天然氣的科學使用與節能減排

姚文文

（天津中油燃氣車用燃料技術有限公司 天津 300000）

天然氣的科學使用與節能減排

姚文文

（天津中油燃氣車用燃料技術有限公司 天津 300000）

本文從能源利用的現狀和危機出發，以天然氣的科學使用方面展開分析，探索新技術、新方法和新思路，以達到節能減排，可持續發展的目的。

天然氣；清潔能源；節能環保

引言

在世界經濟可持續發展中，能源需求不斷增長。但經濟迅猛發展的同時，給全球也帶來了日益嚴重的環境問題，保持和改善人類生存環境成為一項十分重要的任務。天然氣作為清潔燃料，其產量的增長速度大大高于煤和石油。本文從能源利用的現狀和危機出發，以天然氣的科學使用方面展開分析，探索新技術、新方法和新思路，以達到節能減排，可持續發展的目的。

1 人類能源利用與環境問題

能源是人類賴以生存和社會發展的基本條件之一。當今世界各國政府都十分重視能源的開發、利用以及對環境的影響。就某種意義上講，能源的構成、開發利用和人均消費量，實際上標志著一個國家的技術水平、生活水平和文明程度。今天，煤、石油和天然氣是世界能源供應的三大支柱。

隨著世界經濟的高速發展，人類技術的日益現代化，人類改造自然的規模和手段發生了質的變化。能源與人類的生活息息相關。但是，由于盲目的開采也引起了全球性的環境問題。如：溫室效應、臭氧層被破壞、酸雨現象、土地荒漠化等等問題。

造成世界環境問題的主要原因之一就是排放的二氧化碳和其他溫室氣體量超過了地球自身的吸收能力。人類生活已超出了環境的恢復能力，如何實現人與自然的協同發展，是現代社會必須作出回應的現實問題。

2 天然氣是比較清潔的能源

從能源的角度來說，通常所稱的天然氣只指儲存于地層的可燃氣體，即氣態化石燃料。近幾十年來，天然氣工業發生了根本性的變化。天然氣由過去作為石油勘探開發的附產物，發展到現在成為單獨勘探開發的對象。天然氣的利用對提高人民生活水平、改善大氣環境，特別是對“PM2.5”指標的控制起著重要作用。下面通過天然氣與石油的燃燒排放物的比較分析，可以看出天然氣是清潔能源。

2.1 理論空氣量和理論煙氣量

天然氣的主要成分是甲烷（CH4）還有少量的乙烷（C2H6）、丙烷（C3H8）、丁烷（C4H10）等。汽油的成分比較復雜，主要是烷烴，從C4到C12，其中以C5到C9為主，還有一些添加劑。天然氣和汽油作為燃料燃燒時均需要消耗的氧氣（空氣），同時產生大量的廢氣，對環境造成一定的影響。

通過下表可以看出：隨著C的增加，燃燒時需要的理論空氣量/耗氧量也在加大，（空氣中N2:O2=79:21，N2消耗量也應同比增加），相應的排放的理論煙氣量也隨之加大。因此，假設汽油和天然氣在相同條件的燃燒情況下，汽油燃燒所需要的理論空氣量/耗氧量大，CO2、H2O、N2，還有 CO、H2、O2等物質的排放要高于天然氣。

表1 單一氣體的燃燒特性表 （單位：m3/m3干燃氣）

2.2 NOx、CO、CH化合物的產生

（1）NOx是NO和NO2的合稱，其中NO占90%以上，NO2由NO氧化而成。NO生成途徑兩個：燃料型和溫度型。天然氣中不含氮的化合物，也就無燃料型NO生成。因此，NOx的生成主要是燃燒時加熱，產生的溫度型熱NO。也就是，空氣中的N2在天然氣燃燒過程中與空氣中O2產生熱NO。還是在相同條件的燃燒情況下，理論空氣量/耗氧量和理論煙氣量大的，其中的N2和O2量就大，那產生NO的量也相應會大。

（2）CO、CH化合物是由于燃燒過程中發生不完全燃燒產生的。如果是完全燃燒就不會產生，可實際的燃燒過程多是不完全燃燒，無論空氣供應過剩還是不足，煙氣中都殘存有可燃組分。還是在相同條件的燃燒情況下，均發生不完全燃燒，理論空氣量/耗氧量和理論煙氣量大的，CO、CH化合物產生的量也相應會大。

通過上述分析，天然氣與汽油作為汽車燃料，排放的煙氣組分有 CO2、H2O、N2，還有 CO、H2、O2以及 NO、CH化合物，還有少量的懸浮物顆粒物。天然氣燃燒產生的排放量與汽油相比有很大的降低，經分析它們的燃燒特性，因成分不同，尤其C含量的不同，導致燃燒時所需的理論空氣量及耗氧量和生成的理論煙氣量有很大差異。因此，天然氣是比較清潔的能源。

3 擴大天然氣的利用范圍

按照我國“四個革命、一個合作”能源戰略思想，圍繞天然氣產業發展目標，充分發揮天然氣在構建現代能源體系中的主體能源作用，加快推進天然氣在城鎮燃氣、工業燃料、燃氣發電、交通燃料四大領域的大規模高效科學利用。

近年來，由于科學技術的迅猛發展，也促使天然氣利用領域不斷擴大。如：熱電聯產和聯合循環發電中作為燃料應用；替代汽車等運輸工具的車用燃料；替代燃煤供熱的燃氣鍋爐；天然氣空調系統；天然氣合成油及化學品等。尤其是我國的天然氣燃料汽車這些年有了長足的發展。即：天然氣經壓縮儲存在高壓鋼瓶內，以壓縮天然氣作為燃料的汽車，稱為CNG汽車。1方天然氣按熱值折算大約可代替1升汽油。目前（以天津為例），車用氣的價格為3.95元/方，而93號汽油的價格為6.19元/升，油、氣差價為2.24元。出租車按威志1.5升排量，百公里耗油量8升，每天出租車運營250公里左右：

耗油量20升/天，費用20x6.19=123.8元/天；

耗氣量20方/天，費用20x3.95=79元/天；

用氣每天節省44.8元左右，每月可節省約1300元。出租車改裝需加裝一個氣瓶、調壓器、管路、控制芯片，以及安全附件，改裝費用約4500元，4個月可收回改車成本。因此，使用天然氣車用燃料比汽油便宜很多，同時，又能減少汽車尾氣排放對大氣的污染，具有很好的經濟效益和環境效益。

結語

改革開放以來，中國在能源領域取得的成就舉世矚目，從而保證了經濟發展的需要。然而，粗放型的經濟增長方式并未根本改變，能源資源浪費大、消耗高以及環境污染嚴重等問題依然突出。調整優化能源結構，是我國能源與環境、經濟協調發展的客觀需要和戰略要求，其中，節能減排戰略是其重要的一環。節能減排工作作為國家能源戰略的一項重要內容要長期抓，抓有效。而天然氣作為清潔能源，使用好天然氣可以為節能減排工作發揮巨大的作用。

姚文文（1969-）男，天津市人，高工，從事燃氣行業管理工作。