Физико-химические показатели природного компримированного газа

Пределы воспламенения газа (по метану) в смеси с воздухом при температуре 20 °С и нормальном давлении составляют 5...15% (по объему). Предельно допустимая концентрация углеводородов газа в воздухе рабочей зоны должна быть не более 300 мг/м³ в пересчете на углерод, а сероводорода – не более 10 мг/м³.

Применение сжатых газов, особенно природных, наиболее выгодно в районах их добычи, переработки, вблизи газовых магистралей, а также в газифицированных городах. Перевод этих газов в жидкое состояние в условиях эксплуатации автомобилей требует очень высоких давлений и низких температур.

На автомобилях наиболее часто устанавливают от пяти до восьми баллонов со сжатым газом. Масса батареи из восьми баллонов более 500 кг, поэтому грузоподъемность автомобиля уменьшается. Пробег такого автомобиля примерно в два раза меньше по сравнению с пробегом автомобилей, работающих на бензине или на сжиженном газе. Это препятствует широкому использованию сжатого газа при эксплуатации газобаллонных автомобилей.

Сжатые газы обладают повышенной испаряемостью, поэтому наблюдаются повышенные потери их. Кроме того, они имеют повышенную пожароопасность. Тем не менее, природный газ перспективно использовать в жидком состоянии. Природный газ – это самое дешевое топливо. Его целесообразно применять в автомобилях с изотермическими кузовами (рефрижераторах).

При использовании сжатых газов особое внимание следует уделять содержанию влаги, так как она вызывает серьезные неполадки в работе системы питания.

Генераторный газ. Его получают при перегонке твердого топлива с недостатком воздуха около 60% в специальных устройствах – газогенераторах. В качестве твердого топлива используют каменный или бурый уголь, дрова, торф, брикеты из различных сельскохозяйственных отходов (опилок, подсолнечной лузги, льняной костры и т. п.). В зависимости от вида применяемого для газификации твердого топлива состав генераторного газа, %, колеблется в следующих пределах: СО – 25...30, Н₂ – 12...15, СН₄ – 0,5...3,5, СО₂ – 5...8, О₂ – 0,2...0,5, N₂ – 45...50.

Описание технологии производства генераторного газа можно посмотреть здесь:

http://www.ecolog.ucoz.ru/publ/2-1-0-220

http://reenergy.by/index.php?option=com_content&task=view&id=89&Itemid=88888941#5

Биогаз. Это метансодержащий газ, образующийся при ускоренном получении высококачественных органических удобрений. Разработано много различных конструкций анаэробных микробиологических реакторов для сбраживания навоза. Содержание метана в биогазе достигает 70 %. Биогаз можно использовать в любых тепловых установках.

2.3.3 Особенности применения газообразных топлив

Газообразные топлива обладают некоторыми преимуществами перед бензинами и дизельными топливами. Газобаллонные автомобили значительно экономичнее, чем базовые модели, работающие на жидком топливе, главным образом за счет снижения расхода на моторное масло, увеличения межремонтного пробега двигателя и меньшей стоимости топлива.

Увеличение срока службы моторного масла в газовых двигателях достигается за счет отсутствия конденсации паров топлива на стенках цилиндра и в связи с этим отсутствия разжижения картерного масла. Поэтому срок службы масла при работе двигателя на газе увеличивается в 2...4 раза, а срок службы самого двигателя – в 1,5...2 раза.

В газовых двигателях не происходит смывание масляной пленки со стенок цилиндров и поршней, количество нагаров и различных отложений на стенках камеры сгорания и в поршневой группе невелико. Вследствие этого улучшаются условия работы двигателя, снижаются износы деталей шатунно-поршневой группы.

Газообразные топлива обладают высокой детонационной стойкостью, вследствие чего их можно использовать в двигателях внутреннего сгорания с высокими степенями сжатия, а следовательно, и хорошими технико-экономическими показателями. Так, октановые числа, полученные исследовательским методом, составляют у этана 116,3, пропана 111,6, бутана 95,8 (см. табл. 2.8).

Существенное преимущество газообразного топлива – незначительное загрязнение окружающей среды токсичными компонентами.

При работе газового двигателя происходит более совершенное смесеобразование и более полное сгорание рабочей смеси, чем у бензиновых двигателей. В результате этого образуется весьма небольшое количество продуктов неполного сгорания, которые особенно вредны для здоровья людей. Так, продукты сгорания газового двигателя, работающего в режиме холостого хода, содержат в 5 раз меньше СО, чем продукты сгорания бензинового двигателя в том же режиме.

Недостаток газобаллонных автомобилей – усложненная система топливоподачи. Повышаются также пожарные требования к помещениям при техническом обслуживании и ремонте газобаллонных установок из-за возможных утечек газа.

Во всем мире парк автомобилей, работающих на нефтяном и сжиженном природном газе, постоянно растет. Сжиженные газы – это автомобильное топливо будущего. Сжиженный природный газ можно применять для производства экологически чистых бензина и дизельного топлива с низким содержанием ароматических углеводородов и твердых частиц. Однако это не всегда экономически оправдано.

Производные от природного газа, например диметилэфир, – потенциальные топлива будущего. В некоторых западноевропейских странах налажено производство двухтопливных автомобилей, работающих как на жидком, так и на газообразном топливе. Выпускают также автомобили, использующие водород.

АвтоВАЗ на базе универсала ВАЗ-2111 создал машину на топливных элементах, использующую в качестве топлива водород. Эту машину назвали «Антэл-2». Она приводится в действие электродвигателями, которые получают энергию, высвобождающуюся в результате химической реакции взаимодействия водорода и кислорода. Таким образом, в окружающую среду попадает безвредная дистиллированная вода.

«Антэл-2» значительно отличается от первого образца – топливные элементы стали гораздо меньше и теперь не занимают весь багажник. Это стало возможно благодаря замене кислородных баллонов на компрессор, сжимающий воздух. Время заправки сократилось с 2 ч до 20 мин. Раньше водород закачивали в бак с помощью насоса, а теперь он подается под давлением 400 атм из специального резервуара.

КПД «Антэл-2» равен 60...65%, что значительно превышает КПД двигателя внутреннего сгорания. Кроме того, водород в отличие от нефти является неисчерпаемым топливом.

Следует отметить, что в США, Великобритании, Германии и ряде других стран ведутся аналогичные работы по созданию транспортных средств на топливных элементах, работающих на водороде.

2.4 Токсичность отработавших газов двигателей

Работа автомобилей и тракторов сопровождается загрязнением окружающей среды выбросами токсичных газообразных и твердых веществ. Выпускные и картерные газы двигателей – это основной источник загрязнения (табл. 2.12).

Токсичные выбросы отрицательно сказываются на здоровье людей и животных, вызывают повреждения растений, ускоряют коррозию металлов и разрушение строительных конструкций. Наибольший вред для человека, животного и растительного мира приносят оксиды азота и серы, сажа, альдегиды, оксид углерода, углеводороды, бенз(α)пирен, аммиак. Существенное значение имеют так же запах и слезоточивое действие отработавших газов (ОГ). Токсичные продукты сгорания топлива накапливаются в почве, воде, растениях и на сооружениях. Находясь в воздухе, они частично превращаются в другие соединения, которые могут быть даже более токсичными, чем исходные продукты.