Сжиженный природный газ: свойства и преимущества

Сжиженный природный газ или сокращенно СПГ, как принято называть его в энергетической отрасли (англ. соотв. Liquefied Natural Gas, сокр. LNG) представляет собой обыкновенный природный газ, охлажденный до температуры –162°С (так называемая температура сжижения) для хранения и транспортировки в жидком виде. Хранится сжиженный газ в изотермических резервуарах при температуре кипения, которая поддерживается вследствие испарения СПГ. Данный способ хранения СПГ связан с тем, что для метана, основной составляющей СПГ, критическая температура –83°С, что гораздо ниже температуры окружающей среды, и не предоставляет возможным хранить сжиженный природный газ в резервуарах высокого давления (для справки: критическая температура для этана составляет +32°С, для пропана +97°С). Для использования СПГ подвергается испарению до исходного состояния без присутствия воздуха. При регазификации (возвращении газа в исходное парообразное состояние) из одного кубометра сжиженного газа образуется около 600 кубометров обычного природного газа.

Температура сжиженного газа

Чрезвычайно низкая температура СПГ делает его криогенной жидкостью. Как правило, вещества, температура которых составляет –100°С (–48°F) или еще ниже, считаются криогенными и требуют специальных технологий для обработки. Для сравнения, самая низкая зарегистрированная температура на Земле составляет –89,2°С (Антарктика), а в населенном пункте –77,8°С (поселок Оймякон, Якутия). Криогенная температура сжиженного природного газа означает, что контакт с СПГ может вызвать изменение свойств контактирующих материалов, которые впоследствии станут ломкими и потеряют свою прочность и функциональность. Поэтому в отрасли СПГ используют специальные материалы и технологии.

Химический состав СПГ

Сырая нефть и природный газ являются ископаемыми видами топлива, известными как «углеводороды», потому что содержат химические комбинации атомов углерода и водорода. Химический состав природного газа зависит от места добычи газа и его обработки. Сжиженный природный газ представляет собой смесь метана, этана, пропана и бутана с небольшим количеством более тяжелых углеводородов и некоторых примесей, в частности, азотных и комплексных соединений серы, воды, углекислого газа и сероводорода, которые могут существовать в исходном газе, но должны быть удалены перед сжижением. Метан является самым главным компонентом, обычно, хотя и не всегда, более чем на 85% по объему.

Плотность сжиженного газа

Поскольку СПГ представляет собой некую смесь, плотность сжиженного природного газа изменяется незначительно с ее фактическим составом. Плотность сжиженного природного газа, как правило, находится в диапазоне 430–470 килограммов на кубический метр, а его объем составляет примерно 1/600 объема газа в атмосферных условиях. Это делает его примерно на треть легче, чем воздух. Другим следствием этих фактов является то, что СПГ имеет меньшую плотность, чем вода, что позволяет ему находиться на поверхности в случае разлива и вернуться к парообразному состоянию достаточно быстро.

Другие свойства СПГ

Сжиженный природный газ не имеет запаха, бесцветный, не вызывает коррозии, не горюч и не токсичен. СПГ хранится и транспортируется при сверхнизких температурах при атмосферном давлении (отсутствие высоких давлений). При воздействии на окружающую среду СПГ быстро испаряется, не оставляя следов на воде или почве.

В своей жидкой форме сжиженный природный газ не имеет способность взрываться или воспламеняться. При испарении природный газ может воспламениться в случае контакта с источником горения, и если концентрация испарений в воздухе будет составлять от 5 до 15 процентов. Если концентрация паров газа менее 5 процентов, то для начала возгорания испарений недостаточно, а если более 15 процентов, то в окружающей среде будет нехватка кислорода.

Преимущества сжиженного природного газа

1. В процессе сжижения плотность газа увеличивается в сотни раз, что повышает эффективность и удобство хранения, а также транспортировки и потребления энергоносителя.
2. Сжиженный природный газ – нетоксичная криогенная жидкость, хранение которой осуществляется в теплоизолированной емкости при температуре –162°С. Большие объемы СПГ возможно хранить в специальных наземных резервуарах при атмосферном давлении.
3. Возможность межконтинентальных перевозок СПГ специальными танкерами-газовозами, а также перевозка железнодорожным и автомобильным видами транспорта в цистернах.
4. Сжиженный природный газ дает возможность газификации объектов, удаленных от магистральных трубопроводов на большие расстояния, путем создания резерва СПГ непосредственно у потребителя, избегая строительства дорогостоящих трубопроводных систем.

С точки зрения потребителя, преимущества сжиженного природного газа, исходя из его состава и физических свойств, состоят еще и в том, что СПГ является не только источником сухого природного газа, транспортируемого по газопроводам, а также источником ШФЛУ (широкая фракция легких углеводородов – этана, пропана, бутанов и пентанов), входящих в состав СПГ и выделяемых из СПГ при регазификации. Эти углеводороды используются в качестве нефтехимического сырья и в качестве источника экологически чистого топлива для различных видов транспорта (а также в быту). В процессе регазификации на терминале СПГ будет происходить выделение фракции С₂+ или С₃+. Возможность перевозить ШФЛУ в составе сжиженного природного газа выступает не только в пользу потребителя, но также решает и проблемы производителя по транспортировке ШФЛУ с газового месторождения.

Сжиженный природный газ представляет собой безопасный, экологически чистый вид топлива с высокими энергетическими характеристиками и октановым числом. Цена СПГ по стоимости у потребителя ниже цены сжиженного нефтяного газа, мазута и тем более дизельного топлива.

 

Сжатый природный газ. |

Сжатый природный газ.

Природный газ состоит в основном из метана (не менее 90 %) с небольшими примесями этана (до 6%), пропана (до 1,7%), и бутана (до 1%).

Метан газ без цвета и запаха, мало растворим в воде, легче воздуха. Он относится к предельным углеводородам, молекулы которых состоят только из углерода и водорода. Высокое содержание водорода обеспечивает более полное сгорание топлива в цилиндрах двигателя по сравнению с бензином и сжиженным нефтяным газом, поэтому метан является полноценным топливом для автомобилей с хорошими антидетонационными характеристиками.

Характеристика метана.

Молекулярная формула – CH₄

Молярная масса, кг/моль – 16,03

Плотность при температуре 15°С и давлении 0,1 МПа:

— в газообразном состоянии, кг/м³ – 0,717

— в жидком состоянии, кг/л – 0,42

Углеродное число – 2,96

Температура кипения, °С – -161,7

Температура самовоспламенения (вспышки), °С – 590

Низшая теплота сгорания:

— в газообразном состоянии, кДж/м³ – 33800

— в жидком состоянии, кДж/л – 20900

Относительная плотность (по воздуху) – 0,554

Коррозионная активность – отсутствует

Токсичность – не токсичен

Температура горения, °С – 2030

Для справки. Теплота сгорания.

Теплота сгорания – количество теплоты, выделяющееся при полном сгорании 1м³ газа, при атмосферном давлении и температуре 20°С.

Есть высшая и низшая теплота сгорания газа. При определении высшей теплоты сгорания учитывается вся теплота, выделившияся во время сгорания и отведенная от продуктов сгорания путем их охлаждения до начальной температуры. На практике образовавшиеся пары воды не конденсируются и уносят часть теплоты, затраченной на нагревание 1кг воды от 0 до 100°С, которая равна 418,6 кДж.

При сгорании на испарение влаги, содержащейся в топливе и полученной от сгорания водорода, затрачивается теплота. Поэтому для характеристики газовых топлив на практике применяется низшая теплота сгорания газа, являющаяся стандартной величиной.

Природный газ перед применением в качестве моторного топлива проходит предварительную подготовку на предмет соответствия его параметров на эксплуатационные качества двигателя (удаление примесей) и условиям хранения на автомобиле.

Поскольку природный газ сжижается при температуре -161,7°С, а в нормальных условиях это сделать невозможно, на автомобилях он хранится в баллонах в сжатом до 20 МПа (200кг/см.кв.) состоянии.

Сжатые газы характеризуются тем, что при температуре 20°С и высоком давлении (20 МПа) остаются в газообразном состоянии.

Газ природный топливный компримированный (сжатый природный газ).

По физико–химическим показателям и содержанию примесей природный топливный газ должен соответствовать ГОСТ 27577-2000 «Газ природный топливный компримированный для двигателей внутреннего сгорания».

По физико–химическим показателям газ по данному ГОСТу должен соответствовать требованиям и нормам, приведенным в таблице 1.

Таблица 1.

№№п/п	Показатели	Значение
1	2	3
1.	Объемная теплота сгорания низшая, кДж/м3, не менее	31800
2.	Относительная плотность к воздуху	0,55-0,70
3.	Расчетное октановое число (по моторному методу), не менее	105
4.	Концентрация сероводорода, г/м3, не более	0,02
5.	Концентрация меркаптановой серы, г/м3, не более	0,036
6.	Масса механических примесей в 1м3, мг, не более	1,0
7.	Суммарная объемная доля негорючих компонентов, %, не более	7,0
8.	Объемная доля кислорода, %, не более	1,0
9.	Концентрация паров воды, мг/м3, не более	9,0

Содержание влаги в сжатом (компримированном) газе свыше 9 мг/м³ может вызывать образование ледяных пробок в системе питания двигателя.

 Недостатки и преимущества применения сжатого природного газа в сравнении с бензином.

 

1. Недостатки.

1.1. Содержание газа под большим давлением требует применения высокопрочных баллонов, имеющих значительную массу и изготавливаемых из высококачественных сталей. Вес одного баллона вместимостью 50 литров с 10м³ газа составляет около70 кг. Установка на автомобиль газовых баллонов влечет за собой снижение грузоподъемности автомобиля на 10-12%, снижается также запас хода автомобиля.

Баллоны для СПГ являются сосудами высокого давления, для баллонов из легированной стали установлен срок испытания один раз в 5 лет, а из углеродистой – один раз в 3 года.

1.2. Так как теплота сгорания газовоздушной смеси метана меньше теплоты сгорания бензовоздушной смеси (3,22 МДж/м³ для метана с воздухом и 3,55 МДж/м³ для бензина с воздухом), и вследствие меньшего коэффициента наполнения цилиндров мощность двигателя при переводе на сжатый газ снижается на 18-20%.

1.3. При применении газового топлива затруднен пуск двигателя в зимнее время при температуре ниже 15°С.

Причина – более высокая температура воспламенения газовоздушной смеси и меньшая скорость распространения пламени.

1.4. Для проведения технического обслуживания и ремонта газобаллонных автомобилей требуется более высокая квалификация обслуживающего персонала. По сравнению с обслуживанием бензиновых и дизельных двигателей трудоемкость ТО и ремонта газового оборудования увеличивается на 13-15%, а затраты – на 4-6%.

1.5. Работа двигателей на сжатом газе сопровождается ухудшением тягово-динамических и эксплуатационных характеристик автомобилей: время разгона увеличивается на 25-30%; максимальная скорость уменьшается на 5-7%.

2. Преимущества.

2.1. Газовое топливо более полно сгорает в цилиндрах двигателей из-за более широких пределов воспламенения газа в сравнении с бензином. Если пределы воспламенения бензина в смеси с воздухом составляет соответственно 6,0 и 1,5%, то пределы воспламенения сжатого газа в смеси с воздухом составляет по верхнему пределу 15% и по нижнему пределу 5%.

Это позволяет на эксплуатационных режимах работы двигателей обеднять горючую смесь до α=1,2-1,3.

В результате существенно снижается токсичность отработанных газов (по содержанию оксидов углерода — в 2-3 раза, по содержанию оксидов азота – в 1,2-2,0 раза, по содержанию углеводородов – в 1,1-1,4 раза).

2.2. Сжатый газ не разжижает масло в картере двигателя, не смывает масло со стенок цилиндров и не ухудшает этим условий смазки. Поэтому износы деталей двигателей, работающих на газе, ниже чем у бензиновых двигателей. Вследствие этого моторесурс двигателей увеличивается в 1,3-1,5 раза. Увеличивается также срок службы масла в 1,5-2 раза, а затраты на него снижаются на 25-35 процентов.

2.3. Цены на сжатый газ ниже чем на бензин: Экономия затрат на топливо имеется несмотря на потерю мощности двигателя и снижение грузоподъемности автомобиля.

Автотранс-консультант.ру.

 

Сжатый природный газ – Энергетическое образование

Энергетическое образование

Меню навигации

ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ

ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ

ИНДЕКС

Поиск

Рис. 1. Сжатый природный газ в автомобиле. ^[1]

Сжатый природный газ или СПГ — это просто природный газ, в основном состоящий из метана, который хранится под высоким давлением (оставаясь при этом в газообразной форме), главным образом в качестве средства для его транспортировки или хранения для последующего использования в качестве автомобильного топлива. В этой форме он остается прозрачным, без запаха и не вызывает коррозии.

[2] СПГ широко используется в качестве альтернативного топлива для транспортных средств, так как имеет достаточно высокое октановое число. СПГ не следует путать со сжиженным природным газом, который превратился в жидкость и должен иметь очень низкие температуры. Хотя сжатый природный газ все еще находится в газообразной форме, он находится под большим давлением и поэтому занимает меньший объем, чем обычный природный газ (но больший объем, чем СПГ).

Хранение и транспортировка

После извлечения из скважин и обработки газ по трубопроводам поступает к распределителю. Затем эти дистрибьюторы отправляют это топливо клиентам в резервуарах под давлением или отправляют на заправочные станции. ^[2] На небольших заправочных станциях и в транспортных средствах сжатый газ хранится в толстостенных резервуарах из алюминия, стали или некоторых композитных материалов. ^[2] Эти резервуары высокого давления поддерживают давление около 20–25 МПа, 200–250 бар или 3000–3600 фунтов на кв. дюйм. ^[3] Это высокое давление уменьшает объем природного газа до менее чем 1% от его объема при стандартном атмосферном давлении. ^[4]

Использование в качестве альтернативного топлива

СПГ может использоваться в качестве альтернативы бензину в ряде различных транспортных средств, и многие коммерческие автомобили недавно перешли на использование СПГ. Транспортные средства любого размера, от седанов до транспортных средств большой грузоподъемности, таких как автобусы и подметальные машины, могут работать на КПГ. ^[2] В настоящее время на природном газе работает более 12 миллионов транспортных средств, около 250 000 из которых находятся в Соединенных Штатах. ^[4]

Использование природного газа в качестве альтернативного топлива для транспорта имеет ряд преимуществ. Например, 99% добываемого в США природного газа поступает из Северной Америки. Переход на СПГ уменьшит их зависимость от нефти из-за рубежа. ^[2] Он сгорает более чисто, чем бензин или дизельное топливо, демонстрируя среднее сокращение выбросов на 80% по сравнению с автомобилями, работающими на бензине. ^[2] Кроме того, текущие оценки говорят, что сжатый природный газ стоит примерно на 40% меньше, чем бензин. ^[2]

Безопасность

Природный газ легко воспламеняется, однако утечка не всегда чрезвычайно опасна. Поскольку природный газ легче воздуха, он быстро рассеивается при утечке из резервуара и воспламеняется только тогда, когда смесь воздуха и природного газа составляет 5-15% природного газа. ^[2] Кроме того, меркаптан на основе серы — отдушка — добавляется для облегчения обнаружения утечек. ^[3] Этот узкий диапазон воспламеняемости делает его безопасным для использования топливом, но существуют строгие стандарты безопасности, чтобы сделать транспортные средства, работающие на КПГ, такими же безопасными, как и автомобили, работающие на бензине.

^[4] Большие автобусы, работающие на СПГ, вызывают некоторые опасения по поводу безопасности по сравнению с дизельными автобусами. Одним из них является более длинный тормозной путь из-за дополнительного веса системы хранения топлива. Наконец, состав самого природного газа может быть проблемой. СПГ — это в основном метан — парниковый газ, который мог бы способствовать изменению климата, если бы произошла утечка.

Для дополнительной информации

• Природный газ
• Сжиженный природный газ
• Автомобиль на альтернативном топливе
• Парниковый газ
• Изменение климата
• Или просмотрите случайную страницу

Ссылки

1. ↑ Wikimedia Commons. (3 июня 2015 г.). Carroagas [Онлайн]. Доступно: http://fr.wikipedia.org/wiki/Gaz_naturel_pour_v%C3%A9hicules#/media/File:Carroagas.jpg
2. ↑ ^{2,0 2,1 2.2 2.3 2.4 2. 5 2.6 2.7} Центр потребления энергии. (3 июня 2015 г.). Сжатый природный газ [Онлайн]. Доступно: http://www.consumerenergycenter.org/transportation/afvs/cng.html
3. ↑ ^{3.0 3.1} Альтернативные топливные системы. (3 июня 2015 г.). В чем разница между КПГ, СПГ, СНГ и водородом? [Онлайн]. Доступно: http://www.afsglobal.com/faq/gas-comparisons.html
4. ↑ ^{4.0 4.1 4.2} CNG сейчас. (4 июня 2015 г.). Что такое СПГ? [Онлайн]. Доступно: http://www.cngnow.com/what-is-cng/Pages/default.aspx

Альтернативное топливо: сжатый природный газ 101

Что это?

Сжатый природный газ, известный некоторым как CNG, представляет собой топливо, которое производится путем сжатия геологического природного газа до менее чем 1% его объема при стандартном атмосферном давлении, а затем распределяется через заправочные станции природного газа в транспортные средства, работающие на природном газе.

Преимущества автопарка

В соответствии с ценностным предложением альтернативных видов топлива, сжатый природный газ обеспечивает экологические преимущества, которые востребованы ведущими корпорациями, стремящимися сократить выбросы в своих категориях 1 или 3. Сжатый природный газ обеспечивает сокращение выбросов парниковых газов (ПГ) на 75%. Новая технология двигателя, предлагаемая Cummins-Westport, позволила достичь самого низкого стандарта выбросов смога в Калифорнии за счет практически нулевого уровня выбросов закиси азота (NOx).

С экономической точки зрения сжатый природный газ известен низкими и стабильными ценами на топливо. Благодаря своим экологическим характеристикам сжатый природный газ позволяет избежать штрафов за налогообложение топлива с высоким содержанием углерода, такого как дизельное топливо. Исторически сложилось так, что сжатый природный газ также имеет право на ретроактивную налоговую льготу за галлон, что еще больше снижает стоимость топлива. Программы грантов как для инфраструктуры, так и для транспортных средств остаются вариантом для автопарков по всей стране. Эти гранты направлены на дальнейшее снижение дополнительных затрат, связанных с переходом на природный газ.

Наконец, сжатый природный газ является одним из наиболее популярных альтернативных видов топлива и по этой причине пользуется спросом у автопарков во всех сегментах рынка. Сжатый природный газ, технология транспортных средств на природном газе и заправочная инфраструктура широко доступны, установлены и проверены.

• Автомобили, работающие на природном газе, доказали свою эффективность в широком спектре рыночных приложений и классов транспортных средств. Cummins-Westport — ведущий производитель двигателей, работающих на природном газе, который работает с различными упаковщиками цистерн и производителями грузовиков, предлагая автомобили, работающие на природном газе. Они создали двигатели первого поколения, решив проблемы, связанные с любой совершенно новой технологией, за счет выпуска своей платформы двигателей Near-Zero в 2018 году. Автопарки используют транспортные средства, работающие на природном газе, во многих областях: грузовики, мусор, школа и транзит — и это лишь некоторые из них. Ознакомьтесь со всеми проверенными технологиями природного газа, отслеживаемыми Центром обработки данных по альтернативным видам топлива.

• Автомобили, работающие на природном газе, могут позволить себе роскошь использовать установленную инфраструктуру из более чем 1000 государственных и частных заправочных станций. В противном случае компании могут построить собственную заправочную станцию ​​быстрой или временной заправки с минимальными вложениями. Заправочные станции с временной заправкой позволяют заправлять автомобили, работающие на природном газе, пока они припаркованы, например, ночью. Это сокращает время водителя и расходы, которые обычно тратятся на дозаправку. Новые модульные системы могут быть установлены для автопарков, желающих заправиться топливом на месте, чтобы занять место на стоянке, и при этом легко расширяться по мере роста вашего автопарка и потребностей в заправке по мере их роста в будущем.

Соображения по автопарку

Цены на автомобили, работающие на природном газе, выше, чем на дизельные или бензиновые эквиваленты, поэтому федеральные и региональные программы субсидирования так важны. Во многих случаях эти программы компенсируют дополнительные затраты или значительно снижают их, но это все же допустимое соображение.

Техническое обслуживание — еще один вопрос, о котором следует подумать автопарку задолго до переоборудования. Транспортные средства, работающие на природном газе, легче и чище в обслуживании, но интервалы обслуживания у них другие, чем у дизельных. Если автопарки предпочитают игнорировать процедуры технического обслуживания производителя, эксплуатационные расходы и производительность ухудшаются. При техническом обслуживании в соответствии со спецификациями затраты на техническое обслуживание сопоставимы с дизельным двигателем, а в некоторых случаях даже ниже.

Сжатый природный газ, хотя и значительно чище дизельного топлива и других альтернатив с точки зрения жизненного цикла, все же является ископаемым газом.