Zemní plyn jako motorové palivo. Stlačování a přeprava plynů. Kompresory a ventilátory
Zemní plyn, jehož hlavní část tvoří metan (92-98 %), je dnes nejperspektivnějším alternativním palivem pro automobily. Zemní plyn lze použít jako palivo ve stlačené i zkapalněné formě.
Metan- nejjednodušší uhlovodík, bezbarvý plyn (za normálních podmínek), bez zápachu, chemický vzorec- CH4. Málo rozpustný ve vodě, lehčí než vzduch. Při použití v každodenním životě a průmyslu se do metanu obvykle přidávají odoranty (obvykle thioly) se specifickým „plynovým zápachem“. Metan je netoxický a neškodný pro lidské zdraví.
Těžba a doprava
Plyn se nachází v útrobách Země v hloubce jednoho až několika kilometrů. Před zahájením těžby plynu je nutné provést geologické průzkumné práce ke zjištění polohy ložisek. Plyn se těží pomocí vrtů vrtaných speciálně pro tento účel jednou z možných metod. Plyn se nejčastěji přepravuje plynovody. Celková délka plynovodů v Rusku je více než 632 tisíc kilometrů - tato vzdálenost je téměř 20krát větší než obvod Země. Délka hlavní plynovody na území Ruska - 162 tisíc kilometrů.
Využití zemního plynu
Oblast použití zemní plyn je poměrně široká: používá se k vytápění prostor, vaření, ohřevu vody, výrobě barev, lepidel, kyseliny octové a hnojiv. Kromě toho lze zemní plyn ve stlačené nebo zkapalněné formě použít jako motorové palivo v motorových vozidlech, speciálních a zemědělských strojích, železniční a vodní dopravě.
Zemní plyn je ekologické motorové palivo
90 % znečištění ovzduší pochází Vozidlo.
Přechod dopravy na ekologické motorové palivo – zemní plyn – umožňuje snížit emise sazí, vysoce toxických aromatických uhlovodíků, oxidu uhelnatého, nenasycených uhlovodíků a oxidů dusíku do atmosféry.
Při spalování 1000 litrů kapalného ropného motorového paliva se do ovzduší uvolňuje spolu s výfukovými plyny 180-300 kg oxidu uhelnatého, 20-40 kg uhlovodíků a 25-45 kg oxidů dusíku. Při použití zemního plynu místo ropného paliva se uvolňování toxických látek do životního prostředí sníží u oxidu uhelnatého přibližně 2-3krát, u oxidů dusíku - 2krát, u uhlovodíků - 3krát, u kouře - 9krát a chybí tvorba sazí, charakteristická pro dieselové motory.
Zemní plyn je ekonomické motorové palivo
Zemní plyn je nejúspornějším motorovým palivem. Jeho zpracování vyžaduje minimální náklady. V podstatě vše, co musíte udělat s plynem, než natankujete do auta, je stlačit ho v kompresoru. Dnes je průměrná maloobchodní cena 1 krychlového metru metanu (který se svými energetickými vlastnostmi rovná 1 litru benzínu) 13 rublů. To je 2-3krát levnější než benzín nebo nafta.
Zemní plyn je bezpečné motorové palivo
Koncentrační* a teplotní** limity hořlavosti zemního plynu jsou výrazně vyšší než u benzínu a motorové nafty. Metan je dvakrát lehčí než vzduch a v případě úniku se rychle rozpouští v atmosféře.
Podle „Klasifikace hořlavých látek podle stupně citlivosti“ ruského ministerstva pro mimořádné situace je stlačený zemní plyn klasifikován jako nejbezpečnější čtvrtá třída a propan-butan je klasifikován jako druhá.
* Ke vzniku výbušné koncentrace dochází, když je obsah plynných par ve vzduchu od 5 % do 15 %. V Otevřený prostor nevzniká výbušná směs.
** Spodní hranice samovznícení metanu je 650°C.
Zemní plyn - technologické motorové palivo
Zemní plyn netvoří usazeniny v palivovém systému a nesmývá olejový film ze stěn válce, čímž snižuje tření a snižuje
opotřebení motoru.
Při spalování zemního plynu nevznikají pevné částice a popel, které způsobují zvýšené opotřebení válců a pístů motoru.
Použití zemního plynu jako motorového paliva vám tedy umožňuje prodloužit životnost motoru 1,5-2krát.
Níže uvedená tabulka ukazuje několik faktů o CNG a LNG:
Zemní plyn tvoří převážně metan (nejméně 90 %) s malými příměsemi etanu (do 6 %), propanu (do 1,7 %) a butanu (do 1 %).
Metan je bezbarvý a bez zápachu, mírně rozpustný ve vodě, lehčí než vzduch. Označuje nasycené uhlovodíky, jejichž molekuly se skládají pouze z uhlíku a vodíku. Vysoký obsah vodíku zajišťuje dokonalejší spalování paliva ve válcích motoru ve srovnání s benzínem a zkapalněným ropným plynem, takže metan je cenným palivem pro automobily s dobrými antidetonačními vlastnostmi.
Charakteristika metanu.
Molekulární vzorec – CH 4
Molární hmotnost, kg/mol – 16,03
Hustota při teplotě 15°C a tlaku 0,1 MPa:
- v plynném stavu, kg/m 3 - 0,717
— v kapalném stavu, kg/l – 0,42
Uhlíkové číslo – 2,96
Bod varu, °C – -161,7
Teplota samovznícení (záblesku), °C – 590
Výhřevnost:
— v plynném stavu, kJ/m 3 – 33800
— v kapalném stavu, kJ/l – 20900
Relativní hustota (vzduch) – 0,554
Korozivní aktivita – žádná
Toxicita – netoxický
Teplota spalování, °C – 2030
Pro referenci . Spalné teplo.
Spalné teplo– množství tepla uvolněného při úplném spálení 1 m 3 plynu, při atmosférickém tlaku a teplotě 20°C.
Existuje vyšší a nižší výhřevnost plynu. Při stanovení vyšší výhřevnosti se zohledňuje veškeré teplo uvolněné při spalování a odebrané ze zplodin hoření jejich ochlazením na výchozí teplotu. V praxi vzniklá vodní pára nekondenzuje a odnáší část tepla vynaloženého na ohřev 1 kg vody z 0 na 100 °C, což se rovná 418,6 kJ.
Při spalování se teplo spotřebovává na odpařování vlhkosti obsažené v palivu a získané spalováním vodíku. Proto se pro charakterizaci plynných paliv v praxi používá nižší výhřevnost plynu, což je standardní hodnota.
Před použitím jako motorové palivo zemní plyn prochází předběžná příprava za dodržení jeho parametrů s ohledem na výkon motoru (odstranění nečistot) a podmínky skladování na vozidle.
Vzhledem k tomu, že zemní plyn je zkapalňován při teplotě -161,7°C a za normálních podmínek je to nemožné, je v automobilech skladován v lahvích ve stlačeném stavu do 20 MPa (200 kg/cm2).
Stlačené plyny se vyznačují tím, že při teplotě 20°C a vysokém tlaku (20 MPa) zůstávají v plynném stavu.
Stlačený zemní plyn (stlačený zemní plyn).
Pokud jde o fyzikální a chemické ukazatele a obsah nečistot, musí zemní topný plyn odpovídat GOST 27577-2000 „Stlačený zemní plyn pro spalovací motory“.
Pokud jde o fyzikální a chemické ukazatele, plyn podle této GOST musí splňovat požadavky a normy uvedené v tabulce 1.
Stůl 1.
| Ne, ne. | Indikátory | Význam |
| 1 | 2 | 3 |
| 1. | Nižší objemové spalné teplo, kJ/m 3, ne méně | 31800 |
| 2. | Relativní hustota vůči vzduchu | 0,55-0,70 |
| 3. | Odhadované oktanové číslo (podle metody motoru), ne méně | 105 |
| 4. | Koncentrace sirovodíku, g/m 3, ne více | 0,02 |
| 5. | Koncentrace merkaptanové síry, g/m 3, ne více | 0,036 |
| 6. | Hmotnost mechanických nečistot v 1 m 3, mg, ne více | 1,0 |
| 7. | Celkový objemový podíl nehořlavých složek, %, ne více | 7,0 |
| 8. | Objemový podíl kyslíku, %, ne více | 1,0 |
| 9. | Koncentrace vodní páry, mg/m 3, ne více | 9,0 |
Nevýhody a výhody použití stlačeného zemního plynu oproti benzínu.
1. Nevýhody.
1.1. Udržování plynu pod vysokým tlakem vyžaduje použití vysoce pevných lahví, které mají značnou hmotnost a jsou vyrobeny z vysoce kvalitní oceli. Hmotnost jednoho válce o objemu 50 litrů s 10 m 3 plynu je cca 70 kg. Instalace plynových lahví na automobil s sebou nese snížení nosnosti vozidla o 10-12% a zkracuje se také dojezd vozidla.
CNG láhve jsou vysokotlaké nádoby pro láhve z legované oceli, doba zkoušky je stanovena jednou za 5 let a pro láhve z uhlíkové oceli - jednou za 3 roky.
1.2. Protože spalné teplo směsi plyn-vzduch metanu je menší než spalné teplo směsi benzín-vzduch (3,22 MJ/m 3 pro metan se vzduchem a 3,55 MJ/m 3 pro benzín se vzduchem), na nižší poměr plnění válců se výkon motoru při přechodu na stlačený plyn sníží o 18-20%.
1.3. Při použití plynového paliva je obtížné nastartovat motor v zimě při teplotách pod 15°C. Důvodem je vyšší zápalná teplota směsi plyn-vzduch a nižší rychlost šíření plamene.
1.4. K provádění údržby a oprav vozidel s plynovými lahvemi je zapotřebí více kvalifikovaných servisních pracovníků. Ve srovnání se servisem benzinových a naftových motorů se pracnost údržby a oprav plynových zařízení zvyšuje o 13–15 % a náklady o 4–6 %.
1.5. Provoz motorů na stlačený plyn je doprovázen zhoršením trakčních, dynamických a provozních vlastností vozidel: doba zrychlení se prodlouží o 25-30%; maximální rychlost klesá o 5-7 %.
2. Výhody.
2.1. Plynové palivo hoří úplněji ve válcích motoru kvůli širším limitům hořlavosti plynu ve srovnání s benzínem. Jsou-li meze vznícení benzínu smíšeného se vzduchem 6,0 a 1,5 %, jsou meze vznícení stlačeného plynu smíchaného se vzduchem na horní hranici 15 % a na spodní hranici 5 %. To umožňuje ochudit hořlavou směs na α=1,2-1,3 v provozních režimech motoru.
V důsledku toho se výrazně snižuje toxicita výfukových plynů (z hlediska obsahu oxidů uhlíku - 2-3krát, z hlediska obsahu oxidů dusíku - 1,2-2,0krát, pokud jde o obsah uhlovodíků - 1,1-1,4krát).
2.2. Stlačený plyn neředí olej v klikové skříni motoru, nesmývá olej ze stěn válců a tím nezhoršuje mazací podmínky. Proto je opotřebení částí plynových motorů nižší než u benzínových motorů. V důsledku toho se životnost motoru zvyšuje 1,3-1,5krát. Životnost oleje se také zvyšuje 1,5-2krát a jeho náklady se snižují o 25-35 procent.
2.3. Ceny stlačeného plynu jsou nižší než u benzínu: I přes ztrátu výkonu motoru a snížení nosnosti vozidla dochází k úsporám nákladů na palivo.
Autotrans-consultant.ru.
NA kategorie:
Provozní materiály pro automobily
Aplikace stlačeného zemního plynu
Zemní plyn se skládá převážně z metanu a malého množství dalších plynných složek. Složení zemního plynu se liší v závislosti na jeho ložisku a lze jej charakterizovat těmito průměrnými hodnotami: metan 85...99, etan 1...8, propan a butan 0,5...3, pentan do 0,5... 2, dusík 0,5...0,7, oxid uhličitý do 1,8 % obj.
Spalné teplo zemních plynů z jednotlivých ložisek může dosahovat až 47 MJ/m3, ale v průměru je to 33...36 MJ/m3. Tato hodnota je téměř 1000krát nižší než u kapalného ropného paliva, což je hlavní nevýhoda zemního plynu jako motorového paliva. Proto pro zajištění přijatelných výkonových charakteristik vozidla, zejména dojezdu při provozu na zemní plyn, vyžaduje speciální přípravu: komprese na tlak 20 MPa a více s následným uložením na vozidle do vysokotlakých lahví nebo zkapalněním pomocí hlubokého chlazení na -162 °C se skladováním ve speciálních kryogenních (tepelně izolovaných) nádobách. Pro svou větší jednoduchost se zemní plyn nejvíce používá ve stlačené formě.
Zemní plyn používaný ve stlačené formě jako motorové palivo podléhá těmto specifickým požadavkům: nepřítomnost prachu a kapalných zbytků a také minimální vlhkost. Poslední požadavek souvisí s eliminací možnosti ucpání kanálů palivového systému zamrznutím a vysrážením hydrátů při škrcení a snižování teploty plynu při tankování vozu. Pro zajištění splnění těchto požadavků se zemní plyn čistí pomocí filtračních, separačních a sušících zařízení instalovaných na čerpacích stanicích.
V souladu s TU 51-166-83 „Stlačený hořlavý zemní plyn, palivo pro vozidla s plynovými lahvemi“ jsou dva druhy LNG určeny pro tankování vozidel na plyn (tabulka 7). Jejich rozdílem je rozdílný obsah metanu a dusíku. Obsah LNG je omezen na následující produkty (g/m3, ne více): sirovodík - 0,02; merkaptanová síra - 0,016; mechanické nečistoty - 0,001; vlhkost - 0,009. Hmotnostní podíl sirovodíku a merkaptanové síry v LNG by neměl překročit 0,1 %.
V současné době je nejrozšířenější použití zemního plynu ve stlačené formě ve vozidlech s motory s vnější tvorbou směsi a nuceným (jiskrovým) zapalováním. Typicky je vůz s karburátorovým motorem navíc vybaven tlakovými lahvemi pro skladování zemního plynu pod vysokým tlakem, redukčními ventily, solenoidovými ventily a dalšími plynovými armaturami, které umožňují motoru pracovat na plyn. Univerzálnost napájení pro takové vozidlo (benzín nebo zemní plyn) je také jeho nevýhodou, protože neumožňuje plně využít vysokou odolnost zemního plynu proti klepání.
Zkušenosti s provozováním domácích plynových vozidel na LNG odhalily řadu pozitivní aspekty, podobně jako výhody při práci na LNG. Při použití LNG jako motorového paliva se životnost motoru zvyšuje o 35...40%, životnost zapalovacích svíček o 30...40% a díky zvýšení frekvence se snižuje spotřeba motorového oleje. (doba trvání) jeho změn 2...3krát. Přechod benzinových aut na stlačený zemní plyn přitom vede ke zhoršení řady jejich výkonnostních ukazatelů. Výkon motoru je snížen o 18...20%, což vede ke snížení maximální rychlosti o 5...6%, prodloužení doby zrychlení o 24...30% a snížení maximálních úhlů překonávaných stoupání . Vzhledem k velké hmotnosti vysokotlakých plynových lahví je nosnost vozidla snížena o 9...14%. Dojezd na jednu plynovou náplň nepřesahuje 200…280 km.
Vzhledem k přítomnosti přídavného palivového systému se náročnost údržby a oprav plynového vozidla zvyšuje o 7...8%.
Při použití zemního plynu jako motorového paliva jsou jeho výchozí vlastnosti špatné. Maximální teplota studeného startu motoru (bez přídavného topení) na zemní plyn je o 3...8 °C vyšší než u LPG a o 10...12 °C vyšší než u benzínu. Obtížnost startování je vysvětlena vysokou teplotou vznícení metanu a také skutečností, že během procesu zážehu se po několika záblescích na zapalovacích svíčkách usadí voda a přemostí jiskřiště.
Významnou výhodou plynových paliv oproti ropným jsou jejich lepší ekologické vlastnosti spojené především se snížením emisí škodlivých látek z výfukových plynů motoru. Jak známo, takovými látkami jsou oxid uhelnatý CO, oxidy dusíku NO.t, celkové uhlovodíky CH a v případě použití olovnatého benzínu sloučeniny olova. Použití plynových paliv, vyznačujících se vysokou detonační odolností, eliminuje potřebu použití toxického antidetonačního činidla TPP a je proto efektivní faktor snížení znečištění životního prostředí vysoce toxickými sloučeninami olova. Změna obsahu oxidu uhelnatého při provozu motoru na plyn a benzín v závislosti na složení směsi paliva a vzduchu je přibližně stejná. Vzhledem k možnosti provozu plynového motoru na chudší směsi však jeho optimální nastavení zajišťuje nižší koncentrace CO. Úrovně emisí CH jsou také přibližně stejné, ale jejich složení se zásadně liší. Škodlivé účinky uhlovodíků vznikajících ve zplodinách hoření ropných paliv jsou spojeny především se vznikem smogu. Při provozu na zemní plyn tvoří uhlovodíková část výfukových plynů převážně metan, který je vysoce odolný vůči tvorbě smogu.
Oxidy dusíku jsou nejtoxičtější složkou výfukových plynů. Jejich maximální obsah u plynového motoru je přibližně 2x menší než u benzínového motoru. Navíc ji lze ještě 2…3krát snížit úpravou složení palivové směsi.
Na základě zvažovaných faktorů je použití plynových vozidel na LNG nejracionálnější v nákladní dopravě v rámci města pro obsluhu obchodu, domácích podniků atd. Použití zemního plynu je také slibné v městských osobních vozidlech kvůli snížení tohoto případ škodlivých emisí, které znečišťují ovzduší. Za tímto účelem naše země začala vyrábět plynové autobusy LAZ -695NG a plynovou úpravu osobního taxi GAZ -24-27.
Nejoblíbenějším vozidlem na stlačený zemní plyn je nákladní automobil ZIL-1E8A. Hlavní prvky univerzálního energetického systému tohoto vozu, který zajišťuje provoz na plyn a benzín, se používají ve všech ostatních modelech plynových automobilů. Systém zásobování plynem vozidla EIL-138A (obr. 23) zahrnuje osm lahví z uhlíkové oceli o objemu 50 litrů každá, navržených pro provozní tlak 20 MPa. Lahve jsou spojeny vysokotlakými trubkami a rozděleny na dvě sekce se samostatnými uzavíracími ventily 12. Lahve se plní plynem pomocí ventilu. Před přivedením do motoru prochází plyn přes výměník tepla, ve kterém je ohříván horkými výfukovými plyny motoru. Pro snížení tlaku plynu se používá vysokotlaký reduktor (snižuje tlak na 1,2 MPa) a nízkotlaký reduktor 5. Pro sledování provozu energetického systému slouží dva tlakoměry umístěné v kabině řidiče.
Rýže. 1. Schéma palivového systému vozu ZIL-1E8A
Rýže. 2. Schéma palivového systému plyn-nafta vozidla KamAZ: 1 - motor; 2- vstřikovací čerpadlo; 3-plynový dávkovač; 4 - elektromagnetický ventil s filtrem; 5-vysokotlaký redukční ventil; 6 - plynový ohřívač; 7- ventily; 8 - manometr; 9 - nízkotlaký reduktor; 10- válec; 11- mixér; 12 - palivový pedál
Záložní systém zásobování benzínem obsahuje standardní nádrž na plyn, elektromagnetický ventil-filtr, benzínové čerpadlo a karburátor-směšovač. Přechod z jednoho typu paliva na druhý se provádí pomocí solenoidových ventilů.
Celková kapacita lahví je 400 litrů, což umožňuje naplnit 80 m3 plynu instalací plynových lahví o hmotnosti asi 800 kg.
Obtížnost použití plynných paliv ve vznětových motorech je způsobena jejich špatnou hořlavostí, nízkým cetanovým číslem a vysokou teplotou vznícení. Proto se pro organizaci provozu dieselového motoru na zemní plyn používá proces plyn-nafta, který spočívá v dodávání dávky pilotní nafty do válců, což zajišťuje zapálení směsi plynu a vzduchu.
Proces plyn-nafta se používá v řadě plynových úprav vozidel rodiny KamAZ a také dieselových autobusů. Plynovo-dieselový energetický systém vozidel KamAZ zahrnuje 8...10 vysokotlakých plynových lahví. Stlačený plyn z válců vstupuje do ohřívače 6, kde se zahřívá pomocí tepla chladicí kapaliny. V reduktoru se tlak plynu sníží na 0,95... 1,1 MPa. Poté se přes elektromagnetický ventil-filtr dostává do dvoustupňového nízkotlakého reduktoru a dále dávkovačem plynu do směšovače, kde se mísí se vzduchem. Směs plynu se vzduchem je přiváděna do válců motoru, kde je do ní na konci kompresního zdvihu vstřikována klasickou tryskou pilotní dávka motorové nafty.
Pohon ovládací páky regulátoru vysokotlakého palivového čerpadla (HPF) je spojen táhlem s pohonem dávkovací škrticí klapky. Pomocí speciálního mechanismu je zajištěna stálost pilotní dávky nafty v provozním režimu plyn-dieselový motor bez ohledu na polohu palivového pedálu. Startování plyno-dieselového motoru a volnoběh probíhá pouze na motorovou naftu. V ostatních režimech je zvýšení výkonu motoru dosaženo zvýšením dodávky plynného paliva. Množství dodávky pilotní dávky je 15...20% z celkové spotřeby paliva.
Do automobilů se zemní plyn tankuje na stacionárních čerpacích stanicích pro automobily (čerpací stanice CNG) nebo pomocí mobilních tankovacích vozů (PAGZ). Typická plnicí stanice CNG poskytuje 500 doplňování za den. Jeho technologické schéma se skládá z pěti hlavních funkčních bloků: separátory, kompresory, sušení, zásobníky plynu a výdejní stojany. Plnicí stanice CNG je komplexní stavba zahrnující výrobní a technologickou budovu s rozvodem plynu a velínem, plnicí plošinou s parkovacími boxy a vnější komunikací (napojení na plynovod, vodovod, elektrické vedení atd.). Plyn přicházející z vnější sítě prochází separací, následně je stlačován kompresory na 25 MPa a přiváděn do sušící jednotky. Suchý plyn je zasílán ke skladování do baterií, odkud je prostřednictvím čerpacích stanic dodáván k tankování automobilů.
Rýže. 3. Technologické schéma stacionární plnicí stanice CNG
Počet tankovacích čerpadel na CNG čerpací stanici je 8, doba tankování se zohledněním všech operací je: pro nákladní automobil 10...12 minut, pro osobní automobil - 6...8 minut.
K doplňování pohonných hmot do vozidel autodopravců vzdálených od čerpacích stanic CNG se používají mobilní tankovací vozy na plyn (PAGZ). Na PAGZ byla instalována instalace plynových lahví, vybavená jednotkami pro plnění cisterny plynem a distribuci plynu do automobilů. Instalace plynových lahví obvykle obsahuje tři sekce plynových lahví o objemu 400 fl každá o tlaku 32 MPa pro postupné doplňování paliva do vozidel bezkompresorovým způsobem. Tankování se provádí pomocí dvou výdejních stojanů.
Plynné uhlovodíky extrahované z plynových a plynových kondenzátových polí se obvykle nazývají samotný zemní plyn. Zemní plyn je v současnosti jedním z hlavních domácích a ekologicky šetrných průmyslových paliv. Používá se také jako surovina pro výrobu vodíku, sazí (sazí), ethanu, ethylenu a acetylenu.
Zemní plyn tvoří převážně alkany, zastoupené především normálními uhlovodíky s počtem atomů uhlíku od 1 do 4 (C G C 4) a isobutan.
Hlavní složkou suchého zemního plynu je metan (93-98 %), ve kterém je poměr H:C 33 %. Zbývající uhlovodíkové složky jsou obsaženy v menším množství. Plynné alkany v zemním plynu mají body varu za normálního tlaku od -162 C do 0 C.
Jestliže ve 20. století byla hlavní pozornost ve světě věnována studiu, průzkumu a rozvoji nalezišť zemního plynu, což jsou konvenční (tradiční) akumulace uhlovodíků obsahujících plyn, pak v 21. století již ekonomická situace vyžaduje obrat. na významné potenciální zdroje zemního plynu obsažené v nekonvenčních zdrojích, nejprve celkem na hydráty zemního plynu (GH). GG jsou velmi významným a dosud málo rozvinutým zdrojem zemního plynu na Zemi. Pro své obrovské zdroje, široké rozšíření, mělký výskyt a koncentrovaný stav plynu (jeden metr krychlový přírodního hydrátu metanu v pevném skupenství obsahuje cca 164 m metanu v plynné fázi a 0,87 m) mohou být skutečnou konkurencí tradičních ložisek. z vody).
Od objevení prvních ložisek hydrátů zemního plynu uplynulo jen několik let. Prioritu při jejich objevu mají ruští vědci. V březnu 2000 objevila rusko-belgická expedice unikátní ložisko hydrátů plynů ve sladkovodních dnových sedimentech jezera Bajkal v hloubce několika set metrů od vodní hladiny. Poprvé byly ze dna jezera získány velké krystaly hydrátů plynu o velikosti až 7 cm.
Studie provedené v různých oblastech světa prokázaly, že asi 98 % zdrojů uhlovodíků se nachází ve vodách světového oceánu (u pobřeží Severní, Střední a Jižní Ameriky, Japonska, Norska a Afriky a také v Kaspickém moři). a Černé moře) v hloubkách vody více než 200 - 700 m a pouze 2% - v subpolárních částech kontinentů. Podle odhadů váženého průměru jsou zdroje ložisek hydrátů plynu asi 21 000 bilionů m3. Při současné úrovni spotřeby energie, a to i při použití pouhých 10 % zdrojů hydrátů plynu, bude svět na 200 let zajištěn vysoce kvalitními surovinami pro výrobu energie šetrnou k životnímu prostředí.
Podle Světové energetické rady je do roku 2020 zemní plyn prezentován jako technologicky nejvyspělejší palivo pro spalovací motory jak z hlediska přípravy vozidla, vyžadující minimální náklady na přestavbu vozidla z kapalného paliva na plynné palivo, tak z hlediska zemního zásoby plynu.
Auta na plyn i na benzín vypouštějí do atmosféry přibližně stejné množství uhlovodíků, lidskému zdraví přitom nejsou nebezpečné samotné uhlovodíky, ale jejich oxidační produkty. Motor na benzin vypouští spoustu různých uhlovodíků a plynový motor metan, který je ze všech nasycených uhlovodíků nejodolnější vůči oxidaci. Proto jsou emise uhlovodíků z plynového vozidla méně nebezpečné.
Rusko je na prvním místě na světě z hlediska zásob zemního plynu (hlavně metanu) a jeho produkce.
Podíl zemního plynu na světové palivové a energetické bilanci je velmi skromný – 23 %. A tempo růstu plynárenství ve většině zemí světa je také nízké. Výjimkou jsou země jako Rusko, Nizozemí, Norsko a řada dalších, u kterých lze mít za to, že „věk ropy“ byl nahrazen „věkem zemního plynu“ nebo „věkem metanu“.
Při použití plynu v karburátorových motorech z něj 1 m 3 na nákladních automobilů, v průměru nahradí 1 litr a pro osobní automobily - 1,2 litru benzínu.
Aplikace CNG na silniční doprava dokáže zajistit vznik vozů s výkonem o 30–40 % vyšším než u moderních benzinových vozů, s efektivní účinností až 38–40 %, při současném 1,5násobném zvýšení životnosti motoru a doby výměny oleje o faktor dva.
Hlavní nevýhodou zemního plynu jako motorového paliva je především jeho nižší (1000násobná) objemová hustota energie oproti kapalným ropným palivům - 0,034 MJ/l u zemního plynu, 31,3 a 35,6 MJ/l u benzínu a motorové nafty .
Zemní plyn sám o sobě je velmi objemné palivo, protože jeho hustota je šestsetkrát nižší než u benzínu. Chcete-li jej uložit ve stlačeném stavu, musíte použít speciální, poměrně těžké válce. Masivní plynové láhve instalované na vozidle zvyšují jeho hmotnost a snižují jeho nosnost. Stlačený plyn se skladuje hlavně v kovových lahvích. optimální vysoký stupeň komprese plynových automobilových motorů není instalována kvůli potřebě zachovat schopnost rychlého přechodu na benzín, což vede ke snížení výkonu motoru (až o 20%), v důsledku čehož se maximální rychlost sníží o 5-6 %, znesnadňující startování motoru v chladném období (pod 0 °C), což je vysvětleno vyšší teplotou vznícení a samovznícení zemního plynu, proto jsou v napájecím obvodu umístěny ohřívače plynového paliva; při absenci topení je možné nastartovat motor na olejové palivo a poté přepnout na plyn po zahřátí motoru; konstrukce palivového systému se komplikuje, zvyšuje se jeho hmotnost a objem a náklady na údržbu a opravy se zvyšují o 3-10%;
Podle bezpečnostních předpisů je třeba před zaparkováním auta a zejména v garáži uvolnit plyn. A na začátku pracovního dne musíte jít na specializovanou čerpací stanici, abyste natankovali kapalné palivo, což je velmi nepohodlné.
Katalyzátory výfukových plynů vozidel určené pro benzín jsou neúčinné při snižování oxidů dusíku a metanu při provozu na zemní plyn. Je zapotřebí vylepšení motorů a katalyzátorů. Z hlediska životního prostředí by plynový motor s variabilním třístupňovým katalyzátorem mohl být nejslibnějším řešením pro dosažení snížení emisí všech škodlivin o více než 90 %.
Použití zemního plynu v dieselových motorech je obtížné kvůli jeho relativně vysoké teplotě samovznícení a odpovídajícímu nízkému cetanovému číslu. K překonání této nesnáze se používá tzv. dvoupalivový systém – do spalovací komory se jako pilotní náplň vstříkne malé množství motorové nafty a následně se přivede stlačený zemní plyn. Někdy je nutné nainstalovat zážehový systém. Dieselové motory na zemní plyn jsou široce používány v samotném plynárenském průmyslu v pístových plynových čerpacích jednotkách a motorgenerátorech s jiskrovým a předkomorovým zapalováním.
Je třeba poznamenat, že plynné palivo je jediným druhem alternativního paliva, pro které technické a ekologické problémy použití, i když určité potíže jsou způsobeny porušením psychologie spotřebitele, který má předsudky vůči neobvyklému palivu.
Využití CNG v letectví umožňuje radikálně změnit ekologické charakteristiky výfukových plynů, eliminovat nedostatek leteckých paliv na dlouhá desetiletí a výrazně snížit náklady na palivo.
Analýza perspektiv využití zemního plynu na lodích ukázala, že tento typ nosiče energie lze doporučit pouze pro použití na lodích služeb a pomocných flotil.
1.1.2 Plyny obsahující metan z uhelných slojí a podzemní hydrosféry
Uhelný metan, extrahovaný z uhelných hornin, našel praktické uplatnění. V Nedávno rozhodně je klasifikován jako alternativní typ automobilového paliva. Jeho množství je srovnatelné se zdroji uhlí (104 miliard tun).
I když se metanu v uhelných dolech ve světě vyrábí jen málo, již byl využit. Do roku 1990 bylo v USA, Itálii, Německu a Velké Británii přes 90 tisíc aut poháněných uhelným metanem. Například ve Spojeném království je široce používán jako motorové palivo pro pravidelné autobusy v uhelných regionech země. Obsah metanu v důlním plynu se pohybuje od 1 do 98 %. Jako motorové palivo je největší zájem o plyn těžený z uhelných slojí mimo zóny vlivu těžebních provozů pomocí uhelnoplynových těžebních technologií. Podstatou takového oboru je těžba plynu vrty vrtanými z povrchu pomocí metod stimulace získávání plynu, přičemž důlní plyn obsahuje 95–98 % metanu, 3–5 % dusíku a 1–3 % oxidu uhličitého.
V Rusku těží uhelný metan jako druh energetického paliva a chemické suroviny pozornost z hlediska dosud identifikovaných potenciálních zásob.
Je třeba poznamenat, že obsah hořlavých plynů v uhelných slojích závisí na hloubce těžby zásob a s rostoucím vzrůstem se zvyšuje. To vede ke zvýšení intenzity a objemu uvolňování plynu do důlních děl.
V současné době se v Rusku těží metan obsažený v uhelných slojích a okolních horninách na povrch pomocí vakuových čerpacích stanic prostřednictvím speciálně vrtaných vrtů a uvolňuje se z důlního prostoru do atmosféry ventilačním systémem.
Ve všech případech je použití směsi metan-vzduch jako energetického paliva dáno jejím složením, tzn. poměr metanu jako takového a vzduchu. Procentuální poměr těchto složek určuje energetickou hodnotu směsi metan-vzduch a možnost jejího využití zejména z hlediska nebezpečí výbuchu při spalování.
Praxe potvrdila, že směs metanu se vzduchem s obsahem metanu v rozmezí od 2,5 do 30 % podle stávající klasifikace je klasifikována jako nestandardní a při hoření je výbušná a směsi obsahující čistý metan méně než 2,5 a více než 30 % jsou bezpečné. při spalování v elektrárnách. Obě směsi jsou jistě potenciálními zdroji energetického paliva.
Technickým využitím nestandardní směsi metanu a vzduchu je dostat obsah čistého metanu na standardní úrovně (přes 30 % a méně než 2,5 %). Toho lze dosáhnout za prvé zlepšením odplyňovacích systémů, které umožní udržovat obsah metanu ve směsi nad 30 %. Implementace této cesty, soudě podle podílu nekvalitního důlního metanu na celkové struktuře produkce metanu, má však určité potíže. Druhým způsobem je zvýšení koncentrace metanu přidáním zemního plynu do směsi. Třetí směr - snížení koncentrace metanu na spodní mez výbušnosti ředěním směsi vzduchem - je pro praktickou realizaci nejjednodušší.
Momentálně v Rusku nejlepší úspěch při odplyňování a využití uhelného dolu bylo dosaženo metanu v povodí Vorkuty, kde se používá v kotelnách, ohřívačích a sušárnách. Moderní technologie umožňují efektivně extrahovat metan z mělkých uhelných slojí o velké tloušťce a vysoké nasycenosti plynem, kde je možné využít metody zintenzivnění proudění plynu do porubu. Tyto podmínky splňuje pouze několik uhelných plynárenských oblastí světa, a proto navzdory vysokým zdrojům metanu z uhelných slojí skutečná produkce plynu v nadcházejících letech pravděpodobně nepřesáhne 5–10 % celkové produkce plynu.
Vodou rozpuštěný A rozptýlené plyny podzemní hydrosféry(až do hloubky 4500 m) jsou rozmístěny téměř všude v zemská kůra. Celkové zásoby plynu v podzemních vodách do hloubek 4500 m dosahují podle odhadů VNIGRI 10 000 bilionů m\ a do hloubek v průměru nepřesahujících 10 km,
Podzemní hydrosféra Země se díky vysoké rozpustnosti uhlovodíků a dalších plynných složek v ní v geologickém čase nachází ve stavu trvalého, někdy progresivního nasycení plyny, převážně uhlovodíky, což nevyhnutelně vede ke vzniku zón extrémního nasycení plyny. . Studium takových zón, které byly nyní spolehlivě vytvořeny v rámci mladých platforem, stejně jako zón, které existovaly v dávných fázích vývoje řady regionů, umožňuje odhalit povahu geochemických spojení mezi ložisky uhlovodíků a plynem. nasycené podzemní vody.
Objem vědeckého výzkumu v oblasti hydrogeologie ropy a plynu je stanovením obecného vzorce, podle kterého průmyslová ložiska plynu a možná i ropy," jsou důsledkem globálního procesu plynové saturace podzemní hydrosféry.
Výše uvedený schematický model poměrně úzce odpovídá přírodní podmínky následující konkrétní plynoložné provincie a plynoložné oblasti.
Bioplyn
Dříve v Rusku nikdo vážně nepřemýšlel o plynných palivech z místních zdrojů. Země s velkými zásobami ropy a plynu si to mohla dovolit. V zemích, které nemají přírodní přírodní zdroje, již od poloviny 80. let 20. století byly registrovány a uváděny do výroby všechny potenciální lokální zdroje alternativních motorových paliv. Mezi ně patří především různé druhy biomasy rostlinného a živočišného původu.
Bioplyn je směs metanu a oxidu uhličitého vznikající při metanové fermentaci různé biomasy. Fermentace metanu - výsledek přirozené biocenózy anaerobních bakterií - probíhá při teplotách od 10 do 55 °C ve třech rozsazích: 10...25 °C - psychrofilní; 25,40 °C - mezofilní; 52...55 °C - termofilní. Vlhkost systému se pohybuje od 8 do 99 %, optimální hodnota je 92 - 93 %. Obsah metanu v bioplynu se liší v závislosti na chemickém složení suroviny a může být 50-90 %.
Bioplyn, od pohledu průmyslová produkce a aplikace v motorech vozidel má pro Rusko vážný praktický zájem. U nás se ročně nashromáždí až 300 milionů tun (podle sušiny) organického odpadu: 250 milionů tun v zemědělské výrobě, 50 milionů tun ve formě tuhého odpadu. Tyto odpady jsou vynikající surovinou pro výrobu bioplynu. Potenciální objem vyprodukovaného bioplynu ročně by mohl být 90 miliard m 3 , tedy 40 milionů tun ropného ekvivalentu v hodnotě 20 miliard eur. Celková potenciální hodnota vyrobeného objemu biopaliv (syngas a bioplyn) by mohla dosáhnout 35 miliard eur ročně.
Fermentaci odpadu nejlépe provádíme ve vyhnívacích nádržích - kovových nebo železobetonových nádržích s ohřevem a mícháním.
Pro výrobu bioplynu z tuhého komunálního odpadu (TKO) je tento nejprve rozdrcen a následně smíchán ve vyhnívací nádrži s čistírenským kalem z usazovacích nádrží čistíren. Plyny obsahují až 50 % metanu, 25 % oxidu uhličitého, až 2 % vodíku a dusíku. Tato technologie je poměrně hojně využívána v zahraničí – v USA, Německu, Japonsku, Švédsku.
Bioplyn je jedním z nejperspektivnějších druhů motorových paliv vyráběných z místních surovin z pohledu průmyslové výroby a použití v motorech vozidel. Během krátké doby se v mnoha zemích světa vytvořil celý průmysl výroby bioplynu.
Značná část vyrobeného bioplynu se využívá k výrobě elektřiny.
Mezi průmyslově vyspělými zeměmi má přední místo ve výrobě a využití bioplynu Dánsko
Jak ukazuje praxe, výstup odpadních plynů z zpracovatelské stanice napájený z kanalizační sítě obsluhující lokalita s počtem obyvatel 100 tisíc lidí dosahuje více než 2500 m 3 za den, což odpovídá 2000 litrům benzínu.
Do výroby bioplynu patří i výroba skládkového plynu, případně bioplynu z odpadů ze skládek. V současné době se v mnoha zemích vytvářejí speciálně vybavené skladovací prostory pro tuhý komunální odpad, aby se z něj extrahoval bioplyn pro výrobu elektrické a tepelné energie. V zemědělství je k dispozici značné množství surovin pro fermentaci.
Bioplynové technologie jsou účinné v jakékoli klimatické oblasti obrovského Ruska. Tímto způsobem se již vyrábí plynné palivo a vysoce účinná organická hnojiva, která jsou tak nezbytná pro moderní ruské zemědělství
Vytvoření motorů vozidel na plyn s nízkou výhřevností, jako je bioplyn, však představuje určité potíže. Proto je účelnější nepoužívat bioplyn, ale z něj získaný biometan. K tomu se z bioplynu odstraňuje CO2 a další nečistoty. Výsledný plyn (biometan) obsahuje 90-97 % CH4 a má výhřevnost 35-40 MJ/m3. Bioplyn lze z oxidu uhličitého čistit různými způsoby. Nejběžnější: praní plynu s kapalinovými absorbéry (například vodou), zmrazení, adsorpce při nízkých teplotách.
Biometan, stejně jako ostatní plynná paliva, má nízkou objemovou koncentraci energie.
Zkapalněné plyny
Související informace.
Obecný popis pístových kompresorů. Jednostupňové a dvoustupňové. Škodlivý prostor
Pístové kompresory mohou být podle charakteru působení jednočinné (nebo jednočinné) nebo dvojčinné. U jednočinných jednotek se na zdvih pístu provede jedno sání nebo výtlak. U dvojčinných kompresorů se při jednom zdvihu pístu provádějí dvě sání nebo výtlaky.
Podle počtu kompresních stupňů se pístové kompresory dělí na tři typy: jednostupňové, dvoustupňové a vícestupňové. Kompresní stupeň se obvykle nazývá část kompresoru, ve které je plyn stlačován na střední nebo konečný tlak.
Konstrukčně mohou být jednostupňové kompresory vertikální nebo horizontální. Kompresory horizontálního provedení jsou zpravidla dvojčinné stroje, zatímco kompresory vertikálního provedení jsou jednočinné jednotky.
U jednostupňového jednočinného kompresoru s horizontálním provedením se píst pohybuje uvnitř válce. Válec je opatřen víkem, které má sací a výtlačný ventil. Píst kompresoru je spojen s ojnicí a klikou. Setrvačník je umístěn na klikovém hřídeli. Při pohybu pístu zleva doprava vzniká v oblasti mezi pístem a válcem vakuum. Tlakový rozdíl mezi sacím potrubím a lahví způsobí otevření ventilu, což způsobí, že plyn vstoupí do lahve. Při pohybu pístu zprava doleva se sací ventil uzavře a plyn ve válci se stlačí na tlakovou úroveň p 2. Dále je přes ventil vytlačován plyn do výtlačného potrubí. Cyklus končí a znovu se opakuje.
Jednostupňový, dvojčinný kompresor je vybaven čtyřmi ventily (dva sací a dva výtlačné). Takové stroje jsou složitější, ale jejich produktivita je dvakrát vyšší. Pro účely chlazení lze válec a kryty vybavit vodními plášti. Pro zvýšení produktivity lze tyto stroje vyrábět ve víceválcovém provedení. Jednostupňové kompresory s vertikální konstrukcí jsou účinnější a rychlejší než horizontální. Navíc zabírají méně výrobního prostoru a jsou odolnější.
Dvoustupňové kompresory horizontálního typu jsou obvykle vybaveny jednoválcovým a stupňovým nebo diferenciálním pístem. Plyn je ve válci stlačován levou stranou pístu, poté prochází chladičem a je přiváděn do válce na druhé straně, kde je stlačen na úroveň p 2.
Vícestupňová provedení jsou vybavena válci, které jsou uspořádány sériově (tandemový systém) nebo paralelně (složený systém). Existují i protilehlé konstrukce kompresorů, kde se písty pohybují ve vzájemně opačných směrech. Válce v konstrukcích tohoto typu jsou umístěny na obou stranách hřídele.
Je třeba poznamenat, že skutečný proces stlačování plynu v kompresoru se liší od teorie. Takže mezi pístem, když je v krajní poloze, a víkem válce je určitý volný objem. Tato mezera se nazývá škodlivý prostor. V této mezeře po dokončení vstřikování expanduje stlačený plyn během zpětného zdvihu pístu. Z tohoto důvodu se sací ventil otevře až po poklesu úrovně tlaku na úroveň sacího tlaku. Píst se tedy pohybuje naprázdno, což snižuje výkon kompresoru.
