Использование сжиженного газа в качестве топлива (отопление, метан и этан)

Сжиженный газ является одним из наиболее распространенных альтернативных видов топлива, используемых в современном мире.

Заправочна станция сжиженного газа

На самом деле, во многих местах, это вовсе и не альтернативное топливо: в некоторых районах Индии и некоторых сельскохозяйственных районах Соединенных Штатов, да и в России, во многих не сильно индустриализированных населенных пунктах сжиженный газ используют для отопления и приготовления пищи. Когда вы готовите на природе, в походах или на заднем дворике вашего дома с помощью гриля или походной плиты, вы пользуетесь сжиженным газом.

Известный своей универсальностью и эффективностью, сжиженный газ является привлекательным источником энергии для населения, которое устало от огромных счетов за отопление и резкого повышения цен на газ. В этой статье мы узнаем, как получают сжиженный газ, для чего его используют и как можно переделать автомобиль для работы на этом более легком и дешевом топливе.

Что такое сжиженный газ?

Есть два вида газа, которые могут храниться в жидкой форме под умеренным давлением – это пропан и бутан. Также изобутан, имеющий такую же простую химическую формулу как бутан, но другой химической структуры. Как правило, бутан и изобутан смешивают с пропаном в различных пропорциях, в зависимости от цели использования топлива. Пропан - практичное топливо, точка его кипения составляет -42 С. Это означает, что даже при очень низких температурах оно быстро испаряется, стоит лишь извлечь его из герметичного контейнера.

Это означает возможность полного сгорания топлива без многочисленных приборов для выпаривания и смешивания с воздухом. Простого выпускного отверстия будет достаточно. Точка кипения бутана составляет примерно -0,6 С, и это означает, что он не испаряется при низких температурах. Вот почему бутан имеет более ограниченное применение и не используется в чистом виде, только вместе с пропаном. Примерно 450 грамм пропана может сгенерировать 21548 BTU (1 BTU =0,252 ккал) энергии, в то время как бутан производит 21221 BTU.

Для сравнения, ниже приведена таблица эффективности сгорания жидких газов по сравнению с другими традиционными видами топлива:

• Пропан: 21500 BTU / 450 грамм
• Бутан: 21200 BTU / 450 грамм
• Бензин: 17500 BTU / 450 грамм
• Уголь: 10000 BTU / 450 грамм
• Дерево: 7000 BTU / 450 грамм

В следующем разделе мы узнаем, откуда берется сжиженный газ.

Этан и метан

К сжиженным газам иногда относят всякий горючий газ, который находится в газообразном состоянии при нормальных температурах и давлении – т.е. газы с точкой кипения близкой к средней температуре атмосферы Земли. Исходя из вышесказанного, как этан, так и метан являются жидкими газами. Однако, по данным из энциклопедии LP Gas Man's Encyclopedia of Methods and Equipment, давление, необходимое для разжижения (этана и метана) и количество металла, необходимого для поддержания их под этим давлением, делает их использование экономически невыгодным.

Источники сжиженного газа

Как нефть и природный газ, сжиженный газ является ископаемым топливом. Его могут добывать из нефти и природного газа путем рафинирования, тем же способом, что добывают бензин из неочищенной нефти. Хотя большинство энергетических компаний не занимаются сжиженными газами всерьез, тем не менее, производят их, поскольку они являются побочным продуктом процесса переработки других видов топлива. Если энергетическая компания и добывает природный газ из земли, то в 90 процентов случаев это метан. Остальное - в виде различных сжиженных газов, которые отделяют от метана до того как он поступит в трубопроводы, а затем и в наши дома. Количество сжиженных газов, которое получают из природного газа колеблется, но как правило составляет от 1 до 3 процентов.

Сжиженный газ так же получают из неочищенной нефти. Производственный выход сжиженных газов при процессе переработки составляет около 3 процентов, а если НПЗ был переоборудован с целью сосредоточиться на добыче сжиженных газов, то цифра может увеличиться и до 40 процентов. Далее мы узнаем о применении сжиженного газа.

Открытие сжиженного газа

Первоначально, у газовой промышленности были проблемы с примесями, содержащимися в газе. Пропан и бутан легко испарялись и создавали более высокое давление паров при хранении и транспортировки природного газа. Сначала было решено просто "выветрить" природный газ, что позволило бы сжиженному газу испариться и уйти в атмосферу. Доктор Вальтер Снеллинг, изобретатель и ученый, который работал в Геологической службе США, в 1910 году начал экспериментировать с конденсированной формой этих “ненужных” веществ. К 1911 году он создал образцы пропана и бутана и представил систему хранения и распределения этих видов топлива. В 1913 году он получил патент на свой метод получения жидких газов.

Универсальное топливо

Сжиженный газ безопасен и его просто хранить, что делает его мобильным. Он имеет достаточно широкий спектр применений, с некоторыми из них вы вероятно встречались и сами. Например, в одноразовых бутановых зажигалках используется сжиженный газ, содержащий смесь бутана и изобутана. Также с сжиженным газом мы сталкиваемся при использовании бытовых газовых баллонов, походных газовых горелках или "домах на колесах”. В многоразовых бытовых баллонах используется пропан, им же можно разжечь печь в “доме на колесах”, подогреть бак с холодной водой или даже заставить работать холодильник и морозильник.

Небольшие баллоны с пропаном можно купить практически в любом бытовом магазине. Выпускные отверстия у баллонов стандартные, так что их можно прикрепить к походной плитке, фонарям, небольшим водонагревателям и ряду других приспособлений. Пропан поможет в любой ситуации, когда потребуется топливо. Сжиженный газ можно найти на судах, охотничьих домиках, сельских районах или садоводчестких хозяйствах которые не охвачены услугами энергетических компаний. В таких странах как Индия, где в некоторых крупных городах нет качественного природного газа или другого топлива, сжиженный газ является основным товаром на энергетическом рынке.

Для отопления и приготовление пищи вместо нефти и угля используют пропан. Сжиженный газ можно использовать не только для домашних нужд и отдыха. Многие отрасли промышленности используют его в качестве источника тепла для металлообработки, обработки стекла или керамики. Многие промышленные погрузчики заправляют сжиженным газом, поскольку он производит достаточно энергии, чтобы поднимать тяжелые грузы, не выбрасывая при этом дымов и загрязняющих веществ в замкнутом пространстве склада. Так же набирает обороты использование сжиженных газов в автомобильной индустрии. Автомобили, созданные или переоборудованные для езды на сжиженном газе становятся все более и более популярными. Причину мы узнаем следующем разделе.

Использование сжиженного газа в автомобилях

По данным Всемирной Ассоциации сжиженных газов (WLPGA), более 9 миллионов автомобилей в 38 странах работают на этом топливе. Это абсолютно не новая идея: автомобили, работающие на пропане, существуют уже несколько десятилетий. Преимуществом является сокращение выбросов: по сравнению с бензином - на 50% меньше окиси углерода, на 40% меньше углеводородов, на 35% меньше окиси азота (NOx) и на 50% меньше озона. Используемый в автомобилях сжиженный газ может обойтись значительно дешевле, чем бензин. Он является высокооктановым топливом, и предлагает производительность сопоставимую с бензином и дизельным топливом. Многие владельцы утверждают, что автомобиль использующий газобалонное оборудование (ГБО) работает более гладко, в результате компоненты двигателя изнашиваются не так быстро.

Самый простой способ начать использовать пропан - купить автомобиль, способный ездить на газе. Широкий круг производителей, в том числе и крупнейшие американские автомобильные компании Ford, General Motors и Daimler-Chrysler, предлагают такую возможность в некоторых моделях. Как правило, этих автомобилей нет в салонах – их нужно заказывать. В большинстве случаев нет заводских моделей, способных ездить на сжиженном газе, но эту опцию можно заказать на заводе. Вот примеры моделей, приспособленных к езде на сжиженном газе: Ford Crown Victoria, Dodge Ram, Ford F-150, Chevrolet Cavalier и Toyota Camry.

Редко (в Европе чаще) производят автомобили, которые способны ездить исключительно на газе. Двигатель специально разработан и приспособлен к максимально эффективной работе на пропане, что приводит к снижению износа двигателя и увеличивает пробег. Однако многие потребители обеспокоены тем, что газозаправочные станции трудно найти. По этой причине большинство автомобилей, приспособленных к езде на сжиженном газе, имеют двойную топливную систему - один бак для бензина, другой для пропана.

По мере необходимости системы автоматически переключаются с одной на другую, что позволяет владельцам автомобиля использовать экологичный и дешевый пропан, когда он доступен или быстро заполнить бак бензином на ближайшей автозаправке. Насколько трудно найти газозаправочную станцию? На самом деле, абсолютно не сложно. В отличие от некоторых других альтернативных видов топлива (например, водорода), уже существует большая и надежная инфраструктура для автомобилей, работающих на пропане.

Преобразование автомобиля для работы на сжиженном газе

Процесс преобразования автомобиля для работы на пропане подразумевает прекрасное знание автомобильных систем. Некоторые компании предлагают наборы, которые содержат все необходимое для осуществления трансформации. Лицам, не имеющим достаточных знаний в этой области, следует найти опытного механика. Хотя пропан и безопасен, но если система установлена неправильно, могут возникнуть проблемы с техникой безопасности.

Первым шагом является выбор бака. Как правило, устанавливают двухтопливную систему, то есть Вам не нужно заменить старую систему, просто добавиться вторая. Таким образом, бак для пропана займет некоторое место в багажнике автомобиля. Баки могут иметь форму "торпеды" или " пончика". Как правило, баки в форме торпеды имеют большую вместительность, но также требуют больше места в автомобиле. Баки в форме пончика имеют форму, позволяющую занять место запасного колеса. Они меньше по размеру, но Вам придется пожертвовать своей запаской. На больших автомобилях можно установить одновременно несколько баков для увеличения вместительности. После того как бак установлен, в кузове автомобиля нужно проделать отверстие для заправки газом, как правило рядом с горловиной бензобака или в задней части кузова.

Идеальное расположение потребует минимального количества трубок для подсоединения к баку. Сами по себе, топливные трубки являются медными, что придает им определенную гибкость, при подсоединении. Бак должен быть подключен к заправочной горловине, провода должны проходить по днищу автомобиля к двигателю. Электромагнитный клапан должен быть установлен на топливной магистрали между баком и двигателем. Этот клапан перекрывает подачу газа, когда машина работает на бензине или когда двигатель не работает. Он также имеет встроенный фильтр, который устраняет любые примеси, находящиеся в топливе.

Следующий важный компонент называется регулятором или вапоризатором. Это устройство берет на себя одну из функций карбюратора в бензиновом двигателе - он использует тепло от охлаждающей жидкости, чтобы привести пропан в газообразное состояние. Регулятор включает в себя электронную схему, которая сокращает подачу газа в случае остановки двигателя. Регулятор как правило меньше, чем карбюратор, так что найти место для него в моторном отсеке не составит труда. Другую часть функций карбюратора берет на себя смешивающий прибор, установленный во впускном коллекторе. Прибор получает информацию от датчиков автомобиля или блока управления двигателем и контролирует количество газа, поступающего в цилиндры.

Система должна быть подсоединена к электрической системе автомобиля для функционирования топливомера и автоматического переключения баков (с помощью ручного переключателя на панели приборов). Должна быть установлена связь с блоком управления, чтобы регулятор работы двигателя был приспособлен к различным параметрам топлива. Автомобилям с электронной системой впрыскивания топлива, возможно, потребуется электронный эмулятор.

Когда машина работает на газе, топливный инжектор не будет направлять информацию остальным датчикам автомобиля, загорится контрольный сигнал двигателя и даст неправильные диагностические показания. Эмулятор позволяет игнорировать эти сигналы и блок управления может работать должным образом. Комплекты для трансформации поставляются с более подробными инструкциями, это лишь краткий обзор. Далее мы узнаем, насколько безопасен это сжиженный газ.

Внимание: Это не руководство к действию, не нужно срываться и бежать переделывать автомобиль! Информация дана для общего представления о процессе. Если у вас нет опыта работы с автомобильными топливными и электрическими системами, настоятельно рекомендуется обратиться к специалистам.

Безопасность и хранение

На самом деле, по сравнению с другими видами топлива, жидкие газы весьма безопасны. Пропан имеет высокую температуру воспламенения (около 450-510 С) по сравнению с бензином (257 С). Этот факт снижает вероятность самопроизвольного возгорания. Кроме того, из-за давления необходимого для поддержания пропана в жидком виде, баллоны используемые для хранения пропана прочнее бензобаков. Специальный клапан отсечки топлива увеличивает коэффициент безопасности.

Вот некоторые рекомендации по хранению сжиженного газа. Важно помнить, что баки с пропаном, на самом деле не бывают пустыми. При заполненном баке, большое количество пропана (только в жидкой форме) находится под давлением. Но при нормальном давлении, не весь пропан сжиженный – небольшое его количество находится в газообразном состоянии и занимает часть пространства в баке. Чем больше пропана, тем быстрее падает давление, оставляя меньшее количество пропана в сжиженном виде и больше пропана в газообразном состоянии.

Баллоны должны быть заполнены лишь на 80 процентов. Изменение температуры может привести к изменению давления внутри бака. Если вы заполните целый бак прохладным, пасмурным днем, и оставите автомобиль на следующий день на солнце, то повышение температуры приведет к увеличению давления в баке, что может привести к взрыву, даже при запасе свободного объема в 20 процентов.