LNG 和CNG 作为东三省车用燃料发展方向的可行性分析

张津宣

中化石油吉林有限公司 吉林 长春 130000

随着全球大气污染程度的上升,全世界的能源结构逐渐开始转变,使得一次能源消费中天然气所占比例愈发增多。尤其是天然气作为燃料具有环保、无公害等特征,促进了天然气在民用、汽车以及发电领域的发展及应用,从而替代石油、煤炭等污染燃料。在汽车燃料应用方面,天然气有效降低了尾气排放的有害物质,成为解决城市空气污染的有效途径。当前研究来看,汽车燃料中天然气的应用主要是LNG(液化天然气)和CNG(压缩天然气)两种形式。压缩天然气的应用在全球部分已经得到普及,且具有成熟的技术,在我国很多城市都在普及压缩天然气作为汽车燃料的技术,且取得了一定的社会、环保及经济效益。随着天然气应用技术的发展,液化天然气的安全性、经济性和环保性会发挥出更多的优势。

1 天然气的环保性

天然气的主要成分为甲烷,同时含有少量的He、N2、H2S和CO2等气体,燃烧充分、易燃易爆,且燃烧后不产生杂志或炭黑,被称为“绿色燃料”。典型的天然气沸点温度为-162.33℃、临界压力5.31MPa、临界温度-75.21℃、分子量16.803,标准状态下天然气液体密度为0.431kg/L、气体密度0.7096kg/L。

车用压缩天然气燃料就是将原料天然气经过脱水、脱硫处理后,经过加压设备转入压力罐的可燃性气体。相对于传统的汽油、柴油等汽车燃料相比,天然气降低了燃烧后硫化物的排量,因此,大大降低了尾气对大气环境的污染。文献研究可知,相比汽油来说,甲烷燃烧后二氧化硫降低90%、二氧化碳降低25%、氮氧化物降低40%、碳氢化合物降低70%、一氧化碳降低98%。用在汽车燃料上,甲烷的辛烷值为高于120,有效降低了发动机产生的噪音,同时还具有一定的抗暴性能。

液化天然气是天然气经过脱水、脱硫处理后,在深冷环境下形成的-162.33℃、102.401k Pa的液体。经过脱硫和深冷后,天然气原料中的杂质和有害物质基本被清除,因此,比压缩天然气具有更高的纯度,燃烧后的环保效果更加显著。

2 天然气作为东三省车用燃料的经济性和安全性

2.1 经济性对比 压缩天然气和液化天然气的经济性主要是由气瓶质量、体积以及天然气的价格来决定的。压缩天然气在30MPa状态下,其体积是标准气态的1/250,液化天然气经过深冷后其体积为标准气态下的1/625,也就是说2.5立方米的30MPa压缩天然气体积相当于1立方米的液化天然气体积；2.5个80L 气罐所装压缩天然气的气体量相当于1个80L气罐所装液化天然气的气体量。因此,在气罐按照空间和气罐自身质量来说,液化天然气比压缩天然气具有很多优势,而且更加便于储存和运输。

从价格来看,东三省地区1L液化天然气的售价为1.025元,其热值相当于0.638立方米的压缩天然气,经过压缩后压缩天然气的等值价格为1.098元,两者价格差异很小。

那么LNG 与燃油相比,经济型如何呢：以360马力重卡年行驶10万公里、百公里油耗40升测算,年燃料成本按如下：燃油成本=(10万公里/100)*40升/百公里*7.5 元/升=30 万元；燃LNG 成本=(10万公里/100)*45方/百公里*5.0 元/方=22.5 万元。综上说明：货车使用LNG 较使用柴油的燃料成本节省25%。

此外,由于东三省地区寒冷,尤其是进入秋冬季节,很多区域达到零度以下,在这种温度下常规的汽车动力电池续航能力大大下降,有的可能会下降标准续航里程的三分之一。因此,电池作为汽车能源在东三省地区具有很多不确定因素,如低温续航能力、充电时间、电池寿命等等,相对LNG 来说,其可行性不明确。

2.2 安全性对比 压缩天然气属于易燃、易爆、高压气体,用在汽车上有可能会引发危险。笔者经过研究发现,一个80L 的25MPa的压缩天然气罐,发生物理爆炸会产生4.226MJ的能量,2.5个80L 压缩天然气罐爆炸产生10.369MJ的能量。

而储存液化天然起得气罐大多属于隔热性良好的气瓶,同时经过结构和流程设计,其安全性大大提高。笔者经过研究发现,一个容量80L的气罐,装满液化天然气并设定其最高压力为0.85MPa情况下,爆炸只产生1.403MJ的能力。

由此可见,由于东三省温度要低于其他地区,压缩天然气和液化天然气用在东三省车辆上,相对安全性要更好,但经济性和安全性来说,液化天然气更具优势,液化天然气的可行性更好。

3 LNG 燃料在东三省的发展前景

2002年,全国第一辆液化天然气公交车在北京改装完成,经过多年的实践和摸索,液化天然气燃料已经在北京公交车上得到普及。该案例的成功为东三省车辆燃料调整的战略提供了可行性,同时也验证了液化天然气作为车辆燃料的优势。但对于东三省来说,普及LNG燃料还存在一些需要解决的问题。

3.1 需要解决的问题

(1)东三省地区的液化天然气加气站或油气混合加油站数量较少,因此,需要加速液化天然气加气站的建设,并规范液化天然气燃料的相关技术标准。

(2)东三省现有加气站的关键设备进口化严重,价格昂贵。如车用液化天然气储存罐、液化天然气售气机、液化天然气泵等,在未来的发展中要集中研发这些关键设备,使其逐步国产化,降低成本。

(3)努力吸收先进国家液化天然气相关技术及经验,尽早定型液化天然气的加气枪、充装接头的尺寸和形式,使其更加普及化。避免生产企业各自为战,配件不通用,成为阻碍液化天然气发展的瓶颈。

3.2 发展前景 液化天然气或油气混合作为东三省车辆清洁燃料的前景非常可观,其在未来汽车能源发展中也起到了很大的作用。我国长沙、乌鲁木齐、上海以及北京地区,液化天然气燃料项目的实施和经验来看,东三省地区要经过前期的调研,总结成功案例的实施过程和教训,针对自身特点,开发适合较冷地区的液化天然气技术项目。

4 结论

随着全球能源结构的调整和我国清洁能源战略的演变,液化天然气工业会得到更大的发展,液化天然气技术也会作为重要能源在各地区进行普及,势必会加速液化天然气车用燃料的发展。因此,东三省地区实施车用液化天然气项目具有很大优势和机遇,前景可观。