Файл: Итинская, Н. И. Топливо, смазочные материалы и технические жидкости учеб. пособие.pdf

Средний состав и теплота сгорания природных газов

Природный газ с каждым годом занимает все больший удельный вес в топливном балансе страны. Открываются новые месторождения в Сибири, Якутии, на Сахалине, Украине, в Туркменской и Узбекской республиках. Строят новые магистральные газопроводы, расширяются сети газопроводов, разводящих газ к мелким коммунальным потребителям. Природный газ поступает не только в круп­ ные города и промышленные центры, но и к сельскохо­ зяйственным потребителям. Меняется география газовой индустрии. Так, если в 1958 г. на долю восточных районов страны приходилось около 1,0% общей добычи газа, то в настоящее время эти районы дают примерно половину всего добываемого газа.

§ 4. Сжиженные газы

Нефтяные газы, сопутствующие добыче нефти, в основ­ ном состоят из пропано-бутановых фракций, т. е. угле­ водородов, содержащих по 3 и 4 углеродных атома. Эти

мышленности. Углеводороды, содержащие С3 и С4, имеют высокие критические температуры. При обычных усло­ виях (20°, 760 мм рт. ст.) они находятся в газообразном состоянии, но при небольшом избыточном давлении (для пропана 12—14 кгс/см2, а бутана 5 кгс/см2) или при понижении температуры превращаются в жидкость.

Сжиженные газы удобно транспортировать в специ­ альных железнодорожных или автомобильных цистернах и баллонах, которые заполняют на газонаполнительных станциях под давлением 12—16 кгс/см2.

Сжиженные газы широко применяются (в теплицах, парниках, на животноводческих фермах и т. д.), особен­ но в тех районах, где еще нет магистральных трубопрово­ дов природного газа.

Все шире они используются и как топливо грузовых автомобилей. Перевод автомобиля с жидкого топлива на газообразное дает ряд преимуществ: легче осуществляется процесс смесеобразования, двигатели работают с пони­ женными значениями коэффициента избытка воздуха. Образующаяся газовоздушная смесь более однородна по

167

составу, что обеспечивает лучшую работу и более высокую приемистость двигателя. Полностью сгорает топливо, нет конденсата, а следовательно, и разжижения масла, в ре­ зультате снижается износ цилиндро-поршневой группы двигателя и уменьшается расход топлива. Конструкция системы питания проще, чем при использовании жидких топлив.

Все сорта сжиженных газов относятся к высококало­ рийному топливу (<2НИЗ=10 700—11 200 ккал/ кг). Теплота сгорания нормальной рабочей смеси (840—850 ккал/м3) несколько выше, чем у бензина, поэтому при переводе ав­ томобиля на сжиженный газ мощность его не снижается. Высокая детонационная стойкость сжиженных газов (ок­ тановые числа не ниже 80 единиц) позволяет использо­ вать их в двигателях с более высокими степенями сжатия, что значительно улучшает динамические качества авто­ мобиля.

В соответствии с требованиями ГОСТ 10196—62 вы­ пускается три марки сжиженных газов: пропан техниче­ ский, бутан технический и смесь технических пропана и

108

бутана. Пропан лучше применять зимой, а бутан — летом. Состав газов и некоторые их свойства приведены в таб­ лице 18.

На газонаполнительных станциях газы подвергают очистке от сероводорода для уменьшения коррозийного износа емкостей и деталей двигателя, а в холодное время года — и осушке от паров воды. При заполнении емко­ стей (баллонов) их заправляют не более чем на 90% объе­ ма, чтобы над жидкостью всегда оставалось пространство для скопления испаряющихся газов. Обычно баллон имеет два вентиля — вверху и внизу, запускается холод­ ный двигатель более легкими фракциями, находящимися в газовом пространстве, после прогрева двигателя его питание переводят на жидкость, которую отбирают из нижней части баллона.

§ 5. Искусственное газообразное топливо

Искусственные газы получают при переработке твер­ дых или жидких топлив. В зависимости от вида топлива и способов его переработки можно получать разные по калорийности и составу газы. Высококалорийные газы обычно получают как сопутствующие при некоторых спо­ собах термической переработки нефти (крекинговые газы). При сухой перегонке твердых топлив образуются газы средней калорийности, а при газификации твердого топ­ лива — низкокалорийные.

Сущность процесса газификации заключается в про­ пуске воздуха через раскаленные слои топлива (воздуш­ ный генераторный газ); паров воды и воздуха (смешанный газ) или только паров воды (водяной газ).

Состав и теплота сгорания газов, получаемых при раз­ личных процессах газификации, приведены в таблице 19.

Светильный газ получают при высокотемпературном разложении твердого топлива без доступа воздуха на специальных газовых заводах. Температура процесса за­ висит от вида топлива: для торфа и древесины около 550°, для ископаемых углей, сланцев около 1000°. Особенно выгодно подвергать разложению низкокалорийные, мало­ ценные сорта твердых топлив на месте их добычи (горю­ чие сланцы, бурые угли), а получаемый газ транспор­ тировать к потребителю по газопроводам.

Теплота сгорания светильного газа около 4000— 4500 ккал/м3. В его составе 52% водорода, 25—30% мета-

169

на, 3—4% тяжелых углеводородов, 8—12% окиси угле­ рода, около 10% балласта. Светильный газ сильно ядовит, так как в нем содержится значительное количество окиси углерода. В смеси с воздухом он взрывоопасен.

По своему составу и свойствам к светильному близок коксовый газ, который получают как побочный продукт при коксовании каменного угля.

Полукоксовый газ получают в качестве побочного продукта при низкотемпературном разложении (полу­ коксовании) специальных сортов каменных углей. Этот процесс ведется с целью получения смолы полукоксова­ ния, которую перерабатывают на моторные топлива. Теп­ лота сгорания полукоксового газа 5500—6500 ккал/м3, основным горючим составляющим является метан, содер­ жание которого доходит до 40—60%, тяжелых углеводо­ родов — до 10%, водорода — 5—10%, окиси углерода — тоже до 10% (газ ядовитый). В зависимости от сырья и условий ведения процесса количество балласта может меняться от нескольких процентов до 10—15%.

Нефтяные крекинговые газы получают как побочные пР0ДУкты при перегонке нефти (нефтяной) или при хими­ ческой переработке (крекинговый). Эти газы имеют наи­ более высокую теплоту сгорания — до И 500 ккал/м3. В составе промышленных нефтяных газов содержится

много пропан-бутановых углеводородов (предельных и непредельных).

170

В своем составе могут содержать метан (СИ,), водород (Н2), окись углерода (СО), иногда этан (СгНс). Теплота, выделяемая при сгорании 1 м3 Н 2 или СО, низкая (около 3000 ккал/м3), поэтому эти составляющие невыгодно ис­ пользовать для получения сжатых газов. Наиболее часто сжатию подвергают природные газы (основной компонент СИ4) с теплотой сгорания до 8500—8700 ккал/м3.

Сжатые газы используют как топливо для газобаллон­ ных автомобилей, но широкого распространения они не имеют. Во-первых, при переводе двигателей с жидкого топлива на сжатые газы теряется 15—20% мощности, что ухудшает динамику автомобиля. Понижение мощности происходит из-за снижения коэффициента наполнения цилиндра двигателя, особенно если имеется подогрев впускного коллектора, а также меньшей теплоты сгора­ ния (« на 15%) газовоздушной смеси. Во-вторых, сни­ жается грузоподъемность автомобиля, так как для хра­ нения газа под высоким давлением требуются тяжелые (до 65—70 кг) баллоны. Обычно на автомобиле устанавливают шесть таких последовательно соединенных баллонов, емкость каждого по 10 м3 газа при нормальных усло­ виях.

В соответствии с требованием ГОСТ 6763—53 выпу­

171