Какой природный газ используется в автомобилях в качестве топлива

Почему природный газ считается экологичным видом топлива

В выхлопах автомобиля, работающего на «голубом топливе», вредных веществ в 5 раз меньше по сравнению с автомобилем с бензиновым двигателем. Это серьезное преимущество природного газа, ведь транспорт — главный загрязнитель атмосферы, особенно в крупных городах. Перевод автомобилей и автобусов на природный газ поможет сделать воздух чище и улучшить экологию городов.

Каким газом заправляют автомобиль

Для заправки транспорта используют различные виды сжиженного газа: метан (природный газ), пропан, бутан и их смеси (так называемые углеводородные газы). Кроме того, метан используется и в сжатом (компримированном) виде. В этой статье речь пойдет именно о природном газе в качестве автомобильного топлива. Для того, чтобы получить компримированный газ, метан сжимают при помощи компрессора. Его объем при этом уменьшается в 200-250 раз.
Для получения сжиженного газа природный газ нужно охладить до температуры —161,5 °С. Объем газа при этом уменьшается в 600 раз.

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.

Автомобили на метане и пропане

Эти два вида природного топлива стали составлять серьезную конкуренцию бензину. Однако, решив перевести свою машину на газ, автовладелец всегда строит перед выбором — какой газ выбрать?

Метан

Его называют природный газ (химическая формула CH4) и все время находится в газообразном состоянии. Транспортируется под давлением по газопроводам по улицам городов.

Доставляется, во-первых, в квартиры граждан с целью использования для отопления и приготовления пищи. Во-вторых, на промышленные предприятия. В-третьих, на АГНКС (автомобильная газонаполнительная компрессорная станция) для заправки автомобилей.

Пропан

Для бытовых нужд и автомобилей используется смесь газов – пропана и бутана (химические формулы C3H8 и C4H10). Они закачиваются в баллоны в сжиженном состоянии под давлением 16 атмосфер. Имеют свойство испаряться.

В емкости находятся одновременно в двух состояниях – сжиженном и газообразном. Поэтому 20% объема баллона жидкой фазой не заполняется для скопления здесь их паров.

Смесь пропан-бутана тяжелее воздуха. Поэтому при утечке она стремиться опуститься вниз и скапливаться в низинах местности. Испаряясь и смешиваясь с воздухом. В результате образует взрывоопасную смесь при содержании в воздухе газа от 2% до 9%. При наличии источника огня такая смесь взорвется.

Пропан-бутановая смесь имеет разный состав в зависимости от периода года, когда используется газ. Пропан легко испаряется, а бутан – наоборот, трудно. Именно из-за этого, в чистом виде такие газы для бытовых нужд и автомобилей не применяются. На их свойства оказывает влияние температура воздуха.

Поэтому, оптимальной для применения считается именно их смесь, а не чистый газ пропан или бутан. Для зимних условий в смеси должно быть больше пропана, чтобы она лучше испарялась. Для летних – больше бутана, чтобы давление газа при испарении не превышало допустимое.

В составе этих газов много примесей. Они оказывают неблагоприятное влияние на процесс их сгорания. Поэтому, для автомобилей важен качественный сжиженный газ.

Пропан или метан. В чём отличия.

Метан — простейший по составу предельный углеводород, газ без цвета и запаха. Нетоксичен и неопасен для здоровья человека.

Пропан — это газ, который образуется во время переработки нефти, также может выделяться из продуктов природного газа. Для создания топлива пропан смешивают с бутаном. Находится пропан под небольшим давлением от 10 до 15 атмосфер в баллоне.

Оба газа прозрачные и их запах не чувствуются, в связи с этим добавляются одоранты в целях безопасности, чтобы вовремя почувствовать утечку.

Метан и пропан отличаются между собой в использовании и характеристиках. Основные различия этих двух видов газа состоят в следующем:

• Газовое оборудование на пропановом топливе в разы дешевле, чем установка ГБО метан.
• Использование метана даёт большую экономию в дальнейшем. Стоимость метана в три раза меньше, чем бензин, что предоставляет возможность легко окупить установку оборудования.
• При грамотной установке ГБО метан можно считать безопасным видом топлива.
• Топливо из газа считается экологическим и не имеет большого и отрицательного воздействия на природу. Пропан имеет примеси, в связи с этим, он менее экологичен, чем метан. Метан считается наиболее экологичным топливом на сегодняшний день.
• Заправки на пропане встречаются практически так же часто, как и заправки для автомобилей на бензине. Метановые заправки придется искать заранее, так как встречаются немного реже и в основном в больших городах.
• Пропановые баллоны легче по весу, чем метановые, за счёт того, что газ сжимают под невысоким давлением. В дорогу можно запастись пропановым газом в три раза больше, чем метановым.
• Метановые баллоны достаточно габаритные в размерах и тяжелые по весу, т.к. находятся под высоким давлением (100-120 кг.) В 100-литровый баллон входит 25 м3 – это эквивалентно 25 литрам бензина.

Общие преимущества газов в топливе

Оба газа имеют общие преимущества относительно бензина, что позволяет год от года расширять их применение в двигательных установках.

• Более низкая цена относительно бензина;
• Экологическая безопасность, меньшее влияние на здоровье человека;
• Увеличение срока езды без заправки за счет большего объема топлива, которое можно запасти;
• В комплексе замедление износа деталей автомобиля, особенно при использовании изначально приспособленного двигателя.

Общие недостатки газов в топливе

Существует также несколько оснований, по которым бензин все еще сохраняет лидирующее положение как автомобильное топливо.

• Меньшая доступность газов для потребителя (количество заправок, а также центров обслуживания автомобилей с газовыми установками);
• Падение мощности автомобиля при использовании газового топлива;
• Повышенный износ некоторых особо чувствительных участков двигателя (например, клапанов) с учетом специфики «сухого горения» газового топлива.

Таблица преимуществ и недостатков пропана и метана

Заправка газом может быть удобней, экономичней и функциональней, чем использование бензина, а окончательно определиться в выборе удобного газа можно при помощи следующей таблицы.

Фактор	Пропан	Метан
Стоимость ГБО	Низкая	Высокая
Относительно дешевле бензина	1,8-2 раза	В 3 раза дешевле
Расход относительно бензина (на 10 литров)	11-11,5 литров	8-8,5 кубов
Вес среднего баллона	20-30 кг	60-125 кг
Запас топлива на средний комплект (километров хода)	600-1000 км	250-350 км
Взрывоопасная концентрация в воздухе	2,1%	4,4%
Вредное влияние на детали двигателя	высокое	низкое
Сжатие в баллоне	10-15 атмосфер	200-250 атмосфер
Экологическая безопасность	Высокая	Полная
Падение мощности двигателя относительно бензина	5%	20-30%
Октановое число	100	110
Доступность заправок	Почти равно бензиновым	По 1-2 на крупный город

Безопасность пропана и метана

Если говорить о безопасности газового топлива, то важно подчеркнуть, что качественная установка хорошего оборудования делают автомобили на ГБО безопасными на уровне с авто на бензине.

Если сравнивать безопасность этих двух видов газа, то уровень безопасности метана выше в два раза, чем пропан. Метан имеет класс безопасности 4, когда класс пропана 2. Но не стоит переживать, ведь на пропановые баллоны обязательно согласно с правилами ЕЭК ООН №67(01) должен быть установлен мультиклапан безопасности с пожарным, скоростным и электромагнитным клапанами. Они отвечают за прекращение подачи газа в неработающий двигатель.

Газобаллонное оборудование (ГБО) для автомобилей

Выбор ГБО в настоящее время чрезвычайно широк. Существует возможность приобретения аппаратуры как для устаревших карбюраторных машин, так и для автомобилей, оборудованных новейшими инжекторными системами. Развитие этого направления автомобильного оборудования началось уже достаточно давно, и в настоящее время на рынке присутствует ГБО шести различных поколений.

Для большинства инжекторных машин подходит оборудование 2-5 поколения. Первое поколение предназначено для карбюраторов и моноижекторов и его присутствие на рынке объясняется большим количеством старых машин, находящихся в эксплуатации. Шестое поколение ГБО предназначено для новейших машин и не может быть использовано на более старых автомобилях. Поколения отличаются по цене и качеству, что позволяет подобрать ГБО при любых материальных возможностях.

Комплекты ГБО могут работать как на сжатом метане, так и на сжиженном пропане или пропан-бутановых смесях. По ряду показателей метановые установки лучше, но они дороже, занимают больше места и обеспечивают меньший запас хода по топливу.

Что влияет на расходование газа автомобилем

Причин, влияющих на затраты топлива, множество. В частности, к ним относятся климатические условия. Расход газа в автомобиле зимой выше, дополнительное горючее тратится на прогрев мотора. Естественно, влияет на расходование горючего и состояние самой топливной системы. Поэтому будем считать, что она своевременно и качественно обслуживается и рассмотрим только те причины, на которые мы можем оказать влияние при выборе ГБО:

• поколение газобаллонного оборудования;
• вид газа.

Если расход газа слишком большой

Как любое техническое устройство, ГБО для автомобилей тоже может иметь свои огрехи и поломки. Как распространенный пример можно упомянуть жалобы такого рода: после установки ГБО все было хорошо, но потом резко увеличился расход газа на авто; причин этому может быть несколько, но чаще всего они кроются в неисправности двигателя.

Дело в том, что когда возникают проблемы с зажиганием или воздушным фильтром, сопротивление на впуске действительно влияет на расход топлива, горючего тратится больше.

Если на авто большой расход газа, который возникает даже на совершенном ГБО 4 поколения, то причины установить можно только в сервисном центре, оснащенном необходимым оборудованием. Там специалисты проведут полный осмотр автомобиля и обнаружат источник проблемы. Дело не только в лишнем расходе, но и в вашей безопасности, ведь езда на неисправном автомобиле чревата неприятными неожиданностями.

Как уменьшить расход газа

Чтобы уменьшить расход газа на авто, нужно всего лишь соблюдать несколько правил. Во-первых, расход зависит от качества газа, а поэтому лучше заправляться в проверенных местах. Во-вторых, обращать внимание на зажигание, редуктор, воздушные фильтры и карбюратор. При первом же «звоночке» лучше ехать к мастеру и устранять проблему, которая приводит к перерасходу. Ведь мы устанавливаем газ именно для того, чтобы экономить, а не платить больше.