Виды газообразных топлив.

 

Сжатыми природными газами (СПГ) ГОСТ 27577-87 называются газы, которые при обычной температуре и давлении до 20 МПа сохраняют газообразное состояние.

Природный газ, используемый в д.в.с., состоит в основном из метана (СН₄). Газ находится в толстостенных стальных баллонах, рассчитанных на давление 20 МПа. В один баллон емкостью 50 л вмещается 10 м³ газа, что эквивалентно 10 л бензина. Масса баллона 65 кг. Установка на автомобиль таких баллонов снижает его полезную нагрузку на 10 – 20%. Мощность также несколько снижается из-за снижения теплоты сгорания и уменьшения коэффициента наполнения цилиндров (при использовании бензина часть топлива поступает в цилиндр в жидкой фазе, поэтому коэффициент наполнения больше).

Сертифицированы баллоны для Н₂, рассчитанные на рабочее давление 70 МПа.

Сжиженными нефтяными газами (СНГ) ГОСТ 27578-87 называются газы, которые переходят в жидкую фазу при обычной температуре и повышенном давлении. Давление в емкости поддерживается автоматически и зависит от состава газовой смеси и температуры окружающей среды. Жидкость в резервуаре близка к точке кипения. Она испаряется по мере расхода газа, поддерживая постоянное давление. Скрытая теплота парообразования незначительна (около 120 кДж/кг), а расход тепла на испарение составляет 0,7 – 1,0%, содержащейся в газах тепловой энергии.

Коэффициент объемного расширения газов велик, при возрастании температуры жидкость значительно расширяется, поэтому при заполнении резервуаров оставляют 15% свободного пространства. СНГ, используемые в автотранспорте, хранятся в баллонах емкостью 250 л.

Для автотранспорта СНГ выпускаются в двух вариантах: пропан автомобильный (ПА) и пропан-бутан автомобильный (ПБА). В состав СНГ в небольших количествах входят этан (до 4%), который повышает давление газовой смеси при отрицательной температуре и пентан (до 1%). При 20 ⁰С пропан сжижается при давлении 0,716 МПа, бутан при 0,103 МПа. Давление насыщенных паров пропана при температуре 45 ⁰С (расчетная температура применения на территории РФ) достигает 1,6 МПа. ПБА применяется до температуры –20⁰С, содержание пропана в нем до 70%. ПА можно применять до –35 ⁰С, содержание пропана не менее 90%. Весной, с целью полного использования запасов газа марки ПА, допускается его использование до температуры 10 ⁰С.

Преимущества СНГ по сравнению с СПГ.

1.Увеличивается грузоподъемность автомобиля (за счет снижения веса баллонов) и его пробег при одинаковом объеме резервуаров.

2.Из-за меньшего давления в системе (1,6МПа) безопаснее работа и ниже требования к материалу резервуаров.

3.Выше теплотворная способность (46000 кДж/м³), что позволяет повысить мощность двигателя.

4. Проще транспортировка и хранения газа.

5.Сжиженный газ можно использовать в кондиционере или рефрижераторе (газ все равно необходимо где-то испарять перед подачей в двигатель).

Нельзя парковать автомобиль, работающий на пропан-бутановой смеси в подземных гаражах, т.к. бутан тяжелее воздуха и при утечке скапливается внизу, образуя взрывоопасную и токсичную смесь.

Перспективным является сжижение метана. При температуре –82⁰С он под воздействием небольшого избыточного давления переходит в жидкую фазу, а при температуре –161⁰С сжижается при атмосферном давлении. При сжижении объем газа уменьшается в 600 раз, что эквивалентно сжатию газа до 60 МПа. В одинаковом объеме сжиженного газа содержится в 3 раза больше, чем компримированного (сжатого) газа под давлением 20 МПа. Это позволит снизить толщину стенок резервуара (хотя возрастет теплоизоляционный слой), что уменьшит его вес и повысить пробег на одной заправке при одинаковом объеме баллонов.

Такое топливо можно доставлять на АГНСК в специальных цистернах и заливать в бак автомобиля, выполненный в виде термоса. Современная технология позволяет хранить сжиженный метан до 15 дней, что неплохо при регулярном использовании автомобиля. Недостатком является цена оборудования и малое время хранения. По такому же принципу можно использовать и сжиженный водород, сжигая его непосредственно в двигателе или использовать в топливных элементах для получения электрического тока.

Газообразный водород из аэростатов заграждения использовался в блокадном Ленинграде для питания двигателей.