LNG 和CNG 作為東三省車用燃料發展方向的可行性分析

張津宣

中化石油吉林有限公司 吉林 長春 130000

隨著全球大氣污染程度的上升,全世界的能源結構逐漸開始轉變,使得一次能源消費中天然氣所占比例愈發增多。尤其是天然氣作為燃料具有環保、無公害等特征,促進了天然氣在民用、汽車以及發電領域的發展及應用,從而替代石油、煤炭等污染燃料。在汽車燃料應用方面,天然氣有效降低了尾氣排放的有害物質,成為解決城市空氣污染的有效途徑。當前研究來看,汽車燃料中天然氣的應用主要是LNG(液化天然氣)和CNG(壓縮天然氣)兩種形式。壓縮天然氣的應用在全球部分已經得到普及,且具有成熟的技術,在我國很多城市都在普及壓縮天然氣作為汽車燃料的技術,且取得了一定的社會、環保及經濟效益。隨著天然氣應用技術的發展,液化天然氣的安全性、經濟性和環保性會發揮出更多的優勢。

1 天然氣的環保性

天然氣的主要成分為甲烷,同時含有少量的He、N2、H2S和CO2等氣體,燃燒充分、易燃易爆,且燃燒后不產生雜志或炭黑,被稱為“綠色燃料”。典型的天然氣沸點溫度為-162.33℃、臨界壓力5.31MPa、臨界溫度-75.21℃、分子量16.803,標準狀態下天然氣液體密度為0.431kg/L、氣體密度0.7096kg/L。

車用壓縮天然氣燃料就是將原料天然氣經過脫水、脫硫處理后,經過加壓設備轉入壓力罐的可燃性氣體。相對于傳統的汽油、柴油等汽車燃料相比,天然氣降低了燃燒后硫化物的排量,因此,大大降低了尾氣對大氣環境的污染。文獻研究可知,相比汽油來說,甲烷燃燒后二氧化硫降低90%、二氧化碳降低25%、氮氧化物降低40%、碳氫化合物降低70%、一氧化碳降低98%。用在汽車燃料上,甲烷的辛烷值為高于120,有效降低了發動機產生的噪音,同時還具有一定的抗暴性能。

液化天然氣是天然氣經過脫水、脫硫處理后,在深冷環境下形成的-162.33℃、102.401k Pa的液體。經過脫硫和深冷后,天然氣原料中的雜質和有害物質基本被清除,因此,比壓縮天然氣具有更高的純度,燃燒后的環保效果更加顯著。

2 天然氣作為東三省車用燃料的經濟性和安全性

2.1 經濟性對比 壓縮天然氣和液化天然氣的經濟性主要是由氣瓶質量、體積以及天然氣的價格來決定的。壓縮天然氣在30MPa狀態下,其體積是標準氣態的1/250,液化天然氣經過深冷后其體積為標準氣態下的1/625,也就是說2.5立方米的30MPa壓縮天然氣體積相當于1立方米的液化天然氣體積；2.5個80L 氣罐所裝壓縮天然氣的氣體量相當于1個80L氣罐所裝液化天然氣的氣體量。因此,在氣罐按照空間和氣罐自身質量來說,液化天然氣比壓縮天然氣具有很多優勢,而且更加便于儲存和運輸。

從價格來看,東三省地區1L液化天然氣的售價為1.025元,其熱值相當于0.638立方米的壓縮天然氣,經過壓縮后壓縮天然氣的等值價格為1.098元,兩者價格差異很小。

那么LNG 與燃油相比,經濟型如何呢：以360馬力重卡年行駛10萬公里、百公里油耗40升測算,年燃料成本按如下：燃油成本=(10萬公里/100)*40升/百公里*7.5 元/升=30 萬元；燃LNG 成本=(10萬公里/100)*45方/百公里*5.0 元/方=22.5 萬元。綜上說明：貨車使用LNG 較使用柴油的燃料成本節省25%。

此外,由于東三省地區寒冷,尤其是進入秋冬季節,很多區域達到零度以下,在這種溫度下常規的汽車動力電池續航能力大大下降,有的可能會下降標準續航里程的三分之一。因此,電池作為汽車能源在東三省地區具有很多不確定因素,如低溫續航能力、充電時間、電池壽命等等,相對LNG 來說,其可行性不明確。

2.2 安全性對比 壓縮天然氣屬于易燃、易爆、高壓氣體,用在汽車上有可能會引發危險。筆者經過研究發現,一個80L 的25MPa的壓縮天然氣罐,發生物理爆炸會產生4.226MJ的能量,2.5個80L 壓縮天然氣罐爆炸產生10.369MJ的能量。

而儲存液化天然起得氣罐大多屬于隔熱性良好的氣瓶,同時經過結構和流程設計,其安全性大大提高。筆者經過研究發現,一個容量80L的氣罐,裝滿液化天然氣并設定其最高壓力為0.85MPa情況下,爆炸只產生1.403MJ的能力。

由此可見,由于東三省溫度要低于其他地區,壓縮天然氣和液化天然氣用在東三省車輛上,相對安全性要更好,但經濟性和安全性來說,液化天然氣更具優勢,液化天然氣的可行性更好。

3 LNG 燃料在東三省的發展前景

2002年,全國第一輛液化天然氣公交車在北京改裝完成,經過多年的實踐和摸索,液化天然氣燃料已經在北京公交車上得到普及。該案例的成功為東三省車輛燃料調整的戰略提供了可行性,同時也驗證了液化天然氣作為車輛燃料的優勢。但對于東三省來說,普及LNG燃料還存在一些需要解決的問題。

3.1 需要解決的問題

(1)東三省地區的液化天然氣加氣站或油氣混合加油站數量較少,因此,需要加速液化天然氣加氣站的建設,并規范液化天然氣燃料的相關技術標準。

(2)東三省現有加氣站的關鍵設備進口化嚴重,價格昂貴。如車用液化天然氣儲存罐、液化天然氣售氣機、液化天然氣泵等,在未來的發展中要集中研發這些關鍵設備,使其逐步國產化,降低成本。

(3)努力吸收先進國家液化天然氣相關技術及經驗,盡早定型液化天然氣的加氣槍、充裝接頭的尺寸和形式,使其更加普及化。避免生產企業各自為戰,配件不通用,成為阻礙液化天然氣發展的瓶頸。

3.2 發展前景 液化天然氣或油氣混合作為東三省車輛清潔燃料的前景非常可觀,其在未來汽車能源發展中也起到了很大的作用。我國長沙、烏魯木齊、上海以及北京地區,液化天然氣燃料項目的實施和經驗來看,東三省地區要經過前期的調研,總結成功案例的實施過程和教訓,針對自身特點,開發適合較冷地區的液化天然氣技術項目。

4 結論

隨著全球能源結構的調整和我國清潔能源戰略的演變,液化天然氣工業會得到更大的發展,液化天然氣技術也會作為重要能源在各地區進行普及,勢必會加速液化天然氣車用燃料的發展。因此,東三省地區實施車用液化天然氣項目具有很大優勢和機遇,前景可觀。