LNG用作汽車燃料的優點

摘 要

摘要：天然氣作為車用燃料，與汽油、柴油相比，具有環保性、經濟性、安全性等優點，是較佳的汽車代用燃料。關鍵詞：天然氣汽車；LNG汽車；環保性；經濟性；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，具有環保性、經濟性、安全性等優點，是較佳的汽車代用燃料。
關鍵詞：天然氣汽車；LNG汽車；環保性；經濟性；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，其作為一種優質燃料，具有潔凈、經濟、高效、資源豐富和儲運方便等優點，在整個能源結構中的比例逐漸增長。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，是一種優良的汽車發動機綠色代用燃料；其燃料成本、維護保養成本均較低，具有顯著的經濟效益；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 天然氣具有環保性
    2009年11月26日，國務院公布控制溫室氣體排放的行動目標，決定到2020年單位國內生產總值二氧化碳排放量比2005年下降40%～45%。
    根據有關資料統計，城市大氣環境污染60%來自機動車輛的尾氣排放，公路網的大氣環境污染100%來自機動車輛，因此對汽車尾氣進行治理刻不容緩。目前，采用天然氣作為車用燃料代替傳統汽油、柴油，是減少汽車尾氣污染的重要措施之一。大力發展天然氣汽車事業，提高清潔、高效、優質的天然氣能源在我國能源消耗中所占的比例，是堅持可持續發展戰略、優化能源結構、提高人民生活質量、保護環境的重要措施。
    現通過以下計算，對比汽油、柴油、天然氣作為車用燃料的二氧化碳排放量。
    根據C02潛在排放系數和燃料的平均低位發熱量，可計算出燃料燃燒產生C02的量。
   ① 基礎數據
   根據國家發展和改革委員會節能信息傳播中心發布的數據，C02潛在排放系數見表1。C02潛在排放系數是指一種燃料燃燒或使用過程中單位熱量所產生的C02排放量。
表1 C02潛在排放系數
燃料種類
CO2潛在排放系數/(kg·GJ-1)
汽油
69.363
柴油
74.024
天然氣
56.224
    根據文獻[5]，可查得各種燃料平均低位發熱量，見表2。
表2 各種燃料平均低位發熱量
燃料名稱
平均低位發熱量/(kJ·kg-1)
汽油
43124
柴油
42705
天然氣
35588
   ② 計算方法
   燃料燃燒產生C02的量按下式計算：
 
行駛相同里程，消耗天然氣的質量與消耗其他燃料質量的比值可用下式表示：
 
式中β——行駛相同里程，消耗天然氣的質量與消耗其他燃料質量的比值，kg/kg
    α——行駛相同里程，消耗標準狀況下天然氣的體積與消耗其他燃料體積的比值，m3/L
    ρg——標準狀況下天然氣密度，kg/m3
    ρf——燃料密度，kg/L
   中海石油氣電集團交通新能源事業部于2011年7月26日至29日在北京召開的17個建設項目可行性研究報告(代初步設計)評審會最新提供的經驗值為：行駛相同里程，消耗1L汽油相當于消耗1.1m3天然氣，消耗1L柴油相當于消耗1.2m3天然氣。
    由文獻[6]查得標準狀況下天然氣密度為0.7167kg/m3，由文獻[7]查得汽油密度為0.725kg/L，柴油密度為0.835kg/L。
   根據式(2)，可分別計算出：
    β1=1.09
    β2=1.03
式中β1——行駛相同里程，消耗天然氣的質量與消耗汽油質量的比值，kg/kg
    β2——行駛相同里程，消耗天然氣的質量與消耗柴油質量的比值，kg/kg
    由以上計算數據可知，行駛相同里程，消耗1t汽油相當于消耗1.09t天然氣，經計算燃燒1.09t天然氣產生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柴油相當于消耗1.03t天然氣，經計算燃燒1.03t天然氣產生2.06t的C02，比燃燒1 t柴油減排1.10t的C02。
    由此可見，以氣代油發展天然氣汽車是一項綠色環保工程，可以有效地減少二氧化碳排放量，對于創造人和自然的和諧環境具有非常重要的意義。
3 天然氣具有經濟性
    ① 天然氣具有價格優勢
    目前，西安市2011年燃料最新售價為柴油7.41元/L、汽油7.31元/L、LNG 3.60元/m3。對出租車及公交車使用兩種燃料進行比較分析，詳見表3。
表3 燃油燃氣費用比較(天然氣價格按西安最新售價)
項目
汽油
天然氣
出租車
燃料單價
7.31元/L
3.60元/m3
車輛數/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
車輛日總燃料耗量
2727L
3000m3
日總耗燃料費用/(元·d-1)
19934
10800
項目
柴油
天然氣
公交車
燃料單價
7.41元/L
3.60元/m3
車輛數
100
100
每輛車每100km燃料耗量
25.0L
30.0m3
每輛車日行程/km
200
200
車輛日總燃料耗量
5000L
6000m3
日總耗燃料費用/(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，每天分別可以節省燃料費用：出租車為9134元/d，公交車為15450元/d。
    目前，由于我國天然氣資源缺乏，國家發展和改革委員會表示，適當上調天然氣價格，對于合理有效配置天然氣資源，保證天然氣供應十分必要。
    國家發展和改革委員會于2010年6月1日完善了相關價格政策。要求各地天然氣價格(元/m3)與90號汽油最高零售價格(元/L)比值調整到0.75：1的比價關系，保持車用氣的合理比價。
    行駛相同里程，消耗1L汽油相當于消耗1.1m3天然氣，汽油價格以7.31元/L計，用戶可承受天然氣價格最高為6.65元/m3。按照國家發展和改革委員會關于提高國產陸上天然氣出廠基準價格的通知，天然氣最高售價為5.48元/m3。比用戶可承受的最高價格6.65元/m3還要低1.17元/m3。
    根據國家發展和改革委員會調控之后的燃料價格，對出租車及公交車使用兩種燃料進行比較分析，詳見表4。
表4 燃油燃氣費用比較(天然氣價格按國家發改委調控之后最高售價)
項目
汽油
天然氣
出租車
燃料單價
7.31元/L
5.48元/m3
車輛數/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
車輛日總燃料耗量
2727L
3000m3
日總耗燃料費用/(元·d-1)
19934
16440
項目
柴油
天然氣
公交車
燃料單價
7.41元/L
5.48元/m3
車輛數/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
車輛日總燃料耗量
5000L
6000m3
日總耗燃料費用/(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，每天分別可以節省燃料費用：出租車為3494元/d，公交車為4170元/d。
    可見，在西安市相對于汽油、柴油而言，城市交通車輛使用天然氣更具有價格優勢，用戶具有較強的承受能力。使用天然氣作為汽車燃料，將大大降低汽車的運行成本。
    ② 冬季汽車易發動，可節省費用
    LNG汽車克服了汽油車、柴油重載汽車冬季發動困難的難題，方便了用戶的使用，節省了費用。
    汽油車在冬季發動困難是因為汽油發動機在冷啟動時，汽油中只有最輕組分蒸發形成混合氣進行燃燒，若10%餾分餾出溫度過高，發動機因混合氣中油氣過少而啟動困難，啟動時間增長，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，啟動愈困難。
    LNG基本上是純質烷烴，其中甲烷體積分數達到96%以上，給發動機提供了穩定的可控制的空燃比，使發動機的工作性能得到優化，發動機燃燒平衡，相對于汽油車、柴油車，不存在發動困難的問題，節省了燃料消耗。
    根據山西煤炭運銷集團大元新能源有限公司LNG加注站建設、經營及LNG重載汽車推廣項目十二五建設規劃測算，此項優點使每輛重載汽車每年可節省2×104元。
   ③ 可延長設備壽命
   以LNG為燃料的汽車，可延長設備壽命，降低費用。由于天然氣燃燒完全，結碳少，減少氣阻和爆震，使發動機壽命延長2～3倍，大修理間隔里程延長(2.0～2.5)×104km，天然氣汽車相對汽油車、柴油車年降低維修費用50%以上[7]。
4 天然氣具有安全性
    天然氣、汽油、柴油的自燃點、爆炸極限、密度見表5。
    表5中，天然氣的液態密度是指在沸點(約-162℃)下天然氣的密度；氣態密度是指標準狀態(101.325kPa，0℃)下天然氣的密度。汽油、柴油的液態密度是指在常溫常壓(101.325kPa，20℃)下的密度；汽油的氣態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，氣相可忽略。
表5 燃料性質對比
項目
天然氣
汽油
柴油
自然點/℃
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
423
725
835
氣態
0.7167
5.O930
—
    天然氣的自燃點一般在650℃，相對汽油、柴油來說，自燃溫度高。LNG車用技術采用低溫低壓儲存，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。LNG加氣站由于工作介質的低溫低壓，儲存容器及相關設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《工業設備及管道絕熱工程設計規范》等相關規范，安全性較好。根據中海油做的煙頭實驗，液態天然氣甚至可以熄滅點燃的香煙，這說明液態天然氣是不容易被點燃的。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，稍有泄漏即揮發向上擴散。LNG泄漏到地面，會吸熱揮發，不會產生任何殘留物。
    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；汽油、柴油如果泄漏到地面，滯留時間較長，容易引發燃燒、爆炸等危險。
    因此，作為車用燃料，天然氣相對汽油、柴油更安全。
參考文獻：
[1] 劉永志，彭曉青.四川省及重慶市CNG汽車與加氣站發展回顧[J].煤氣與熱力，2007，27(6)：21-25.
[2] 趙紅，張紀鵬，張鐵柱，等.青島市燃氣汽車的發展[J].煤氣與熱力，2007，27(11)：12-14.
[3] 李秋利.發展濱海新區天然氣汽車的構思[J].煤氣與熱力，2008，28(2)：B23-B25.
[4] 張紀鵬，趙紅，吳彥，等.丹東市燃氣汽車及清潔汽車行動[J].煤氣與熱力，2009，29(9)：B08-B12.
[5] 徐飛，王文堂，王峰濤，等.化工節能技術手冊[M].北京：化學工業出版社，2005：582.
[6] 顧安忠，魯雪生.液化天然氣技術手冊[M].北京：機械工業出版社，2010：21.
[7] 王遇冬.天然氣處理原理與工藝[M].北京：中國石化出版社，2007：221-222.
[8] 王從崗，張艷梅.儲運油料學[M].北京：中國石油大學出版社，2006：67.
[9] 韓金麗，楊永慧，張悅.北京市發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 陜西省燃氣設計院 陜西西安 710043)