СЖТ, КПГ и СПГ: Лебедь рак, щука или тройка рысаков удалых?

Людям свойственно разделятся в мнении. И даже те, кто раньше шел казалось бы в едином монолитном идеологическом строю, с течением времени сворачивают на тот путь, который они считают самым верным. А потом, уже вновь возникшие течения, борются уже друг с другом, доказывая свои состоятельность. Или наоборот не доказывая ее.

Выживает самая сильная идея.

Самая сильная - не всегда значит самая правильная! Но понять, что было более правильно на тот момент, а что нет, можно только ретроспективно. Единство и борьба. Все дела... Ну, вы в курсе!

Я хочу продолжить разговор со сторонниками неизбежного перехода от ископаемых жидких топлив на газовое топливо.

Если противникам, тоже интересно, то пожалуйста читайте! Не препятствую.

Армия сторонников этой идеи, тоже разделена.

Одни ратуют за неизбежную победу сжатого (компрированного) природного газа - КПГ, другие, резонно указывая на его недостатки, полагают, что скорее машины будут использовать сжиженный природный газ - СПГ, а третьи не менее аргументированно доказывают, что легче оставить все как есть и ездить на давно опробованном бензине и дизеле, только синтетическим, с обобщенным названием СЖТ (синтетические жидкие топлива), которые просто будут синтезировать из природного газа с помощью технологий GTL (газ в жидкое топливо).

Каждый защищает свою точку зрения.

Рассмотрим этот вопрос более детально.

GTL/CTL подразумевает использование технологий производства синтетических жидких моторных топлив (СЖТ) из природного газа (Gas-to-Liquid) или угля (Coal-to-Liquid) (сейчас редко). При этом практически не придется вносить серьезных изменений ни в устройство автомобиля и его двигатель, ни в существующую инфраструктуру хранения и доставки моторных топлив к потребителю.

Современные жидкие синтетические топлива по своему качеству не уступают обычным, полученным из нефти, а чаще всего превосходят их.

Синтетическое топливо заметно чище из за отсутствия серы и примесей.

Вкратце, этот синтез выглядит так:

Причем есть два основных пути переработки:

1) Газ в метанол.

2) Газ в синтетическую нефть.

Которая затем разделяется на два вида моторных топлив, готовых к прямому употреблению.

Основные компоненты, получаемые из синтетической нефти - это дизельное топливо и нафта (бензин). 

Соотношение выхода продукции дизельное топливо – 70%, нафта (бензин) – 30 %.

Первый вариант дешевле, но метанол сейчас почти не используется в виде моторного топлива. Второй вариант дороже, но есть большой рынок.

Потому в основном идут по второму пути.

Что же препятствует широкому внедрению этой технологии по всему миру?

Дороговизна!

Дороговизна и экономическая и энергетическая. Дороговизна преследует эту технологию и в капитальных затратах и операционных расходах.

Из 1.000 м3 природного газа (метана) получается, от 270 до 390 л углеводородов, или от 220 до 310 кг синтетического жидкого топлива, в зависимости от выбранной технологии. 

Так сейчас, себестоимость такого топлива приблизительно равна 140-200 долл/тонна.

Нужно ли такое дорогое топливо тем странам и тому миру, где естественная нефть будет в дефиците, но будет достаточно газа? 

Думаете - нет? 

Не спешите делать выводы!

Такое топливо нужно! 

Война - вот его время!

Армия, флот, МЧС - вот его место применения!

Война и различные ЧП.

Хоть и дорого и расточительно, но тут ему замены нет! 

Не будет же танкист лить в бак своего танка сжиженный газ, а летчик таскать в свой самолет болоны с  КПГ. Да и МЧС нужно жидкое топливо, чтобы оперативно реагировать на различные чрезвычайные ситуации.

Хорошо, а как же тогда с КПГ и СПГ? Кто кого?

Выскажу мысли и выводы, которые мне кажутся правильными и с которыми вы можете согласится, а можете и нет.

При сжижении метан уменьшается в объеме в 600 раз – в этом главное преимущество сжижения. При перевозке СПГ любым видом транспорта в единице объема криогенной цистерны транспортируют в 2-3 раза больше газа, чем в баллонах КПГ. При этом удельная металлоемкость на единицу перевозимого объема газа почти в 7-9 раз меньше, чем при транспортировании КПГ.

Сжижение СПГ проходит при температуре –161,5 °С. Процесс энергозатратный и требует криогенного оборудования. Сжиженный метан хранится при температуре внутри термоизолированного сосуда от –160 до –196 °С.  Что вызывает  необходимость в очень качественной термоизоляции. Соответственно в машине они хранятся в криогенных емкостях.

Но какой-бы ни была теплоизоляция, криогенное состояние СПГ сохраняется не дольше 7–10 дней. Для того, чтобы охладить метан до температуры минус 162°С, необходимы криогенные установки и компрессоры. Это оборудование стоит дорого, что приводит к росту себестоимости СПГ. Сжиженный газ на транспортных средствах хранится в специальных криогенных баллонах, сохраняющих низкую температуру топлива по принципу термоса. Однако со временем рост температуры неизбежен. Поэтому транспорт на СПГ должен постоянно находиться в работе, расходуя топливо. Хотя технически газобаллонное оборудование на СПГ рассчитано на возможное «стравливание» метана, перешедшего в газообразное состояние из-за роста температуры. Т.е. в случае простоя техники и нагрева криогенного бака взрыва из-за излишнего давления не произойдет, однако все топливо через какое-то время просто выветрится.

Преимущества использования СПГ перед обычным, компрессионным природным газом (КПГ).

1) Отсутствие необходимости проводить газопроводы и, как следствие, отсутствие необходимости обслуживать газопроводы и нести другие расходы.

2) Увеличение мобильности в случае переноса потребителя.

3) Баллоны для автомобилей на СПГ имеют гораздо меньший размер и вес.

4) Объем СПГ, заправленный в баллон, увеличивает пробег автомобиля в 3 раза по сравнению с КПГ (например, в Америке фактически вся техника ЖКХ на СПГ).

5) Хранение СПГ при более низком давлении (10 кгс/см2) обеспечивает большую взрывобезопасность в сравнении со сжатым (КПГ) газом под давлением до 200 кгс/см2).

6) Эффективное хранение природного газа в больших объемах возможно только в его сжиженном виде. Использование КПГ баллонов при этом не рационально.

7) При сжижении природного газа производится его дополнительная очистка от кислых газов (примесей углекислого газа и сероводорода). Благодаря этому увеличивается ресурс работы двигателя и снижается количество вредных выбросов в окружающую среду.

Недостатки использования СПГ перед обычным, компрессионным природным газом (КПГ): 

1) СПГ требует постоянного отбора, так как находится в неустойчивом состоянии (-160 градус).

2) Оборудование для СПГ на порядок дороже по сравнению с оборудованием на КПГ.

3) Баллоны для СПГ на порядок дороже по сравнению с баллонами на КПГ.

4) В себестоимости СПГ 40 % занимают дорогостоящие процессы сжижения и регазификации.

5) Радикальное замещение на СПГ подразумевает, что двигатель работает исключительно на СПГ  Газовый режим требует больших затрат, так как необходимо установить новый газовый двигатель, либо проводить серьезные изменения в дизельном. КПГ же требует незначительной переделки двигателя.

Метан в виде сжатого газа (компримированного газа – КПГ), также имеет свои плюсы и минусы, а также специфические особенности. Фактически все недостатки КПГ проистекают из самой формы данного вида топлива. Этот вид топлива производится методом сжатия метана, в результате КПГ в емкостях находится под давлением 200-250 атмосфер. При этом газ имеет температуру окружающей среды. Из-за высокого давления КПГ требует использования баллонов выдерживающих подобные нагрузки.

Соответственно стенки баллона должны быть толще, что приводит к утяжелению газобаллонного оборудования в автомобиле и как следствие росту расхода топлива.

Хотя в последнее время производители газобаллонного оборудования стал использовать композитные материалы, что позволило снизить весь емкостей. 

Запас хода автомобиля на КПГ на одной заправке примерно в 2,5-3 разе меньше, чем на СПГ.

А его стоимость на 100 км. пробега примерно на 25-30% дешевле, чем СПГ.

Главная особенность СПГ - постоянно испарятся при хранении вне специальных охлаждаемых бездренажных хранилищ. И чем меньше объем хранимого СПГ, тем больше удельные потери.

И эта особенность ведет к тому, что наиболее целесообразно использовать этот вид топлива на постоянно действующей крупногабаритной технике.

То есть на больших машинах, где возможна просчитанная логистика и план расхода СПГ.

Если посмотреть подробнее, то вот перспективные направления использования СПГ:
1) моторное топливо для грузовой и крупногабаритной пассажирской техники.
2) топливо для железной дороги.
3) топливо для речных и морских судов.
4) топливо для работы буровых установок (двухтопливный режим) и дизель-электрических станций.
5) карьерная техника.
6) автономная газификация удалённых и труднодоступных территорий.

Ниша же КПГ - личный транспорт, легкий пассажирский, легкий грузовой, легковой таксопарк и мобильная коммунальная техника.

 

Вышеприведенные проблемы можно решить путём совместного использования сжиженного природного газа (СПГ) и компрированного природного газа (КПГ) на основе комбинированной АГЗС. 

Для создания комбинированной АГЗС необходимо на действующей АЗС установить газификатор СПГ высокого давления, включающий криогенный резервуар, криогенный плунжерный насос высокого давления, теплообменник с источником тепла и колонку для отпуска КПГ. 

СПГ с места его производства будет доставляться на АГЗС криогенными цистернами и сливаться в теплоизолированные емкости. 

Совместное использование СПГ и КПГ позволит существенно расширить применение метана в качестве газомоторного топлива.

Стационарная СПГ-КПГ заправочная станция, предназначенна для заправки автотранспортных средств, как сжиженным, так и компримированным природным газом.

СПГ регазификаторы, на которых получают КПГ из СПГ, целесообразно устанавливать в непосредственной близости к потребителю (автотранспортные парки, существующая сеть АЗС). При этом не имеет значения близость к сетевому трубопроводному газу.
Строительство таких станций обходится дороже, чем для КПГ.
Гарантией возврата затрат на строительство КПГ/СПГ-станций может быть только наличие парка газовых машин и комфортной инфраструктуры на дорогах. 

Предлагается строительство чисто КПГ-заправочных станций на максимальном расстоянии друг от друга 150 км и СПГ/КПГ-станций через каждые 400 км. По мнению ряда экспертов, этого недостаточно. Для более быстрого проникновения газотранспортного топлива на рынок рекомендуется сузить диапазон до 50–100 км для КПГ и 200–300 км для СПГ/КПГ-станций.

По инфраструктуре СПГ в мире имеется много отработанных решений: автомобильные цистерны для транспортировки и заправки, цистерны-контейнеры (рабочее давление менее 7 кгс/кв.см2), стационарные и мобильные заправочные станции, блочно-модульные СПГ-КПГ заправки в контейнерном исполнении, гидравлические дочерние заправочные станции КПГ, автомобильные криогенные баки с многослойной экранно-вакуумной термоизоляцией (рабочее давление менее 16 кгс/см2).
В России газовые двигатели имеют следующие автопроизводители: КАМАЗ, ГАЗ, ПАЗ, НЕФАЗ. 

Преимущества комбинированных  СПГ/КПГ-станций:

• Возможность заправки одновременно автомобилей на СПГ (преимущественно грузовая техника) и КПГ (преимущественно легковой автотранспорт, на котором установлено оборудование на КПГ) с минимальным временем заправки ;

• Мобильность при строительстве, можно устанавливать поблизости от оживленных трас как в городах, районных центрах, деревнях (для отопления муниципальных котельных и сельхоз транспорта), так и на магистралях;

• Отсутствие подводящих трубопроводов и их эксплуатации;

• Возможность установки в контейнерном виде, что позволяет стремительно развить сеть станции в любом регионе РФ и заинтересовывать автовладельцев на перевод своих авто на газ;

Сжиженный природный газ позволяет расширить функциональное назначение действующих автозаправочных станций и снабжать газобаллонные автомашины компримированным газом и, таким образом, фактически увеличивает количество действующих АГНКС и существенно приближает их к потребителям газобаллонного топлива при сравнительно небольших отводимых площадях и инвестициях.

Таким образом, как видно, уже на имеющихся в наличии технологиях при целенаправленном плановом воздействии на внутренний рынок, в странах, которые обеспечены природным газом, уже в среднесрочной перспективе, возможен переход на метан, как основное моторное топливо. 

Возможно, с последующим полным отказом от использования для этих целей ископаемой нефти.

Для тех кто не любит читать длинные портянки, а считает, что краткость и наглядность - сестра таланта, резюмирую:

СЖТ для - 

и 

СПГ для  - 

и 

КПГ для - 

и 

Хау! Моя твоя все сказал.