液化天然气燃料在航运业的应用前景.pdf

第4 4卷第 4期 2 0 1 5年 4月 当 代 化 工 C o n t e m p o r a r y C h e m i c a l I n d u s t r y V o 1 ． 4 4 ．N 0 ． 4 A p r i l ，2 0 1 5 液化天然气燃料在航运业的应用前景 邢 大 鹏 中国石化燃料油销售有限公司， 北京 1 0 0 0 2 9 摘 要 由于传统的船用燃料燃烧产生大量的废气，对环境造成严重的影响。采用液化石油气 L N G 作为船舶的燃料 ，部分或者全部替代柴油燃料，可以减少污染物的排放。对 L N G取代传统的燃料的必要性和 环保性进行了分析 ，探讨了船用 L N G燃料发展现状、船用 L N G燃料的优缺点及相应对策等 ，对于相关的技术 人员具有指导和借鉴意义。 关键词 液化石油气；船舶；环保；污染物 中图分类号U6 9 9 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 1 0 4 6 0 2 0 1 5 0 4 0 7 2 1 0 2 Appl i c a t i o n Pr o s pe c t s o f Li que fie d Na t ur a l G a s Fue l i n t h e S h i p p i n g I n d u s t r y XI NG Da - pe n g S i n o p e c F u e l Oi l S a l e s C o ． ， L t d ． ， B e ij i n g 1 0 0 0 2 9 ， C h i n a Ab s t r a c t T h e t r a d i t i o n a l ma r i n e f u e l p r o d u c e s l a r g e a mo u n t s o f e mi s s i o n s f r o m f u e l c o mb u s t i o n， wh i c h r e s u l t s i n s e ri o u s i m p a c t o n t h e e n v i r o n me n t ． Us i n g l i q u e fi e d p e t r o l e u m g a s L NG a s ma r i n e f u e l ， p a r t i a l o r t o t a l r e p l a c e me n t o f d i e s e l f u e l ， C a l l r e d u c e t h e e mi s s i o n o f p o l l u t a n t s ． I n t h i s p a p e r , th e n e c e s s i t y a n d e n v i r o n me n t a l p r o t e c t i o n o f r e p l a c i n g c o n v e n t i o n a l fu e l s wi t h L NG we r e a n a l y z e d a s we l l a s d e v e l o p m e n t s t a t u s o f L NG a s ma r i n e f u e 1 ．Ad v a n t a g e s ， d i s a d v a n tag e s a n d c o r r e s p o n d i n g c o u n t e r me a s u r e s o f L NG a s ma r i n e f u e l we r e d i s c u s s e d ． Th e p a p e r c a n p r o v i d e g u i d e a n d r e f e r e n c e f o r r e l e v a n t t e c h n i c a l s t a f t ． Ke y wo r d s Li q u e fi e d n a t r a l g a s ； S h i p ； E n v i r o n m e n t a l p r o t e c t i o n ； P o l l u t a n t s 当今，环境污染成为全世界关注的焦点问题。 其中，石油燃料燃烧产生的产生的二氧化碳，硫化 物及氮化物等对大气造成的危害尤其严重Ⅲ 。其中， 船用燃料燃烧每年可产生 l 2 亿 t 的二氧化碳， 占全 世界排放总量 6 ％，而全球总排放量的 2 0 ％和 3 0 ％ 是燃料燃烧产生的硫化物和氮化物 ，它们是环境污 染 的重要成因口 。为了控制运输船舶对海洋的污染 ， 国际海事组织已对重质燃料油作出相关规定，即到 2 0 2 0年平均含硫量将从 目前的 4 ．5 ％降到 0 ．5 ％，到 2 0 1 5年轻质燃料油平均含硫量将从目前的 1 ％降到 0 ． 1 ％。与欧美等国家相比，我国船舶柴油机有害物 排放水平要高 出一大截 ，存在较大的差距 。到 目前 为止 ， 国内一直缺少相关领域的严格排放限制法规 ， 在研发和制造 自主船用柴油机产品过程中，研究者 普遍仅注重成本 ，忽视采用减少排放的技术措施。 因此 ，导致了我国船用燃料燃烧产生的污染问题尤 为严重。 为满足船舶污染物和温室气体排放控制要求， 可采取如下的措施 1 常规以船舶燃料油为动力 的船舶需要应用后处理技术，代价高昂； 2 使用 低硫油取代燃料油 ，可能遭遇低硫油供应紧张的问 题； 3 使用液化石油气替代传统燃料。 液化天然气 L NG 是对天然气进行脱 除重烃 、 硫化物 、二氧化碳和水等杂质预处理过程 ，再经过 深度冷却得到的液体燃料，其主要成分是甲烷 。 理论 上燃烧后不产生烟尘 、s o 和 N O ，符合清洁 能源的要求。使用 L N G 动力可以满足各种排放控 制要求， L N G燃料船舶也成为国内外新建船舶增长 的一种新趋势。 1 L NG燃料船舶发展现状 当前使用 的内燃机替代燃料有压缩天然气 C N G 、液化天然气 L N G 和液化石油气 L P G 三种 ，其中，液化天然气具有能力密度较高 ，排放 低，便于储存和运输等优点，被认为是最有前途的 发动机燃料 】 。挪威船务官员 日前也公开表示 “ 到 2 0 3 0年全球航运界有能力实现减排 3 0 ％， 这得益于 L N G作为燃料有效的措施。 ” L N G 燃料 动力船舶是指主要以液化天然气为 主要燃料的船舶，船舶发动机通过燃烧天然气与柴 薯 器 { 9。7 8 一 ， 男 ， 辽 宁 抚 顺 人 ， 工 程 师 ， 2 00 5 年 毕 业 于 辽 宁 石 油 化 工 大 学 金 融 专 业 ， 主 要 从 事 国 内 水 上 船 加 油 汽 站 建 设 工 作 者 简 介 邢 大 鹏 1 一 ， 男 ， 辽 宁 抚 顺 人 ， 工 程 师 ， 年 毕 业 于 辽 宁 石 油 化 工 大 学 金 融 专 业 ， 王 要 从 事 国 内 水 上 船 加 油 站 建 议 工 作。E m a 1 ] 5 4 6 0 5 5 7 5 5 q q ． c o m 。 化 工 2 0 1 5年 4月 油 的混合物 ，给船舶提供推进动力 。 为了适应越来越严格 的环保 和排放要求 ，降低 航运成本 ， 各国对 L N G燃料动力系统都进行了研究 和试验 ，并取得了进展。 1 9 8 4年，世界上最早的 L NG动力双燃料汽车 在前苏联研制被研制 出来 。 到 2 0世纪末 ，日本和韩 国等 国家试验成功 L NG动力汽车。2 0 1 0年，挪威 船级社为德 国航运公司“ R e e d e r e i S t e f a n P a t j e n s ” 号 集装箱船进行改装 ，安装 L NG 装置 ，改装项 目于 2 0 1 2 年完成。 最近有消息指出， 全球第一大集装箱 运输公司马士基航运计划订造多达 2 O 艘 以 L NG为 燃料的集装箱新船，并已经邀请韩国主要造船厂进 行报价。这预示着 L NG 燃料船普遍适用于全球航 程 的美好未来。 在国内， 武汉 、 江苏、 福建等地也都进行了 L NG 燃料动力船舶的相关试验， 并且都取得了圆满成功， 体现了L N G燃料在船舶航运业具有的优势。 2 L N G燃料在船舶航运上的优缺点 2 ． 1 L N G燃料船舶具有的优势 2 ． 1 ． 1 满足环保 的需求 L N G 作 为一种清洁的能源 ，其 主要成分为烃 类，基本不含有硫和氮等非烃类。因此，在燃烧时 产生 的氮的氧化物和硫的氧化物相比于汽油柴油等 燃料大大减少 。据挪威验船协会 D NV估计 ，使 用气体燃料动力的船舶 ，氧化硫与氧化氮的排放量 可消减约 9 0 ％，二氧化碳的减排也达 2 0 ％以上 ] 。 相比于空气 L NG 密度较轻 ，当发生泄漏事故时也 会很快自然气化，对水体不会产生污染。应用气体 燃料动力船舶将推动对整个航运业深刻的变革 ，同 样也面临着新 的机遇和挑战。 2 ． 1 ．2 满足安全使用要求。 由于 L NG 无色无味 ，泄露时不容易被发现 ， 为保证天然气泄漏可及时被发现一般要加入特殊嗅 剂 ； 天然气 比汽柴油燃点更高 ， 不易达到爆炸极限。 从使用安全性上来看 ，天然气也 比燃油更安全。 2 ． 1 ． 3 L NG使用的经济I 生。 由于石油资源的紧缺和需求的急剧增加， 传统 的石油燃料价格 飞涨【 5 ] 。此外 ，出于对运输船舶对 海洋的污染的忧虑 ，国际海事组织规定 ，到 2 0 2 0 年重质燃料油平均含硫量下降到 0 ． 5 ％，到 2 0 1 5年 轻质 燃 料 油平 均 含硫 量 将 从 目前 的 1 ％降 到 的 0 ． 1 ％，这也造成油料价格的提升和营运成本 的增 大。据国内试验船测数据算显示 ，当使用天然气与 柴油配 比 7 3的混合燃料时 ，可节约燃料成本达 2 5 ％，而国外同类船舶天然气与柴油配比更是高达 到 9 1 以上，船舶燃料成本将进一步下降。 2 ． 1 ． 3 天然气资源储量丰富 目 前世界上的天然气蕴藏量非常丰富，估计可 以继续使用 2 5 0 年， 中国早在公元 1 3 世纪就开发了 世界上第一个气田是世界上最早发现和利用天然气 的国家之一 J 。 我国天然气资源量约为 5 4万亿 11 1 ， 估计可采储量 1 0 ～ 1 4万亿 m。 ，煤层气储量约 3 0万 亿 m ，开发潜力 巨大，发展前景 良好。 2 ． 1 ． 4 L NG内燃机技术 日渐成熟 经过几十年的发展， 天然气已经形成了从开采、 存储、运输到终端的一整套完整工艺流程[ ，气体 燃料发动机也得到长足的发展 ，国外的船用机制造 商瓦锡兰、曼恩等厂家已经推出了各自的气体燃料 发动机l 8 ] ，国内也有相应 的产品在试验 ，气体燃料 发动机在船舶的应用已经不存在技术障碍。 2 ． 2 制约 L N G燃料在船舶上应用的因素 2 ． 2 ． 1 续航能力弱 目 前，船舶设计存在相当大的难题是由于液化 石油气的储罐小，整体布局较为困难，对舱室及管 线的要求较高，在燃烧放出相同能量的条件下，需 要 L N G的体积相当于 2倍的燃油，这就需要更大 的空间去贮存 L N G 。目 前，以 L N G为燃料的船舶 最高续航能力仅为 2 2 d ，远远不能达到长途远洋运 输要求。现阶段主要用于以下两类船舶一是短途 运输船舶 ；二是应用于 L NG大型运输船舶上。 2 _ 2 ． 2 补给配套设施不足 目前 国内外大多数港 口没有建立起完备且适用 的 L N G补给配套体系，无法有效满足航行船舶的 加气需求 。 2 ． 2 _ 3 宣传力度小 由于政府对 L N G动力船舶的宣传力度较小， 缺 乏可靠的信息来源以及一些新事物接受能力较差等 原因 ，在 L NG 动力船舶应用尚未完全展开的情况 下，绝大多数船主是不愿意建造该新型船舶【9 J 。 2 ． 2 ． 4 船舶之间加气技术难题需要攻克 由于受到海潮涨落的影响 ，船舶无法确定确切 的停泊位置 ，进行船对船加气 ，依然面临 L NG 输 送管道均为低温管道，不易延展和伸缩许多有待攻 克 的技术难题。 3 普及船用 L N G燃料的对策 1 增强群众 的环保意识 ，充分认识到 L NG 能源的相比于传统能源的优势所在， 加大对以 L N G 为动力船舶的宣传力度。 下转第7 2 5 页 第 4 4卷第 4期 张来新， 等 新型大环主体化合物柱芳烃的合成及应用 7 2 5 质谱 、NMR 研究了其对磷胺类农药分子的识别性 能。 结果表明， 甲基对硫磷能够使 A 发生明显的荧 光猝灭 ， 说 明了荧光型柱L 5 j 芳烃衍生物 A 对 甲基对 硫磷有较好的选择性识别。该研究将在农药检测方 面具有较好的应用前景 。 综上所述 自2 0 0 8年 Og o s h i 和 Na k mo t o等报 导了一种通过对位桥联苯酚形成 的结构对称 的柱形 大环超分子主体化合物一 柱芳烃后， 目前已合成和研 究的柱芳烃主要是五元 五棱柱形 和六元 六棱柱形 结构。由于其独特的化学性质和空间结构，目 前在 超分子组装 、超分子催化 、分子识别 、分子机器 、 分子马达 、分子开关 、离子通道 、缓释剂及分子器 件功能材料、超分子生物学、纳米科学、贵金属回 收、超分子药物等领域凸现 出广 阔的应用前景。其 研究重心已朝着这类新型大环受体分子的分子识别 与 自组装和智能材料 的开发方向发展 。即其发展方 向有如下几个方面 f 1 合成出更多元的柱芳烃及其 衍生物，增强其主客体包合和分子识别的选择性， 创造更多的应用价值 ； 2 在主客体包合和分子识别 领域 ，开发更多 的具有水溶性的柱芳烃 ，扩大水相 分子识别种类 ，以实现在环境化学 、环境保护、环 境监测及水处理等领域的应用；f 3 在“ 锁式” 结构的 构筑 中， 制备一些常见的“ 锁式” 结构． 索烃 ； 4 更进 一 步开发柱芳烃在超分子催化、生物模拟等领域的 应用。 参考文献 [ 1 ] Og o s h i L K a n a i S ， F u j i n a mi S ， e t a 1 ． p a r a - B r i d g e d S y mme t r i c a l P i l l a r [ 5 ] a r e n e s T h e i r L e w i s Ac i d C a t a l y z e d S y n t h e s i s a n d H o s t G u e s t P r o p e r t y [ J ] ． J ． A m． C h e m．S o c ．， 2 0 0 8 ，1 3 0 1 5 5 0 2 2 5 0 2 3 ． [ 2 ] Do n g S ， Z h e n gB ， Y a o e t a 1 ． L C S T - T y p e P h a s e B e h a v i o r I n d u c e d b y P i l l a r [ 5 l a r e n e ／ I o n i c L i q u i d H o s t - Gu e s t C o mp l e x a t i o n [ J ] ． A d v ． M a t e r ． ， 2 01 3 ， 25 6 8 6 4 - 6 8 6 7 ． 1 3 j Y a n g E C h e n Q， C h ang Q Y S u g a r - F u n c t i o n a l i z e d Wa t e r - S o l u b l e Cy c l o t r i v e r a t r y l e n e De r i v a t i v e s P r e p a r a t i o n a n d I n t e r a c t io n wi t h F u l l e r e n e [ J ] ． J ． O r g ． C h e m．， 2 0 1 2 ， 7 7 2 9 7 1 - 9 7 6 ． [ 4] 李慧， 陈琦， 韩宝航．新型柱芳烃及衍生物的合成与性能研究[ c ] ．全国 十七届大环化学暨第九届超分子化学学术讨论会论文集．吉林延吉 边大学， 2 O l 4 0 8 1 1 0 1 1 1 ． [ 5 ]毕家海， 田德美， 李海兵． 蒽柱[ 5 ] 芳烃璃 子液体温敏开关的设计合成 [ c ] ． 全国第十七届大环化学暨第九届超分子化学学术讨论会论文 集． 吉林延吉 延边大学， 2 0 1 4 0 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