Сравнительный анализ метановой и пропан-бутановой газовых смесей

Сравнительный анализ метановой и пропан-бутановой газовых смесей. Поршневые двигатели внутреннего сгорания работали на светильном газе еще в доавтомобильную эпоху.

Теперь для питания автомобильных двигателей используют два различных типа газообразного топлива — метан или пропан-бутановую смесь. Многие их путают, и совершенно напрасно.

Сжиженный нефтяной газ (LPG) обладает всеми качествами полноценного топлива для двигателей внутреннего сгорания. Во всем мире газ признан как дешевое, экологически чистое топливо, по многим свойствам превосходящее бензин. Немаловажно, что использование LPG не требует изменения конструкции автомобиля, оставляя возможность использования как бензина, так и горючего газа в качестве топлива. Сжиженный нефтяной газ обладает некоторыми физико - химическими свойствами, которые необходимо учитывать для достижения максимального экономического и эксплуатационного эффекта.

Нефтяной газ представляет собой смесь пропана, бутана и незначительного количества (около 1%) непредельных углеводородов. Фактически на автомобильные газонаполнительные станции поступают две марки газа - зимняя (85-95% пропана) и летняя (45-55% пропана). Такое сочетание учитывает свойства LPG в зависимости от окружающей температуры и позволяет круглый год эксплуатировать автомобиль на газе. Как видно из таблицы свойства компонентов LPG отличаются от свойств бензина.

Сжиженный нефтяной газ находится в баллоне под давлением собственных насыщенных паров при данной температуре, которое практически не зависит от количества газа в баллоне. Это свойство позволяет израсходовать практически полностью содержимое баллона. Параметры Пропан Бутан Бензин Молекулярная формула C3H8 C4H10 C8.1H17.1 Плотность жидкости при t кипения и давлении 100 кПа, кг/м3 584 600 735 Температура кипения при давлении 100 кПа, Со -42.1 -0.5 -45 135 Степень сжатия 10 12 7.5 8.5 8.2 Октановое число 110 95 92 Жидкие газы, как и другие продукты, базирующиеся на нефти, основываются на углеводородах.

Жидкие газы содержат энергию (12,8 КВтч/кг).Сырая нефть и конденсаты, собираемые с газовых полей, содержат жидкий газ. На нефтеперерабатывающих заводах жидкие газы разделяются на пропан и бутан. К ним добавляют жидкие газы, образующиеся в результате процессов последующей обработки, поступающие с химических заводов, эти жидкие газы базируются на олефине и содержат пропен и бутен.

Обычно под жидким коммерческим газом подразумеваются пропан, бутан или их смесь, которые могут содержать олефин. Как имеющие особое качество продаются безолефиновые жидкие газы. Под пропаном подразумевается соединение углеводородов, которое содержит в основном углеводород С3, наивысшее давление пара которого при температуре 40 град. C составляет 14,8 бар и где имеется не более 5 мол-% углеводорода C4. Такая формулировка не разделяет пропана и пропена и других более легких углеводородов, таких как этан, поскольку давление пара не превышают.

Плотность при температуре 15 град. C составляет обычно 510 кг/м3. Содержание серы <_ 50 мг/кг, используемый пропан не содержит серу. Продукт не должен содержать влагу. Для предотвращения проблем при сжигании и хранении, предел содержания воды составляет <_200 мг/кг. Полезная энергоемкость 46,3 МДж/кг (12,8 КВтч/кг). Под бутаном подразумевается соединение углеводородов, которое содержит в основном углеводород С4, наивысшее давление пара которого при температуре 40 град. C составляет 4,9 бар и где имеется не более 2 мол-% углеводорода C5 или более тяжелых углеводородов.

Плотность при температуре 15 град. C составляет обычно 580 кг/м3. Содержание серы <_ 50 мг/кг, предел содержания воды составляет <_200 мг/кг. Полезная энергоемкость 45,7 МДж/кг (12,6 КВтч/кг). Чистые жидкие газы не имеют запаха, бесцветные, к газам можно прибавлять ароматные вещества. Конденсированный жидкий газ существенно легче воды: 500-590 кг/м3 (+15 град. C). Плотность газа зависит от температуры.

Возможную воду из цистерн хранения можно отделить через специальную систему отделения. По плотности газа можно приблизительно рассчитать состав жидкого газа. В нормальном состоянии жидкие газы находятся в газообразном состоянии, но путем повышения давления их можно привести в жидкое состояние. При хранении жидкости в герметичных цистернах, где жидкость только частично заполняет резервуар, и там отсутствуют воздух и другие газы, в цистерне имеется определенное давление, которое называется давлением насыщенного пара. Давление зависит только от температуры и вещества, находящегося в цистерне.

В случае отсутствия потребления из цистерны, по давлению и температуре можно примерно определить состав жидкого газа. Точки кипения: Пропан -42,2 град. C, Бутан -1 град. C Жидкий газ применяют в виде пара. В случае транспортировки жидкого газа в виде жидкости, на месте потребления должна быть специальная установка для испарения газа. Для испарения жидкого газа потребуется тепловая энергия, необходимую температуру извлекают из самой жидкости.

При испарении газа жидкость замораживается, между цистерной и окружающей средой возникает различие температур, и теплота переходит из окружающей среды в цистерну. При повышении потребления в окружающей среде должно содержаться больше теплоты. 1 кг жидкого бутана объемом около 1,7 л образует в нормальных условиях (абсолютное давление 1 бар, температура 0 град. C) газ объемом около 370 литров.1 кг жидкого пропана объемом около 1,9 л образует около 500 литров газа. Область применения жидкого газа варьируется в больших пределах, но по опыту можно в общих чертах сказать, что способность испарения заполненного пропаном баллона весом 33 кг составляет летом 2 кг/час, а в зимнее время года – около 1 кг/час. Подземная цистерна объемом 9 м3 способна постоянно испарять около 18 кг/час. В зимнее время года бутан нельзя использовать без внешнего испарителя.

Такая ситуация знакома при использовании зажигалок, которые в холодное время необходимо согреть в руке, чтобы находящийся внутри газ испарился.

При использовании смеси пропана-бутана давлением пара является сумма парциальных давлений. Зимой из этих цистерн и баллонов испаряется только пропан, а в цистерне остается бутан, который не испаряется. При высоком потреблении газа потребуется специальный испаритель, однородное давление или неизменяемый состав газа. Об этом можно говорить тогда, когда используется смесь пропана и бутана. Жидкий газ поступает в испаритель в качестве жидкости, переход в испаритель происходит либо с помощью давления в цистерне, либо насосом.

Необходимая температура испарителя обеспечивается при помощи электричества или при помощи возникающей в ходе процесса температуры. Плотность газа (0 град. C, 1,0 бар): Пропан - 2,02 кг/м3n , Бутан - 2,59 кг/м3n Относительная плотность (воздух=1) Пропан = 1,56 , Бутан =- 2,08 Испаренный жидкий газ тяжелее воздуха, таким образом, возможные утечки Метан — это тот самый природный газ, который по магистральным газопроводам поступает в крупные города и сгорает в конфорках бытовых газовых плит. Так как запасы метана практически неограниченны, он очень дешев.

В жидкую фазу метан переходит только при низких температурах около –160°С, поэтому его хранят в газообразном виде, но под очень высоким давлением — 200 атмосфер. Обычный стальной метановый баллон емкостью 50 литров, рассчитанный на такое давление, весит 100 кг Об оснащении такими баллонами легковых автомобилей раньше не могло быть и речи — на сжатом метане ездили только грузовики и автобусы.

Но недавно появились облегченные металлопластиковые, или композитные, баллоны, что и сделало возможным проведение этого теста. В багажнике автомобиля монтируют сразу два баллона — металлопластиковый емкостью 35 л для метана и обычный стальной 50-литровый для сжиженного газа. Под капотом размещяют два редуктора именитой итальянской фирмы Lovato — один для метана, другой для пропан-бутана.

Редукторы для метана тоже сложнее и дороже, нежели для сжиженного газа, — к двум ступеням понижения давления добавлена еще одна. Зато «метановому» редуктору не нужна пробка для слива конденсата. На метане двигатель выбрасывает в атмосферу гораздо меньше окиси углерода СО и углеводородов Второй вид моторного газообразного топлива распространен куда шире. Это пропан-бутановая смесь — сопутствующий газ, который получают при добыче и переработке нефти.

Пропан-бутан можно хранить в сжиженном виде под давлением в 16 атмосфер, а стальной баллон емкостью 50—80 л, который вполне подойдет для обычного легкового автомобиля, весит не более 40—70 килограммов. В газовых баллонах, которые продают для питания плит в загородных домах, используется тот же сжиженный пропан-бутан. Как и дизельное топливо, пропан-бутановая смесь бывает летней и зимней, и вызвано это разделение тоже особенностями сезонной эксплуатации.

Дело в том, что пропан испаряется при -45оС, а бутан — при -0,5оС. Летом смесь на 75% состоит из бутана, а на 25% — из пропана, и при низких температурах она просто не сможет перейти в газообразное состояние. Поэтому зимний состав пропан-бутановой смеси содержит 75% пропана и 25% бутана. Запуск карбюраторного двигателя на газе возможен и при отрицательных температурах. Однако специалисты рекомендуют при температуре воздуха ниже +5оС пускать двигатель на бензине и переходить на газ спустя некоторое время.

Кроме того, даже летом нужно давать двигателю хоть иногда поработать на бензине — для промывки карбюратора. Если этого периодически не делать, то его жиклеры забиваются смолами и грязью, которые неизбежно сопровождают плохо очищенный отечественный газ. В соответствии с сезонной сортностью немного изменяется и антидетонационная стойкость газовой смеси. Пропан имеет октановое число 110, а бутан — 95, поэтому октановое число пропан-бутана может варьироваться от 99 до 106. В настоящее время все западные автомобили оснащены каталитическими нейтрализаторами отработавших газов.

Даже при работе на бензине нейтрализатор снижает выбросы СО и СН в 5 раз, а NOx — в 8 раз. И если питать «катализаторную» машину метаном при помощи впрыска, то она запросто сможет «уложиться» в строгие нормы Euro 2 1.3.