Преимущества перехода на газомоторное топливо

Advantages of transition into a gas engine fuel
Цитировать:
Фозилов С.Ф., Саидов Ж.Ж. Преимущества перехода на газомоторное топливо // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2019. № 12 (69). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/8592 (дата обращения: 17.06.2024).
Прочитать статью:

АННОТАЦИЯ

Автомобилизация с каждым годом стремительно развивается и приносит большую пользу для людей. Но в то же время, автомобилизация наносит колоссальный вред нашей экологии. При сгорании бензина в двигателе автомобиля выделяются ядовитые вещества. С точки зрения, как экономики, так и по экологическим характеристикам, природный газ в нынешнее время является самым перспективным видом альтернативного моторного топлива.

ABSTRACT

Year by year automobilization is precipitously evolving and becoming a lukrativ for People. Whereas, it has a collosal and detrimental influence to ecology at the same time. For instance, during the burning of gasoline in the engine of vehicle, there are toxic substances making a hazard for people's health. Both economically and environmentally, natural gas is the most perspective kind of alternative petrol today.

 

Ключевые слова: экология, автомобили, выхлопные газы, бензин, СНГ, СПГ, АГНКС, газомоторное топливо.

Keywords: ecology, automobiles, exhaust, petrol, LPG, LNG, GFCS, flame-engine fuel.

 

Введение:

Даже если страна имеет огромные запасы нефти, необходимо на будущее обеспечить энергетическую безопасность страны и одновременно не допустить экологической катастрофы от все возрастающего пагубного воздействия транспорта на окружающую среду и население, особенно в крупных городах.

Актуальность:

Большая часть общемирового энергопотребления приходится на автотранспорт. Автомобили, использующие бензин как топливо для двигателя, занимают огромное место в нашей жизни и прежде всего, являются значительным источником вредных выбросов. Автомобильные моторы ежегодно выбрасывают в окружающую среду 11,2 млн. т. токсичных веществ. Основную массу вредоносных веществ составляют: CO – 9 млн т., CH – 1,23 млн. т. и NO2 – 1,63 млн. т. В атмосферу поступает 27 тыс. т. бензола, 17,5 тыс. т. формальдегида и 1,5 т. бензапирена [3]. По анализам экспертов, загрязнение воздуха вызвано 50-90% из-за выбросов вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу при работе автомобильных двигателей. Эксперты пришли к выводу, что решение экологических проблем лежит в стимулировании развития экологически чистых транспортных технологий и в применении экологически чистых топлив. С точки зрения улучшения экологической ситуации в городах при минимальных финансовых затратах очевидно, что только газомоторные топлива могут стать реальной альтернативой жидким нефтяным топливам. Учёные пришли к выводу, что массовое использование бензина и дизельного топлива на 60% превышает опасность для людей, нежели чем массовое пользование ГМТ.

Цели:

1. Расчет выбросов загрязняющих веществ, двигателями внутреннего сгорания автомобилей.

2. Расчет сокращения выбросов загрязняющих веществ, при переоборудовании автомобилей на газовое топливо.

Задачи:

Для решения поставленных целей необходимо воспользоваться формулами:
1. Mгод = Gi x Ki

где: Gi– расход i–го вида моторного топлива;

Ki– коэффициент, определяющий выбросы загрязняющих веществ, образующихся в отработанных газах при сгорании 1 тонны i-го вида моторного топлива.

2. MCH = K (C : 12 x П)

где: К- количество автомобилей переоборудованных на газовое топливо;

С- сокращение выбросов загрязняющих веществ, по сравнению с автомобилем, работающим на бензиновом топливе;

12- количество месяцев в 1 году;

П- истекший период времени (месяцы), когда автомашина или несколько автомашин были переоборудованы на газовое топливо.

 

Диаграмма 1. Ядовитые вещества, выбрасываемые ДВС автомобилей

 

Как видно из таблицы, при использовании газомоторного топлива, поступление в окружающую среду токсичных веществ значительно снижается. Существенное отличие выбросов вредных веществ объясняется тем, что газовое топливо более полно сгорает в цилиндрах двигателя, а продукты его сгорания намного меньше загрязняют окружающий воздух ядовитыми веществами. Это является большим преимуществом газобаллонных автомобилей.

Первый, практически пригодный ДВС на газе был сконструирован французским механиком Э. Ленуаром в 1860 году. С тех пор численность автомобилей возросло в сотни миллионов раз. Широкое распространение получили автомобили, работающие на газомоторном топливе, в европейских странах, а именно в Италии, Голландии, Китае, Франции.

Несмотря на ценовое преимущество и экологическую чистоту, развитие газомоторного топлива не идет быстрыми темпами. Существуют несколько причин торможения развития, и одна из них сложность доставки до потребителя. Потребители не хотят переходить на природный газ, поскольку мало газовых заправок, а поставщики не хотят открывать заправочные станции, из-за малого количества потребителей. Второй и не менее важной причиной является всеобще принятое заблуждение, в котором говорится, что автомобили на газомоторном топливе более склонны к возгоранию и чаще подвергаются воспламенению. Подобные инциденты были актуальны в те времена, когда газовое оборудование устанавливалось не в оснащенных специальным оборудованием лабораториях. Инциденты с возгоранием автомобилей использующих метан случаются намного реже, чем с автомобилями использующих бензин или СНГ для двигательного горючего. Метан можно поджечь лишь в том случае, когда его концентрация в воздухе составляет от 5 до 15%. Также, у природного газа самая высокая температура самовоспламенения -540˚С. Наличие в конструкции автомобиля емкости повышенного давления, естественно, вызывает опасения у потенциального пользователя. Здесь нужно отметить, что у газовых баллонов автомобилей имеется многократный запас прочности. Они проходят целый ряд испытаний на устойчивость к разрушению при падении с высоты, воздействие критических температур, открытого пламени, кислот. Кроме того, как правило, место установки газовых баллонов выбирается из условия статистически реже подверженных деформациям, в случае аварий, участков корпуса автомобиля. Известны случаи воспламенения автомобилей, снабженных газовым оборудованием, но подобные инциденты были связаны с нарушениями эксплуатационных правил. Так, например, когда происходило разрушение пропан-бутанового (СНГ) баллона, рассчитанного на давление 1,6 МПа, при попытке заправить его метаном, подаваемым в баллон под давлением свыше 20 МПа. Безопасность использования ГМТ повышается с каждым годом. К этому можно отнести новейшую разработку холдинга «Росэлектроника» Госкорпорации Ростех - "Автогаз-2.1" для контроля утечки газа на пассажирском, грузовом и легковом автотранспорте, работающем на газомоторном топливе [4].

 


Рисунок 1 Автомобильная газонаполнительная компрессорная станция

 

Метан представляет собой достойную альтернативу бензину и дизтопливу. Он самый экологичный вид топлива, соответствующий нормам «Euro-5», «Euro-6». Действующий стандарт «Euro-5» ограничивает выбросы CO2 до 0,8 гр. / км., однако при применении СПГ и СНГ уровень этих выбросов составляет 0,1 гр. Метан возможно производить промышленным методом (биометан), то есть при использовании органических отходов. Единовременно решается и часть вопросов с экологией, и часть вопросов с экономикой (энергетикой).

Газ в виде топлива для автомобильных двигателей используется в двух типах – первый тип это СНГ и второй тип это СПГ.

Сжатый природный газ (СПГ) это газ, состав которого почти 95% составляет метан. Его получают путем сжатия на АГНКС до давления 20 МПа. Поскольку плотность природного газа в тысячи раз ниже плотности бензина, его сжимают и таким образом способствуют повышению плотности. После чего его объем сокращается в 200 раз.

Таблица 1.

Выбросы ядовитых веществ и их сокращение при переоборудовании автомобилей на газовое топливо

Наименование ингредиента

Выбросы вредных веществ, при работе автомобиля на бензиновом топливе.
тонн / год

Выбросы вредных веществ, при работе автомобиля на СПГ.
тонн / год

Сокращение выбросов загрязняющих веществ, по сравнению с автомобилем на бензиновом топливе.
тонн / год

Выбросы вредных веществ, при работе автомобиля на СНГ.
тонн / год

Сокращение выбросов загрязняющих веществ, по сравнению с автомобилем на бензиновом топливе.
тонн / год

CO

1,704

0,587

1,117 (65%)

0,346

1,358 (79%)

CH

0,284

0,207

0,077 (27%)

0,122

0,162 (57%)

NO2

0,113

0,138

0,025 (22%)

0,081

0,032 (28%)

SO2

0,005

-

-

-

-

C20H12

0,54 х 10-6

-

-

-

-

Всего:

2,106

0,932

1,174 (56%)

0,549

1,557 (74%)

 

Сжиженный нефтяной газ (СНГ) или же смесь пропан-бутана представляет собой смесь сжиженных под давлением легких углеводородов. СНГ производится в процессе ректификации широкой фракции легких углеводородов. Поскольку смесь должна оставаться в жидком состоянии, ее перевозят и хранят под давлением 1,6 МПа. Необходимо выделить, что у этой смеси энергоотдача ниже, чем энергоотдача природного газа почти на 25%. То есть СНГ необходимо заправить на 25% больше чем метан, чтобы автомобиль проехал равное расстояние [1]. Кроме того, запасов СНГ намного меньше запасов природного газа.

Основываясь на информацию, взятой с вышеуказанной таблицы 1, можно сделать следующие выводы:

  1. При переоборудовании 1 автомобиля (работающего на бензиновом топливе) на СПГ снижение выбросов составит – 1,174 тонн / год
  2. При переоборудовании 1 автомобиля (работающего на бензиновом топливе) на СНГ снижение выбросов составит – 1,557 тонн / год

Актуальность перевода автотранспорта на газ вызвана не только необходимостью улучшить экологическую обстановку, проблемы с которой сказываются на состоянии здоровья человечества, но и другими причинами. Обратить внимание на газомоторное топливо вынуждает дороговизна бензина. Каждый год мы становимся свидетелями того, как на рынке увеличиваются цены на нефть и соответственно цены на бензин и дизельное топливо. Разница в цене между газомоторным топливом и традиционным топливом ощутима. Стоимость СПГ в два-три раза ниже, чем стоимость бензина АИ-91.

По добыче природного газа наша страна занимает ведущее место и имеет большие возможности для замены бензина и дизельного топлива на природный газ. Некоторые страны, в частности Китай, который имеет самое большое количество заправочных станций, считают массовую газификацию приоритетным и перспективным направлением развития национальной экономики и способом обеспечения своей энергетической и экологической безопасности. Со стороны нашего государства принимаются достаточно серьезные меры поддержки для развития газомоторного топлива. Расширяется модельный ряд легкового, грузового и пассажирского автотранспорта, работающих на газобаллонном оборудовании с использованием сжатого природного газа. Так, например, еще в 2016 году на заводе АО «Дженерал Моторс Узбекистан» (нынешнее название AO «UZAUTO MOTORS») выпускался Chevrolet Lacetti адаптированный для использования двух видов топлива – бензина и сжатого природного газа – метана, OOO «SamAvto» - выпускает автобусы с двигателем, работающим на СПГ. Также ведутся строительные работы по созданию новых АГНКС. На заводах увеличивается объем производства автомобильных газовых баллонов и сосудов для хранения сжатого природного газа. Поэтапно сельскохозяйственная техника переводится на использование ГМТ, тем самым снижая себестоимость сельскохозяйственных товаров. Кроме того, открываются совместные предприятия с зарубежными странами по производству оборудования, запасных частей и комплектующих для стационарных (модульных) и передвижных АГНКС, а также по их сервисному обслуживанию. В регионах республики расширяются сети сервисных центров по установке и обслуживанию подкапотного оборудования.

При газификации автомобиля имеется достаточно большое количество преимуществ. Мощность двигателя прямо пропорциональна силе, с которой сжимают топливо без возникновения детонации. Антидетонационная способность топлива определяется октановым числом. Усредненное октановое число метана – 105, что является недостижимым показателем для любых видов бензина. Это позволяет использовать его в моторах с высокой степенью сжатия. Для работы ДВС необходима смесь распыленного топлива и воздуха. Эта смесь воспламеняется только при определенной концентрации топлива. В отличие от бензина, газ горит при малейших концентрациях. В случае повышения концентрации газа и обогащения смеси можно добиться увеличения мощности двигателя. Как показывает эксплуатация, при смене топлива в автомобиле с бензина на газ, автомобиль становятся более выносливым – в полтора-два раза дольше работает без авторемонта. Увеличивается срок службы свечей зажигания на 40%. При использовании ГМТ уменьшается уровень шума работающего двигателя на 2-3 dB [2]. Также газ при сгорании образует меньше золы и твердых частиц, которые изнашивают цилиндры и поршни двигателя. Переход автомобиля на газ не требует переделки двигателя. Низкая скорость горения, по сравнению с бензином, обеспечивает плавность работы двигателя и соответственно, увеличивает его ресурс. Увеличивается срок службы моторных масел в полтора-два раза. На металлических поверхностях масляная пленка держится дольше – природный газ ее не смывает. В салоне автомобиля не пахнет газом, так как любая утечка не позволит пройти испытательную лабораторию. Сейчас, помимо классических всем известных цилиндрических баллонов, применяются тороидальные баллоны. Устанавливаются они вместо запасного колеса, и не занимают внутреннее пространство багажника. Двигатель, работая на метане, становится более пожаробезопасным, поскольку плотность газа меньше, чем у воздуха. В случае возникновении утечки метан не скапливается, а уходит в верхние слои атмосферы. Кроме того, метан обладает высоким порогом воспламенения, благодаря чему он отнесен к наивысшему, 4 классу безопасности среди горючих веществ. Для сравнения, у бензина – 3 класс, у пропан-бутана – 2 класс. И наконец, газ практически не вызывает коррозию металла.

Выводы:

В результате исследования нами был сделан расчет по сокращению выбросов загрязняющих веществ, мы пришли к выводу, что используя газовое топливо, вред экологии в разы снижается. Количество автомобилей в мировом автопарке с каждым днем возрастает. Для предотвращения экологической катастрофы и экономии нефтяных ресурсов, необходимо использовать газовое топливо для автомобилей.

 

Список литературы:
1. Батталханов А.А Метан на транспорте. Проблемы, задачи и перспективы развития рынков компримированного природного газа. 2015.
2. Беляев С.В., Г.А. Давыдков. Проблемы и перспективы применения газомоторных топлив. 2010. – С.16.
3. Веселов В.Н., Веселова Ю.А., Вишнякова М.Ю. Использование природного газа способ экологизации автомобильного транспорта. 2010. – С.33.
4. Ростех создал оборудование для контроля утечек газа для газомоторного транспорта. / [Электронный ресур]. – Режим доступа: URL: https://rostec.ru/media/pressrelease/rostekh-sozdal-oborudovanie-dlya-kontrolya-utechek-gaza-dlya-gazomotornogo-transporta/ (дата посещения 16.12.2019)

 

Информация об авторах

д-р техн. наук, профессор, Инженерно-технологический институт, Узбекистан, г. Бухара

Doctor of Technical Science, Professor, Bukhara Institute of Engineering and Technology, Uzbekistan, Bukhara

студент, Казанский национальный исследовательский технологический университет, Республика Узбекистан, г. Бухара

Student of Kazan National Research Technological University, Uzbekistan, Bukhara

Журнал зарегистрирован Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор), регистрационный номер ЭЛ №ФС77-54434 от 17.06.2013
Учредитель журнала - ООО «МЦНО»
Главный редактор - Ахметов Сайранбек Махсутович.
Top