n-butan isobutan; butany zvyšují oktanové číslo ČZU/FAPPZ

Transkript

1 LPG

2 - LPG se řadí mezi nejvíce využívaná motorová paliva na světě, jelikož vedle ekologických vlastností má především ekonomické výhody; - představuje zkapalněnou směs propanu a butanu převážně se třemi až čtyřmi uhlíky v molekule z různých zdrojů; - jako surovina k výrobě propan-butanu se používají kondenzáty vzniklé při těžbě a zpracování surového zemního plynu či kapalné plyny v destilačních kolonách; - mohou to být tedy snadno kondenzující podíly zemního plynu, nejtěkavější podíly ropy nebo těkavé frakce různých technologií rafinérského a petrochemického průmyslu (např. procesů krakování).

3 - v depropanizéru je pak získán propan a butany; - z chemického hlediska se jedná o n-butan nebo isobutan; - v jednotce dělení benzinu se dále získá tzv. lehký benzin, který se přimíchává do automobilových benzinů (má využití i k výrobě ethylenu a propylenu); - směsi butanů lze v omezeném množství přimíchávat i do benzinů, jejichž obsah je však omezen legislativou; - i tak se je snaží rafinérie přimíchávat do benzinů, jelikož cena benzinu je vyšší než cena LPG; - z palivářského hlediska mají však i pozitivní vliv, jelikož butany zvyšují oktanové číslo, ale rychleji se odpařují a výpary benzinu více zapáchají;

4 - LPG je bezbarvá velmi těkavá hořlavá kapalina nerozpustná ve vodě specifického zápachu; - oproti benzinu má lepší antidetonační vlastnosti, nižší objemovou výhřevnost, ale umožňuje udržovat výkon blízký výkonu motorů pohaněných benzinem; - výhřevnost způsobuje při nezměněném kompresním tlaku snížení výkonu; - směs má čistější spaliny (při využívání kvalitního plynu, lze docílit téměř dokonalého spalování) a z hlediska olejové náplně nedochází k jeho degradaci nespáleným palivem;

5

6 - za normálních podmínek (běžné atmosférické teploty) lze směs přepravovat ve středotlakých zásobnících (zkušební tlak bývá 2,5 MPa), jinak se LPG uchovává pod tlakem v tlakových nádobách; - během vypouštění do prostoru s atmosférickým tlakem nastává vypařování varem při teplotě minus 40 C, což při styku s tkání může způsobit omrzliny; - propan i butan jsou v plynném skupenství těžší než vzduch, což je také důvod, proč nemají vozidla na LPG přístup do podzemních garáží a podzemních prostor; - při náhodném styku s vodou se ihned odpaří, tedy nedochází však ke znečištění povrchových a podzemních vod.

7 - oba plyny se snadno zkapalňují při poměrně nízkém tlaku a běžné teplotě; - při teplotě 20 C se zkapalní propan při tlaku 0,85 MPa a butan při 0,23 MPa; - při tomto procesu dochází ke změně objemu v poměru 250:1, tedy 1 litr zkapalněného plynu se získává zkapalněním 250ti litrů propanu a butanu; - LPG se snadné zpětně zplyňuje, což je i jeho výhodná praktická vlastnost; - složení směsi LPG (tedy poměr těchto plynů) jako motorového paliva se liší dle zeměpisné polohy a klimatu; - podle normy ČSN EN 589 je specifikováno 5 sezónních druhů: A, B, C, D, E. Jejich složení však musí odpovídat tomu, aby při nízkých teplotách bylo dosaženo potřebného tlaku (minimálně 150kPa).

8 Sezonní druhy LPG - složení směsi vychází z bodu varu propanu a butanu; - bod varu propanu je přibližně - 42 C a při poklesu venkovních teplot na - 20 C je jeho tlak par ještě 2,5 MPa, zatímco butan má bod varu kolem 0 C, tedy při teplotách pod 0 C je jeho tlak par menší než atmosférický, klesá tedy prakticky na hodnoty tlaku par benzinu; - pro klimatické podmínky České republiky byla vyráběna letní směs složená ze 40 % propanu a zimní směs obsahující cca 60 % propanu; - od roku 2001 nabyla účinnosti norma ČSN EN 589:2001 definující požadavky na tlak par (těkavost) v zimním období (od do 31.5.) pro druh B v její národní příloze. Pro ostatní období není požadavek na tlak par specifikován.

9 - před distribucí musí být směs plynů zbavena korozivních sirných sloučenin a elementární síry, jenž je dobře rozpustná ve zkapalněných ropných plynech; - neměla by obsahovat sirovodík, nečistoty a výševroucí podíly, které se v palivovém motoru neodpaří. Ty postupně zaplňují prostory v redukčním ventilu a dalších součástech (tuhé viskózní kapalné zbytky), což vyžaduje častější potřebu čistit příslušenství motoru. - v palivu nesmí být dle normy při 0 C přítomna žádná voda, resp. může se objevit pouze takové množství, které zůstane rozpuštěné ve zkapalněných plynech. Vyloučená voda způsobuje největší problémy v zimě, kdy může dojít k jejímu zamrzání v nádržích čerpací stanice či přímo v potrubí vozidla. - stávající norma umožňuje přídavek methanolu, který s vodou vytvoří nemrznoucí směs (maximální množství 2000 mg/kg).

10 - zároveň je zapotřebí, aby ve složení LPG převažovaly propan a butany, jelikož větší množství olefinů (starší název pro alkeny) snižuje oktanové číslo (např. buteny a další uhlovodíky); - dalším požadavkem je, aby při všech venkovních teplotách měla směs těchto plynů dostatečný tlak, jelikož starší palivové systémy nemají čerpadlo a zkapalněné palivo je dopravováno k motoru pouze tlakem par v palivové nádrži. [2]

11 Základní požadavky ČSN EN 589 na zkapalněné ropné plyny (LPG)

12 KONSTRUKCE VOZIDEL POHÁNĚNÝCH LPG - vozidla na LPG jsou vybavena třícestným katalyzátorem, identickým s běžně dodávanými typy do vozidel na kapalná paliva, se kterým vozidla zcela splňují emisní předpisy; - normované požadavky jsou dokonce překonávány se značnou rezervou; - doplňování paliva je stejně jednoduché jako tankování automobilového benzinu.

13 Víceúčelový ventil, který plní funkce: 1) Provozní: uzavření nádrže při vypnutém zapalování, odběr pohonné hmoty z nádrže, ukazatel stavu paliva v nádrži; 2) Bezpečnostní: uzavírá nádrž při vypnutém zapalování, neumožňuje doplnění plynu nad 80 % obsahu nádrže, zastavuje tok paliva vlivem např. vadného potrubí při úniku nad 6 l/min, vypouští plyn při přetlaku nad 27 bar, dává možnost ručně uzavřít přívod plynu do nádrže a k přípojce dálkového plnění, představuje i tepelnou pojistku, která při požáru vypustí plyn z nádrže; Tlaková nádrž: podle vyráběných tvarů a použitých materiálů rozlišujeme válcové, ocelové, kompozitní, toroidní. Plynotěsná schránka: uzavírá nádrž, víceúčelový ventil, obsahuje soustavu odvětrávacích hadic odvádějící plyn mimo prostor vozidla.

14 Tlakové potrubí: propojuje nádrž s regulátorem tlaku (kvůli korozivním účinkům LPG se jedná o měděné oplastované nebo plastové potrubí). Regulátor tlaku (tzv. výparník): ohříváním od horkovodního okruhu se LPG odpařuje (přeměna kapalné fáze na plynnou). Směšovač: plynná směs paliva se zde promíchává s nasávaným vzduchem přicházejícího od vzduchového filtru a vzniká palivová směs, která je posléze palivovým potrubím přiváděna do motorového prostoru (u motorů s přímým vstřikem paliva se směs přivádí přímo k jednotlivým válcům do blízkosti benzínového vstřikovače). Regulace bohatosti směsi se provádí: 1) škrtícím šroubem (systém pro vozidla s karburátorem); 2) servomotorem; 3) vstřikováním samostatnými elektrickými vstřikovači (do prostoru válce se vstříkne směs vzduchu, LPG a benzinu).

15 Pro využití LPG lze systémy rozdělit na: 1) automobily s karburátorovým motorem (systém obsahuje směšovač pro přípravu směsi plynu a vzduchu); 2) automobily se vstřikováním benzinového paliva; 3) automobily se vstřikováním benzinu a paralelním vstřikováním LPG (vozidla vyráběná od roku 2001 bez palubní diagnostiky); 4) automobily se vstřikováním benzinu a sériovým vstřikováním LPG (vozidla vyráběná od roku 2001 s palubní diagnostikou).

16 VÝHODY A NEVÝHODY LPG Výhody LPG oproti kapalným palivům: - čistší výfukové plyny; - tišší chod motoru, v režimu nízkých jízdních otáček se stává motor pružnější; - pohon na LPG umožňuje delší interval výměny motorového oleje; - způsobuje menší mechanické opotřebení motoru (absence karbonových úsad) a tedy i delší životnost motoru; - nižší hlučnost; - delší dojezd vozidla při ekonomicky příznivějším provozu (snížení nákladů na palivo až o 50 %).

17 Nevýhody LPG oproti kapalným palivům: - počáteční náklady na přestavbu vozidla a nižší výkon cca o 5 % - 10 % v režimu nízkých jízdních otáček se stává motor pružnější; - po umístění nádrže na LPG dochází ke zmenšení zavazadlového prostoru, což je hlavní důvod, proč jsou menší nádrže umisťovány místo rezervního kola; - vozidla poháněná na LPG mají vlivem bezpečnostních podmínek zakázaný vjezd do podzemních garáží, některých tunelů a na trajekty s uzavřeným parkovacím stáním; - provoz vozidla také vyžaduje pravidelné (roční) revize plynového systému.

18 - samotný propan se používá pro pohon vysokozdvižných vozíků (láhev umístěna vně vozidla). Za nízkých teplot by se nevyvíjely páry a odpařoval by se pouze propan, butan by zůstával kapalný a celý objem nádrže by nebyl zcela využit. - zkapalněný butan se používá tam, kde není vystavován nízkým teplotám. Nevýhoda oproti propanu je horší využitelnost, protože k odpařování dochází pouze za teplot vyšších než -0,5 C. Oproti propanu je vyšší výhřevnost. Samostatně je využíván zejména ve speciálních technologiích, které jsou spojeny s nuceným odparem, například v odparníkové stanici, kde je potřeba zajistit rovnoměrný objem odpařeného plynu.

19 Normou ČSN jsou definovány topné plyny určené pro spalování v hořácích a nikoliv pro pohon vozidel a to z důvodů nejen technických, ale i z hlediska spotřební daně. - norma nese označení Zkapalněné ropné plyny - Topné plyny - Propan, butan a jejich směsi s platností od října roku 2000; - požadavky na čistotu a složení jsou méně přísné než na směsi označované jako zkapalněná uhlovodíková paliva; - jsou tedy pro použití jako paliva nevhodné, avšak v minulosti se vyskytovaly případy, že některé čerpací stanice nakoupily levnější směsi topných plynů pro domácnost a prodávaly je jako palivo LPG pro pohon spalovacích motorů.

20 POROVNÁNÍ LPG A CNG - základními výhodami LPG oproti zemnímu plynu je jednak poměrně široká síť čerpacích stanic v České republice i Evropské unii, větší dojezd na jedno naplnění, menší tlaková nádrž, ale i nižší cena plynové zástavby. - výhodou CNG je naopak jeho nižší cena, lepší startovací vlastnosti při nízkých teplotách, ale jeho bezpečnost; - zemní plyn je na rozdíl od propan-butanu lehčí než vzduch, což z hlediska manipulace a hlavně provozu umožňuje vjezd i garážování v místech, kde platí pro LPG zákaz; - ve prospěch zemního plynu jsou z hlediska perspektivy i jeho zásoby. Jsou dlouhodobější než u samotné ropy, na kterou je ve značné míře vázán právě LPG.

21 Zápalnost směsi paliva se vzduchem

22 Porovnání fyzikálních vlastností paliv spalovacích motorů

23 Zdroj obrázků: [1] [2]