液化天然气作为汽车燃料的性能分析.pdf

第 4 O卷第 3期 2 0 1 1年 5月 石油化工设备 P ETRO CHEMI CAL EQUI PME NT Vo1 ．4 0 NO． 3 M a y 2 011 文 章 编 号 1 0 0 0 7 4 6 6 2 0 1 1 0 3 0 0 8 6 0 3 液 化 天然 气 作 为 汽 车燃 料 的性 能分 析 豆文娇 ，陈叔平 ，杨 凯。 ，常智新 ，吴北 民 1 ． 兰州理工大学 石油化工学院 ，甘肃 兰州 7 3 0 0 5 0 ；2 ． 吐哈油田公 司 机 械厂 ， 新疆 哈密8 3 9 0 0 9 摘要 基 于液化 天然 气物理 性质 ， 通过 与压 缩天 然 气及 汽 油的对 比分 析 ， 表 明液 化天 然 气作 为 汽车 燃料具有 良好的经济性 、 环保性以及可靠的安全性。结合 国内天然气汽车 尤其是 液化天然气汽车 的发展 状 况 ， 提 出应 用液化 天然 气具有 良好 的发展 趋 势与广 阔 的应 用 前景 。 关键词 液化天然气； 汽车燃料；经济性 ； 分析 中图分 类号 T E 0 8 文 献标 志码 A Cha r a c t e r i s t i c An a l y s i s o f Li qu e f i e d Na t u r a l Ga s a s Ve hi c l e Fu e l DOU We n - j i a o ，CHE N S h u - p i n g ，YANG Ka i ，CHANG Z h i x i n ，WU B e i mi n 1 ． S c h o o l o f P e t r o c h e mi c a l En g i n e e r i n g， L a n z h o u Un i v e r s i t y o f Te c h n o l o g y， La nz ho u 73 00 5 0， Chi na； 2 ． Tuh a Pe t r o l e um M a c h i ne r y Pl a n t ，H a m i 8 39 0 0 9，Chi n a Ab s t r a c t B a s e d o n p h y s i c a l p r o p e r t i e s o f l i q u e f i e d n a t u r a l g a s L NG ，L NG wa s c o mp a r e d wi t h c o m p r e s s e d n a t u r a l ga s CNGa n d g a s o l i n e f r o m d i f f e r e n t a s p e c t s ． I t s h o ws LNG a s v e hi c l e f ue l po s s e s s e s e x c e l l e n t c h a r a c t e r i s t i c s i s o f e c o n o my，e n v i r o n me n t a l p r o t e c t i o n a n d s a f e t y ．F i n a l l y i n v i e w o f t h e d o me s t i c s i t u a t i o n o f NG v e h i c l e s e s p e c i a l l y LNG v e h i c l e s ，LNG a s v e h i c l e f ue l i s o f a g o o d p r o s p e c t ． Ke y wo r d s l i q u e f i e d n a t u r a l g a s ；v e h i c l e f u e l ；e c o n o my ；a n a l y s i s 目前 ， 我 国城 市 的汽 车 尾 气排 放 是 城 市 大气 污 染 的主要 源头 ， 同时 ， 油 价 的持 续 上 涨 ， 使 得 为 汽车 寻找 一种 新 的清洁 能源迫 在眉 睫 。天然气 以其 价格 低 、 污 染小 而受 到青 睐 ， 是 国 际公 认 的最理想 的车用 替代 清 洁 能源 之 一_ 】 ] ， 发展 天 然 气 汽车 对 于解 决 环 境 问题 和能 源 问题 都具 有重 要意 义 。 作 为汽 车燃料 ， 压 缩 天 然气 C NG 首先 得 到利 用 。但 由于 C NG 汽 车存 在 气 瓶 储 气 压 力 高 、 燃 料 能量密 度低 、 C NG加气 站 占地多及 安 全距 离要 求 大 等不足 ， 使其推广受到了一定 的限制l_ 2 ] 。而液化天 然气 L NG 作 为 新 一 代 汽 车 燃 料 ， 克 服 了 C N G 固 有缺陷， 具有清洁高效 、 存储效率高、 安全经济等特 点 ， 与 C NG 和汽油 等 汽车 燃 料 相 比具 有 独特 优 势 ， 成 为具 有广 阔前 景 的新 型 汽 车燃 料[ 3 “ ] 。文 中对 其 经 济性 、 环保 性 和安全性 进 行简要 分 析 。 1 L N G简 介 L NG是 天然气 的液 态形式 ， 具 有无 色 、 无 味 、 无 毒且 无 腐 蚀 的 特 点 。 它 是 由 含 9 O 以 上 甲 烷 CH 的天 然 气 ， 经 过 脱 烃 、 脱 硫 、 脱 水 、 清 除 C O 等净 化处 理 后 ， 再 进 行 低 温 液 化 而 得 到 的。L NG、 C NG与汽 油 的物性参 数见 表 1 _ 1 。 表 1 L N G 、 C N G与汽油物性参数 收 稿 日期 2 0 1 0 1 2 0 6 作者简介 豆文娇 1 9 7 9 一 ， 女 ， 甘肃榆 中人 ， 在 读硕 士研究生 ， 主要研究方向为低温贮运技术 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3期 豆文娇 ， 等 液化 天然气作为汽车燃料 的性 能分析 8 7 2 L NG经 济性分析 2 ． 1 续驶 里程 长 L NG储 存 在 温 度 为 一 1 6 2℃ ， 压 力 为 0 ． 1 MP a 左右 的绝 热 气 瓶 内 ， 其 体 积 约 为 标 准 大 气 压 常 温 状 态下气 态 体 积 的 1 ／ 6 2 5 ， 即 1 0 0 0 k g天 然 气 液 化 后 体积 由 原 来 的 1 4 0 0 I T I 。减 少 到 2 ． 2 4 m。 ， 远 小 于 C NG 的体 积 。L NG 的 体 积 能 量 密 度 约 为 汽 油 的 7 2 ， 约为 C NG 的 3倍 ， 同等燃 料体 积 下 L NG汽 车 的续驶 里程 是 C NG 汽 车 的 3倍 ， 所 以 L NG 汽 车 的 续 驶里 程 长 ， 加 注 次 数 减 少 ， 还 节 省 时 间 ， 从 而 降 低 了汽车 运营 成本 。 目前 国外 大 型 L NG 货 车 一 次 加 气 可连 续行驶 1 0 0 0 1 3 0 0 k m， 非 常适 合 长 途运 输 的需 要 ] 。对 于 4 0 0 L气 瓶 的公 交 车 ， 1次 加 C NG 气 约 7 5 m。 ， 在 市 区续 驶 里程 可达 2 5 0 k m， 而加 同样 体积 的 L NG续 驶里 程 超过 6 0 0 k m。 2 ． 2燃 料费 用低 根据 天 然气 燃烧 特 性 和 运 行 试 验 结 果 ， 1 I T I 。 天 然气 的行驶 里程 等效 于 1 ． 2 L汽 油 。按 2 0 0 9年 9 3 汽油 价 格 分 别 为 4 ． 8 8 、 5 ． 5 4 、 5 ． 8 、 6 ． 0 6元 ／ L， L NG 平均 零售 价 为 3 ． 4元 ／ m。 L NG 汽 化 后 标 准 状 态 下 的体 积 计 算 ， 使 用 L NG 比 汽 油 分 别 便 宜 4 2 、 4 9 、 5 1 9 ／ 6 和 5 3 。 以 国 内常 见 的 大 众 桑 塔 纳 出租 车为例 ， 对 汽油 和 L NG 燃 料 费 用 进 行 对 比分 析 ， 详 细计算 结 果 见表 2 。从 表 2可 以看 出 ， 使 用 L NG 比 使用 9 3 汽 油 可 以节 约 费用 9 7 ． 8 4元 ／ d ， 按 行 驶 里 程1 4 0 0 0 0 k m／ a 计 算 ， 年 节 约 费 用 3 ． 4 3万 元 ， 燃 料 费用 降低 大约 4 5 ％。 表 2燃料费用估算 比较 项 目 燃 料 种 类 LNG 9 3 汽 油 我 国的重 型卡 车 虽 然 只 占机 动 车 辆 总 数 的 4 左右， 但 其 耗 费 燃 料 量 却 超 过 整 个 交 通 燃 料 的 3O 8 ] 。如果 能 采用 L NG 燃料 ， 则 费 用节 约 将 更 显 著 。此 外 ， L NG 是 在 1 1 O K 的低 温 下 储 存 的 ， 在 汽 化 成 室 温 气 体 的过 程 中将 会 释 放 出冷 能 ， 其 冷量 在 8 6 0 ～8 8 3 k J ／ k g 。通 过 计 算 可 知 ， 普 通 汽 车 的 回 收 冷 能约 有 2 ． 0 k W ， 大 型 汽 车 的 回 收 冷 能 可 超 过 3 ． 0 k W[ 9 。若将 该 部分 冷 能 回收用 于汽 车 空 调或 冷 藏 车 ， 可 减 少 机械 制 冷造 成 的动 力 消耗 和制 冷 剂 泄漏 造成 的臭 氧 层破 坏 ，进 一 步提 高 使 用 经济 性 和 环保 性 。 2 ． 3维修 费 用低 由于 L NG 的辛 烷 值 高 于 汽 油 ， 且 H 和 C原 子 比较接 近 ， 所 以 L NG 具 有 较 好 的 冷 启 动 性 、 燃 烧 性 和抗爆 性 ， 气缸 和燃 烧 室 的积 炭 和磨 损 变小 ， 减 轻 了 对 零部 件 的损 坏 。供 油 系 统 的 寿 命 可 增 加 1 ． 5 ～ 2倍 ， 火 花塞 的寿命 可 增加 4 0 ， 发 动 机 的 维修 费 用 可 节约 至少 5 O _ 6 J 。 2 ． 4 建站投资少且收益快 与 C NG 加气 站相 比 ， I NG加 气 站设 备 投 资 少 、 占地 面 积小 、 管 理 费用 且 运 行 成本 较 低 。L NG 建 站 的一 次 投 资 相 对 C NG 加 气 站 可 节 约 3 O ％左 右 ， 且 能 减少 日常的运 行 和维 护 费 用 近 5 O [ 1 1 3 。L NG 站 不 仅可 以给 L NG 汽 车 加 气 ， 也 可 以给 C NG 汽 车 加 气。只需增加 很少 的设备 ， 便可达 到 C N G 站 的功 能 。这 样既 可避 免 C NG汽 车燃 料 系统 的改 造 ， 也 消 除 了 C NG汽 车加 气受 天然 气管 网和气 源 的限制 。 L NG加 气 站规模 不 同 ， 投 资 额 差 异 较 大 。以 一 座 日售气 1万 r n 。的 L C NG 混 加 气 站 为例 ， 年 售气 3 0 0万 m。 ， 总经 营成 本 约 为 6 0万 元 ／ a ， 电 耗不 超 过 3万 k w h ， 人 员不 超 过 1 0人 。当 L NG 进 价 与零 售价 价差 在 0 ． 4元／ m。 时 ， 年利 润 约 6 0万 元 ， 4 a可 收 回投资 口 。 目前 ， 国内外正 大力 推 广 橇装 式 L NG 加 气 站 ， 与 C NG加 气 站 比较 ， 此 类 加 气 站 具 有 不 依 赖天 然气 管 网和 气 源 、 占地 面积 小 、 集 成 化 程 度 高 、 投资 小 、 建站 周期 短 、 易操 作 、 安 全可 靠 、 易 于 搬 迁及 机动 灵 活的优 点 。 3 LNG环 保 性 分 析 3 ． 1 尾气 污 染小 天然 气液 化 前必 须 经 过 严格 的净 化 ， 因而 L NG 中的杂 质含 量 远低 于 C NG， 这 为汽 车尾 气排 放 满 足 更 加严 格 的标 准创 造 了有利 条 件 。据 统计 ， 2 0 0 0辆 燃 油 汽车 每天 需要 排放 的 NOx为 8 0 ～2 4 0 k g ， 碳 氢 化 合 物为 3 9 0 ～8 0 0 k g 。此 外 ， 还 有 碳 氧 化 合 物 、 甲 醛 、 碳粒、 苯并芘和铅等有毒物 。而 L NG含有极少 量 硫 和氮 ， 其主 要成 分是 CH ， 与 空气 混合 形成 均 匀 可 燃气 ， 燃 烧 干 净 彻 底 。试 验 证 明 ， 汽 车 燃 用 L NG 与 燃用 汽 油相 比 ， C o 排放 减 少 9 7 9 ／ 5， HC排放 减 少 7 O ％～8 O ， No 排 放减 少 3 O ％～ 4 O ， C 0 。 排 放 减 少 9 0 ， 微 粒排 放减 少 4 O ， 基本 不 含铅 、 硫化 物 及苯 等有 害物质 ， 不 存在 形成 光 化 污染 的危 险 ， 因此 L NG被 称为 绿 色燃料 _ 】 引。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 8 8 石油化工设备 2 0 1 1 年第 4 O 卷 3 ． 2噪 音污 染少 L NG组成 稳定 ， 不 含硫 化 物 、 灰尘 等 杂 质 ， 可 提 供 稳定 、 可 控 制 的空 燃 比 ，有 效 确 保 发 动 机 平 稳 运 转 。汽 缸与燃 烧室 内不 易发 生积 炭 、 金 属腐 蚀 现 象 ， 降低 了发动机 噪音 ， 减少 了噪音 污染 。 4 L N G安全性分析 4 ． 1 L NG安全性 L NG 的储 存温度 为 一1 6 2 C， 爆 炸 下 限 为 5 ， 比汽油 爆 炸下 限 1 V oo 高 。L NG燃 点 为 6 5 0℃ ， 比汽 油燃点 高 2 2 3℃ ， 点火 能也 高于 汽油 ， 更 难 点燃 。即 使 L NG 稍有泄 漏 ， 就 会立 即形 成 低 温 区 ， 短 时 间 内 很 难达 到 着 火 点 。L NG 重 新 气 化 的 天 然 气 比原 始 的天然 气更纯 净 ， 且 气化 后密 度很 低 ， 只有 空气 的 1 ／ 2 。当 天然气 泄漏 到空气 中时 ， 便 能很 快 向空气 中挥 发扩 散 ， 并 吹走 正在 泄漏 的低 温燃 料 ， 从 而杜 绝 了燃 烧及 爆炸 的可 能 ， 保证 了车辆安 全 。 4 ． 2 L NG气瓶 安全性 在 L NG 液化 工艺 过 程 中去 除 了天 然 气 中的硫 化物。硫化物、 水分的去除， 降低了燃烧对气瓶的腐 蚀 ， 消 除 了气瓶 材料 的氢脆 问题 ， 提高 了气 瓶 的安全 可靠 性 。且 L NG液 体接 近 常压 ， 防撞击 及 防爆 炸性 能 比 C NG 好 ， 进 一 步 保 障 了 气 瓶 的 安 全 性 。而 C NG汽车车载气瓶属高压容器 ， 虽然气瓶经过了严 格 的质 量检测 ， 但 与 L NG 气瓶相 比仍 具有 一 定 的危 险性。据美国运输事故管理局的报告 ， 与汽油等燃 料相 比 ， 2 0 a 来 L NG有着 最好 的安 全记 录l_ l 。 4 ． 3 L NG汽 车使用 过程 中安 全性 L N G 汽 车都设 有 泄 漏 检 测 、 冷 量 检 测 、 气 体 检 测及 火 焰 安 全 监 测 等 系统 ， L NG 一旦 泄 漏 ， 系统 会 采取 自动保护措施 ， 确保使用安全。 5 L N G汽车 国内发展状况 2 0 0 3年初 ， 北 京 、 乌 鲁 木齐 、 长 沙 和 贵 阳 4个 城 市开始 L NG 汽 车 在 城 市 公 交 车 领 域 的示 范 应 用 。 随着沿 海 L N G 接 收 站 的建 设 ， 广 东 、 福 建 、 海 南 、 大 连等省 市均 已 宣 布 发 展 L N G 汽 车 。2 0 1 0年 ， 湛 江 L NG公 交 已经 启 运 。福 州 投 放 4 0 0辆 L NG 公 交 车 ， 并 在 5 a内拟建 6 O座加 气站 。原 先推 广 C NG汽 车 的海南 省 于 2 0 1 0年末 建设 了 8座 以上 I NG加 气 站 ， 初步形 成 全省 的 L NG 汽 车 加 气 站 网络 ， 发 展 各 种 L NG汽 车 超 过 l 5 0 0辆 。在 新 疆 、 内 蒙古 、 山 西 等地 ， 以 L NG 为 燃 料 的 重 型 卡 车 已 得 到 了快 速 发 展 ， 仅新疆 广 汇公 司就有 数百 辆 L NG 重 型卡 车投 入 了商 业化 运行 6 结 语 L NG作 为 汽 车 燃 料 资 源 上 有 保 障 ， 技 术 上 可 行 ， 与 C NG、 汽油 相 比 ， 在 经济 性 、 环 保 性 以及 安 全 性等 方面 都 具 有 优 越 性 。L N G 汽 车加 气 站技 术 成 熟 、 建 设 投 资 少 ， 且 运 营 成 本 低 。 随 着 我 国 大 型 L NG 接 收 站 和 液 化 工 厂 建 设 步 伐 的加 快 ， I NG 作 为汽车燃料取代现有 C NG必将成为趋势。 参考文献 [ 1 ] 乔国发 ， 李玉星 ， 冯 叔初 ， 等． L NG在 汽车代用燃料 中的 优势 [ J ] ． 油气储 运 ， 2 0 0 4 ， 2 3 2 4 6 4 9 ． [ 2 ] 贾潞 安 ， 赵 海明． L N G是 机 动车辆 气代 油 的最佳 选择 [ J ] ． 山西能 源与节 能， 2 0 0 9 ， 2 2 7 3 0 ． r 3 ]Ti l a g o n e R， Ve n t u r i S，Mo n n i e r G． Na t u r a l Ga s a n En vi r o nme nt a l l y Fr i e nd l y Fue l f o r Ur b a n Ve hi c l e s t he S ma r t De mo n s t r a t o r Ap p r o a c h J ] ．Oi l G a s S c i e n c e a n d Te c h n o l o g y，2 0 0 6 ， 6 1 1 1 5 5 1 6 4 ． [ 4 ]陈叔平 ， 刘 志东 ， 刘 振全． 车用 燃料 L NG、 C NG及汽油 的性能 比较[ J ] ． 真空与低温 ， 2 0 0 2 ， 8 4 2 3 3 2 3 5 ； [ 5 ] 华贲 ， 熊 标． 加 快开 发 中国 L NG汽 车产业 链 [ J ] ． 中外 能 源 ， 2 0 0 7 ， 1 2 1 1 2 1 5 ． [ 6 ] 苏欣 ， 杨君 ， 袁宗明 ， 等． 我 国液化天然 气汽 车研 究 现状[ J ] ． 天然气工业 ， 2 0 0 6 ， 2 6 8 1 4 5 1 4 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