16+
Регистрация
РУС ENG
Расширенный поиск
http://www.eprussia.ru/epr/29/1934.htm
Газета "Энергетика и промышленность России" | № 1 (29) январь 2003 года

Сжиженный природный газ как топливо для автотранспорта России

Новые технологии Н. Г. Кириллов

В настоящее время в стране интенсифицируются работы по переводу городского транспорта на природный газ. Необходимость этих работ определяется усиливающимся дефицитом и удорожанием традиционных нефтяных топлив, а также ужесточением экологических требований к автомобильному транспорту. Так, на территории РФ с 1 января 2001 года введены нормы «Евро-2» на концентрацию вредных компонентов в отработанных газах автотранспорта. Повышение цен на нефть и нефтепродукты на мировом рынке уже сейчас привело к дефициту нефтепродуктов в стране. По оценкам отечественных специалистов, в 2005 году Россия будет испытывать дефицит нефтепродуктов в размере 4 - 5 млн. тонн в год, а к 2010 году — яот 8 до 10 млн. тонн в год.

Наиболее радикальным направлением решения указанной проблемы является использование в качестве моторного топлива природного газа. Перспективность его применения определяется уникальными физико-химическими и экологическими свойствами, большими разведанными и разработанными запасами, развитой сетью доставки по магистральным газопроводам и низкой ценой.

Природный газ в качестве моторного топлива может использоваться как в компримированном (сжатом), так и в сжиженном (криогенном) виде. Исследования РАО «Газпром» и ВНИИгаза показывают, что на автотранспорте использование сжиженного природного газа (СПГ) значительно выгоднее, чем компримированного (КПГ). Система производства, хранения и распределения СПГ имеет более приемлемые показатели.

Однако чтобы убедить автотранспортные предприятия в эффективности использования СПГ, необходимо сделать технологию его применения максимально понятной с технической точки зрения и экономически рентабельной.

В настоящее время большинство автохозяйств России занимают выжидательную позицию по отношению к вопросу применения СПГ, что связано с отсутствием инфраструктуры заправочных станций, гарантировано обеспечивающих применение однотопливных газовых двигателей, и высокой стоимостью топливной системы автомобиля, работающего на СПГ.

Поэтому только решение проблем организации снабжения сжиженным природным газом потенциальных потребителей и снижения стоимости топливных систем автомобилей позволит говорить, что СПГ действительно является для автомобильного транспорта Российской Федерации «моторным топливом ХХI века».

Проблема создания инфраструктуры производства СПГ в РФ может быть решена в кратчайшие сроки за счет применения разработанных автором технических решений по сжижению природного газа с применением криогенных газовых машин (КГМ), работающих по циклу Стирлинга. В настоящее время создан необходимый научно-технический и патентный задел, включающий в себя методологические основы расчета и технико-экономического обоснования малогабаритных заправочных станций, а также принципиальные схемы и технические решения, защищенные патентами РФ. Основными элементами такой инфраструктуры будут являться:

- автомобильные индивидуальные стационарные и подвижные заправочные станции производительностью до 80 л/ч СПГ;

- автомобильные гаражные заправочные станции производительностью от 80 до 900 л/ч СПГ;

- автомобильные городские (муниципальные) комплексы по сжижению природного газа производительностью свыше 1 т/ч СПГ, в том числе на основе существующих АГНКС и газораспределительных станций (ГРС).

При этом учитывается уникальная особенность транспортировки природного газа в России, а именно: наличие широкой сети продукционных газопроводов низкого давления (от 0,1 до 0,6 МПа) практически в каждом населенном пункте.

Освоенные отечественной промышленностью КГМ, используемые в составе воздухоразделительных установок ЗИФ-700 и ЗИФ-2002, позволяют получать от 14 до 40 л/ч СПГ, а КГМ 9000/80 может обеспечить производство СПГ, достаточное для заправки 20-25 автомобилей ЗИЛ-130 в сутки. Еще более крупные КГМ Стирлинга выпускаются зарубежными фирмами «Филипс» и «Веркспоор». Так, криогенная машина РРG-2500 при давлении поступающего природного газа 2 МПа способна сжижать до 300-400 нм3/ч, обеспечивая производство 5-6 т СПГ в сутки. При монтаже этой КГМ к ней требуется подвести только электроэнергию, охлаждающую воду и природный газ. Пусковой период длится 15 мин. и осуществляется автоматически.

Результаты эксплуатации показали, что стоимость 1 л СПГ, полученного при серийном производстве заправочных станций СПГ на основе стирлинг-технологии, не будет превышать 1,8 рубля, а окупаемость самих станций составит от 2 до 3 лет.

Предлагаемая технология позволяет создать инфраструктуру получения СПГ, учитывающую специфику общественного и промышленного транспорта крупных российских городов и основанную на принципе автономности, который определяет размещение заправочных станций непосредственно на территории автопредприятий и гаражей, а также обеспечивает низкую себестоимость СПГ и независимость от внешних поставщиков.

В состав гаражного заправочного пункта входят газопровод, шкафной регуляторный пункт, линия подачи газообразного газа, криогенные машины Стирлинга, линии слива СПГ, емкость для хранения сжиженного газа, градирня, замкнутые контуры охлаждения криогенных машин.

Другой проблемой при переводе автотранспорта на СПГ является высокая стоимость топливной системы, определяемая в основном необходимостью использования криогенных баков, традиционно выполняемых с многослойной экранно-вакуумной изоляцией. Криогенные баки являются наиболее сложными и дорогостоящими узлами топливной системы автомобиля, использующего в качестве моторного топлива СПГ.

Основное требование, предъявляемое к криогенным бакам, - возможность хранения топлива с температурой 111 К (- 1620 С) в течение, от 24 часов до 5 суток и сравнительно высоким давлением, которое может достигать при нормальной эксплуатации 0,5 МПа. При нормальной эксплуатации давление паров газа в баке не превышает допустимого, и они сбрасываются в атмосферу только в нештатных и аварийных ситуациях через аварийную дренажную систему.

Время бездренажного хранения зависит от типа изоляции, которая и определяет в основном стоимость криогенного бака. Использование вакуумной изоляции оказывает существенное влияние на стоимость переоборудования автомобиля на СПГ. Однако до настоящего времени необходимость ее применения диктовалось существующими способами заправки (вне территории потребителя) автомобилей СПГ, а соответственно, и необходимостью хранения СПГ в баке до 5 суток.

Использование заправочных станций СПГ на основе КГМ Стирлинга, расположенных на территории потенциального потребителя, позволяет ежедневно заправлять транспорт перед выходом его в рейс, а после возвращения в парк сливать остаток жидкого топлива в накопительную емкость заправочной станции. В результате отпадает необходимость в баках с вакуумной изоляцией и вместо нее можно использовать другие, более дешевые виды тепловой изоляции.

Автором разработаны новые криогенные баки, специально созданные для общественного и грузового муниципального автотранспорта, а также для легковых автомобилей.

Эти криогенные баки выполнены по типу «слоеный пирог» и представляют собой несколько слоев теплоизоляции, при этом основной слой теплоизоляции выполняется из пенополиуретана, а остальные слои представляют собой композиционный материал с низкой теплопроводностью и высокой прочностью.

При эксплуатации криогенного автомобильного бака во внутреннюю оболочку, изготовленную из алюминиевого сплава, заливается сжиженный природный газ. Для изоляции СПГ от внешних теплопритоков предусмотрен основной слой теплоизоляции, состоящий из пенополиуретана. Для дальнейшего уменьшения количества теплопритоков поверх пенополиуретанового слоя накладывается дополнительный слой теплоизоляции, изготовленный из композиционного материала, например стеклопластика или армированного стекловолокна. При эксплуатации транспортных средств прочный теплоизолирующий слой играет роль герметичной защитной оболочки, предотвращает механическое разрушение пенополиуретанового теплоизоляционного слоя и попадания в него влаги.

В криогенных баках для грузового транспорта, имеющего длительные перерывы в работе, слой усиления и защитный слой выполнены из композиционных материалов, между которыми расположен основной слой теплоизоляции, выполненный из пенополиуретана. При этом слой усиления, наложенный непосредственно на внутреннюю алюминиевую оболочку, позволяет выдерживать давление в баке от 1 до 40 МПа. Внешний слой композита, наложенный на пенополиуретан, выполняет функцию защитной оболочки всего бака. Одновременно слои играют роль дополнительной теплоизоляции.

Криогенные баки будут в 3-6 раз дешевле баков для аналогичных транспортных средств, выполненных на основе многослойной экранно-вакуумной изоляции, при этом время бездренажного хранения СПГ будет составлять от 1 до 5 суток.

Автомобильные баки с композиционными оболочками и пористой теплоизоляцией, кроме более низкой стоимости, будут отличаться также более высокой надежностью. Так, при нарушении внешней оболочки бака с экранно-вакуумной изоляцией бак будет практически сразу непригоден. Баки с пенополиуретановой изоляцией и композиционными слоями даже при повреждениях внешней защитной оболочки и основного слоя теплоизоляции будут пригодны для временной эксплуатации, а их ремонт не вызовет труда.

Таким образом, применение заправочных станций СПГ на основе КМГ Стирлинга устраняет все препятствия для перевода грузового автотранспорта на дешевый и экологически чистый вид альтернативного моторного топлива - сжиженный природный газ, а применение СПГ сделать таким же простым, как и традиционных нефтяных топлив, но более экономически выгодным.

В Европе производством автомобилей на СПГ занимаются такие фирмы, как «Mercedes-Benz», «MAN», «Messer», «BMW» и др. Так, в Германии фирмами «Mercedes-Benz» и «Messer» разработаны мусоровозы на СПГ.

Фирмой «MAN» испытан и подготовлен к серийному производству на СПГ большегрузный рефрижератор MAN-19.232, который позволяет ежедневно экономить только на производстве холода более 15 л дизельного топлива.

В США компания «Mack» в сотрудничестве с фирмой «Waste Managemtnt Inc.» в течение уже 20 лет занимается производством двигателей на СПГ для грузовых автомобилей. Седельный тягач Mack СН/LNG с двигателем Mack Eco-Tech объемом 12 л и мощностью 350 л.с. является самым чистым автомобилем на американских дорогах. Тягач отличается большим запасом хода - свыше 1000 км. В настоящее время к использованию СПГ в качестве моторного топлива присоединился и другой промышленный лидер США - «United Parcel Service».

В последние годы СПГ как моторное топливо стал применяться в Бельгии, Финляндии, Германии, Нидерландах, Норвегии, Франции, Испании, Великобритании.

Отправить на Email

Для добавления комментария, пожалуйста, авторизуйтесь на сайте

Также читайте в номере № 1 (29) январь 2003 года:

  • Как разгрузить зимой нефтепродукты из цистерн?

    Публикация конкурсного материала на страницах приложения «Новые технологии» в декабрьском номере газеты вызвала массу откликов от читателей газеты. Материал со скандальным названием «Коврик-убийца или электроплита в кармане» был настолько интересен, что читатели попросили рассказать подробнее о других изобретениях рязанского новатора. Мы созвонились с Н. Л. Егиным, и он любезно предоставил редакции материалы о своих изобретениях. Сегодн...

  • Как очистить трубопроводную арматуру

    Мы продолжаем серию публикаций о ремонте трубопроводной арматуры. Несмотря на разнообразие типов арматуры, процесс ее ремонта выполняется в одной последовательности. И первое, что необходимо сделать - очистить ее от загрязнений. Для этого предназначены разработанные ПКТБА моечные установки УМ и УММ. Обе установки погружного типа, что обусловлено необходимостью обрабатывать изделия различных типоразмеров и их сложной конфигурацией. ...

  • У владельцев малых электростанций растут аппетиты

    АО «Энергомашкорпорация» (ЭМК) запустило первую газотурбинную установку в городе Вельске (Архангельская область). Фактически это означает начало работы первого блока газотурбинной теплоэлектростанции (ГТ ТЭЦ) мощностью 9 МВт. Председатель совета директоров ОАО ГТ-ТЭЦ Энерго», отпочковавшегося в 2002 году от корпорации, Юрий Калабин считает это новым этапом в развитии российской энергетики. Сегодня в энергохозяйстве России около 5 ты...

  • Китай: Россия и Китай объединяют усилия

    Россия и Китай открыто заявили о том, что в случае проведения США военной операции в Ираке, свержения иракского правительства эти страны объединят усилия по защите своих интересов в нефтяной промышленности этой страны. Страны не подписывали соответствующего соглашения на эту тему, но устная договоренность между лидерами стран была достигнута. Россия и Китай намерены контролировать вмешательство США во внутренние дела Ирака из-за того,...

  • Япония: Японцы запасаются нефтью

    В начале декабря послы Японии в 14 странах Ближнего Востока, а также представители МИД Японии собрались на специальное совещание в Дубаи для обсуждения обстановки вокруг Ирака и мер по обеспечению безопасности граждан Японии в случае начала военной операции. В Токио мало кто сомневается, что администрация Джорджа Буша лишь ищет повод для начала боевых действий, и руководство Японии уже предпринимает определенные шаги на случай новой в...