AGAZ Piotr Nowak


  Nasza firma rozszerzyła swoją ofertę. Motujemy instalacje BRC, Stag, Prins. Zapraszamy

 






PALIWA GAZOWE

Co to jest LPG?

   LPG to skrót od - Liquid Petroleum Gas ( Płynne Paliwo Gazowe). Chodzi o nazwę ogólną lotnych związków węglowodorów ropy naftowej. Pod ciśnieniem atmosferycznym i w temperaturze otoczenia znajduje się on w stanie gazowym. Jeżeli zostanie poddany stosunkowo niewielkiemu ciśnieniu (2 do 8 bar) gaz przekształca się w ciecz. Na skutek tego przekształcenia jego objętość zmniejsza się około 250 razy. Cecha ta pozwala na magazynowanie stosunkowo dużej ilości LPG w ograniczonej objętości, chociaż zbiorniki tak czy inaczej muszą być pojemnikami pod ciśnieniem.

   LPG składa się przede wszystkim z mieszaniny propanu i butanu. Propan jest lżejszy, ale zawartość energii na jednostkę objętości jest mniejsza niż butanu. Rysunek ciśnienia pary pokazuje, że czysty propan pod ciśnieniem atmosferycznym skrapla się w temperaturze -42° C, natomiast czysty butan przechodzi w stan ciekły przy -7° C.

   Czysty butan może więc powodować problemy zima podczas gdy zastosowanie czystego propanu powoduje wzrost zużycia (1/100 km). LPG sprzedawany jest jako mieszanka propanu i butanu, których zawartość procentowa wynika z popytu i podaży na rynku paliw. Latem stosunek mieszanki to około 40% propanu i 60% butanu natomiast zimą skład przedstawia się odwrotnie: 60/40. Stąd też zużycie paliwa w pojazdach jest większe zimą niż latem. W LPG znajduje się także niewielka ilość propylenu. Ten węglowodór stanowi w rzeczywistości negatywny element dla LPG, ale jest to nieuniknione na skutek techniki rafinacji. Jego zawartość ogólnie rzecz biorąc mieści się pomiędzy 3, a 5%. Obecność propylenu, a mówiąc ogólniej węglowodorów nienasyconych pogarsza właściwości LPG jako antydetonatora. Dlatego też dobrze jest starać się zredukować zawartość procentową propylenu do jak najmniejszej. Ze swej natury LPG ma większą moc na spalanie detonacyjne w porównaniu z benzyną. Skład 60/40 ma liczbę oktanową około 104 (RON), a LPG 40/60 około 101 (RON). Za wyjątkiem propylenu w LPG nie powinny być zawarte inne negatywne składniki. Dzięki takiej czystości LPG nie jest podatny na starzenie się i w związku z tym może być przechowywany praktycznie przez czas nieograniczony. Dla bezpieczeństwa jako środek zapobiegawczy do LPG dodaje się zawsze substancji zapachowej ponieważ gaz sam w sobie jest bezwonny i bezbarwny.

   W przypadkach nieprawidłowych mogą w nim znajdować się także inne substancje, wymienione poniżej:

  1. zanieczyszczenia mechaniczne takie jak piasek, rdza, lub cząsteczki metalowe. Zanieczyszczenia takie mogą mieć wpływ na funkcjonowanie i wytrzymałość zaworów wewnątrz reduktora.
    W celu uniknięcia powstawania cząsteczek metalicznych korzystnie jest używać obcinaka do rur zamiast piły do metalu podczas montażu przewodów. Ponadto podczas korzystania z pojazdu wlew powinien być zawsze chroniony zaślepką. Ponadto w zaworze gazu znajduje się filtr mający na celu zatrzymywanie zanieczyszczeń. Filtr ten powinien być zmieniany co 90.000 km lub co dwa lata.
  2. pentany i° węglowodory nienasycone. Formują one ciemną oleistą masę znaną jako ˇszlam/osadˇ.
  3. plastyfikatory, chodzi o dodatki chemiczne dodawane do plastiku, których zadaniem jest utrzymanie ich plastyczności. Takie substancje rozpuszczają się w LPG i mogą, jeżeli jest ich tam wysoka koncentracja. ˇskorodowaćˇ membrany reduktora. W normalnej sytuacji pochodzą one od giętkich przewodów rurowych (ze stacji dostaw) lub z rafinerii w małych ilościach.
Właściwość
Propan
Butan
Benzyna
Olej napędowy
Gęstość przy 15°C(kg/l)
0,508
0,584 0,73–0,78
0,81–0,85
Prężność pary przy 37,8°C (bar) 12,1
2,6
0,5–0,9 0,003
Temp. Wrzenia w °C -43 -0,5 30-225 150–560
RON 111 103 96-98 -
RON 97 89 85-87
-
Górna wartość opałowa (Mj/Kg) 46,1 45,46 44,03 42,4
Dolna wartość opałowa (Mj/Kg) 23,4 26,5 32,3 35,6
Stosunek stechiometryczny (Kg/Kg) 15,8 15,6
14,7 -
Ciepło spalania 3414 3446 3482 -


   Autogaz to paliwo o walorach ekologicznych. Proces spalania mieszaniny propanu - butanu powoduje tworzenie mniejszej ilości związków toksycznych w spalinach. Na podstawie badań przeprowadzonych przez Zakład Inżynierii Chemicznej i Ochrony Środowiska można stwierdzić, iż nie wydzielają się w tym procesie praktycznie żadne szkodliwe substancje, oprócz ograniczonej do 1/4 - w porównaniu z etyliną - emisji tlenku węgla. Jest to zatem paliwo ekologiczne.

 

Gaz Propan-Butan Zamknięty w Zbiorniku

   Do tej pory omówione zostały ogólne właściwości fizykochemiczne LPG. W tym numerze postaram się przybliżyć niektóre z nich aby umożliwić bliższe poznanie zjawisk, zachodzących w gazowym układzie zasilania. Mieszanina propan ˇ butan magazynowana jest w samochodzie w specjalnie do tego celu przystosowanych zbiornikach. Właściwością charakterystyczną tej mieszaniny jest to, że w zbiorniku zamkniętym (pod ciśnieniem par własnych) występuje w fazie ciekłej. Można to łatwo zaobserwować w zwykłych zapalniczkach, gdzie wyraźnie widać płyn wewnątrz zbiornika zapalniczki, którego ilość maleje wraz z wypalaniem. LPG zmagazynowany jest w zbiorniku w postaci cieczy. Jakie więc ciśnienie panuje wewnątrz zbiornika? Ciśnienie mieszaniny propan ˇ butan w zbiorniku nie zależy od jej ilości, lecz przede wszystkim od temperatury gazów. Wzrost temperatury powoduje zwiększenie energii kinetycznej cząsteczek, a zatem wzrost ciśnienia. Dzięki tej właściwości w gazowym układzie zasilania nie jest potrzebna żadna pompa (jak dla etyliny), ponieważ ciśnienie panujące w zbiorniku podczas eksploatacji samochodu wystarcza na samoczynny przepływ gazu do innych elementów tego układu. Konieczne jednak staje się zastosowanie reduktora, który pozwoli na utrzymanie stałego ciśnienia w układzie bez względu na temperaturę otoczenia. Faza ciekła LPG charakteryzuje się także bardzo dużym współczynnikiem rozszerzalności cieplnej, więc wzrost temperatury powoduje też znaczny przyrost objętości. Zależność ciśnienie i objętości od temperatury jest bardzo istotną w praktyce, a ich zrozumienie i przestrzeganie pozwoli na w pełni bezpieczną obsługę gazowego układu zasilania w samochodzie i nie tylko. Każdy zbiornik na mieszaninę propanu ˇ butanu (samochodowy, butla turystyczna, butla 11 kg w domu, cysterna itd.) może być napełniony max do 80% jego pojemności całkowitej (wodnej). Jest to warunek konieczny i podstawowy, jeżeli chodzi o bezpieczeństwo eksploatacji wszelkich instalacji.

   Przyjrzyjmy się tym właściwościom na poniższym przykładzie:

- temp. 15°C
- faza płynna – 80% objętości zbiornika
- max ciśnienie 6,5 bara
Ten sam zbiornik
- temp. 38°C
- faza płynna 86-84% objętości zbiornika
- max ciśnienie 12 barów
Ten sam zbiornik
- temp. 50°C
- faza płynna 91-86% objętości
- max ciśnienie 16,8 bara


   Jak więc można zaobserwować, zatankowanie każdego zbiornika gazem do 80% jego objętości przy temp. 15°C daje gwarancje bezpieczeństwa nawet dla wzrostu temp do 50°C.

   Zbiorniki na gaz stosowane w samochodach, mają podaną pojemność wodną na swojej tabliczce znamionowej. Na zbiorniku montowane są specjalne elementy; zawory ograniczające napełnienie do 80% pojemności lub wielozawory, w skład których wchodzi tenże element. Zatem każdy użytkownik pojazdu może osobiście sprawdzić podczas kolejnego tankowania, czy jego instalacja spełnia ten warunek (napełnienie w 80%). Inne zbiorniki na gaz płynny (np. butle stosowane w domu) też można napełniać jedynie w 80%. Nie posiadają one specjalnych zaworów ograniczających napełnienie i w tym przypadku bardzo ważne jest przestrzeganie masy podczas napełnienia, którą podaje się na każdej butli (np. 11 kg).

   Co może się stać, gdy zawór ograniczający napełnienie zadziała dopiero przy 90% niech zobrazuje poniższy przykład:

- temp. 15°C
- faza płynna – 90% objętości zbiornika
- max ciśnienie 6,5 bara
Ten sam zbiornik
- temp. 50°C
- faza płynna 100%
- sytuacja niebezpieczna


Dla innych zbiorników na mieszaninę propan ˇ butan, niż samochodowe taka sytuacja jest rzeczywiście niebezpieczna. Stąd bardzo ważne jest przestrzeganie opisanych wyżej zasad.

W przypadku zbiorników samochodowych na LPG są one wyposażone w zawór bezpieczeństwa, który po przekroczeniu ciśnienia (22-25 bar) otworzy się dla upuszczenia części gazu, aby nie doszło do rozerwania zbiornika.

 

Gaz ziemny CNG

    Od strony technicznej sprawa jest bardzo prosta. Każdy silnik benzynowy jest gotowy do zasilania gazowego. Główna zaleta tego rozwiązania polega na tym, że w wyniku spalania gazu ziemnego wytwarza się wyjątkowo mało substancji trujących (szkodliwych). Silnik zasilany tym paliwem wytwarza ułamkowe ilości tlenków azotu i tlenków węgla, prawie pomijalną ilość cząsteczek stałych (pyłów) i praktycznie zero węglowodorów - bez żadnych zmian konstrukcyjnych względem wersji benzynowej.

   Co ciekawe do spalania CNG można przystosować również silniki wysokoprężne, ale wiąże się to z przebudową głowic i komór spalania.

   Największy problem stanowi magazynowanie gazu i instalacja zasilająca. Co prawda gaz ziemny jest ogólno dostępny ale magazynowanie go pod niskim ciśnieniem nie ma sensu. Możliwe jest jednak w butlach pod ciśnieniem rzędu 200 barów. W związku z tym potrzebne są odpowiednie urządzenia do tankowania oraz atestowane instalacje wysokoćiśnieniowe występujące na pokładzie samochodu. Szacuje się, że instalacje CNG są bezpieczniejsze. Ewentalny wyciek z instalacji jest niegroźny z tego tytułu iż metan jako gaz lżejszy od powietrzarozprasza się w atmosferze.

   Co więcej, metan ma wyjątkowo wysoką temperaturę zapłonu i wybucha tylko przy ściśle określonym stężeniu w powietrzu, co odróżnia go korzystnie od innych paliw.

Kraj
Liczba pojazdów
Liczba stacji tankowania
Argentyna 600 tys. 800
Włochy 350 tys. 1000
były ZSRR 300 tys. brak danych
USA 80 tys. 2000
Niemcy 5 tys. 130
Polska 70 7

 

   W praktyce dotąd zabudowuje się przede wszystkim samochody dostawcze i ciężarowe a także autobusy. Jednakże w kilku krajach na świecie paliwo to znalazło już szersze zainteresowanie. Poniższa tabela zawiera przybliżone wartości ilości pojazdów i stacji tankowania dostępnych w tych liderach rynku CNG na świecie.