Углеводородные газообразные топлива Виды углеводородных газообразных топлив и эксплуатационные требования к ним

Газообразные углеводородные топлива относятся к наиболее чистым в экологическом отношении моторным топливам. Выбросы токсичных веществ с отработавшими газами у газобаллонных автомобилей значительно ниже, чем у автомобилей с двигателями, работающими на бензине или дизельном топливе. В состав газообразных топлив входят углеводороды с количеством атомов углерода в молекуле меньше 5: метан, этан, пропан, н-бутан, изо-бутан, этилен, пропилен, н-бутилен, изо-бутилен.

По происхождению (источникам сырья) горючие газы подразделяются на природные и промышленные. К природным относятся горючие газы газовых, газоконденсатных и нефтяных месторождений; к промышленным – углеводородные газы, получаемые при различных видах переработки жидких и твердых полезных ископаемых, растительных веществ и биомассы.

Преимуществами углеводородных газообразных топлив являются:

• экономия природной нефти, из которой получают бензины и дизельные топлива;

• снижение токсичности отработавших газов двигателей;

• высокая детонационная стойкость газообразных топлив, что позволяет повысить степень сжатия и, следовательно, мощность двигателя;

• улучшение равномерности распределения горючей смеси по цилиндрам;

• снижение износа цилиндро-поршневой группы и увеличение срока службы моторного масла, так как газовоздушная смесь не смывает масляную пленку со стенок цилиндров, не образует нагар на деталях цилиндро-поршневой группы и не разжижает масло в картере двигателя.

В зависимости от агрегатного состояния в газовых баллонах различают сжатые и сжиженные газообразные топлива. Так, метан обладает низкой критической температурой (- 82 ⁰С), следовательно, при любых более высоких температурах его нельзя перевести в жидкое состояние. Остальные углеводороды, относящиеся к газообразным топливам (пропан, бутан и др.), можно относительно легко перевести в жидкое состояние. Наиболее широко применяются и имеют перспективы расширения использования следующие газообразные углеводородные топлива: компримированный (сжатый) природный газ (метан) и сжиженный нефтяной газ (пропан-бутановая смесь).

К качеству топлив для газобаллонных автомобилей предъявляются следующие требования:

• высокая теплота сгорания;

• способность образовывать с воздухом однородную по составу горючую смесь;

• высокая детонационная стойкость;

• высокая стабильность, т.е. способность сохранять неизменными свой состав и свойства при транспортировании и хранении;

• отсутствие коррозионно-агрессивных примесей;

• минимальное содержание механических примесей и паров воды.

Свойства сжиженных газов

Основными компонентами сжиженных газов, применяемых в качестве моторного топлива, являются пропан С₃Н₈ и бутан С₄Н₁₀. Их получают в качестве продуктов переработки нефти, а также при добыче нефти или природного газа в виде отдельной жидкой фракции. Поэтому они получили название сжиженных нефтяных газов (СНГ). В Европе это топливо называется LPG (Liquefied petroleum gas – сжиженный бензиновый газ). Так как критические температуры пропана (+97 ⁰С) и бутана (+126 ⁰С) выше обычных температур окружающего воздуха, то оба углеводорода при небольшом давлении можно перевести в жидкое состояние. При температуре + 20 ⁰С пропан сжижается при давлении 0,716 МПа, а бутан – при 0,103 МПа. Сжиженные нефтяные газы хранят в баллонах под давлением 1,6 МПа. Сжиженный газ характеризуется большим коэффициентом объёмного расширения. Повышение температуры на 1 ⁰С влечет за собой рост давления в газовом баллоне на 0,6-0,7 МПа, что может привести к его разрушению. Поэтому в баллонах предусматривается паровая подушка объемом не менее 10 % полезной емкости. Сжиженные газы обладают высокой детонационной стойкостью. Так, октановое число пропана, определенное по моторному методу, равно 96, бутана 90.

Для автомобильного транспорта по ГОСТ 27578—87 выпускают сжиженный газ следующих марок: ПА — пропан автомобильный и ПБА — пропан-бутан автомобильный. Газ марки ПБА предназначен для всех климатических районов при температуре окружающего воздуха не ниже —20 ⁰С, а марки ПА — в зимний период для тех климатических районов, где температура воздуха ниже —20 ⁰С. Рекомендуемый температурный интервал применения газа марки ПА от —20 до —35 ⁰С. По ГОСТ 20448—90 выпускают сжиженные газы следующих марок: СПБТЗ — смесь пропана и бутана техническая зимняя; СПБТЛ — смесь пропана и бутана техническая летняя; БТ — бутан технический для коммунально-бытового потребления и других целей. Зимние и летние сорта топлива отличаются содержанием пропана и бутана. Так, зимняя смесь СПБТЗ содержит 75 % пропана и пропилена; а летняя смесь СПБТЛ — 60 % бутана и бутиленов. Бутановые углеводороды (бутан, изобутан, бутилен, изобутилен и др.) обладают наибольшей теплотой сгорания и легко сжимаются. Пропан и пропилен обеспечивают оптимальное давление насыщенных паров в газовом пространстве и надежную работу газовой системы питания при отрицательных температурах

Все сорта сжиженных газов относятся к высококалорийным топливам, их теплота сгорания составляет 44,8 – 46,9 МДж/м³. Использование газового топлива снижает мощность двигателя в среднем на 5 %, так как уменьшается коэффициент наполнения, а также скорость распространения пламени в камере сгорания.

Все компоненты сжиженного газа, кроме метана и этилена, тяжелее воздуха, поэтому при утечках они скапливаются в низких местах (на полу, в канавах, приямках), образуя взрывоопасную смесь. Сжиженные газы менее пожаро- и взрывоопасны, чем пары бензина. Сжиженные газы образуют с воздухом взрывоопасные смеси при концентрации паров пропана от 2,1 до 9,5 %, изо-бутана от 1,8 до 8,4 %, нормального бутана от 1,5 до 8,5 % по объему при температуре 15...20 ⁰С. Для ощущения присутствия газа в окружающем воздухе ему придают специфический запах, добавляя резко пахнущие вещества — одоранты. Из них наиболее широко примененим этилмеркаптан: 2,5 г на 100 л сжиженного газа. При такой степени одоризации можно по запаху определить содержание 0,4 -0,5 % газа в воздухе. Данная концентрация газа в воздухе невзрывоопасна, так как составляет всего лишь 20 % нижнего предела воспламеняемости.