Двигатель на метане: Двигатели на метане | Газодизель TRIOL

Содержание

Космос: Наука и техника: Lenta.ru

В России ведутся работы по созданию ракетного двигателя, работающего на метане, однако для него пока нет ракеты, сообщил ТАСС главный конструктор научно-производственного объединения «Энергомаш» Петр Левочкин.

По его словам, в настоящее время КБХА («Конструкторское бюро химавтоматики») и «Энергомаш» в рамках опытно-конструкторской работы отрабатывают технологии использования метана в качестве компонента топлива в перспективных жидкостных ракетных двигателях. Эксперт отметил, что «выпущен эскизный проект, где рассмотрены все типы схем» таких силовых агрегатов.

«В ближайшее время должен пройти научно-технический совет интегрированной структуры ракетного двигателестроения по выбору варианта для дальнейшей разработки. Но, к сожалению, конкретной ракеты-носителя, под которую разрабатывается двигатель, пока нет», — заявил Левочкин.

Конструктор отметил, что эксперименты, проведенные под руководством Валентина Глушко, показали, что «при более высоком удельном импульсе (на примерно 10-15 процентов), чем у кислородно-керосиновых жидкостных ракетных двигателей, баки ракеты с метаном той же массы, что и керосин, будут тяжелее из-за более чем двукратной разницы плотности», поэтому «Энергомаш» сосредоточился на работах с «традиционными компонентами топлива, такого как кислород и керосин».

Левочкин отметил, что в случае верхних ступеней ситуация складывается иначе. «Там, где согласно законам физики влияние удельного импульса выше, энергетическая эффективность метана может обеспечить вывод большой массы полезной нагрузки», — отметил конструктор.

Материалы по теме:

По этой причине, заявил Левочкин, еще в советское время «Центр Келдыша» совместно с КБХА и КБХМ (Конструкторское бюро химического машиностроения) продолжили исследования по возможности использования метана в ракетных двигателях.

В июне 2018-го генеральный директор «Энергомаша» Игорь Арбузов заявил, что ракетные двигатели на метане перспективнее силовых агрегатов на керосине и США опережают Россию в создании таких установок. В апреле 2018-го глава научно-технического совета «Роскосмоса» Юрий Коптев отметил, что Россия единственная из космических держав не использует водород в качестве топлива в ракетных двигателях.

В январе 2016-го сообщалось, что «Роскосмос» планирует воссоздать российскую версию носителя «Зенит» с двигателем на метановом топливе. Финансирование разработки заложено в опытно-конструкторской работе «Двигательные установки средств выведения» Федеральной космической программы на 2016-2025 годы.

Больше важных новостей в Telegram-канале «Лента дня». Подписывайтесь!

Метан или пропан выбираем газ для ГБО

Работающая машина на газу, обладает рядом преимуществ. Одним из них является то, что выхлоп у них чище, так как отработанные газы представляют меньше вреда для людей и окружающей среды. А учитывая сегодняшние цены на бензин, то и экономическая выгода очевидна. Примерно через год эксплуатации окупаются затраты на переоборудование легкового автомобиля. Более того можно купить новый автомобиль с установленным газовым оборудованием на заводе. Тогда будет официальная гарантия и на автомобиль и на ГБО. На пропане представлено много моделей Газелей, а на метане Лада Калина, VW, Mercedes и другие. В Италии же популярно переводить на газ даже мотоциклы. И когда человек решается установить на свой авто гбо, сразу всплывает сложность выбора между метаном и пропаном.

Пропан

Самое основное различие между пропаном и метаном это их состояние при хранении. Метан находится в баллоне в парообразной форме, а пропан в жидкой. Баллоны для пропана имеют цилиндрическую и тороидальную форму, а также их вариации. Плюс баллонов для пропана, это легкий вес и большой запас хода, за счет того, что газ находится в сжиженном состоянии. Из минусов можно отметить повышенный расход, относительно бензина. Расход пропана высчитывается от расхода бензина просто. К расходу бензина прибавляется 20%.


То есть если на Вашем авто расход бензина составляет 10 литров на 100 км, то расход пропана будет 12 литров. За редкими случаями, бывает что расход пропана меньше либо равен расходу бензина. Такое может быть только если штатная система питания автомобиля неисправна. При исправной системе питания был бы расход бензина меньше. Зная будущий расход пропана и цену на него, несложно посчитать экономику перевода авто на пропан. Но не забывайте, что на газу Вы продлеваете жизнь своему двигателю, а это снижение амортизации.

Что касается метана

Метан это сжатый природный газ. Баллоны для него только цилиндрической формы, работающие под давлением 200 бар.

  • Баллоны для метана очень тяжелые, к примеру стальной баллон 65 литров будет весить порядка 70 кг.
  • Баллоны громоздкие, чтобы добиться достаточного запаса хода на одной заправке, объем баллонов должен составлять от 100 литров.
  • Заправок с метаном очень мало, в сравнении с заправками с пропаном.

 

Расход метана составляет 1 к 1 с бензином в городском цикле и 0,8 к 1 с бензином по трассе. Основной и жирный плюс метана, это экономия. Выгодно ездить на пропане, но на метане ездить еще выгодней.
Что касается взрывоопасности, то метан на последнем месте после бензина и пропана. Метан легче воздуха, поэтому собрать его в одном месте, чтобы создать взрывоопасную смесь, практически невозможно.
Что касается взрывов баллонов для метана, то это происходит только лишь по халатности хозяев автомобилей, которые закрывают глаза на любые нормы и правила.


Еще одним минусом метана является потеря мощности двигателя. Октановое число метана доходит до 120, а как известно все современные ДВС проектируются максимум под 98.

Что выбрать решать Вам, желаю успехов!

«Убивает» ли газовое топливо мотор? Мифы и легенды про ГБО

Казалось бы, тема газа на автомобиле уже хорошо изучена, но на наш сайт постоянно приходят вопросы, касающиеся технических нюансов установки газового оборудования. Мифы про запахи в салоне и слабую тягу на газе удалось победить практикой – любой желающий может проехаться на исправном автомобиле с ГБО и убедиться, что у него ничего не пахнет, а едет он не сильно хуже чем на бензине. Но вот вопрос надежности и долговечности все равно остается. Может, поставишь газ, а он за несколько десятков тысяч километров «убьет» мотор? Не случайно же среди производителей автомобилей газ непопулярен, может они что-то знают? Что же, придется этот вопрос разобрать.

Газовая установка

У газа как у топлива для автомобильных двигателей по сравнению с бензином есть как преимущества, так и недостатки. И именно они влияют на особенности эксплуатации машин с ГБО. Начнем с недостатков. Главная проблема газа – он долго горит. Бензин дал вспышку, толкнул поршень вниз и вылетел в выхлопную трубу, газ не всегда успевает сгорать за цикл оборота поршня и может уже догарать в выпускных клапанах. Естественно, и самим клапанам от этого приходится очень тяжко, и седла испытывают повышенную нагрузку. Статистика сурова: на ремонт ГБЦ машины с газом едут раньше, чем автомобили на бензине. Насколько раньше – зависит от конструкции самой головки, а также от особенностей эксплуатации.

На фото — непосредственный впрыск

С повышенным износом выпускных клапанов сделать ничего нельзя – это особенность газа, но владелец машины при езде на газе может немного снизить на них нагрузку.

Во-первых, при установке ГБО нужно внимательно проследить, чтобы газовщики не делали смесь бедной в угоду расходу. Газ в отличие от бензина не очень критичен к соотношению топливо/воздух, может работать даже в очень обедненном виде, поэтому возникает соблазн снизить расход регулировкой. Но чем беднее смесь тем дольше она горит! И тем хуже приходится клапанам.

На фото — газовые форсунки в двигателе Лада Ларгус. Кстати, о Ларгусе писали большую статью

Во-вторых, на газе не рекомендуется сильно крутить двигатель. Естественно к этому совету нужно относиться адекватно и не пытаться все время ездить на холостых оборотах, но и до отсечки крутить газовые моторы так себе идея. Ресурс при такой езде сокращается гораздо быстрее чем на бензине. Чем быстрее крутятся поршни, тем меньше времени у газа сгореть.

В-третьих, как ни банально это звучало, но нужно следить за зазором в клапанах. На газу зазор уходит быстрее, а это критично.

Если у современного мотора при езде на бензине регулировка может потребоваться через 100-150 тысяч километров, то на газе интервал уже 50-70 тысяч. Особенно неприятно это владельцам моторов, у которых регулировка осуществляется способом подбора толкателей. Это долго и дорого. А вот на ГБЦ с гидрокомпенсаторами регулировать вообще ничего не нужно. Такие моторы для газа подходят лучше всего.

Регулировка зазоров клапанов

Это минусы. А в чем же плюсы? Они тоже есть. У газа очень высокое октановое число (больше 100), а значит при работе на этом топливе даже в высокофорсированном моторе сложно получить детонацию, которая является главным бичем на бензине. Детонация разрушает ЦПГ, увеличивает износ блока, на газу ее влияние существенно снижается. Еще один плюс газа, простите за тавтологию, в его газообразности. Он не смешивается с моторным маслом, не смывает пленку со стенок цилиндров и не загрязняет ГСМ. Любой автомеханик подтвердит – из газовых автомобилей масло всегда сливается более чистое чем из бензиновых, оно медленнее теряет свои свойства и дольше защищает мотор.

Получается парадокс: если для головки блока цилиндров ГБО это скорее минус, который ускоряет износ, то для самого блока это положительный фактор, который не только не приближает «капиталку», но и даже позволяет ее отсрочить. Но в этом перекосе нет ничего хорошего – если на бензине ГБЦ и ЦПГ изнашиваются примерно одинаково, то на газу нет, и получается, что ремонт мотора с ГБО потребуется чуть раньше чем без него. Правда, ремонт не капитальный и не самый дорогой, но все равно. Правда, уже не раз подсчитано, что владельцы машин на газе к пробегу, на котором требуется ремонт головки, уже успевают сэкономить на топливе гораздо больше чем стоит сам ремонт, что заметно снижает негативный эффект.

Мелкие царапины на поршнях

Влияет ли как-то газ на другие части автомобиля? Сильного влияния не замечено, но некоторые нюансы стоит учитывать. По статистике, при работе на газе у многих моделей чаще выходит из строя бензонасос. Обычное газовое ЭБУ не выключает сам насос, он продолжает работать как и на бензине, просто вхолостую.

Особых причин для сокращения ресурса нет, но, возможно, в дело вступает психологический фактор, водители машин с ГБО заправляют мало бензина и большую часть времени ездят с полупустым баком, а это плохо влияет на охлаждение бензонасоса.

Также от ГБО на автомобиле могут страдать топливные форсунки – от редкого использования они чаще чем на бензине забиваются. Не случайно многие газовщики не советуют ставить быстрый переход на газ, а дать мотору побольше поработать на бензине. Так эффект от экономии меньше, зато топливная система прослужит дольше.

Переключатель ГБО

Возможно, стоит упомянуть дополнительную нагрузку на подвеску от веса ГБО, но газовая система даже с заправленным баллоном вряд ли окажется тяжелее 30-40 килограммов. Если эти дополнительные кг и влияют на пружины и амортизаторы, то на уровне статистической погрешности, существенного сокращения ресурса это не вызывает.

Вот и получается, что единственная деталь в машине, которой реально хуже приходится от газа это ГБЦ. С этим придется смириться и утешить себя мыслью, что экономия от перехода на газ вполне окупит более ранний ремонт головки блока. Что касается автопроизводителей и очень скромном предложении автомобилей с заводским ГБО, то тут проблема кроется не в технических нюансах, а в экономике. Газ с экономической точки зрения интересен лишь небольшой части автовладельцев, тогда как для среднестатистического водителя выгода от него невелика. Более подробно мы разбирали этот вопрос здесь. А раз автопроизводители ориентированы на среднестатистического водителя, то и предложение машин с газом очень и очень скромное.

С уважением, Александр Нечаев.

Кто на самом деле первым применил метан на ракетных двигателях: sergeich_vl — LiveJournal

Не так давно я имел сомнительное удовольствие вступить в дискуссию относительно приоритета в развитии ракетных двигателей на метане. По результатам этой дискуссии мой оппонент superzveruga накатал внушительного размера пост, в котором он убедительно объясняет, кто там на самом деле кого вдохновлял в ходе развития этой многообещающей технологии. Степень его убедительности очень хорошо описывается одной цитатой из Гашека, которую я часто привожу:
При слове «земляк» фельдкурат бросил на генерала страдальческий взгляд. Он уже несколько раз опровергал оскорбительное предположение, будто он чех, и неоднократно объяснял, что в их моравский приход входят два села: чешское и немецкое – и что ему часто приходится одну неделю говорить проповеди для чехов, а другую — для немцев, но так как в чешском селе нет чешской школы, а только немецкая, то он должен преподавать закон божий в обоих селах по-немецки, и, следовательно, он никоим образом не является чехом. Однажды это убедительное доказательство послужило сидевшему за столом майору предлогом для замечания, что этот фельдкурат из Моравии, собственно говоря, просто мелочная лавочка.

Казалось бы, ну что тут вообще можно сказать? Какая может быть дискуссия о приоритете, если американский двигатель на метане уже летает, а у российского двигателя на метане только «проведены испытания отдельных элементов агрегатов — газогенератора, смесительной головки»?

Дело в том, что если речь идёт о российских двигателях, то для установления приоритета знать конечный результат абсолютно недостаточно. Нужно ещё учесть массу тонких нюансов. Например, даже если американский двигатель полетел раньше, нужно обязательно выяснить, кто был первым, кому в голову пришла идея такого двигателя. Желательно также не забыть о роли Циолковского, Кибальчича, Цандера, Ладыгина и прочих первопроходцев российской космонавтики. Если же вдруг выяснится, что идея пришла сначала в голову к американцам, то следует помнить, что пока кто-то обсуждает идеи, другие в это время делают дело. В случае же если уникальная российская разработка длится уже двадцать лет и до сих пор находится на стадии демонстратора, нужно учитывать, что деньги в отрасль стали поступать четыре года назад буквально только что.

С учётом всего вышесказанного, приоритет американцев в области метановых двигателей уже не выглядит таким уж однозначным. Даже напротив, закрадываются подозрения, что SpaceX в своей работе всего лишь подражала «Энергомашу» и Конструкторскому Бюро Химавтоматики. Проще говоря, если бы не русские, то никакого «Раптора» бы и не было, это же совершенно ясно. .. или нет?

Если говорить серьёзно, то, конечно, ни «Энергомаш», ни КБХА не были первыми, кто осознал перспективность метана для многоразовых космических систем. Можно, например, вспомнить, что метан был выбран в качестве топлива для многоразового проекта HL-42 времён середины 90-х:

В первый раз метан, похоже, использовали вообще немцы. Сам Герман Оберт рассматривал метан в качестве топлива, но быстро оставил эту затею, поскольку преимуществ метан давал не много, а вот возни c ним было не в пример больше, чем, например, с бензином. Однако, другой немецкий сумрачный гений ракетный первопроходец – Иоганн Винклер – подхватил идею и построил-таки двигатель, работающий на метане и жидком кислороде. Запуск ракеты HW I, оснащённой этим двигателем, стал первым успешным запуском ракеты с ЖРД в Европе. Тем не менее, ракетная техника, как мы знаем, пошла по другому пути. Вместо метана популярность обрели керосин, спирт, гидразин и – позднее – водород. На протяжении последующих тридцати лет о метане никто особенно и не вспоминал по очень простой причине: этот неуловимый Джо оказался нахер никому не нужен. Прирост удельного импульса от использования метана по сравнению с керосином был всего около 10 секунд и не оправдывал возни с криогенной инфраструктурой, а такое преимущество метана, как сгорание без образования сажи, не было востребовано в одноразовых ракетах.

Вновь об использовании метана всерьёз задумались в середине 1960-х, когда нужно было решать, куда двигаться дальше после Луны. Удивительно, но тогда ни у кого не возникало сомнений, что экспедиция на Марс в недалёком будущем – дело решённое, что к концу века всю Солнечную систему будут бороздить флотилии исследовательских кораблей и танкеров снабжения. Понятно, что для массового освоения системы потребовались бы совсем другие двигательные установки, ядерные или ионные, но до того, как они появились бы в наличии, неплохо было бы иметь двигатель на существующих технологиях, на котором бы можно было с комфортом слетать, например, на Марс и вернуться обратно. Для подобных экспедиций нужно было топливо, подходящее для долговременного хранения в условиях космоса. Водород, скажем, – с его температурой кипения и способностью просачиваться во всё вокруг – подходил не очень. Гораздо удобнее было бы, если бы точки кипения окислителя и горючего были бы более-менее близки. В этой связи американские инженеры всё больше присматривались к паре метан – фтор. Температура кипения метана – минус 162 градуса, а температура кипения, например, дифторида кислорода – одного из самых многообещающих окислителей на основе фтора – минус 145 градусов. При такой разнице окислитель и горючее вполне можно было бы поместить под общую теплоизоляцию, что упрощало конструкцию. Ещё одним преимуществом метана является то, что он обладает высокой удельной теплоёмкостью и сравнительно низким критическим давлением, в связи с чем он является отличным вариантом для двигателя, работающещего по расширенному циклу, то есть, когда камера сгорания окружена охлаждающей рубашкой, через которую прокачивается топливо, которое затем испаряется и приводит в действие турбонасосы. У Pratt & Whitney как раз завалялось несколько неиспользованных водородных двигателей RL10 самой первой модификации (RL10A-1), работавших как раз по такому циклу, и у NASA возник соблазн проверить, получится ли быстренько и малой кровью перевести их на метан. В производстве на тот момент уже находилась модернизированная версия RL10A-3, так что всё равно нужно было придумывать, что делать с неликвидными запасами.

Приципиальная схема двигателя RL-10

Общий вид двигателя RL-10

Работы были организованы в два этапа. На первом этапе (контракт NASw-754) кислород был заменён на фтор. На втором этапе (контракт NAS3-7950) водород был заменён на метан, а в качестве окислителя была использована смесь фтора и кислорода (Flox) в соотношении 82.6% фтора и 17.4% кислорода. Характеристики двигателя на каждой паре приведены в таблице ниже:

Видно, что при переходе на метан характеристики по сравенению с водородом ухудшаются, однако, это было более чем приемлемой платой, учитывая все неудобства водорода. Одним из главных требований контракта было то, что изменения, вносимые в конструкцию двигателя, должны быть минимальными. Проведя предварительные расчёты, инженеры Pratt & Whitney сделали вывод, что это вполне возможно. В ходе тестов возникли, правда, непредвиденные трудности, которые были успешно решены.

Ещё в ходе первого этапа выяснилось, что для фтора требуется модифицировать завихрители в форсунках окислителя. В модификации RL10A-1 этих завихрителей вообще не было, но потом в ходе модернизации их добавили. В ходе тестов обнаружилось однако, что завихрители, успешно работавшие в кислородной среде, решительно не подходят для фтора, так что их пришлось модифицировать.

Инжектор двигателя RL-10 – вид снизу

Инжектор двигателя RL-10 – вид сверху

Инжектор двигателя RL-10 в разрезе. Внизу показаны три типа форсунок: без завихрителя, с завихрителем для фтора, с завихрителем для кислорода:

Инжектор двигателя RL-10 в работе

RL-10 injector demonstration (1964) featured a porous injector face, which was an important innovation #RigiMesh Ref https://t.co/wFEdOZI3e0 pic.twitter.com/ZGKFio4bxI

— Megan H. (@megsylhydrazine) September 19, 2017

Следующей трудностью стала нестабильность потока жидкого метана в рубашке охлаждения. Сечение охлаждающих трубок было выбрано в расчёте на водород, и для метана оно оказалось слишком большим. Это проявилось в том, что скорость потока оказалась недостаточна для эффективного теплосъёма. Идеальным вариантом было, по видимому, изменить сечение трубок, но это была бы уже чересчур существенная модификация, которой требовалось избегать. Чтобы понимать масштаб проблемы, нужно помнить, что трубки эти следовало изготавливать с прецизионной точностью, чтобы обеспечить их равномерное прилегание друг к другу.

На видео ниже нагдядно показано, как эти трубки устанавливали:

Перепроектировать трубки означало фактически открыть ещё одну производственную линию, что абсолютно не входило в намерения NASA. Инженеры Pratt & Whitney сначала решили ограничиться следующим. Во-первых, в районе впускного коллектора внутри трубок были установлены продольные гидродинамические гребни, которые рассекали поток метана на две части. С одной стороны эти гребни были приварены к трубкам, а с другой стороны был оставлен просвет для выравнивания давления между половинками:

Во-вторых, в районе выпускного коллектора в трубки были установлены медные вставки квадратного сечения, изогнутые наподобие сверла.

Этих мер оказалось недостаточно, и в ходе одного из тестов (третьего по счёту) была повреждена камера сгорания. После этого в охлаждающие трубки со стороны возвратного коллектора были введены тонкие стержни из нержавейки длиной 26 дюймов и диаметром 0.187 дюйма, которые перекрыли часть внутреннего просвета. В результате, наконец, поток охлаждающей жидкости ускорился и стабилизировался, что обеспечило нормальный теплоотвод.

Всего было проведено девять огневых тестов сборки на фтор-метане. В третьем из них, как уже говорилось, была повреждена камера сгорания, после чего были модифицированы охлаждающие трубки путём установки стержней из нержавейки. После модернизации тесты успешно продолжились. Суммарная продолжительность огневых тестов составила 120 секунд, причём в течение 65 секунд из них давление в камере сгорания стабильно поддерживалось на уровне 200 psi (17 атмосфер). После тестов двигатель находился в хорошем состоянии. В своём отчёте, опубликованном в 1969 году, инженеры Pratt & Whitney подчёркивали, что нет никаких принципиальных технологических ограничений на пути к достижению расчётных 250 psi, просто в ходе четвёртого теста у них произошла частичная поломка турбины, ремонтировать двигатель они не стали, учитывая ограниченность ресурсов, выделенных на проект, и дальше работали с тем, что есть. Подробный отчёт о проделанной работе можно посмотреть здесь.

Подводя итог, можно сказать, что ещё в 1969 году американцы испытали многоразовый метановый двигатель с возможностью многократного включения. Как мы знаем, эпохи активных межпланетных перелётов так и не настало по причине радикального сворачивания финансирования после программы «Аполлон», так что работы по метановому RL-10 оказались невостребованными. Однако, метановая тематика никогда не уходила с радара NASA. HL-42 я уже упоминал, но можно вспомнить, что ещё «Орион» изначально должен был иметь метановые двигатели, или ещё можно вспомнить метановые двигатели от Orbitec. В общем, как видим, вдохновляться работами КБХА Маску было совсем не обязательно.

Как работают автомобили, работающие на природном газе?

Транспортные средства, работающие на компримированном природном газе (СПГ), во многом похожи на бензиновые транспортные средства с двигателями внутреннего сгорания с искровым зажиганием. Двигатель работает так же, как бензиновый двигатель. Природный газ хранится в топливном баке или баллоне, обычно в задней части автомобиля. Топливная система CNG передает газ под высоким давлением из топливного бака по топливопроводам, где регулятор давления снижает давление до уровня, совместимого с системой впрыска топлива двигателя.Наконец, топливо вводится во впускной коллектор или камеру сгорания, где оно смешивается с воздухом, а затем сжимается и воспламеняется свечой зажигания. Узнайте больше о транспортных средствах, работающих на природном газе.

Изображение высокого разрешения

Ключевые компоненты автомобиля, работающего на природном газе

Аккумулятор: Аккумулятор обеспечивает электроэнергией запуск двигателя и электронику/аксессуары автомобиля.

Электронный блок управления (ECM): ECM управляет топливной смесью, опережением зажигания и системой выбросов; следит за работой автомобиля; защищает двигатель от небрежного обращения; и обнаруживает и устраняет проблемы.

Выхлопная система: Выхлопная система направляет выхлопные газы двигателя наружу через выхлопную трубу. Трехкомпонентный каталитический нейтрализатор предназначен для снижения выбросов выхлопных газов в выхлопной системе.

Топливозаправочная горловина: Форсунка от топливораздаточной колонки присоединяется к приемнику на автомобиле для заполнения бака.

Система впрыска топлива: Эта система подает топливо в камеры сгорания двигателя для воспламенения.

Топливопровод: Металлическая трубка или гибкий шланг (или их комбинация) подает топливо из бака в систему впрыска топлива двигателя.

Топливный бак (сжатый природный газ): Хранит сжатый природный газ на борту транспортного средства до тех пор, пока он не понадобится двигателю.

Регулятор высокого давления: Снижает и регулирует давление топлива на выходе из бака, снижая его до приемлемого уровня, требуемого системой впрыска топлива двигателя.

Двигатель внутреннего сгорания (с искровым зажиганием): В этой конфигурации топливо впрыскивается либо во впускной коллектор, либо в камеру сгорания, где оно смешивается с воздухом, а воздушно-топливная смесь воспламеняется искрой от свечи зажигания. .

Ручное отключение: Позволяет оператору транспортного средства или механику вручную отключать подачу топлива.

Топливный фильтр для природного газа: Задерживает загрязняющие вещества и другие побочные продукты, чтобы предотвратить их засорение важных компонентов топливной системы, таких как топливные форсунки.

Трансмиссия: Трансмиссия передает механическую мощность от двигателя и/или тягового электродвигателя на привод колес.

Как работают грузовики, работающие на сжиженном природном газе?

Большегрузные автомобили, работающие на сжиженном природном газе (СПГ), работают так же, как бензиновые автомобили с двигателем внутреннего сгорания с искровым зажиганием. Природный газ переохлаждается и криогенно хранится в жидкой форме, обычно в резервуаре сбоку грузовика.СПГ, как правило, является более дорогим вариантом, чем сжатый природный газ (СПГ), и чаще всего используется в транспортных средствах большой грузоподъемности для удовлетворения требований по увеличению дальности полета. Поскольку это жидкость, плотность энергии СПГ выше, чем у СПГ, поэтому на борту автомобиля можно хранить больше топлива. Это делает СПГ подходящим для грузовиков классов 7 и 8, путешествующих на большие расстояния. Узнайте больше о транспортных средствах, работающих на природном газе.

Изображение высокого разрешения

Ключевые компоненты грузовика, работающего на сжиженном природном газе

Аккумулятор: Аккумулятор обеспечивает электроэнергией запуск двигателя и электронику/аксессуары автомобиля.

Электронный блок управления (ECM): ECM управляет топливной смесью, опережением зажигания и системой выбросов; следит за работой автомобиля; защищает двигатель от небрежного обращения; и обнаруживает и устраняет проблемы.

Выхлопная система: Выхлопная система направляет выхлопные газы двигателя наружу через выхлопную трубу. Трехкомпонентный каталитический нейтрализатор предназначен для снижения выбросов выхлопных газов в выхлопной системе.

Топливозаправочная горловина: Форсунка от топливораздаточной колонки присоединяется к приемнику на автомобиле для заполнения бака.

Система впрыска топлива: Эта система подает топливо в камеры сгорания двигателя для воспламенения.

Топливопровод: Металлическая трубка или гибкий шланг (или их комбинация) подает топливо из бака в систему впрыска топлива двигателя.

Топливный бак (сжиженный природный газ): Хранит сжиженный природный газ на борту транспортного средства до тех пор, пока он не понадобится двигателю.

Двигатель внутреннего сгорания (с искровым зажиганием): В этой конфигурации топливо впрыскивается либо во впускной коллектор, либо в камеру сгорания, где оно смешивается с воздухом, а воздушно-топливная смесь воспламеняется искрой от свечи зажигания. .

Трансмиссия: Трансмиссия передает механическую мощность от двигателя и/или тягового электродвигателя на привод колес.

%PDF-1.3 % 61 0 объект >]/PageLabels 54 0 R/Pages 56 0 R/Type/Catalog/ViewerPreferences>>> эндообъект 57 0 объект >поток UUID: 75082f3f-1cfd-4ed6-923d-b0038a3e8cabadobe: DocId: INDD: 6c93f870-6c15-11e2-8fff-a49739aa652dxmp.id: FE8A8DD63BDBE811BA77B5BF1FFDC516proof: pdf1xmp.iid: 593770F2C5D8E8118EFB82D27C4178ACxmp.did: A89B405E811863C91DA87DAECD5adobe: DocId: INDD: 6c93f870-6c15-11e2- 8fff-a49739aa652ddefault

  • преобразовано из application/x-indesign в application/pdfAdobe InDesign CS6 (Windows)/2018-10-29T14:31:56+09:00
  • 2018-10-29T14:31:56+09:002018-11-02T10:45:22+09:002018-11-02T10:45:22+09:00Adobe InDesign CS6 (Windows)приложение/pdf
  • Библиотека Adobe PDF 10.0.1FalsePDF/X-3:2002PDF/X-3:2002PDF/X-3:2002 конечный поток эндообъект 54 0 объект > эндообъект 56 0 объект > эндообъект 62 0 объект >/ExtGState>/Font>/ProcSet[/PDF/Text/ImageC]/Shading>/XObject>>>/Rotate 0/TrimBox[0.0 0,0 595,276 841,89]/Тип/Страница>> эндообъект 1 0 объект >/ExtGState>/Font>/ProcSet[/PDF/Text/ImageC]/Shading>/XObject>>>/Rotate 0/TrimBox[0.0 0.0 595,276 841,89]/Type/Page>> эндообъект 29 0 объект >/ExtGState>/Font>/ProcSet[/PDF/Text/ImageC]/Shading>/XObject>>>/Rotate 0/TrimBox[0.0 0.0 595,276 841,89]/Type/Page>> эндообъект 33 0 объект >/Font>/ProcSet[/PDF/Text/ImageC]/Properties>/XObject>>>/Rotate 0/TrimBox[0.0 0,0 595,276 841,89]/Тип/Страница>> эндообъект 34 0 объект >поток HWێ}WH»uvƳ

    Использование зеленого метана на транспорте и в энергетике – исследователи и промышленность представляют промежуточные результаты проекта MethanQuest

    • Новые технологии производства газа из возобновляемых источников
    • Испытания водорода, метанола и метана для использования на кораблях, автомобилях и в электроэнергетике
    • Поставка СПГ и концепция микросети для внутреннего порта Карлсруэ

    Флагманский проект MethanQuest был запущен в сентябре 2018 года, и в нем в общей сложности 29 партнеров из исследовательского, промышленного и энергетического секторов объединились для работы над процессами производства водорода и метана из возобновляемых источников энергии и их использования для достижения климатических целей. нейтральная мобильность и выработка энергии.Участники проекта представили свои промежуточные результаты. Они касаются электролизных систем для производства водорода как на суше, так и на морских ветряных электростанциях, оборудования для производства метана, использования газовых двигателей в автомобилях, кораблях и ТЭЦ, а также концепций энергетических систем, которые эффективно соединяют транспорт, электроэнергию, газовая и отопительная отрасли. Общим для всех установок и процессов является интеграция возобновляемых источников энергии.

    «Энергетическая революция требует, чтобы мы находили инновационные решения для использования возобновляемых источников энергии для производства новых видов топлива для мобильности и производства электроэнергии.Поэтому очень важно определить будущие тенденции на ранней стадии и способствовать их развитию. Вот почему мы начали финансировать исследовательский проект MethanQuest в 2018 году, и его промежуточные результаты уже показывают очень ценные результаты», — пояснил Норберт Бракманн, член Бундестага Германии и координатор федерального правительства по морской отрасли. Федеральное министерство экономики и энергетики Германии (BMWi) выделяет около 19 миллионов евро на проект MethanQuest.

    «Водород и метан (е-метан), производимые с использованием возобновляемых источников энергии, должны играть важную роль в будущем.Энергетическая революция приведет к тому, что системы энергоснабжения будут все больше зависеть от гибких газовых электростанций, чтобы можно было компенсировать колебания, возникающие при использовании возобновляемых источников энергии. Кроме того, газ в форме СПГ начинает укрепляться в качестве нового судового топлива», — сообщил координатор проекта д-р Франк Граф из Исследовательского центра DVGW, входящего в состав Института Энглера Бунте в Технологическом институте Карлсруэ.

    Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

    Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности.Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


    Настройка браузера на прием файлов cookie

    Существует множество причин, по которым файл cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее распространенные причины:

    • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки браузера, чтобы принять файлы cookie, или спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
    • Ваш браузер спрашивает, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались.Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файл cookie.
    • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Попробуйте другой браузер, если вы подозреваете это.
    • Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы это исправить, установите правильное время и дату на своем компьютере.
    • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie.Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

    Почему этому сайту требуются файлы cookie?

    Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Предоставить доступ без файлов cookie потребует от сайта создания нового сеанса для каждой посещаемой вами страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


    Что сохраняется в файле cookie?

    Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в файле cookie; никакая другая информация не фиксируется.

    Как правило, в файле cookie может храниться только та информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, если вы не решите ввести его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступ к остальной части вашего компьютера, и только сайт, создавший файл cookie, может его прочитать.

    Двигатели на природном газе, работающие на обедненной смеси: проблемы и концепции эффективной системы доочистки отработавших газов

  • Европейский парламент и Совет Европейского Союза: Регламент (ЕС) № 2019/63.Официальный журнал Европейского Союза (2019 г.). http://data.europa.eu/eli/dec/2019/63/oj

  • Агентство по охране окружающей среды (EPA) и Министерство транспорта: 2017 модельный год и более поздние модели легковых автомобилей Выбросы парниковых газов и средний расход топлива по предприятиям Стандарты экономики. Федеральный регистр — Ежедневный журнал правительства США (2012 г.). https://www.govinfo.gov/content/pkg/FR-2012-10-15/pdf/2012-21972.pdf

  • Международное энергетическое агентство (МЭА): Информация о природном газе, 2019 г. (2019 г.).https://doi.org/10.1787/4d2f3232-en

  • Bounechada, D., Groppi, G., Forzatti, P., Kallinen, K., Kinnunen, T.: Влияние периодического переключения обедненной/богатой смеси на конверсия метана в катализаторе Pd-Rh/Al 2 O 3 , промотированном Ce-Zr, в выхлопных газах автомобилей, работающих на природном газе. заявл. Катал. Б. 119-120 , 91–99 (2012). https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2012.02.025

    Статья Google ученый

  • Хорген О.М.: Rolls-Royce Marine – «Экологическая концепция». Системные решения и технология прокалывания волн на собрании SNAME GL&GR, Кливленд (2012 г.)

    Google ученый

  • Хестерберг, Т.В., Лапин, К.А., Банн, В.Б.: Сравнение выбросов от транспортных средств, работающих на дизельном топливе или сжатом природном газе. Окружающая среда. науч. Технол. 42 (17), 6437–6445 (2008). https://doi.org/10.1021/es071718i

    Статья Google ученый

  • Гивенс, В.A., Buck, WH, Jackson, A., Kaldor, A., Hertzberg, A., Moehrmann, W., Mueller-Lunz, S., Pelz, N., Wenninger, G.: Влияние состава смазки на передачу элементы для компонентов системы доочистки выхлопных газов. Технический документ SAE 2003-01-3109 (2003 г.). https://doi.org/10.4271/2003-01-3109

  • Herdin, G. R.: Standesanalyse des Gasmotors im Vergleich zu den Zukunftstechniken (Brennstoffzellen und Mikroturbine) bei der Nutzung von aus Biomasse gewonnenen Kraftstoffen. http://изображения.energieportal24.de/dateien/downloads/gasmotoren-analyse.pdf.

  • Seiffert, U., Walzer, P.: Глава седьмая – будущие тенденции в технологии двигателей. В: Аркуманис, К. (ред.) Двигатели внутреннего сгорания, стр. 339–394. Academic Press Limited, Лондон (1988). https://doi.org/10.1016/B978-0-12-059790-1.50013-4

  • Аяла, А., Кадо, Нью-Йорк, Окамото, Р.А., Холмен, Б.А., Кузьмицкий, П.А., Кобаяши, Р. , Stiglitz, KE: Выбросы дизельных и газовых автобусов большой грузоподъемности при различных графиках движения: регулируемые загрязняющие вещества и обзор проекта.Технический документ SAE 2002-01-1722 (2002 г.). https://doi.org/10.4271/2002-01-1722

  • Дойчманн, О., Констандопулос, А.Г.: Глава 18 – каталитическая технология для контроля загрязнения сажей и газами. В: Лакнер М., Винтер Ф., Агарвал А. (ред.) Справочник по горению, часть 2: диагностика горения и загрязнители, стр. 465–510. Wiley-VCH Verlag, Вайнхайм (2010). https://doi.org/10.1002/9783527628148.hoc038

    Глава Google ученый

  • Митчелл, К.Э., Олсен, Д.Б.: Образование формальдегида в двигателях, работающих на природном газе, часть 1: механизмы образования. Дж. Инж. Мощность газовых турбин. 122 (4), 603–610 (2000). https://doi.org/10.1115/1.12

    Статья Google ученый

  • Европейский парламент и Совет Европейского Союза: Регламент Комиссии (ЕС) № 605/2014. Официальный журнал Европейского Союза (2014 г.). http://data.europa.eu/eli/reg/2014/605/oj

  • Греммингер, А., Pihl, J., Casapu, M., Grunwaldt, JD, Toops, TJ, Deutschmann, O.: Катализаторы на основе PGM для доочистки выхлопных газов в типичных условиях дизельных, бензиновых и газовых двигателей с акцентом на окисление метана и формальдегида. . заявл. Катал. Б. 265 , 118571 (2020). https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2019.118571

    Статья Google ученый

  • Торкашванд Б., Майер Л., Лотт П., Шедлбауэр Т., Грюнвальд Дж.-D., Deutschmann, O.: Окисление формальдегида на платине: кинетика, связанная с условиями выхлопа двигателей, работающих на обедненной смеси, работающих на природном газе. Верхняя. Катал. 62 (1–4), 206–213 (2019). https://doi.org/10.1007/s11244-018-1087-y

    Статья Google ученый

  • Торкашванд, Б., Майер, Л., Хеттель, М., Шедлбауэр, Т., Грюнвальд, Дж.-Д., Дойчманн, О.: О проблемах и ограничениях сверхнизких пределов выбросов: формальдегид окисление в каталитических каналах синусоидальной формы.хим. англ. науч. 195 , 841–850 (2019). https://doi.org/10.1016/j.ces.2018.10.031

    Статья Google ученый

  • Гелин, П., Праймет, М.: Полное окисление метана при низкой температуре на катализаторах на основе благородных металлов: обзор. заявл. Катал. Б. 39 (1), 1–37 (2002). https://doi.org/10.1016/S0926-3373(02)00076-0

    Статья Google ученый

  • Чупару, Д., Перкинс, Э., Пфефферле, Л.: In situ DR-FTIR исследование поверхностных гидроксилов на γ-Al 2 O 3 нанесенных катализаторах PdO во время сжигания метана. заявл. Катал. А. 263 (2), 145–153 (2004). https://doi.org/10.1016/j.apcata.2003.12.006

    Статья Google ученый

  • Карньелло, М., Дельгадо Хаэн, Дж. Дж., Эрнандес Гарридо, Дж. К., Бахмутский, К., Монтини, Т., Кальвино Гамес, Дж. Дж., Горте, Р. Дж., Форнасьеро, П.: Исключительная активность при сжигании метана на модульных субъединицах [email protected] 2 на функционализированном Al 2 O 3 . Наука. 337 (6095), 713–717 (2012). https://doi.org/10.1126/science.1222887

    Статья Google ученый

  • Hoyos, L.J., Praliaud, H., Primet, M.: Каталитическое сжигание метана на палладии, нанесенном на оксид алюминия и диоксид кремния, в присутствии сероводорода. заявл. Катал.А. 98 (2), 125–138 (1993). https://doi.org/10.1016/0926-860X(93)80028-O

    Статья Google ученый

  • Mowery, DL, McCormick, RL: Дезактивация катализатора окисления метана PdO на носителе и без носителя на оксиде алюминия: влияние воды на отравление сульфатом. заявл. Катал. Б. 34 (4), 287–297 (2001). https://doi.org/10.1016/S0926-3373(01)00222-3

    Статья Google ученый

  • Бугош Г.Д., Истерлинг В.Г., Русакова И.А., Гарольд М.П.: Аномальные стационарные и пространственно-временные особенности окисления метана на монолите Pt/Pd/Al 2 O 3 , охватывающем бедные и богатые условия. заявл. Катал. Б. 165 , 68–78 (2015). https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2014.09.058

    Статья Google ученый

  • Арозио, Ф., Колусси, С., Гроппи, Г., Троварелли, А.: Регенерация S-отравленных катализаторов Pd/Al 2 O 3 для сжигания метана.Катал. Сегодня. 117 (4), 569–576 (2006). https://doi.org/10.1016/j.cattod.2006.06.006

    Статья Google ученый

  • Кариншак, К.А., Лотт, П., Гарольд, М.П., ​​Дойчманн, О.: Активация на месте биметаллических Pd-Pt катализаторов окисления метана. ChemCatChem. 12 (14), 3712–3720 (2020). https://doi.org/10.1002/cctc.202000603

    Статья Google ученый

  • Хонканен, М., Ван, Дж., Кярккайнен, М., Хуухтанен, М., Цзян, Х., Каллинен, К., Кейски, Р.Л., Акола, Дж., Виппола, М.: Регенерация отравленного серой катализатора на основе палладия для окисление природного газа. Дж. Катал. 358 , 253–225 (2018). https://doi.org/10.1016/j.jcat.2017.12.021

    Статья Google ученый

  • Лотт, П., Эк, М., Доронкин, Д.Э., Зимина, А., Тишер, С., Попеску, Р., Белин, С., Бриуа, В., Касапу, М., Грюнвальд, Ж.-Д., Дойчманн, О.: Понимание отравления серой биметаллических Pd-Pt катализаторов окисления метана и их регенерации. заявл. Катал. Б. 278 , 119244 (2020). https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2020.119244

    Статья Google ученый

  • Греммингер, А., Лотт, П., Мертс, М., Касапу, М., Грюнвальд, Дж.-Д., Дойчманн, О.: Отравление серой и регенерация биметаллических Pd-Pt катализаторов окисления метана. заявл. Катал.Б. 218 , 833–843 (2017). https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2017.06.048

    Статья Google ученый

  • Киннунен, Н.М., Кинан, М., Каллинен, К., Маунула, Т., Суванто, М.: Разработанная устойчивая к сере каталитическая система со стратегией вспомогательной регенерации для сжигания метана на обедненной смеси. ChemCatChem. 10 (7), 1556–1560 (2018). https://doi.org/10.1002/cctc.201701884

    Статья Google ученый

  • Торкашванд Б., Лотт, П., Зенгель, Д., Майер, Л., Хеттель, М., Грюнвальд, Дж.-Д., Дойчманн, О.: Гомогенное окисление легких алканов в выхлопе двигателей с турбонаддувом, работающих на обедненной смеси. хим. англ. J. 377 , 119800 (2019). https://doi.org/10.1016/j.cej.2018.08.186

    Статья Google ученый

  • Houdry, EJ: Каталитическая структура и состав. Патент США 2 742 437, 17 апреля 1956 г.

  • Констандопулос, А.Г., Костоглу, М., Беатрис, К., Ди Блазио, Г., Имрен, А., Денбратт, И.: Влияние комбинации технологий EGR, SCR и DPF для дизельных двигателей с низким уровнем выбросов. Эмис. Контрольная наука. Технол. 1 (3), 213–225 (2015). https://doi.org/10.1007/s40825-015-0020-0

    Статья Google ученый

  • Zengel, D., Koch, P., Torkashvand, B., Grunwaldt, J.-D., Casapu, M., Deutschmann, O.: Выброс токсичного HCN при удалении NO x с помощью СКВ аммиака в выхлопных газах двигателей, работающих на обедненной смеси.Ангью. хим. Междунар. Эд. 59 (34), 14423–14428 (2020). https://doi.org/10.1002/anie.202003670

    Статья Google ученый

  • Elsener, M., Nuguid, RJG, Kröcher, O., Ferri, D.: Получение HCN из формальдегида в ходе селективного каталитического восстановления NO x с помощью NH 3 над V 2 O 5 /WO 3 -TiO 2 . заявл. Катал. Б. 281 , 119462 (2020).https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2020.119462

    Статья Google ученый

  • Масуди, М.: Каталитические нейтрализаторы с нелинейными каналами потока. Патент США 10 598 068, 24 марта 2020 г.

  • Контроль выбросов метана | Обзор снижения выбросов Двигатели на природном газе

    Johnson Matthey Technol. , 2016 г., 60 , (4), 228

    Введение

    В последние годы наблюдается повышенный интерес к замене традиционного бензина и дизельного топлива природным газом по ряду причин, таких как рост цен на энергию, истощение в нефтяных ресурсах и политической неопределенности, но в основном из-за растущей озабоченности глобальным потеплением (1).Природный газ состоит в основном из метана (обычно 70–90 %) с различными пропорциями других углеводородов, таких как этан, пропан и бутан (до 20 % в некоторых месторождениях) и других газов (2, 3). Он может быть получен в промышленных масштабах из месторождений нефти или природного газа и широко используется в качестве источника энергии сгорания для производства электроэнергии, промышленной когенерации и отопления жилых помещений. Его также можно использовать в качестве автомобильного топлива. Природный газ имеет ряд экологических преимуществ: это более чистое горючее топливо, обычно содержащее мало примесей, он содержит больше энергии (Bti) на углерод, чем традиционное углеводородное топливо, что приводит к низким выбросам двуокиси углерода (выбросы парниковых газов на 25 %). имеет более низкие выбросы PM и NOx по сравнению с дизельным топливом и бензином.В ЕС поставлена ​​цель сократить выбросы CO 2 от транспорта более чем на 60% к 2050 г. по сравнению с уровнем 1990 г. (4), и этому может способствовать использование природного газа в качестве моторного топлива (1). С экономической точки зрения природный газ может быть дешевле дизельного топлива и бензина. Например, Таблица I отображает цены на бензин, дизельное топливо и природный газ в 2014 и 2015 годах (5, 6).

    Таблица I

    Сравнение между бензином, дизельными и природными ценами на газ 2014-2015 (5, 6)

    74

    Топливо Цена, US $ PER GGE A

    Июль 2014 Октябрь 2015
    Бензин 3.70 2.35 2.35
    Diesel
    3.51 3.51 2.30 230
    2,17 2.09 2,09

    Добыча производства низкая и правительства по всему миру содействуют своему использованию, предоставляя финансовые стимулы. Политические выгоды в таких странах, как США, могут включать гарантированные национальные ресурсы для производства энергии и меньшую зависимость от импорта нефти из других стран. Частично из-за этих факторов наблюдается быстрый рост интереса к использованию природного газа с прогнозируемым среднегодовым ростом на 30%, особенно в двигателях внутреннего сгорания.

    Этот краткий обзор посвящен спросу, политике и росту природного газа во всем мире, а также снижению выбросов метана с помощью систем доочистки для мобильных и стационарных приложений.

    Законодательство и проблемы

    Двигатели, работающие на природном газе, выделяют очень мало PM и NOx (до 95 % и 70 % соответственно) по сравнению с дизельными двигателями большой и малой мощности. В настоящее время метан не включен в критериальные нормы выбросов, но законодательство по парниковым газам Агентства по охране окружающей среды США ограничивает выбросы метана на уровне 0.1 г л.с. –1 ч –1 для двигателей большой мощности и 0,05 г миль –1 для пикапов и фургонов (7). Транспортные средства, работающие на природном газе стандарта Euro VI, должны соответствовать предельным значениям выбросов как общего количества углеводородов (THC), так и выбросов метана, и, следовательно, им необходимы устройства дополнительной обработки для контроля выбросов метана. Текущие нормы выбросов ЕС для газовых двигателей большой мощности показаны в таблице II . Ограничения по метану применяются только для газовых двигателей, а ограничение по PM не является проблемой для автомобилей, работающих на СПГ.

    Таблица II

    стандартов эмиссии ЕС для тяжелых газовых двигателей: переходные тестирования (8)

    предел, G кВтч -1

    Этап Дата Испытание СО НМУВ СН 4 NOx PM
    Евро V Октябрь 2008 г. Европейский переходный цикл (ETC) 4.0 0,55 1,1 2,0 0,03
    Евро VI январь 2013 Всемирный согласованный переходный цикл (ВСПЦ) 4,0 0,16 0,5 0,46 0,01

    Агентство по охране окружающей среды США также предложило новые стандарты для выполнения обязательства правительства США по сокращению выбросов метана в основном в нефтегазовом секторе на 40–45% к 2025 г. по сравнению с уровнем 2012 г. (9).Недавно в мае 2016 года это еще раз подчеркивалось для ограничения выбросов метана из промышленных компрессоров, колодцев и насосов с утечками (10).

    Ресурсы природного газа и рынок транспортных средств, работающих на природном газе

    Природный газ доступен во всем мире в изобилии. Как показано на рис. 1 , доказанные запасы природного газа во всем мире превышают 204,7 × 10 12 м 3 , а мировых запасов газа хватит на 537 лет, еще на 161 год в Европе (1).

    Рис.1.

    Мировые запасы природного газа (единицы = 10 9 м 3 ) (1). Источник: NGVA Europe

    В период с 1991 по 2007 год количество автомобилей, работающих на природном газе, увеличивалось в среднем на 20% в год, и некоторые источники предсказывают его дальнейший рост, как показано на рис. 2 (11).

    Рис. 2.

    Транспортные средства, работающие на СПГ, в: (a) США, где диапазоны CAGR основаны на различных допущениях относительно внедрения транспортных средств, работающих на СПГ, и проникновение (в %) рассчитывается относительно всех транспортных средств, используемых в настоящее время в США; и (b) европейские рынки в виде доли мирового рынка автомобилей, работающих на природном газе, с долей рынка 5% для Европы в 2020 г. и возможной долей рынка 9% для Европы в 2030 г. (11) (воспроизведено с любезного разрешения Ынсок Ким, Heesung Catalysts, Южная Корея)

    Варианты топлива

    Природный газ может использоваться в качестве транспортного топлива в виде СПГ и сжиженного природного газа (СПГ).СПГ перевозится в резервуарах под давлением до 3600 фунтов на квадратный дюйм (~ 248 бар) и имеет плотность энергии около 35% бензина на единицу объема (12). СПГ имеет плотность энергии в 2,5 раза больше, чем СПГ, и в основном используется для большегрузных транспортных средств. Он охлаждается до жидкого состояния при температуре –162 °C, в результате чего объем уменьшается в 600 раз, что означает, что СПГ легче транспортировать, чем СПГ (2). Как правило, транспортные средства, работающие на природном газе, дороже, чем транспортные средства, работающие на бензине или дизельном топливе, в основном из-за стоимости топливного бака высокого давления или изолированного топливного бака, который требуется для хранения СПГ или КПГ.

    В качестве альтернативы, используя технологию преобразования газа в жидкость (GTL) (13), природный газ может быть преобразован в жидкое топливо, которое имеет характеристики воспламенения, аналогичные дизельному или бензиновому топливу, и может использоваться в транспортных целях. Другие варианты включают преобразование природного газа для производства водорода для транспортных средств на водородных топливных элементах и ​​производство электроэнергии для электромобилей путем сжигания природного газа на электростанции (14).

    Био-СПГ может быть альтернативой природному (ископаемому) газу, поскольку он производится из биогаза, полученного путем анаэробного сбраживания органических веществ, таких как мусорные свалки или навоз (15–17).Его использование еще больше сократит выбросы парниковых газов автомобилями (18), а также будет дешевле дизельного топлива, отчасти из-за государственных стимулов, таких как снижение пошлин в различных странах или регионах (19).

    Технологии дополнительной обработки выбросов

    В зависимости от условий сгорания в двигателях, работающих на метане, используются два основных режима работы: стехиометрические условия (λ = 1) и условия сжигания обедненной смеси (λ ≥ 1,3). На рис. 3 (11) показано сравнение выбросов CO 2 различных технологий, и видно, что природный газ дает меньшие выбросы, чем дизельное топливо при любых условиях.

    Рис. 3.

    CO 2 Зависимость выбросов от технологий в двигателях ГНБ СПГ (11). EGR = рециркуляция отработавших газов (воспроизведено с любезного разрешения Ынсока Кима, Heesung Catalysts, Южная Корея)

    Метан является наименее реакционноспособным углеводородом, и для разрыва первичной связи C–H требуется высокая энергия. Температура воспламенения алканов обычно снижается с увеличением отношения топлива к воздуху и увеличением длины углеводородной цепи, что коррелирует с прочностью связи C – H.Катализаторы на основе палладия хорошо известны как наиболее активный тип катализаторов окисления метана.

    На рис. 4 показано, как различные виды углеводородов превращаются в CO 2 и H 2 O в обедненных условиях с повышением температуры выхлопных газов при использовании катализатора на основе палладия. Показано, что метан имеет более высокую температуру воспламенения по сравнению с другими углеводородами, достигая 50% конверсии при 550°С.

    Рис. 4.

    Конверсия углеводородов катализатора на основе палладия в зависимости от температуры в обедненных условиях

    При работе в стехиометрических условиях (λ = 1) TWC используется как эффективная и рентабельная система доочистки для сжигания метана.В основном биметаллические катализаторы Pd-Rh с высоким общим содержанием металлов платиновой группы (мг) >200 г фут –3 необходимы для высоких уровней конверсии метана, чтобы соответствовать требованиям ТГК в конце срока службы из-за очень низкой реакционной способности этого углеводорода и дезактивация катализатора посредством термического и химического воздействия. На рис. 5 показаны характеристики типичного Pd-Rh TWC в зависимости от лямбда-выражения на стандартном бензиновом двигателе по сравнению со стехиометрическим двигателем, работающим на СПГ (бензиновый двигатель, работающий на СПГ).Для СПГ выбран стехиометрический режим, потому что в стехиометрических условиях проще уменьшить выбросы метана и NOx, чем в обедненных условиях. Видно, что в бензиновом двигателе при переходе от богатой к обедненной работе сгорание угарного газа улучшается и достигает 100 % выше λ = 0,995 и остается таким же при работе на обедненной смеси. 100% конверсия углеводородов наблюдается при работе на обогащенной смеси, но начинает немного снижаться при переходе на обедненную смесь; NOx показывает резкое падение с увеличением значения λ. На стехиометрическом двигателе, работающем на сжатом природном газе, конверсия CO и NOx имеет ту же тенденцию, что и в бензиновом двигателе, но конверсия углеводородов намного ниже, особенно обеднение по стехиометрии.Использование высоких загрузок МПГ улучшит общую конверсию углеводородов в стехиометрических двигателях, работающих на СПГ. Однако высокая конверсия метана может быть достигнута при относительно низком уровне содержания pgm на основе калибровки двигателя, т. е. регулирования соотношения воздуха и топлива таким образом, чтобы оно работало близко к стехиометрическому или богатому стехиометрическому; загрузка МПГ также может варьироваться в соответствии с требованиями регионального законодательства в отношении конверсии метана и неметана.

    Рис. 5.

    Сравнение характеристик состаренного Pd:Rh (120/0:11:1) TWC в зависимости от лямбда при 450°C на: (a) бензиновом двигателе; (b) двигатель со стехиометрическим СПГ

    На рис. 6 показана разница в температурах воспламенения ряда катализаторов, используемых как в бензине, так и в стехиометрическом СПГ.Совершенно очевидна необходимость высоких загрузок МПГ для применения на СПГ для достижения таких же температур легкого сгорания, как и для применения на бензине. Объяснение заключается в том, что выбросы углеводородов от транспортных средств, работающих на природном газе, состоят в основном из метана, который гораздо труднее окислить, чем алкены, ароматические соединения и алканы с более длинной цепью, присутствующие в выхлопных газах бензиновых двигателей.

    Рис. 6.

    Влияние загрузок МПГ (г фут –3 ) на конверсию углеводородов катализатора Pd:Rh: бензин (TWC) по сравнению с .CNG

    Одним из преимуществ использования двигателей, работающих на обедненных смесях, является высокая экономия топлива. Однако, в отличие от стехиометрических двигателей, в поток выхлопных газов необходимо впрыскивать восстановитель, чтобы иметь возможность восстанавливать NOx в присутствии избытка кислорода. Обычно он находится в форме аммиака (NH 3 ), и, таким образом, для сжигания обедненной смеси требуется совершенно другая каталитическая система, отличная от стехиометрической, где эффективное снижение NOx может быть достигнуто с использованием CO или HC при слегка богатой или стехиометрические условия.Другие технические проблемы с двигателями, работающими на обедненной смеси, включают возможность пропусков зажигания при высоком соотношении воздух-топливо, что приводит к увеличению выбросов. Восстановление NOx и окисление метана также затруднены в очень окислительных условиях. При сжигании обедненной смеси на СПГ для сжигания метана при более низких температурах необходимы Pd-Pt при высоком общем содержании МПГ (>200 г фут –3 ).

    Из-за нереакционноспособного (или слабореакционноспособного) характера метана при более низких температурах повышенные выбросы метана возникают при холодном пуске и в условиях холостого хода, в основном при сжигании обедненной смеси, когда температура выхлопных газов ниже стехиометрической.Для улучшения реакционной способности метана при более низких температурах одним из вариантов является использование высоких загрузок МПГ. На рис. 7 показано значительное преимущество в конверсии метана при увеличении содержания МПГ со 100 до 200 г фут –3 палладия, однако преимущество уменьшается выше 200 г фут –3 .

    Рис. 7.

    Влияние загрузки Pd на конверсию метана при сжигании обедненной смеси

    Другие проблемы смазочное масло), особенно в условиях обедненной смеси, что со временем приводит к резкому снижению степени превращения катализатора.Дезактивация из-за воды значительна из-за образования гидроксила, карбонатов, формиатов и других промежуточных соединений на поверхности катализатора (20). Активность обратима и может быть полностью восстановлена ​​при удалении воды (

    Рисунок 8 ). Однако это нецелесообразно, так как сырье для сжигания метана всегда содержит большое количество воды из-за высокого содержания H в метане. H 2 O может быть либо ингибитором, либо промотором в зависимости от соотношения воздух-топливо, т.е. лямбда.В стехиометрических и восстановительных условиях лямбда ≤1, H 2 O может действовать как стимулятор окисления углеводородов посредством реакции парового риформинга как в двигателях, работающих на сжатом природном газе, так и в бензиновых двигателях. Однако для СПГ, работающего на обедненной смеси, работающего при лямбда > 1, H 2 O действует как ингибитор окисления метана. Крайне важно понять эффект ингибирования воды и разработать катализаторы, более устойчивые к присутствию H 2 O. Это позволит улучшить контроль выбросов метана при сжигании обедненной смеси СПГ.

    Рис. 8.

    Влияние воды на превращение метана в катализаторе Pd при 450°C устойчивых сульфатов (21, 22). Регенерация катализатора для восстановления активности после отравления серой является сложной задачей и обычно требует высоких температур, обогащения или того и другого. Это легко достижимо при стехиометрическом режиме, но сложнее при сжигании обедненной смеси.Транспортное средство, работающее на обедненных смесях, работает с гораздо более высоким соотношением воздух-топливо, чем стехиометрическое транспортное средство, и для переключения на обогащенную работу потребуется впрыск гораздо более высокой концентрации восстановителя. Термическая дезактивация, возникающая в результате большого количества пропусков зажигания из-за плохого контроля переходных процессов двигателя и систем зажигания, разрушает катализатор и, соответственно, приводит к высокому уровню выбросов выхлопных газов. Эта проблема характерна для всех типов двигателей, но некоторые катализаторы более устойчивы к термической дезактивации.Это приводит к высоким требованиям к эффективности и долговечности катализатора.

    На рис. 9 показано влияние высокотемпературного термического старения и воздействия серы на конверсию метана катализатора окисления на основе палладия. Очевидно, что катализатор дезактивируется в обоих условиях, но отравление серой оказывает более сильное влияние, чем термическое старение. Как термическая стойкость, так и отравление серой могут быть улучшены путем добавления небольшого количества Pt в катализатор Pd (23, 24), как показано на рисунках 10 и 11 . Рисунок 11 показывает, что ингибирование серы из-за образования сульфатов палладия может быть значительно снижено при добавлении Pt (25).

    Рис. 9.

    Влияние термического старения и отравления серой на катализатор окисления метана на основе палладия. ‘1st SO 2 ‘ и ‘2nd SO 2 ‘ показывают последовательное сульфатирование

    Рис. 10.

    Роль Pt в конверсии метана (11) Корея)

    Рис.11.

    Влияние PT-дополнение к снижению воздействия отравления серы на катализаторах окисления на основе PD (25)

    углеводороды
    4
    CH 4 Methane
    CNG сжатого природного газа
    CO монооксида углерода
    СО 2 диоксида углерода
    РОГ рециркуляции отработавших газов
    Т.Д. Европейский переходный цикл
    GTL газ-жидкость
    HC углеводороды
    HDD сверхмощных дизельных
    СПГ сжиженного природного газа
    НМУВ неметановые
    Н Ox оксиды азота
    МПГ металл платиновой группы
    PM твердых частиц
    ТНС общее количество углеводородов
    TWC трехкомпонентный нейтрализатор
    ВСПЦ Всемирный гармонизированный переходный цикл

    Выводы

    Очевиден повышенный интерес к использованию природного газа в качестве альтернативного топлива в мобильных и стационарных установках.Некоторыми из основных причин являются его относительно высокая распространенность, более низкая стоимость по сравнению с другими видами топлива и, что наиболее важно, стремление достичь целей по сокращению выбросов парниковых газов. Выбросы метана и общее количество углеводородов (включая метан) ограничиваются глобальными нормами, включая законодательство США по охране окружающей среды о парниковых газах и Euro VI, требующие, чтобы автомобили использовали доочистку для контроля выбросов метана. Очевидным путем для природного газа является через метан для стационарных и мобильных применений, где его можно использовать в виде СПГ или СПГ.При дальнейшем совершенствовании инфраструктуры заправки природным газом и увеличении количества двигателей, работающих на природном газе, скорость использования транспортных средств, работающих на природном газе, может быть увеличена в большей степени. Pd-Rh TWC в стехиометрических условиях, в то время как катализатор Pd-Pt в обедненных условиях используются для сжигания метана.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.