Топливо СУГ – применение сжиженных газов

Сжиженный газ: сферы применения

Общее сокращение СУГ объединяет несколько видов сжиженных углеводородных газов, используемых в различных областях промышленности. Наибольшую известность СУГ получили в автотранспортной сфере – как альтернатива бензиновому и дизельному топливу. Для заправки авто чаще применяются смеси пропана и бутана. Также в качестве топлива используется метан – справедливости ради, его нельзя назвать сжиженным газом, поскольку это только сжатый под большим давлением, компримированный природный газ (КПГ).

Такие виды топлива заметно выгоднее, оптимально безопасны при правильном подключении системы ГБО (газобаллонного оборудования). Кроме того, после отработки сжиженные газы, а также метан, наносят минимальный ущерб экологии, в отличие от дизтоплива и бензина. Владельцев автотранспорта привлекает и отсутствие дорогостоящих технических проектов для монтажа газовой топливной системы.

Стоит учесть, что газовые пропан-бутановые смеси на АЗС стоят почти в два раза дешевле бензина, а расход СУГ только немногим выше жидких топлив с расчётом на идентичный пробег:

✔ Зимний состав – 1,25 л газовой смеси против 1 литр бензина;

✔ Летний газ – 1,19 л СУГ против 1 литра бензина.

Совокупность всех свойств и возможностей этих смесей вызывает вполне обоснованный интерес водителей к переходу на альтернативный вид топлива. Условным ограничением может стать пока ещё не такая широкая сеть автозаправок, продающих углеводородное топливо. Но владельцы топливных карт и авто с газовым оборудованием успешно пользуются информацией с АЗС-локатора – все точки со сжиженными газами и маршруты к ним по территории России можно найти буквально за секунды, а число газозаправочных станций постоянно увеличивается.

Характеристики сжиженных газов

Применение газовых смесей как топлива для авто нельзя назвать новым явлением в автомобильной сфере. Российская часть истории применения такого ресурса длится уже более 80 лет, и к настоящему времени заслужила право называться безопасной. Метан, пропан и бутан – главные игроки сегмента газового топлива, и все эти три вида объединяют общие характеристики:

✔ Отсутствие запаха – для установки на авто топливным газам намеренно придают ароматический маркер, с помощью которого можно быстро обнаружить утечку;

✔ Устойчивость к воспламенению – при равных концентрациях бутан возгорается при +429 С, пропан при +466 С, метан при +537С, в то время как бензин и дизтопливо воспламеняются уже при t +250-300;

✔ Предельно полное сгорание газов – одновременно достигается высокий топливный КПД и минимизируется объём вредных выбросов в атмосферу;

✔ Низкое образование нагара – сохранение качества поршней в цилиндрах, свечей, камеры сгорания мотора;

✔ Высокое октановое число сжиженных газов – у метана 110, у пропан-бутановой смеси 100.

Официальные стандарты качества для СУГ

Опасения водителей о взрывоопасности газового оборудования происходят чаще от некорректной, произведенной с нарушениями установки системы ГБО, отсутствия контроля состояния баллонов. Технические регламенты и условия, разъясняющие порядок и нормы переоборудования можно найти, например, в ТР ТС 018/2011, прил. №9 О специализированных транспортных средствах (работающих на сжиженных углеводородных газах), также в Правилах ЕЭК ООН №115 относительно разных классов транспортных средств.

С помощью пропан-бутанового или метанового состава достигается баланс между экономичностью, надёжностью и возможностью применения в разных климатических условиях:

✔ Бутан в сжиженном виде и метан не морозоустойчив, но невосприимчив к жаркому климату;

✔ Пропан летом реагирует на высокие температуры и может привести к повышению давления в газовом баллоне;

В смеси же пропан и бутан, на фоне индивидуальных температурнозависимых характеристик дополняют друг друга, газы в разных объемах образуют стабильную, надёжную субстанцию, которая и снабжает топливную систему автомобиля. В зависимости от сезона на АЗС продаются зимние и летние газовые смеси с разными пропорциями содержимого. Например, для зимних сортов СУГ объём бутана составляет 40%, в летних 60%.

Все требования к качеству углеводородного автомобильного топлива, подробные описания свойств метана, бутана и пропана – составных элементов смесей сжиженных топливных газов – описаны в ГОСТ (№ 27578-2018).

СУГ для автомобилей – газобалонное топливо

Если следовать точности определения, в категории СУГ нужно учитывать только пропан и бутан – именно они являются сжиженными газами. Несмотря на «метанизацию» автотранспорта и правительственные субсидии для всех, кто решит перейти с бензина и дизеля на газовое топливоснабжение категории КПГ, внимание автовладельцев к пропан-бутановым СУГ остаётся по-прежнему высоким. Споры между приверженцами метанового топлива и пропан-бутановой смеси решить невозможно, поскольку обе группы топлива имеют внушительный список достоинств, но также и ряд ограничений.

Выбор той или другой газовой схемы топливного снабжения необходимо делать с учетом вида автотранспорта, интенсивности и дальности его эксплуатации. На случай активных поездок на дальние расстояния владельцы большегрузных авто чаще ориентируются по объёму расходов на топливо, поскольку размер затрат на установку ГБО довольно быстро. И напротив, если возникает вопрос перевода легкового авто с небольшой или средней степенью использования в городе, основным параметром станет не цена затрат на установку и последующие заправки машины газом, а конструкция двигателя и топливной системы авто.

Марки сжиженных углеводородных газов

Сегодня разработаны и активно применяются в различных сферах деятельности четыре вида СУГ, и только два их вида применяются по климатическим условиям (согласно ГОСТ Р52087-2003):

✔ ПБА – пропан-бутан автомобильный (разрешен к применению при t окружающей среды не ниже минус 20С);

✔ ПА – пропан автомобильный.

Кроме автомобильной сферы применение сжиженным природным газам находится в промышленности, системах отопления, для коммунально-бытовых нужд и др. В этих областях применяются технические марки топлива: ПБТ, БТ и ПТ (пропан, бутан и пропан-бутан технические).

Что касается именно топливных систем для автомобилей, упомянутый ГОСТ подробно описывает актуальность смесей в зависимости от климатических условий и регионов.

Может ли СПГ стать альтернативой дизельному топливу? (Часть 1)

Обществу приходится признать, что коммерческому автотранспорту требуется более чистое альтернативное топливо. Конечно, все уже наслышаны про электрический привод – он очень актуален, моден, но далеко не везде востребован. Немногие регионы готовы перейти на электротягу. К тому же в мировом автопроме не сформировались альтернативные экологически чистые решения для тяжеловозов и магистральных автопоездов. Всё упирается в запредельную цену дорогущих аккумуляторов, их огромный вес, безопасное использование и длительность процесса зарядки АКБ (см. «Транзит передовых технологий»). Причём это касается и водорода (см. «Революция Николая Первого»).

Выбор без выбора

Пока поиск оптимального решения продолжается, сжиженный природный газ (СПГ), становится самым перспективным из всех доступных альтернативных видов автомобильного топлива. Природный газ обладает огромным потенциалом и у него большая плотность энергии, сопоставимая с дизелем. Октановое число газа более сотни, что недостижимо для нефтяных источников питания. Такое вредное явление, как детонация, на двигателе, работающем на газе, сведено к минимуму.

При работе на газе образуется меньше нагара в камерах сгорания, а отработавшие газы содержат гораздо меньше вредных веществ, чем жидкие виды топлива. Газ легко смешивается с воздухом и равномерно наполняет цилиндры однородной смесью. Конструкция транспортного средства и его моторно-трансмиссионное отделение изменяются не столь значительно. Экологи даже довольны: вредное воздействие ОГ в сравнении с дизелем значительно ниже, особенно в объёме СО₂.

КПГ – не панацея

Наряду с пропан-бутановыми смесями в последнее время ведутся работы с метаном. Низкая стоимость компримированного метана обусловлена его неисчерпаемыми залежами в России. Причём метан не требует больших затрат на переработку и его энергоотдача выше на 28%, чем пропан-бутановой смеси.

Метан не токсичен, не опасен для здоровья человека, не образовывает взрывоопасную концентрацию, поскольку в 2 раза легче воздуха, а температура возгорания равна 600 °С. При утечке он бесследно улетучивается.

Общеупотребимые термины и сокращения

КПГ – CNG (Compressed Natural Gas)
сжатый (компримированный) природный газ (метан): газообразные углеводороды, образующиеся в земной коре.

СПГ – LNG (Liquified Natural Gas)
сжиженный природный газ добываемый на газовых месторождениях. Получается при охлаждении природного газа до температуры –162 °C, благодаря чему его объём уменьшается в 600 раз.

СУГ – LPG (Liquified Petroleum Gas)
сжиженный попутный углеводородный газ (пропан-бутан) получаемый при добыче и переработке нефти. В жидкое состояние переводят при охлаждении до критической температуры и последующей конденсации в результате отвода теплоты парообразования.

СНГ или биогаз – SNG (Synthetic natural gas)
синтезированный нефтяной (природный, попутный) газ метан полученный из угля (CTG – coal-to-gas), нефти или биомассы (Substitute Natural Gas).

Метан в отличие от бензина не смывает масляную плёнку со стенок цилиндров, не содержит вредных примесей, негативно влияющих на детали камеры сгорания, сжигается практически полностью, не образуя нагара на поршнях, клапанах и свечах зажигания. Кроме того, он не вызывает коррозию металлов, не оставляет отложений в топливной системе, чем увеличивает срок службы двигателя в 1,5–2 раза.

КПГ послужила палочкой-выручалочкой в СНГ для целого сектора локальных перевозок (такси, автобусы, развозные грузовики), но дальнейшее продвижение на дальнемагистральных перевозках тормозится. И вот почему…

Первая проблема в хранении: дополнительные газовые сосуды съедают пространство за кабиной и на раме тягача. В баллонах, изготовленных из полимерных материалов, под высоким давлением (200–250 атм) хранится лишь незначительный объём газа и стандартный запас хода с одной заправки редко превышает 500 км. В качестве полумеры долгое время продвигалась концепция газодизельного и газобензинового транспорта и этот паллиатив до сих пор широко используется.

Холодный расчёт на СПГ

Технология сжижения природного газа предусматривает охлаждение его до очень низких температур, при которых газ переходит в жидкое состояние (LNG) и значительно уменьшается в объёме. Это означает, что автомобиль не надо оборудовать множеством газовых баллонов, ему достаточно иметь один или два криогенных топливных бака, предназначенных для хранения СПГ. Но этого объёма топлива автопоезду уже хватает для осуществления региональных и даже магистральных перевозок на значительные расстояния. То есть движение на СПГ вполне можно рассматривать, как полноценную альтернативу дизелю на маршрутах длиной в 300–1000 км с одной заправки.

Газовые СПГ-грузовики имеют два основных преимущества, и в качестве примера принято ставить в пример опыт КНР, где сейчас сконцентрирован самый большой парк автотранспорта в мире.

В Китае, где применение СПГ в коммерческих автомобилях в последнее время очень распространилось, отмечают, что литр дизеля сейчас обходится в 7,57 юаней (73,5 руб.), в то время, как один килограмм СПГ стоит всего 4,2 юаня (40,8 руб.). В пересчёте это означает, что автоперевозчики, эксплуатирующие газовые автомобили получают экономию в размере 0,45–0,7 юаня (4,3–6,8 руб.) на каждом километре пути.

Выхлопы газовых грузовиков и автобусов наносят намного меньший вред окружающей среде. Выполнение экологических норм Euro 5 у СПГ-транспорта вообще обходится без громоздкой системы нейтрализации и раствора мочевины. А количество СО₂ в выхлопе значительно ниже, чем у дизельного двигателя.

Кроме двух главных преимуществ, есть ещё и второстепенные:

• жидкое газовое топливо невозможно украсть;
• зимой не нужно беспокоиться об СПГ, оно никогда не замёрзнет.

Среди мировых лидеров по числу газобаллонных автомобилей лидируют Китай (5,3 млн автомобилей), Пакистан (3,1 млн), Индия и Иран (по 4 млн). Львиная доля (60–70%) приходится на легковой транспорт.

Чтобы понять, сколько в Китае экологически чистого коммерческого транспорта и какова его перспектива, достаточно привести свежую статистику производства. Доля газомоторной коммерческой техники в 2018 году достигла 3,27% для грузовиков и 3,22% для автобусов. Разбиение по классам, видам топлива и используемой тяги даёт богатую пищу для размышлений и о перспективе электрогрузовиков и электробусов, выпуск которых составляет 2,71% и 14%, соответственно.

Несладкие контраргументы

Аксиома: успешная реализация любой затратной модели развития упирается в его масштабируемость в бизнесе. Т.е. предпринимателям для снижения рисков важно найти как можно больше потребителей и сделать технологию доступной и популярной. Перевод автотранспорта на газ при государственной поддержке необходим, но этот вид топлива не только в КНР, но и России не так распространён. АЗС с соляркой есть везде, а заправка КПГ и СПГ остаётся явлением редким.

Поэтому, во-первых, владельцу газового ТС обязательно нужно планировать новый маршрут очень тщательно.

Во-вторых, стоимость СПГ-автомобиля значительно выше дизельного аналога: сложнее конструкция и применяются оригинальные узлы, дорогие сосуды Дюара. Учитывая экономию при эксплуатации, можно сказать, что эта надбавка отобьётся, но для этого потребуется примерно от 2 до 3 лет стабильной работы. То есть эксплуатантам, работающим на случайных халтурах, газовый двигатель окажется в тяжесть.

В-третьих, неприятным моментом может стать сезонное колебание цены на СПГ, особенно в зимний период. При наступлении морозов спрос на газ растёт, и продавцы СПГ во всех странах мира не гнушаются заработать лишнюю копейку, цент или юань. Об этом расскажу далее.

В-четвёртых, снаряжённая масса газового грузовика выше дизельного. Изменения не столь большие, но газовая аппаратура и большая ёмкость для хранения топлива, которую стараются заполнить под завязку, добавляет машине несколько сотен килограммов, которые в общем-то не стоит недооценивать, если на трассе имеется весовой контроль.

В-пятых, техническое обслуживание вызывает затруднения. Мастерских и специалистов по ремонту и обслуживанию дизельных грузовиков много. Здесь проблем нет вообще. С СПГ так не получается. Небольшие мастерские и магазины запчастей, которые можно встретить на дорогах, зачастую не в состоянии помочь водителю газовой машины. У них просто нет соответствующих знаний и опыта. И они, как правило, отказываются от обслуживания СПГ транспорта.

Чтобы склониться к приобретению грузовика с СПГ, необходимо понять, получится ли выполнить все конкретные условия?

Первое – должны быть оговорены стабильные (фиксированные) маршруты, чтобы была возможность заезда на недорогую газовую заправку. Второе – это загрузка газового транспортного средства. Годовой пробег должен превышать 120–150 тыс. км, только в этом случае экономия на топливе станет оправданной с точки зрения покупки более дорого СПГ грузовика. Третье, хозяева транспортного бизнеса должны быть предприимчивы, образованны и терпеливы. Разница между газовым автомобилем и дизельным довольна существенна, поэтому зарабатывать здесь смогут не все.

Отдельная проблема: сжиженный метан в России для автотранспорта практически не встречается, если не считать мобильных станций типа модели AF-1814-07 на шасси КАМАЗ 65201 К4140.

https://www.petrolplus.ru/article/toplivo-sug/
http://www.gruzovikpress.ru/article/24309-mojet-li-spg-stat-alternativoy-dizelnomu-toplivu-ch-1/