Размещено на http://www.allbest.ru/

Минобрнауки России

РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина

Факультет Проектирования, сооружения и эксплуатации систем трубопроводного транспорта

Кафедра Нефтепродуктообеспечения и газоснабжения

РЕФЕРАТ

по дисциплине Газораспределительные системы

на тему Использование природного газа в качестве моторного топлива

Выполнил: студент группы УТП 19-02

Корнилов К.А.

25.02.2023

Москва, 2023



Оглавление

• Введение 2
• Использование газа как моторного топлива 3
• Компримированный (сжатый) природный газ (КПГ) 4
• Преимущества КПГ 5
• Сжиженный природный газ (СПГ) 7
• Процесс сжатия газа 8
• Оборудование СПГ-завода 9
• Транспортировка и хранение сжиженного природного газа 10
• Преимущества использования СПГ 12
• Недостатки сжиженного газа 12
• Природный газ как экологически чистый вид топлива 13
• Как заправляют метаном? 14
• Особенности применения и хранения газового топлива 15
• Мировой рынок природного газа для транспорта 20
• Цены на природный газ 21
• Заключение 22
• Литература 23


Введение

Запасы нефти и газа распределены по странам мира очень неравномерно. При этом каким-то странам досталось больше нефти, каким-то - больше газа, каким-то всего понемногу, а каким-то ни того, ни другого. Вопрос о том, насколько лет хватит запасов тех или иных ископаемых также не имеет однозначного ответа. Необходимо учитывать и собственно объем запасов разных категорий, уровень добычи, спрос и его изменение со временем, другие параметры. При сегодняшних уровнях добычи обеспеченность мира запасами углеводородов только по подтвержденным ресурсам составляет в среднем по нефти примерно 50 - 55 лет, а по природному газу до 60 лет. Нужно учитывать, что в запасы природного газа, о которых идет речь, включены только традиционные ресурсы, не включающие в себя сланцевый газ и другие источники.



Использование газа как моторного топлива

Широкая распространенность природного газа, его экологические и экономические качества позволили успешно применять его в качестве топлива в транспортном секторе. В качестве газомоторного топлива используются два энергоносителя на базе природного газа: компримированный (сжатый) природный газ (КПГ) и сжиженный природный газ (СПГ).

Газ как моторное топливо представлен двумя основными разновидностями компримированный природный газ (КПГ), который поступает на специальные заправки АГНКС по газопроводам, и сжиженный углеводородный газ (СУГ). Первый является метаном, а второй смесью пропана и бутана, продуктом переработки попутного нефтяного газа (ПНГ). Исторически первым распространение получил пропан-бутан. Его преимущество в том, что он легко сжижается при обычной температуре при давлении всего 10-15 атмосфер. При этом для его перевозки достаточно стального баллона с толщиной стенок всего 4-5 мм. С метаном сложнее. Сжижать его можно только при низких температурах, порядка минус 160 градусов по Цельсию. Соответствующие технологии сжижения и «разжижения» недешевы. Метан можно также сжимать.

В мире также широко используется топливо на основе сжиженных углеводородных газов (СУГ). СУГ представляет собой смесь пропана и бутана, а основой природного газа является метан. Поэтому для простоты СУГ часто называют «пропаном», а КПГ и СПГ - «метаном». В некоторых странах пропан ещё называют «автомобильным газом = autogas». Метан легче воздуха и при утечке быстро растворяется в воздухе. А пропан - тяжелее и стремится вниз, к земле. Он может заполнять технологические колодцы, сервисные ямы в гаражах и образовывать взрывоопасные смеси с воздухом. Достаточно одной искры, чтобы произошел взрыв.

Однако, чтобы количество сжатого газа по объему было хотя бы примерно сопоставимо со сжиженной пропан-бутановой смесью, сжаться он должен до 200-250 атмосфер. Поэтому для перевозки компримированного метана нужны гораздо более прочные и тяжелые баллоны. У метановых установок более высокие требования и к безопасности. Поэтому, чаще всего на легковые автомобили ставят пропановое оборудование.

Компримированный (сжатый) природный газ (КПГ)

Компримированный природный газ (CNG, Compressed Natural Gas) сжатый природный газ, используемый в качестве моторного топлива.

Он дешевле традиционного топлива, а вызываемый продуктами его сгорания парниковый эффект меньше по сравнению с обычными видами топлива, поэтому он безопаснее для окружающей среды.

Компримированный природный газ производят путем сжатия (компримирования) природного газа в компрессорных установках.

Хранение и транспортировка компримированного природного газа происходит в специальных накопителях газа под давлением 200--220 бар.

Сжатый природный газ как топливо имеет преимущества:

· метан легче воздуха и в случае аварийного разлива он быстро испаряется;

· не токсичен в малых концентрациях;

· не вызывает коррозии металлов;

· компримированный природный газ дешевле, чем любое нефтяное топливо, в том числе и дизельное, но по калорийности их превосходит;

· низкая температура кипения гарантирует полное испарение природного газа при самых низких температурах окружающего воздуха;

· природный газ сгорает практически полностью и не оставляет копоти, ухудшающей экологию и снижающей КПД;

· отводимые дымовые газы не имеют примесей серы и не разрушают металл дымовой трубы;

· эксплуатационные затраты на обслуживание газовых котельных также ниже, чем традиционных. Котлы, работающие на природном газе, имеют больший КПД -- до 94%, не требуют расхода топлива на предварительный его подогрев зимой. Однако в автомобилях, работающих на газе, ощущается его запах, что приводит к не всегда приятным последствиям.

Преимущества КПГ

1. Экологические

· Использование природного газа в качестве энергоресурса в промышленности и в быту имеет многочисленные преимущества перед всеми другими энергоресурсами (мазутом, углем, печным топливом и т.д.). При сгорании природного газа не образуются остатки золы и сажи, загрязняющие атмосферу. Нет выбросов угарного газа, а также, выбросы углекислого газа в два раза меньше по сравнению с углем и мазутом. Природный газ также не содержит серы, в связи с чем отсутствуют выбросы сероводорода в атмосферный воздух. По сравнению со всеми другими энергоресурсами, природный газ является экологически наиболее приемлемым энергоресурсом для окружающей среды.

· Согласно исследованиям, автотранспортные средства, использующие в качестве топлива природный газ, по сравнению с теми, использующими дизельное топливо и бензин, имеют также большие преимущества с точки зрения выбросов в атмосферный воздух. Автомобили, работающие на природном газе, имеют более низкую стоимость обслуживания и эксплуатации по сравнению с автомобилями, работающими на жидком топливе, благодаря более чистому сгоранию и более точной системе впрыска топлива.

2. Экономические

· Преимущества природного газа для промышленного использования отражаются в чистом сгорании и точном регулировании, а это невозможно достичь при использовании ископаемого топлива или мазута. Существенная экономия может быть достигнута за счет эффективного контроля сгорания. Природный газ, в качестве энергоресурса с чистым согоранием, является особенно важным фактором в пищевой и фармацевтической промышленностях. При сгорании, природный газ достигает очень высокого уровня полезного использования, от 0,8 до 0,9. Затраты на газораспределение, потери газа и обслуживание газораспределительной системы самые низкие по сравнению с другими видами топлива. Дополнительным преимуществом является возможность принятия большого количества газа по отношению к размерам хранилищных мощностей.

· В промышленности может быть достигнута существенная экономия при переходе на КПГ по сравнению с существующими энергорусурсами. 29% легкая нефть, 14% тяжелая нефть, 24% сжиженный углеводородный газ (СУГ). К примеру, завод с ежедневным потреблением около 15-16 тонн сжиженного углеводородного газа, при переходе на КПГ может на годовом уровне сэкономить около 1 миллиона евро!

3. Безопасность

· Транспортировка и поставка компримированного природного газа потребителям осуществляется исключительно дорожным транспортом, грузовыми автомобилями со специализированными полуприцепами. Строительство транспортных систем с баллонами с компримированным природным газом (ПАСХ) осуществляется в соответствии со специальными требованиями, касающимися безопасности движения, а также безопасности при перевалке и обращении с емкостями под давлением, легковоспламеняющимися и взрывоопасными средствами. Безопасность при наполнении и транспортировке КПГ регламентируется международным стандартом ADR, являющимся основой для безопасного наполнения, транспортировки и обращения с опасными веществами во всех странах ЕС и странах региона.

· Природный газ легче воздуха, поэтому при любой возможной утечке он поднимается вверх, в атмосферный воздух, и тем самым исключает риск аварийных ситуаций. Наоборот, СУГ тяжелее воздуха, и в случае утечки падает на землю.

· С точки зрения безопасности, преимущество КПГ перед дизельным топливом и бензином отражается в том, что у него более высокая температура вспышки, а это означает, что он более трудно воспламеняется.

Сжиженный природный газ (СПГ)

Сжиженный природный газ (СПГ) природный газ, искусственно сжиженный путем охлаждения до -160°C, для облегчения хранения и транспортировки.

СПГ представляет собой бесцветную жидкость без запаха, плотность которой в 2 раза меньше плотности воды.

На 75-99% состоит из метана. Температура кипения ? 158?163°C.

В жидком состоянии не горюч, не токсичен, не агрессивен.

Для использования подвергается испарению до исходного состояния.

При сгорании паров образуется диоксид углерода (углекислый газ, CO₂) и водяной пар.

В промышленности газ сжижают как для использования в качестве конечного продукта, так и с целью использования в сочетании с процессами низкотемпературного фракционирования ПНГ и природных газов, позволяющие выделять из этих газов газовый бензин, бутаны, пропан и этан, гелий.

СПГ получают из природного газа путем сжатия с последующим охлаждением.

При сжижении природный газ уменьшается в объеме примерно в 600 раз.

Основная причина сжижения природного газа - упрощение его перевозки на дальние расстояния. Если потребитель и скважина добычи газового топлива находятся на суше недалеко друг от друга, то проще и выгодней проложить между ними трубу. Но в ряде случаев магистраль строить выходит слишком дорого и проблематично из-за географических нюансов. Поэтому и прибегают к различным технологиям получения СПГ либо СУГ в жидком виде.

Процесс сжатия газа

Рисунок 1. Схема процесса сжатия

Процесс сжижения идет ступенями, на каждой из которых газ сжимается в 5-12 раз, затем охлаждается и передается на следующую ступень. Собственно сжижение происходит при охлаждении после последней стадии сжатия.

Процесс сжижения, таким образом, требует значительного расхода энергии до 25 % от ее количества, содержащегося в сжиженном газе.

Ныне применяются 2 техпроцесса:

· конденсация при постоянном давлении (компримирование), что довольно неэффективно из-за энергоемкости,

· теплообменные процессы: рефрижераторный с использованием охладителя и турбодетандерный / дросселирование с получением необходимой температуры при резком расширении газа.

В процессах сжижения газа важна эффективность теплообменного оборудования и теплоизоляционных материалов.

При теплообмене в криогенной области увеличение разности температурного перепада между потоками всего на 0,5єС может привести к дополнительному расходу мощности в интервале 2 5 кВт на сжатие каждых 100 тыс м³ газа.

Недостаток технологии дросселирования низкий коэффициент ожижения до 4%, что предполагает многократную перегонку.

Применение компрессорно-детандерной схемы позволяет повысить эффективность охлаждения газа до 14 % за счет совершения работы на лопатках турбины.

Термодинамические схемы позволяют достичь 100% эффективности сжижения природного газа:

· каскадный цикл с последовательным использованием в качестве хладагентов пропана, этилена и метана путем последовательного снижения их температуры кипения,

· цикл с двойным хладагентом смесью этана и метана,

Оборудование СПГ-завода

· установка предварительной очистки и сжижения газа,

· технологические линии производства СПГ,

· для загрузки на танкеры газовозы,

· для обеспечения завода электроэнергией и водой для охлаждения.

Существует технология, позволяющая сэкономить на сжижении до 50% энергии, с использованием энергии, теряемой на газораспределительных станциях (ГРС) при дросселировании природного газа от давления магистрального трубопровода (4-6 МПа) до давления потребителя (0,3-1,2 МПа):

· используется как собственно потенциальная энергия сжатого газа, так и естественное охлаждение газа при снижении давления.

· дополнительно экономится энергия, необходимая для подогрева газа перед подачей к потребителю.

Чистый СПГ не горит, сам по себе не воспламеняем и не взрывается.

На открытом пространстве при нормальной температуре СПГ возвращается в газообразное состояние и быстро растворяется в воздухе.

При испарении природный газ может воспламениться, если произойдет контакт с источником питания. Для воспламенения необходимо иметь концентрацию испарений в воздухе от 5% до 15%. Если концентрация до 5 %, то испарений недостаточно для начала возгорания, а если более 15 %, то в окружающей среде становится слишком мало кислорода.

Для использования СПГ подвергается регазификации испарению без присутствия воздуха.

СПГ является важным источником энергоресурсов для многих стран, в том числе Японии ,Франции, Бельгии, Испании, Южной Кореи.[3]

Транспортировка и хранение сжиженного природного газа.

Практически весь объем СПГ перевозится крупногабаритными морскими танкерами-газовозами от одного берега к другому. Транспортировка по суше ограничена необходимостью поддерживать температуру «жидкого голубого топлива» на значениях около -160 °С, иначе метан начинает переходить в газовое состояние и становится взрывоопасным.

Для перевозки СУГ используются баллоны 5-50 литров с давлением внутри до 1,5-2 МПа и более крупные емкости-цистерны, рассчитанные на 5-17 МПа.

Перед погрузкой, производится замена инертного газа на метан, так как при охлаждении, углекислый газ (CO₂), входящий в состав инертного газа замерзает при температуре -60 С° и образует белый порошок, который забивает форсунки, клапана и фильтры.

Во время продувки инертный газ замещается теплым газообразным метаном.

Это делается для того, чтобы удалить все замерзающие газы и закончить процесс осушки танков.

Подача СПГ на танкер-газовоз:

подается с берега через жидкостной манифольд, где он поступает в зачистную линию;

затем подается на испаритель СПГ и газообразный метан при температуре +20 С° поступает по паровой линии наверх грузовых танков;

когда 5 % метана определится на входе в мачту, выходящий газ направляется через компрессоры на берег или на котлы через линию сжигания газа;

операция завершена, когда содержание метана, замеренное наверху грузовой линии, превысит 80 % от объема;

грузовые танки охлаждаются после операции заполнения метаном. Для этого используют СПГ, подаваемый с берега.

Жидкость поступает через грузовой манифольд на линию распыла, и затем в грузовые танки.

Как только охлаждение танков закончено, жидкость переключается на грузовую линию для ее охлаждения.

Охлаждение танков считается законченным, когда средняя температура, за исключением 2^х верхних датчиков, каждого танка достигает 130С° или ниже.

При достижении этой температуры и наличии уровня жидкости в танке, начинается погрузка.

Пар, образующийся во время охлаждения возвращается на берег при помощи компрессоров или самотеком через паровой манифольд.

Касательно хранения, давление в емкости с СПГ близко к атмосферному. Однако, если температура жидкого метана поднимется выше -160 °С, то он начнет превращаться из жидкости в газ. В результате давление в емкости начнет повышаться, что представляет серьезную опасность. Поэтому танкеры для перевозки СПГ оборудуются установками поддержания низких температур и мощным слоем теплоизолятора.

Форма резервуаров выбирается с учетом их назначения, удобства изготовления, перевозки и эксплуатации. Существует несколько видов форм резервуаров: горизонтальные, вертикальные, конусообразные, пулевидные и т.д.

В целом на рынке именно классические наземные «бочки» являются наиболее популярным форматом хранения СПГ. Подобные хранилища можно увидеть практически повсеместно на территории множества заводов по производству СПГ во всех частях земного шара.

Преимущества использования СПГ

Сжиженный газ выделяет намного меньше вредных продуктов горения в сравнении с бензином, соляркой и твердыми видами горючего. Как следствие СПГ оказывает гораздо меньшее изнашивающее воздействие на мотор/котельное оборудования, ощутимо сокращая расходы на их эксплуатацию. газ моторное топливо сжиженный

Важным преимуществом сжиженного газа перед бензином и соляркой является лучшая защищенность от фальсификации качества. К тому же СПГ выделяет больше тепловой энергии при сгорании в сравнении с альтернативными энергоносителями в пересчете на единицу массы.

В силу высокого октанового числа сжиженный газ лучше бензина и солярки застрахован от детонации при любом режиме работы двигателя. К тому же за счет высокой степени сжатия такой энергоноситель улучшает динамические характеристики мотора.

Недостатки сжиженного газа

Одним из главных минусов использования СПГ в качестве моторного топлива является необходимость несения затрат на установку ГБО. Впрочем, переоборудование машины при высокой суточной норме пробега довольно быстро окупается. Сжиженный газ в объемном выражении расходуется примерно на 10 % быстрее бензина и солярки. Таким образом, установка ГБО может быть осложнена громоздкостью баллона с энергоносителем. Ключевым недостатком использования СПГ как котельного топлива является необходимость устройства рядом с объектом потребления подземного газгольдера, который еще и нужно регистрировать.

Природный газ как экологически чистый вид топлива

Газ является ключевым решением для улучшения качества воздуха наиболее экономически-эффективным способом

Использование природного газа является одним из ключевых и наиболее эффективных решения для борьбы с климатическими изменениями и улучшению качества воздуха. Это наиболее коммерчески-выгодное решение для транспортного сектора. Сегодня на транспорт приходится до 85% вредных выбросов в городах. Применение КПГ и СПГ являются целесообразным решением для моментального снижения выбросов парниковых газов и твердых частиц в атмосферу. Исследование, проведенное в 2017 году, оценившее влияние использования природного газа на окружающую среду на основе подхода «от скважины - к горловине топливного бака», показало, что КПГ позволяет снизить выбросы парниковых газов на 23% по сравнению с бензином и на 7% по сравнению с дизелем для пассажирских автомобилей. Для тяжелых грузовиков снижение выбросов еще более впечатляющее: на 16% по сравнению с дизелем. При учете других эмиссий, помимо парниковых газов, использование автомобиля на метане становится еще более привлекательным. Сжигание природного газа в двигателе приводит к снижению выбросов твердых частиц на 95% и оксидов азота на 70% по сравнению с дизелем и бензином даже в рамках строгого экологического стандарта ЕС «Евро 6». Выбросы при использовании природного газа лишены других вредных и канцерогенных частиц.

Также природный газ можно считать «зеленым». Это говорит о том, что природный газ относится к возобновляемым видам топлива.

КПГ и СПГ можно производить из широкого ряда возобновляемых источников энергии по различным технологиям: » Биогаз можно получать с помощью анаэробного процесса из органических отходов и биомассы; » В процессе газообразования органические отходы с высоким содержанием углерода превращаются в угарный газ, водород и двуокись углерода, из которых потом получается синтетический газ; » «Электричество в газ» это процесс, в рамках которого излишки электроэнергии, произведенной на мощностях ВИЭ, преобразуются в водород, а в дальнейшем с помощью процесса метанизации в метан. Весь «возобновляемый» газ возможно смешивать с природным газом и использовать в качестве топлива для транспорта. Таким образом, даже небольшое содержание «возобновляемого» газа в смеси позволяет усилить положительный эффект для окружающей среды. Использование «возобновляемого» газа может позволить достичь нулевых выбросов СО2 в транспортном секторе.

Как заправляют метаном?

Заправка и автомобиль - не просто дополняющие друг друга, а не существующие друг без друга элементы одной системы. Мировой опыт доказывает: заправочная станция первична. Транспорт без заправочной инфраструктуры существовать не может. Для заправки автомобилей компримированным природным газом используют следующие основные виды технологического оборудования: АГНКС, Передвижные автогазозаправщики, КриоАЗС, ПАГЗ.



Рисунок 2. Автомобильные газонаполнительные компрессорные станции (АГНКС)

Главной тенденцией современности является строительство малых (производительность составляет 50 200 нм3 /час) автоматизированных АГНКС на 1 - 2 заправочные колонки с телеметрической системой мониторинга, вообще не имеющих персонала и обслуживаемых по графику разъездными техниками. Такие станции требуют незначительного времени монтажа (менее месяца вместе с инжиниринговыми работами) и разумных вложений (250 - 300 тысяч €).

Одной из главных проблем развития сети АГНКС является дефицит земельных участков и неоправданно сложные бюрократические процедуры их оформления.

Рисунок 3 Передвижные автогазозаправщики (ПАГЗ).

Особенности применения и хранения газового топлива

Одним из важнейших свойств природного газа, который делает его привлекательным для морских энергетических технологий и позволяет создавать эффективные двигатели с низким содержанием вредных выбросов, является прежде всего экологичность. В газовом топливе отношение водород / углерод составляет 2,5-4,0, а молекулы химически стабильны и имеют простую структуру. Это обеспечивает высококачественный процесс сгорания, работу двигателя без взрыва и более высокую экологическую чистоту продуктов сгорания (чем выше отношение водорода / углерода в топливе, тем меньше COх и серы SOх. В качестве предупреждения для всей2 образуется в продуктах сгорания).

Преимущества газового топлива с точки зрения энергетических свойств по сравнению с топливом на масляной основе определяются более высоким октановым числом, удельной теплотой сгорания, стехиометрическим соотношением (количество воздуха, топлива, необходимого для полного сгорания) и более низкой теплотой сгорания стехиометрической смеси. С точки зрения удельных затрат труда, капитальных вложений и потребительской ценности, газ намного экономичнее, чем уголь и нефть. Удобство использования газа также имеет большое значение: при использовании твердого и жидкого топлива не требуется никаких устройств предварительной подготовки и подачи. Регулирование подачи газа простое, газ легко смешивается с воздухом и другими газами. [1, c. 48]

Использование газового топлива может значительно снизить количество вредных выбросов по сравнению с топливом на нефтяной основе полностью исключить выбросы серы, резко сократить (на 90%) выбросы оксида азота (NOх и серы SOх. В качестве предупреждения для всейx) и двуокиси углерода (COх и серы SOх. Одним из наиболее перспективных способов снижения расхода дизельного топлива, снижения вредных выбросов при одновременном выполнении задачи по продлению срока службы двигателя и широко распространенному использованию газа является переключение ГЭУ на газовое топливо.

Основным недостатком газового топлива по сравнению с жидким топливом является необходимость создания более сложной инфраструктуры, которая снабжает потребителей. Причиной этого является низкая плотность газов в нормальном состоянии, которая примерно в тысячу раз ниже плотности жидкого топлива. В результате двигатели, использующие газ, должны располагаться близко к месту добычи или к месту их доставки другим потребителям во время транспортировки. В эту группу также входят газовые двигатели, которые устанавливаются на судах, перевозящих природный газ в криогенном состоянии (танкер с метаном). Во время хранения и транспортировки газ частично испаряется (от 0,2 до 0,3% в день от перевозимого объема), что очень важно при грузоподъемности десятков тысяч и сотен тысяч тонн.

Энергетически и экономически целесообразно использовать это топливо на морской эноргоустановки. Одной из проблем этого является согласование количества испаряющегося газа с потребностью двигателей в топливе. По этой причине целесообразно использовать газовые дизельные двигатели в таких системах, которые допускают большие различия в соотношениях между газом и дизельным топливом от работы в дизельном режиме при пустом рейсе до подачи жидкого топлива в количестве, подходящем для газового дизеля. Процесс минимально необходим. С начала 1960-х годов все классификационные общества разрешают использовать испаряющийся газ для питания судовых бензиновых двигателей. Дурбане о взыскани двигатели для этих целей выпускают фирмы «Oxfam» и «Зеленой МАЛ», «Oxfam» и «Зеленой Пилстик», «Oxfam» и «Зеленой Зульцер», «Oxfam» и «Зеленой Мицуи» и другие крупные изготовители судовых двигателей.

Однако для небольших СЭУ предпочтительным является сжиженный газ, относительно высокая плотность которого в сочетании с умеренными значениями давления в баллонах привела к его широкому применению при транспортировке. Например, в Каспийском морском пароходстве в 1960-х годах были созданы пилотные системы доставки сжиженного газа. В настоящее время сжиженный газ широко используется в железнодорожном и автомобильном транспорте. Этому способствует диффузия сжиженных газов в качестве топлива для бытовых нужд. Разветвленная инфраструктура, созданная для этой цели, также учитывает транспортные потребности.

Однако некоторые особые свойства этих газов заставляют нас быть осторожными при использовании их на транспорте. В первую очередь, взрывоопасность даже их очень плохих смесей с воздухом высока (с содержанием газа от 2 до 2,5%). Эти газы являются токсичными, и их высокая плотность может привести к образованию и накоплению опасных смесей, особенно в случае утечки газа в ограниченных пространствах.

Несмотря на эти недостатки сжиженного природного газа, растущий интерес к нему вызывает возросшая доступность и более низкая стоимость природного газа, который в основном содержит метан. Низкая плотность воздуха в два раза и высокий коэффициент диффузии позволяют легко удалять метан из помещений даже при естественной вентиляции. Нижний предел концентрации взрыва в воздухе вдвое больше, чем у пропан-бутана. Однако критическая температура метана составляет -82 ° C. Это означает, что такой газ не может быть превращен в жидкую фазу при нормальной температуре окружающей среды, поэтому его можно хранить в сжатом виде, в баллонах высокого давления или в криогенных емкостях в сжиженном виде.

Использование природного газа в качестве топлива на речных судах позволяет решить ряд проблем, вызванных его физико-химическими свойствами. Основным компонентом природного газа является метан с плотностью 0,717 кг / м3 при нормальных условиях, что в 1200 раз ниже, чем у дизельного топлива. В то же время самая низкая удельная теплота сгорания природного газа (в среднем 48 МД урбане о взыскании ж/кг) лишь незначительно превышает теплоту сгорания дизельного топлива (42,7 МД урбане о взыскании ж / кг), и это решает еще одну проблему рациональное распределение необходимых запасов газового топлива на судах. [2, c. 205]

Увеличение массы подачи топлива, необходимой для обеспечения определенного пробега, увеличивает время между заправками, но снижает грузоподъемность и тем самым увеличивает расход топлива на единицу производительности транспортного средства. Этот показатель наиболее заметен. Задача решается в двух направлениях: уменьшение массы баллона и разработка систем хранения сжиженного газа в криогенных контейнерах.

Прежде всего, есть определенные успехи с использованием легких материалов. Именно поэтому компания Diehl разработала многослойную конструкцию, которая включает в себя внутреннюю алюминиевую втулку и чередующиеся слои кольцевых и спиральных пластиковых обмоток. На этой технологической основе было создано семейство баллонов емкостью от 4 до 150 литров для рабочего давления 200 или 300 бар. Отношение массы цилиндра к его кубической емкости составляет примерно 0,6 кг / л. В конструкции фирмы Mannesm» и «Зеленой внутренняя часть контейнера выполнена из высоколегированной стали, а внешняя из армирующей обмотки из волокнистого материала, удельная прочность которого в десять раз выше, чем у стали. Рабочее давление здесь также составляет 200 или 300 бар, объем составляет от 60 до 165 л, а масса составляет от 46 до 110 кг, т.е. удельная величина также составляет от 0,6 до 0,8 кг / л. Фирма Brunswick предлагает полную пластиковую версию из трех слоев материала с различными свойствами. По словам производителя, масса таких баллонов с одинаковыми значениями объема и давления хранимого газа в 1,5 раза меньше, чем у контейнеров из армированного алюминия, в два раза по сравнению с армированной сталью и почти в 4 раза по сравнению с цельностальными конструкциями.

Проблемы безопасного хранения сжиженного природного газа в криогенных резервуарах на судах различного назначения и использования природного газа на морских энергоустановках решаются, в частности, в Норвегии. Несмотря на очевидную выгоду в снижении токсичности паров энергоустановок и выгоды от их потребления природного газа, использование газа в водном транспорте не является широко распространенным. Основная причина нерешенные проблемы безопасного хранения сжиженного природного газа и безопасного использования природного газа на энергоустановках.

Мировой рынок природного газа для транспорта

Спрос на природный газ для транспорта продолжает неуклонно расти. Наряду с традиционными потребителями - автомобилями различных классов и назначений - природный газ становится привлекательным топливом для железнодорожного и водного транспорта. Все больше таких проектов появляется в мире. Недалек тот день, когда возобновятся работы по переводу на метан авиации. По данным Агентства NGV Communications Group, к концу 2017 года главные индикаторы мирового природного газа для автомобильного транспорта составили: » парк метановых автомобилей - 26 миллиона единиц (мировой парк автомобилей на КПГ и СПГ за 10 лет вырос в 6 раз); » АГНКС - более 31 тысячи; » спрос на КПГ/СПГ 35 миллиарда кубических метров, по оценкам - как минимум 40,4 миллиарда кубических метров. Далеко не все страны предоставляют данные о внутреннем рынке. В том числе такие крупные потребители как Китай, Пакистан, Таиланд, Узбекистан. В Европе на метане работают 1,8 миллиона машин; построены более 4 000 АГНКС; учтенное потребление природного газа автотранспортом в 2017 году составило 5,6 миллиарда кубических метров. Вопрос развития заправочной сети для природного газа весьма актуален практически для всех регионов мира. В Европе, например, сквозной проезд газового автотранспорта только на метане без перехода на бензин пока не возможен. Однако необходимость создания газозаправочной инфраструктуры осознали на уровне Евросоюза и 1 октября 2014 года приняли решение, обязывающее правительства стран-участниц разработать конкретные программы строительства вдоль трансъевропейских транспортных магистралей (TEN-T) АГНКС с шагом 150 километров, а криоАЗС с шагом 400 километров. При этом Еврокомиссия готова участвовать в софинансировании строительства. Если принять за среднегодовой темп прироста спроса на метан 16,5% (на горизонте 10 лет), то глобальный годовой объем потребления транспортом может достичь в 2020 году 75 миллиардов кубических метров. И это без учета объемов газа для бункеровки судов водного транспорта.

В настоящее время природный газ для автомобилей используют в 85 странах мира. Количество АГНКС и КриоАЗС достигает 31 тыс, а парк автомобилей составляет 26 млн автомобилей.

Цены на природный газ

Естественными конкурентами природного газа являются в первую очередь бензин и дизельное топливо. Экономической основой газификации транспорта является разница цен на нефтяное и газовое топливо. Чем больше эта разница, тем более привлекательным становится природный газ, тем сильнее его конкурентное преимущество.

За последние 10 лет средние розничные цены на бензин с октановым числом 95 (RON95) колебались в диапазоне US$ 1,20 US$ 2,06 за литр, на дизельное топливо в диапазоне US$ 0,99 US$ 1,91 за литр.

КПГ на европейских АГНКС стоил на US$ 0,48 US$ 0,96 дешевле бензина марки 95 и на US$ 0,36 US$ 0,84 дешевле дизельного топлива. Цена КПГ составляла 39% 53% от цены бензина и 32% 48% от цены дизельного топлива. Цена метана в Узбекистане: 2800 сум; Стоимость АИ-80: 6000 сум; АИ-92: 10000 сум; АИ-95: 11600 сум;[4]



Заключение

В 2017 году средняя годовая цена КПГ в Европе была на 47% дешевле бензина марки 95 и на 43% дешевле дизельного топлива.

На фоне значительного падения цен на нефть в 2014 году появились заявления о якобы имеющемся снижении интереса к природному газу. Динамика цен на моторное топливо в начале XXI века по-прежнему характеризуется сменой периодов подъема и спада. При этом результирующая тенденция имеет восходящий характер. Другими словами, цены на топливо в целом продолжают расти, несмотря на непродолжительные периоды снижения.

По мнению некоторых американских экспертов, природный газ может быть привлекательным при цене барреля нефти не менее US$ 60; ниже этого уровня владельцам автотранспорта природный газ якобы не интересен. Тем не менее, история развития газомоторного рынка на протяжении последних двух десятилетий свидетельствует об устойчивом росте парка газовых машин и спроса на КПГ и СПГ, что объясняется достаточно просто: стремлением сократить затраты на топливо. По данным германской газомоторной ассоциации Erdgas Mobil, потратив на топливо 10 Евро, водитель автомобиля Opel Zafira Tourer проедет на КПГ в два раза большее расстояние, чем на бензине. Меньшая по сравнению с нефтяным топливом цена природного газа объясняется тем, что технологическая цепочка от скважины до заправочного пистолета намного короче. Кроме того, страны-импортеры платят за газ в среднем половину того, что они платят за бензин и дизельное топливо.



Литература

1. Пронин Е.Н. Использование сжиженного природного газа на водном транспорте / Е. Н. Пронин. СПб., 2016. - с. 48

2. Хорошев В.Г., Попов Л.Н., Гатин Р.И. Перспективы использования альтернативных видов топлива в судовых энергетических установках. Труды Крыловского государственного научного центра, (4 (390)), 2019. - с. 200-208

3. Сафин, А. Х. Современные и перспективные технологии сжижения природного газа. Отчет-справочник. Второй выпуск. - Текст: непосредственный - Санкт-Петербург: ООО «Прима-химмаш». - 2012. - 320 с.

4. Цены на бензин в Узбекистане. - URL: https://www.autostrada.uz/benzin/ (дата обращения: 25.02.2023

Размещено на Allbest.ru

...