Статья предоставлена компанией ООО «Газпром трансгаз Екатеринбург», г. Екатеринбург
Использование КПГ в миреПо экономическим, экологическим, ресурсным и техническим критериям компримированный природный газ (КПГ) еще долго будет оставаться наилучшим моторным топливом.
Сегодня на КПГ работают 14,7 млн автомобилей, что составляет 1,5% от мирового парка (900 млн ед.). В последние годы мировой парк автомобилей, работающих на природном газе, увеличивается на 25-30% (рис. 1). Согласно прогнозу Международного газового союза рост парка газобаллонного автотранспорта составит к 2020 г. 50 млн единиц, а к 2030 г. - более 100 млн единиц. Сегодня в мире насчитывается уже 20 746 автомобильных газонаполнительных компрессорных станций (АГНКС).
Инфраструктура заправочных станций уже существует или быстро развивается в ряде стран, таких как Германия, Швеция, Швейцария, Австрия, Италия. В Южной Корее 95% муниципальных автобусов работают на КПГ. В Риме транспорт на альтернативном топливе, освобожден от уплаты налогов на 3 года. Во Франции действует запрет на использование нефтяного топлива на муниципальных автобусах. В Швеции «газомобили» освобождены от сборов на платных стоянках. На сегодняшний день многие мировые автопроизводители осуществляют серийный выпуск автомобилей, использующих КПГ (Audi, BMW, Cadillac, Ford, Mercedes-Benz, Chrysler, Honda, Kia, Toyota, Volkswagen и другие).
Такое бурное развитие этого направления вполне объяснимо - в настоящее время из всех массово используемых моторных топлив и технологий природный газ обеспечивает наиболее безопасные выбросы отработавших газов автотранспорта. Перевод автомобилей с бензина на газ позволяет снизить в среднем в пять раз выбросы вредных веществ, а шумовое воздействие - вдвое.
ДЛЯ СПРАВКИ Компримированный природный газ (КПГ, сжатый природный газ, англ. Compressed natural gas) - сжатый природный газ, используемый в качестве моторного топлива вместо бензина, дизельного топлива и пропана. Он дешевле традиционного топлива, а вызываемый продуктами его сгорания парниковый эффект меньше по сравнению с обычными видами топлива, поэтому он безопаснее для окружающей среды. Компримированный природный газ производят путем сжатия (компримирования) природного газа в компрессорных установках. Хранение и транспортировка компримированного природного газа происходит в специальных накопителях газа под давлением 200-220 бар. Также используется добавление к компримированному природному газу биогаза, что позволяет снизить выбросы углерода в атмосферу. Сжатый природный газ как топливо имеет целый ряд преимуществ
Источник: Википедия |
КПГ в России
В нашей стране уже накоплен богатый опыт использования природного газа в качестве моторного топлива. ОАО «Газпром» прогнозирует рост потребления КПГ в качестве моторного топлива по итогам 2011 г. порядка 10% - до 370 млн м 3 против 345 млн м 3 в 2010 г. (рис. 2). На сегодняшний день на территории Российской Федерации существует 255 АГНКС, действующих в 60 регионах России, 206 (93%) построено ОАО «Газпром». Парк газифицированного автотранспорта на сегодняшний день насчитывает 86 тыс. машин. Наибольшее по стране потребление КПГ отмечается в Ставропольском и Краснодарском краях, Свердловской, Челябинской и Ростовской областях, Кабардино-Балкарии и Северной Осетии.
Рис.1. Мировой парк автотранспорта на КПГ
(по данным Национальной Газомоторной Ассоциации)
Рис. 2. Потребление КПГ в России, млн м 3
Природный газ значительно дешевле бензина. Извлекаемый из недр, природный газ не подвергается последующей переработке. Это в конечном итоге гарантирует его более низкую стоимость по сравнению с продуктами переработки нефти. Мировые запасы природного газа существенно превышают запасы нефти. Природный газ не подвержен сезонным изменениям цен. Кроме этого, в соответствии с постановлением Правительства России цена на природный газ для автотранспорта не может превышать 50% от цены бензина марки А-80. В 2011 г. средняя розничная цена КПГ в Российской Федерации для автотранспорта составила 8,5 руб./м 3 .
Причины метанизации автотранспорта Уральского региона те же самые, что и в России, да и, пожалуй, во всем мире - экологические и экономические преиму-щества использования природного газа в качестве моторного топлива.
КПГ в Уральском регионе
В настоящее время ООО «Газпром трансгаз Екатеринбург» эксплуатирует сеть из 30 (АГНКС) и 6 пунктов переоборудования автотранспорта, расположенных в Свердловской, Челябинской, Курганской и Оренбургской областях.
Основным потребителем КПГ в Уральском регионе является городской пассажирский автотранспорт. Это маршрутные такси типа автобусов «ПАЗ» и микроавтобусов «Газель».
Помимо стационарных АГНКС у нас есть возможность осуществлять заправку газобаллонных АТС с использованием передвижных автомобильных газовых заправщиков (ПАГЗ) с дожимным компрессором. Он выполнен на базе автомобиля КАМАЗ-43118 с газовым двигателем. Разработан и проходит промышленные испытания малогабаритный блочный комплекс, обеспечивающий регазификацию сжиженного природного газа для заправки газобаллонных автомобилей.
В настоящее время в РФ серийным выпускам автомобилей с газовым двигателем занимаются ОАО «КАМАЗ» (ООО «РариТЭК») - автобусы НЕФA3, седельные тягачи, самосвалы. «Группа ГАЗ» производит автобусы с газовым двигателем - ЛИАЗ-6213, ЛИАЗ-6212, ЛИАЗ-5256, ЛИАЗ 5293, ПАЗ 320302 и др.
Кроме этого имеется возможность приобретения газобаллонной техники зарубежных автопроизводителей - Iveco, Volkswagen, Mercedes, Opel, Toyota и др.
ДЛЯ СПРАВКИ Сжиженный природный газ (СПГ, англ. LNG - liquefied natural gas) - природный газ, искусственно сжиженный, путем охлаждения до -160 °C, для облегчения хранения и транспортировки. Для хозяйственного применения преобразуется в газообразное состояние на специальных регазификационных терминалах. При сжижении природный газ уменьшается в объеме примерно в 600 раз. Чистый СПГ не горит, сам по себе не воспламеняется и не взрывается. На открытом пространстве при нормальной температуре СПГ возвращается в газообразное состояние и быстро растворяется в воздухе. При испарении природный газ может воспламениться, если произойдет контакт с источником пламени. Для воспламенения необходимо иметь концентрацию испарений в воздухе от 5 до 15 %. Если концентрация до 5 %, то испарений недостаточно для начала возгорания, а если более 15 %, то в окружающей среде становится слишком мало кислорода. СПГ рассматривается как приоритетная или важная технология импорта природного газа целым рядом стран, включая Францию, Бельгию, Испанию, Южную Корею и США. Самый крупный потребитель СПГ - это Япония, где практически 100% потребностей газа покрывается импортом СПГ. Источник: Википедия |
На сегодняшний день ООО «Газпром трансгаз Екатеринбург» эксплуатирует 691 ед. АТС, использующих в качестве моторного топлива КПГ. В 2011 г. экономический эффект от замещения жидкого моторного топлива составил 22,3 млн руб .
В результате трехстороннего сотрудничества с ОАО «КАМАЗ» и ОАО «НПО Гелиймаш» были созданы: седельный тягач и городской автобус, укомплектованные газовыми двигателями с криогенным баком для заправки СПГ. Первые результаты показали их значительное преимущество в сравнении с газобаллонными автомобилями, использующими КПГ. Так, более чем в два раза вырос пробег автомобилей без дозаправки.
В целях расширения использования КПГ в июле 2011 г., в рамках международной выставки «ИННОПРОМ - 2011» было подписано трехстороннее «Соглашение» между Правительством Свердловской обл., ООО «Газпром трансгаз Екатеринбург» и ОАО «КАМАЗ» о развитии применения природного газа в качестве моторного топлива. В соглашении, в частности, предусматривается поставка в Свердловскую обл. автомобилей «КАМАЗ», использующих в качестве моторного топлива как КПГ, так и СПГ. ООО «Газпром трансгаз Екатеринбург» обеспечивает заправку КПГ и СПГ газобаллонного автотранспорта, осуществляет методологическую помощь сторонним пунктам переоборудования АТС и непосредственно выполняет перевод существующего парка АТС области на использование газомоторного топлива.
В октябре 2011 г. по поручению ОАО «Газпром» Обществом была организована подготовка и проведен автопробег газобаллонных автомобилей заводского изготовления «Голубой коридор - 2011» по маршруту Екатеринбург - Челябинск - Уфа - Оренбург - Самара - Саратов - Волгоград - Тамбов - Воронеж - Тула - Москва. В рамках этого пробега между правительствами Челябинской, Оренбургской областей и Обществом были подписаны «Протоколы о намерениях», предусматривающие использование КПГ в качестве моторного топлива, как приоритетное направление деятельности сторон.
В соответствии с Целевой комплексной программой развития газозаправочной сети и парка техники, работающей на природном газе, на 2007-2015 гг. в зоне ответственности ООО «Газпром трансгаз Екатеринбург» определены для строительства шесть АГНКС.
Предложения по расширению
использования природного газа
ООО «Газпром трансгаз Екатеринбург» предлагает ряд мер, принятие которых позволит увеличить использование природного газа в качестве моторного топлива.
На федеральном уровне предлагается:
1. Принять закон «Об использовании газового моторного топлива».
2. Разработать и принять Правительством РФ ряд мер экономического стимулирования хозяйствующих субъектов и физических лиц, осуществляющих производство, реализацию и использование природного газа в качестве моторного топлива.
На уровне субъектов Российской Федерации предлагается:
1. Разработка и внедрение региональных программ использования газомоторного топлива на автотранспорте.
2. Обеспечение приоритетного приобретения за счет бюджетных средств общественного транспорта и коммунальной техники, использующих газомоторное топливо, с целью снижения бюджетных затрат на топливо и улучшения экологической обстановки в городах.
3. Включение затрат на дооборудование гаражных комплексов бюджетных организаций при переводе АТС на использование газомоторного топлива в бюджеты муниципалитетов.
4. Затраты на эксплуатацию газомоторной техники снижаются за счет экономии в стоимости топлива. РЭК, на основании Федерального закона № 261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» от 23 ноября 2009 года, должна сохранять тарифы на перевозку неизменными в течение 5 лет.
ОАО «Газпром» предлагается:
1. Продолжить работу по принятию ФЗ «Об использовании газомоторного топлива» и по разработке и производству современного и эффективного ГБО.
2. Реализовать программу ОАО «Газпром» «Развитие газозаправочной сети и парка техники, работающей на природном газе на 2007-2015 годы».
3. Организовывать заправку автотранспорта потенциальных потребителей с помощью мобильных заправщиков с последующим строительством АГНКС.
Заключение
В апреле 2012 г. Владимир Путин, находясь в Тольятти, предложил выделить дополнительные субсидии российским регионам на обновление автобусного парка.
Средства предлагается выделять тем регионам, которые будут переводить свой автобусный парк на более чистый вид топлива - газ. Предварительно на эти цели планируется выделить 3,5 млрд руб. из бюджета РФ.
В настоящее время более 50% парка автобусов старше 15 лет, а у большинства наших европейских соседей автобусы по соображениям безопасности обновляются каждые десять лет.
Приобретение муниципального транспорта, использующего КПГ и СПГ в качестве моторного топлива, должно быть синхронизировано со строительством новых АГНКС, пунктов переоборудования и технического обслуживания автомобилей, пунктов переосвидетельствования баллонов, вводом в эксплуатацию передвижных автомобильных газовых заправщиков. Это в дальнейшем обеспечит реальное улучшение экологической обстановки в крупных промыш-ленных городах, повысит экономическую эффективность грузопассажир-ских перевозок, снизит издержки в бюджетах всех уровней, ускорит формирование нового рынка использования природного газа в Уральском регионе.
Используемый в качестве моторного топлива вместо бензина , дизельного топлива и пропана . Он дешевле традиционного топлива, а вызываемый продуктами его сгорания парниковый эффект меньше по сравнению с обычными видами топлива, поэтому он безопаснее для окружающей среды. Компримированный природный газ производят путём сжатия (компримирования) природного газа в компрессорных установках. Хранение и транспортировка компримированного природного газа происходит в специальных накопителях газа под давлением 200-220 бар (газовые баллоны высокого давления). Хранение компримированного газа под высоким давлением достаточно опасно и требует соблюдения специальных правил техники безопасности и периодической поверки (испытания) баллонов на работоспособность. Поверка проводится на стендах закачиванием в баллон газа или жидкости под давлением значительно большим чем его рабочее давление. Следствием таких требований является необходимость периодического демонтажа баллонов при "техосмотре", что является существенным препятствием к широкому распространению использования компримированного газа на транспорте и не только на транспорте. Также используется добавление к компримированному природному газу биогаза , что позволяет снизить выбросы углерода в атмосферу.
Сжатый природный газ как топливо имеет целый ряд преимуществ перед традиционной пропан-бутановой смесью : [ ]
- Метан, основной компонент природного газа и КПГ, легче воздуха и практически сразу испаряется, поэтому в случае аварийного разлива он быстро улетучивается в атмосферу рассеиваясь, в отличие от более тяжёлой пропан-бутановой смеси (баллоны «Пропан»), накапливающегося в естественных и искусственных углублениях, медленно испаряющегося и создающего опасность взрыва
- Метан не токсичен, поэтому общая токсичность КПГ ниже, чем у СУГ
- Стоимость природного газа, и следовательно КПГ заведомо меньше, чем любого жидкого нефтяного топлива
- Низкая температура кипения гарантирует полное испарение природного газа при самых низких температурах окружающего воздуха
- Природный газ сгорает практически полностью и не оставляет копоти, ухудшающей экологию и снижающей КПД, отводимые дымовые газы не имеют примесей серы и не разрушают металл дымовой трубы за счет изначально низкого содержания серы в природном газе
- Эксплуатационные затраты на обслуживание газовых котельных также ниже, чем традиционных.
Ещё одной особенностью сжатого природного газа является то, что котлы, работающие на природном газе, имеют больший КПД - до 94 %, не требуют расхода топлива на предварительный его подогрев зимой (как мазутные и пропан-бутановые).
В настоящее время автомобили, использующие компримированный природный газ, получают все большее распространение в России. Большинство из этих автомобилей би-топливные - баллон, использующийся под компримированный природный газ устанавливается в багажнике - для легковых автомобилей, и в кузове или на раме, для грузовых автомобилей. Ранее КПГ использовался только на грузовых автомобилях. Использование КПГ в качестве моторного топлива является одним из немногих экологических мероприятий, затраты на которое окупаются прямым экономическим эффектом в виде сокращения расходов на горючесмазочные материалы. Подавляющее большинство других экологических мероприятий является исключительно затратными.
Для заправки автомобилей используются автомобильные газонаполнительные компрессорные станции (АГНКС)
Газообразные углеводороды, добываемые из газовых и газоконденсатных месторождений принято называть собственно природным газом. Природный газ является в настоящее время одним из основных бытовых и экологически чистых промышленных топлив. Он используется также в качестве сырья для производства водорода, технического углерода (сажи), этана, этилена, ацетилена.
Природный газ состоит главным образом из алканов, представленных, прежде всего, нормальными углеводородами с числом атомов углерода от 1 до 4-х (С Г С 4) и изобутаном.
Основным компонентом сухого природного газа является метан (93-98 %), в котором соотношение Н:С составляет 33%. Остальные углеводородные компоненты содержатся в меньших количествах. Газообразные алканы в природном газе имеют температуры кипения при нормальном давлении от-162 С до 0 С.
Если в XX веке основное внимание в мире уделялось изучению, разведке, освоению месторождений природного газа, представляющих собой обычные (традиционные) газосодержащие скопления углеводородов, то в XXI веке экономическая конъюнктура уже требует обратиться к значительным потенциальным ресурсам природного газа, заключенным в нетрадиционных источниках, прежде всего к природным газовым гидратам (ГТ). ГГ являются весьма существенным и до сих пор мало разрабатываемым источником природного газа на Земле. Они могут составить реальную конкуренцию традиционным месторождениям в силу огромных ресурсов, широкого распространения, неглубокого залегания и концентрированного состояния газа (один кубометр природного метан-гидрата в твердом состоянии содержит около 164 м метана в газовой фазе и 0,87 м воды).
Со времени обнаружения первых залежей природных газовых гидратов прошло немного лет. Приоритет в открытии их принадлежит российским ученым. В марте 2000 г. российско-бельгийская экспедиция обнаружила уникальное месторождение газовых гидратов в пресноводных придонных отложениях озера Байкал, на глубине нескольких сотен метров от поверхности воды. Впервые со дна озера удалось достать крупные кристаллы газогидратов, размером до 7 см.
Исследованиями, проведенными в разных регионах мира, установлено, что около 98% ресурсов ГТ находится в акваториях мирового океана (у побережий Северной, Центральной и Южной Америки, Японии, Норвегии и Африки, а также в Каспийском и Черном морях) на глубинах воды более 200-700 м, и только 2% - в приполярных частях материков. По средневзвешенным оценкам ресурсы газогидратных залежей составляют около 21000 трлн м 3 . При современном уровне потребления энергии, даже при использовании только 10% ресурсов газогидратов, мир будет обеспечен высококачественным сырьем для экологически чистой выработки энергии на 200 лег.
По мнению Мирового совета по энергии, до 2020 г. природный газ представляется как самое технологически подготовленное топливо для двигателей внутреннего сгорания и с точки зрения подготовки автомобиля, требующее минимальных затрат на переоборудование автомобиля с жидкого топлива на газообразное, и с точки зрения запасов природного газа.
И газовые, и бензиновые автомобили выбрасывают в атмосферу примерно одинаковое количество углеводородов, В то же время для здоровья человека опасны не сами углеводороды, а продукты их окисления. Двигатель, работающий на бензине, выбрасывает массу различных углеводородов, а газовый двигатель - метан, который из всех предельных углеводородов наиболее устойчив к окислению. Поэтому углеводородный выброс газового автомобиля менее опасен.
По запасам природного газа (в основном метана) и его добыче Россия находится на первом месте в мире.
Доля природного газа в топливно-энергетическом балансе мира весьма скромная - 23%. И темпы роста газовой промышленности в большинстве стран мира также невысокие. Исключение представляют такие страны, как Россия, Нидерланды, Норвегия и ряд других, в которых, можно считать, что на смену "эпохе нефти" пришла "эпоха природного газа" или "эпоха метана".
При использовании газа в карбюраторных двигателях 1 м 3 его для грузовых автомобилей, в среднем, заменяет 1 л, а для легковых автомобилей-1,2 л бензина.
Применение КПГ на автомобильном транспорте может обеспечить создание автомобилей мощностью на 30-40% выше, чем современные автомобили, работающие на бензине, с эффективным КПД до 38-40% при одновременном увеличении срока службы двигателя в 1,5 раза и сроков смены масла в два раза.
Главный недостаток природного газа как моторного топлива заключается прежде всего в меньшей (в 1000 раз) объемной его энергоплотности по сравнению с жидкими нефтяными топливами - 0,034 МДж/л для природного газа, 31,3 и 35,6 МДж/л для бензина и дизельного топлива.
Природный газ сам по себе очень громоздкое топливо,поскольку его плотность в шестьсот раз ниже плотности бензина. Для хранения его в компримированном состоянии приходится использовать специальные достаточно тяжелые баллоны. Массивные газовые баллоны, устанавливаемые на автомобиле увеличивают его массу и снижают грузоподъемность. Сжатый газ хранится в основном в металлических баллонах. оптимальная высокая степень сжатия двигателей газовых автомобилей не устанавливается из-за необходимости сохранять возможность быстрого перехода на бензин, что приводит к снижению мощности двигателя (до 20%), вследствие которого на 5-6 % уменьшается максимальная скорость, затрудняется пуск двигателя в холодное время года (ниже 0 °С), что объясняется более высокой температурой воспламенения и самовоспламенения природного, поэтому в схеме питания предусмотрены подогреватели газового топлива; при отсутствии подогрева возможен пуск двигателя на нефтяном топливе с последующим переводом на газовое после прогрева двигателя; усложняется конструкция топливной системы, увеличивается ее масса и на 3-10% увеличивается объем и стоимость технического обслуживания и ремонта;
По правилам техники безопасности газ необходимо сработать, перед тем как ставить автомобиль на стоянку и тем более в гараж. А в начале рабочего дня необходимо на жидком топливе ехать заправляться на специализированную газозаправочную станцию, что очень неудобно.
Каталитические нейтрализаторы отработавших газов автомобиля, предназначенные для бензина, неэффективны для снижения содержания окислouов азота и метана при работе на природном газе. Необходимо усовершенствование двигателей и каталитических нейтрализаторов. С точки зрения охраны окружающей среды газовый двигатель с регулируемым трехступенчатым каталитическим нейтрализатором мог бы быть наиболее перспективным решением для достижения сокращения эмиссии всех загрязняющих веществ более чем на 90%.
Использование природного газа в дизельных двигателях затрудняется из-за его сравнительно высокой температуры самовоспламенения и соответственно низкого цетанового числа. Чтобы преодолеть это затруднение, используют так называемую двухтопливную систему - небольшое количество дизельного топлива впрыскивается в камеру сгорания в качестве запального заряда, а затем подается сжатый природный газ. Иногда приходится устанавливать систему искрового зажигания. Дизельные двигатели, работающие на природном газе, широко применяют в самой газовой промышленности в поршневых газоперекачивающих агрегатах и мо-торо-генераторах с искровым и форкамерно-факельным зажиганием.
Надо заметить, что газообразное топливо - единственный вид альтернативного топлива, для которого в России в основном решены технические и экологические проблемы использования, хотя определенные сложности вызывает ломка психологии потребителя, с предубеждением относящегося к непривычному топливу.
Использование КПГ в авиации позволяет кардинально изменить экологические характеристики выхлопных газов, ликвидировать дефицит на многие десятилетия в авиационных тбпливах и существенно снизить затраты на топливо.
Анализ перспектив использования природного газа на судах показал, что этот вид энергоносителя может быть рекомендован к применению только на судах служебно-вспомогательного флота.
1.1.2 Метансодержащие газы угольных пластов и подземной гидросферы
Практическое применение нашел шахтный метан, добываемый из угольных пород. В последнее время его вполне определенно относят к числу альтернативных видов автомобильных топлив. Его количество сопоставимо с ресурсами каменного угля (104 млрд т).
Хотя в мире добывают немного шахтного метана, но он уже получил применение. К 1990 году в США, Италии, Германии и Великобритании на шахтном метане работали свыше 90 тыс. автомобилей. В Великобритании, например, он широко используется в качестве моторного топлива для рейсовых автобусов в угольных регионах страны. Содержание метана в шахтном газе колеблется от 1 до 98%. Как моторное топливо наибольший интерес представляет собой газ, извлекаемый из угольных пластов, вне зон влияния горных работ, по технологиям углегазового промысла. Сущность такого промысла заключается в извлечении газа скважинами, пробуренными с поверхности, с применением методов стимулирования газоотдачи, при этом шахтный газ имеет в своем составе 95-98% метана, 3-5% азота и 1-3% диоксида углерода.
В России шахтный метан как вид энергетического топлива и химического сырья, привлекает внимание с позиций потенциальных запасов, которые определены к настоящему времени.
Следует отметить, что содержание горючих газов в угольных пластах зависит от глубины отработки запасов и возрастает по мере ее увеличения. Это приводит к росту интенсивности и объемов выделения газов в горные выработки.
В настоящее время в России шахтный метан, содержащийся в угольных пластах и окружающих их породах, извлекается на поверхность вакуумнасосными станциями через специально пробуренные скважины, а из шахтного пространства выбрасывается в атмосферу через вентиляционную систему.
Во всех случаях использование метановоздушной смеси в качестве энергетического топлива определяется ее составом, т.е. соотношением в ней метана как такового и воздуха. Процентное соотношение этих компонентов предопределяет энергетическую ценность метановоздушной смеси и возможность ее использования, особенно в части взрывоопасности при сжигании.
Практика подтвердила, что метановоздушная смесь с содержанием метана в пределах от 2,5 до 30% по существующей классификации относится к некондиционной и является взрывоопасной при сжигании, а смеси, содержащие чистого метана менее 2,5 и свыше 30%, являются безопасными при сжигании в энергетических установках. Обе смеси безусловно являются потенциальными источниками энергетического топлива.
Техническое использование некондиционной метановоздушной смеси заключается в доведении содержания чистого метана до кондиционных уровней (свыше 30% и менее 2,5%). Это может быть осуществлено, во-первых, за счет улучшения систем дегазации, позволяющих поддерживать содержание метана в смеси свыше 30%. Но реализация этого пути, судя по доле некондиционного шахтного метана в общей структуре выхода метана, имеет определенные трудности. Второй путь -повышение концентрации метана за счет добавления в смесь природного газа. Третье направление - снижение концентрации метана до нижнего предела взрывоопасности за счет разбавления смеси воздухом -является наиболее простым для практического осуществления.
В настоящее время в России наилучшие успехи в дегазации и использовании шахтного метана достигнуты в Воркутинском бассейне, где он применяется в котельных, огненных калориферах и сушилках. Современные технологии позволяют эффективно извлекать метан при неглубоком залегании угольных пластов большой мощности и высокой газонасыщенности, там, где возможно применение методов интенсификации притоков газа к забою. Только немногие углегазонос-ные регионы мира отвечают этим условиям, поэтому, несмотря на высокие ресурсы метана угольных пластов, реальная добыча газа в ближайшие годы вряд ли превысит 5-10% общей газодобычи.
Водорастворенные а диспергированные газы подземной гидросферы (до глубин 4500 м) распространены почти повсеместно в земной коре. Общие ресурсы газа в подземных водах до глубин 4500 м, по оценкам ВНИГРИ, достигают 10000 трлн м\ а до глубин, в среднем, не превышающих 10 км,
Подземная гидросфера Земли в силу высокой растворимости в ней углеводородных и других газовых компонентов в геологическом времени пребывает в состоянии перманентного, местами прогрессирующего газонасыщения преимущественно углеводородами, следствием которого неизбежно является образование зон предельного газонасыщения. Изучение таких зон, достоверно Установленных в настоящее время в пределах молодых платформ, а также существовавших на древних этапах развития ряда регионов, позволяет раскрыть характер геохимических связей между залежами углеводородов и газонасыщенными подземными водами.
тогом научных изысканий в области нефтегазовой гидрогеологии является установление общей закономерности, согласно которой промышленные залежи газа, а возможно и нефти, " являются следствием глобального процесса газонасыщения подземной гидросферы.
Приведенная схемагическсая модель достаточно близко соответствует природным условиям следующих конкретных газоносных провинций и газоносных районов.
Биогаз
О газообразных топливах из местных ресурсов раньше в России никто серьезно не задумывался. Страна, обладающая крупными запасами нефти и газа, могла себе это позволить. В странах же, не имеющих естественных природных богатств, уже с середины 1980-х были поставлены на учет и запущены в производство все потенциальные местные источники альтернативных моторных топлив. К числу их относятся прежде всего различные виды биомасс растительного и животного происхождения.
Биогаз - это смесь метана и углекислого газа, образующаяся при метановом сбраживании различных биомасс. Метановое брожение - результат природного биоценоза анаэробных бактерий - протекает при температурах от 10 до 55 °С в трех диапазонах: 10...25 °С - психрофильное; 25 .40 °С - мезофильное; 52...55 °С - термофильное. Влажность системы составляет от 8 до 99 %, оптимальное значение - 92 - 93 %. Содержание метана в биогазе варьируется в зависимости от химического состава сырья и может составлять 50-90 %.
Биогаз, с точки зрения промышленного производства и применения в двигателях транспортных средств, представляет серьезный практический интерес для России. В нашей стране ежегодно накапливается до 300 млн. т (по сухому веществу) органических отходов: 250 млн т в сельскохозяйственном производстве, 50 млн т в виде ТБО. Эти отходы являются прекрасным сырьем для производства биогаза. Потенциальный объем ежегодно получаемого биогаза может составить 90 млрд м 3 , то есть 40 млн т нефтяного эквивалента на сумму 20 млрд евро. Общая потенциальная стоимость вырабатываемого объема биотоилив (сингаз и биогаз) может составить 35 млрд евро в год.
Сбраживание отходов лучше всего проводить в метантенках - металлических или железобетонных резервуарах с подогревом и перемешиванием.
Для производства биогаза из твердых бытовых отходов (ТБО) их сначала измельчают, а затем в метантенке перемешивают с канализационным осадком из отстойников очистных сооружений. В своем составе газы имеют до 50 % метана, 25 % двуокиси углерода, до 2 % водорода и азота. Эта технология достаточно широко используется за рубежом - в США, Германии, Японии, Швеции.
Биогаз является одним из наиболее перспективных видов моторных топлив, производимых из местного сырья, с точки зрения промышленного производства и применения в двигателях транспортных средств. За короткий срок во многих странах мира была создана целая индустрия по производству биогаза.
Значительная часть производимого биогаза идет на получение электроэнергии.
Среди промышленно развитых стран ведущее место -в производстве и использовании биогаза принадлежит Дании
Как показывает практика, выход канализационных газов со станции переработки, питаемой канализационной сетью, обслуживающей населенный пункт с численностью жителей 100 тыс. человек, достигает в сутки более 2500 м 3 , что эквивалентно 2000 л" бензина.
К производству биогаза относится также получение лендфиллгаза, или биогаза из мусора со свалок. В настоящее время во многих странах создаются специальные обустроенные хранилища для твердых бытовых отходов с целью извлечения из них биогаза для производства электрической и тепловой энергии. Значительные объемы сырья для брожения имеются в сельском хозяйстве.
Биогазовые технологии эффективны в любом климатическом регионе огромной России. Таким способом уже производятся газообразное топливо и высокоэффективные органические удобрения, так необходимые современному российскому сельскому хозяйству
Однако создание двигателей автотранспортных средств, работающих на газе с низкой теплотой сгорания, как у биогаза, представляет определенные трудности. Поэтому целесообразнее использовать не биогаз, а получаемый из него биометан. Для этого из биогаза удаляют С0 2 и другие примеси. Получаемый газ (биометан), содержит 90-97 % CH4 и имеет теплоту сгорания 35-40 МДж/м 3 . Очистка биогаза от двуокиси углерода может производиться различными способами. Наиболее распространенные: промывка газов жидкими поглотителями (например, водой), вымораживание, адсорбция при низких температурах.
Биометан, как и другие газовые топлива, имеет низкую объемную концентрацию энергии.
Сжиженные газы
Похожая информация.
В производственных процессах, связанных с использованием газов (диспергирование, перемешивание, пневмотранспорт, сушка, абсорбция и т. д.), перемещение и сжатие последних происходит за счет энергии, сообщаемой им машинами, которые носят общее название компрессионных . При этом производительность компрессионных установок может достигать десятков тысяч кубометров в час, а давление изменяется в пределах 10 –8 –10 3 атм., что обусловливаетбольшое разнообразие типов и конструкций машин, применяемых для перемещения, сжатия и разрежения газов. Машины, предназначенные для создания повышенныхдавлений, получили название компрессоров, а машины, работающие на создание разрежения –вакуум-насосов .
Классифицируют компрессионные машины в основном по двум признакам: принципу действия и степени сжатия. Степень сжатия – это отношение конечного давления газа на выходе из машиныр 2 к начальному давлению на входеp 1 (т. е.p 2 /p 1).
По принципу действия компрессионные машины подразделяют на поршневые, лопастные (центробежные и осевые), ротационные и струйные.
По степени сжатия различают:
– компрессоры, используемые для создания высоких давлений, со степенью сжатия р 2 /р 1 > 3;
– газодувки, служащие для перемещения газов при большом сопротивлении газопроводной сети, при этом 3 > p 2 /p 1 >1,15;
– вентиляторы, применяемые для перемещения больших количеств газа при p 2 /p 1 < 1,15;
– вакуум-насосы, отсасывающие газ из пространства с пониженным давлением (ниже атмосферного) и нагнетающие его в пространство с повышенным (выше атмосферного) или атмосферным давлением.
В качестве вакуум-насосов могут быть использованы любые компрессионные машины; более глубокий вакуум создают поршневые и ротационные машины.
В отличие от капельных жидкостей, физические свойства газов функционально зависят от температуры и давления; процессы перемещения и сжатия газов связаны с внутренними термодинамическими процессами. При малых перепадах давлений и температур изменения физических свойств газов в процессе их движения с малыми скоростями и давлениями, близкими к атмосферному, незначительны. Это дает возможность использования всех основных положений и законов гидравлики для их описания. Однако при отклонении от нормальных условий, в особенности при высоких степенях сжатия газа, многие положения гидравлики претерпевают изменение.
Термодинамические основы процесса сжатия газов
Влияние температуры на изменение объема газа при постоянном давлении, как известно, определяется законом Гей – Люссака, т. е. при p = const объем газа прямо пропорционален его температуре:
где V 1 иV 2 – объемы газа соответственно при температурахТ 1 иТ 2 , выраженные по шкале Кельвина.
Связь между объемами газа при разных температурах может быть представлена зависимостью
, (4.1)
где V иV 0 – конечный и начальный объемы газа, м 3 ;t иt 0 – конечная и начальная температура газа, °С;β t – относительный коэффициент объемного расширения, град. –1 .
Изменение давления газа в зависимости от температуры:
, (4.2)
где р ир 0 – конечное и начальное давление газа, Па;β р – относительный температурный коэффициент давления, град. –1 .
Масса газа М
при
изменении его объема остается постоянной.
Если ρ 1 иρ 2 плотности двух температурных состояний
газа, то
и
либо
,
т.е. плотность газа при постоянном
давлении обратно пропорциональна его
абсолютной температуре.
По закону Бойля-Мариотта, при одной и
той же температуре произведение удельного
объема газа v
на значение его давленияр
есть величина постояннаяp
v
= const.
Следовательно, при постоянной температуре
,
а
,
т. е. плотность газа прямо пропорциональна
давлению, так как
.
Учитывая уравнение Гей-Люссака, можно получить соотношение, связывающее три параметра газа: давление, удельный объем и его абсолютную температуру:
. (4.3)
Последнее уравнение носит название уравнения Клайперона . В общем виде:
либо
, (4.4)
где R – газовая постоянная, которая представляет собой работу, совершаемую единицей массы идеального газа в изобарном (p = const) процессе; при изменении температуры на 1° газовая постояннаяR имеет размерность Дж/(кгград):
, (4.5)
где l р – удельная работа изменения объема, совершаемого 1 кг идеального газа при постоянном давлении, Дж/кг.
Таким образом, уравнение (4.4) характеризует состояние идеального газа. При давлении газа свыше 10 атм использование этого выражения вносит погрешность в расчеты (p v ≠RT ), поэтому рекомендуется пользоваться формулами, которые более точно описывают зависимость между давлением, объемом и температурой реального газа. Например, уравнением Ван-дер-Ваальса:
, (4.6)
где R = 8314/M – газовая постоянная, Дж/(кг·К);М – молекулярная масса газа, кг/кмоль;а ив – величины, постоянные для данного газа.
Величины а ив могут быть рассчитаны по критическим параметрам газа (Т кр ир кр):
;
. (4.7)
При высоких давлениях величина а/v 2 (дополнительного давления в уравнении Ван-дер-Ваальса) мала по сравнению с давлениемp и ею можно пренебречь, тогда уравнение (4.6) превращается в уравнение состояния реального газа Дюпре:
, (4.8)
где величина в зависит только от рода газа и не зависит от температуры и давления.
На практике для определения параметров газа при различных его состояниях чаще пользуются термодинамическими диаграммами: Т –S (температура–энтропия),p–i (зависимость давления от энтальпии),p –V (зависимость давления от объема).
Рисунок 4.1 – Т–S диаграмма
На диаграммеТ –S (рис. 4.1) линияАKВ представляет собой пограничную кривую, которая делит диаграмму на отдельные области, соответствующие определенным фазовым состояниям вещества. Область, расположенная слева от пограничной кривой, представляет собой жидкую фазу, справа – область сухого пара (газа). В области, ограниченной кривойАВK и осью абсцисс, одновременно сосуществуют две фазы – жидкость и пар. ЛинияАK соответствует полной конденсации пара, здесь степень сухостиx = 0. ЛинияKВ соответствует полному испарению,x = 1. Максимум кривой соответствует критической точкеK , в которой возможны все три состояния вещества. Помимо пограничной кривой на диаграмму нанесены линии постоянных температур (изотермы,Т = const) и энтропии (S = const), направленные параллельно осям координат, изобары (p = const), линии постоянных энтальпий (i = const). Изобары в области влажного пара направлены так же, как и изотермы; в области перегретого пара они меняют направление круто вверх. В области жидкой фазы изобары почти сливаются с пограничной кривой, так как жидкости практически несжимаемы.Все параметры газа на диаграмме Т–S отнесены к 1 кг газа.
Так как в соответствии с термодинамическим
определением
,
то теплота изменения состояния газа
.
Следовательно, площадь под кривой,
описывающей изменение состояния газа,
численно равна энергии (теплоте) изменения
состояния.
Процесс изменения параметров газа называют процессом изменения его состояния. Каждое состояние газа характеризуется параметрами p ,v иТ . В процессе изменения состояния газа могут меняться все параметры или один из них оставаться постоянным. Так, протекающий при постоянном объеме процесс называетсяизохорическим , при постоянном давлении –изобарическим , а при постоянной температуре –изотермическим . Когда при отсутствии теплообмена между газом и внешней средой (теплота не отводится и не подводится) изменяются все три параметра газа (p, v ,Т ) в процессе его расширения либо сжатия, процесс называется адиабатическим , а когда изменение параметров газа происходит при непрерывном подводе или отводе теплоты– политропическим .
При изменяющихся давлении и объеме, в зависимости от характера теплообмена с окружающей средой, изменение состояния газа в компрессионных машинах может происходить изотермически, адиабатически и политропически.
При изотермическом процессе изменение состояния газа следует закону Бойля–Мариотта:
pv = const.
На диаграмме p–v
этот процесс
изображается гиперболой (рис. 4.2).
Работа 1 кг газаl
графически
представляется заштрихованной площадью,
которая равна
,
т. е.
либо
. (4.9)
Количество тепла, которое выделяется при изотермическом сжатии 1 кг газа и которое необходимо отводить путем охлаждения, чтобы температура газа оставалась постоянной:
, (4.10)
где c v иc р – удельные теплоемкости газа при постоянном объеме и давлении, соответственно.
На диаграмме Т–S процесс изотермического сжатия газа от давленияр 1 до давленияр 2 изображается прямой линиейаб , проведенной между изобарамир 1 ир 2 (рис. 4.3).
|
|
|
|
Рисунок
4.2 – Процесс изотермического сжатия
газа на диаграмме
|
Рисунок 4.3 – Процесс изотермического сжатия газа на диаграмме Т–S |
Тепло, эквивалентное работе сжатия, изображается площадью, ограниченной крайними ординатами и прямой аб , т. е.
.
(4.11)
Рисунок
4.4 – Процессы
сжатия газа на диаграмме
:
А – адиабатический процесс;
Б – изотермический процесс
Поскольку в выражение для определения работы, затрачиваемой в изотермическом процессе сжатия, входят только объем и давление, то в пределах приложимости уравнения (4.4) безразлично, какой газ будет сжиматься. Иначе говоря, на изотермическое сжатие 1 м 3 любого газа при одних и тех же начальных и конечных давлениях расходуется одно и то же количество механической энергии.При адиабатическом процессе сжатия газа изменение его состояния происходит за счет изменения его внутренней энергии, а следовательно, и температуры.
В общей форме уравнение адиабатического процесса описывается выражением:
,
(4.12)
где
–
показатель адиабаты.
Графически (рис. 4.4) этот процесс на диаграмме p–v изобразится гиперболой более крутой, чем на рис. 4.2., так какk > 1.
Если принять
,
то
.
(4.13)
Поскольку
иR
= const, полученное уравнение можно
выразить иначе:
или
.
(4.14)
Путем соответствующих преобразований можно получить зависимости для других параметров газа:
;
. (4.15)
Таким образом, температура газа в конце его адиабатического сжатия
. (4.16)
Работа, совершаемая 1 кг газа в условиях адиабатического процесса:
. (4.17)
Тепло, выделяющееся при адиабатическом сжатии газа, эквивалентно затрачиваемой работе:
С учетом соотношений (4.15) работа на сжатие газа при адиабатическом процессе
. (4.19)
Процесс адиабатического сжатия характеризуется полным отсутствием теплообмена между газом и окружающей средой, т.е. dQ = 0, аdS = dQ/T , поэтомуdS = 0.
Таким образом, процесс адиабатического сжатия газа протекает при постоянной энтропии (S = const). На диаграммеТ–S этот процесс изобразится прямой линиейАВ (рис. 4.5).
Рисунок 4.5 – Изображение процессов сжатия газа на диаграмме Т–S
Если в процессе сжатия выделяющееся тепло отнимается в меньшем количестве, чем это необходимо для изотермического процесса (что происходит во всех реальных процессах сжатия), то фактически затрачиваемая работа будет большей, чем при изотермическом сжатии, и меньшей, чем при адиабатическом:
, (4.20)
где m
– показатель политропы,k
>m
>1
(для воздухаm
).
Значение показателя политропы m зависит от природы газа и условий теплообмена с окружающей средой. В компрессионных машинах без охлаждения показатель политропы может быть больше показателя адиабаты (m >k ), т. е. процесс в этом случае протекает по сверхадиабате.
Работу, затрачиваемую на разрежение газов, рассчитывают по тем же уравнениям, что и работу на сжатие газов. Отличие лишь в том, что р 1 будет меньше атмосферного давления.
Процесс политропического сжатия газа от давленияр 1 до давления р 2 на рис. 4.5 изобразится прямойАС . Количество тепла, выделяемое при политропическом сжатии 1 кг газа, численно равно удельной работе сжатия:
Конечная температура сжатия газа
. (4.22)
Мощность, затрачиваемая компрессионными машинами на сжатие и разрежение газов, зависит от их производительности, конструктивных особенностей, теплообмена с окружающей средой.
Теоретическая мощность, затрачиваемая
на сжатие газа
,
определяется производительностью и
удельной работой сжатия:
, (4.23)
где G
иV
– массовая и объемная
производительность машины соответственно;
–
плотность газа.
Следовательно, для различных процессов сжатия теоретически затрачиваемая мощность:
;
(4.24)
; (4.25)
, (4.26)
где
–
объемная производительность компрессионной
машины, приведенная к условиям всасывания.
Фактически затрачиваемая мощность в силу ряда причин больше, т.е. потребляемая машиной энергия выше, чем та, которую она передает газу.
Для оценки эффективности компрессионных машин используют сравнение данной машины с наиболее экономичной машиной того же класса.
Машины с охлаждением сравнивают с машинами, которые сжимали бы газ при данных условиях изотермически. В этом случае к. п. д. носит название изотермического, из:
, (4.27)
где N – фактически затрачиваемая мощность данной машиной.
Если машины работают без охлаждения, то сжатие газа в них происходит по политропе, показатель которой выше показателя адиабаты (m k ). Поэтому затрачиваемую мощность в таких машинах сравнивают с мощностью, которую затрачивала бы машина при адиабатическом сжатии газа. Отношение этих мощностей представляет собой адиабатический к.п.д.:
.
(4.28)
С учетом мощности, теряемой на механическое трение в машине и учитываемой механическим к.п.д. – мех, мощность на валу компрессионной машины:
либо
. (4.29)
Мощность двигателя рассчитывается с учетом к.п.д. самого двигателя и к.п.д. передачи:
. (4.30)
Установочная мощность двигателя
принимается с запасом (
):
. (4.31)
Значение ад колеблется в пределах 0,930,97; из в зависимости от степени сжатия имеет значение 0,640,78; механический к. п. д. меняется в пределах 0,850,95.
Он дешевле традиционного топлива, а вызываемый продуктами его сгорания парниковый эффект меньше по сравнению с обычными видами топлива, поэтому он безопаснее для окружающей среды. Компримированный природный газ производят путем сжатия (компримирования) природного газа в компрессорных установках. Хранение и транспортировка компримированного природного газа происходит в специальных накопителях газа под давлением 200-220 бар. Также используется добавление к компримированному природному газу биогаза , что позволяет снизить выбросы углерода в атмосферу.
Сжатый природный газ как топливо имеет целый ряд преимуществ:
- Метан (основной компонент природного газа) легче воздуха и в случае аварийного разлива он быстро испаряется, в отличие от более тяжёлого пропана, накапливающегося в естественных и искусственных углублениях и создающего опасность взрыва.
- Не токсичен в малых концентрациях;
- Не вызывает коррозии металлов.
- Компримированный природный газ дешевле, чем любое нефтяное топливо, в том числе и дизельное, но по калорийности их превосходит.
- Низкая температура кипения гарантирует полное испарение природного газа при самых низких температурах окружающего воздуха.
- Природный газ сгорает практически полностью и не оставляет копоти, ухудшающей экологию и снижающей КПД. Отводимые дымовые газы не имеют примесей серы и не разрушают металл дымовой трубы.
- Эксплуатационные затраты на обслуживание газовых котельных также ниже, чем традиционных.
Еще одной особенностью сжатого природного газа является то, что котлы, работающие на природном газе, имеют больший КПД - до 94 %, не требуют расхода топлива на предварительный его подогрев зимой (как мазутные и пропан-бутановые).
Wikimedia Foundation . 2010 .
Смотреть что такое "Компримированный природный газ" в других словарях:
Природный газ компримированный - Компримированный природный газ (КПГ) газ природный (сжатый). КПГ, произведенный на АГНКС, должен соответствовать ГОСТ 27577 2000... Источник: Правила технической эксплуатации автомобильных газонаполнительных компрессорных станций. ВРД 39 2.5 082… … Официальная терминология
Топливо вещество, из которого с помощью определённой реакции может быть получена тепловая энергия. Содержание 1 Понятие топлива 2 Основные современные виды топлива … Википедия
Топливо вещество или смесь веществ, способное к экзотермическим химическим реакциям с внешним или содержащимся в самом топливе окислителем, применяемое для выделения энергии, изначально тепловой. Топливо, не содержащее в своём составе окислитель … Википедия
КПГ аббревиатура ряда политических партий: Коммунистическая партия Германии в 1918 1946 годах. Коммунистическая партия, действовавшая в Западной Германии в 1948 1969 годах. Коммунистическая партия Греции Коммунистическая партия Голландии… … Википедия
Газовые двигатели - двигатели, преобразующие химическую энергию газового топлива в полезную (механическую, химическую, тепловую) энергию. Первый двигатель внутреннего сгорания, в котором в качестве моторного топлива использовался светильный газ, был сконструирован… … Нефтегазовая микроэнциклопедия
Обычно используемое для питания двигателя топливо: бензин, сжиженный нефтяной газ (СНГ), компримированный природный газ (КПГ), бензин либо СНГ, бензин либо КПГ, дизельное топливо. [ГОСТ Р 41.83 2004] Тематики автотранспортная техника EN fuel… … Справочник технического переводчика
топливо, необходимое для двигателей - 2.18 топливо, необходимое для двигателей (fuel requirement by the engine): Обычно используемое для питания двигателя топливо: бензин, сжиженный нефтяной газ (СНГ), компримированный природный газ (КПГ), бензин либо СНГ, бензин либо КПГ, дизельное… …
ГОСТ Р 41.83-2004: Единообразные предписания, касающиеся сертификации транспортных средств в отношении выбросов вредных веществ в зависимости от топлива, необходимого для двигателей - Терминология ГОСТ Р 41.83 2004: Единообразные предписания, касающиеся сертификации транспортных средств в отношении выбросов вредных веществ в зависимости от топлива, необходимого для двигателей оригинал документа: 2.13 БДС (OBD): Бортовая… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Координаты: 55°52′24″ с. ш. 37°28′34″ в. д. / 55.873333° с. ш. 37.476111° в. д. … Википедия
КПГ - компримированный природный газ КПГ Коммунистическая партия Греции Греция, полит. Словарь: С. Фадеев. Словарь сокращений современного русского языка. С. Пб.: Политехника, 1997. 527 с. КПГ контейнерный пункт грузовой … Словарь сокращений и аббревиатур
Загрузка...
