Газ – соперник бензина
Виктор Лаврус
Газ (фр. gaz, от греч. chaos – хаос), агрегатное
состояние вещества, в котором оно равномерно заполняет весь предоставленный ему
объем.
В тридцатые годы прошлого века англичанин Барнетт
получил патент на газовый двигатель, а в 1860 году француз Э. Ленуар построил
мотор, работающий на смеси воздуха и газа. Такой выбор горючего никого не
удивил – бензина еще не было.
Бензин в качестве горючего был использован спустя два
десятилетия, когда Г. Даймлер создал бензиновый двигатель внутреннего сгорания.
Бензиновый мотор заменил лошадь в первых «самодвижущихся колясках» –
автомобилях.
Повсеместный рост количества автомобилей потребовал
значительного увеличения объемов производства бензина. О газе как о возможном
моторном топливе надолго забыли. Лишь через 100 лет после Барнетта, в конце
тридцатых годов нашего столетия, возродилась мысль о его использовании. Тогда
появились первые газогенераторные автомобили. Газ вырабатывался в топке, а
оттуда подавался в двигатель.
Бензин дорожает, и сегодня его пытаются заменить. И
природным газом, и синтезированными газами и жидкостями, например – спиртом,
который гонят из самого разного сырья: от тростника до апельсиновых корок.
Все эти виды топлива менее опасны для окружающей
среды, чем бензин.
Октановое число 105?
Исследования опровергли устоявшееся мнение, что
использование газа вместо бензина – вынужденная мера. Газовое топливо сгорает
полнее, поэтому концентрация окиси углерода в выхлопе газового двигателя в
несколько раз меньше.
Автомобиль на бензине выбрасывает в атмосферу
сернистый газ, который образуется от сгорания сернистых компонентов топлива, и
тетраэтилсвинец. В природном газе серы, как правило, нет, а поэтому в выхлопах
газового двигателя нет ни сернистого газа, ни соединений свинца.
В отработанных газах бензинового двигателя из-за
неполного сгорания топлива содержится и окись углерода (СО) – токсичное для
человека вещество.
И газовые, и бензиновые автомобили выбрасывают в
атмосферу одинаковое количество углеводородов. Для здоровья человека опасны не
сами углеводороды, а продукты их окисления. Двигатель, работающий на бензине,
выбрасывает сравнительно легко окисляющиеся вещества – этил и этилен, а газовый
двигатель – метан, который из всех предельных углеводородов наиболее устойчив к
окислению. Поэтому углеводородный выброс газового автомобиля менее опасен (см.
рис. 1.5 книги «Источники энергии»).
Газ как моторное топливо не только не уступает
бензину, но и превосходит его по своим свойствам.
Двигатель внутреннего сгорания автомобиля работает по
классическому четырехтактному циклу. Газообразная смесь воздуха и топлива
всасывается в цилиндр двигателя, сжимается поршнем, воспламеняется искрой,
давит на поршень и двигает шатунный механизм, а затем выбрасывается из
цилиндра.
Чем сильнее можно сжать топливо без возникновения
детонации*, тем больше мощность двигателя. Антидетонационную способность
топлива определяют октановым числом. Чем оно выше, тем лучше топливо. Среднее
октановое число природного газа – 105 – недостижимо для любых марок бензина.
* Детонация [лат. detonare прогреметь] –
распространение пламени в веществе со скоростью, превышающей скорость звука в
данном веществе.
Двигатель внутреннего сгорания работает на смеси
воздуха и распыленного топлива. Для воспламенения смеси нужна определенная
концентрация топлива. Газ, в сравнении с бензином, горит при меньших
концентрациях, т.е. при более «бедных» смесях. В случае повышения концентрации
газа и обогащения смеси можно добиться увеличения мощности двигателя. Обедняя
смесь, наоборот, можно понизить мощность. Возникает возможность изменением
состава смеси регулировать мощность двигателя: газ как топливо значительно
«послушнее» бензина.
Эксплуатация показала, что автомобили на газе более
выносливы – в полтора-два раза дольше работают без ремонта. При сгорании газа
образуется меньше твердых частиц и золы, вызывающих повышенный износ цилиндров
и поршней двигателя. Кроме того, масляная пленка дольше держится на
металлических поверхностях – ее не смывает жидкое топливо, и, наконец, газ
практически не вызывает коррозию металла.
Несмотря на многочисленные достоинства природного
газа, закрывать заправочные станции и выбрасывать бензиновые канистры еще рано.
Метан
В переходе на газовое топливо есть свои сложности.
Так, например, плотность природного метана в тысячу раз ниже плотности бензина.
Поэтому, если заправлять автомобиль метаном при атмосферном давлении, то для
равного с бензином количества топлива понадобится бак в 1000 раз больше. Чтобы
не возить огромный прицеп с топливом, необходимо увеличить плотность газа. Это
можно достичь сжатием метана до 20...25 МПа (200...250 атмосфер). Для хранения
в таком состоянии используются специальные баллоны, которые устанавливаются на
автомобилях.
Природный газ-метан способен резко уменьшать объем (в
600 раз) при его низкотемпературном cжижении. Такой жидкий газ можно перевозить
в специальных «бензобаках» при давлении не более 6 атмосфер (давление воды в
водопроводном кране). Имеется множество технических разработок и патентов по
реализации такой технологии получения жидкого метана. Во всем мире уже
производится и потребляется много миллионов тонн охлажденного (до температуры
около –120°C) метана. Крупнейшими производителями является Индонезия, Алжир,
Ливия, США, Норвегия и т.д. Для перевозки используются танкеры-метановозы
водоизмещением до 120 000 тонн (Япония) Продуктами полного сгорания метана
являются безвредные вещества – углекислый газ и вода. Именно поэтому мы не
испытываем неудобств на наших кухнях, где иногда целый день горят газовые
(метановые) горелки.
Пропан-бутан
Пропан-бутан – синтетическое топливо. Его получают из
нефти и сконденсированных нефтяных попутных газов. Чтобы эта смесь оставалась
жидкой, ее хранят и перевозят под давлением в 1,6 МПа (16 атмосфер).
Газобаллонная аппаратура для сжиженного пропан бутана несколько проще. Процесс
заправки машин на газонаполнительных станциях несложен и очень похож на
заправку бензином.
По своим свойствам сжиженный пропан-бутан почти не
отличается от сжатого природного газа. То же высокое октановое число, те же
неплохие экологические и эксплуатационные показатели. Есть у сжиженного пропан
бутана и преимущество перед метаном – 225 литров этого горючего хватает на
пробег около 500 километров, а метана, помещающегося в восьми баллонах – на
вдвое меньший. На сжиженном газе работает вдвое меньше машин, чем на сжатом и
вот почему. Пропан бутана получают в 20...25 раз меньше, чем добывают
природного газа.
Список литературы
Для подготовки данной работы были использованы материалы
с сайта http://www.n-t.org.ru