Газ чи бензин? Пропан-бутан і метан. Детонація та октанове число бензину, газу

Газ (фр. gaz, від грец. chaos – хаос), агрегатний стан речовини, у якому вона рівномірно заповнює весь наданий їй об’єм.

У тридцятих роках минулого століття англієць Барнетт отримав патент на газовий двигун, а в 1860 році француз Е. Ленуар побудував мотор, що працював на суміші повітря та газу. Такий вибір пального нікого не здивував – бензину ще не було.
Бензин як пальне було використано через два десятиліття, коли Г. Даймлер створив бензиновий двигун внутрішнього згоряння. Бензиновий мотор замінив коня в перших “самохідних візках” – автомобілях.
Повсюдне зростання кількості автомобілів потребувало значного збільшення обсягів виробництва бензину. Про газ як про можливе моторне паливо надовго забули. Лише через 100 років після Барнетта, наприкінці тридцятих років нашого століття, відродилася думка про його використання. Тоді з’явилися перші газогенераторні автомобілі. Газ вироблявся в топці, а звідти подавався в двигун.
Бензин дорожчає, і сьогодні його намагаються замінити. І природним газом, і синтезованими газами та рідинами, наприклад – спиртом, який виганяють із найрізноманітнішої сировини: від тростини до апельсинових шкірок.
Усі ці види палива менш небезпечні для довкілля, ніж бензин.

Октанове число 105?

Дослідження спростували усталену думку, що використання газу замість бензину – вимушений захід. Газове паливо згоряє повніше, тому концентрація оксиду вуглецю у вихлопі газового двигуна в кілька разів менша.
Автомобіль на бензині викидає в атмосферу сірчистий газ, який утворюється від згоряння сірчистих компонентів палива, і тетраетилсвинець. У природному газі сірки, як правило, немає, а тому у вихлопах газового двигуна немає ні сірчистого газу, ні сполук свинцю.
У відпрацьованих газах бензинового двигуна через неповне згоряння палива міститься й оксид вуглецю (СО) – токсична для людини речовина.
І газові, і бензинові автомобілі викидають в атмосферу однакову кількість вуглеводнів. Для здоров’я людини небезпечні не самі вуглеводні, а продукти їх окиснення. Двигун, що працює на бензині, викидає речовини, які порівняно легко окиснюються, – етил і етилен, а газовий двигун – метан, який з усіх граничних вуглеводнів найстійкіший до окиснення. Тому вуглеводневий викид газового автомобіля менш небезпечний (див. рис. 1.5 книги “Джерела енергії”).
Газ як моторне паливо не тільки не поступається бензину, а й перевершує його за своїми властивостями.
Двигун внутрішнього згоряння автомобіля працює за класичним чотиритактним циклом. Газоподібна суміш повітря та палива всмоктується в циліндр двигуна, стискається поршнем, займається від іскри, тисне на поршень і рухає шатунний механізм, а потім викидається з циліндра.
Що сильніше можна стиснути паливо без виникнення детонації*, то більша потужність двигуна. Антидетонаційну здатність палива визначають октановим числом. Що воно вище, то краще паливо. Середнє октанове число природного газу – 105 – недосяжне для будь-яких марок бензину.

* Детонація [лат. detonare прогриміти] – поширення полум’я в речовині зі швидкістю, що перевищує швидкість звуку в цій речовині.
Двигун внутрішнього згоряння працює на суміші повітря та розпиленого палива. Для займання суміші потрібна певна концентрація палива. Газ, порівняно з бензином, горить за менших концентрацій, тобто за більш “бідних” сумішей. У разі підвищення концентрації газу та збагачення суміші можна домогтися збільшення потужності двигуна. Збіднюючи суміш, навпаки, можна знизити потужність. З’являється можливість зміною складу суміші регулювати потужність двигуна: газ як паливо значно “слухняніший” за бензин.
Експлуатація показала, що автомобілі на газі витриваліші – у півтора-два рази довше працюють без ремонту. Під час згоряння газу утворюється менше твердих частинок і золи, що спричиняють підвищене зношування циліндрів і поршнів двигуна. Крім того, масляна плівка довше тримається на металевих поверхнях – її не змиває рідке паливо, і, нарешті, газ практично не спричиняє корозії металу.
Попри численні переваги природного газу, закривати заправні станції та викидати бензинові каністри ще зарано.

Метан

У переході на газове паливо є свої складнощі. Так, наприклад, густина природного метану в тисячу разів нижча за густину бензину. Тому, якщо заправляти автомобіль метаном за атмосферного тиску, то для однакової з бензином кількості палива знадобиться бак у 1000 разів більший. Щоб не возити величезний причіп із паливом, необхідно збільшити густину газу. Цього можна досягти стисканням метану до 20…25 МПа (200…250 атмосфер). Для зберігання в такому стані використовують спеціальні балони, які встановлюють на автомобілях.
Природний газ-метан здатен різко зменшувати об’єм (у 600 разів) під час його низькотемпературного скраплення. Такий рідкий газ можна перевозити в спеціальних “бензобаках” за тиску не більше 6 атмосфер (тиск води у водопровідному крані). Є безліч технічних розробок і патентів щодо реалізації такої технології отримання рідкого метану. В усьому світі вже виробляється і споживається багато мільйонів тонн охолодженого (до температури близько -120°C) метану. Найбільшими виробниками є Індонезія, Алжир, Лівія, США, Норвегія тощо. Для перевезення використовують танкери-метановози водотоннажністю до 120 000 тонн (Японія). Продуктами повного згоряння метану є нешкідливі речовини – вуглекислий газ і вода. Саме тому ми не відчуваємо незручностей на наших кухнях, де іноді цілий день горять газові (метанові) пальники.

Пропан-бутан

Пропан-бутан – синтетичне паливо. Його отримують із нафти та сконденсованих нафтових попутних газів. Щоб ця суміш залишалася рідкою, її зберігають і перевозять під тиском 1,6 МПа (16 атмосфер). Газобалонна апаратура для скрапленого пропан-бутану дещо простіша. Процес заправлення автомобілів на газонаповнювальних станціях нескладний і дуже схожий на заправлення бензином.
За своїми властивостями скраплений пропан-бутан майже не відрізняється від стисненого природного газу. Те саме високе октанове число, ті самі непогані екологічні та експлуатаційні показники. Є у скрапленого пропан-бутану й перевага перед метаном – 225 літрів цього пального вистачає на пробіг близько 500 кілометрів, а метану, що вміщується у вісім балонів, – на вдвічі менший. На скрапленому газі працює вдвічі менше автомобілів, ніж на стисненому, і ось чому. Пропан-бутану отримують у 20…25 разів менше, ніж видобувають природного газу.

Джерела інформації: Лаврус В.С. Джерела енергії. К.: НіТ, 1997.