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.
Источники информации: Лаврус В.С. Источники
энергии. К.: НиТ, 1997.
Источник: http://Источники информации: Лаврус В.С. Источники энергии. К.: НиТ, 1997. |