Компримирование природного газа. Сжатый природный газ

На один и тот же факт можно смотреть как минимум с трех точек зрения. Так на использование сжатого природного газа на транспорте в качестве топлива, можно сказать - это удел бедных и даже нищих, а можно сказать, что это выбор экономных и не привыкших сорить деньгами зря, а еще есть мнение, что метан - это топливо будущего и те кто сейчас переходит на него, просто идут в ногу со временем и оседлали волну близкого и перспективного мейнстрима. Как считать - выбор ваш!

Поиск альтернативных источников автомобильного топлива - проблема, которой в последние годы уделяется самое пристальное внимание. Рост цен на нефть энергоносители, ужесточение экологических требований, экономия горючесмазочных материалов - все это стало основной движущей силой в поиске альтернативных топлив для многих стран. В последнее десятилетие ХХ века в мировой экономике начала набирать силу третья волна популярности природного газа, используемого в качестве моторного топлива.
По прогнозам экспертов, эта волна достигнет апогея к концу первой четверти ХХI века.

Природный газ
Природный газ, более чем на 90 % состоящий из метана, сегодня доступен практически во всем мире. А что тогда говорить о России!

По мнению экспертов, на использование природного газа в меньшей степени влияют экономические кризисы, чего нельзя сказать о рынке нефти и нефтепродуктов. Метан, будь то ископаемый природный газ или биометан, может распределяться как через существующую сеть природного газа, так и через уже имеющуюся заправочную сеть. Правда, в некоторых странах, стоящих на пороге промышленной революции, вопрос с распределительными сетями пока не решен. Метан, необходимый для автомобильного транспорта, к потребителю может поставляться:
■ по международной газопроводной сети;
■ в виде сжиженного природного газа с помощью наливных судов, автомобильных или железнодорожных цистерн;
■ по местным трубопроводам низкого давления (биометан);
■ автомобильными цистернами (сжиженный биометан).
В настоящее время приняты международные стандарты и одобрены основные виды транспортных средств, пригодных для доставки метана, и в большинстве регионов уже есть сертифицированные поставщики комплектного газового оборудования для применения его в автомобилях.

Неоспоримые преимущества
Перевод автомобилей на природный газ не требует переделки двигателя и позволяет значительно улучшить экологию, так как снижается выброс токсичных веществ в атмосферу.
Так, выбросы оксида углерода уменьшаются в 5–10 раз, углеводородов - в 3 раза, оксидов азота - в 1,5–2,5 раза. Уровень шума работающего двигателя понижается в 2 раза. Работа двигателя на сжатом газе становится мягче, ни в одном режиме не происходит детонации, октановое число газа - 110. К тому же метан легче воздуха и при утечке сразу улетучивается, не создавая взрывоопасной смеси.

Использование газового топлива увеличивает срок службы двигателя и моторного масла в 2 раза, а свечей зажигания - на 40 %. При одинаковом расходе на 100 км пути стоимость газа в 2–3 раза ниже стоимости бензина или дизельного топлива, что сдерживает рост тарифов на транспортные услуги. Использование природного газа в качестве моторного топлива уменьшает зависимость транспорта от нефти и нефтепродуктов и высвобождает значительную их часть для применения в областях, где им нет альтернативы. Сразу заметим, что далее речь пойдет только о природном газе (метане: сжатом или сжиженном), а не о пропанбутановой смеси, широко применяемой в быту, а также применяемой на транспорте (т. н. сжиженный углеводородный газ).

Сжатый или сжиженный
Сжиженный природный газ (СПГ, англ. LNG - liquefied natural gas) получают при охлаждении природного газа метана до –162 °С. В жидком состоянии объем газа уменьшается в 600 раз, что позволяет в значительной степени увеличить эффективность его хранения и транспортировки. Сжиженный природный газ транспортируют так же, как и нефть, в специальных танкерах. В странах импортерах он хранится в резервуарах. В специальных терминалах СПГ разогревается, благодаря чему возвращается в газообразное состояние, и после этого за качивается в газотранспортную систему. Компримированный, или сжатый природный газ (КПГ англ. CNG - compressed natural gas) - это тот же метан, но находящийся в газообразном состоянии, под давлением до 20 МПа. Потребитель может сразу использовать этот газ для собственных нужд. Эксперты попрежнему продолжают спор о достоинствах и недостатках сжатого и сжиженного природного газа. Некоторые считают, что со временем, при создании необходимых условий, сжиженный природный газ вытеснит сжатый, однако другие так не думают. В таблице 1 приведена сравнительная характеристика сжиженного природного газа и компримированного, сжатого.

Видно, что КПГ не требует специальных транспортных устройств для доставки от производителя, однако при его применении необходимо использовать специальные баллоны, имеющие высокую стоимость и значительный вес. Что касается цены такого топлива, то в России стоимость кубометра компримированного газа устанавливается законодательно - в размере 50 % от стоимости литра бензина АИ76. По этой позиции КПГ значительно выигрывает у сжиженного углеводородного газа, для которого цену диктует рынок. Однако проигрывает по стоимости баллонов и оснастки.
СПГ за рубежом
Несмотря на все сложности, за рубежом параллельно с использованием КПГ расширяется применение в автотранспорте и сжиженного природного газа метана, особенно это показательно для США. Так, широкая сеть автозаправочных станций создана на югозападе США в штатах Калифорния, Аризона, Колорадо, Техас, Пенсильвания и других. Крупные автомобильные корпорации, такие как Mack, Ford, MAN уделяют этому вопросу самое серьезное внимание. В Европе производством автомобилей, работающих на сжиженном природном газе, занимаются такие компании, как MercedesBenz, MAN, BMW и др. Сжиженный газ как моторное топливо стал применяться в Бельгии, Финляндии, Германии, Нидерландах, Норвегии, Франции, Испании, Великобритании и других странах Европы.
КПГ в СНГ
На сегодня в России большее распространение в автотранспортной сфере получил КПГ, особенно для городского и коммунального транспорта. В последние годы предпринимаются попытки расширить применение данного вида топлива. К решению этой проблемы привлечены государственные организации и частные компании. Уже имеется многолетний опыт эксплуатации автомобильного газового оборудования, работающего на КПГ, особенно в структуре ОАО «Газпром».
В 2001 году Экономический совет СНГ предложил к реализации межгосударственную программу «Использование природного газа в качестве моторного топлива для автотранспортных средств на 2001–2005 годы», и отчасти благодаря ей в России, да и странах СНГ, наибольшее распространение получил именно КПГ (сжатый метан), а не сжиженный природный газ.

Баллоны для КПГ
Для замены одного литра дизельного топлива аналогичным количеством энергии, содержащимся в бензине, потребуется топливный бак, объем которого на 15 % больше. Если же использовать СПГ, то объем бака придется увеличить на 70 %, а при использовании компримированного природного газа (метана), который хранится при рабочем давлении в 200 бар (20 МПа), топливные баки должны занимать объем больший в 4,5 раза.

Поэтому применение компримированного природного газа во многом ограничивается наличием специальных баллонов. В отличие от остальных стран СГН в России этот вопрос решается достаточно успешно. Баллоны для метана, как правило, имеют цилиндрическую форму и условно подразделяются на четыре типа, включающие как баллоны, традиционно изготавливаемые из стали, так и облегченный вариант - баллоны с использованием полимерных композиционных материалов на основе стеклянных углеродных или органических волокон. Среди таких емкостей:
■ бесшовные стальные баллоны;
■ металлопластиковые баллоны (тип 1), состоящие из металлической толсто стенной оболочки (лейнера), несущей основную нагрузку, и внешней армирующей оболочки из полимерного композиционного материала;

■ металлопластиковые баллоны (тип 2) - тонкостенный металлический лейнер и армирующая оболочка из полимерного композиционного материала типа «кокон» по всей поверхности;
■ композитные баллоны - полимерный лейнер с закладными металлическими элементами для присоединения запорной аппаратуры и силовая оболочка из композиционного материала.
В России насчитывается 4 производителя баллонов для сжатого природного газа (рассчитанные на давление 20 МПа), два из них выпускают как цельнометаллические, так и металлопластиковые баллоны (см. таблицу 2).

Такие компании, как, «Рузхиммаш» (г. Рузаевка, Мордовия) и «Оргэнергогаз» (подразделение «Газпрома»), производившие эту продукцию, прекратили выпуск автомобильных баллонов. Мелкие партии производит НПП «Маштест» (г.Королев).
Имеется пара производителей автомобильных баллонов для КПГ на Украине.
Это ОАО «Бердичевский машиностроительный завод Прогресс» и ОАО «Мариупольский металлургический комбинат им. Ильича». В условиях хорошего спроса на КПГ и развитой сети газозаправочных станций на Украине производители отмечают неплохой спрос на свои изделия.
Практически все российские производители баллонов ориентированы на внутренний рынок и рынок стран СНГ, хотя завод в Орске получил международный сертификат и имеет возможность поставлять данную продукцию в страны дальнего зарубежья.
Мировая практика свидетельствует, что около 70–80 % используемых для транспортировки метана баллонов - цельнометаллические. И это несмотря на то, что использование металлопластиковых баллонов позволяет снизить вес комплекта примерно в 1,3–1,5 раза, что особо актуально при необходимости установления нескольких баллонов. Связано это с тем, что эффективные технологии производства «композитных» баллонов появились значительно позже и, конечно же, с тем, что металлопластиковые баллоны дороже цельнометаллических. Однако нужно заметить, что применение облегченных баллонов в продолжительной перспективе выгоднее из-за экономии веса машины, приводящей к экономии топлива, и повышения грузоподъемности средства передвижения - последнее особенно важно, когда речь идет о грузовом транспорте.
ГБО - газобаллонное оборудование
Кроме самих баллонов для установки их на автотранспортное средство необходимо закупать дополнительно соответствующее газобаллонное оборудование (ГБО). У владельца транспортного средства есть два варианта - купить отечественное ГБО (производства «Рязанский завод автомобильной аппаратуры», «Воткинский завод газовой аппаратуры» и др.) или импортное.
Цена вопроса
Переоборудовать автомобиль для рабо ты на КПГ - удовольствие недешевое. Так, стоимость металлокомпозитного баллона составляет около 7,5–8,5 долл./л, цельнометаллического - 7 долл./л. Таким образом, серийный металлокомпозитный баллон объемом 50 л обойдется потребителю в 400 долларов, цельнометаллический - 350 долларов, и это без учета стоимости газобаллонного оборудования. Если же планируется перевод на КПГ грузовых автомобилей или автобусов, то, в зависимости от необходимого объема, придется устанавливать несколько баллонов, что приведет к удорожанию комплекта в несколько раз. Перевод легкового автомобиля на КПГ обойдется в 1 тыс. долларов, грузового и автобусов - выше 2,0–2,5 тыс. долларов.

Стоимость автомобильных баллонов стран СНГ на 50 л для сжиженного углеводородного газа (пропанбутановая смесь) равняется 30–50 долларам, а затраты на переоборудование легкового автомобиля составят порядка 200–400 долларов, в зависимости от производителя и вида ГБО.
Окупаемость
По расчетам экспертов, с учетом цен на топливо на начало 2006 года, окупаемость автомобильных транспортных средств при переводе с бензина на компримированный газ, при среднегодовом пробеге 60 тыс. км составляет от 3 до 5 лет, в зависимости от грузоподъемности и типа автомобиля. Если учесть возросшую с начала года стоимость бензина и больший пробег автомобиля, то период окупаемости может оказаться существенно короче. Если же взять автотракторную технику, например К700 или Т150, то благодаря внушительному расходу топлива срок окупаемости составит около года.
Становится понятно, почему в западных странах и в нашей столице на альтернативное газовое топливо прежде всего переводится городской транспорт - экономия слишком очевидна и велика.
Мировой опыт
К концу 2005 года в мире насчитывалось свыше 4,6 млн автомобилей, работающих на КПГ. Несомненными лидерами среди стран в данной области являются Аргентина, Бразилия и Пакистан. Первые две страны имеют парк газобаллонных автомобилей (ГБА) свыше одного миллиона.
АГНКС - заправочные станции
Современные АГНКС должны удовлетворять следующим требованиям:
■ низкая стоимость;
■ минимальные габариты и масса;
■ простота установки и эксплуатации;
■ независимость от систем электро и теплоснабжения;
■ максимальная безопасность и комфортность условий работы обслуживающего персонала;
■ автоматизация управления станцией;
■ оперативность заправки с точностью, достаточной для коммерческого учета (до 2 %).
Производители должны быть готовы предложить заказчику достаточную номенклатуру АГНКС по производительности.

Аргентина и Бразилия располагают хорошо развитой системой автомобильных газонаполнительных компрессорных станций (АГНКС). Количество АГНКС, действующих в этих странах к началу 2006 года, превышало тысячу, что позволило реализовывать Аргентине около 280 млн куб. м. газа в месяц, а Бразилии - около 163 млн куб. м. Примечательно, что набольшие темпы в строительстве новых АГНКС отмечены в Пакистане и Китае, где запланировано строительство более 200 станций. Свыше 100 АГНКС строятся в Бразилии и Иране, а вот лидер по числу автомобилей, работающих на газе, - Аргентина - пока не планирует строительство новых АГНКС.
Россия и СНГ
Несмотря на значительные запасы природного газа, Россия пока уступает Украине в использовании КПГ и занимает в мировом рейтинге 12 место (см. таблицу 3).

Российский парк автомобилей, работающих на метане, оценивается примерно в 52 тысячи. Сегодня в России действует 215 автомобильных газонаполнительных компрессорных станций, 87 % из которых принадлежит «Газпрому», их суммарная проектная мощность
составляет около 2 млрд куб. м/год, что позволило бы заправлять 250 тыс. автомобилей в год. Через российские АГНКС в 2005 году было реализовано 237 млн куб. м природного газа (19,75 млн куб. м/мес.).
Таким образом, загрузка имеющихся газозаправочных станций в России составляет лишь 10–15 %, но в целом за последние годы потребление природного газа автомобильным транспортом в России стабильно растет на 25–30 % в год.

Свою сеть многотопливных заправочных комплексов (МАЗК) в России создала и компания Douglas Consulting, которая не только реализует газомоторное топливо, но и предлагает полный спектр услуг по переводу автомобилей на газ. В последние годы на КПГ обратили внимание и другие нефте и газодобывающие компании. Благодаря политике «Газпрома», в схемах газификации регионов в обязательном порядке предусматривается сооружение АГНКС, на газ постепенно переводятся целые отрасли. Так, ОАО «Российские железные дороги» успешно реализует программу перевода на газ магистральных и маневровых тепловозов.
Подготавливается аналогичная программа по газификации сельхозтехники. В программе «Энергетическая стратегия России на период до 2020 года» указано, что в предстоящие годы наиболее динамично будет расти потребление моторного топлива - на 15–26 % к 2010 году и на 33–55 % к 2020 году. При этом в качестве моторного топлива в долго срочной перспективе будут использоваться наряду с традиционными жидкими нефтепродуктами сжиженный и сжатый природный газ (в эквиваленте до 5 млн т нефтепродуктов к 2010 году и до 10–12 млн т в 2020 году).
В Татарстане, нефтяном российском регионе, действуют 9 автомобильных газонаполнительных компрессорных станций ООО «Таттрансгаз» суммарной производительностью 70,6 млн куб. м в год, при этом их фактическая загрузка составляет в среднем 7–8 % проектной мощности изза малого количества газобаллонных автомобилей. В 2006–2010 гг. ООО «Таттрансгаз» планирует ввести в эксплуатацию еще 11 АГНКС. Кроме того, в республике действуют десятки газораспределительных станций, способных после дополнительной установки заправочных компрессорных модулей обеспечить получение значительного количества сжатого природного газа для заправки транспортных средств. Таким образом, КПГ в России имеет неплохие перспективы.
Украина
К концу 2005 года на Украине насчитывалось около 67 тыс. газобаллонных автомобилей и 147 АГНКС. Реализация КПГ достигла 540 млн куб. м/год. Первоначально большинство АГНКС находились в ведении компании «Укравтогаз», однако затем стали появляться независимые операторы. Однако, несмотря на убедительные преимущества, полностью реализовать потенциал КПГ пока не удается. Согласно оценкам структур, работающих в газо вой сфере, Украина ежегодно может переоборудовать 20–25 тыс. транспортных средств.
Одной из вероятных причин отставания эксперты считают отсутствие на Украине современного производства металлокомпозитных баллонов. Два производителя, о которых упоминалось ранее, поставляют на внутренний рынок только цельнометаллические баллоны, да и они пока не могут полностью удовлетворить потребности рынка.
Среди задач, требующих решения, остается также развитие сети ГЗС, поддержка государства и муниципальных властей в данной сфере.
Армения
По информации министерства транспорта Армении, в настоящее время газовыми установками оснащено около 38 тыс. автомобилей, что составляет от 20 до 30 % эксплуатируемых в стране машин - довольно высокий показатель. Причина резкого увеличения использования КПГ - значительная разница между ценами на компримированный природный газ и традиционными видами автомобильного топлива. Согласно прогнозам, высокие темпы роста перевода автомобилей на газ в этой стране сохраняться и в ближайшие годы, более того, они могут достичь 20–30 % в год.
Другие члены содружества
Таджикистан переживает существенный рост потребления природного газа автомобильным транспортом. Начиная с 1997 года, после выхода соответствующего постановления правительства страны, количество АГНКС возросло к 2006 году с 3 до 53. В основном это станции не большой производительности. На сегодняшний день сеть АГНКС Белоруссии состоит из 24 АГНКС в 17 городах республики, 5 передвижных АГЗС. Обслуживаемый парк - 5,5 тыс. газобаллонных автомобилей. ОАО «Белтрансгаз» разработало стратегию расширения использования КПГ, на базе национальной программы расширения использования газа в качестве моторного топлива, и концепцию развития сети АГНКС. К 2010 году планируется довести число ГБА до 14,5 тыс. и объем реализации КПГ до 72,3 млн куб. м/год.
В Молдове и Узбекистане перевод автотранспорта на сжатый природный и сжиженный газ происходит не так быстро. Так, в Молдове насчитывается около 4,5 тыс. ГБА и лишь 8 АГНКС. В Узбекистане эксплуатируется менее 10 тыс. единиц автомобилей, работающих на газовом топливе (менее 1% от всего автомобильного парка), используется порядка 30,0 тыс.т сжиженного углеводородного газа и 70–72 млн куб. м КПГ, хотя природные ресурсы позволяют значительно увеличить количество ГБА.

Тормоз для КПГ
По мнению аналитиков рынка, существуют проблемы, мешающие более масштабному переходу на КПГ. Главные из них:
■ высокая стоимость переоборудования транспорта для работы на газе и зачастую - отсутствие для этих целей необходимых денежных средств у хозяйств, коммунальных служб и т. п.;
■ отсутствие серийного производства уже готовых газобаллонных автомо билей российскими автопроизводителями;
■ недостаточно развитая сеть АГНКС. В странах Европы пункты заправки находятся на максимальном расстоянии друг от друга в 30 км, а в РФ имеются трассы, где на тысячи километров не насчитывается ни одной АГНКС.

Кроме того, приходится решать и вопросы высокой степени износа (особенно по резерву двигателей) автопарка муниципальной собственности и госструктур, неподготовленность персонала во многих региона РФ к обслуживанию автомобилей, работающих на КПГ. В России ограничено число компаний, имеющих сертификаты и способных переоборудовать транспортные средства для работы на КПГ, своевременно освидетельствовать автотранспортное средство с ГБО. Эта проблема особенно актуальна для регионов.
Перевод транспорта на природный газ - задача несомненно важная и при разумном подходе экономически выгодная, однако решение ее возможно только при непосредственном участии соответствующих ведомственных организаций и поддержке государства.

России, имеющей крупнейшие в мире запасы природного газа, непозволительно не воспользоваться ситуацией для популяризации КПГ и возможной замены традиционных видов топлива.

Сергей Ким Октябрь 2006

P.S. От себя могу добавить, что муж моей родственницы, работающий таксистом уже более 15 лет, постоянно переводит свои вновь купленные машины на метан и после переделки стоимость топлива для пробега машины снижается примерно в 3 раза по сравнению с бензином.

Это, так сказать, непосредственный опыт.

Вопрос: Что такое CNG, LNG, LPG? В чём разница между ними? Каковы особенности применения каждого из этих газов?

Справка эксперта MITASU OIL : CNG (Compressed natural gas) – сжатый природный газ, используемый в качестве моторного топлива. Известен также как компримированный природный газ, а также как сжатый метан. В автомобильном транспорте хранится под давлением до 200 - 250 атмосфер в высокопрочных баллонах, имеющих довольно большой вес. Самый дешёвый вид газового топлива, его стоимость примерно равна 30 – 35% стоимости эквивалентного количества бензина.
LNG (Liquefied natural gas) – сжиженный природный газ (СПГ) или сжиженный метан. Если вместо сжатия метан охладить до -160°C, он переходит в жидкое состояние, а его объём уменьшается в 600 раз. Для хранения сжиженного метана применяются теплоизолированные ёмкости, имеющие довольно большой вес и размер, в связи с чем возможности использования LNG на легковом транспорте сильно ограничены, однако во многих развитых странах всё более широкое применение получают магистральные автомобили и большие автобусы, работающие на сжиженном метане или его смеси с дизтопливом.
LPG (Liquefied petroleum gas) – сжиженный нефтяной газ, смесь сжиженных под давлением лёгких углеводородов. В качестве моторного топлива обычно используется смесь пропана и бутана. В автомобильном транспорте хранится в тонкостенных баллонах под давлением 10 – 15 атмосфер. Из-за разницы в температурах кипения углеводородов, входящих в состав LPG, соотношение пропана и бутана изменяют в зависимости от температур окружающего воздуха. Летняя смесь имеет соотношение приблизительно 35% пропана, 60% бутана и около 5% других газов (этана и этилена). В зимней смеси содержится 75% пропана, 20% бутана и 5% других газов. Использование пропан-бутановых смесей при отрицательных температурах воздуха затруднено, а при температурах ниже -40°C без подогрева газового баллона невозможно. Пропан-бутановые смеси значительно дороже метана (их стоимость примерно равна 50% стоимости эквивалентного количества бензина), однако на сегодняшний день именно этот вид топлива наиболее распространён. Связано это с простотой хранения пропан-бутана и с тем, что оборудование для эксплуатации автомобиля на LPG значительно дешевле аналогичного «метанового».

Вопрос: Какой из типов газового топлива является наиболее перспективным?

Справка эксперта MITASU OIL : Если говорить о пропан-бутане в перспективе, то необходимо учитывать, что он является производной нефти, а это значит, что он закончится тогда, когда закончится нефть, поэтому наиболее перспективным газовым топливом, безусловно, является метан, разведанные мировые запасы которого существенно превышают запасы нефти, не говоря уже о биогазе, получаемом фактически из отходов и являющемся, по существу, тем же метаном. Что же касается перспектив сжатого и сжиженного метана, то скорее всего дальнейшее развитие получат оба типа топлива и CNG, и LNG, однако области их применения будут отличаться. Сжатый метан, очевидно, получит большее развитие в легковом и лёгком коммерческом автотранспорте, а сжиженный метан более широко будет использоваться в тяжелой технике.

Вопрос: Какие тенденции автомобилестроения в области производства автомобилей, работающих на газе, наблюдаются в настоящее время?

Справка эксперта MITASU OIL : Количество единиц автотранспорта, работающего на газе, во всем мире ежегодно увеличивается. По мере сокращения мировых запасов нефти и ужесточения экологических требований, количество газовых транспортных средств будет расти.

Основой природного газа, который имеет природное (натуральное) происхождение является метан (CH4). Формирование природного газа произошло в процессе органического преобразования. Содержание метана в природном газе может колебаться в диапазоне от 91 до 99%, все остальное это - пропан, этан, бутан, а также азот.Такой разброс в процентах объясняется отличием химического состава газа, добытого в разных уголках нашей Земли. Однако, при сгорании природный газ разного происхождения выделяет одинаковое количество тепла, что делает его геопривязку абсолютно не важной как для вас, так и для вашего двигателя. Благодаря электронным датчикам газобаллонного оборудования, состав газа автоматически определяется после чего происходит регулировка пропорции топливной смеси с учетом особенностей этого газа.

Преимущества природного газа

Химический состав природного газа, благоприятно сказывается на состоянии двигателя и не влечет за собой проблем, связанных с эксплуатацией. Благодаря отсутствию в составе метана добавок, которые присутствуют в сжиженных углеводородных газах (СУГ ), продукты горения природного газа не содержат вредных включений. Более того, при сгорании природного газа уровень выбросов CO2 снижается на 25%.

Количество метана в природном газе это - как октановое число для бензина, по этому параметру принято характеризовать природный газ . Что это значит для двигателя? От этого параметра зависит работа двигателя, а также вероятность появления такого явления как детонация.

Сжатый природный газ (СПГ) имеет ряд неоспоримых преимуществ перед сжиженным нефтяным газом (СНГ), среди которых - экологичность и безопасность. Метан, которого, как вы уже знаете, в природном газе больше всего, быстро растворяется в воздухе, что практически сводит на нет вероятность воспламенения газа в случае повреждения . Способ хранения природного газа позволяет минимизировать вероятность неконтролируемой утечки. Исправные цилиндры обязаны выдерживать давление разрыва равное более чем 600 бар, а благодаря клапанной системе происходит контролируемая подача газа.

При работе на СПГ мотор может демонстрировать высокую производительность за счет высокого октанового числа (~130), в особенности, когда мотор оснащен турбиной или системой рециркуляции отработанных газов, а лучше и то и другое вместе. Хотя это имеет и обратную сторону, например, большое потребление газа, а также проблемы с теплоотдачей. Уровень шума двигателя во время работы на природном газе снижается на 3 дБ, поэтому такой тип топлива очень актуален для общественного транспорта. Сжатый природный газ, как и СНГ можно использовать как на бензиновых, так и , хотя в случае с дизелями вам придется столкнуться с низкой окупаемостью. Проблема в том, что на дизельный мотор потребуется устанавливать систему с искровым зажиганием или смешанный цикл, в котором дизельное топливо будет выступать в качестве в качестве поджигающего вещества.

Существуют также и недостатки у этого типа топлива

1. Низкая плотность энергии. Из-за этой особенности природный газ очень часто используется в сжатом виде. Давление или степень сжатия равно 20 МПа или 200 бар. В переводе на плотность энергии мы получаем 7 кдж/дм3, по сравнению с бензином у которого этот показатель равен 30 кдж/дм3 можно получить без каких-либо дополнительных операций по сжатию. Эта особенность природного газа приводит к тому, что мотор для того, чтобы работать на этом топливе должен быть оптимизирован для этого, а сам при этом буде существенно выше. При равных размерах газовых (СНГ и СПГ) на СНГ можно проехать больше, поэтому чтобы компенсировать низкую производительность, желающим использовать метан в качестве альтернативного топлива , приходится ставить на свои авто больше газовые резервуары. Это как вы понимаете ведет к увеличению общего веса автомобиля, и уменьшению свободного места в багажнике. Высокое давление, необходимое для хранения заполненных СПГ резервуаров (как правило, цилиндрической или круглой формы) делают емкости весьма громоздкими и в случае с легковушками отнимают много места.

Существует два вида систем способных работать на природном газе - моновалентные и двухвалентные.

• Моновалентный тип предусматривает сжигание исключительно СПГ, который поступает из специального резервуара.
• Бивалентный тип предусматривает одновременное использование газа вместе с основным топливом, за счет чего возникает экономия денежных средств и снижается расход бензина.

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.

Таблица

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 – CH 4

Молярная масса, кг/моль – 16,03

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

— в газообразном состоянии, кг/м 3 – 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/м 3 – 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 1м 3 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.

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 10м 3 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/м 3 для метана с воздухом и 3,55 МДж/м 3 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.