Современное состояние топливо-энергетического комплекса. Определение понятия «Альтернативные моторные топлива» (АМТ).

В современном нефтегазовом комплексе наметились тенденции, вызывающие серьезные опасения. Цены на нефть постоянно растут. Наращивание запасов нефти происходит за счет месторождений, отличающихся сложными геолого-экономическими условиями и отдаленностью от мест потребления. Многие страны-потребители нефти привязаны к поставкам нефти из стран-членов ОПЕК, большинство из которых принадлежит к «горячим» точкам планеты. Все это вызывает рост издержек на добычу и транспортировку нефти, порождает риски поставок.

Положение с запасами природного газа более благоприятное, но многие сравнительно недавно открытые крупные месторождения труднодоступны и расположены далеко от мест интенсивного потребления (месторождения «запертые») и необходим поиск путей придания им реальной, а не только потенциальной ценности.

По прогнозам British Petroleum прирост спроса на энергоресурсы к 2030 г. составит 50% (по отношению к уровню мирового спроса в 2005 г.).

Резко возросли требования к качеству топлив с точки зрения их экологической безопасности.

Перечисленные выше особенности и тенденции развития мирового нефтегазового комплекса породили интерес и способствовали поиску новых видов энергии и альтернативных топлив, т. е. топлив, получаемых главным образом не из нефти, а из других источников (газы, низкокачественные дистилляты, и пр.) К ним следует отнести использование солнечной энергии, энергии ветра, приливов и отливов, геотермальных вод, возобновляемых видов сырья, а также водорода и топливных элементов.

Необходимость разработки и применения альтернативных топлив, в том числе из возобновляемых видов сырья, вызвана рядом взаимосвязанных причин:

— подорожанием нефти и грядущим истощением запасов, прежде всего запасов ныне разрабатываемых месторождений;

— ухудшением экологической обстановки во многих странах;

— глобальной проблемой потепления климата из-за усиливающегося «парникового эффекта», вызванного эмиссией диоксида углерода в процессе сжигания углеводородов

Причины роста интереса к АМТ: экологические проблемы, неравномерность распределение залежей нефти, вероятность их исчерпания.

Развитие транспорта, использующего в основном нефтяное топливо, создает глобальную экологическую пробле­му.

Выхлопные газы источник выбросов двухсот различ­ных веществ, половина из которых представляет опасность для человека и окружающей среды, причем масштабы загрязнения воздуха все время воз­растают. В крупных городах доля загрязнения воздуха, в частности авто­мобильными выхлопами, в общем количестве вредных выбросов, от 80 до 95%.

При сжигании 1 л бен­зина в воздух выбрасывается порядка 1400 г углекислого газа, до 60 г уг­леводородов и до 10 г оксидов азота - NO_x. Автотранспорт - одним из основных поставщиков в атмосферу такого парникового газа, как СО₂. Все эти выбросы сокращают жизнь человека в среднем на 4 года и увели­чивают показатель детской смертности на 1%.

Особенности выбросов автотранс­порта:

• малая их высота (приводит к непосредственному контакту и прямому воздействию на человека);

- относительно низкая степень рассеивания вредных веществ; - производство их большей частью в районах с высокой плотностью населения; - многокомпонентность и высокая токсичность;

• преобразования компонентов отработавших газов во вторичные, более токсичные продукты;

• и т. д.

Помимо экологической проблемы существует перспектива исчерпания мировых ресурсов нефти.

Страхи перед близким истощением залежей нефти - состояние обществен­ного мнения, начиная пример­но с 1920-го года. В разные времена высказывались опасения, что полное исто­щение нефтяных запасов произойдет в течение ближайших 30 лет.

Однако в настоящее время запасы нефти не исчерпаны, а ее разведанное количество увеличилось, хотя временной потенциал добычи оценивается все теми же 30-40 годами.

Утверждается, что в новых месторождениях нефть со­держит меньше водорода, поэтому уменьшается выход сырья для произ­водства современных моторных топлив, из-за чего последние удорожают­ся.

Также неравномерность распределения нефти служит источником межгосударственных конфликтов, которые уже имели место в современной истории.

Пути улучшения качества моторных топлив.

Распространение получили спирты и их смеси в качестве добавок к моторным топливам, позволяющие снизить токсичность выхлопа, при этом уменьшается мощность двигателя (горят с меньшим выделением энергии) и проблема расслаивания, за счет хорошей растворимости в воде.

Добавлением эфиров (МТБЭ, ЭТБЭ и др.) вместо спиртов решают выше перечисленные проблемы.

Создание реформулированных бензинов, отличающихся:

- низкой летучестью;

- пониженным содержанием бензола и непредельных УВ;

- отсутствие тяжелых металлов;

- применение моющих добавок, также кислородсодержащих компонентов.

Соблюдение экологических требований к топливам:

- отказ от соединений свинца при производстве автомобильных бензинов;

• строгое ограничение содержания бензола в автомобильных бензи­нах;

• ограничение содержания ароматических углеводородов, особенно полициклических, в бензинах и дизельных топливах;

• ограничение содержания олефиновых углеводородов в автомо­бильных бензинах,

• ограничение содержания серы в бензинах и дизельных топливах вплоть до тысячных долей процента;

• постепенное ограничение эмиссии продуктов неполного сгора­ния: монооксида углерода, углеводородов, твердых частиц и оксидов азо­та.

Но почти всегда улучшение экологических характеристик нефтяных моторных топлив большей частью сопровождается ухудшением их экс­плуатационных качеств. Сейчас можно сказать, что экологически чис­тое нефтяное топливо высокого качества с хорошими эксплуатационными характеристиками по существу является синтетическим жидким топли­вом с измененным углеводородным составом и специальными добавка­ми.

Становится все более ясным, что единственным экономически прием­лемым путем повышения экологических характеристик транспортных средств является перевод их на альтернативные топлива. Так в США по состоянию на конец 2002 года эксплуатировалось около 520 тыс. автомобилей, (Volvo, Nissan, и др.), использующих альтернативное топливо.

Международные и отечественные требования к моторным топливам и продуктам их сгорания.

Некоторые экологические показатели качества автомобильных бензинов

Показатель	Правила ЕЭК ООН №83 и №43; стан­дарт на бен­зин по ГОСТ 2084	Евро-1 и ев- ро-2 стандарт на бензин по ЕН№228- 1993	Евро-3, стан­дарт на бен­зин по ЕН № 228-2000	Евро-4, стандарт на бензин по ЕН № 228- 2003
Концентрация свинца, мг/дм , не более	0,013	0,010	0,005
Массовая доля серы, %, не более	0,10	0.05	0,015 1	0,003
Объемная доля бен­зола, %, не более	Не нормиру­ется	5		1
Содержание аромати­ческих углеводоро­дов, %, не более	55	Не нормиру­ется	42	30
Содержание олефи-нов, %, не более	25	_	18	14

Некоторые экологические показатели качества дизельных топлив

Показатель	Правила ЕЭК ООН №49; стан­дарт на топливо по ЕН 590-93	Евро -2, стандарт на топливо по ЕН 590-96	Евро-3, стан­дарт на топливо по ЕН 590-2000
Цетановое число, не менее	45	499	51
Массовая доля серы, % , не более	0,3-0,5	0,050	0,035
Содержание полицикли­ческих ароматических углеводородов, %, не более	Не нормируется	Не нормируется	11
Смазывающие свойства, мкм, не более	Не нормируется	460	460

В России на весь объем выпускаемого автомобильного бензина, Евро-2 приходится около 54%, Евро-3 — 9% и Евро-4 — всего 2%, в то время как в Европе уже давно запретили Евро-3.

Предельно допустимые выбросы двигателей легковых автомо­билей

Норми­рующий документ	Тип двигателя	А од [ Предельно допустимые выбро-требований сы, г/км
		Зал.Европа	Россия	ТВ. частицы	СО	СН N02		СН+ N02
Евро - 1	Бензиновый Дизельный	1993	1999	0,14	2,72 2,72	-	;	0,97 0,97
Евро - 2	Бензиновый Дизельный	1996	2002	0.08	2,2 1,0	:	;	0,05 0,7.
Евро - 3	Бензиновый	2000	2004	-	2,3	0,2	0,15
Евро - 4	Бензиновый Дизельный	2003	2008	- ! 1,0 0,025 i 0,5		0,1 0,1	0,08 0,25	0,3

Соотношение различных видов АМТ, используемых в качестве топлив на автомобильном транспорте.

Принципы классификации АМТ.

Альтернативные моторные топлива по видам можно классифицировать следующим образом:

- газомоторные топлива (сжиженный природный газ, сжатый природный газ, сжиженные нефтяные газы - пропан, бутан);

- спирты и бензоспиртовыс смеси (метиловый, этиловый, изобутиловый и др. спирты и их смеси с автобензином в различных пропорциях);

- эфиры (метнлтрстбутиловый эфир (МТБЭ), метилтретам иловый эфир (МТАЭ), этил-третбутиловый эфир (ЭТБЭ), диизопропиловый эфир (ДИПЭ), а также диметиловый эфир (ДМЭ);

- синтетические жидкие топлива (СЖТ), получаемые из природного газа и угля;

- биотоплива (биоэтанол, биодизель), получаемые из возобновляемых видов сырья;

- водород и топливные элементы, работающие на водороде.

Альтернативные моторные топлива по группам можно классифицировать следующим образом:

- синтетические топлива;

- нефтяные топлива с добавками спиртов или эфиров:

- ненефтяные топлива (сжиженный и сжатый природный таз, сжиженные пропан-бутаны, диметиловый эфир, водород).

Для применения АМТ первой группы не требуется никакой переделки двигателя и изменения инфраструктуры топливопотребления. Для АМТ второй группы требуется небольшое изменение инфраструктуры топливопотребления. Для АМТ третьей группы требуется переделка двигателя, установление баллона на борту транспортного средства и значительная переделка системы топливообеспечення.

Системные триады и их использование при построении классификационной схемы. Триада элементов естественного горения. Триада веществ топлив.

В настоящее время отнесение топлив к той или иной категории в ря­де случаев достаточно условно, особенно для углеводородных компози­ций. Структура класси­фикации приобретает свойства системной триады, в том виде, как она понимается известным ученым Р.Г. Баранцевым.

В общем случае в системологии различаются три формы классифи­кации: комбинаторная, иерархическая и параметрическая.

При комбинаторной классификации выделяется некоторое количест­во признаков и рассматриваются их значения. Очевидный недостаток тако­го подхода: равноправие и независимость признаков. Любой фактор либо совсем не учитывается, либо, будучи включенным, сразу становится пол­ноправным признаком. И чем шире становится набор признаков, тем важ­нее эффект корреляций, взаимозависимости, которая в этой схеме совсем не учитывается.

Иерархическая форма системы характеризуется наличием разных уровней общности. Это структуры типа филогенетического дерева. Они широко используются в биологии.

Параметрическая форма строится по немногим управляющим пара­метрам, с которыми остальные, подчиненные, связаны коррелятивно, так что все свойства объекта, как и ожидается от естественной системы, опре­деляются их положением в системе. Управляющие параметры могут фор­мироваться путем объединения сходных признаков в более сложные, оп­ределяющие комплексы.

Наиболее существенным признаком является химический состав топлив. Поэтому предлагается рассматривать различные виды альтернатив­ных топлив, исходя из элементного состава веществ, принимающих уча­стие в процессе энерговыделения - окисления в мобильных установках в рамках элементной триады: углерод - водород — кислород. Это, естест­венно, не единственный, а только самый распространенный вариант энер­говыделения в мобильных двигателях. Далее уже строится соответственно триада из альтернативных топлив, являющихся горючими веществами: уг­леводороды - кислородпроизводные углеводородов - водород. Каждая из компонент, в свою очередь, может разбиваться на уже подчиненные триады.

Достоинства углеводородных топлив: высокая энергоемкость и относительная безопасность.

Углеводородные топлива характеризуются высокой теплотой сгорания. Продуктами их полного сгорания являются, главным образом, двуокись углерода и вода. Лишь водород, бериллий и бор имеют большие теплоты сгорания, чем углеводороды. Углеводородные топлива отличаются высокой скоростью и полнотой сгорания. Благодаря этому двигатель получает для своей работы тепловой заряд большой плотности в весьма короткий отрезок времени. При хорошо организованном процессе полнота сгорания углеводородных топлив достигает 98 % и более.

Источники УВ-АМТ:

Уголь.В первую очередь рассматривают уголь, запасы которого в мире превосходят запасы нефти и газа. При переработке угля можно получить жидкие продукты, содержащие углеводороды и неуглеводородные примеси. Наиболее прогрессивны методы термической обработки угля в атмосфере водорода в присутствии катализаторов. Из образующейся смеси широкого фракционного состава могут быть получены бензин и дизельное топливо.

Переработка угля путём газификации водяным паром даёт синтез-газ, из которого каталитической переработкой также получают жидкие топлива.

Газообразные топлива. Для котельных установок, электростанций, промышленных печей и других топочных устройств применяют газообразные углеводороды. В то же время всё большее распространение получает использование газообразных углеводородов в качестве топлив для ДВС и в прежде всего для двигателей с принудительным зажиганием.

Природные газы из газовых месторождений почти целиком состоят из метана (от 82 до 98 %) с небольшой примесью этана (до 6 %), пропана (до 1,5 %) и бутана (до 1 %). В попутных газах нефтяных месторождений так же основным компонентом является метан, но содержание его колеблется в более широких пределах (от 40 до 85 %), чем в природных газах.

История использования газообразных моторных топлив.

30-е гг. 19 в. - англичанин Барнетт получил патент на газовый двигатель,

1860 г. - француз Э. Ленуар построил мотор, работающий на смеси воздуха и газа.

Основным видом сырья являлся каменный уголь, а главными горючими веществами в газе были окись углерода и во­дород.

1913 г - был испытан первый автомобиль на сжиженном углеводородном газе.

1936 г. - когда вышло Постановление Совнаркома о газификации автотранспорта.

Однако только в 1939 году в СССР создали газогенераторные автомобили.

С 1982 года начато серийное производство, использующих газ. В 80-х годах также освоен серийный выпуск автобусов, легковых и грузовых автомобилей на заводах ГАЗ, , УАЗ, КамАЗ, и др.

В 1981 году в СССР была принята государственная программа развития газобаллонного автотранспорта, а через несколько лет еще одна, предусматривавшая использование газа на железнодорожном, водном и воздушном транспорте.

В последнее десятилетие ХХ века в мировой экономике начала набирать силу новая волна популярности газа, как моторного топлива. По прогнозам специалистов эта волна достигнет своего высшего уровня к концу первой четверти ХХI века. В России наблюдается повышенный интерес к использованию СПБТ (смеси пропан-бутановой) в качестве моторного топлива.

В 2000 году, в связи с ростом цен на бензин, резко вырос и про­должает расти интерес к ис­пользованию сжиженного про­пан – бутана.

Основные достоинства и недостатки газообразных УВ-топлив. Способы устранения недостатков.

Достоинства:

- среднее октановое число природного газа (ОЧ) - 105 - недостижимо для любых марок бензина

• при работе двигателя на газовом топливе происходит более полное сгорание газовоздушной смеси;

• не накапливаются смолистые отложения, за счет чего уменьшает­ся нагаро- образование;

• при использовании газового топлива заметно снижается суммарная токсичность отработавших газов (выхлопа);

• снижается уровень шумности двигателя;

• ни в одном режиме работы двигателя на газомоторном топливе не возникает детонации;

• двигатель, работающий на газе, требует минимальной настройки;

- газ, в сравнении с бензином, горит при меньших его концентрациях в газовоздушных смесях (обогащение смеси приводит к увеличению мощ­ности двигателя обедняя смесь - понизить мощность).

Недостатки:

- обеспечить достаточную длину пробега установок без дозаправки, при использовании газообразных топлив необходимо увеличить плотность (наиболее просто это можно осуществить за счет сжатия-компримирования);

• заметное увеличение металлоемкости автомобиля;

• незначительное увеличение расхода потребляемого газа в литрах по сравнению с бензином;

• затруднения с пуском холодного двигателя;

• снижение мощности двигателя на 5-7%;

• невысокая долговечность газового редуктора;

• более частая замена воздушного фильтра;

Природный газ очень громоздкое топливо. Для хранения его в компримированном состоянии приходится использовать специальные достаточно тяжелые баллоны, устанавливае­мые на автомобиле увеличивающие его массу и снижающие грузоподъем­ность. Сжатый газ хранится в основном в металлических баллонах. оптимальная высокая степень сжатия двигателей газовых ав­томобилей не устанавливается из-за необходимости сохранять возмож­ность быстрого перехода на бензин, что приводит к снижению мощности двигателя (до 20%), вследствие которого на 5-6 % уменьшается макси­мальная скорость, затрудняется пуск двигателя в холодное время года (ниже 0 °С), что объ­ясняется более высокой температурой воспламенения и самовоспламене­ния природного газа, поэтому в схеме питания предусмотрены подогреватели газового топлива; при отсутствии подогрева возможен пуск двигателя на нефтяном топливе с последующим переводом на газовое по­сле прогрева двигателя; усложняется конструкция топливной системы, увеличивается ее масса и на 3-10% увеличивается объем и стоимость тех­нического обслуживания и ремонта.

Состав природного газа

Природный газ - один из основных бытовых и экологически чистых промышленных топлив.

Природный газ состоит главным образом из алканов, представлен­ных, прежде всего, нормальными углеводородами с числом атомов угле­рода от 1 до 4-х (С1-С4) и изобутаном.

Основным компонентом сухого природного газа является метан (93-98 %), в котором соотношение Н:С составляет 33%.

Примеси - углеводородные компоненты, такие как С2, С3, С4, и неУВ компоненты СО2, N2, H2S, инертные газы , содержатся в меньших ко­личествах.

Газообразные алканы в природном газе имеют температуры ки­пения при нормальном давлении от-162 С до 0 С.

Источники метансодержащих газов: залежи сухого газа, газоконденсатные месторождения, нефтяные месторождения, газовые гидраты и др.

Залежи природного газа:

Природный газ состоит главным образом из алканов, представлен­ных, прежде всего, нормальными углеводородами с числом атомов угле­рода от 1 до 4-х (С1-С4) и изобутаном.

Основным компонентом сухого природного газа является метан (93-98 %), в котором соотношение Н:С составляет 33%.

Примеси - углеводородные компоненты, такие как С₂, С₃, С₄, и неУВ компоненты СО₂, N₂, H₂S, инертные газы , содержатся в меньших ко­личествах.

Газообразные алканы в природном газе имеют температуры ки­пения при нормальном давлении от-162 С до 0 С.

Газы конденсатных месторождений:

Отличаются значительным содержанием гомологов метана. Они при извлечении из пласта конденсируются и выделяются в чистом виде – Ж.

Попутный газ:

Газовая нефтяная шапка; УВ растворены в нефти. Выделяются при выходе на поверхность с высоким содержанием тяжелых газовых компонентов (С2 – 10 -14%; С3 –

10-12%; С4 – 5-8%; С5+ - 5% ).

ГГ:

Являются весьма существенным и до сих пор мало разрабатывае­мым источником природного газа на Земле. Они могут составить реальную конкуренцию традиционным месторождениям в силу огромных ресурсов, широкого распространения, неглубокого залегания и концентрированного состояния газа (один кубометр природного метан-гидрата в твердом со­стоянии содержит около 164 м метана в газовой фазе и 0,87 м воды).

По средневзвешенным оценкам ресурсы газогидратных залежей составляют около 21000 трлн м³.

Шахтный метан, добываемый из угольных пород.

В последнее время его вполне определенно относят к числу альтернативных видов автомобильных топлив. Его количество сопоставимо с ресурсами ка­менного угля (104 млрд т), то есть близко к запасам в газовых месторождениях.

Ресурсы и возможности реализации как АМТ.

Природный газ представляется как самое технологически подготовленное топливо для двигателей внутреннего сгорания и с точки зрения подготовки автомобиля, требующее минимальных затрат на переоборудование автомобиля с жид­кого топлива на газообразное, и с точки зрения запасов природного газа.

И газовые, и бензиновые автомобили выбрасывают в атмосферу примерно одинаковое количество углеводородов, углеводородный выброс газового автомобиля менее опасен (опасны не сами углеводороды, а продукты их окисления; двигатель бензиновый, выбрасывает массу угле­водородов, а газовый — метан, который из всех предельных уг­леводородов наиболее устойчив к окислению).

Применение КПГ на автомобильном транспорте может обеспечить создание автомобилей мощностью на 30-40% выше, чем современные ав­томобили, работающие на бензине, с эффективным КПД до 38-40% при одновременном увеличении срока службы двигателя в 1,5 раза и сроков смены масла в два раза.

Главный недостаток природного газа как моторного топлива заклю­чается прежде всего в меньшей (в 1000 раз) объемной его энергоплотности по сравнению с жидкими нефтяными топливами - 0,034 МДж/л для при­родного газа, 31,3 и 35,6 МДж/л для бензина и дизельного топлива.

Некоторые свойства природного газа: температура кипения, плотность, октановые числа.

Природный газ бесцветен и не имеет запаха, он легче воздуха. Горюч и взрывоопасен.

Среднее октановое число природного газа (ОЧ) - 105 - недостижимо для любых марок бензина. Для любых углеводородных природных газов можно рассчитать ОЧ на основе значений ОЧ отдельных компонентов:

- метан (СВД)110;

- этан (С₂Н_б)108;

- пропан(СзН8)105;

- н-бутан и изобутан (C4H10)94;

- н-пентан и изопентан (С5Н12)70.

Плотность:

- от 0,68 до 0,85 кг/м³ относительно воздуха (сухой газообразный); - 400 кг/м³ (жидкий).

При ступенчатом сжатии и последующим охлаждении ниже –160 ºС происходит сжижение газа.

Компримирование природного газа.

Компримированный природный газ  — сжатый природный газ, используемый в качестве моторного топлива вместо бензина, дизельного топлива и пропана. Он дешевле традиционного топлива, экологичнее. Компримированный природный газ производят путем сжатия (компримирования) природного газа в компрессорных установках. Природный газ традиционно сжимается до давления 200–250 бар, что приводит к сокращению объема в 200–250 раз. Не вызывает коррозии металлов.

• Компримированный природный газ дешевле, чем любое нефтяное топливо, в том числе и дизельное, но по калорийности их превосходит.

• Низкая температура кипения гарантирует полное испарение природного газа при самых низких температурах окружающего воздуха.

• Природный газ сгорает практически полностью и не оставляет копоти, ухудшающей экологию и снижающей КПД. Отводимые дымовые газы не имеют примесей серы и не разрушают металл дымовой трубы.

• Эксплуатационные затраты на обслуживание газовых котельных также ниже, чем традиционных.

Еще одной особенностью сжатого природного газа является то, что котлы, работающие на природном газе, имеют больший КПД — до 94 %, не требуют расхода топлива на предварительный его подогрев зимой (как мазутные и пропан-бутановые).

Автогазонаполнительные компрессорные станции (АГНКС).

На АГНКС природный газ, поступающий из газопровода, очищается от капель жидкости и механических частиц в сепараторе и фильтре, затем измеряется его расход и газ подается на прием компрессорных уста­новок. Сжатый до 25 МПа газ направляется на установку осушки, далее в аккумуляторные емкости, а из них через запорную и регулирующую аппа­ратуру к газозаправочным колонкам. Стационарные авто газонаполни­тельные компрессорные станции создаются в блочном исполнении - 125, 250 и 500 заправок в сутки. Непосредственно в автохозяйствах можно со­оружать малогабаритные контейнерные станции производительностью 75 заправок в сутки.

В настоящее время на территории России действует более 300 авто­мобильных газонаполнительных компрессорных станций (АГНКС) с сум­марной мощностью около 3 млрд кубометров в год.

Затраты на сооружение и эксплуатацию автогазонаполнительных компрессорных станций существенно выше, чем в случае обычных автоза­правочной станций, что обусловлено сложностью оборудования и высо­кими энергетическими затратами на компримирование газа. Энергетиче­ские затраты при этом в значительной мере определяются давлением, при котором газ поступает на компрессоры из газопровода.

Для обеспечения газообразным топливом автомобилей автотранспортных предприятий, удаленных от АГНКС, а в ближайшей перспективе тракторов и другой сельскохозяйственной техники, созданы передвижные автогазозаправщики (ПАГЗ).

Условия хранения и транспортировки КПГ. Показатели стандарта на КПГ.

Хранение и транспортировка компримированного природного газа происходит в специальных накопителях газа под давлением 200—220 бар.

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ КОМПРИМИРОВАННОГО ПРИРОДНОГО ГАЗА

ДЛЯ ГАЗОБАЛЛОННЫХ АВТОМОБИЛЕЙ

NN пп.	Наименование показателя	Единица измерения	Нормативные значения
1	2	3	4
1.	Объемная теплота сгорания низшая, не менее	кДж/м	31800
2.	Относительная плотность к воздуху	-	0,55-0,70
3.	Расчетное октановое число газа (по моторному методу), не менее	-	105
4.	Концентрация сероводорода, не более	г/м	0,02
5.	Концентрация меркаптановой серы, не более	г/м	0,036
6.	Масса механических примесей, не более	мг/в 1-ом·м	1,0
7.	Суммарная объемная доля негорючих компонентов, не более	%	7,0
8.	Объемная доля кислорода, не более	%	1,0
9.	Концентрация паров воды, не более	мг/м	9,0

Опыт использования КПГ в России и в мире.

В настоящее время на территории России действует более 300 авто­мобильных газонаполнительных компрессорных станций (АГНКС) с сум­марной мощностью около 3 млрд кубометров в год. Этого достаточно, чтобы заправлять до 50-70 тысяч единиц автотранспорта, однако на деле обслуживаемой техники оказывается в 6 раз меньше. Для сравнения: в США и Аргентине работают примерно по 1300 АГНКС, в Германии - бо­лее 500. В целом же в мире действуют около 8000 автогазонаполнитель-ных станций, етце около 2000 - строятся; так называемых газобалонных автомобилей (ГБА) насчитывается свыше 3,7 млн.

Особенности применения КПГ в качестве топлива для дизельных двигателей. Стимулирование применения.

Использование природного газа в дизельных двигателях затрудня­ется из-за его сравнительно высокой температуры самовоспламенения и соответственно низкого цетанового числа. Чтобы преодолеть это затруд­нение, используют так называемую двухтопливную систему - небольшое количество дизельного топлива впрыскивается в камеру сгорания в качест­ве запального заряда, а затем подается сжатый природный газ. Иногда приходится устанавливать систему искрового зажигания. Дизельные дви­гатели, работающие на природном газе, широко применяют в самой газо­вой промышленности в поршневых газоперекачивающих агрегатах и моторо-генераторах с искровым и форкамерно-факельным зажиганием.

Определение понятия «биогаз». Условия брожения и состав образующихся газов.

Биогаз - это смесь метана и углекислого газа, образующаяся при ме­тановом сбраживании различных биомасс. Метановое брожение - резуль­тат природного биоценоза анаэробных бактерий - протекает при темпе­ратурах от 10 до 55 °С в трех диапазонах: 10...25 °С - психрофильное; 25 .40 °С - мезофильное; 52...55 °С - термофильное. Влажность системы составляет от 8 до 99 %, оптимальное значение - 92 - 93 %. Содержание метана в биогазе варьируется в зависимости от химического состава сырья и может составлять 50-90 %.

Сбраживание отходов лучше всего проводить в метантенках - метал­лических или железобетонных резервуарах с подогревом и перемешивани­ем.

Для производства биогаза из твердых бытовых отходов (ТБО) их сначала измельчают, а затем в метантенке перемешивают с канализацион­ным осадком из отстойников очистных сооружений. В своем составе газы имеют до 50 % метана, 25 % двуокиси углерода, до 2 % водорода и азота. Эта технология достаточно широко ис­пользуется за рубежом - в США, Германии, Японии, Швеции.

Выход биогаза зависит от содержания сухого вещества и вида используемого сырья. Из тонны навоза крупного рогатого скота получается 50—65 м³ биогаза с содержанием метана 60 %, 150—500 м³ биогаза из различных видов растений с содержанием метана до 70 %. Максимальное количество биогаза — это 1300 м³ с содержанием метана до 87 % — можно получить из жира.

Источники биогаза

Перечень органических отходов, пригодных для производства биогаза: навоз, птичий помёт, зерновая и мелассная послеспиртовая барда, пивная дробина, свекольный жом, фекальные осадки, отходы рыбного и забойного цеха (кровь, жир, кишки, каныга), трава, бытовые отходы, отходы молокозаводов — соленая и сладкая молочная сыворотка, отходы производства биодизеля — технический глицерин от производства биодизеля из рапса, отходы от производства соков — жом фруктовый, ягодный, овощной, виноградная выжимка, водоросли, отходы производства крахмала и патоки — мезга и сироп, отходы переработки картофеля, производства чипсов — очистки, шкурки, гнилые клубни, кофейная пульпа.

Кроме отходов биогаз можно производить из специально выращенных энергетических культур, например, из силосной кукурузы или сильфия, а также водорослей. Выход газа может достигать до 300 м³ из 1 тонны.

Свалочный газ — одна из разновидностей биогаза. Получается на свалках из муниципальных бытовых отходов.

Технология и оборудование для сбраживания.

Распространённый промышленный метод — анаэробное сбраживание в метантенках.

Биомасса (отходы или зеленая масса) периодически подаются с помощью насосной станции или загрузчика в реактор. Реактор представляет собой подогреваемый и утепленный резервуар, оборудованный миксерами. Стройматериалом для промышленного резервуара чаще всего служит железобетон или сталь с покрытием. В малых установках иногда используются композиционные материалы. В реакторе живут полезные бактерии, питающиеся биомассой. Продуктом жизнедеятельности бактерий является биогаз. Для поддержания жизни бактерий требуется подача корма, подогрев до 35-38 °С и периодическое перемешивание. Образующийся биогаз скапливается в хранилище (газгольдере), затем проходит систему очистки и подается к потребителям (котел или электрогенератор). Реактор работает без доступа воздуха, герметичен и неопасен.

Для сбраживания некоторых видов сырья в чистом виде требуется особая двухстадийная технология. 

Факторы, влияющие на процесс брожения:

-Температура

-Влажность среды

-Уровень рН

-Соотношение C : N : P

-Площадь поверхности частиц сырья

-Частота подачи субстрата

-Замедляющие вещества

-Стимулирующие добавки

Выход биогаза из разных источников.

Выход биогаза зависит от содержания сухого вещества и вида используемого сырья.

Из специально выращенных энергетических культур(силосной кукурузы или сильфия, а также водорослей) выход газа может достигать до 300 м³ из 1 тонны.

Из тонны навоза крупного рогатого скота получается 50—65 м³ биогаза с содержанием метана 60 %, 150—500 м³ биогаза из различных видов растений с содержанием метана до 70 %. Максимальное количество биогаза — это 1300 м³ с содержанием метана до 87 % — можно получить из жира.

Различают теоретический (физически возможный) и технически-реализуемый выход газа. Сегодня применение энзимов, бустеров для искусственной деградации сырья (например, ультразвуковых или жидкостных кавитаторов) и других приспособлений позволяет увеличивать выход биогаза на самой обычной установке с 60 % до 95 %.

В биогазовых расчётах используется понятие сухого вещества (СВ) или сухого остатка (СО). Вода, содержащаяся в биомассе, не даёт газа.

На практике из 1 кг сухого вещества получают от 300 до 500 литров биогаза.

Превращение биогаза в биометан.

 Биометан получают удаленем из биогаза СО2 и других примесей. Получаемый газ имеет однородный состав (биометан), содержащий 90-97 % СН4 с теплотой сгорания 35-40 МДж/м3 (теплота сгорания 1 л бензина составляет 31400 кДж).  Очистка биогаза от двуокиси углерода может производиться различными способами. Наиболее распространенные: промывка газов через жидкие поглотители (например, воду), вымораживание, адсорбция при низких температурах. 

Условия использования биогаза.

При изменении конструкции, позволяющей перейти с бензина на биогаз следует учесть потери мощности на уровне 10-15%. Поскольку биогаз имеет более высокие детонационные характеристики (менее взрывоопасен), то потери мощности можно компенсировать повышением плотности. Для этого однако требуется чтобы камера сгорания должна быть уменьшена из-за стирания головки цилиндра, чего сегодня почти не делают. Самое существенное изменение бензинового двигателя для работы на биогазе состоит в монтировке газового смесителя на участке всасывания, чтобы газ как можно более равномерно перемешивать с воздухом. 

Переустройство дизельных двигателей хорошо зарекомендовало себя для так называемых газовых двигателей, на канализационных газах. Используют тяжелое, устойчивое строение стационарных дизельных двигателей, их большую компрессию и вместо вбрызгивающего устройства монтируют постороннее зажигание и смешиватель для газов. Большие двигатели оснащают турбонагнетателем отработанных газов и в отдельных случаях дополнительно надувочным компрессором. Таким образом удается для двигателей мощностью до 3000 кВт на генераторе достичь КПД около 40%. По мере возрастания размеров двигателей растет эл. КПД, в то время как термический КПД понижается приблизительно в том же размере.

В то время как для старых газовых двигателей условием безупречной работы было минимальное содержание метана на уровне 50%, на сегодняшний день газовые двигатели с соответствующей регулирующей техникой могут работать на биогазе с содержанием метана от 40%. При запуске или при эксплуатации в аварийном режиме газовые двигатели могут работать и на природном газе, однако при продолжительной работе по сравнению с газожидкостными двигателями они не требуют дополнительного топлива.

Ресурсы метана в углегазоносных регионах. Возможная доля в газодобыче.

Шахтный метан, добываемый из угольных пород – его количество сопоставимо с ресурсами ка­менного угля (104 млрд т). Шахтный газ имеет в своем составе 95-98% метана, 3-5% азота и 1-3% диоксида углерода.

Оценка геологических ресурсов метана угольных пластов, трлн м³: 

Страна — запасы: Россия — 78, США — 60, Китай — 28, Австралия — 22, Индия — 18;

ВСЕГО в мире: 240

Метан угольных пластов — экологически более чистое, чем уголь, и эффективное топливо. Может добываться как самостоятельное ископаемое, и как попутный продукт, получаемый в процессе дегазации шахт перед добычей угля. В процессе дегазации шахты себестоимость добычи метана играет вторичную роль. Прогнозные ресурсы метана в основных угольных бассейнах России составляют 83,7 трлн куб. м, что соответствует примерно трети прогнозных ресурсов природного газа страны.

В настоящее время в России наилучшие успехи в дегазации и ис­пользовании шахтного метана достигнуты в Воркутинском бассейне, где он применяется в котельных, огненных калориферах и сушилках. Среди угольных бассейнов России особое место принадлежит Кузбассу, который по праву можно считать крупнейшим из наиболее изученных метаноугольных бассейнов мира. Прогнозные ресурсы метана в бассейне оцениваются в 13,1 трлн куб. м. Большие глубины угольного бассейна сохраняют на отдаленную перспективу огромное количество метана, которое оценивается в 20 трлн куб. м.

Газосодержание подземных вод.

Водорастворенные диспергированные газы подземной гидро­сферы распространены почти повсеместно в земной коре. Общие ресурсы газа в подземных водах до глубин 4500 м, по оцен­кам ВНИГРИ, достигают 10000 трлн м³.Подземная гидро­сфера Земли в силу высокой растворимости в ней углеводородных и дру­гих газовых компонентов в геологическом времени пребывает в состоянии перманентного, местами прогрессирующего газонасыщения преимущест­венно углеводородами, следствием которого неизбежно является образо­вание зон предельного газонасыщения. Изучение таких зон, достоверно установленных в настоящее время в пределах молодых платформ, а также существовавших на древних этапах развития ряда регионов, позволяет раскрыть характер геохимических связей между залежами углеводородов и газонасыщенными подземными водами. Итогом научных изысканий в области нефтегазовой гидрогеологии является установление общей закономерности, согласно которой промышленные залежи газа, а возможно и нефти, являются следствием глобального процесса газонасыщения подземной гидросферы.

1.Сжиженные газы.

Сжиженные углеводородные газы (СУГ)— смесь сжиженных под давлением лёгких углеводородов с температурой кипения от −50 до 0 °C. Предназначены для применения в качестве топлива. Состав может существенно различаться, основные компоненты: пропан, пропилен, изобутан, изобутилен, н-бутан и бутилен.

Производится в основном из попутного нефтяного газа. Транспортируется и хранится в баллонах и газгольдерах. Применяется для приготовленияпищи, отопления, используется в зажигалках, в качестве топлива на автотранспорте.

2.Сжиженный природный газ (спг)

Сжи́женный приро́дный газ- природный газ, искусственно сжиженный, путём охлаждения до −160°C, для облегчения хранения и транспортировки. Для хозяйственного применения преобразуется в газообразное состояние на специальных регазификационных терминалах.

Сжиженный природный газ - СПГ пo регазификации имеет те же свойства, что и обычный природный газ. Плоность жидкого метана при нормальных условиях (760 мм рт. ст. и -162 равна 416 кг/м3, а газообразного - 0,717 кг/м3. Критическое давление составляет 45,8 кг/см2, критическая температура -82,1 °С (190,6 К). Температура кипения при атмосферном давлении равна -162 °С (111 К). Вязкость жидкого природного газа с увеличение температуры уменьшается.

3.Достоинства сжиженных газов.

Преимущества СПГ при использовании в качестве моторного топлива объясняются более высокой его плотностью (в 3 раза) по отношению к КПГ (компримированный природ газ). Замена сжатого природного газа на СПГ позволяет существенно: улучшить технические показатели транспортных средств: уменьшить габариты и массу системы хранения бортового топлива; увеличить полезную грузоподъемность и запас хода от одной заправки; сократить за счет более, редких заправок непроизводительные затраты, связанные с холостыми пробегами.

Применение СПГ в качестве моторного топлива дает также существенные экологические преимущества. В сравнении с традиционным нефтяным топливом он понижает содержание вредных компонентов выпускных газов: окиси углерода, окислов азота и углеводородов, соответственно, до 80, 70, 45%.

4.Сопоставление эффективностей использования кпг и спг.

СПГ как моторное топливо значительно выгоднее, чем КПГ. При масштабном производстве СПГ удельные капиталовложения ниже на 25-30 %, себестоимость - на 40 %, суммарные приведенные затраты на производство, доставку и распределение - на 10-30 %, чем на аналогичные показатели при производстве КПГ.

Для грузового автомобиля, оборудованного криогенной емкостью объемом 300 л СПГ, пробег на одной заправке увеличивается в 1,8 раза, а суммарная масса оборудования и топлива уменьшается на 600 кг по сравнению с тем же автомобилем, работающим на КПГ.

Таким образом, применение КПГ в качестве моторного топлива может рассматриваться только как временный, вынужденный этап на пути перевода транспорта с традиционного жидкого углеводородного топлива на природный газ.

5.Свойства сжиженного природного газа.

Сжиженный природный газ - СПГ пo регазификации имеет те же свойства, что и обычный природный газ. Плоность жидкого метана при нормальных условиях (760 мм рт. ст. и -162 равна 416 кг/м3, а газообразного - 0,717 кг/м3.

Критическое давление составляет 45,8 кг/см2, критическая температура -82,1 °С (190,6 К). Температура кипения при атмосферном давлении равна -162 °С (111 К). Вязкость жидкого природного газа с увеличение температуры уменьшается.

СПГ представляет собой бесцветную жидкость без запаха, плотность которой в два раза меньше плотности воды. В жидком состоянии не горюч, не токсичен, не агрессивен. При сгорании паров образуется диоксид углерода и водяной пар.