Как природный газ используется в; качестве автомобильного топлива

Как природный газ используется в качестве автомобильного топлива

Природный газ нужен не только для приготовления пищи, обогрева дома и получения электричества. Еще им можно заправлять автомобиль. Природный газ в качестве топлива намного дешевле и экологичнее нефтепродуктов.

Одним из первых использовать газообразное горючее предложил Филипп Лебон. В 1801 году он получил патент на конструкцию, в которой газ и воздух сжимаются отдельными компрессорами и смешиваются в специальной камере. В 1860 году французский изобретатель Этьен Ленуар сконструировал первый практически пригодный газовый двигатель внутреннего сгорания. Он придумал воспламенять газовоздушную смесь в двигателе с помощью электрической искры.

Предок современного автомобиля на газомоторном топливе — самоходная повозка с двигателем внутреннего сгорания — работала на светильном газе (получаемом путем сухой перегонки из определенных сортов каменного угля). В 1894 году в немецком городе Дессау природный газ применяли в качестве топлива для железнодорожного транспорта. Однако транспорт на газе не получил широкого распространения в 19 веке.

В конце 40-х и начале 50-х годов 20-го века в СССР производили газобаллонные автомобили на метане и развивали сеть АГНКС. Но начальный уровень газоснабжения и относительно малый в то время объем добычи газа не позволили расширить применение такого транспорта.

Каким газом заправляют автомобиль

Для заправки транспорта используют различные виды сжиженного газа: метан (природный газ), пропан, бутан и их смеси (так называемые углеводородные газы). Кроме того, метан используется и в сжатом (компримированном) виде. В этой статье речь пойдет именно о природном газе в качестве автомобильного топлива. Для того, чтобы получить компримированный газ, метан сжимают при помощи компрессора. Его объем при этом уменьшается в 200–250 раз.
Для получения сжиженного газа природный газ нужно охладить до температуры —161,5 °С. Объем газа при этом уменьшается в 600 раз.

Почему природный газ считается экологичным видом топлива

В выхлопах автомобиля, работающего на «голубом топливе», вредных веществ в 5 раз меньше по сравнению с автомобилем с бензиновым двигателем. Это серьезное преимущество природного газа, ведь транспорт — главный загрязнитель атмосферы, особенно в крупных городах. Перевод автомобилей и автобусов на природный газ поможет сделать воздух чище и улучшить экологию городов.

Как можно сэкономить, заправляя автомобиль метаном

Сегодня метан в России стоит около 12 рублей за кубический метр (эквивалентно литру бензина). Это в 3 раза дешевле бензина, при том, что расходуется природный газ экономнее. Особенно выгодно использовать газомоторное топливо на общественном транспорте, который ежедневно проходит большие расстояния. Например, если перевести 100 автобусов с обычного топлива на метан, то за счет разницы в цене на топливо за год можно сэкономить 34 млн рублей.
Кроме того, метан не содержит примесей, а значит, не образует отложений в топливной системе при сгорании. Двигатель на газе работает дольше и эффективнее.

Безопасный газ

Природный газ — самое безопасное топливо из всех доступных на сегодняшний день. В случае аварии метан не скапливается в углублениях и не образовывает горючую смесь паров с воздухом. Так как газ легче воздуха, он сразу улетучивается, поэтому его утечка не представляет опасности.

Баллоны, в которых хранится метан, имеют очень толстые и прочные стенки. В процессе производства их многократно проверяют, чтобы емкости могли выдерживать давление газа.

Газ — в моторы

Сегодня практически все крупнейшие автопроизводители выпускают автомобили на метане. Мировые лидеры автопрома — Volvo, Audi, Chevrolet, Daimler-Benz, Iveco, MAN, Opel, Peugeot, Citroen, Sсania, Fiat, Volkswagen, Ford, Honda, Toyota — все они сегодня предлагают заводские автомобили с двигателями, работающим на компримированном природном газе. Эти машины ни в чем не уступают традиционным бензиновым аналогам и пользуются большой популярностью среди автовладельцев. На сегодняшний день в мире насчитывается более 17 млн автомобилей, работающих на метане, и это число продолжает расти.

Природный газ отлично вступает в химическую реакцию горения. Поэтому чаще всего из него получают энергию — электрическую и тепловую. Но на основе газа можно сделать еще удобрение, топливо, краску и многое другое.

Для доставки газа конечным потребителям недостаточно только магистральных газопроводов. Для того чтобы газ загорелся голубым пламенем на газовой плите, он должен из магистрального газопровода поступить в распределительный, а затем пройти по внутридомовым газопроводам.

Что можно сделать из природного газа

Значительные объемы газа использует также металлургическая промышленность. Но и здесь природный газ также используется как источник энергии — для разогрева доменных печей.

Зеленое топливо

В России около половины поставок газа приходится на энергетические компании и коммунальное хозяйство. Даже если в доме нет газовой плиты или газового водонагревателя, все равно свет и горячая вода, скорее всего, получены с использованием природного газа.
Природный газ — самое чистое среди углеводородных ископаемых топлив. При его сжигании образуются только вода и углекислый газ, в то время как при сжигании нефтепродуктов и угля образуются еще копоть и зола. Кроме того, эмиссия парникового углекислого газа при сжигании природного газа самая низкая, за что он получил название «зеленое топливо». Благодаря своим высоким экологическим характеристикам природный газ занимает доминирующее место в энергетике мегаполисов.

На газе можно ездить

Природный газ может использоваться как моторное топливо. Сжатый (или компримированный) метан стоит в два раза дешевле 76-го бензина, продлевает ресурс двигателя и способен улучшить экологию городов. Двигатель на природном газе соответствует экологическому стандарту Евро-4. Газ можно использовать для обычных автомобилей, сельскохозяйственного, водного, воздушного и железнодорожного транспорта.

Компримированный газ получают на автомобильных газонаполнительных компрессорных станциях (АГНКС) путем сжатия природного газа, поступающего по газопроводу, до 20–25 МПа (200–250 атмосфер).

Еще из природного газа можно производить жидкие моторные топлива по технологии «газ-в-жидкость» (gas-to-liquid, GTL). Поскольку природный газ — достаточно инертный продукт, практически всегда при переработке на первом этапе его превращают в более реакционно-способную парогазовую смесь — так называемый синтез-газ (смесь СО и Н₂).
Далее ее направляют на синтез для получения жидкого топлива. Это может быть так называемая синтетическая нефть, дизельное топливо, а также смазочные масла и парафины.

Впервые жидкие углеводороды из синтез-газа получили немецкие химики Франц Фишер и Ганс Тропш еще в 1923 году. Правда, тогда в качестве источника водорода они использовали уголь. В настоящее время различные варианты метода Фишера-Тропша используются во многих представленных на рынке процессах превращения газа в жидкие углеводороды.

Отбензинивание

Первичная переработка газа происходит на ГПЗ — газоперерабатывающих заводах.
Обычно в природном газе помимо метана содержатся разнообразные примеси, которые необходимо отделить. Это азот, углекислый газ, сероводород, гелий, пары воды.
Поэтому в первую очередь газ на ГПЗ проходит специальную обработку — очистку и осушку. Здесь же газ компримируют до давления, необходимого для переработки. На отбензинивающих установках газ разделяют на нестабильный газовый бензин и отбензиненный газ — продукт, который впоследствии и закачивают в магистральные газопроводы. Этот же уже очищенный газ идет на химических заводы, где из него производят метанол и аммиак.

А нестабильный газовый бензин после выделения из газа подается на газофракционирующие установки, где из этой смеси выделяются легкие углеводороды: этан, пропан, бутан, пентан. Эти продукты тоже становятся сырьем для дальнейшей переработки. Из них в дальнейшем получают, к примеру, полимеры и каучуки. А смесь пропана и бутана сама по себе является готовым продуктом — ее закачивают в баллоны и используют в качестве бытового топлива.

Краска, клей и уксус

По схеме, похожей на процесс Фишера-Тропша, из природного газа получают метанол (CH₃OH). Он используется в качестве реагента для борьбы с гидратными пробками, которые образуются в трубопроводах при низких температурах. Метанол может стать и сырьем для производства более сложных химических веществ: формальдегида, изоляционных материалов, лаков, красок, клеев, присадок для топлива, уксусной кислоты.

Путем нескольких химических превращений из природного газа получают также минеральные удобрения. На первой стадии это аммиак. Процесс получения аммиака из газа похож на процесс gas-to-liquid, но нужны другие катализаторы, давление и температура.

Аммиак сам по себе является удобрением, а также используется в холодильных установках как хладагент и в качестве сырья для производства азотсодержащих соединений: азотной кислоты, аммиачной селитры, карбамида.

Как получается аммиак

Вначале природный газ очищают от серы, затем он смешивается с подогретым водяным паром и поступает в реактор, где проходит через слои катализатора. Эта стадия называется первичным риформингом, или парогазовой конверсией. Из реактора выходит газовая смесь, состоящая из водорода, метана, углекислого (СО₂) и угарного газов (СО). Далее эта смесь направляется на вторичный риформинг (паровоздушная конверсия), где смешивается с кислородом из воздуха, паром и азотом в необходимом соотношении. На следующем этапе из смеси удаляют СО и СО₂. После этого смесь водорода и азота поступает собственно на синтез аммиака.

Читать еще: Лазерная резка и сварочные работы от Posmetal

Глубина моря может достигать нескольких километров. Проложить трубы по дну — сложная задача. Но по дну Северного моря идут 6000 км трубопроводов, некоторые из которых там уже 40 лет.

Зачем транспортные компании переходят на природный газ и почему это спасет Землю

Климатические изменения и ухудшение качества воздуха — одни из наиболее серьезных проблем, стоящих перед человечеством. Для разрешения этих проблем ООН сформулировала долгосрочные цели устойчивого развития (ЦУР ООН) до 2030 года. Эта программа состоит из 17 целей, направленных в том числе и на сохранение ресурсов планеты. Для достижения их показателей необходимы совместные усилия правительств разных государств, самого общества и бизнеса. Для последнего исправление общей экологической ситуации — это самый серьезный вызов. С другой стороны, сложившаяся ситуация и происходящие в экономике процессы также предоставят бизнесу новые широкомасштабные возможности для развития, стимулируя технический прогресс и развитие новых, экологически чистых технологий. Генеральный директор CNH Industrial и IVECO в России Фабрицио Чеполлина рассказал о преимуществах двигателей на природном газе и объяснил, почему они будут выгодны не только бизнесу, но и всей планете в целом.

Для достижения общемировых целей, установленных ООН, вне зависимости от предпринятых технических и технологических шагов по озеленению экономики необходимо будет дополнительно сократить выбросы в энергетике, транспорте и строительстве, а также во всем промышленном секторе в целом.

На данный момент не существует единого решения для декарбонизации всего транспортного сектора. Компании-лидеры рынка, занимающиеся разработкой экологически чистых визионерских решений для транспортной индустрии, изучают, какой набор технологий отвечает требованиям различных задач транспортировки. Первое очевидное решение — использование природного газа, в который мы инвестируем уже более 30 лет. По прогнозу Международного энергетического агентства (IEA), потребление природного газа в мире может вырасти до 4 трлн куб. м уже к 2022 году.

Природный газ, основную часть которого составляет метан (92–98%) — это ископаемый источник топлива, смесь углеводородных газов, которая встречается в природе под поверхностью Земли и используется в качестве наиболее перспективного экологически чистого топлива для автомобилей. В качестве топлива используются компримированный (сжатый) природный газ (КПГ), сжиженный природный газ (СПГ) и топливо на основе сжиженных углеводородных газов (СУГ, смесь пропана и бутана с основой природного газа на метане — «Хайтек»). Эти три разновидности газомоторного топлива обладают разными химическими и физическими свойствами, поэтому в зависимости от применения определенного топлива меняются и технические особенности как двигателей, так и инфраструктурной системы по производству и доставке-хранению газа.

Топливо для двигателя зеленой экономики

Использование природного газа снижает уровень шума двигателей и улучшает качество воздуха на локальном уровне, почти полностью устраняя потенциально вредные загрязнители, минимизируя вред для окружающей среды и значительно сокращая выбросы: более чем на 90% для NO2 (диоксидов азота), 99% для твердых частиц и 95% для CO2 в случае использования биометана. Образование сажи, свойственное дизельным двигателям, при эксплуатации двигателей на газе отсутствует полностью.

Эксплуатация машин на природном газе — еще и одно из наиболее эффективных решений по борьбе с климатическими изменениями и улучшению качества воздуха как в городах, так и в мире в целом. Сегодня на все виды транспорта приходится до 80% вредных выбросов. Однако существует эффективное и быстродействующее решение для резкого снижения выбросов парниковых газов и твердых частиц в атмосферу всей планеты — использование СПГ и КПГ. При учете других факторов, помимо сокращения выброса парниковых газов (снижение от 7 до 23% по сравнению с дизелем и бензином), использование автомобиля на метане представляется еще более привлекательным.

Чтобы соответствовать стандартам Euro VI, регулирующим содержание вредных веществ в выхлопных газах, компании разрабатывают двигатели на природном газе, не нуждающиеся в сложной дополнительной очистке выхлопов. Важно отметить, что метан при использовании в автомобилях не токсичен и не опасен для здоровья человека. При этом природный газ безопасен как моторное топливо: его пределы воспламенения значительно выше, чем у бензина и дизеля. Объясняется это тем, что метан в два раза легче воздуха и при утечке быстро растворяется в атмосфере, не воспламеняясь и не детонируя. Государственными регуляторами такое топливо, как правило, относится к наиболее безопасным типам.

Возможность производить природный газ, в частности метан, сделала реализуемыми проекты по внедрению экономики замкнутого цикла в сфере пассажирских и грузовых перевозок. Например, во Франции, в городе Лилль, функционирует автобусный парк, состоящий из автомобилей IVECO, полностью работающих на метане, произведенном из бытовых отходов города. Такой транспорт также в сочетании технологий — топлива на биометане и электротяги — отлично подходит для осуществления функций городского транспорта. Немаловажный фактор в эксплуатации машин — их автономность, обеспечивающая запас хода вплоть до 600 км благодаря резервуарам с газом, встроенным в крышу. Ввиду надежности и экономии топлива эти экологические преимущества сочетаются с конкурентоспособной совокупной стоимостью владения.

Автомобили на газе: преимущества и недостатки

Главное преимущество природного газа в том, что он экологичен. Однако в сегодняшней парадигме развития бизнеса этого мало — предприятиям и компаниям нужна реальная экономическая польза. Природный газ — наиболее коммерчески выгодное решение для транспортного сектора. Поэтому тут необходимо отметить, что цена газомоторного топлива в 1,5-2 раза ниже бензина: сегодня, согласно данным поставщиков, средняя розничная цена 1 куб. м метана (который по своим энергетическим свойствам равен 1 литру бензина) — 13 рублей. Это в 2-3 раза дешевле бензина или дизельного топлива, а расходуется биотопливо не в таком большом количестве и хватает его на расстояние в 1,5-2 раза большее, чем можно проехать на бензине или дизельном топливе соответственно. Но между видами газа есть разница: при одинаковой вместимости топливных резервуаров автомобиль на СПГ проедет расстояние почти в три раза большее, чем автомобиль на КПГ. Использование природного газа в качестве моторного топлива позволяет увеличить срок службы двигателя в 1,5-2 раза за счет отсутствия трения топлива с компонентами двигательной системы. Таким образом, выявляется прямая связь, когда устойчивое развитие бизнеса напрямую способствует его эффективности.

Среди недостатков есть серьезная инфраструктурная проблема — количество заправок. Сеть автомобильных газонаполнительных компрессорных станций (АГНКС) для автомобилей на газе активно развивается в Европе, но этот рост не столь интенсивен в России. Также здесь не хватает бункеровочных баз в морских портах, где будет храниться такое топливо, экипировочных пунктов железных дорог, через которые в основном идет логистика газа по регионам. Что же касается самого машиностроения и реальной работающей на газе техники, то еще одной проблемой являются малые по сравнению с бензиновыми и дизельными автомобилями объемы производства как транспортных средств с двигателями на газе, так и карьерной и сельхозтехники, а также ограниченные возможности перевода существующего парка транспортных средств на газомоторное топливо.

Настоящее автомобилей на газе

Природный газ сегодня в основном распространен в автомобильном и коммерческом транспорте в сжатой или сжиженной форме, но благодаря прорывам в производстве биометана сельскохозяйственные фермы, например, сами по себе превращаются в собственные источники энергии, перерабатывая отходы в биометан «на месте». Есть и другие возможности получения природного газа «неестественным» путем: на мусорных полигонах, из канализационных отходов. Существует и целый ряд технологий искусственного синтеза природного газа. Такие инвестиции в будущее позволят подобным проблемным местам человеческой жизнедеятельности самостоятельно получать прибыль и стать полноценной частью циркулярной экономики.

Благодаря собственным передовым технологиям компания IVECO уже внедряет двигатели на природном газе в свой ассортимент тяжелых и средних грузовых коммерческих автомобилей, легких фургонов и автобусов. Двигатели на природном газе являются свидетельством надежности биотоплива, что видно на примере уже существующих транспортных средств. Также они становятся основой для будущих разработок, например, в области работающих исключительно на водороде силовых агрегатов с нулевым уровнем выбросов.

Расцвет технологий поддерживается сегодня разработкой двигателей на природном газе для концептуальных машин, которые представляются на важных международных отраслевых мероприятиях: например, среди концепций техники, работающей на газе, уже есть сельскохозяйственный трактор New Holland Agriculture с двигателем на биометане иконцептуальный колесный погрузчик Tetra на метане для сферы строительства от строительной компании CASE.

В числе последних ноу-хау можно назвать концепт многозадачного модульного двигателя с несколькими источниками энергии. Концепт сочетает в себе производство электроэнергии на водородном синтезе, аккумулирование энергии и внутреннее сгорание природного газа. Это позволяет использовать различные комбинации получения энергии: от электрического взаимодействия до гибридных процессов. Так, передача энергии на шасси изменится от механической трансмиссии до электрических приводов. Электрическая конфигурация двигателя в силу своей экологичности подходит для городского транспорта: выбросы CO2 сокращаются до 30%, а автономность работы может быть обеспечена на расстоянии до 200 км. В целом производители также отмечают, что водородные топливные элементы могут стать первой полностью электрической технологией, подходящей для длительной и тяжелой эксплуатации с автономией до 800 км.

Перспективы альтернативного топлива

Преимущества природного газа уже убедили многих операторов парка коммерческого транспорта по всей Европе осуществить переход на экологичные двигатели. Двигатель, работающий на природном газе, значительно более экономичен, чем двигатель на дизельном топливе, что обеспечивает снижение расходов на топливо до 30%. Это является наиболее важным фактором при оценке совокупной стоимости владения автомобилем. Более того, например, правительство Германии объявило налоговые льготы на использование автомобилей на природном газе до конца 2026 года. В России стандарт топлива Euro 6, который был внедрен в Европе еще в 2015 году, пока так и не принят на законодательном уровне, хотя его промышленное производство уже ведется.

Читать еще: Простейший разборный стол из листа фанеры (раскрой)

Нормы Euro 5, Euro 6 и все последующие будут становится всё жестче и регулироваться контролирующими органами более тщательно. Уже к 2020 году на территории ЕС новым транспортным средствам будет разрешено производить в среднем не более 95 г СО2 на километр. Вероятно и вполне логично, что к 2025 году этот допустимый предел ожидает дальнейшее снижение в целях экополитики. Двигатели на метане способны удовлетворить и эти нормы токсичности не только благодаря меньшему выбросу СО2. Дополнительное преимущество в том, что показатели выбросов твердых частиц в газовых двигателях ниже, чем у бензиновых или дизельных аналогов.

С точки зрения экономических процессов, в связи с растущей доступностью в Европе bioCNG и bioLNG — систем производства биотоплива — все перевозчики теперь могут обеспечить транспорт, работающий без выбросов CO2, и внести свой вклад в энергетическую независимость Европы. Природный газ ускоряет развитие циркулярной экономики, при которой устойчивая биомасса перерабатывается и превращается в чистое топливо для транспорта, то есть биометан, который производится с использованием циклической системы, обеспечивающей значительное — если не полное — сокращение вредных выбросов.

В России в этом направлении тоже есть прогресс. Так, в 2018 году участниками транспортного и газового рынков было подписано соглашение о долгосрочном сотрудничестве по вопросам развития рынка СПГ в России. Например, среди планов есть строительство комплексов по сжижению природного газа и сопутствующей технологической инфраструктуры; вывод на рынок и усовершенствование инновационных технологий производства СПГ и его использования на транспорте; популяризация экологических и экономических преимуществ технологий СПГ. К числу реальных эксплуатантов, которые уже используют парк на газе, можно отнести российский агропромышленный холдинг «Мираторг», объявивший о получении крупной партии магистральных тягачей на метане. Такое поведение игроков рынка свидетельствует об оценке экономической эффективности таких автомобилей и их перспективах.

Сегодняшние вызовы экологии с помощью прорыва технологий идут на пользу и окружающей среде, и людям — и помогают найти компромисс с бизнесом. Обусловлено это еще и видимым спросом: парк метановых автомобилей сегодня — 26 млн единиц (глобально он вырос более чем в шесть раз за последнее десятилетие).

Объединение усилий бизнеса и научного сообщества в области природного газа может принести еще более существенные выгоды как мировой, так и российской экономике, способствуя процветанию и устойчивому развитию планеты.

СИНТЕЗ ФИШЕРА-ТРОПША

Синтез Фишера-Тропша можно рассматривать как восстановительную олигомеризацию моноксида углерода в результате сложной комбинации реакций, которая в брутто-форме имеет следующий вид:

nCO + (2n+1)H2 = CnH2n+2 + nН2O; . (реакция 2)

2nCO + nH2 = CnH2n + nCO2

Состав конечных продуктов зависит от катализатора, температуры и соотношения СО и Н2.
На металлоокисном катализаторе получают метанол с примесью этанола и диметилового эфира. Это основной процесс получения метанола в мире, обычная мощность метанольных заводов составляет около 0,5 млн. т в год (Новомосковское ПО «АЗОТ»; кобальтовый катализатор). Для производства моторных топлив метанол перерабатывается в диметиловый эфир и далее в смесь разветвленных предельных углеводородов (процесс Mobil GTG в Мауи, Новая Зеландия; кобальтовый катализатор).
На кобальтово-цинковых катализаторах, обладающих гидрирующей активностью, получают смесь линейных алканов (процесс AGC-211 в Бинтулу, Малайзия).
На железном катализаторе получают смесь линейных и разветвленных алка-нов и алкенов (перспективный процесс Рентех).
На кобальтовых или родиевых катализаторах при давлении выше 10 МПа и температуре в диапазоне 140 — 180 °С алкены взаимодействуют с синтез-газом и превращаются в альдегиды — важнейшие полупродукты в производстве спиртов, карбоновых кислот, аминов, многоатомных спиртов и др. Мировое производство альдегидов по такой технологии (оксо-синтез) достигает 7 млн т в год.

Одно из важных современных направлений научного поиска в области синтеза Фишера — Тропша состоит в получении кислородсодержащих продуктов. Введение таких соединений в количестве 1 % в дизельное топливо снижает содержание сажи в продуктах сгорания на 4 – 10%.

Слова: моторных топлив, установка пиролиза, углеводородов прометей, установки переработке, установки пиролиза, комплекс переработке, секция малыш, малыш получения, комплекс прометей, малыш прометей, топливо более, установка прометей, пиролиза прометей, пиролиза малыш, смесь углеводородов, пиролиза получения, сырья смесь, установки пиролиза малыш, пиролиза малыш прометей, установка пиролиза прометей, установки пиролиза малыш прометей.

90% загрязнения атмосферы приходится на долю транспортных средств.

Перевод транспорта на экологически чистое моторное топливо – природный газ – позволяет сократить выбросы в атмосферу сажи, высокотоксичных ароматических углеводородов, окиси углерода, непредельных углеводородов и окислов азота.