Tipi di carburante per motori a gas, loro vantaggi e svantaggi. Applicazione di gas naturale compresso

Istruzione

Sembra naturale liquefatto gas(LNG) è un liquido incolore e inodore, composto al 75-90% e dotato di proprietà molto importanti: allo stato liquido non è combustibile, né aggressivo, cosa estremamente importante durante il trasporto. Il processo di liquefazione del GNL ha un carattere, in cui ogni nuova fase significa compressione di 5-12 volte, seguita da raffreddamento e passaggio alla fase successiva. Il GNL diventa liquido al completamento dell'ultima fase di compressione.

Se il gas deve essere trasportato su distanze molto lunghe, è molto più redditizio utilizzare navi speciali: vettori di gas. Dal luogo del gas al luogo adatto più vicino sulla costa del mare, viene tirato un gasdotto e viene costruito un terminal sulla costa. Lì, il gas viene altamente compresso e raffreddato, trasformandolo in uno stato liquido e pompato in serbatoi isotermici di autocisterne (a temperature dell'ordine di -150 ° C).

Questo metodo di trasporto presenta una serie di vantaggi rispetto al trasporto in pipeline. In primo luogo, uno di questi in un volo può trasportare un'enorme quantità di gas, perché la densità di una sostanza allo stato liquido è molto più alta. In secondo luogo, i costi principali non riguardano il trasporto, ma il carico e lo scarico del prodotto. In terzo luogo, lo stoccaggio e il trasporto di gas liquefatto è molto più sicuro del gas compresso. Non vi può essere dubbio che la quota di gas naturale trasportato in forma liquefatta aumenterà costantemente rispetto alle forniture di gasdotti.

Naturale liquefatto gas richiesto in vari campi dell'attività umana - nell'industria, nei trasporti su strada, nella medicina, nell'agricoltura, nella scienza, ecc. Liquefatto gas Abbiamo vinto per la comodità del loro uso e trasporto, nonché per il rispetto dell'ambiente e il basso costo.

Istruzione

Prima di liquefare gli idrocarburi gas e deve essere prima pulito e rimosso dal vapore acqueo. carbonico gas rimosso utilizzando un sistema di filtri molecolari a tre stadi. Purificato in questo modo gas in piccole quantità viene utilizzato come rigenerante. Recuperabile gas inceneriti o utilizzati per generare energia nei generatori.

L'essiccazione avviene con l'ausilio di 3 filtri molecolari. Un filtro assorbe il vapore acqueo. Un altro si asciuga gas, che va oltre e passa attraverso il terzo filtro. Per abbassare la temperatura gas passato attraverso un refrigeratore d'acqua.

Il metodo dell'azoto prevede la produzione di idrocarburi liquefatti gas e da qualsiasi gas nuove fonti. I vantaggi di questo metodo includono la semplicità della tecnologia, il livello di sicurezza, la flessibilità, la facilità e il basso costo di esercizio. I limiti di questo metodo sono la necessità di una fonte di alimentazione e costi di capitale elevati.

Con metodo misto per la produzione di liquefatti gas e una miscela di azoto e viene utilizzato come refrigerante. ricevere gas anche da qualsiasi fonte. Questo metodo è caratterizzato da un ciclo di produzione flessibile e bassi costi di produzione variabili. Rispetto al processo di liquefazione dell'azoto, qui i costi di capitale sono più significativi. È necessaria anche una fonte di elettricità.

Fonti:

• Cos'è la liquefazione del gas?
• Gas liquefatto: ricevimento, stoccaggio e trasporto
• cos'è il gas liquefatto

Il gas naturale viene estratto dalle viscere della Terra. Questo minerale è costituito da una miscela di idrocarburi gassosi, che si forma a seguito della decomposizione della materia organica nelle rocce sedimentarie della crosta terrestre.

Quali sono gli ingredienti nel gas naturale

L'80-98% di gas naturale è costituito da (CH4). Sono le proprietà fisico-chimiche del metano che determinano le caratteristiche del gas naturale. Insieme al metano, il gas naturale contiene composti dello stesso tipo strutturale: etano (C2H6), propano (C3H8) e butano (C4H10). In alcuni casi, in piccole quantità, dallo 0,5 all'1%, il gas naturale contiene: (С5Н12), (С6Н14), eptano (С7Н16), (С8Н18) e nonano (С9Н20).

Il gas naturale comprende anche composti di idrogeno solforato (H2S), anidride carbonica (CO2), azoto (N2), elio (He), vapore acqueo. La composizione del gas naturale dipende dalle caratteristiche dei giacimenti in cui viene prodotto. Il gas naturale prodotto nei giacimenti di gas puro è costituito principalmente da metano.

Caratteristiche dei costituenti del gas naturale

Tutti i composti chimici che compongono il gas naturale hanno una serie di proprietà utili in vari settori e nella vita di tutti i giorni.

Il metano è un gas incolore, inodore e infiammabile, più leggero dell'aria. Viene utilizzato nell'industria e nella vita di tutti i giorni come combustibile. L'etano è un gas incolore, inodore e combustibile, leggermente più pesante dell'aria. Fondamentalmente, si ottiene l'etilene. Il propano è un gas velenoso, incolore e inodore. Il butano gli è vicino nelle proprietà. Il propano viene utilizzato, ad esempio, nei lavori di saldatura, nella lavorazione di rottami metallici. Accendini e bombole di gas a riempimento liquefatto e butano. Il butano è usato nella refrigerazione.

Pentano, esano, eptano, ottano e nonano -. Il pentano è presente in piccole quantità nei carburanti. L'esano è anche usato nell'estrazione di oli vegetali. Eptano, esano, ottano e nonano sono buoni solventi organici.

Il solfuro di idrogeno è un gas pesante incolore velenoso, uova marce. Questo gas, anche in piccole concentrazioni, provoca la paralisi del nervo olfattivo. Ma a causa del fatto che l'idrogeno solforato ha buone proprietà antisettiche, viene utilizzato a piccole dosi in medicina per i bagni di idrogeno solforato.

L'anidride carbonica è un gas non infiammabile, incolore e inodore con un sapore aspro. L'anidride carbonica viene utilizzata nell'industria alimentare: nella produzione di bevande gassate per saturarle con anidride carbonica, per congelare gli alimenti, per raffreddare il carico durante il trasporto, ecc.

L'azoto è un gas innocuo, incolore, inodore e insapore. Viene utilizzato nella produzione di fertilizzanti minerali, utilizzato in medicina, ecc.

L'elio è uno dei gas più leggeri. È incolore e inodore, non infiammabile, non tossico. L'elio è utilizzato in vari settori: per il raffreddamento di reattori nucleari, il riempimento di palloncini stratosferici.

COMPRESSIONE DEL GAS

COMPRESSIONE DEL GAS, la riduzione del volume di un gas ottenuta applicandogli una pressione esterna. Alcuni gas, compreso l'anidride carbonica, possono essere liquefatti per compressione a temperatura ambiente. Altri gas devono essere preraffreddati in modo da poter essere convertiti in un liquido sotto pressione. La temperatura massima alla quale un gas può essere trasformato in un liquido applicando pressione su di esso è chiamata temperatura critica.

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Libri

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• Forza dei materiali. Libro di testo, S.V. Romanenko. La pubblicazione presenta il materiale del corso base di lezioni sulla disciplina `La forza dei materiali`, letto per due semestri presso l'intitolata Russian State University of Oil and Gas (NRU). I. M. Gubkin. Considerato…

La base del gas naturale, che ha un'origine naturale (naturale), è il metano (CH4). La formazione di gas naturale è avvenuta nel processo di trasformazione organica. Il contenuto di metano nel gas naturale può variare dal 91 al 99%, tutto il resto è propano, etano, butano e azoto.Tale variazione percentuale è dovuta alla differenza nella composizione chimica del gas prodotto in diverse parti della nostra Terra . Tuttavia, il gas naturale di diversa origine produce la stessa quantità di calore quando viene bruciato, rendendo la georeferenziazione completamente irrilevante sia per te che per il tuo motore. Grazie ai sensori elettronici delle apparecchiature a gas, viene determinata automaticamente la composizione del gas, dopodiché viene regolata la proporzione della miscela di carburante, tenendo conto delle caratteristiche di questo gas.

Benefici del gas naturale

La composizione chimica del gas naturale influisce favorevolmente sulle condizioni del motore e non comporta problemi legati al funzionamento. A causa dell'assenza di additivi nella composizione del metano, che sono presenti nei gas di idrocarburi liquefatti ( GPL), i prodotti della combustione del gas naturale non contengono inclusioni nocive. Inoltre, bruciando il gas naturale, le emissioni di CO2 si riducono del 25%.

La quantità di metano nel gas naturale è come il numero di ottano della benzina, è consuetudine caratterizzare questo parametro gas naturale. Cosa significa questo per il motore? Il funzionamento del motore, così come la probabilità di un fenomeno come la detonazione, dipende da questo parametro.

Gas naturale compresso(GNL) presenta una serie di innegabili vantaggi rispetto al gas di petrolio liquefatto (GPL), tra cui la compatibilità ambientale e la sicurezza. Il metano, che, come già sapete, è il più abbondante nel gas naturale, si dissolve rapidamente nell'aria, il che praticamente elimina la possibilità di accendere il gas in caso di danneggiamento. Il modo in cui il gas naturale viene immagazzinato riduce al minimo la possibilità di una perdita incontrollata. Le bombole riparabili sono necessarie per resistere a una pressione di scoppio superiore a 600 bar e, grazie al sistema di valvole, si verifica un'alimentazione di gas controllata.

Quando funziona a GNL, il motore può dimostrare prestazioni elevate grazie all'alto numero di ottani (~130), soprattutto quando il motore è dotato di una turbina o di un sistema di ricircolo dei gas di scarico, e preferibilmente entrambi. Anche se questo ha uno svantaggio, ad esempio, un elevato consumo di gas e problemi di dissipazione del calore. Il livello di rumorosità del motore durante il funzionamento a metano è ridotto di 3 dB, quindi questo tipo di carburante è molto rilevante per il trasporto pubblico. Gas naturale compresso, tipo CSI può essere utilizzato sia a benzina che, anche se nel caso dei diesel dovrai affrontare un basso ritorno dell'investimento. Il problema è che un motore diesel dovrà essere dotato di un sistema di accensione a scintilla o di un sistema a ciclo misto, in cui il carburante diesel fungerà da accenditore.

Ci sono anche degli svantaggi di questo tipo di carburante.

1. Bassa densità di energia. A causa di questa caratteristica, il gas naturale è molto spesso utilizzato in forma compressa. Il rapporto di pressione o compressione è 20 MPa o 200 bar. In termini di densità di energia otteniamo 7 kJ/dm3, rispetto alla benzina, che ha questa cifra di 30 kJ/dm3, si può ottenere senza ulteriori operazioni di compressione. Questa caratteristica del gas naturale porta al fatto che il motore per funzionare con questo carburante deve essere ottimizzato per questo e allo stesso tempo sarà significativamente più alto. A parità di dimensioni del gas (GPL e GNL), il GPL può essere alimentato di più, quindi per compensare le basse prestazioni, chi lo desidera utilizzare il metano come combustibile alternativo, devi mettere più serbatoi di gas sulle tue auto. Questo, come capisci, porta ad un aumento del peso totale dell'auto e una diminuzione dello spazio libero nel bagagliaio. L'elevata pressione richiesta per lo stoccaggio dei serbatoi GNL pieni (solitamente cilindrici o rotondi) rende i serbatoi molto ingombranti e, nel caso delle autovetture, occupano molto spazio.

Esistono due tipi di sistemi in grado di funzionare a gas naturale: monovalente e bivalente.

• Monovalente il tipo prevede la combustione solo di GNL, che proviene da un apposito serbatoio.
• bivalente la tipologia prevede l'utilizzo simultaneo del gas insieme al combustibile principale, grazie al quale si ha un risparmio di denaro e una riduzione del consumo di benzina.

Il gas naturale è costituito principalmente da metano (almeno il 90%) con piccole impurità di etano (fino al 6%), propano (fino all'1,7%) e butano (fino all'1%).

Il gas metano è incolore e inodore, leggermente solubile in acqua, più leggero dell'aria. Si riferisce agli idrocarburi saturi, le cui molecole sono costituite solo da carbonio e idrogeno. L'alto contenuto di idrogeno garantisce una combustione più completa del carburante nei cilindri del motore rispetto alla benzina e al gas di petrolio liquefatto, quindi il metano è un carburante completo per auto con buone caratteristiche antidetonanti.

Caratteristiche del metano.

Formula molecolare - CH 4

Massa molare, kg / mol - 16.03

Densità a una temperatura di 15°C e una pressione di 0,1 MPa:

- allo stato gassoso, kg / m 3 - 0,717

– allo stato liquido, kg/l – 0,42

Numero di carbonio - 2.96

Punto di ebollizione, ° С - -161,7

Temperatura di autoaccensione (flash), ° С - 590

Potere calorifico netto:

- allo stato gassoso, kJ / m 3 - 33800

– allo stato liquido, kJ/l – 20900

Densità relativa (per via aerea) - 0,554

Attività corrosiva - nessuna

Tossicità - non tossico

Temperatura di combustione, ° С - 2030

Per riferimento . Calore di combustione.

Calore di combustione- la quantità di calore rilasciata durante la combustione completa di 1 m 3 di gas, a pressione atmosferica e ad una temperatura di 20°C.

C'è un potere calorifico sempre più alto della combustione del gas. Nella determinazione del potere calorifico lordo si tiene conto di tutto il calore ceduto durante la combustione e sottratto ai prodotti della combustione raffreddandoli alla temperatura iniziale. In pratica i vapori d'acqua formatisi non condensano e portano via parte del calore speso per riscaldare 1 kg di acqua da 0 a 100°C, che è pari a 418,6 kJ.

Durante la combustione, il calore viene consumato per far evaporare l'umidità contenuta nel combustibile e ottenuta dalla combustione dell'idrogeno. Pertanto, per caratterizzare i combustibili gassosi, in pratica, viene utilizzato il potere calorifico inferiore della combustione del gas, che è un valore standard.

Prima di essere utilizzato come carburante per motori, il gas naturale è sottoposto a una preparazione preliminare per il rispetto dei suoi parametri di prestazione del motore (rimozione delle impurità) e delle condizioni di stoccaggio su un veicolo.

Poiché il gas naturale viene liquefatto a una temperatura di -161,7°C, cosa impossibile in condizioni normali, viene immagazzinato sulle auto in bombole in uno stato compresso fino a 20 MPa (200 kg / cm2).

I gas compressi sono caratterizzati dal fatto che ad una temperatura di 20°C e ad alta pressione (20 MPa) rimangono allo stato gassoso.

Gas combustibile naturale compresso (gas naturale compresso).

In termini di parametri fisici e chimici e contenuto di impurità, il gas combustibile naturale deve essere conforme a GOST 27577-2000 "Gas combustibile naturale compresso per motori a combustione interna".

In termini di parametri fisici e chimici, il gas secondo questo GOST deve essere conforme ai requisiti e agli standard indicati nella Tabella 1.

Tabella 1.

Svantaggi e vantaggi dell'utilizzo del gas naturale compresso rispetto alla benzina.

1. Svantaggi.

1.1. Il contenuto di gas ad alta pressione richiede l'uso di bombole ad alta resistenza che hanno una massa significativa e sono realizzate con acciai di alta qualità. Il peso di una bombola della capacità di 50 litri con 10 m 3 di gas è di circa 70 kg. L'installazione di bombole di gas su un'auto comporta una diminuzione della capacità di carico dell'auto del 10-12% e anche l'autonomia dell'auto è ridotta.

Le bombole per GNL sono recipienti ad alta pressione, per le bombole in acciaio legato, il periodo di prova è impostato una volta ogni 5 anni e per l'acciaio al carbonio - una volta ogni 3 anni.

1.2. Poiché il potere calorifico della miscela gas-aria del metano è inferiore al potere calorifico della miscela benzina-aria (3,22 MJ/m3 per il metano con aria e 3,55 MJ/m3 per la benzina con aria), e per il rapporto di riempimento inferiore dei cilindri, la potenza del motore quando convertita in gas compresso si riduce del 18-20%.

1.3. Quando si utilizza il carburante a gas, è difficile avviare il motore in inverno a temperature inferiori a 15°C. Il motivo è una maggiore temperatura di accensione della miscela gas-aria e una minore velocità di propagazione della fiamma.

1.4. Per la manutenzione e la riparazione dei veicoli in mongolfiera è richiesta una maggiore qualificazione del personale di servizio. Rispetto alla manutenzione dei motori a benzina e diesel, l'intensità del lavoro di manutenzione e riparazione delle apparecchiature a gas aumenta del 13-15% e i costi del 4-6%.

1.5. Il funzionamento dei motori a gas compresso è accompagnato da un deterioramento delle caratteristiche di trazione, dinamiche e operative dei veicoli: il tempo di accelerazione aumenta del 25-30%; la velocità massima è ridotta del 5-7%.

2. Vantaggi.

2.1. Il gasolio brucia più completamente nei cilindri del motore a causa dei limiti di accensione del gas più ampi rispetto alla benzina. Se i limiti di accensione della benzina miscelata con aria sono rispettivamente del 6,0 e dell'1,5%, i limiti di accensione del gas compresso miscelato con aria sono del 15% per il limite superiore e del 5% per il limite inferiore. Ciò consente di esaurire la miscela combustibile a α=1,2-1,3 nelle modalità di funzionamento dei motori.

Di conseguenza, la tossicità dei gas di scarico è notevolmente ridotta (in termini di contenuto di ossidi di carbonio - di 2-3 volte, di contenuto di ossidi di azoto - di 1,2-2,0 volte, di contenuto di idrocarburi - di 1,1- 1,4 volte).

2.2. Il gas compresso non diluisce l'olio nel carter, non dilava l'olio dalle pareti del cilindro e non peggiora le condizioni di lubrificazione. Pertanto, l'usura delle parti dei motori a gas è inferiore a quella dei motori a benzina. Di conseguenza, la risorsa motoria dei motori aumenta di 1,3-1,5 volte. Anche la durata dell'olio è aumentata di 1,5-2 volte e il suo costo è ridotto del 25-35%.

2.3. I prezzi del metano sono inferiori alla benzina: sono disponibili risparmi sui costi del carburante nonostante la perdita di potenza del motore e il carico utile ridotto del veicolo.

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L'inizio dell'uso del gas come carburante per motori risale a più di 150 anni fa, quando il belga Etienne Lenoir creò un motore a combustione interna che funzionava con il gas di accensione. Questo tipo di carburante non ha ricevuto molta popolarità. La successiva crescita della produzione di petrolio e la riduzione del costo dei prodotti della sua lavorazione, nonché la creazione di motori più avanzati, hanno reso la benzina leader nel mercato dei carburanti. Ancora una volta, l'interesse per il carburante per motori a gas è sorto nella prima metà del 20° secolo.

In Russia, questa direzione iniziò a svilupparsi dagli anni '30, quando, a causa della carenza di petrolio in un'industria in rapido sviluppo, il governo decise di trasferire parte del trasporto al gas. Il decreto corrispondente è stato emesso nel 1936.

Fu avviata la produzione di apparecchiature, furono aperte stazioni di servizio, iniziò lo sviluppo di motori a gas e furono utilizzati entrambi i tipi di gas: compresso e idrocarburi. La Grande Guerra Patriottica ha impedito l'attuazione su vasta scala del programma. Tuttavia, l'idea non è stata abbandonata: già in tempo di pace sono state progettate e messe in produzione nuove auto con palloni a gas, il cui numero ha raggiunto i 40mila, per loro sono state costruite decine di distributori di benzina.

Quando furono scoperte le più grandi riserve di idrocarburi della Siberia occidentale e del paese

entrata nell'era dell'abbondanza di petrolio, l'attenzione al programma di creazione del trasporto di mongolfiere si è indebolita, sebbene i lavori siano continuati. Negli anni '80 iniziarono a parlare seriamente di risparmio e il gas si vendicò di nuovo. Nel 1985 furono emesse tre risoluzioni del Consiglio dei ministri sul trasferimento di massa di grandi consumatori di carburante al gas. Nei cinque anni successivi sono state costruite circa 500 stazioni di compressione di rifornimento di metano e fino a 0,5 milioni di veicoli sono stati convertiti a metano. Il lavoro è stato coordinato dal Consiglio interdipartimentale del Ministero dell'industria del gas, presieduto da Viktor Chernomyrdin.

La privatizzazione iniziata negli anni '90 ha portato alla scomparsa delle grandi flotte; una parte significativa dei trasporti comunali passò in mani private. E nonostante nel contempo si sia assistito ad un calo della produzione di petrolio (da 624 milioni di tonnellate nel 1988 a 281 milioni di tonnellate nel 1997), a causa della diminuzione del numero di consumatori, non sono mancati i prodotti petroliferi.

Di conseguenza, benzina e gasolio hanno mantenuto le loro posizioni di mercato. Una nuova ascesa nel mercato del carburante per motori a gas naturale in Russia è iniziata nel 1998, quando la domanda di miscela propano-butano è aumentata notevolmente.

Il gas come carburante per autotrazione è rappresentato da due varietà principali: il gas naturale compresso (GNC), che viene fornito a speciali stazioni di rifornimento - le stazioni di servizio del metano - attraverso i gasdotti, e il gas di petrolio liquefatto (GPL). Il primo è il metano e il secondo è una miscela di propano e butano, un prodotto della lavorazione del gas di petrolio associato (APG). Storicamente, il propano-butano è stato il primo a diffondersi. Il suo vantaggio è che si liquefa facilmente a temperature ordinarie a una pressione di sole 10-15 atmosfere. Allo stesso tempo, per il suo trasporto è sufficiente un cilindro in acciaio con uno spessore della parete di soli 4-5 mm. Il metano è più difficile. Può essere liquefatto solo a basse temperature, circa meno 160 gradi Celsius. Le tecnologie di liquefazione e di "liquefazione" appropriate non sono economiche. Il metano può anche essere compresso. Tuttavia, affinché la quantità di gas compresso sia almeno approssimativamente paragonabile in volume a una miscela di propano-butano liquefatta, deve essere compressa a 200-250 atmosfere. Pertanto, per trasportare il metano compresso sono necessarie bombole molto più robuste e pesanti. Anche gli impianti di metano hanno requisiti di sicurezza più elevati. Pertanto, l'attrezzatura a propano viene spesso installata sulle autovetture.

Il consumo di gas naturale compresso (al contrario del gas di petrolio liquefatto) non si misura in litri, ma in contatori di riempimento. Poiché il GNC è composto principalmente da metano, il suo calore di combustione di massa è di 49,4 MJ/kg, ovvero il 9% in più rispetto alla benzina e l'11% in più rispetto al carburante per aerei1. Per il consumatore, se passa dal carburante tradizionale al GPL, il costo del carburante e dei lubrificanti si riduce del 20-25%. A sua volta, il gas naturale compresso ha anche un vantaggio rispetto agli idrocarburi. L'efficienza energetica del GPL è di circa il 25% inferiore a quella del CNG - 6175 kcal/m. cubo e 8280 kcal/m2. cubo rispettivamente. Per il consumatore, ciò significa che per la stessa distanza è richiesto il 25-30% in più di gas di petrolio liquefatto, ed è anche leggermente inferiore al CNG in termini di parametri ambientali2.

Allo stesso tempo, il costo del carburante per motori a gas non supera il 50% del costo della benzina A-80. Secondo la NP "National Gas Vehicle Association"3, il prezzo più alto del carburante per motori è quello dell'idrogeno. È 9,01 euro/l. Questo è quasi nove volte più costoso del biodiesel (1,11 €/l) e della benzina (0,66 €/l). A sua volta, il costo di 1 m³ di gas, che equivale a 1 litro di benzina, è più del doppio della benzina: il costo di 1 m³ di gas di petrolio liquefatto è 0,39 euro / l, gas naturale compresso - 0,21 euro / l.

I problemi ambientali sono un fattore significativo che stimola gli stati della comunità mondiale a sviluppare il mercato GMT. Il contributo del trasporto automobilistico all'inquinamento atmosferico nelle grandi città e negli agglomerati varia dal 50 al 90% per tutti i tipi di inquinamento. Pertanto, i requisiti per ridurre la tossicità dei gas di scarico dei motori a combustione interna dei veicoli sono in costante aumento: vengono introdotte le norme Euro-4 ed Euro-5. Nel frattempo, il trasferimento delle automobili al carburante per motori a gas riduce le emissioni di anidride carbonica (il principale gas serra) del 13%, gli ossidi di azoto - del 15-20%, riduce il fumo dei gas di scarico di 8-10 volte ed elimina completamente le emissioni di composti di piombo. Secondo il Ministero dell'Energia della Russia, se prendiamo come standard la benzina di qualità Euro-4, si scopre che il CNG vince quasi tre volte nelle emissioni di ossido di azoto, 14 volte nel CH, più di 16 volte nel benzapirene e nella fuliggine 3 volte (rispetto al gasolio - 100 volte). Di conseguenza, in termini di emissioni di sostanze nocive in atmosfera, il gas naturale compresso è secondo solo all'elettricità. Nonostante il GPL sia un po' indietro in termini di parametri ambientali, consente di risolvere il problema dell'utilizzo del gas di petrolio associato, tuttora bruciato, anche se già nel gennaio 2009 una delibera “Sulle misure per stimolare la riduzione dell'inquinamento atmosferico da prodotti del gas di petrolio associato flaring” è stato firmato. impianti".

Secondo gli esperti, il futuro è del metano: il propano-butano, come il petrolio, è una materia prima troppo preziosa per essere utilizzata come carburante per auto. Anche se, ovviamente, è molto più conveniente, e finora la flotta che lo utilizza è più ampia: all'inizio del 2011, il numero di veicoli con bombole di gas funzionanti a GPL nel mondo ha superato i 15 milioni e quello a metano - 12 milioni4 . Il fatturato annuo del propano-butano è di 34 milioni di tonnellate di carburante standard e di gas compresso - circa 23 milioni di tonnellate.

Un altro vantaggio che riceve un'impresa che opera macchine a metano è un aumento del livello di sicurezza, poiché il gas naturale è meno pericoloso del propano in termini di proprietà fisiche e chimiche.

Inoltre, grazie all'uso del gas naturale come combustibile, la durata dell'olio e dello stesso motore a combustione interna è aumentata. Quando il motore funziona a gas, il film d'olio non viene lavato via dalle pareti del blocco cilindri, inoltre, sulla testata non si formano depositi di carbonio, le fasce elastiche non producono coke, a causa della quale l'usura degli elementi di si verifica il motore a combustione interna e il suo periodo di revisione aumenta da una volta e mezza a due volte. Inoltre, il funzionamento del sistema di accensione è migliorato: la durata delle candele aumenta del 40%5. Tutto ciò riduce i costi di riparazione.

Inoltre, il segmento CNG è il più resistente alla crisi dell'economia russa e il più dinamico nel medio termine. Nel 2009, a causa del rallentamento dell'attività imprenditoriale durante la crisi, il mercato russo del CNG è sceso dell'1,1%, mentre i consumi di benzina e propano-butano sono diminuiti rispettivamente del 18% e del 4%6.

Il rovescio della medaglia dell'utilizzo del gas come carburante è il possibile funzionamento irregolare del motore. Ciò è dovuto alla risonanza nel sistema di aspirazione e alla stratificazione della miscela gas-aria. Diventa anche più difficile avviare un motore a combustione interna freddo in inverno. Ciò è dovuto alla maggiore temperatura di accensione del combustibile gassoso e alla minore velocità di combustione.

Anche una certa difficoltà è il riequipaggiamento dell'auto. Il prezzo delle apparecchiature di propano-butano varia da 15 a 28 mila rubli e le apparecchiature a metano partono da 40 mila rubli. Allo stesso tempo, la massa del kit supera i 50 kg per il GPL e più di 100 kg per il metano. Sulla base di ciò si costruisce la “specializzazione” dei gas: GPL per autovetture e metano per mezzi pesanti. La parte più costosa e "pesante" è il pallone. Per ridurne la massa e aumentare la resistenza delle pareti, vengono utilizzati metalli legati o alluminio rinforzato con fibra di vetro e in un bozzolo di basalto sono installati anche cilindri in metallo composito. In alcuni rami della tecnologia vengono utilizzati vasi in plastica rinforzata, che sono molto costosi, ma sono 4-4,5 volte più leggeri di quelli in acciaio.

Pertanto, a seconda del numero di bombole con gas compresso, il peso del camion aumenta di 400-900 kg. Allo stesso tempo, la sua capacità di carico diminuisce e il consumo di carburante aumenta, tuttavia, quando si utilizzano cilindri in materiali compositi, questo inconveniente non influisce in modo così significativo sulle caratteristiche utili dell'auto.

In sintesi, i principali aspetti positivi e negativi dell'utilizzo del gas come carburante per motori includono:

Principali vantaggi:

A basso costo;

Maggiore livello di sicurezza;

Ridotte emissioni di sostanze nocive in atmosfera;

Lunga durata dell'olio;

Estendere l'usura del motore;

Ridurre il potere calorifico della miscela gas-aria.

Principali svantaggi:

Possibile verificarsi di un funzionamento irregolare del motore;

Difficoltà ad avviare un motore freddo a basse temperature;

Deterioramento delle caratteristiche dinamiche dell'auto;

Un aumento della massa della macchina e una diminuzione della sua capacità di carico;

Aumentare l'intensità del lavoro di manutenzione e riparazione del motore.

Ma lo svantaggio principale, che viene chiamato da funzionari e produttori di automobili, soprattutto in Russia, è il sottosviluppo della rete delle stazioni di servizio. In effetti, questo mercato in Russia non è ancora stato formato. Ci sono circa 22.000 stazioni di servizio ordinarie nel paese, vale a dire, le stazioni di rifornimento di metano sono 160 volte più piccole e sono distribuite in modo molto disomogeneo in tutto il paese. Il mercato mondiale del gas naturale compresso è caratterizzato da un significativo aumento dei consumi e da un avanzato sviluppo delle infrastrutture. Il consumo di gas naturale compresso nel mondo nel 2005-2009 è aumentato del 42% e il numero di stazioni di rifornimento di metano è aumentato di oltre l'85%7. A tal fine, gli stati stanno adottando una serie di misure per lo sviluppo delle reti di stazioni di rifornimento di metano.

Interventi per stimolare lo sviluppo delle reti di stazioni di rifornimento CNG

Mentre il commercio al dettaglio di GPL in Russia è sviluppato da grandi attori come Gazenergoseti, LUKOIL e TNK-BP e molte piccole aziende, il business CNG è occupato per quasi il 90% da Gazprom, che possiede più di 200 stazioni di rifornimento di metano.

La carenza in Russia di distributori di benzina e punti di servizio per le auto a mongolfiera (238 stazioni e 74 punti in tutto il paese) frena il desiderio dei proprietari di veicoli di passare a carburanti alternativi. La flotta di veicoli operanti su GMT nell'area di ​​accessibilità delle stazioni di compressione di rifornimento di gas per automobili esistenti è significativamente inferiore a quella ottimale (nella pratica mondiale, ci sono 500 unità di mezzi di trasporto per stazione di rifornimento di GNC). Inoltre, la mancanza di programmi statali che stimolino lo sviluppo del business dei motori a gas fornendo sussidi per l'acquisto di attrezzature per palloncini a gas, vari incentivi fiscali sia nel settore delle stazioni di rifornimento di metano che per i consumatori di carburanti costituisce un fattore vincolante.

Insieme a ciò, ci sono alcune difficoltà che emergono durante la costruzione di stazioni di rifornimento di gas nelle aree urbane, associate alla durata dell'assegnazione e della registrazione dei lotti di terreno per la costruzione, nonché a una serie di disposizioni delle Norme di sicurezza antincendio ( NPB III-98), direttamente correlato alle stazioni di rifornimento di metano e ai loro singoli sistemi. Nonostante le critiche all'NPB III-98 da parte delle organizzazioni interessate, sono il documento di base per i vigili del fuoco che coordinano la documentazione di progettazione per gli impianti di produzione GMT.

Quanto sopra, in sostanza, è un freno allo sviluppo della rete di riempimento del gas in Russia. Di conseguenza, la Russia, che occupò nel 1986-1990. in termini di produzione e vendita di CNG, il primo posto al mondo (oltre 1,2 miliardi di m(3) all'anno), è dietro ai paesi sviluppati e anche ad alcuni in via di sviluppo.

In Russia, i requisiti per le stazioni di rifornimento di gas non sono inclusi in un documento normativo separato. Durante la progettazione e la costruzione di strutture commerciali per motori a gas, viene preso in considerazione un numero abbastanza significativo di standard statali, codici e regolamenti edilizi, standard ambientali, standard di sicurezza antincendio e altri documenti. Ciò sottolinea la necessità di sviluppare standard per la progettazione delle stazioni di rifornimento di gas, anche nell'ambito delle stazioni multi-carburante. Le imprese di OAO Gazprom sono soggette alle Regole per il funzionamento tecnico delle stazioni di rifornimento di metano, entrate in vigore nel 2003. La qualità del metano venduto al consumatore è regolata dalla norma statale, in vigore dal 2000, che stabilisce indicatori così importanti come il potere calorifico volumetrico, il contenuto di umidità, il contenuto di zolfo e le impurità meccaniche, la pressione di riempimento. Sono in corso i lavori per allineare la norma statale alla norma ISO europea per il carburante per motori a gas, che in futuro dovrebbe garantire la libera circolazione dei veicoli a gas naturale (GNV) in tutta l'Eurasia. Attualmente, lo Standard statale per la qualità del gas naturale liquefatto è in fase di elaborazione per sostituire le Specifiche Tecniche del 1987.

I requisiti per le apparecchiature alimentate a gas sui veicoli sono chiaramente stabiliti nei pertinenti regolamenti UNECE (Commissione economica per l'Europa delle Nazioni Unite). Il regolamento tecnico "Sulla sicurezza dei veicoli a ruote" prevede il rispetto dei requisiti delle norme UNECE in Russia.

Tuttavia, nonostante i numerosi discorsi sulla redditività dell'acquisizione delle cosiddette auto verdi, che includono le auto che funzionano a gas, secondo la società di consulenza Frost & Sullivan, questo momento solo il 13% dei consumatori acquista tali auto. Tuttavia, entro il 2015, gli esperti prevedono un aumento di questa quota al 30%. Pertanto, il parco autoveicoli totale in quattro anni dovrebbe ammontare a 80 milioni, di cui il 53-55% sarà costituito da veicoli a gas8.

Secondo Frost & Sullivan.

La popolarità del gas naturale compresso e del propano-butano in base alla geografia della sua distribuzione. Ad esempio, i mercati tradizionalmente forti di India, Iran e Pakistan hanno vendite di attrezzature significative e si prevede che diventeranno i primi 31.074 paesi in termini di veicoli a metano e propano-butano. Nei paesi dell'America Latina, il metano è ancora il gas naturale compresso più diffuso. Il propano-butano detiene una posizione dominante in Russia e nell'Unione Europea.

Numero di veicoli a GPL nel 2010

Secondo gli esperti di Frost & Sullivan, questi tipi di carburanti diventeranno ancora più popolari nel prossimo futuro: le vendite di tali veicoli dovrebbero quadruplicare entro il 2015.

Vendite totali di veicoli a propano-butano e gas naturale compresso in

2009 - 2015, migliaia di unità

Secondo Frost & Sullivan

La disponibilità dell'industria russa ad attuare un progetto per aumentare il livello di consumo di gas naturale come carburante per motori è ancora oggetto di valutazione incoerente. La presenza di sistemi di trasmissione del gas e stazioni di distribuzione del gas in Russia è adiacente a un arsenale estremamente limitato di nuove apparecchiature per bombole di gas, le bombole stesse e nuove stazioni di compressione di stoccaggio del gas per automobili.

In tutto il mondo, lo sviluppo del settore NGV è assicurato dallo stato con il supporto di grandi compagnie petrolifere e del gas: vengono prodotti oltre 85 modelli di veicoli in grado di funzionare a gas naturale. Ad esempio, in Pakistan è organizzata la produzione di auto, autobus e risciò a metano. Ma in Russia la scelta è limitata:

solo i camion Kamaz e gli autobus Nefaz (una sussidiaria di Kamaz), così come LiAZ, PAZ e KAvZ (gruppo Russian Machines) sono prodotti in serie.

Secondo la National Gas Engine Association, su 40 milioni di veicoli operati in Russia nel 2010 (di cui l'80,8% sono automobili, il 16,5% sono camion, comprese le attrezzature speciali e il 2,7% sono per autobus), il volume della flotta di gas- i veicoli in mongolfiera alimentati a gas naturale compresso sono circa 100mila (di cui il 26,1% sono automobili, il 50,5% sono camion, il 23,3% sono autobus). Pertanto, camion, autobus e attrezzature speciali rappresentano quasi i tre quarti dei veicoli a gas.

La struttura del parco automezzi alimentati a metano compresso è la seguente: per autobus e autocarri delle categorie M1 e N1 (veicoli adibiti al trasporto di passeggeri e aventi, oltre al posto di guida, non più di otto posti, in quanto oltre a veicoli destinati al trasporto di merci di massa massima non superiore a 3,5 tonnellate) rappresenta il 49,5%, categorie leggere M1 - 23,3%, allestimenti speciali - 13,4%, autocarri delle categorie N2 e N3 (veicoli destinati al trasporto di merci di massa massima superiore a 3,5 tonnellate, ma non superiore a 12 tonnellate, e veicoli destinati al trasporto di merci, di massa massima superiore a 12 tonnellate) - 12,4%, autobus delle categorie M2 e M3 (veicoli adibiti a il trasporto di passeggeri, aventi, oltre al posto di guida, più di otto posti a sedere con massa massima non superiore a 5 tonnellate e veicoli adibiti al trasporto di passeggeri con più di otto posti a sedere oltre al posto di guida per sedili la cui massa massima supera le 5 tonnellate) - 1,4%, trattori - 0,05%.

Secondo la previsione ottimistica della National Gas Vehicle Association, la dinamica complessiva dello sviluppo della flotta di veicoli entro il 2020 sarà di 58,5 milioni di unità, entro il 2030 - 85,4, secondo la previsione pessimistica - nel 2020 - 38,6 milioni, entro il 2030 - 51.3. Allo stesso tempo, la previsione per il consumo di carburanti in Russia è la seguente: la quota di carburanti per motori a gas nel bilancio totale entro il 2030 sarà del 3% ciascuno per il gas naturale compresso e il gas di petrolio liquefatto. Secondo i risultati del 2010, il livello di consumo di gas naturale compresso è stato di 4 milioni di tonnellate, entro il 2020 dovrebbe raggiungere i 20 milioni di tonnellate, nel 2030 - 51 milioni di tonnellate Il livello di utilizzo del gas di petrolio liquefatto nel 2010 è stato pari a 15 milioni di .t, entro il 2020 raggiungerà i 30 milioni, nel 2030 - 67 milioni di tonnellate.

Programma di produzione per i componenti principali (secondo il compresso

gas naturale)

Secondo NP "Associazione nazionale dei veicoli a gas"

Il trasporto ferroviario è uno dei maggiori consumatori di carburante per motori. La quota di consumo di gasolio da parte delle ferrovie russe è del 9,1% del consumo totale del paese (3,2 milioni di tonnellate). Ora le ferrovie russe hanno il compito di sostituire il 30% del carburante diesel consumato dalle locomotive autonome con gas naturale entro il 20309. Per risolverlo saranno necessari più di 1 milione di tonnellate di gas naturale all'anno. Ma i vantaggi saranno tangibili. Ad esempio, gli indicatori di emissioni nocive registrati durante il collaudo e il funzionamento di locomotive a turbina a gas sviluppate in collaborazione con Gazprom VNIIGAZ si sono rivelati cinque volte inferiori ai requisiti di sicurezza dell'UE proposti entro il 2012 e il rumore esterno non ha superato gli standard sanitari della Federazione Russa.

Oggi sulle ferrovie di Mosca e Sverdlovsk ci sono due locomotive a gas da manovra TEM18G in prova. Inoltre, sull'anello sperimentale dell'Istituto di ricerca russo per il trasporto ferroviario (VNIIZhT) a Shcherbinka vicino a Mosca, sono stati effettuati test sulla locomotiva a gas ChMEZG, che hanno dimostrato che la proporzione ottimale di sostituzione del carburante diesel con gas naturale varia dal 35 al 50%, a seconda del tipo di lavoro di manovra. Allo stesso tempo, si registra una diminuzione delle emissioni di prodotti tossici della combustione di circa 1,5 - 2 volte10. È già stato preparato un programma per l'ammodernamento delle locomotive a gas, che dovrebbe aumentarne l'affidabilità e l'efficienza, nonché aumentare la quota di sostituzione del carburante diesel fino al 60%.

Nel dicembre 2006, le ferrovie russe e il complesso scientifico e tecnico di Samara prendono il nome da N.D. Kuznetsov ha firmato un accordo per la creazione congiunta di un nuovo tipo di locomotiva a gas: una locomotiva a turbina a gas. A quel tempo, gli specialisti dell'istituto avevano già sviluppato il turbomotore a gas NK-361 e l'unità di potenza della sezione di trazione. Il progetto della locomotiva a turbina a gas stessa è stato proposto dagli scienziati dell'Istituto russo di ricerca e design e tecnologia del materiale rotabile (VNIKTI) e un prototipo è stato assemblato presso l'impianto di riparazione di locomotive di Voronezh. In una delle sezioni della locomotiva è presente un serbatoio del carburante da 17 tonnellate, un rifornimento è sufficiente per 750 km di viaggio. Nel giugno 2009, le ferrovie russe hanno ricevuto un diploma dal Libro dei primati russo per lo sviluppo di questa più potente locomotiva a turbina a gas della linea principale (8.300 kW). Nel gennaio 2010, per la prima volta al mondo, ha realizzato un treno merci del peso di 15.000 tonnellate (159 vagoni). Nessuna locomotiva moderna è capace di tali record.

Una transizione simile al gas naturale come carburante per le locomotive diesel è in corso anche negli Stati Uniti, in Canada, in Germania e in Austria. In particolare è stata costruita in Austria la locomotiva principale a gas GE 3000 con una capacità di 2200 kW.

Il carburante per motori a gas penetra anche nell'aviazione. Così, un Airbus A-340-600 con motori Rolls-Royce, di proprietà di Qatar Airways (Qatar), ha effettuato un volo passeggeri sulla rotta Londra-Doha. L'aereo è stato rifornito di carburante con carburante prodotto da Shell, che consiste in cherosene per aviazione e gas liquido in un rapporto di uno a uno. Inoltre, il vice primo ministro del Qatar Abdullah bin Hamad al-Atiyah era presente al lancio della produzione pilota di gas cherosene utilizzando la tecnologia Gas to Liquids (GTL). Secondo i dati preliminari, con il passaggio al gas cherosene le compagnie aeree mondiali potranno risparmiare 4 miliardi di dollari l'anno.

È interessante notare che il primo elicottero domestico in grado di funzionare a gas (gasolet) è stato creato e testato nel 1987. Si trattava di un veicolo di produzione modificato della famiglia Mi-8 con un motore dell'impianto intitolato. V.Ya. Klimov. Questo elicottero è prodotto fino ad oggi. Inoltre, gli studi hanno dimostrato che quasi tutti i velivoli con motori a turbina a gas possono funzionare con carburante a gas (tutti gli elicotteri della famiglia Mi-8, incluso il Mi-38, e gli aerei dell'aviazione regionale - Il-114, Yak-40, Tu- 136, ecc. .P.). Ma finora c'è solo una copia del velivolo a gas - il Mi8GT - mostrato all'International Aviation and Space Salon nel 1995.

Pertanto, affinché il mercato russo possa svilupparsi, è necessario il sostegno statale per i costruttori di macchine e gli acquirenti di attrezzature. Attualmente, vari programmi statali sono già operativi in ​​tutto il mondo. Il 12 dicembre 2001 la Commissione Energia delle Nazioni Unite ha adottato una risoluzione che prevede il trasferimento del 23% del parcheggio europeo a carburanti alternativi entro il 2020, di cui il 10% (23,5 milioni di unità) - a gas naturale, l'8% (18,8 milioni ) per il biogas e il 5% (11,7 milioni) per l'idrogeno. Negli Stati Uniti vengono stanziati 15 miliardi di dollari l'anno per stimolare il settore dei motori a gas.

Di cui 2,5 miliardi - per programmi di sviluppo e dimostrazione dei risultati raggiunti; 300 milioni - al governo federale per l'acquisto di veicoli a gas per le esigenze ufficiali; 300 milioni - per sostituire gli scuolabus diesel con auto ecocompatibili alimentate a gas e altri combustibili alternativi; 300 milioni - per sovvenzioni per progetti pilota nell'ambito del programma "Clean City"; 8,4 miliardi per l'acquisto di nuovi autobus urbani e 3,2 miliardi per il risparmio energetico11.

Misure per favorire il passaggio dei veicoli al carburante per motori a gas

Se all'estero lo sviluppo del mercato del metano è facilitato dalle suddette misure di incentivi statali, in Russia non è così. L'unico provvedimento del genere era il decreto governativo n. 31 "Sulle misure urgenti per ampliare la sostituzione dei carburanti con il gas naturale" del 1993. In particolare, ha stabilito per il periodo di esercizio dei prezzi regolamentati del gas naturale il prezzo massimo di vendita del metano in misura non superiore al 50% del prezzo della benzina A-76, IVA inclusa.

Inoltre, in Europa e negli Stati Uniti, la documentazione normativa per l'uso del gas naturale è inclusa nel pacchetto delle norme nazionali. E in Russia non c'è nemmeno tutto questo. Inoltre, nella Federazione Russa, anche il supporto normativo che regola l'uso del metano come carburante per autotrazione non è stato ancora creato. Da qui gli incidenti in cui le aziende che trasportano metano compresso sono costrette a riportare la scritta “propano-butano” sulle navi metaniere per evitare contenziosi con la Polizia Stradale, i cui dipendenti sono a conoscenza delle normative per il trasporto di GPL, ma il trasporto di merci non regolamentate Il metano è percepito quasi come il trasporto di dinamite.

Alla fine del 2010, il primo ministro russo Vladimir Putin ha tenuto un incontro dedicato allo sviluppo dell'industria del gas per il periodo fino al 2030, a seguito del quale sono stati sviluppati i seguenti incentivi per il passaggio ai veicoli a gas:

L'emergere della legge federale "Sull'uso dei tipi di gas di carburante per motori";

Valutazione completa della domanda di veicoli a gas fino al 2030;

Formazione di un organismo di coordinamento nazionale;

Monitoraggio dell'attuazione della legge federale n. 261 "Sul risparmio energetico e sull'aumento dell'efficienza energetica e sugli emendamenti ad alcuni atti legislativi della Federazione Russa" e Ordini del governo della Federazione Russa del 17 novembre 2008 n. 1662-r e 1663 -R;

Predisposizione FTP "Combustibile alternativo per macchine da trasporto e agricole 2012 - 2020" e FTP "Olimpiadi bianche - carburante blu";

Ordine statale a lungo termine per l'acquisto di veicoli a bombole di gas per il settore pubblico.

1 Industria del gas, 2011, n. 3