Материал: 2295
0,0 0,1 0,2 0,3 I C4H10
Содержание изобутана в смеси, доли единицы
Рис. 2.3. Номограмма для определения октановых чисел сжиженных нефтяных газов с установки ЦГФУ (превалирующий компонент - пропан).
Обозначения на рис.2.3 те же, что и на рис. 2.2
Рис.2.4. Номограмма для определения октановых чисел сжиженных нефтяных газов ГФУ (превалирующий компонент - изобутан)
Обозначения на рис. 2.4 те же, что на рис.2.2
Эти прямые являются также линиями постоянного значения объемной концентрации данного компонента в смеси. Полученные графические зависимости (рис.2.4) можно рассматривать как номограммы по определению октановых чисел трехкомпонентных смесей с превалирующим содержанием в смеси одного из компонентов, полученных с газофракционирующих установок (ГФУ),
атмосферной (АГФУ) и центральной (ЦГФУ). Приведенные номограммы позволяют по составу смесей, определяемому хроматографическим методом, подсчитать их октановые числа, как показано на рис.2.2. Кроме того, по ним можно подбирать нужный состав компонентов газовой смеси для получения топлива нужной детонационной стойкости, а также устанавливать границы рационального содержания в смеси различных компонентов. Как видно из рис.2.3 и 2.4, вырабатываемые смеси с установок ЦГФУ и ГФУ имеют одинаковые октановые числа, определенные моторным методом. Максимальные колебания значений октановых чисел этих смесей не выходят за пределы порога чувствительности автомобильного двигателя.
Учитывая незначительную разницу по низшей теплотворной способности этих смесей (828 и 832 ккал/кг), их можно рекомендовать как топливо для газовых двигателей (технический изобутан предпочтителен летом).
Смеси с установок АГФУ (см. рис.2.2), содержащие пропилен, имеют большой разброс октановых чисел, и в то же время октановые числа этих смесей в среднем на четыре единицы меньше. Как видно из рис.2.1, содержание пропилена должно составлять не более 5% для получения детонационной стойкости смеси, эквивалентной предыдущим.
2.5. Сжатые природные газы (СПГ)
СПГ являются смесью различных углеводородов метанового ряда, а также не углеводородных компонентов - сероводорода, гелия, азота, углекислого газа и др. СПГ получают из природного газа (ПГ) непосредственно на газовых месторождениях или из попутных газов при разработке нефтяных месторождений.
ПГ состоят в основном из метана (82…98%) с небольшими примесями этана (до 6%), пропана (до 1,5%) и бутана (до 1%). ПГ по разветвленной сети газопроводов поступает к газонаполнительным компрессорным станциям (АГНКС).
Метан – газ без цвета и запаха, малорастворим в воде, легче воздуха (относительная плотность по воздуху 0,55). Его относят к предельным углеводородам, молекулы которых состоят только из углерода и водорода. Высокое содержание водорода в СПГ обеспечивает более полное сгорание топлива в цилиндрах двигателя по сравнению с ГСН и бензином.
ПГ по своим свойствам пригоден для использования в качестве топлива для автомобильных двигателей без значительной технологической обработки. Однако, как и любое топливо, газ должен пройти предварительную подготовку не только для хранения на автомобиле, но и для регламентации параметров,
влияющих на эксплуатационные качества автомобиля.
Заданные мощностные, топливо-экономические, экологические показатели двигателей, тягово-динамические качества автомобилей, также их стабильность в эксплуатации могут быть достигнуты только при условии заправки автомобилей высококачественным газовым топливом.
Основные физико-химические свойства СПГ
Низшая удельная теплота сгорания, кДж/м3.…………32600 - 36000 Относительная плотность(по воздуху).......……………...0,56 - 0,60 Объемный стехиометрический коэффициент (теоретически необходимое количество воздуха
для сгорания 1 м3 газа), м3 / м3……………………………..9,6 - 10,2
Расчетное октановое число, не менее…………………………...105 Суммарная объемная доля негорючих компонентов,
включая кислород, %, не более……………..……………………...7,0
Содержание, не более:
влаги, мг/ м3…………………….……………………….…..9,0 сероводорода, г/ м3 ….…………..…………………….... 0,02 меркаптановой серы, г/ м3….…………………….…… 0,036
механических примесей, мг/ м3 ……………………….……1
Одна из наиболее важных проблем при применении ПГ на автотранспорте связана с содержанием влаги в природном газе и его осушкой, так как содержание влаги в ПГ, перекачиваемых по магистральным трубопроводам нашей страны, может достигать больших величин. Наличие влаги в газовом топливе для автомобилей не должно превышать 9 мг/ м3. На АГНКС этот показатель контролируют в начале каждой рабочей смены. Наличие влаги в ПГ вызывает образование ледяных пробок в системе питания двигателя. Опыт эксплуатации показывает, что подобные явления наступают при содержании 15...30 мг/м3 влаги (рис.2.5).
Рис. 2.5. Кривая конденсации метана:
I и II - области состояния метана соответственно газообразного и жидкого
При заправке газового баллона в начальный период происходит охлаждение газа. Понижение температуры газа связано с дроссельным эффектом Джоуля-
t, oC
-100
I
-120
II
-140
-160
-170
0 1 2 3 Р, МПа
Томсона в процессе расширения газа. При снижении давления на каждые 0,1 МПа температура газа снижается на 2,5оС. Кроме того, в результате торможения струи газа, входящего в баллон, происходит интенсивный теплообмен между баллоном и газом. По мере увеличения степени заполнения баллона дроссельный эффект снижается, в результате чего повышается теплосодержание газа в баллоне по сравнению с его теплосодержанием в аккумуляторах АГНКС.
2.6. Сжиженные природные газы (СжПГ)
При нормальных условиях ПГ не может быть получен в жидком состоянии. В жидкое или твердое состояние ПГ могут быть переведены только при глубоком охлаждении, сопровождающемся значительными затратами энергии. На рис. 2.5 показана кривая кипения (конденсации) метана. В области температур и давлений, лежащих правее и ниже кривой, метан находится в жидком состоянии (область 1), и границы этой области определяют диапазон возможных условий получения и хранения жидкого метана. Охлаждаемый до температуры -161,7 оС метан при атмосферном давлении переходит в жидкое состояние и уменьшается в объеме в 600 раз, плотность СжПГ 0,7 кг/л. Температура кипения сжиженного метана составляет -161,74 оС.
СжПГ можно транспортировать железнодорожным, автомобильным и водным транспортом в специальных изотермических баллонах, а также по изотермическим трубопроводам. Криогенную технологию хранения СжПГ на автомобиле считают более перспективной, чем хранение в сжатом виде.
Сжижают ПГ на специальных установках. Технология сжижения предусматривает и операции очистки, осушки, отделения тяжелых углеводородов, азота и других примесей. Номинальное рабочее давление в криогенном баллоне автомобиля, работающего на СжПГ, в зависимости от конструкции баллона составляет
0,07...0,7 МПа.
Основными компонентами этого вида являются метан (96...
97%) и азот (3…4%).
2.7. Оценка применения различных видов топлива
При применении газового топлива на автомобильном транспорте не только экономится традиционное топливо, но и снижается загрязнение окружающей среды. В настоящее время ГСН и СПГ в качестве топлива для автомобильных двигателей получили широкое распространение. В меньшей степени пока