液化天然气燃料在航运业的应用前景

邢 大 鹏

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 100029 )

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（LNG）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 LNG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LNG燃料发展现状、船用LNG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。

液化石油气；船舶；环保；污染物

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[1]。其中，船用燃料燃烧每年可产生12亿t的二氧化碳，占全世界排放总量6%，而全球总排放量的20%和30%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[2]。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2020年平均含硫量将从目前的4.5%降到0.5%，到2015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（LNG）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[3]。理论上燃烧后不产生烟尘、SOX和 NOX，符合清洁能源的要求。使用 LNG 动力可以满足各种排放控制要求，LNG 燃料船舶也成为国内外新建船舶增长的一种新趋势。

1 LNG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（CNG）、液化天然气（LNG）和液化石油气（LPG）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[4]。挪威船务官员日前也公开表示：“到2030年全球航运界有能力实现减排30%，这得益于LNG作为燃料有效的措施。”

LNG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LNG燃料动力系统都进行了研究和试验，并取得了进展。

1984年，世界上最早的LNG动力双燃料汽车在前苏联研制被研制出来。到20世纪末，日本和韩国等国家试验成功 LNG动力汽车。2010年，挪威船级社为德国航运公司“Reederei Stefan Patjens”号集装箱船进行改装，安装 LNG装置，改装项目于2012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20艘以LNG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 LNG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LNG燃料动力船舶的相关试验，并且都取得了圆满成功，体现了LNG燃料在船舶航运业具有的优势。

2 LNG燃料在船舶航运上的优缺点

2.1 LNG燃料船舶具有的优势

由SDS-PAGE结果(图2)可以看到，3种样品的电泳条带相似，未见过敏原断裂片段，仅有的不同是两组水煮样品在100～130 kDa之间的一个条带比未加工花生蛋白样略深，这可能是热加工产生后蛋白聚集体导致的[16]。而iTRAQ实验结果(表1)也表明，Ara h 1等8种过敏原蛋白的数量比值均在0.85～1.67之间，这也说明加工后各种过敏原蛋白的数量变化不显著(两种样品间的相对含量大于2或者小于0.5时表现为具有显著性差异)[30]。总体而言，水煮加工对各过敏原蛋白的数量没有显著影响，但可能产生蛋白聚集体等，从而影响其高级结构。

2.1.1 满足环保的需求

LNG 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（DNV）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90%，二氧化碳的减排也达20%以上[2]。相比于空气 LNG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 LNG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 LNG使用的经济性。

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 2020年重质燃料油平均含硫量下降到0.5%，到2015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25%，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250年，中国早在公元13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[6]。我国天然气资源量约为54万亿m3，估计可采储量10～14万亿m3，煤层气储量约30万亿m3，开发潜力巨大，发展前景良好。

2.1.4 LNG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[7]，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[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LNG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LNG的体积相当于2倍的燃油，这就需要更大的空间去贮存LNG。目前，以LNG为燃料的船舶最高续航能力仅为22 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LNG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 LNG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LNG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 LNG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]。

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 LNG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LNG燃料的对策

（1）增强群众的环保意识，充分认识到LNG能源的相比于传统能源的优势所在，加大对以LNG为动力船舶的宣传力度。

（2）政府应该加大政策的宣传并在资金上提供优惠措施(如在建造上提供资金补助等 )，鼓励船舶所有人大胆进行创新和尝试，从而为能够有力的推动LNG 燃料动力船舶的建造和使用作出贡献。

（3）加强专业人才的引进，在工作中注重学习,能及时学习掌握新技术，及时将先进的技术应用到实际建造中。

［1］蒋剑春.生物质能源应用研究现状与发展前景[J].林产化学与工业,2002,22(2):75-80.

［2］徐波.LNG动力船舶发展现状与趋势[J].林产化学与工业,2002, 22(2):75-80.

［3］史鉴生,王协琴.天然气汽车燃料及质量标准[J].天然气工业, 1996,16(2):61-65.

［4］ 宁智,刘建华,张欣,朱家松.天然气/柴油双燃料发动机燃烧特性的研究[J].车用发动机,2001(1):5-7.

［5］郭宪臣.汽车节油面面观[J].交通节能与环保, 2008(1):23-24.

［6］戴金星,夏新宇,卫延召.中国天然气资源及前景分析[J].石油与天然气地质, 2001,22(1):1-8.

［7］曾燕丽.浅析中国 LNG应用技术发展现状及前景[J].中国石油和化工标准与质量, 2012, 16:242.

［8］彭雪竹.国内外双燃料发动机发展状况分析[J].船舶与设备, 2012(3): 16-21.

［9］顾祥.LNG在我国内河船舶的发展前景及建议[J].价值工程, 2014, 3 4:79-80.

Application Prospects of Liquefied Natural Gas Fuel in the Shipping Industry

XING Da-peng
（Sinopec Fuel Oil Sales Co.,Ltd., Beijing 100029, China）

The traditional marine fuel produces large amounts of emissions from fuel combustion, which results in serious impact on the environment. Using liquefied petroleum gas (LNG) as marine fuel, partial or total replacement of diesel fuel, can reduce the emission of pollutants. In this paper, the necessity and environmental protection of replacing conventional fuels with LNG were analyzed as well as development status of LNG as marine fuel. Advantages, disadvantages and corresponding countermeasures of LNG as marine fuel were discussed. The paper can provide guide and reference for relevant technical staff.

Liquefied natural gas; Ship; Environmental protection; Pollutants

U699

： A

： 1671-0460（2015）04-0721-02

2015-03-08

邢大鹏（1978-），男，辽宁抚顺人，工程师，2005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。E-mail:546055755@qq.com。