топливо cng что это такое
Какой газ используется в автомобилях в качестве топлива
Основной альтернативой традиционному бензину или дизелю, является газомоторное топливо (ГМТ). Каким газом заправляют автомобили с ГБО, а также в чём отличие между ними вы узнаете из этой статьи.
Виды газового топлива
Условно ГМТ можно разделить по способу производства, агрегатному состоянию при использовании, хранении и транспортировке.
Менее распространённые варианты:
Природный газ
После добычи, сырье подвергается очистке от загрязнений, воды (осушка). Затем методом сепарации происходит отделение сероводорода и других компонентов.
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:
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:
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.
Октановое число пропана 105, у метана 110. По сравнению с бензином после сгорания СНГ и КПГ топлива, вредные выбросы снижаются до 10 раз.
Биотопливо
Применение биогаза как ГМТ актуально для сельскохозяйственных предприятий и перерабатывающих отходы организаций.
Едем на метане
По данным испытаний «Авторевю», расход метана для Lada Vesta CNG составляет от 7,8 кубометра на 100 км на трассе до 12 кубометров на 100 км для города. Журнал «За рулем» дает чуть более оптимистичные величины — средний расход порядка 6,2 кубометров на 100 км.
И даже с учетом высокой стоимости метанового ГБО срок его окупаемости при указанном пробеге составляет порядка двух лет. Но это — если ездить исключительно на метане.
Почему ездить на метане сложно
Заправку метаном обеспечивают не привычные нам АЗС, а так называемые АГНКС — компрессорные станции. С советского периода в России осталось около 500 таких станций и за последние годы их общая численность не увеличилась — сейчас их, по оценкам, лишь 360. В каждом регионе насчитывается в среднем 15−20 АГНКС, и они составляют лишь 2% от общего числа заправок.
Редкость АГНКС осложняет использование метанового автомобиля, тем более, и пробег на полной заправке метаном, как правило, невысок. Например, первая серийная легковушка с ГБО — Lada Vesta CNG — имеет баллон на 90 литров, в который можно заправить примерно на 18−20 кубометров метана (величина указывается при атмосферном давлении). На таком количестве автомобиль проходит 250−300 километров. Расстояние между некоторыми АГНКС больше этой величины, поэтому при использовании метанового ГБО часть пробега все равно будет проходить в бензиновом режиме. А это увеличивает время окупаемости оборудования.
Метан — легкий углеводород, состоящий из одного атома углерода и четырех атомов водорода. В нем практически отсутствуют вредные примеси и тяжелые углеводороды, которые приводят к образованию нагара и смол в двигателе.
Выхлоп метановых машин также чище, правда, в нем все равно присутствуют окислы азота, которые образуются из-за высокой температуры в камере сгорания и наличия в ней кислорода. Но содержание сажи, несгоревших углеводородов и угарного газа значительно ниже, чем в случае с бензиновыми и дизельными моторами.
Правда, установка на автомобиль ГБО требует регистрации изменений, и в России процедура забюрокрачена до абсурдности. Самое печальное — это даже не дороговизна и муторность. Главное, процедура почти бесполезна, потому что проверки носят формальный характер и не гарантируют безопасность оборудования для владельца (разве что на бумаге). Тем не менее, несколько лет назад началась кампания по отлову автомобилей с нелегальным ГБО.
С июля нас ждет очередное затягивание гаек, и если сейчас общение с аккредитованными лабораториями возможно в удаленном режиме, то новый ГОСТ 33670 требует посещения такого центра. А их по России — лишь 15.
В каком-то смысле, политика государства противоречива: с одной стороны, людей стимулируют переходить на ГБО, с другой — создают препоны. Забота о безопасности оборудования, работающего под огромным давлением, понятна, но с учетом формальности процедуры вряд ли вызывает понимание у автовладельцев.
А есть ли готовые решения?
Lada Vesta CNG стала первой легковушкой с серийным ГБО для работы на метане, вторым на очереди идет Largus CNG, производство которого стартовало в феврале.
Заводской вариант не требует отдельной легализации ГБО, кроме того, обе машины сохранили бензобак, а пробег на полной заправке превышает 1000 км.
Но та же Vesta CNG на 170 тысяч рублей дороже аналогично оснащенной бензиновой Vesta, хотя 115 тысяч рублей можно компенсировать по программе EcoGas. Кроме того, в ряде регионов действуют субсидии при покупке метановых машин, например, клиентам предоставляются топливные карты, дающие 50-процентную экономию на первые 1500 кубометров газа.
Одной из проблем метановых машин является объем, который занимает баллон. Багажник Vesta, например, сокращается с 480 до 360 литров. Для фургона Largus тот же 90-литровый баллон сокращает объем еще сильнее — на 315 литров.
Ждет ли нас метановое будущее
Дешевый, экологичный, чистый — трудно представить лучшее топливо для России, чем природный газ. Тем более мы обладаем колоссальными запасами газа: по некоторым оценкам, до четверти мировых.
Есть и риски, например, необходимость хранить газ под давлением в 200 атмосфер предъявляет высокие требования к состоянию ГБО — сертификация и техосмотр метановых машин не должны быть формальностью.
Выбор газового оборудования Метан/Пропан LPG/CNG (система ГБО)
Здравствуйте, разговор пойдёт о том виде топлива, которое заменит бензин. Как Вы уже догадались — это газ. Но какой именно газ? Их ведь много разных.
Сегодня рассмотрим два самых популярных варианта газового оборудования доступных на рынке, работающих на пропан-бутановой смеси и метане.
Газовое оборудование, имеет сокращённую аббревиатуру (согласно наименованию газа): LPG и CNG соответственно.
Введение.
Сначала познакомимся с этими газами поближе. Для этого я надёргал 5 основных таблиц из сети для того, чтобы можно было в деталях получить основные характеристики и свойства газов.
Параметры торговых марок
Критические параметры газов
Газы могут быть превращены в жидкое состояние при сжатии, если температура при этом не превышает определённого значения, характерного для каждого однородного газа. Температура, свыше которой данный газ не может быть сжижен никаким повышением давления, называется критической температурой. Давление, необходимое для сжижения газа при этой критической температуре, называется критическим давлением.
Упругость насыщенных паров
Упругостью насыщенных паров сжиженных газов называется давление, при котором жидкость находится в равновесном состоянии со своей газовой фазой. При таком состоянии двухфазной системы не происходит ни конденсации паров, ни испарения жидкости. Каждому компоненту СУГ при определённой температуре соответствует определённая упругость насыщенных паров, возрастающая с ростом температуры. Давление в таблице указано в МПа.
Зависимость плотности от температуры
Определения.
LPG (Liquified Petroleum Gas) – сжиженный нефтяной газ (пропан-бутан). Наиболее распространенный вид топлива для легковых автомобилей, как коммерческого, так и частного использования. Получается как побочный продукт при переработки нефти.
CNG (Compressed Natural Gas) – сжатый природный газ (метан). Чаще всего встречается в автомобилях коммерческого назначения или у производителей заводского ГБО.
Тезисы для пропан-бутанового оборудования (LPG):
1. Пропан/бутан требует химического синтеза (получения) на предприятии (НПЗ), поэтому дороже метана.
2. Хранится при невысоком давлении в баллоне (до 16 бар).
3. Пропан-бутан отлично сжимается и, впоследствии, сжижается. Это положительно отражается на энерговооруженность авто при равном объёме с метаном.
4. Сжиженный газ LPG находится в равновесном состоянии с паровой фазой (при определённом давлении и температуре) и заполняет всё пространство баллона.
5. Баллоны заправляются не более чем на 80% от максимального объема, жидкой фазой, которая измеряется в литрах. Так делают в целях безопасности от воздействия повышенных температур.
Теперь самая интересная часть.
Сравним энерговооруженность бензиновой системы, LPG и CNG.
Для этого примем заправочную ёмкость равную 60 литрам (бензобак / баллон).
Стандартные условия: t=+20 °C, Ра=100 кПа
Низшая теплота сгорания метана: Qm = 36 МДж/м3
Низшая теплота сгорания пропана: Qp = 91 МДж/м3
Низшая теплота сгорания бутана: Qb = 119 МДж/м3
Низшая теплота сгорания бензина (АИ-98): Qv = 33 МДж/л
Плотность метана (паровой фазы): ρma = 0,668 кг/м3
Плотность пропана (паровой фазы): ρpa = 1,872 кг/м3
Плотность пропана (жидкой фазы): ρpl = 500 кг/м3
Плотность бутана (паровой фазы): ρba = 2,519 кг/м3
Плотность бутана (жидкой фазы): ρbl = 570 кг/м3
Плотность бензина: ρv = 750 кг/м3
Газовая постоянная метана: Rm = 519 Дж/(кг*К)
Газовая постоянная пропана: Rp = 189 Дж/(кг*К)
Газовая постоянная бутана: Rb =143 Дж/(кг*К)
Уравнение газа: P*V = m*R*T, где
P — давление, Па; V — объём, м3; m — масса, кг; R — газовая постоянная, Дж/(кг*°К); Т — температура, °C.
Бензин
энерговооружённость бака бензина: Wv = 33 Мдж/л * 60 л = 1980 МДж
Метан
масса сжатой паровой фазы в баллоне: mma = P*V/(R*T) = 200*10^5 Па * 0.06 м3 / ( 519 Дж/(кг*°К) * 293 °К) = 7,9 кг
плотность сжатой паровой фазы: Dma = 7,9 кг / 0,06 м3 = 131,7 кг/м3
отношение плотностей сжатой паровой фазы в баллоне и при стандартных условиях: Dma / ρma = 131,7 кг/м3 / 0,668 кг/м3 = 197
энерговооружённость баллона: Wma = 36 МДж/м3 * 0,06 м3 * 197 = 426 МДж ( 
Стоимость заправки 1 литра жидкого топлива
Бензин
Цена: 44 руб/л
Стоимость 1 МегаДжоуля: Sb = 44 руб/л / 33 МДж/л = 1,333 руб/МДж
Метан
Цена: 16 руб/м3
Стоимость 1 МегаДжоуля: Sm = 16 руб/м3 / 36 МДж/м3 = 0,444 руб/МДж
Пропан-Бутан (50/50)
Цена: 18 руб/л
Отношение плотностей жидкой и паровой фазы при стандартных условиях: ρpbl / ρpbv = 535 кг/м3 / 2,2 кг/м3 = 243,2
Из 1 литра жидкой фазы получится 243,2 литра паровой фазы: Vpbv = 0,2432 м3
Энергия этого объёма пара: Qpbv = 0,2432 м3 * 105 МДж/м3 = 25,534 МДж
Стоимость 1 МегаДжоуля: Spb = 18 руб/л / 25,534 МДж = 0,705 руб/МДж
Вывод: согласно расчёту, энергетическая стоимость пропан-бутанового топлива почти вдвое ниже бензина АИ-95.
А стоимость метана ровно в 3 раза ниже стоимости бензина АИ-95.
Цены взяты по Челябинску и округлены до рубля на дату публикации статьи.
Метан (LPG/CNG): преимущества перед бензином. Что лучше СНГ или СПГ?
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.
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 на дизельных моторах, 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
2. Вторым недостатком можно считать высокую стоимость самого газового оборудования. Стоимость баллонов, способных выдержать давление в 200 атмосфер довольно высокая.
Существует два вида систем способных работать на природном газе — моновалентные и двухвалентные.
LPG — СНГ — Сжиженный Нефтяной Газ
СНГ (анг. — L P G — Liquified Petroleum Gas – сжиженный нефтяной газ ) представляет собой смесь пропана (C3H8) и бутана (C4H10), используемый в качестве топлива, хладагента в холодильниках и морозильниках, создание давления в аэрозолях (менее вредный для озонового слоя). Также используется в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания. Компоненты СНГ — это органические углеводородные соединения из группы алканов, которые являются бесцветными газами, без запаха и легко воспламеняются. СНГ хранится в жидком состоянии и используется в газообразном состоянии после процедуры испарения. После конденсации увеличивает плотность запасенной энергии, что в использовании для управления машины очень важно (один литр газа в жидком состоянии формируется из 260 литров газа в летучей фазе).
СНГ сжимается и хранится в жидком виде в основном для удобства хранения и транспортировки. Потому что он не теряет и не изменяет своих свойств в течении долгого времени, то есть, не выветривается, не меняет свое состояние и т.д., может храниться долгосрочно без ущерба качества и производительности. Октановое число СНГ является более благоприятным по сравнению с бензином и дизельным топливом и, в зависимости от доли пропана и бутана, становит от 90 до 110 октана. Энергоэффективность СНГ ниже, чем у традиционных видов топлива из-за более низкой энергии на единицу объема (хотя единица веса выше). Это приводит к увеличению сгорания на 10-20%, по сравнению с бензиновым топливом, однако цена колеблется в районе 50% цены бензина.
Плюсом является то, что СНГ — это естественный газ и не нужно «распылять» его в цилиндры так, как бензиновое топливо, благодаря этому он сгорает более эффективно и безопасно в двигателе, даже когда двигатель холодный. СНГ горит относительно чисто, без дыма и пепла. Это способствует образованию небольшого количества вредных веществ.
По сравнению с дизельным топливом:
— 90% меньше твердых частиц
— 90% меньше оксидов азота
— На 70% меньший потенциал образования озона
— 60% меньше углекислого газа
— СНГ не может загрязнять подземные источники, потому что он не растворяется в воде.
Сокращения, которые встречаются
Почему пропан смешивают с бутаном?
Содержание пропана, бутана и других примесей в сжиженном нефтяном газе влияет на многие его свойства. Наиболее важным является отношение смеси пропана и бутана. Оно значительно влияет на величину октанового числа и плотность паров топлива.
Октановое число (ОЧ) отвечает за сопротивление топлива детонации. Оно достигается за счет увеличения содержания насыщенных углеводородов (например, пропана, н-бутана, изобутана). Наибольшее влияние на ОЧ имеет изобутан, имеющий крупнейшее значение этого параметра. Содержание пропилена и бутена снижает октановое число СНГ. Содержание диена (ненасыщенные углеводороды) также снижает ОЧ. Что более важно — они имеют тенденцию к полимеризации, что способствует образованию осадка, так называемого нагара в баке, в топливной системе и камере сгорания. Таким образом, состав СНГ использующегося как автомобильное топливо должен соответствовать определенным требованиям прописанным в регламентирующих документах.
В зимний период цена на СНГ выше.
Иногда зимой мы встречаемся с мнением, что при низких температурах, автомобиль с газовой системой СНГ плохо работает: нет скорости и двигатель работает неравномерно. Проблемы ищут в неправильности газовой установки. Однако часто это бывает, из-за плохого качества газового топлива.
В погоне за низкими ценами, нечестным продавцы, которых, к счастью, становится все меньше, предлагают более дешевый газ с неправильными параметрами. Выход из этой ситуации заключается в том, что бы перестать искать дополнительную экономию топлива, делая покупки на случайных станциях заправки СНГ. Так же эта проблема в меньшей степени касается 4 поколения ГБО – когда идет снижение давления автомобиль просто переходит на бензин. С одной стороны это плохо – Вы не доедете на газе до места назначения. С другой стороны это убережет Ваш двигатель от прежде временного выхода из строя.
В различных европейских странах применяют разные виды газа, в зависимости от климата. В странах, расположенных в районах Крайнего Севера содержание пропана в СНГ выше, иногда это просто чистый пропан, в южных (теплых) странах увеличивают содержание бутана, снижая упругость пара, что бы испарения не происходило в топливной магистрали.
Сегодня СНГ производится 3 разными методами.
Метод I (непосредственно из сырой нефти)
Чтобы максимально использовать содержащиеся в нефти газы, их добывают сразу на месторождения. Извлеченная из вала нефть попадает в специальное оборудование, которое называется дистрибьютор, где, в связи с падением давления высвобождаются газы, растворенные в ней. Потом нефть попадает в резервуары, где она стабилизируется. Во время этого процесса выделяются компоненты: этан, пропан, бутан и частично пентан. В этих процессах также получается газолин (смесь легких жидких углеводородов), который содержит значительные количества этана, пропана и бутана.
Наиболее важным на нашем рынке является способ получения жидкого газа в обработке нефтеперерабатывающих заводов. Пропан-бутан в них образуются во время крекинга и гидрогенизации сырой нефти. В ходе этих процессов наступает термическое разложение углеводородов. Крекинг – это распределения крупных частиц из углеводородов, содержащихся в сырой нефти на большое количество мелких частиц. Процесс осуществляется без воздуха и включает нагревание нефти. Гидрирование представляет собой процесс, в котором нефть, обогащается водородом при высоком давлении и температуре. Таким образом достигаются легкие углеводороды с более высоким содержанием водорода и более низкой температурой кипения. Количество СНГ собранного в ходе обработки сырой нефти (по массе) бывает примерно 2%.
Сжиженный газ является продуктом одгазолирования природного газа, произведенного в процессе переработки нефти. Он включает в себя разделение углеводородов из газа более тяжелых чем этан, и как следствие получаем в основном пропан и бутан. Газы, состоящие из смеси СНГ также находятся в месторождениях природного газа.
В целях безопасности, жидкую пропан-бутановую смесь ароматизируют. Запах СНГ должен быть неприятным и чувствоваться при концентрации составляющей пятую часть нижнего предела взрываемости.
Для ароматизации газа используется этантиол (этилмеркаптан, который включает в себя, среди прочих, соединения серы). Это органическое соединение, присутствующим в низких концентрациях в сырой нефти, известное своим очень сильным неприятным запахом. Его можно уже почувствовать в воздухе при концентрации 0,00035 частей на миллион (ppm).
В 2000 году, в Книге рекордов Гиннесса, это соединение было установлено, как самое зловонное вещество в мире.
Ароматизация СНГ также связана со снижением содержания серы в топливе. Достижение содержания серы в жидких газах со стандартом с 2009 года, в классических двигательных топливах (10 ppm — 10 частиц серы на 1 млн. частиц раствора) очень трудно, потому что ароматизатор поднимает содержание этого элемента. Содержание серы после ароматизации может составлять до 50 мг / кг.