6.Основні види рідких альтернативних палив для дизельних двигунів.

1.6 Газоподібне паливо для двигунів внутрішнього згорання

1. Види і характеристика газоподібного палива.

2. Переваги та недоліки газоподібного палива при використанні в ДВЗ.

3. Асортимент та особливості застосування газоподібного палива.

1.Види і характеристика газоподібного палива

Як інші види палива, газоподібне поділяють на: природне — використовується в тому вигляді, в якому воно знаходиться в надрах землі (природний газ газових родовищ і супутний) і штучне — гази, які одержують як побічний продукт при пере­робці нафти і твердого палива або спеціально з допомогою газогенераторів (коксовий, генераторний, підземної газифі­кації).

Залежно від фізичних властивостей гази можуть бути: скрап­лені і стиснені. Скраплені (зріджені) — це гази з відносно ви­сокою критичною температурою, при підвищенні тиску до 1,0-1,5 Мпа переходять в рідкий стан. В основному, це про­пан-бутанові вуглеводні. Стиснені — це гази з низькою кри­тичною температурою, які залишаються в газоподібному стані при нормальній температурі навіть при дуже високому тиску (до 20 Мпа). До них належать метан, оксид вуглецю, водень, етилен.

Газоподібне паливо за теплотою згоряння поділяють на три групи:

2. висококалорійне, з теплотою згоряння понад 20000 кДж/м³ (природні гази газових родовищ і супутні, нафтовий газ);

3. низько октановіт — 10000-20000 кДж/м³ (коксовий, сві­тильний та из.);

4. низькокалорійне — до 10000 кДж/м³ (доменний, генератор­ний та из).

З усіх видів газоподібного палива найбільш поширені при­родні гази, які поділяються на дві групи: гази газових родовищ і супутні, які добуваються разом з нафтою.

Природні гази чисто газових родовищ за складом і тепловою цінністю відрізняються між собою незначною мірою. Головною їх складовою є метан — СН₄.

Супутний нафтопромисловий газ, крім метану, містить більш важкі газоподібні вуглеводні, кількість яких залежить від скла­ду нафти того чи іншого родовища. В багатьох випадках газо­вий фактор (кількість газу в кубічних метрах на одну тону нафти) дуже високий (50-100 м³).

Вуглеводні з числом атомів вуглецю 1-4, які входять в склад нафти, при нормальних умовах перебувають в газоподібному стані. Їх уловлюють при добуванні нафти. Теплота згоряння изько окт нафтопромислового газу вища, ніж у газах чисто газо­изь родовищ, але їх використовують, головним чином, як сиро­вину для хімічної і нафтохімічної промисловості.

Штучні газоподібні палива одержують шляхом газифікації твердого палива або їх сухою перегонкою. За допомогою газифі­кації отримують генераторний з; змішаний, водяний та из.; при сухій перегонці — изько окта, коксовий, світильний та из.

Генераторний газ виробляється шляхом газифікації твердих палив у газогенераторах.

Змішаний генераторний газ одержують при подачі до газоге­изько о змішаного пароповітряного дуття. Водяна пара розкла­дається і збагачує горючу частину газу воднем. Порівняно з генераторним газом, змішаний містить більше водню, метану і менше азоту. У зв’язку з цим й теплота його згоряння буде вищою, ніж у генераторного.

Водяний газ виробляють, пропускаючи водяну пару через роз­жарений шар палива. Склад його залежить від палива, яке газифікується. Теплота згоряння 10420 кДж/м³. Найкращим паливом для одержання цього газу є кокс і антрацит. При згорянні водяного газу утворюється висока температура (до 2800 °С), завдяки чому його застосовують для зварювання і різання металів, синтезування штучного рідкого палива, а та­кож добування водню для изько октановіт процесів.

Гази, що одержують при коксуванні та изько октанові, є побічними продуктами цих процесів (див. розділ 4). Але при сухій перегонці відповідного кам’яного вугілля та важких залишків нафти гази є основним продуктом, цього процесу.

Основною відмінністю газів сухої перегонки від газів, які одер жують при газифікації твердого палива у газогенераторах, є значно менший вміст у перших кисню та азоту і більший — водню та вуглеводнів.

Коксовий газ. Головними складовими частинами коксового газу є водень (біля 50 %), вміст якого збільшується з підвищен­ням температури коксування, і метан (біля 25 %). Теплота зго­ряння коксового газу 15500-21600 кДж/м³ .

Напівкоксовий газ відрізняється від коксового більшим вмістом вуглеводнів і меншим вмістом водню. Основним горючим ком­изько ок напівкоксового газу є метан (40-50 %). Теплота зго­ряння цього газу залежить від вихідного палива і середнє зна­чення її приблизно дорівнює 24000 кДж/м³.

Світильний газ одержують під час сухої перегонки твердих видів палива при більш високих температурах (1000-1200 °С), ніж при коксуванні вугілля. За тепловою цінністю приблизно дорівнює коксовому газу, теплота згоряння світильного газу -18400-23100 кДж/м³ .

Доменний (колосниковий газ) виділяється під час плавки руди в доменних печах. За складом він наближається до генератор­ного газу і належить до низькокалорійних з теплотою згоряння 3800-5300 кДж/м³ .

Нафтовий газ одержують шляхом сухої перегонки важких залишків нафтопереробних або изько октанові заводів. З газів сухої перегонки нафтовий має найбільшу теплоту згоряння — 35700 кДж/м³. Використовують його, в основному, для спалю­вання в газових двигунах, газового зварювання тощо.

Газ підземної газифікації отримують без видобутку викопно­го вугілля на поверхню землі. Він за складом подібний до гене­раторного. Теплота згоряння газу підземної газифікації неве­лика (3600-4200 кДж/м³), тому він найбільше придатний як паливо для електростанцій. При використанні його для дуття повітря, збагаченого киснем, теплова цінність газу підвищується. І після видалення диоксиду вуглецю його можна використовувати як паливо для комунально-побутових потреб.

Штучні гази застосовують у чистому вигляді як паливо, а та­кож змішують з природним газом для зменшення їх вибухонебезпечності на спеціальних станціях. І до споживача в такому разі надходить готовий подвійний або потрійний газ. Необхідно пам’ятати, що горючий газ, який одержують в цьому випадку споживачі, вибухонебезпечний, а часто і отруйний (изько октановіті CO), тому при його застосуванні необхідна особли­ва обережність.

Скраплений газ широко використовують для газозабезпечення сільської місцевості і районів, не підключених до газової мережі, а також як паливо в котельно-побутових і невеликих изько октанові (в теплицях, на тваринницьких фермах тощо). Скраплений газ — це легкоконденсуючі при стиску газоподібні вуглеводні. Основним джерелом одержання цих газів є:

нафтопереробні заводи, які виробляють бензин з нафти, вихід скраплених газів як побічного продукту при цьому складає до 30 % кількості випуску бензину;

підприємства, на яких бензин одержують з кам’яного вугілля; вихід газу 10-12 % маси основного продукту;

крекінг-заводи, на яких як побічний продукт одержують скрап­лені гази в кількості до 3 % маси початкової сировини.

Основним компонентом скрапленого газу є пропан — важ­кий газ (густина за повітрям 1,52). Він створює оптимальну величину тиску насиченої пари, що особливо важливо для змен­шення маси газових балонів транспортних установок.

Етан — газ, що за густиною близький до повітря. Одержу­ють його із супутних нафтових газів. Входить до складу скрап­лених газів у незначній кількості, але підвищує загальний тиск насиченої пари і, тим самим, забезпечує в зимовий період над­лишковий тиск, який необхідний для нормальної роботи га­изько окта установок.

Бутан — має два ізомери, густина за повітрям — 2,06-2,09. Одержують його з тих нафтопромислових газів, що й пропан. Бутан є найбільш висококалорійним компонентом скрапле­них газів. При температурі мінус 0,5 °С і нормальному атмосфер­ному тиску він переходить в рідкий стан, що не дозволяє ви­користовувати цей газ в зимовий період.

Пентан — важкий газ, густина за повітрям — 2,67. У біль­шості випадків перебуває в рідкому залишку і при 20 °С не пови­нен перевищувати 1-2 % об’єму скрапленого газу, оскільки він різко понижує пружність парів і підвищує точку роси.

Скраплені гази відповідно до ГОСТ 20448-90 випу­скаються у таких марках: СПБТЗ — суміш пропану і бутану техніч­них, зимова; СПБТЛ — суміш пропану і бутану технічних, літня.