Розділ 1 Фізичні та хімічні особливості окиснення пропану, бутану і пропан бутанової суміші

1.2. Фізичні властивості пропану, бутану, пропан-бутанової суміші

Зріджений газ, використовуваний як автомобільне паливо, є сумішшю пропану (С3Н8), Бутану (С4Н10) і незначної кількості (близько 1%) неграничних вуглеводнів. 

Зріджений газ можуть виробляти як з нафти, так і з конденсатної фракції природного газу. Суміш вуглеводнів , що утворюється в процесі переробки поступає на  установку, де в спеціальних колонах відбувається розділення на окремі фракції.

Пропан і Бутан очищаються від сірчистих з’єднань, лугу, води і інших компонентів. Залежно від марки, пропан і бутан змішуються в необхідних співвідношеннях. 

Марка газу ПБА допускається до застосування у всіх кліматичних районах при температурі навколишнього повітря не нижче -20°С. Марка ПА використовується в зимовий період в тих кліматичних районах, де температура повітря опускається нижче -20°С (інтервал, що рекомендується -20°С.-25°С). У весняний період часу з метою повного вироблення запасів зрідженого газу марки ПА допускається  застосування при температурі до 10°с. Вища температура може привести до небажаного підвищення тиску в газобалонній системі автомобіля і її розгерметизації. 

В умовах холодного клімату (або взимку) в зрідженому газі, призначеному для використання як автомобільне паливо, повинен переважати пропан для кращої випаровуваної суміші: пропан залишається в рідкому стані при температурі нижче -42 °С, для Бутану ця температура складає -0,5 °С. На газозаправні станції згідно Госту 27578-87, введеному з 1 липня 1988 р., поступає зріджений нафтовий газ двох марок: літній ПБА- пропан- бутан автомобільний із змістом 50±10% пропану, останнє бутан і зимовий ПА - пропан автомобільний із змістом 90±10% пропану. 

Щільність рідкої фази газу залежить від температури, із збільшенням якої щільність зменшується. При нормальному атмосферному тиску і температурі 15 °С щільність рідкої фази пропану складає 0,51 кг/л, Бутану - 0,58 кг/л. Парова фаза пропану важче за повітря в 1,5 рази, Бутану - в 2 рази. Температура кипіння бензину вища за температуру навколишнього середовища, а зріджений газ випаровується при нижчих температурах. Це означає, що бензин в баку знаходиться, як правило, в рідкому стані при атмосферному тиску, а зріджений газ в балоні - при тиску, відповідному температурі навколишнього середовища. 

Питома теплота згорання, тобто кількість теплоти, що виділяється при повному згоранні 1 кг палива, - найважливіший кількісний показник його енергетичних можливостей. Розрізняють вищу і нижчу теплоту згорання. Як характеристика газового палива застосовують нижчу теплоту згорання - стандартну величину, що визначає енергетичні властивості газу і що показує, яка найменша кількість теплоти може виділитися при згоранні одиниці його маси

Октанове число газового палива вище, ніж бензину, тому детонаційна стійкість зрідженого газу більша, ніж бензину навіть самої вищої якості. Це дозволяє добитися більшої економічності використання палива в двигуні з підвищеним ступенем стискування споживаючих високооктановий (і дорогий) бензин. Середнє октанове число зрідженого газу - 105 - недосяжно для будь-яких марок бензину. 

Дифузія. Газ легко змішується з повітрям і рівномір ніше  наповнює циліндри однорідною сумішшю, тому двигун працює рівніше і тихіше. Газова суміш згорає повністю, тому не утворюється нагар на поршнях, клапанах і свічках запалення.

Тиск в балоні. У закритій посудині пропан-бутан  утворює двофазну систему, що складається з рідкої і парової фаз. Тиск в балоні залежить від тиску насиченої пари, який у свою чергу залежить від температури рідкої фази і процентного співвідношення пропану і бутану в ній. Випаровування пропану вище чим бутану, тому і тиск при негативних температурах у нього значно вищий. Розрахунками і експериментами встановлено, що при низьких температурах навколишнього повітря ефективніше використовувати паливо з підвищеним вмістом пропану, оскільки при цьому забезпечується надійне випаровування газу, а отже і холодний запуск двигуна. Крім того, достатній надмірний тиск в балоні забезпечить надійну подачу газу в двигун. При високих плюсових температурах навколишнього повітря ефективніше використовувати паливо з меншим вмістом пропану, оскільки при цьому в балоні і трубопроводах створюватиметься значний надмірний тиск, що може вплинути на герметичність газової системи. Окрім пропану і бутану, до складу палива входить незначна кількість метану, етану і інших вуглеводнів, які можуть змінювати властивості палива. В процесі роботи двигуна може утворюватися невипаровуваний конденсат, який негативно позначається на роботі газової апаратури. Етан володіє підвищеним, в порівнянні з пропаном, тиском насиченої пари, що робить позитивний вплив на підтримку тиску в балоні при мінусових температурах і може зробити негативний вплив при плюсових температурах. 

Зміна об’єму рідкої фази при нагріванні. Правилами Європейської Економічної Комісії ООН передбачена установка автоматичного пристрою, що обмежує наповнення балона до 80% його ємкості. Дана вимога пояснюється великим коефіцієнтом об’ємного розширення рідкої фази, який для пропану складає 0,003, а для Бутану 0,002 на 1°с підвищення температури газу. Для порівняння: коефіцієнт об’ємного розширення пропану в 15 разів, а Бутану в 10 разів, більше, ніж у води.  Зміна об’єму газу при випаровуванні 

При випаровуванні 1 л зрідженого газу утворюється біля 250л. газоподібного. Таким чином, навіть незначний витік палива може бути дуже небезпечним, оскільки об’єм газу при випаровуванні збільшується в 250 разів. 

Щільність газової фази в 1,5-2,0 разу більше щільності повітря. Цим пояснюється той факт, що при витоках газ насилу розсівається в повітрі, особливо в закритому приміщенні. Пари його можуть накопичуватися в природних і штучних поглибленнях, утворюючи вибухонебезпечну суміш.  Одорація. Застосовується для визначення можливих витоків газу органами нюху людини. При масовій частці меркаптанової сірі менше 0,001% палива мають бути одоріровані. Для одораціі застосовується етілмеркаптан (С2Н5SH), що є неприємно пахнючою рідиною щільністю 0,839 кг/л і з точкою кипіння 35°с. Поріг чутливості запаху 0,00019 міліграм/л, гранично допустима концентрація в повітрі робочої зони 1 мг/м3. Під час експлуатації автомобіля одорант може накопичуватися в газобалонній апаратурі, випускному тракті автомобіля, на відкритих поверхнях деталей. Виділення одоранта може відбуватися навіть при повністю герметичній газовій системі живлення при заправці автомобіля, зливі конденсату з редуктора і, головним чином, з відпрацьованими газами. Попадання одоранта в салон автомобіля походить з атмосфери на стоянках через відкриті вікна і двері, що може викликати запах газу в середині авто. Сірчисті з’єднання одоранта і самого газу знижують довговічність роботи редуктора внаслідок інтенсивного старіння мембран, гумових ущільнень і викликають корозію трубопроводів.  Запах одоранта з вихлопної труби особливо сильно відчувається при підвищеній токсичності відпрацьованих газів двигуна. У разі, коли їх токсичність в нормі або декілька нижче за норму, запах одоранта практично не відчувається і його накопичення в салоні автомобіля не відбувається.