Что такое МЕТАН ( CNG — СПГ — сжатый природный газ ) ?

Природный газ делает рынок моторного топлива независимым от сырой нефти, что очень важно, потому что основные ее месторождения находятся в областях с тяжелой геополитической ситуацией.

Кроме того, на дне океанов и в районах вечной мерзлоты находятся огромные ресурсы гидратов, основным компонентом которых является метан, находящийся в кристаллической структуре воды в твердом виде. Ресурсы этих источников энергии в два раза превышают ресурсы всех видов ископаемого топлива, вместе взятых.

Основным компонентом природного газа, природного ископаемого топлива сформированного в процессе органического преобразования, является метан (CH4). Его содержание в природном газе колеблется в диапазоне от 90 до 98%, остальное это этан, пропан, бутан и азот. Благодаря такому составу природного газа, в котором доминируют простой и легкий метан, его сгорание не представляет особых проблем для двигателя. В нем нет, как в сжиженных углеводородных газов (СУГ), никаких добавок, которые могут повлиять на содержание вредных выбросов. Сгорание природного газа в двигателе приводит к снижению выбросов CO2 на 25%, углеводородов почти на 90%, оксидов азота на 50%, при исключении дыма – эмиссии твердых частиц и SO2.

Недостатком газового топлива является низкая плотность энергии. Таким образом, природный газ используется для тяговых целей в сжатом виде ( СПГ — сжатый природный газ) под давлением около 20 МПа (200 бар). Плотность энергии в этих условиях равна 7 кдж/дм3. Для сравнения, этот параметр для бензина составляет 30 кдж/дм3 и получается без дополнительных операций сжатия. Эти характеристики природного газа приводят к тому, что двигатель должен быть специально разработан, а объемный расход топлива должен быть очевидно побольше.

В связи с таким высоким давлением хранения (примерно в 20 раз выше, чем в случае СНГ), заполненные СПГ цистерны (обычно цилиндрической, иногда круглой формы, сделанные из стали, алюминия, пластика или сочетания материалов — композитов) занимают много места в машине. Главная разница по сравнению с СНГ заключается в том, что несмотря на значительное сжатие, СПГ остается в газообразном состоянии.

Поскольку газ находится во многих местах на Земле, его химический состав сильно отличается. Поэтому введено число Воббе, чтобы легко сравнить природный газ из разных слоев. Природный газ с различным химическим составом и того же значения числа дает такое же количество тепла при сгорании при определенных условиях. Число Воббе квалифицирует газ к группе высококалорийного H (значение от 48 до 57,8 МДж/м3) и низкокалорийного L (41,5-47,3 МДж/м3). Первый содержит 80-87% метана и обеспечивает 8,7-9,3 квтч/м3, в случае вариации H, соответственно, 84-99% и 10-11,1 квтч/м3. Значения энергии традиционных видов топлива кВтч/м3 9,84 для дизельного топлива и 8,88 кВтч/м3 для 95-го бензина, что означает, что 1 кг эквивалент природного газа в 1,3 л дизельного топлива или 1,5 литра бензина. Использование конкретного вида СПГ, конечно, влияет на стоимость 1 км пробега, но современному двигателю «все равно», какое он получает топливо. Электронные датчики автоматически определяют состав топлива и регулируют пропорции смеси.

Другой параметр, характеризующий природный газ – это количество метана, который является мерой устойчивости к детонации, как октановое число бензина. Это процент метана (количество метана 100) в стандартной смеси водорода (количество метана 0), которое имеет такое же сопротивление на сгорание как тестовый газ.

Преимущество СПГ кроме сравнительной с СНГ – это экология и безопасность. Благодаря своим характерным свойствам (основным компонентом природного газа является метан) он быстро рассеивается в воздухе, так что опасность воспламенения при повреждение резервуара минимальная. На это также влияет высокая температура вспышки до 650°С. Сам способ хранения помогает уменьшить риск неконтролируемой утечки. СПГ цилиндры должны выдерживать давление разрыва более 600 бар, клапанная система, как и в СПГ системе, обеспечивает запорное или контролируемое высвобождение газа, в зависимости от типа риска. В более широкой перспективе, СПГ также безопасно, потому что он в основном передается по трубопроводу, а не цистернами.

Двигатели на СПГ могут достичь очень хорошей производительности и высокой культуры работы из-за его высокого октанового числа (130), особенно если вы оснастите их рециркуляцией отработавших газов, турбокомпрессором и трехкомпонентным катализатором. Это, однако, может обернуться высоким уровнем потребления и проблемами тепловыделения. Природный газ вызывает снижение шума двигателя на 3 дБ, что в два раза выше, поэтому этот газ является особенно подходящим для автобусов в городских районах. СПГ может быть использован, как СНГ в бензиновых и дизельных двигателях , хотя в последнем случае тормозом является низкая окупаемость из-за необходимости монтажа системы с искровым зажиганием либо потребления дизеля в качестве запальной дозы.

Есть два типа транспортных средств, работающих на природном газе — моно- и двухвалентные. Первый Сжигает только СПГ, имеющие запасные баки, большинство 15-литровые баки бензина (в то время как до сих пор считается такие для одновалентных). Бивалентные автомобили имеют стандартные бензиновые, а в дополнение к двигательной системе, установлены газовые системы, благодаря этому получают значительный пробег между заправками.

Мировые лидеры в области использования СПГ в качестве топлива в настоящее время — это Аргентина, Бразилия и Пакистан. В США, использование его щедро субсидируется правительством (среди прочих, налоговые кредиты, возврат уделено преобразования стоимости) в рамках программы по сокращению вредных выбросов в атмосферу. Потенциал СПГ заметило и оценило американское отделение Honda. Модели Civic GX, предназначены для сжигания природного газа. В России СПГ сейчас используют несколько тысяч транспортных средств, большинство из них являются автобусами. Инфраструктура находится в зачаточном состоянии — в нашей стране на данный момент около 300 станций СПГ. Расцвет технологии питания газовых двигателей кажется, только вопросом времени, учитывая, что текущие запасы должны обеспечить поставки топлива на много лет.

Скачать