Перспективы производства и использования сжиженного природного газа в качестве моторного топлива

Интенсивно продвигаются технологии получения и использования сжиженного природного газа (СПГ). Основным компонентом природного газа является метан, чаще всего его (объёмное) содержание составляет от 90 до 97%.

Из природного и попутного нефтяного газов сжиженные газы извлекают различными способами: низкотемпературной конденсацией, адсорбцией и ректификацией. Получаемая широкая фракция легких углеводородов состоит преимущественно из пропана и бутанов, которые потом отделяются от более легких и тяжелых углеводородов фракционированием [1].

Сжиженный природный газ получается путем охлаждения до минус 162°C. В процессе сжижения плотность газа увеличивается почти в 600 раз, что повышает удобство хранения и транспортировки. Средняя плотность СПГ составляет 440 кг/м3. В жидкой форме природный газ не имеет способность взрываться или воспламеняться, а при испарении может воспламениться только в случае контакта с источником горения и если концентрация газа в воздухе будет составлять от 5% до 15% [2].

СПГ хранится в криоцистернах, транспортируется на специализированных морских танкерах, для хозяйственного применения преобразуется в газообразное состояние на регазификационных терминалах.

В автомобилях сжиженный природный газ находится в криогенных баллонах с теплоизоляцией, которая зачастую представляет собой пенопорошковую смесь. Объем этих баллонов составляет от 70 до 300 литров. Баллон находится под давлением приблизительно 0,15 МПа. В таких условиях газ может храниться даже до 3-4 дней без утечки путём испарения. В этот период давление испарённого газа не должно превышать 0,4 МПа.

Во многом преимущества высокой энергетической плотности СПГ теряются из-за сложности криогенного оборудования, более дорогого и требующего постоянного контроля высококвалифицированного персонала.

В настоящее время все чаще используют в качестве моторного топлива пропан-бутановую смесь или сжиженные углеводородные газы (СУГ) различного происхождения (этан, пропан, бутаны и их производные - этилен, пропилен и т.д.). Газобаллонная аппаратура для сжиженного пропан-бутана несколько проще. Пропан и бутан различаются между собой температурой кипения, при которой они переходят из жидкого в газообразное состояние. Пропан перестает переходить в газ и остается в жидком состоянии при температуре минус 43°С, для бутана эта температура равна 0°С. Чтобы эта смесь оставалась жидкой, ее хранят и перевозят под давлением в 1,6 МПа [3].

Пропан-бутановая смесь обладает большим коэффициентом объемного расширения жидкой фазы, который для пропана составляет 0,003, а для бутана - 0,002 на 1°С повышения температуры газа. Для сравнения: коэффициент объемного расширения пропана в 15 раз, а бутана - в 10 раз, больше, чем у воды.

Техническими нормативами устанавливается, что степень заполнения баллонов зависит от марки газа и разности его температур во время заполнения и при последующем хранении. Для резервуаров, разность температур которых не превышает 40°С, степень заполнения 3

принимается равной 85%, при большей разности температур степень заполнения должна снижаться. Максимальная допустимая температура нагрева баллона не должна превышать 45°С, при этом упругость паров бутана достигает 0,385 МПа, а пропана – 1,4-1,5 МПа.

В качестве сырья для получения СУГ используются природный газ и газовый конденсат, нефть и нефтяные попутные газы. Технология производства сжиженного газа зависит от отраслевого производства: нефтегазопереработка и нефтехимия. В отраслях нефтепереработки СУГ является фактически дополнительным продуктом при производстве бензина. При газопереработке СУГ выступает главным продуктом для конечной реализации.

Важным достоинством газовых топлив в сравнении с нефтяными являются лучшие экологические характеристики и, прежде всего, уменьшение выбросов вредных веществ в атмосферу с отработавшими газами двигателя. В равной степени это относится к оксиду углерода СО, оксида азота NO x , суммарным углеводородам C x H y и в случае применения этилированного бензина – соединениям свинца. Применение газовых топлив с высокой детонационной стойкостью исключает необходимость использования токсичного антидетонатора, что является эффективным фактором снижения загрязнения окружающей среды. Максимальное содержание оксидов азота для газового двигателя примерно в два раза меньше, чем у бензинового, и может быть еще снижено в два-три раза за счет регулировки состава топливной смеси [4].

Современный уровень развития криогенной техники создал предпосылки для практического использования природного газа в сжиженном виде, что позволяет существенно улучшить объемно-массовые показатели системы хранения топлива.

К примеру, в Тюлячинском районе Республики Татарстан в 2014 году началось строительство комплекса по производству, хранению и 4

выдаче сжиженного природного газа. Производительность завода, который планируется запустить в 2016 году, составит 56 тыс. тонн в год (7 тонн в час), с возможным увеличением объёма выпускаемой продукции до 112 тыс. тонн в год. Ожидается, что завод в Тюлячинском районе окупится через 7-8 лет. Это соответствует принятой программе «Развитие рынка газомоторного топлива в РТ на 2013-2023 годы». В программе прописано, что на газ должны постепенно перевести общественный транспорт Татарстана, а также транспорт в сфере сельского хозяйства, ЖКХ и автомобили скорой помощи [5].