Rozważania w zakresie oceny eksploatacyjnej

Jednym z paliw alternatywnych przeznaczonych do zasilania silników pojazdów samochodowych i uznawanych za paliwo mniej szkodliwe dla środowiska naturalnego jest gaz płynny propan-butan.

Od kilkunastu lat obserwuje się również i w Polsce stałą tendencję do ograniczania szkodliwego oddziaływania motoryzacji na środowisko naturalne. Uwidacznia się ona poprzez systematyczne zaostrzanie przepisów administracyjnych ograniczających poziom hałasu i wielkość emisji toksycznych składników emitowanych w spalinach przez silniki samochodowe do atmosfery.
Ponadto rosnące ceny ropy sprawiają, że wiele państw poszukuje tańszych, przyjaznych dla środowiska alternatywnych źródeł napędu pojazdów samochodowych. Jednym z paliw alternatywnych przeznaczonych do zasilania silników pojazdów samochodowych i uznawanych za paliwo mniej szkodliwe dla środowiska naturalnego jest gaz płynny propan-butan. Zasilanie paliwem gazowym jest obecnie najpopularniejszym na świecie rodzajem zasilania alternatywnego, na które często decydują się wielkie koncerny samochodowe, jak: Fiat, Peugeot, Renault, Daewoo, GM, włączając w ten sposób do swojej oferty handlowej samochody z fabrycznie montowaną instalacją gazową. Szacuje się, że paliwem gazowym LPG jest napędzanych 2 mln pojazdów poruszających się po polskich drogach.

Zainteresowanie tym źródłem energii przez użytkowników pojazdów samochodowych wynika z faktu, że LPG jest dobrym nośnikiem energii, różniącym się od innych paliw gazowych jak gaz ziemny i wodór między innymi tym, że magazynowany jest w cienkościennych zbiornikach gazowych w fazie ciekłej, podczas gdy eksploatacja silnika przebiega w formie gazowej. Należy podkreślić, że korzystna relacja cen gazu LPG w stosunku do benzyny w kraju do końca trzeciego kwartału (niska akcyza) była głównym czynnikiem decydującym o wyborze gazowego systemu zasilania silników samochodowych. Warto dodać, że cena LPG we Włoszech, jednym ze znaczących rynku autogazu w Europie, nie przekracza 50 proc. ceny benzyny, w Holandii i Francji kształtuje się na poziomie ok. 40 proc., a w Wielkiej Brytanii 46 proc. Sukces “autogazu” w starych krajach Unii Europejskiej jest związany przede wszystkim z polityką rządową, ukierunkowaną na propagowanie tego paliwa.

Zgodnie z dyrektywami Rady UE, w trosce o zapobieganie efektowi cieplarnianemu państwa starej Unii w ostatnich latach obniżają akcyzę na “autogaz” oraz stosują wiele ulg i zachęt do stosowania paliwa gazowego, do których można zaliczyć:
- preferencyjne stawki podatku akcyzowego dla LPG;
- obniżenie podatku drogowego dla samochodów z napędem gazowym;
- ulgi w podatku VAT lub bezpośrednia refundacja kosztów montażu instalacji gazowej;
- brak ograniczeń w ruchu samochodów z instalacją gazową, gdy istnieje zakaz ruchu samochodów napędzanych benzyną i olejem napędowym;
- prawny obowiązek wyposażania części flot samochodowych w instalację LPG.
W Polsce sytuacja ma się na odwrót; obserwuje się krokową podwyżkę podatku akcyzowego.

Źródła gazu płynnego LPG i jego właściwości fizykochemiczne
Gaz propan-butan jest produktem pochodzenia naturalnego, pozyskiwanym ze złóż ropy naftowej i gazu w momencie ich wydobycia. Największe jego ilości są pozyskiwane w rafineriach podczas przeróbki ropy naftowej, rozmaitych procesów rafineryjnych, tj. reforming benzyn, hydrokraking, kraking katalityczny, procesy stabilizacji ropy, oraz kondensaty pochodzące z gazu ziemnego. Zachodzące procesy przedstawiono obrazowo na rys.1.

Tablica 1. Gęstość głównych składników mieszaniny LPG.

Tablica 2. Wartości opałowe dla różnych kompozycji propanu z butanem.

Tablica 3. Liczby oktanowe ważniejszych węglowodorów gazowych.

Nazywane potocznie gazem płynnym, paliwo stanowi skroploną mieszaninę głównie dwóch nasyconych węglowodorów alifatycznych: propanu C3H8 i butanu C4H10, który może występować w dwóch różnych strukturach, tj. jako n-butan lub izobutan. Niewielkie ciśnienie potrzebne do skroplenia tych gazów umożliwia ich magazynowanie w stosunkowo cienkościennych, a tym samym i lekkich butlach, względnie zbiornikach.

Właściwości fizykochemiczne gazu płynnego propan-butan
Wspomniana mieszanina nienasyconych węglowodorów jest bezbarwna, bezzapachowa, nietoksyczna, łatwo palna ciecz (temperatura zapłonu z powietrzem -51OC), wybuchowa (granica wybuchowości gazu w mieszaninie z powietrzem wynosi od 2,1 do 9,5 proc. (v/v), a w mieszaninie z tlenem od 2,0 do 48 proc. (v/v)). Ze względów bezpieczeństwa mieszanina gazów propan-butan jest zwykle nawaniana związkami siarki, co umożliwia wykrycie jej przez zapach już przy stężeniu 1/5 dolnego poziomu zapłonu (około 1,4 proc. (v/v) gazu w powietrzu). Ciśnienie wymagane do skroplenia mieszaniny propanu-butanu jest określone przez właściwości składnika bardziej lotnego, tj. propanu i wynosi ona przy temperaturze 20OC około 0,8 [MPa]. Jest to więc ciśnienie, pod którym mieszanina ta jest praktycznie magazynowana w butlach. Gęstość głównych składników gazu LPG jest zróżnicowana w zależności od temperatury i ciśnienia. W tabl. 1 przedstawiono wartości gęstości tych składników w stanie płynnym i gazowym. Średnia gęstość mieszaniny LPG wynosi 0,56 [kg/dm3], przy przejściu ze stanu płynnego w stan gazowy objętość wzrasta około 200 razy. Gęstość mieszaniny w stanie lotnym jest blisko dwa razy większa od gęstości powietrza. Wartość opałowa tego paliwa jest wyższa od innych paliw ropopochodnych. W tabl. 2 przedstawiono wartości opałowe dla różnych kompozycji propanu z butanem, oraz benzyny.

Bardzo ważnym zagadnieniem dotyczącym własności płynnych paliw gazowych jest średnia roczna zawartość propanu w LPG. Na rys. 2 przedstawiono średnią w skali roku zawartość propanu w gazie LPG w kilku krajach europejskich na przełomie ostatnich lat ubiegłego stulecia. W tabl. 3 przedstawiono wartość liczby oktanowej poszczególnych węglowodorów oznaczone wg metody badawczej i motorowej.

Tablica 4. Wymagania i metody badań wg PN-82/C-96000.

Tablica 7. LPG - wymagania i metody badawcze wg EN:589;1993.

Wymagania i metody badań dla gazu płynnego propan-butan jako paliwa silnikowego wg EN:589
Gaz płynny LPG w Polsce jest używany do różnych celów, a przede wszystkim komunalnych. Właściwości fizykochemiczne płynnych gazów węglowodorowych C3 - C4 są normowane wg PN-82/C-96000. Powyższa norma dopuszcza szeroki zakres tolerancji udziału proc. (m/m) propanu do butanu. Ponadto w polskim systemie normatywnym funkcjonuje również norma PN-C-96008:1998. W normie tej zamieszczone są wymagania i metody badań paliwa silnikowego LPG stosowanego do napędu pojazdów samochodowych - tabl. 4. Należy podkreślić, że istnieje w kraju również norma europejska EN 589:2004 o statucie PN, określająca wymagania dla paliw silnikowych gazowych LPG i metody badań. Jednak zgodnie z Ustawą z dnia 12 września 2002 roku o normalizacji, która weszła w życie 1.01.2003 roku - “… stosowanie Polskich Norm jest dobrowolne”. Dlatego Ministerstwo Gospodarki stwierdziło, że “normy nie są przepisami prawa, lecz dokumentami technicznymi przeznaczonymi do powszechnego, dobrowolnego stosowania przez wszystkie zainteresowane strony, a ich opracowanie i przyjmowanie odbywa się na zasadzie “konsensusu”. Oznacza to, że przynajmniej obecnie nie ma obowiązku stosowania wspomnianych norm, w tym dla paliw gazowych LPG. Stają się wiążące tylko wtedy, gdy zostaną wpisane do kontraktu handlowego. Zatem tylko umowa pomiędzy właścicielem stacji a dostawcą gazu może narzucać temu drugiemu przestrzeganie jakości LPG.

Rys. 1 Źródła gazu płynnego LPG.

Rys. 2 Średnia roczna zawartość propanu w gazie LPG w krajach starej UE.

Janusz Jakóbiec
Grzegorz Wysopal
Instytut Technologii Nafty - Kraków