В настоящее время нефть является практически единственным источником получения моторных топлив, на это расходуется более 70% добываемой нефти. Такой расход нефти на производство моторных топлив обусловлен быстрым ростом автотракторного парка. Географическая неравномерность истощения ресурсов нефти заставляет задуматься о необходимости замены нефти в производстве моторных топлив на альтернативные источники сырья.
Газообразные углеводороды
Необходимость разработки и применения альтернативных моторных топлив обусловлена следующими взаимосвязанными причинами:
- высокая стоимость топлива из нефтяного сырья;
- быстрое истощение запасов нефти на земле;
- ухудшение экологической обстановки во многих развитых странах.
Анализ различных видов топлив, в том числе альтернативных, по экологическим и эксплуатационным показателям, определил, что наиболее перспективными являются газовые топлива.
К газовым топливам относятся газообразные углеводороды, добываемые из недр земли. Газообразные углеводороды, добываемые из газовых и газоконденсатных месторождений, называются природным газом. Газ, добываемый из нефтяных месторождений, называют попутным (нефтяным) газом.
Основной компонент природного газа – метан, содержание которого в различных месторождениях колеблется в пределах от 50 до 98%. В природных газах содержатся также этан, пропан, бутан, азот, диоксид углерода, гелий, аргон и др.
Метан используется в качестве моторного топлива в виде компримированного (сжатого) природного газа (КПГ)или сжиженного природного газа (СПГ).
Жидкие пропан и бутан, полученные из попутного газа нефтяных месторождений, используют в качестве моторного топлива как сжиженные углеводородные газы (СУГ).
Компримированный природный газ как моторное топливо регламентируется по ГОСТ 27577-2000 «Газ природный топливный компримированный для двигателей внутреннего сгорания». КПГ хранят на борту автомобиля в специальных стальных баллонах под давлением 20 МПа.
Сжиженный природный газ. Природный газ сжижается путем охлаждения его до температуры (-162oС). Сжижение позволяет уменьшить объём газа в 600 раз по сравнению с обычными условиями. При переоборудовании серийных автомобилей для работы на СПГ наряду с газовой аппаратурой устанавливаются специальные криогенные ёмкости и испаритель.
Сжиженный углеводородный газ вырабатывается как пропан автомобильный (ПА) и пропан-бутан автомобильный (ПБА) по ГОСТ 27578-87 «Газы углеводородные сжиженные для автомобильного транспорта». При 20oС бутан сжижается при давлении 0,103 МПа, пропан при давлении 0,716 МПа. Для сохранения жидкого состояния при высоких температурах (+40…+50oС) СУГ хранится на борту транспортного средства в цилиндрических баллонах под давлением
1,6 МПа. По моторным свойствам СУГ близки к бензинам, поэтому эффективно используются в двигателях с принудительным воспламенением.
Топливные системы газобаллонных автомобилей практически полностью унифицированы, и в зависимости от используемого газового топлива (КПГ, СУГ или СПГ) отличаются числом баллонов и некоторыми регулировочными параметрами. Бензиновые двигатели переводятся на газовое топливо путём установки несложной топливной аппаратуры. Особые трудности возникают при переводе дизелей на газовое топливо. Это связано с высокой температурой самовоспламенения газового топлива (метана – 537oС, пропана – 510oС, бутана – 480oС) в сравнении с дизельным топливом (235-250oС).
Известны способы организации работы дизелей на газовом топливе.
Преимущества природного газа как моторного топлива:
- химическая инертность метана определяет его высокое октановое число (от 105 до 115 единиц), что позволяет использовать природный газ в двигателях со степенью сжатия 12-14; метан – самый детонационностойкий углеводород;
- значительные ресурсы, сравнительная простота подготовки для использования в качестве моторного топлива;
- самое низкое содержание углерода в молекуле обеспечивает самое низкое содержание диоксида углерода в отработавших газах, что уменьшает парниковый эффект;
- содержание токсичных веществ в отработавших газах в 1,5-2,0 раза ниже по сравнению с ОГ бензиновых двигателей;
- при сгорании газового топлива практически не образуется нагар в камере сгорания;
- скорость горения газовоздушной среды меньше, чем паровоздушной, следовательно, ниже ударные нагрузки на детали ЦПГ; работа двигателя менее шумная;
- отсутствие жидкой фазы в газовоздушной смеси исключает смывание смазки с зеркала цилиндра, что приводит к снижению загрязнения масла, уменьшению нагарообразования; в результате межремонтный пробег увеличивается в 1,4-2 раза, смена масла проводится в 2-2,5 раза реже.
Недостатки природного газа как моторного топлива:
- природный газ имеет меньшее (в 1000 раз) объёмное энергосодержание по сравнению с жидкими нефтяными топливами (0,034 МДж/л для природного газа; 31,3 МДж/л для бензина; 35,6 МДж/л для дизельного топлива);
- уменьшение пробега на одной заправке и необходимость большого числа баллонов для хранения газа на борту, что снижает грузоподъёмность автомобиля на 9-14%, снижается запас хода на одной заправке, мощность двигателя снижается на 18-20%, максимальная скорость снижается на 5-6%, время разгона увеличивается на 24-30%. Длительное время заправки (8 часов работает, 4 заправляется).
- затруднение пуска двигателя в холодное время года, что объясняется более высокой температурой воспламенения (187oС) и самовоспламенения (537oС) природного газа по сравнению с бензином и дизельным топливом; наличие подогревателей газа усложняет систему топливоподачи; их отсутствие предполагает пуск двигателя на нефтяном топливе с последующим переводом на газовое после прогрева двигателя (двухтопливный вариант), что тоже усложняет систему топливоподачи;
- повышенные требования в отношении взрыво-пожаробезопасности.
Для широкого внедрения газовых топлив в качестве моторных необходимо:
- организация серийного производства автомобилей и тракторов с газовыми двигателями;
- создание широко разветвлённой сети стационарных заправочных станций и использование передвижных газозаправщиков;
- организация производства надёжного и недорогого оборудования для газобаллонных автомобилей и тракторов;
- создание сервисной службы для обслуживания тракторов и автомобилей, переведённых на газовое топливо;
- преодоление инерции потребителей из-за отсутствия стимулирования при переходе на газовое топливо;
- подготовка кадров для эксплуатации автотракторной техники, переведённой на газовое топливо.
Центр газомоторного топлива
В целях выполнения условий и положений договора между Министерством образования и науки РФ и Санкт-Петербургским государственным аграрным университетом (СПбГАУ) по реализации региональных программ по переводу автотракторной техники на газомоторное топливо при университете создан Центр газомоторного топлива (Центр ГМТ СПбГАУ). Центр организован совместно с ООО «Еврогаз» на паритетной основе с привлечением научного потенциала кафедры «Автомобили и тракторы»
11 декабря 2013 года на базе Центра ГМТ СПбГАУ проведено региональное рабочее совещание руководителей предприятий агропромышленного и рыбохозяйственного комплекса Ленинградской области на тему «Организация перевода автотракторной техники на газомоторное топливо на базе Центра ГМТ СПбГАУ». По итогам работы рабочего совещания принято решение: Комитету по АПК совместно с СПбГАУи ООО «Еврогаз» разработать и утвердить региональную программу перевода автотракторной техники на газомоторное топливо; руководителям предприятий АПК Ленинградской области подготовить перечень автотракторной техники для перевода на газомоторное топливо с учётом сроков её последующей эксплуатации; Комитету по АПК совместно с СПбГАУ разработать региональную программу по созданию инфраструктуры (установке на территориях предприятий АПК стационарных газозаправочных станций или использование передвижных газозаправочных станций); СПбГАУ разработать и утвердить программу подготовки, переподготовки и повышения квалификации специалистов по обслуживанию автотракторной техники, работающей на газомоторном топливе; создать при Комитете по АПК ЛО постоянно действующую комиссию.
Кафедра «Автомобили и тракторы» оказывает научно-техническое содействие развитию центра газомоторного топлива. На базе центра студенты проходят обучение по использованию альтернативных топлив, проводятся консультации и переподготовка инженерных кадров и технических специалистов по программе «Эксплуатация автотракторной техники при переводе на газовое топливо». По заданию специалистов центра выполняются дипломные проекты. Проводятся совместные научные исследования. Докторант, магистры и аспиранты исследуют и решают проблемы технической эксплуатации различных видов мобильной техники при работе на газовом топливе, что способствует развитию центра.
Центр газомоторного топлива имеет возможность не только переоборудовать автомобили и трактора на работу на газовом топливе, но и обеспечивает техническое сопровождение (техническое обслуживание, ремонт и технический осмотр). Наличие мобильной ремонтно-обслуживающей бригады и передвижных газозаправщиков позволяет центру оперативно решать задачи внедрения газового топлива.
СХВ
