Лекция 2. ПНГ и СНГ (Лекции)

Московский государственный технический университет им. Н.Э. БауманаКафедра поршневых двигателей (Э2)Применение синтетическихтоплив в силовых установках споршневыми двигателямик.т.н. Зеленцов А.А.Москва, 2016Московский государственный технический университет им. Н.Э. БауманаКафедра поршневых двигателей (Э2)Применение синтетических топлив всиловых установках с ПДВопросы, рассматриваемые на лекцииПервые газовые двигатели в истории. Классификациягазовых поршневых двигателей.Синтетические топлива как продукт переработки твердых,жидких или газообразных полезных ископаемых (угля,горючих сланцев, природного газа и газовых конденсатов).Виды, эксплуатационные свойства, проблемы производствасинтетических топлив.Особенности использования попутного нефтяного газа всиловых агрегатах с поршневыми двигателями.Сжиженный нефтяной газ как моторное топливо длятранспортных установок.

Элементы системы питаниясжиженным нефтяным газом.2Московский государственный технический университет им. Н.Э. БауманаКафедра поршневых двигателей (Э2)Применение синтетических топлив всиловых установках с ПДПервые двигатели, работающие нагазообразном топливе. Двигатель ЛенуараЖан Жозеф Этьен Ленуар(1822 – 1900 г.г.)В 1859 г. запатентовал первыйдвигатель внутреннегосгорания.ИдеальныйциклдвигателяЛенуара3Московский государственный технический университет им. Н.Э. БауманаКафедра поршневых двигателей (Э2)Применение синтетических топлив всиловых установках с ПДДвигатель Ленуара (продолжение)Характеристики двигателяКоличество цилиндров: 1Рабочий объем:18 лМощность:2 л.с.КПД:~ 4%Тип топлива:светильный газЧастота вращения: 100 об/минДвигатель Ленуара(музейный экспонат)Преимущества: проще в управлении посравнению с паровымдвигателем; выше КПД; не требует длительнойподготовки перед запуском; меньше габариты и масса.Экипаж с двигателем Ленуара4Московский государственный технический университет им.

Н.Э. БауманаКафедра поршневых двигателей (Э2)Применение синтетических топлив всиловых установках с ПДПервые двигатели, работающие нагазообразном топливе. Двигатель ОттоОтто Николаус Август(1832 – 1891 г.г.)В 1866 г. создалчетырехтактный газовыйДВС с предварительнымсжатием смесиИдеальныйциклдвигателяОттоСхема и музейныйэкспонат двигателяОтто (1877 г.)5Московский государственный технический университет им.

Н.Э. БауманаКафедра поршневых двигателей (Э2)Применение синтетических топлив всиловых установках с ПДПервые двигатели, работающие нагазообразном топливе. Двигатель ОттоХарактеристики двигателяКоличество цилиндров: 1КПД:~ 15%Тип топлива:светильный газЧастота вращения: 180 об/минСравнение циклов ДВСПатентованный четырехтактныйдвигатель Отто - 1880 год фирма Deutz(музей Mercedes-Benz, Штутгарт) 6Московский государственный технический университет им. Н.Э.

БауманаКафедра поршневых двигателей (Э2)Применение синтетических топлив всиловых установках с ПДХарактеристики газовых топливЗависимость низшей теплоты сгорания газовоздушной смеси Hu см ,теоретически необходимого для сгорания 1 м3 топлива количества воздухаL0 и среднего эффективного давления pe газового двигателя, работающегопри n = 1000 мин-1 и α = 1, от низшей теплоты сгорания газа Hu7Московский государственный технический университет им.

Н.Э. БауманаКафедра поршневых двигателей (Э2)Применение синтетических топлив всиловых установках с ПДКлассификация систем топливоподачи газовыхдвигателейПо способусмесеобразованияПо агрегатному состояниюприменяемого топливаДвигатели, работающие насжатом газеДвигатели с внешнимсмесеобразованиемДвигатели, работающие насжиженном газеДвигатели с внутреннимсмесеобразованиемПо принципурегулированияГД с количественнымрегулированиемГД с качественнымрегулированиемГД со смешаннымрегулированиемПо способу воспламенениятопливаГД с принудительным ВЭИГД с впрыскиваниемсжатого газа исамовоспламенением отсжатияГД с форкамернофакельным зажиганиемГД с самовоспламенениемот запальной дозы ДТ8Московский государственный технический университет им. Н.Э. БауманаКафедра поршневых двигателей (Э2)Применение синтетических топлив всиловых установках с ПДВиды альтернативных топливТоплива для поршневыхдвигателейТрадиционныеАльтернативныеСмесевыетопливаНефтяные топлива сдобавками спиртов,эфиров и т.п.Синтетическиежидкие топливаТоплива, полученные припереработке угля, горючихсланцев, природного газа ит.п.НенефтяныетопливаСпирты, эфиры, газообразныевещества, существенно отличающиесяпо физико-химическим свойствам оттрадиционных нефтяных топлив.9Московский государственный технический университет им.

Н.Э. БауманаКафедра поршневых двигателей (Э2)Применение синтетических топлив всиловых установках с ПДСырьевые ресурсы для получения СЖТСинтетические жидкиетоплива (СЖТ)Попутныйнефтяной газПриродныйгазГорючиесланцыКаменный ибурый угольБитумныепески10Московский государственный технический университет им. Н.Э. БауманаКафедра поршневых двигателей (Э2)Применение синтетических топлив всиловых установках с ПДФизико-химические свойства нефтяных исинтетических топливТопливоПоказательВязкость кинематическаяпри 20°С, мм2/сПлотность при 20°С, кг/м3Теплота сгорания низшая,МДж/кгЦетановое числоТемпература застывания,°СДавление насыщенныхпаров при 100 кПа и 38°С, кПаСодержание смол в 100 млтоплива, мгОбщее массовоесодержание серы, %ТопливнаяфракцияугляЛегкаяфракциясланцевойсмолыГазовыйконденсатДТТопливоУФССНГ(пропан)Топливо изприродногогаза4,58833,24,908360,17**490**3,457808635,58422,1*82042,545-104256-446,516-75-42,643-1540,1130-35-6046,531-0,320,260,84----5033--20--0,200,5330,015Отсутствует0,040,8-Примечание: «-» - свойства не определялись; * - при 50 °С; ** - плотность и вязкость притемпературе кипения.11Московский государственный технический университет им.

Н.Э. БауманаКафедра поршневых двигателей (Э2)Применение синтетических топлив всиловых установках с ПДПопутный нефтяной газПопутный нефтяной газ – смесь газов, выделяющаяся из углеводородов любогофазового состояния (метан, этан, пропан, изобутан, бутан и др.), содержащаярастворенные в ней высокомолекулярные жидкости (от пентанов и выше по ростугомологического ряда) и различного состава и фазового состояния примеси.Диаграмма составапопутного нефтяного газаКомпонентный составпопутного нефтяного газа12Московский государственный технический университет им.

Н.Э. БауманаКафедра поршневых двигателей (Э2)Применение синтетических топлив всиловых установках с ПДДобыча и использование попутного нефтяногогаза в РоссииДинамика добычипопутного нефтяногогаза в РФ, млрд м3На одну тонну нефтиприходится 30-300 м3 ПНГСтруктурная динамикапереработки попутногонефтяного газа в РФ в2009 году, %13Московский государственный технический университет им. Н.Э. БауманаКафедра поршневых двигателей (Э2)Применение синтетических топлив всиловых установках с ПДИспользование попутного нефтяного газа встранах мираОсновные направления использования попутного газа:использование ПНГ для выработки электроэнергии;химическая переработка;криогенная переработка;Сжигание попутного нефтяного газа взакачка в пласт.3странах мира (2009г., млрд м )14Московский государственный технический университет им. Н.Э.

БауманаКафедра поршневых двигателей (Э2)Применение синтетических топлив всиловых установках с ПДСхема переработки попутного нефтяного газаПопутный нефтяной газРазделение газаСухой газ(метан)Пропанобутановая смесьСжиженныйнефтяной газГазовыйбензинБензиновыефракции нефтиТоварныебензины15Московский государственный технический университет им. Н.Э. БауманаПрименение синтетических топлив всиловых установках с ПДКафедра поршневых двигателей (Э2)Особенности использования попутного нефтяногогаза в силовых установках! ПНГ не является стандартизованным сырьем и всегда имеетиндивидуальные характеристики на каждом отдельном месторождении. ПНГ на 95% состоит из углеводородов и на 5% из нежелательныхпримесей.

Для расчетов состава природного газа применяется ГОСТ31369-2008, который допускает содержание основного компонентаметана от 50% до 99,97% , плотность - от 0,692 до 1,21 кг/м3. Для нормальной работы силовых установок на ПНГ необходима егоподготовка, приведение свойств к стандартным требованиям – в данномслучае максимальному приближению свойств ПНГ к природному газугорючему (ПГГ – ГОСТ 5542-87 , ОСТ 51.40-93).Схемы подготовки попутного газа:удаление механических примесей (фильтрация);удаление капельной жидкости (сепарация);удаление серосодержащих соединений (очень редко);подъем или сброс давления до требуемых параметров.16Московский государственный технический университет им.

Н.Э. БауманаПрименение синтетических топлив всиловых установках с ПДКафедра поршневых двигателей (Э2)Особенности использования попутного нефтяногогаза в силовых установкахГрафик зависимости метанового числа различных газовых смесей от ихсостава, характеризуемого наличием фракции С3+ (пропан и высшие)17Московский государственный технический университет им. Н.Э. БауманаПрименение синтетических топлив всиловых установках с ПДКафедра поршневых двигателей (Э2)Особенности использования попутного нефтяногогаза в силовых установкахГрафики зависимости метанового числа газовых смесей от их состава, атакже мощности ГПЭ от метанового числа топливной смеси18Московский государственный технический университет им.

Н.Э. БауманаПрименение синтетических топлив всиловых установках с ПДКафедра поршневых двигателей (Э2)Особенности использования попутного нефтяногогаза в силовых установкахПричины выхода из строя ГПСи ГТС:• Образование и пробросконденсата;• Детонация;• Образование парафиновыхи/или гидратных отложений втопливной системе;• Наличие в топливной смесисеросодержащих соединений;• Чрезмерное снижение илиувеличение давления газовойсмеси в топливной системе.Схема утилизации попутного нефтяногогаза на газовых турбинах19Московский государственный технический университет им. Н.Э. БауманаПрименение синтетических топлив всиловых установках с ПДКафедра поршневых двигателей (Э2)Примеры использования попутного нефтяногогазаГазопоршневыеэлектростанцииGE Jenbacher(Австрия)Тип силовой установки: газопоршневой,газодизельМощность: 250 кВт…4МВтОбщий КПД: до 90%Тип топлива: природный газ;попутный нефтяной газ;шахтный газ;коксовый газ;пропан-бутановая смесь и т.п.Срок эксплуатации: 22-25 лет20Московский государственный технический университет им.