LNG用作汽車燃料的優(yōu)點(diǎn)

摘 要

摘要：天然氣作為車用燃料，與汽油、柴油相比，具有環(huán)保性、經(jīng)濟(jì)性、安全性等優(yōu)點(diǎn)，是較佳的汽車代用燃料。關(guān)鍵詞：天然氣汽車；LNG汽車；環(huán)保性；經(jīng)濟(jì)性；安全性；汽車代用燃料Advantages of L
摘要：天然氣作為車用燃料，與汽油、柴油相比，具有環(huán)保性、經(jīng)濟(jì)性、安全性等優(yōu)點(diǎn)，是較佳的汽車代用燃料。
關(guān)鍵詞：天然氣汽車；LNG汽車；環(huán)保性；經(jīng)濟(jì)性；安全性；汽車代用燃料
Advantages of LNG Used as Alternative Vehicle Fuel
GAO Limin
Abstract：Compared with gasoline and diesel，natural gas has some advantages including environmental protection，economy and security，it is better alternative vehicle fuel.
Key words：natural gas vehicle；LNG vehicle；environmental protection；economy；seetlrity；alternative vehicle ruel
1 概述
    液化天然氣LNG主要成分是甲烷，其作為一種優(yōu)質(zhì)燃料，具有潔凈、經(jīng)濟(jì)、高效、資源豐富和儲(chǔ)運(yùn)方便等優(yōu)點(diǎn)，在整個(gè)能源結(jié)構(gòu)中的比例逐漸增長(zhǎng)。天然氣用作汽車代用燃料，與汽油、柴油汽車相比，其二氧化碳排放量明顯降低，是一種優(yōu)良的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)綠色代用燃料；其燃料成本、維護(hù)保養(yǎng)成本均較低，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益；泄漏后不易自燃，不易形成爆炸氣體，較安全。因此，天然氣是汽車較佳的清潔代用燃料[1～4]。
2 天然氣具有環(huán)保性
    2009年11月26日，國(guó)務(wù)院公布控制溫室氣體排放的行動(dòng)目標(biāo)，決定到2020年單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放量比2005年下降40%～45%。
    根據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，城市大氣環(huán)境污染60%來自機(jī)動(dòng)車輛的尾氣排放，公路網(wǎng)的大氣環(huán)境污染100%來自機(jī)動(dòng)車輛，因此對(duì)汽車尾氣進(jìn)行治理刻不容緩。目前，采用天然氣作為車用燃料代替?zhèn)鹘y(tǒng)汽油、柴油，是減少汽車尾氣污染的重要措施之一。大力發(fā)展天然氣汽車事業(yè)，提高清潔、高效、優(yōu)質(zhì)的天然氣能源在我國(guó)能源消耗中所占的比例，是堅(jiān)持可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略、優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、提高人民生活質(zhì)量、保護(hù)環(huán)境的重要措施。
    現(xiàn)通過以下計(jì)算，對(duì)比汽油、柴油、天然氣作為車用燃料的二氧化碳排放量。
    根據(jù)C02潛在排放系數(shù)和燃料的平均低位發(fā)熱量，可計(jì)算出燃料燃燒產(chǎn)生C02的量。
   ① 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)
   根據(jù)國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)節(jié)能信息傳播中心發(fā)布的數(shù)據(jù)，C02潛在排放系數(shù)見表1。C02潛在排放系數(shù)是指一種燃料燃燒或使用過程中單位熱量所產(chǎn)生的C02排放量。
表1 C02潛在排放系數(shù)
燃料種類
CO2潛在排放系數(shù)/(kg·GJ-1)
汽油
69.363
柴油
74.024
天然氣
56.224
    根據(jù)文獻(xiàn)[5]，可查得各種燃料平均低位發(fā)熱量，見表2。
表2 各種燃料平均低位發(fā)熱量
燃料名稱
平均低位發(fā)熱量/(kJ·kg-1)
汽油
43124
柴油
42705
天然氣
35588
   ② 計(jì)算方法
   燃料燃燒產(chǎn)生C02的量按下式計(jì)算：
 
行駛相同里程，消耗天然氣的質(zhì)量與消耗其他燃料質(zhì)量的比值可用下式表示：
 
式中β——行駛相同里程，消耗天然氣的質(zhì)量與消耗其他燃料質(zhì)量的比值，kg/kg
    α——行駛相同里程，消耗標(biāo)準(zhǔn)狀況下天然氣的體積與消耗其他燃料體積的比值，m3/L
    ρg——標(biāo)準(zhǔn)狀況下天然氣密度，kg/m3
    ρf——燃料密度，kg/L
   中海石油氣電集團(tuán)交通新能源事業(yè)部于2011年7月26日至29日在北京召開的17個(gè)建設(shè)項(xiàng)目可行性研究報(bào)告(代初步設(shè)計(jì))評(píng)審會(huì)最新提供的經(jīng)驗(yàn)值為：行駛相同里程，消耗1L汽油相當(dāng)于消耗1.1m3天然氣，消耗1L柴油相當(dāng)于消耗1.2m3天然氣。
    由文獻(xiàn)[6]查得標(biāo)準(zhǔn)狀況下天然氣密度為0.7167kg/m3，由文獻(xiàn)[7]查得汽油密度為0.725kg/L，柴油密度為0.835kg/L。
   根據(jù)式(2)，可分別計(jì)算出：
    β1=1.09
    β2=1.03
式中β1——行駛相同里程，消耗天然氣的質(zhì)量與消耗汽油質(zhì)量的比值，kg/kg
    β2——行駛相同里程，消耗天然氣的質(zhì)量與消耗柴油質(zhì)量的比值，kg/kg
    由以上計(jì)算數(shù)據(jù)可知，行駛相同里程，消耗1t汽油相當(dāng)于消耗1.09t天然氣，經(jīng)計(jì)算燃燒1.09t天然氣產(chǎn)生2.18t的C02，比燃燒1t汽油減排0.81t的C02；行駛相同里程，消耗1t柴油相當(dāng)于消耗1.03t天然氣，經(jīng)計(jì)算燃燒1.03t天然氣產(chǎn)生2.06t的C02，比燃燒1 t柴油減排1.10t的C02。
    由此可見，以氣代油發(fā)展天然氣汽車是一項(xiàng)綠色環(huán)保工程，可以有效地減少二氧化碳排放量，對(duì)于創(chuàng)造人和自然的和諧環(huán)境具有非常重要的意義。
3 天然氣具有經(jīng)濟(jì)性
    ① 天然氣具有價(jià)格優(yōu)勢(shì)
    目前，西安市2011年燃料最新售價(jià)為柴油7.41元/L、汽油7.31元/L、LNG 3.60元/m3。對(duì)出租車及公交車使用兩種燃料進(jìn)行比較分析，詳見表3。
表3 燃油燃?xì)赓M(fèi)用比較(天然氣價(jià)格按西安最新售價(jià))
項(xiàng)目
汽油
天然氣
出租車
燃料單價(jià)
7.31元/L
3.60元/m3
車輛數(shù)/輛
100
100
每輛車每100km燃料耗量
9.09L
10.0m3
每輛車日行程/km
300
300
車輛日總?cè)剂虾牧?/span>
2727L
3000m3
日總耗燃料費(fèi)用/(元·d-1)
19934
10800
項(xiàng)目
柴油
天然氣
公交車
燃料單價(jià)
7.41元/L
3.60元/m3
車輛數(shù)
100
100
每輛車每100km燃料耗量
25.0L
30.0m3
每輛車日行程/km
200
200
車輛日總?cè)剂虾牧?/span>
5000L
6000m3
日總耗燃料費(fèi)用/(元·d-1)
37050
21600
    通過表3可以看出，按照各車輛日行程，以100輛車計(jì)，每天分別可以節(jié)省燃料費(fèi)用：出租車為9134元/d，公交車為15450元/d。
    目前，由于我國(guó)天然氣資源缺乏，國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)表示，適當(dāng)上調(diào)天然氣價(jià)格，對(duì)于合理有效配置天然氣資源，保證天然氣供應(yīng)十分必要。
    國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)于2010年6月1日完善了相關(guān)價(jià)格政策。要求各地天然氣價(jià)格(元/m3)與90號(hào)汽油最高零售價(jià)格(元/L)比值調(diào)整到0.75：1的比價(jià)關(guān)系，保持車用氣的合理比價(jià)。
    行駛相同里程，消耗1L汽油相當(dāng)于消耗1.1m3天然氣，汽油價(jià)格以7.31元/L計(jì)，用戶可承受天然氣價(jià)格最高為6.65元/m3。按照國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)關(guān)于提高國(guó)產(chǎn)陸上天然氣出廠基準(zhǔn)價(jià)格的通知，天然氣最高售價(jià)為5.48元/m3。比用戶可承受的最高價(jià)格6.65元/m3還要低1.17元/m3。
    根據(jù)國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)調(diào)控之后的燃料價(jià)格，對(duì)出租車及公交車使用兩種燃料進(jìn)行比較分析，詳見表4。
表4 燃油燃?xì)赓M(fèi)用比較(天然氣價(jià)格按國(guó)家發(fā)改委調(diào)控之后最高售價(jià))
項(xiàng)目
汽油
天然氣
出租車
燃料單價(jià)
7.31元/L
5.48元/m3
車輛數(shù)/輛
100
100
每輛車每100km燃料耗量
9.09L
10.0m3
每輛車日行程/km
300
300
車輛日總?cè)剂虾牧?/span>
2727L
3000m3
日總耗燃料費(fèi)用/(元·d-1)
19934
16440
項(xiàng)目
柴油
天然氣
公交車
燃料單價(jià)
7.41元/L
5.48元/m3
車輛數(shù)/輛
100
100
每輛車每100km燃料耗量
25.OL
30.0m3
每輛車日行程/km
200
200
車輛日總?cè)剂虾牧?/span>
5000L
6000m3
日總耗燃料費(fèi)用/(元·d-1)
37050
32880
    通過表4可以看出，按照各車輛日行程，以100輛車計(jì)，每天分別可以節(jié)省燃料費(fèi)用：出租車為3494元/d，公交車為4170元/d。
    可見，在西安市相對(duì)于汽油、柴油而言，城市交通車輛使用天然氣更具有價(jià)格優(yōu)勢(shì)，用戶具有較強(qiáng)的承受能力。使用天然氣作為汽車燃料，將大大降低汽車的運(yùn)行成本。
    ② 冬季汽車易發(fā)動(dòng)，可節(jié)省費(fèi)用
    LNG汽車克服了汽油車、柴油重載汽車冬季發(fā)動(dòng)困難的難題，方便了用戶的使用，節(jié)省了費(fèi)用。
    汽油車在冬季發(fā)動(dòng)困難是因?yàn)槠桶l(fā)動(dòng)機(jī)在冷啟動(dòng)時(shí)，汽油中只有最輕組分蒸發(fā)形成混合氣進(jìn)行燃燒，若10%餾分餾出溫度過高，發(fā)動(dòng)機(jī)因混合氣中油氣過少而啟動(dòng)困難，啟動(dòng)時(shí)間增長(zhǎng)，增加了耗油量[8]。柴油餾分組成不能太重，小于300℃餾分的含量愈少，啟動(dòng)愈困難。
    LNG基本上是純質(zhì)烷烴，其中甲烷體積分?jǐn)?shù)達(dá)到96%以上，給發(fā)動(dòng)機(jī)提供了穩(wěn)定的可控制的空燃比，使發(fā)動(dòng)機(jī)的工作性能得到優(yōu)化，發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒平衡，相對(duì)于汽油車、柴油車，不存在發(fā)動(dòng)困難的問題，節(jié)省了燃料消耗。
    根據(jù)山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)大元新能源有限公司LNG加注站建設(shè)、經(jīng)營(yíng)及LNG重載汽車推廣項(xiàng)目十二五建設(shè)規(guī)劃測(cè)算，此項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)使每輛重載汽車每年可節(jié)省2×104元。
   ③ 可延長(zhǎng)設(shè)備壽命
   以LNG為燃料的汽車，可延長(zhǎng)設(shè)備壽命，降低費(fèi)用。由于天然氣燃燒完全，結(jié)碳少，減少氣阻和爆震，使發(fā)動(dòng)機(jī)壽命延長(zhǎng)2～3倍，大修理間隔里程延長(zhǎng)(2.0～2.5)×104km，天然氣汽車相對(duì)汽油車、柴油車年降低維修費(fèi)用50%以上[7]。
4 天然氣具有安全性
    天然氣、汽油、柴油的自燃點(diǎn)、爆炸極限、密度見表5。
    表5中，天然氣的液態(tài)密度是指在沸點(diǎn)(約-162℃)下天然氣的密度；氣態(tài)密度是指標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)(101.325kPa，0℃)下天然氣的密度。汽油、柴油的液態(tài)密度是指在常溫常壓(101.325kPa，20℃)下的密度；汽油的氣態(tài)密度是指在常溫常壓(101.325kPa，20℃)下的密度；柴油為重組分油，不易揮發(fā)，氣相可忽略。
表5 燃料性質(zhì)對(duì)比
項(xiàng)目
天然氣
汽油
柴油
自然點(diǎn)/℃
650
427
260
爆炸極限/%
5.O～15.O
1.O～7.O
0.5～4.1
密度/(kg·m-3)
液態(tài)
423
725
835
氣態(tài)
0.7167
5.O930
—
    天然氣的自燃點(diǎn)一般在650℃，相對(duì)汽油、柴油來說，自燃溫度高。LNG車用技術(shù)采用低溫低壓儲(chǔ)存，一般在-146℃，壓力不大于1.2MPa，車載氣瓶采用雙層抽真空絕熱技術(shù)。LNG加氣站由于工作介質(zhì)的低溫低壓，儲(chǔ)存容器及相關(guān)設(shè)備具有可靠的耐低溫性能，符合GB 18442—2001《低溫絕熱壓力容器》、GB 50264—97《工業(yè)設(shè)備及管道絕熱工程設(shè)計(jì)規(guī)范》等相關(guān)規(guī)范，安全性較好。根據(jù)中海油做的煙頭實(shí)驗(yàn)，液態(tài)天然氣甚至可以熄滅點(diǎn)燃的香煙，這說明液態(tài)天然氣是不容易被點(diǎn)燃的。天然氣意外泄漏后，不容易自燃[9]，而汽油車、柴油車在碰撞或翻覆著火后，容易爆炸。
    天然氣的爆炸極限為5%～15%，且密度小于空氣，稍有泄漏即揮發(fā)向上擴(kuò)散。LNG泄漏到地面，會(huì)吸熱揮發(fā)，不會(huì)產(chǎn)生任何殘留物。
    汽油、柴油的爆炸下限低，汽油氣化后密度大于空氣，柴油為重組分油，泄漏后不易揮發(fā)；汽油、柴油如果泄漏到地面，滯留時(shí)間較長(zhǎng)，容易引發(fā)燃燒、爆炸等危險(xiǎn)。
    因此，作為車用燃料，天然氣相對(duì)汽油、柴油更安全。
參考文獻(xiàn)：
[1] 劉永志，彭曉青.四川省及重慶市CNG汽車與加氣站發(fā)展回顧[J].煤氣與熱力，2007，27(6)：21-25.
[2] 趙紅，張紀(jì)鵬，張鐵柱，等.青島市燃?xì)馄嚨陌l(fā)展[J].煤氣與熱力，2007，27(11)：12-14.
[3] 李秋利.發(fā)展濱海新區(qū)天然氣汽車的構(gòu)思[J].煤氣與熱力，2008，28(2)：B23-B25.
[4] 張紀(jì)鵬，趙紅，吳彥，等.丹東市燃?xì)馄嚰扒鍧嵠囆袆?dòng)[J].煤氣與熱力，2009，29(9)：B08-B12.
[5] 徐飛，王文堂，王峰濤，等.化工節(jié)能技術(shù)手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005：582.
[6] 顧安忠，魯雪生.液化天然氣技術(shù)手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010：21.
[7] 王遇冬.天然氣處理原理與工藝[M].北京：中國(guó)石化出版社，2007：221-222.
[8] 王從崗，張艷梅.儲(chǔ)運(yùn)油料學(xué)[M].北京：中國(guó)石油大學(xué)出版社，2006：67.
[9] 韓金麗，楊永慧，張悅.北京市發(fā)展天然氣汽車的探討[J].煤氣與熱力，2011，31(4)：B11-B20.
 
(本文作者：高黎敏 陜西省燃?xì)庠O(shè)計(jì)院 陜西西安 710043)