Пропан или метан: аргументы и факты для вашего авто

Слово эксперту

Владислав Лукшо, канд. техн. наук, директор НТЦ «Газовые двигатели» ФГУП «НАМИ»

Какими бывают двигатели, работающие на газе

Эти моторы можно поделить на три группы. К первой отнесем обычные бензиновые ДВС, оснащенные газовой аппаратурой: баллоном, редуктором, газовым и бензиновым клапанами, дозатором. Они могут работать как на газе, так и на бензине. Двигатели обычных «газелей» и «Жигулей», переделанные «под газ», – все это первая группа.

Ко второй группе относятся дизели, переделанные под так называемый «газодизельный цикл». В цилиндры этих моторов подается не воздух, а газовоздушная смесь. В конце такта сжатия, как в обычном дизеле, происходит впрыск жидкого топлива, которое воспламеняется и поджигает вышеозначенную смесь. Дизельного топлива здесь требуется немного – ровно столько, чтобы сыграть роль факела, запала.

Третья группа газовых моторов – это дизели, конвертированные под искровое зажигание. В их цилиндры подается газовоздушная смесь, воспламеняемая от интегрированной свечи.

На коммерческом и пассажирском транспорте в ближайшее время будут активно внедряться газовые двигатели второй и третьей групп. Дело в том, что конвертировать существующие дизели под газодизельный цикл либо под воспламенение от свечи намного дешевле, чем строить специализированные газовые моторы.

Как влияет инфраструктура на распространение тех или иных типов двигателей? Сеть автомобильных газонаполнительных компрессорных станций (АГНКС) для заправки компримированным природным газом весьма небольшая – их по всей России всего-то порядка 200 штук. Поэтому использование автомобилей с чисто газовыми двигателями возможно только вблизи таких станций. В основном это городской транспорт – автобусы и коммунальная техника, поскольку АГНКС располагаются главным образом в крупных городах.

А вот автомобили и автобусы с газодизельными двигателями, израсходовав запас газа, могут полноценно работать на дизельном топливе. Транспорт с такими двигателями, вероятнее всего, будет использоваться на больших плечах со значительным удалением от АГНКС. В основном это междугородние перевозки.

И в заключение несколько слов о газовом топливе. Таковым может быть:

– компримированный (сжатый) природный газ, состоящий в основном из метана. У нас его именуют КПГ, за рубежом – CNG;

– сжиженный природный газ СПГ (зарубежное название – LNG);

– сжиженный нефтяной газ (СНГ), представляющий собой смесь пропана и бутана. Его зарубежное название – LPG.

Октановое число у газового топлива выше, чем у бензина. Так, у метана оно равно 115 единиц ОЧИ (RON), у пропана – 110, у бутана – 95. Следовательно, газовый двигатель может иметь более высокую степень сжатия: детонация ему не страшна.

Двигатели первой группы эксплуатируют на пропан-бутане либо на природном газе (метане) в зависимости от установленной аппаратуры. А двигатели второй и третьей групп – на природном газе. Для коммерческого и пассажирского транспорта перспективным является именно природный газ.

Москва – Лондон – Москва

Юрий Буцкий

Октановое число газа.

01 Окт 2014

Добиться полного сгорания топлива в бензиновом двигателе невозможно. Именно из-за этого в выхлопе обязательно содержится СО – окись углерода, которая представляет собой вредное для человека вещество. Если сравнивать между собой выбросы газовых и бензиновых двигателей, то на первый взгляд особой разницы между ними не существует: количество углеводородов, поступающих в окружающую среду, и в первом, и во втором случае оказывается примерно одинаковым. Однако опасность представляют не сами углеводороды, а продукты их окисления. В этом плане газовые двигатели имеют несомненное преимущество: выделяемый ими метан отличается от других углеводородов наибольшей устойчивостью к окислению.

Газ превосходит бензин не только по показателю экологичности, но своей энергоэффективностью. В двигателе внутреннего сгорания применяется классический принцип, который основан на использовании четырех циклов. В конечном счете, мощность двигателя зависит от степени сжатия топливной смеси (ее верхний предел ограничивается возможностью детонации, при которой происходит взрыв). Способность топлива противостоять детонации называется октановым числом. Для природного газа этот показатель в среднем равняется 108. О подобном результате любым маркам бензина остается только мечтать.

Еще одно преимущество природного газа перед бензином заключается в том, что его концентрация, необходимая для горения, оказывается более низкой, чем у конкурента. Иными словами, газовый двигатель может обходиться более бедными горючими смесями. Регулируя концентрацию газа в смеси, мы тем самым получаем уникальную возможность управлять мощностью двигателя, который становится заметно более «послушным» по сравнению с бензиновым.

Газовые двигатели примерно в 1,5-2 дольше, чем конкуренты, способны обходиться без ремонта. Это связано с тем, что при сгорании природного газа образуется намного меньше твердых частиц, которые ускоряют процесс износа поршней и цилиндра. Химические свойства газа таковы, что он практически не способствует коррозии металла и не смывает защитную масляную пленку, покрывающую металлические поверхности (в отличие от жидкого топлива).

Справедливости ради следует отметить, что наряду с явными достоинствами у природного газа есть и свои недостатки. Так плотность метана примерно в 1000 раз ниже, чем аналогичный показатель у бензина. Поэтому для того, чтобы в стандартный бак поместилось достаточное количество топлива, его плотность приходится увеличивать искусственно, главным образом – путем сжатия до 200-250 атмосфер. В таком виде метан может храниться лишь в специальных баллонах, устанавливаемых в багажниках автомобилей.

У метана есть одна полезная особенность, которая дает надежду многим автолюбителям. Дело в том, что при низкотемпературном сжижении (температура может опускаться до -1200С) объем этого газа уменьшается примерно в 600 раз. Теперь его можно перевозить в специальных баках, напоминающих бензиновые. Давление в них не будет превышать 6 атмосфер (это примерно соответствует напору воды в домашнем кране). Данная технология не находится на стадии разработки, а уже хорошо освоена и активно используется во многих развитых странах: Японии, США, Норвегии и др. Даже разработаны специальные танкеры, предназначенные для перевозки охлажденного метана.

Добавим также, что это вещество абсолютно безвредно, поскольку при его сгорании образуется лишь углекислый газ и вода.

Альтернативой метану является пропан-бутан – синтетическое топливо, получаемой путем переработки нефти, а также конденсации попутных газов. Чтобы эта смесь оставалась в жидком состоянии, при ее перевозке и хранении необходимо постоянно поддерживать давление в 16 атмосфер.

Конструкция газобаллонного оборудования, работающего на пропан-бутане в целом проще, а заправка такого автомобиля со стороны мало чем отличается от заправки бензином.

Пропанобутановая смесь обладает столь же высоким октановым числом, как и метан, но отличается от него более высокой экономичностью. На 100 км пробега требуется примерно 45 литров пропан-бутана, а метана – примерно в два раза больше.

Прокомментировать:

Преимущества газового топлива

По статистике все пользователи газобаллонного оборудования для автомобилей по роду применяемого в нём газа находятся в следующем соотношении:

• 70% — метан;
• 30% — пропан.

Чтобы разобраться в мотивах таких приоритетов, нужно суметь подойти к разбору ситуации объективно, с учётом не только большой разницы в стоимости жидкого газа и бензина, но и в эксплуатационных качествах как устанавливаемого дополнительного оборудования, так и самого автомобиля. В любом случае переоборудование автомашины на газ оправдано экономически, это мероприятие уже за короткий срок эксплуатации окупает все вложения и становится очень выгодным.

К несомненному преимуществу газа относится его экологичность, так как сгорающий в двигателе метан или пропан не приводит к выбросам в окружающую среду вредных для человека свинцовых и серных соединений, доля оксида углерода в выхлопных газах двигателей с газобаллонным оборудованием также значительно ниже, чем у бензиновых. Конкретные плюсы и минусы установки газового оборудования на автомобиль выявляются лишь в подробном анализе.

Немало автолюбителей отказывается от использования газа потому, что при нём мощностные характеристики автомобиля незначительно снижаются, что отражается на его динамических характеристиках, становится заметным при разгонах и троганиях с места. Снижение мощностных характеристик при переходе на газ обычно не превышает 5% от паспортных. Газ не может так быстро сгорать, как бензин или дизельное топливо, поэтому температура двигателя при работе незначительно, но повышается.

Запах

Этот миф также исходит из старых предыдущих установок, все дело в том, что первые поколения ГБО основывались на резиновых шлангах, которые со временем рассыхались или трескались и газ, не значительно, но сочился из них. Действительно всегда чувствовался, неуловимый запах, но сейчас этот вопрос также решен. Все дело в том, что уже на 4 поколениях ГБО практически все шланги заменились на металлические трубки (медь, алюминий, латунь). В местах креплений они имеют конусные расширения и плотно прилегают, так что утечки исключены. Такие трубки очень прочные и долговечные.

Однако протечки все равно, возможны! Так что если у вас появился запах, это говорит скорее о неправильной настройке оборудования, либо о физическом повреждении.

Побежали ставить – для начала посчитайте окупаемость

НУ и в заключении хочется сказать о таком показателе как – окупаемость оборудования. Я всегда говорил, что ко всему стоит походить с умом. Иначе просто не оправдаете свою установку, тут никакие плюсы и минусы не помогут.

О чем речь. МЫ же с вами продвинутые люди и решили установить установку на пропане 5 поколения. Пусть будем считать, что она стоит 50000 рублей! МЫ с вами стандартный водитель, у нас есть обычный автомобиль с расходом 8 литров на 100 километров. Купили мы его новый и думаем поменять через 3 года.

В месяц мы проезжаем 1500 км, собственно большая часть населения столько накатывает за месяц. Если подсчитать, мы тратим – 120 литров бензина в месяц. Умножаем на 35 рублей (средняя цена 92 бензина) и получается у нас – 4200 рублей.

Теперь ГАЗ. На 5 поколении мы тратим чуть больше пусть 130 литров газа. Но стоимость пропана – бутана, пусть будет — 16 р. (также средняя цена), таким образом, в месяц — 2080 р. Экономия в месяц 2120 р.

НО если вы реально водитель скажем ГАЗЕЛИ, либо какого-нибудь другого коммерческого транспорта, то тут смысл есть. Например, у меня знакомый на маршрутке накатывает за месяц около 9000 км, у него окупаемость уже наступает на 3 месяц использования, с таким то пробегом.

Сейчас небольшое видео смотрим.

Метан

Метан также называют сжатым природным газом СПГ так как он имеет природное происхождение. Этот газ не имеет запаха и цвета и является простейшим углеводородом. Из-за особых химических характеристик хранение данного газа в жидком состоянии невозможно. Этот тип альтернативного топлива для двигателей внутреннего сгорания используется реже нежели СНГ (пропан) по ряду причин, о которых вы скоро узнаете. Простые баллоны для метановой установки не подходят по той причине, что метан содержится в специальных резервуарах под высоким давлением порядка 220 атмосфер. Стенки такого баллона довольно толстые, от 0.6 см и толще. Для увеличения прочности используется бесшовная конструкция баллона. Вес такого баллона превышает 60 кг, а объем газа, который в них хранится, варьируется в диапазоне от 11 до 15 кубометров. Кроме того, баллоны для метана используются исключительно цилиндрические, тороидальные не подходят ни в коем случае. Отличается также и КПД топлива, на метане мотор сжигает на 10-20% больше нежели на бензине. То есть, в переводе на цифры получается, что 1 кубометр метана равен 1 литру бензина. Из-за чего на метановом ГБО принято использовать сразу несколько довольно громоздких баллонов. Снижение мощности при этом составляет порядка 20%, это объясняется тем, что метан имеет меньшую теплоотдачу, а при поступлении в двигатель занимает большой объем в цилиндрах. Отличия касаются также и степени сжатия, у СНГ приемлемым является соотношение 11:1, в то время как для СПГ этот показатель составляет — 13:1. При этом необходимо понимать, что существенное увеличение степени сжатия сделает невозможным использование бензина в качестве топлива.

Подача газового топлива осуществляется посредством мембранных редукторов, для пропана используются одноступенчатые редукторы, для метана — двух. Цена газовых редукторов примерно одинаковая, чего не скажешь о баллонах. Как я писал выше, для метана используется более прочный бесшовный баллон, цена которого может варьироваться в диапазоне от $400 до $800.

Коррекция зажигания. Для улучшения эффективности работы мотора при использовании ГБО применяют корректировку зажигания. Из-за более высокого октанового числа газовое топливо горит медленнее, а значит зажигать ее следует раньше. На ГБО 4 поколения используется специальное устройство под названием вариатор УОЗ, о котором я уже рассказывал в предыдущих своих статьях. Также может производиться перепрограммирование микроконтроллера. В карбюраторных ДВС производится ручная корректировка трамблера, он смещается на определенный угол.

Отличается также и установка пропан-бутанового ГБО и ГБО работающего на метане. В большей мере речь идет о безопасности. Так для метановых установок выносное заправочное устройство (ВЗУ) должно устанавливаться за пределами багажного отделения, то есть на внешней стороне кузова (как правило бампер). В то время как для пропана место ВЗУ может располагаться где угодно, в бампере, в лючке бензобака, в багажнике и т. д.

Большое внимание уделяется метановым газовым магистралям, которые должны проходить в специальных вентиляционных рукавах. Сам рукав должен оснащаться эжектором с выходом в забортное пространство

Магистрали должны быть оснащены деформационными навивками, которые позволяют предупредить разрыв, протирание от вибрации или деформацию в случае аварии.

Метановые баллоны крепятся максимально тщательно и надежно, в местах вероятных трений устанавливаются специальные мягкие прокладки.

Что касается пропан-бутана, здесь обязательно наличие мультиклапана, который выполняет сразу несколько функций: контролирует заполнение баллона, стравливает избыточное давление, а также выступает в качестве запорной арматуры. Баллоны должны регулярно проходить процедуру освидетельствования и располагаться вне краш-зоны. То есть в местах с наименьшей вероятностью повреждения в случае ДТП, как правило, это область заднего ряда сидений, багажник или место где располагается запаска.

На сегодня все

Как видите отличий между двумя типами газа довольно много и заключаются они даже не в химическом или молекулярном составе… Важно знать и понимать на каком именно газе ездит ваш автомобиль для того, чтобы знать на какой заправке вам заправляться, а также как именно и с какой частотой вам обслуживать ваш автомобиль

Свои вопросы и пожелания вы можете оставить, используя форму для комментариев. Буду рад если вы дополните меня, в случае если я упустил какой-то важный момент

Всем пока, спасибо за внимание и до новых встреч на ГБОшнике

почему в смеси по ГОСТу всё же присутствует бутан

Спросите: почему в смеси по ГОСТу всё же присутствует бутан? Да потому, что это выгодно вам самим, т.к. бутан стоит значительно дешевле пропана, а значит и смесь СПБТ значительно дешевле; к тому же при сгорании одинакового с пропаном количества, бутан еще и выделяет на треть больше тепла.

Аналогичная ситуация с процентным выгоранием пропана наблюдается и при подключении к газгольдеру газовых котлов близких к пределу нашей гарантии по кВт., и тем более при большей мощности, чем мы вам гарантировали. А если эти 2 фактора (промерзание грунта и завышенная мощность котла) накладываются, то уже при остатке топлива топлива в 45-55%: котёл у таких “неразумно жадных” хозяев – начнет периодически уходить в отключение из-за малого давления газа.

Вывод: Заправляйтесь заранее. Не подключайте к газопроводам системы автономной газификации котлов большей мощности, чем указано в договоре, чтобы вам не говорили и не обещали. После промерзания грунта с января начинайте заказывать свежий газ уже при остатке не менее 25-30%, и все будет хорошо.

Пропан, бутан и их смеси – самые экологически чистые виды топлива.

СУГ – смесь газов с характерным, неприятным запахом. СУГ – не ядовитый, но не приемлем для дыхания, СУГ – тяжелее воздуха.

Какой газ предпочтительнее

По статистике, на метане ездят около 20% автомобилистов. Этот газ оптимально подходит для грузового транспорта, спецтехники и автобусов. Монтаж ГБО выполняется быстро, а топливо является безопасным для пассажиров. Однако в небольших городах могут быть проблемы с заправкой баллонов, поскольку сеть АЗГС недостаточно развита.

Большая часть водителей легкового транспорта переходит на пропан. Габариты автомобилей не позволяют устанавливать большие и тяжелые баллоны, которые снижают запас хода.

Окончательный выбор автовладельцы делают самостоятельно, с учетом модели транспортного средства, требований к характеристикам топлива и его расходу.

Сравнение метана и пропана

Общие преимущества газов в топливе

Оба газа имеют общие преимущества относительно бензина, что позволяет год от года расширять их применение в двигательных установках.

• Более низкая цена относительно бензина;
• Экологическая безопасность, меньшее влияние на здоровье человека;
• Увеличение срока езды без заправки за счет большего объема топлива, которое можно запасти;
• В комплексе замедление износа деталей автомобиля, особенно при использовании изначально приспособленного двигателя.

Общие недостатки газов в топливе

Существует также несколько оснований, по которым бензин все еще сохраняет лидирующее положение как автомобильное топливо.

• Меньшая доступность газов для потребителя (количество заправок, а также центров обслуживания автомобилей с газовыми установками);
• Падение мощности автомобиля при использовании газового топлива;
• Повышенный износ некоторых особо чувствительных участков двигателя (например, клапанов) с учетом специфики «сухого горения» газового топлива.

Основные различия метана и пропана

Метан и пропан существенно отличаются друг от друга как по специфике хранения, так и по специфике использования в качестве топлива, каждый имеет свои преимущества и недостатки.

• По ГБО – дополнение двигателя автомобиля пропановой установкой существенно (до 70%) дешевле, чем установка метанового ГБО;
• По стоимости – в перспективе, после того, как окупится установка ГБО, метан дает высокую экономию средств на топливо относительно пропана;
• Снижение мощности – пропан, относительно бензина, дает незначительное снижение мощности до 3-5% двигателя, и то при развитии скорости выше 140 километров в час. Метан «ослабляет машину» до 20%. Но стоит учитывать, что данное обстоятельство было почти нивелировано в современных специализированных установках;
• Экологическая чистота – пропан имеет примеси и не считается полностью безопасным для человека и экологии. Метан – самое чистое топливо на планете, по своей безопасности превосходящий электрические двигатели и солнечные батареи, находящийся на одном уровне со спиртовыми установками;
• Вес баллонов и объем топлива – пропан, сжимаемый под невысоким давлением вместе со своим резервуаром, весит в несколько раз легче, чем баллон сжатого метана. При этом пропана можно запасти на путь втрое более долгий, чем метана;
• Взрывоопасность – метан вдвое менее взрывоопасен, чем пропан, а с учетом рассеивания считается максимально безопасным относительно почти всех других видов топлива. Стоит также отметить, что баллоны метана при аварии повреждаются и деформируются существенно меньше, чем баллоны пропана. Таким образом, доставка пропана становится в перспективе более опасной;
• Доступность заправок – метановые заправки являются редкостью, их приходится специально искать, заправки с пропаном почти также часты, как бензиновые. При этом оборудование для сжимания, очистки и заправки метана существенно менее сложное, чем пропановое.

Метан, пропан и бутан

Пропан-бутановое топливо — сжиженная газовая смесь, метановое горючее — сжатая субстанция. Два вида газового горючего имеют различия по составу, особенностям и специфике применения.

Углеводородный газ пропан имеет органическое происхождение. Является продуктом переработки нефтепродуктов либо выделенным компонентом природного газа.

Каким газом заправляют автомобили? Существуют две марки газовых смесей:

1. Пропан бутан автомобильный, используется как транспортное топливо;
2. Техническая пропан-бутановая смесь, для расхода в быту.

Потребительские свойства пропановому горючему придают следующим образом:

• газ подвергается процедуре тщательной очистки;
• пропан соединяют с этаном и бутаном, в сжиженном состоянии нагнетают в ёмкости с давлением 10-15 атм.

Таким образом, в состав горючего входят пропан и бутан разница у которых заключается в том, что первый — зимний газ, второй — летний.

Сжиженный бутан не работает на морозе. Чистому «зимнему» пропану противопоказано лето, высокая температура повысит давление в газовом баллоне.

По госту содержание бутана в топливной газовой смеси не должно быть более 60%, для северных регионов и зимой доля пропана не должна быть ниже 75%. Такая газообразная субстанция хорошо ведёт себя в цилиндрах двигателя автомобиля.

C₃H₈ тяжелее воздуха, становится взрывоопасным, вредным для человека, если концентрация превышает 2,1%.

Сжиженный нефтяной газ сохраняет газообразные свойства при нормальном температурном режиме, любом давлении. Тот факт, что пропан-бутан может сжижаться, позволяет загружать в автомобиль большие объёмы топлива, значительно увеличивая запас хода. Пропан авто не повредит, если будет высокого качества.

Метан газ — это углеводород, легче воздуха, практически не растворим в воде. Добывают газ из недр земли.

Чтобы попасть к потребителю, CH₄ проходит несколько технологических этапов:

1. Газ фильтруют.
2. Дополняют одорантами.
3. Метан сжимают компрессором до 200-250 атм.
4. Автомобильную топливную смесь помещают в тяжёлые толстостенные резервуары повышенной прочности.

Взрывоопасным газ становится при концентрации в окружающей среде более 4,4%. Метан топливо имеет способность к накоплению в закрытых пространствах, быстро рассеивается. Стоит дешевле пропана, относится к самому чистому газовому топливу, в отличие от пропана, примесей в нём ничтожно мало, не требуется глубокая очистка.

В качественном компримированном метане не менее 90% природного газа.

Физические свойства СУГ

Технология разделения основывается на разной упругости насыщенных паров и на различии давлений отдельных компонентов. Именно за счет требуемой упругости газа и давления насыщенных паров появляется возможность использовать СУГ в качестве источника для отопления, при котором газ начнет поступать из резервуара в газопровод.

Для достижения необходимых условий необходимо установить оптимальное соотношение жидкой и паровой фаз. Способность поддерживать одновременно жидкое и газообразное состояние является ключевой особенностью сжиженного углеводородного газа.

В процессе хранения или перевозки часть среды имеет свойство переходить в паровую фазу, в то время как оставшаяся часть будет оставаться в виде жидкости. Разница в объеме между двумя фазами огромна. Для сравнения, 1 м3 газообразной смеси равны 4 л сжиженного газа, что означает уменьшение объема практически в 250 раз. Так как при повышении температуры газ начинает расширяться, при хранении СУГ следует учитывать нормативные требования — газгольдер (специальный резервуар для хранения СУГ) или баллоны допустимо заполнять не более, чем на 85%.

При температуре +20°С переход в жидкую фазу у пропана происходит под давлением 8,5 кгс/см2, у бутана под давлением 3,1 кгс/см2. При этом пропан не будет переходить в газообразное состояние и останется жидкостью при температуре -43°С, а бутан при температуре 0°С.

Таким образом, спобность СУГ к испарению напрямую зависит от процентного соотношения пропана и бутана, а также от температуры воздуха. Например, при низких температурах окружающего воздуха давление у пропана выше, чем у бутана, а, следовательно, выше его испаряемость.

Летние и зимние смеси СУГ

В предыдущие года уделялось особое внимание соотношению смеси пропана к бутану в зимнее и летнее время:

• зимний вариант топлива предусматривал 70% пропана, 30% бутана;
• летний вариант содержал меньшее количество пропана — 50-60% и большее количество бутана — 50-40%.

Исследованиями было доказано, что при низкой температуре окружающей среды эффективнее использовать смесь с большим содержанием пропана. В то же время, в жаркое время года количество пропана нужно снижать. Летом бутан испаряется гораздо менее интенсивно, что снижает риск возникновения повышенного давления и предотвращает срабатывание клапана сброса.

На данный момент деление на летний и зимний вариант стало менее актуальным. Сейчас состав СУГ рассчитывается с учетом индивидуальных характеристик объекта, что дает поставщикам возможность подбирать содержание пропана и бутана под конкретное оборудование. По желанию Заказчика содержание пропана в смеси можно увеличить вплоть до 100%.

Тем не менее, для максимально эффективной эксплуатации газового оборудования необходимо тщательно подбирать состав сжиженного углеводородного газа. Правильное соотношение компонентов пропан-бутановой смеси обеспечивает достаточное избыточное давление в емкостях, гарантируя бесперебойную подачу горячего водоснабжения как в сильные морозы, так и в жаркие дни.