Сжиженный нефтяной газ — как альтернатива бензину

Смесь пропана и бутана, получаемая при перегонке сырой нефти или ее соединений на нефтеперерабатывающих заводах, образует сжиженный нефтяной газ, используемый как автомобильное топливо, в бытовых целях и для обогрева.

Свойства бензина отличаются от свойств сжиженного нефтяного газа (пропана и бутана) углеродным числом, представляющим собой более благоприятное соотношение молекулярных масс углерода и водорода. Углеродное число у бензина =8, у пропана =3, а у бутана =4. Плотность жидкой фазы зависит от температуры, с увеличением которой плотность уменьшается в результате теплового расширения, а при атмосферном давлении и температуре 15С, плотность жидкой фазы пропана составляет 510 кг/м3, бутана =580 кг/м3. Сжиженный газ тяжелее воздуха (пропан в 1,5 раза, бутан в 2 раза). Температура кипения у бензина выше температуры окружающей среды, а сжиженный нефтяной газ закипает при более низких температурах. Это означает, что бензин может быть в баке в жидком состоянии при атмосферном давлении, а сжиженный газ находится в баллоне при давлении, равном давлению его насыщенных паров при данной температуре. Хотя теоретически температура кипения бензина выше температуры окружающей среды, он также подвержен испарению, создавая в баке автомобиля повышенное давление. Из октанового числа (пропан=105,бутан=98) очевидно, что сжиженный нефтяной газ обладает значительно лучшей антидетонационной способностью, чем высококачественный бензин. Это позволяет увеличить степень сжатия у двигателей и тем самым улучшить топливно-экономические показатели. Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива показывает, какое количество воздуха необходимо для полного сгорания 1 кг газа. Для газа этот показатель выше, чем для бензина (бензин 1:14,7 пропан-бутан 1:15,7…16,2)
Основные свойства сжиженного нефтяного газа.
Одним из наиболее важных свойств пропана и бутана, отличающих их от других видов автомобильного топлива, является образование при свободной поверхности над жидкой фазой двухфазной системы жидкость/пар вследствие возникновения давления насыщенного пара, т.е. давления пара в присутствии жидкой фазы в баллоне.

В процессе наполнения баллона первые порции сжиженного газа быстро испаряются и заполняют весь его объем, создавая в нем определенное давление. При уменьшении давления газ мгновенно испаряется. Испарение сжиженного газа в баллоне продолжается до тех пор, пока образовавшиеся пары сжиженного газа не достигнут насыщения. Это свойство пропана и бутана позволяет хранить газ в небольших объемах, что очень важно.
Рассмотрим пример: Давление насыщенного пара бутана составляет 0,1 МПа (1атм) при 0 С и 0,17 МПа (1,7атм) при 15 С, а давление насыщенного пара пропана при этих же температурах 0,59 (5,9атм) и 0,9 МПа (9атм) соответственно. Это различие приводит к значительной разнице в давлении смеси при изменении пропорции пропана и бутана. Давление растет при увеличении температуры, что приводит к большим изменениям объема сжиженного газа, находящегося в жидком состоянии. Следовательно, если сжиженный газ в жидком состоянии полностью заполняет баллон и температура продолжает увеличиваться, то давление будет быстро расти, что может привести к разрушению баллона. Поэтому никогда не заполняйте баллон жидким сжиженным газом полностью. Обязательно оставляйте паровую подушку, объем которой равен 10% от полной емкости баллона.
Эти два газа (пропан и бутан) различаются между собой температурой кипения, при которой они переходят из жидкого в газообразное состояние. Пропан перестает переходить в газ и остается в жидком состоянии при температуре -43 С, для бутана эта температура равна -0,5 С.
Зависимость давления насыщенных паров пропана и бутана от температуры.
В условиях холодного климата (или зимой) в сжиженном нефтяном газе смеси пропана и бутана, предназначенном для использования в качестве автомобильного топлива, должен преобладать пропан для лучшей испаряемости смеси.
На газозаправочные станции согласно ГОСТу 27578-87, введенному с 1 июля 1988 г., должен поступать сжиженный нефтяной газ двух марок: летний ГТБА пропан-бутан автомобильный с содержанием 10% пропана, остальное бутан и зимний ПА пропан автомобильный с содержанием 90% пропана.
Зависимость давления насыщенных паров смеси пропана и бутана от температуры. Некоторую опасность представляет собой сжиженный газ, попавший на кожу: под действием быстро испаряющегося газа на коже могут возникнуть очаги обморожения. Теплота сгорания стехиометрической смеси газа несколько меньше, чем у бензина. Молекулярная масса сжиженного газа меньше, чем у бензина, и это снижает максимальную мощность двигателя. Поскольку в двигатель сжиженный газ поступает в газообразном состоянии, то по сравнению с бензином уменьшается объёмное наполнение газо-воздушной смесью цилиндров, а более низкая скорость горения газовоздушной смеси уменьшает крутящий момент при высокой частоте вращения коленчатого вала двигателя. Таким образом, при работе двигателя на газе его мощность не значительно снижается. Если мощность двигателя, работающего на бензине, принять за 100%, то мощность двигателя, работающего на газе, будет примерно равна 95%, что приводит к снижению максимальной скорости примерно на 4%.