Они являются смесью различных углеводородов
метанового ряда, а также неуглеводородных компонентов — сероводорода,
гелия, азота, углекислого газа и др. СПГ получают из ПГ непосредственно
на газовых месторождениях или из попутных газов при разработке нефтяных
месторождений. ПГ состоят в основном из метана (82 ... 98 %) с
небольшими примесями этана (до 6%), пропана (до 1,5%) и бутана (дс- 1
%). ПГ по разветвленной сети газопроводов поступает к газонаполнительным
станциям (АГНКС).
По теплоте сгорания СПГ можно подразделить на высококалорийные (QH=23
... 37,7 МДж/м3), среднекалорийные (Q„=— 15... 23 МДж/м3) и
низкокалорийные (Q„=4,2 .. 15 МДж/м3). К высококалорийным газам
относятся ПГ, канализационный или биогаз очищенный от углекислого газа;
к среднекалорийным газам — коксовый газ, городской и некоторые
промышленные газы; к низкокалорийным — доменный, генераторный газы.
Средне- и низкокалорийные горючие газы в настоящее время для
автомобильного транспорта в сжатом виде не применяют. СПГ кроме горючих
составляющих содержит некоторое количество негорючих компонентов — азот,
углекислый газ, пары воды. Для выравнивания теплоты сгорания в СПГ могут
вводиться добавки пропана и бутана.
По токсикологической характеристике СПГ в соответствии с ГОСТ
12.1.005—76 относят к веществам класса 4. Предельно допустимая
концентрация ПГ на рабочих местах и в рабочих зонах не должна превышать
300 мг/м3 (в пересчете на углерод). Определение содержания углеводородов
в воздушной среде осуществляют при помощи газоанализаторов.
Таблица 1
В зависимости от источника месторождения различие в
содержании метана в ПГ может достигать 23 %. Подобные отклонения для
моторного топлива крайне нежелательны. Компонентный состав ПГ различных
месторождений представлен в табл. 1.
Из табл. 1 следует, что основной частью ПГ являются метан и группа более
сложных углеводородов (этан, пропан, бутан).
Метан газ без цвета и запаха, мало растворим в воде, легче воздуха
(относительная плотность по воздуху 0,55). Его относят к предельным
углеводородам, молекулы которых состоят только из углерода и водорода.
Высокое содержание водорода в СП Г обеспечивает более полное сгорание
топлива в цилиндрах двигателя по сравнению с СНГ и бензином.
Метан представляет собой полноценное топливо для автомобилей с хорошими
антидетонационными характеристиками и имеет достаточно высокий удельный
термодинамический потенциал. Характеристики метана приведены ниже.
Молекулярная формула....................CH4
Молярная масса, кг/моль..................16,03
Плотность при температуре 15°С и давлении 0,1 МПа:
Прочие свойства . . , , ............Цвета, запаха и вкуса не имеет
ПГ по своим свойствам пригоден для использования в
качестве топлива для автомобильных двигателей без значительной
технологической обработки. Однако, как и любое топливо, газ должен
пройти предварительную подготовку не только для хранения на автомобиле,
но и для регламентации параметров, влияющих на эксплуатационные качества
автомобиля.
СПГ должен быть стабилен не только по компонентному составу, но и по
содержанию различных примесей. Так, содержание жидкого остатка,
представляющего собой группу тяжелых углеводородов, например, пентана, в
газе, не прошедшем технологическую обработку, колеблется в широких
пределах.
Наличие инертных газов в СПГ существенно влияет на стабильность
показателей газовых двигателей. Зависимость теплоты сгорания горючей
смеси от содержания в ней инертных газов имеет линейный характер. Если в
горючей смеси содержится 1 % инертных газов при коэффициенте избытка
воздуха а=1,0, то удельная теплота сгорания ее составляет 33
МДж/м3. Увеличение содержания инертных газов до 10 % обедняет состав
горючей смеси (а=1,12), а теплота ее сгорания уменьшается на 10 %.
Заданные мощностные топливо-экономические, экологические показатели
двигателей, тягово-динамические качества автомобилей, а также их
стабильность в эксплуатации могут быть достигнуты только при условии
заправки автомобилей высококачественным газовым топливом.
Основные физико-химические свойства СПГ приведены ниже.
Одна из наиболее важных проблем при применении ПГ
на автотранспорте связана с содержанием влаги в природном газе и его
осушкой, так как содержание влаги в ПГ, перекачиваемых по магистральным
трубопроводам нашей страны, может достигать больших величин. Наличие
влаги в газовом топливе для автомобилей не должно превышать 9 мг/м3. На
АГНКС этот показатель контролируют в начале и конце каждой рабочей
смены. Наличие влаги в ПГ вызывает образование ледяных пробок в системе
питания двигателя. Опыт эксплуатации показывает, что подобные явления
наступают при содержании 15 ... 30 мг/м3 влаги. Точка росы водяных паров
составляет —30 °С.
При заправке газового баллона в начальный период происходит охлаждение
газа. Понижение температуры газа связано с дроссельным эффектом Джоуля —
Томпсона в процессе расширения газа. При снижении давления на каждые 0,1
МПа температура газа снижается на 2,5 °С. Кроме того, в результате
торможения струи газа, входящего в баллон, происходит интенсивный
теплообмен между баллоном и газом. По мере увеличения степени заполнения
баллона дроссельный эффект снижается, в результате чего повышается
теплосодержание газа в баллоне по сравнению с его теплосодержанием в
аккумуляторах АГНКС.