным минусом в газовом автомобиле становится его ограниченная автономность. Во-первых, расход газового топлива, если считать по объёму, получается больше, чем бензина и тем более солярки. А во-вторых, газовая машина оказывается привязанной к соответствующим заправкам. Иначе смысл её перевода на альтернативное топливо начинает стремиться к нулю. Особенно сложно тем, кто ездит на метане. Метановых заправок очень мало, и все они привязаны к магистральным газопроводам. Это просто небольшие компрессорные станции на ответвлениях главной трубы. В конце 80-х — начале 90-х годов ХХ века в нашей стране пытались активно переводить транспорт на метан в рамках государственной программы. Именно тогда и возникло большинство метановых заправок. К 1993 году их было построено 368, и с тех пор это число если и выросло, то совсем незначительно. Большинство заправок находится в европейской части страны вблизи федеральных трасс и городов. Но при этом их расположение определяли не столько с точки зрения удобства автомобилистов, сколько с точки зрения газовиков. Поэтому лишь в очень редких случаях газовые заправки оказались непосредственно у шоссе и практически никогда внутри мегаполисов. Почти везде, чтобы заправиться метаном, необходимо сделать крюк на несколько километров в какую-нибудь промзону. Поэтому, планируя дальний маршрут, эти заправки надо искать и запоминать заранее. Единственное, что удобно в такой ситуации, — стабильно высокое качество топлива на любой из метановых станций. Газ из магистрального газопровода весьма проблематично разбавить или испортить. Разве что фильтр или система осушки на какой-то из таких заправок может внезапно выйти из строя.

Пропан-бутан можно перевозить в цистернах, и благодаря этому свойству география заправок для него существенно шире. В некоторых регионах им можно заправиться даже в самом дальнем захолустье. Но изучить наличие пропановых заправок на предстоящем маршруте тоже не помешает, чтобы их внезапное отсутствие на шоссе не стало неприятным сюрпризом. При этом сжиженный газ всегда оставляет долю риска попасть на топливо не по сезону или просто некачественное.

Фото автора.

Сжатый природный газ. |

Сжатый природный газ.

Природный газ состоит в основном из метана (не менее 90 %) с небольшими примесями этана (до 6%), пропана (до 1,7%), и бутана (до 1%).

Метан газ без цвета и запаха, мало растворим в воде, легче воздуха. Он относится к предельным углеводородам, молекулы которых состоят только из углерода и водорода. Высокое содержание водорода обеспечивает более полное сгорание топлива в цилиндрах двигателя по сравнению с бензином и сжиженным нефтяным газом, поэтому метан является полноценным топливом для автомобилей с хорошими антидетонационными характеристиками.

Характеристика метана.

Молекулярная формула – CH₄

Молярная масса, кг/моль – 16,03

Плотность при температуре 15°С и давлении 0,1 МПа:

— в газообразном состоянии, кг/м³ – 0,717

— в жидком состоянии, кг/л – 0,42

Углеродное число – 2,96

Температура кипения, °С – -161,7

Температура самовоспламенения (вспышки), °С – 590

Низшая теплота сгорания:

— в газообразном состоянии, кДж/м³ – 33800

— в жидком состоянии, кДж/л – 20900

Относительная плотность (по воздуху) – 0,554

Коррозионная активность – отсутствует

Токсичность – не токсичен

Температура горения, °С – 2030

Для справки. Теплота сгорания.

Теплота сгорания – количество теплоты, выделяющееся при полном сгорании 1м³ газа, при атмосферном давлении и температуре 20°С.

Есть высшая и низшая теплота сгорания газа. При определении высшей теплоты сгорания учитывается вся теплота, выделившияся во время сгорания и отведенная от продуктов сгорания путем их охлаждения до начальной температуры. На практике образовавшиеся пары воды не конденсируются и уносят часть теплоты, затраченной на нагревание 1кг воды от 0 до 100°С, которая равна 418,6 кДж.

При сгорании на испарение влаги, содержащейся в топливе и полученной от сгорания водорода, затрачивается теплота. Поэтому для характеристики газовых топлив на практике применяется низшая теплота сгорания газа, являющаяся стандартной величиной.

Природный газ перед применением в качестве моторного топлива проходит предварительную подготовку на предмет соответствия его параметров на эксплуатационные качества двигателя (удаление примесей) и условиям хранения на автомобиле.

Поскольку природный газ сжижается при температуре -161,7°С, а в нормальных условиях это сделать невозможно, на автомобилях он хранится в баллонах в сжатом до 20 МПа (200кг/см.кв.) состоянии.

Сжатые газы характеризуются тем, что при температуре 20°С и высоком давлении (20 МПа) остаются в газообразном состоянии.

Газ природный топливный компримированный (сжатый природный газ).

По физико–химическим показателям и содержанию примесей природный топливный газ должен соответствовать ГОСТ 27577-2000 «Газ природный топливный компримированный для двигателей внутреннего сгорания».

По физико–химическим показателям газ по данному ГОСТу должен соответствовать требованиям и нормам, приведенным в таблице 1.

Таблица 1.

№№п/п	Показатели	Значение
1	2	3
1.	Объемная теплота сгорания низшая, кДж/м3, не менее	31800
2.	Относительная плотность к воздуху	0,55-0,70
3.	Расчетное октановое число (по моторному методу), не менее	105
4.	Концентрация сероводорода, г/м3, не более	0,02
5.	Концентрация меркаптановой серы, г/м3, не более	0,036
6.	Масса механических примесей в 1м3, мг, не более	1,0
7.	Суммарная объемная доля негорючих компонентов, %, не более	7,0
8.	Объемная доля кислорода, %, не более	1,0
9.	Концентрация паров воды, мг/м3, не более	9,0

Содержание влаги в сжатом (компримированном) газе свыше 9 мг/м³ может вызывать образование ледяных пробок в системе питания двигателя.

 Недостатки и преимущества применения сжатого природного газа в сравнении с бензином.  

1. Недостатки.

1.1. Содержание газа под большим давлением требует применения высокопрочных баллонов, имеющих значительную массу и изготавливаемых из высококачественных сталей. Вес одного баллона вместимостью 50 литров с 10м³ газа составляет около70 кг. Установка на автомобиль газовых баллонов влечет за собой снижение грузоподъемности автомобиля на 10-12%, снижается также запас хода автомобиля.

Баллоны для СПГ являются сосудами высокого давления, для баллонов из легированной стали установлен срок испытания один раз в 5 лет, а из углеродистой – один раз в 3 года.

1.2. Так как теплота сгорания газовоздушной смеси метана меньше теплоты сгорания бензовоздушной смеси (3,22 МДж/м³ для метана с воздухом и 3,55 МДж/м³ для бензина с воздухом), и вследствие меньшего коэффициента наполнения цилиндров мощность двигателя при переводе на сжатый газ снижается на 18-20%.

1.3. При применении газового топлива затруднен пуск двигателя в зимнее время при температуре ниже 15°С. Причина – более высокая температура воспламенения газовоздушной смеси и меньшая скорость распространения пламени.

1.4. Для проведения технического обслуживания и ремонта газобаллонных автомобилей требуется более высокая квалификация обслуживающего персонала. По сравнению с обслуживанием бензиновых и дизельных двигателей трудоемкость ТО и ремонта газового оборудования увеличивается на 13-15%, а затраты – на 4-6%.

1.5. Работа двигателей на сжатом газе сопровождается ухудшением тягово-динамических и эксплуатационных характеристик автомобилей: время разгона увеличивается на 25-30%; максимальная скорость уменьшается на 5-7%.

2. Преимущества.

2.1. Газовое топливо более полно сгорает в цилиндрах двигателей из-за более широких пределов воспламенения газа в сравнении с бензином. Если пределы воспламенения бензина в смеси с воздухом составляет соответственно 6,0 и 1,5%, то пределы воспламенения сжатого газа в смеси с воздухом составляет по верхнему пределу 15% и по нижнему пределу 5%. Это позволяет на эксплуатационных режимах работы двигателей обеднять горючую смесь до α=1,2-1,3.

В результате существенно снижается токсичность отработанных газов (по содержанию оксидов углерода — в 2-3 раза, по содержанию оксидов азота – в 1,2-2,0 раза, по содержанию углеводородов – в 1,1-1,4 раза).

2.2. Сжатый газ не разжижает масло в картере двигателя, не смывает масло со стенок цилиндров и не ухудшает этим условий смазки. Поэтому износы деталей двигателей, работающих на газе, ниже чем у бензиновых двигателей. Вследствие этого моторесурс двигателей увеличивается в 1,3-1,5 раза. Увеличивается также срок службы масла в 1,5-2 раза, а затраты на него снижаются на 25-35 процентов.

2.3. Цены на сжатый газ ниже чем на бензин: Экономия затрат на топливо имеется несмотря на потерю мощности двигателя и снижение грузоподъемности автомобиля.

Автотранс-консультант.ру.

 

Пропан — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 11 июля 2018; проверки требуют 35 правок. Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 11 июля 2018; проверки требуют 35 правок.

Пропан
({{{картинка}}}) ({{{картинка3D}}}) ({{{картинка малая}}})
Хим. формула	C3H8
Рац. формула	CH3CH2CH3
Молярная масса	44,1 г/моль
Плотность	газ: 1,8641 кг/м³ в стандартных условиях по ГОСТ 2939—63; жидк. при +20°C 0,5005 г/см3 (4 атм.)
Энергия ионизации	11,07 ± 0,01 эВ[2]
Температура
• плавления	−187,6 °C
• кипения	−42,09 °C
• самовоспламенения	472 °C
Пределы взрываемости	2,1 ± 0,1 об.%[2]
Энтальпия
• образования	−104 680 Дж/моль[1]
Давление пара	8,4 ± 0,1 атм[2]
Рег. номер CAS	74-98-6
PubChem	6334
Рег. номер EINECS	200-827-9
SMILES
InChI
Кодекс Алиментариус	E944
RTECS	TX2275000
ChEBI	32879
ChemSpider	6094
NFPA 704
Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное.
Медиафайлы на Викискладе

Пропа́н (лат. propanum), C₃H₈ — органическое вещество класса алканов. Содержится в природном газе, образуется при крекинге нефтепродуктов, при разделении попутного нефтяного газа, «жирного» природного газа как побочная продукция при различных химических реакциях. Чистый пропан не имеет запаха, однако в технический газ могут добавляться компоненты, обладающие сигнальным запахом. Как представитель углеводородных газов пожаро- и взрывоопасен. Малотоксичен, но оказывает вредное воздействие на центральную нервную систему (отравление, рвота, возможен летальный исход)^[3][4].

Бесцветный газ без запаха^[5]. Очень мало растворим в воде. Точка кипения −42,1 °C. Точка замерзания −188 °C. Образует с воздухом взрывоопасные смеси при концентрации паров от 1,7 до 10,9 %. Критическая температура пропана T_кр = 370 К, критическое давление P_кр = 4,27 МПа, критический удельный объём V_кр = 0,00444 м³/кг^[6] Плотность сжиженного пропана при 298 K — 0,493 т/м³.

• Плотность газовой фазы при нормальных условиях = 2,019 кг/м³.
• Плотность газовой фазы при температуре 15°С = 1,900 кг/м³.
• Удельная теплота сгорания = 48 МДж/кг.

Аналогичны свойствам других представителей ряда алканов (дегидрирование, хлорирование и т. д.)

Топливо[править | править код]

Несмотря на более высокую цену, пропан во многом удобнее природного газа (метана), т.к. в отличие от метана сжижается при комнатной температуре и сравнительно невысоком давлении (12-15 атм), а метан при комнатной температуре не сжижается, и его приходится хранить сжатым под высоким давлением (200-250 атм), либо транспортировать в жидком виде при криогенных температурах. Поэтому баллоны для пропана значительно легче и дешевле метановых, и содержат гораздо больше газа (например, 50-литровый метановый баллон весит 55 кг и вмещает 9 кг газа, а пропановый такого же объема весит 19 кг и вмещает 22 кг газа, кроме того, баллон для метана в 3-4 раза дороже. Композитные баллоны в 2-3 раза легче, но еще в несколько раз дороже). Это делает пропан гораздо более удобным для хранения и транспортировки, поэтому пропан (или его смесь с бутаном) широко применяется для подключения переносного газового оборудования (переносные газовые плитки, газовые горелки для кровельных работ и т.д.), в качестве автомобильного топлива, а также для газификации небольших отдаленных населенных пунктов или отдельных зданий, для которых строительство газопровода природного газа экономически нецелесообразно.

Пропан применяется:

Баллон пропана на лёгком грузовике

• При выполнении газопламенных работ на заводах и предприятиях:
  • в заготовительном производстве;
  • для резки металлолома;
  • для сварки неответственных металлоконструкций.

• При кровельных работах.
• При дорожных работах для разогрева битума и асфальта.
• В качестве топлива для переносных электрогенераторов.
• Для обогрева производственных помещений в строительстве.
• Для обогрева производственных помещений (на фермах, птицефабриках, в теплицах).
• Для газовых плит, водогрейных колонок в пищевой промышленности.

• В быту
  • при приготовлении пищи в домашних и походных условиях;
  • для подогрева воды;
  • для сезонного обогрева отдалённых помещений — частных домов, отелей, ферм;
  • для сварки труб, теплиц, гаражей и других хозяйственных конструкций с использованием газосварочных постов.

• В последнее время широко используется в качестве автомобильного топлива, так как дешевле и экологически безопаснее бензина.

Хранится и перевозится в металлических баллонах ярко-красного цвета и полимерно-композитных баллонах (не путать с коричневыми баллонами для гелия)

Химия и пищевая промышленность[править | править код]

В химической промышленности используется для получения пропилена, сырья для производства полипропилена.

Является исходным сырьём для производства растворителей.

Используется как пропеллент.

В пищевой промышленности пропан зарегистрирован в качестве пищевой добавки E944.

Хладагент[править | править код]

Смесь из осушенного чистого пропана (R-290a) (коммерческое обозначение для описания изобутаново-пропановых смесей) с изобутаном (R-600a) не разрушает озоновый слой и обладает низким коэффициентом парникового потенциала (GWP). Смесь подходит для функционального замещения устаревших хладагентов (R-12, R-22) в традиционных стационарных холодильных установках и системах кондиционирования воздуха (с обязательной сменой типа компрессорного масла).

Токсикомания[править | править код]

В 2000-е годы стало входить в моду употребление пропана в качестве наркотического средства. Главным образом дышали из баллонов для зажигалок или же из самих зажигалок .Вдыхание пропана вызывает галлюцинации, также может вызвать удушье. В России зафиксировано множество смертей, вызванных газовой токсикоманией.

1. ↑ Smith J. M., H.C. Van Ness, M.M. Abbott Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics // J. Chem. Educ. — American Chemical Society, 1950. — Vol. 27, Iss. 10. — P. 789. — ISSN 0021-9584; 1938-1328 — doi:10.1021/ED027P584.3
2. ↑ ^{1 2 3} http://www.cdc.gov/niosh/npg/npgd0524.html
3. ↑ ГОСТ 20448-90. Газы углеводородные сжиженные топливные для коммунально-бытового потребления
4. ↑ Газохроматографическое измерение массовых концентраций углеводородов: метана, этана, этилена, пропана, пропилена, нбутана, альфа-бутилена, изопентана в воздухе рабочей зоны. Методические указания. МУК 4.1.1306-03 (Утв. главным государственным санитарным врачом РФ 30.03.2003)
5. ↑ XuMuK.ru — ПРОПАН — Химическая энциклопедия
6. ↑ Библиографическая проработка по теме: Критическая температура

Сжижение природного газа: сжиженный метан

Природные газы в большом количестве содержат метан (до 98%), который при средних давлениях и низких температурах может быть превращен в жидкость – так называемый сжиженный метан. Метан также в значительных количествах (до 97%) содержится в попутном нефтяном газе. После выделения из последнего тяжелых углеводородов он также может быть превращен в сжиженный метан.

Главное преимущество сжиженного метана состоит в том, что каждый кубометр его при атмосферном давлении и температуре –161,45°С занимает в 600 раз меньший объем, чем в газообразном виде. Кроме того, запасы сжиженного газа можно создать в любом пункте независимо от геологических условий. Транспорт сжиженного газа позволяет осуществить широкую международную торговлю газом путем морских поставок его в танкерах. Ниже приведены некоторые свойства чистого сжиженного метана.

Свойства сжиженного метана
Показатель	Значение
Молекулярный вес	16,04
Относительный удельный вес	0,555
Критическая температура	–82,5°С
Критическое давление	45,8 кг/см2
Точка кипения при атмосферном давлении	–161,5°С
Плотность сжиженного газа (жидкая фаза при температуре точки кипения)	415 г/л
Плотность газовой фазы:
при температуре точки кипения	1,8 г/л
при 0°C	0,045 г/л
Теплота испарения	122-138 кал/г
Теплосодержание	73,27 ккал/г

После выделения из попутного нефтяного газа высших углеводородов (пропан + высшие) он может направляться на установку снижения для получения сжиженного метана. Процессы получения сжиженного метана из природного газа и из отбензиненного попутного нефтяного газа одинаковы.

Значение теоретически минимальной работы является функцией только первоначального состояния газа и конечного состояния жидкости и не зависит от вида применяемого процесса.

Формула для определения теоретически минимальной работы имеет следующий вид:

W_r = T₀ · ΔS – ΔH, где

W_r– минимальная (или обратимая) работа;

T₀ – температура окружающей среды, в которую может быть отведено тепло;

ΔS – уменьшение энтропии при переходе газа от начального до конечного состояния;

ΔH – уменьшение энтальпии при переходе газа от начального состояния до конечного.

Вычисленная по этой формуле теоретически минимальная работа, которая требуется для превращения чистого метана, находящегося под давлением 34 кг/см² и при температуре 38°С, в жидкость при атмосферном давлении и температуре –161,5°С, составляет 117 квт·ч/100 м³ сжиженного газа.

Действительные затраты работы будут находиться в пределах 285÷632 квт·ч/100 м³ сжиженного газа и зависят главным образом от цикла, используемого для сжижения. Считают, что величина 285 квт·ч/100 м³ сжиженного газа близка к экономически минимальному значению.

Ряд патентов в США по сжижению, хранению и транспортировке газа в сжиженном состоянии известны еще с 1914 года. А первые попытки промышленного использования процессов сжижения относятся к 1941 году.

Способы сжижения природного газа

1. Классический каскадный цикл с последовательным использованием в качестве хладагентов пропана, этилена и метана путем последовательного снижения их температуры кипения.
2. Цикл с двойным хладагентом – смесью этана и метана.
3. Расширительные циклы сжижения.
4. Новый способ «объединенный» автохолодильный каскадный цикл (ARC), в котором производится ступенчатая конденсация углеводородов с использованием их в качестве хладагентов в последующей ступени охлаждения при циркуляции неконденсирующегося азота.

Преимущество этого нового способа, испытываемого на опытной установке в Нанте (Франция) мощностью 28,3 тыс.м³/сутки, заключается в том, что отсутствует стадия получения и хранения хладагентов, и они извлекаются непосредственно в процессе сжиженияе природного газа. Процесс требует меньших капитальных затрат в сравнении с обычным каскадным циклом, так как необходима только одна машина для циркуляции хладагентов и меньшее число теплообменников.

Каскадная схема, в которой раздельно используются три хладоагента с последовательно снижающейся температурой кипения, требует больших капитальных, но меньших эксплуатационных затрат. Эта схема была последовательно усовершенствована; в настоящее время чаще применяется смесь хладоагентов; новая схема называется самоохлаждающей, так как часть хладоагента – этан и пропан – получаются из сжижаемого природного газа. Капитальные затраты при этом несколько ниже. В большинстве случаев в каскадных схемах используются поршневые компрессоры, сравнительно дорогостоящие как по капитальным, так и по эксплуатационным затратам.

Расширительные схемы представляют существенный интерес, так как в них могут использоваться центробежные, более экономичные, машины, но расширительные циклы требуют затрат энергии на 20-30% больших, чем каскадные. Охлаждение достигается изоэнтропийным расширением метана в турбодетандере. Поток газа, предварительно очищенного от воды, углекислого газа и других загрязнений, сжижается под давлением за счет теплообмена с холодным расширенным газовым потоком. Для получения одной части жидкости необходимо подвергнуть сжатию и расширению примерно 10 частей газа.

Интересная модификация расширительной схемы может быть получена при подаче потребителю газа значительно более низкого давления, чем в питающем трубопроводе. Тогда за счет расширения поступающего из трубопровода газа можно получить дополнительное количество СПГ в количестве около 10% подаваемого газа. При этом экономятся капитальные затраты на компрессоры и эксплуатационные расходы на их обслуживание.

Источник: «Производство и использование сжиженных газов за рубежом (Обзор зарубежной литературы)» (Москва, ВНИИОЭНГ, 1974)