液化天然氣汽車發(fā)展前景的思考

摘 要：本文主要就液化天然氣汽車的發(fā)展前景問題進(jìn)行了認(rèn)真研究。

關(guān)鍵詞：液化天然氣 汽車 發(fā)展前景

中圖分類號(hào)：U262 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）06（b）-0066-02

1 燃?xì)馄嚨陌l(fā)展

汽車的誕生，將人類社會(huì)帶入了一個(gè)嶄新的時(shí)代。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展、城市化進(jìn)程的加快和汽車保有量的大幅增加，汽車尾氣排放對(duì)城市空氣質(zhì)量、生態(tài)環(huán)境帶來的危害日益加劇。汽車尾氣污染已成為社會(huì)一大公害。

隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，世界各國不斷加大治理汽車尾氣污染的力度，相繼研發(fā)了電動(dòng)汽車、太陽能汽車、氫氣汽車、乙醇汽車、甲醇汽車、CNG汽車、LPG汽車等。由于天然氣、液化石油氣兼具資源豐富、安全清潔、生產(chǎn)成本低、易于推廣等優(yōu)點(diǎn)，則成為首選的清潔汽車燃料，同時(shí)LPG汽車、CNG汽車得到了廣泛的推廣應(yīng)用，目前全世界已有600多萬輛。

但由于CNG、LPG作為汽車燃料及燃?xì)馄嚰夹g(shù)方面尚存在一些問題，致使燃?xì)馄嚱陙淼脑鲩L(zhǎng)速度較慢。象CNG汽車存在著加氣站不能脫離天然氣管網(wǎng)建設(shè)，難以網(wǎng)絡(luò)化布點(diǎn)，沒有天然氣資源的地區(qū)無法推廣這一技術(shù)；車用鋼瓶自重大，一次攜帶燃料少，汽車?yán)m(xù)駛里程只能達(dá)到150～300 km，僅能適用于城市內(nèi)行駛或短途車輛；CNG加氣站占地面積大（2000～3000 m2），噪音大，安全距離要求高，城市內(nèi)建站選址困難；加氣站投資大，運(yùn)行成本高，投資回收期長(zhǎng)。象LPG汽車存著車用LPG氣質(zhì)要求高，國內(nèi)供應(yīng)的LPG基本上都達(dá)不到車輛用氣標(biāo)準(zhǔn)；汽車尾氣排放難以滿足排放法規(guī)的要求；LPG價(jià)格高且波動(dòng)大，經(jīng)濟(jì)性較差。那么，能否開發(fā)一種兼顧LPG、CNG共同優(yōu)點(diǎn)且克服各自缺點(diǎn)的新型清潔燃料呢？這就是新一代綠色燃料——液化天然氣（簡(jiǎn)稱LNG）。

2 液化天然氣的開發(fā)及生產(chǎn)

2.1 國際上LNG發(fā)展現(xiàn)狀

液化天然氣發(fā)展始于60年代，主要是采取凈化后低溫制冷工藝，在常壓低溫條件下將天然氣轉(zhuǎn)化為液態(tài)，使天然氣更方便于存儲(chǔ)、遠(yuǎn)距離輸送和使用。目前，世界各國已投產(chǎn)的大型LNG生產(chǎn)裝置超過160套，年生產(chǎn)液化天然氣能力超過10000萬噸，且貿(mào)易量和生產(chǎn)量每年以20%的速度持續(xù)增長(zhǎng)，其生產(chǎn)和消費(fèi)的70%左右集中在東南亞地區(qū)。

2.2 國內(nèi)LNG發(fā)展現(xiàn)狀

自1995年以來，我國四川綿陽、吉林油田等單位先后進(jìn)行了LNG的研究和開發(fā)，但均處于試驗(yàn)研究階段。1996年，上海市為了滿足城市天然氣調(diào)峰的需求，全套從法國等國家引進(jìn)工藝技術(shù)和設(shè)備，建成了國內(nèi)第一座LNG調(diào)峰站，其液化能力為10萬標(biāo)方/日（天然氣）。1998年，中原油田中原綠能高科有限責(zé)任公司依靠油田豐富的天然氣資源，進(jìn)行了建設(shè)LNG項(xiàng)目的調(diào)研和論證，2000年7月開工建設(shè)，2f6wKz97ACDamftMeqLlkydiMWmTVPBaAQ46c8rOIm2s=001年9月建成并投產(chǎn)了國內(nèi)第一家商業(yè)化LNG生產(chǎn)裝置，其處理天然氣能力為30萬標(biāo)方/日，液化能力為15萬標(biāo)方/日，現(xiàn)已向山東等地的用戶供氣。2001年10月，由國家規(guī)劃的東南沿海進(jìn)口LNG工程已進(jìn)行招標(biāo)，其中福建省LNG工程已在2010年建成，同時(shí)國內(nèi)一些油田和企業(yè)也正在抓緊發(fā)展自己的LNG項(xiàng)目。可以預(yù)見，我國LNG的生產(chǎn)和應(yīng)用將成為一個(gè)全新的產(chǎn)業(yè)。

2.3 LNG的物理特性

LNG是低壓低溫下的液體，其主要成份為甲烷，含量高達(dá)90%～99%。其主要特性參數(shù)及與其它氣體燃料性能指表比較見（表1）。

2.4 LNG作為汽車燃料的優(yōu)勢(shì)

（1）LNG加氣站建設(shè)擺脫了天然氣管網(wǎng)的束縛和限制，增強(qiáng)了天然氣的輻射力、延伸力和市場(chǎng)占有率。

（2）能量密度大。LNG能量密度是20 MPa CNG能量密度的2.5倍。

（3）續(xù)駛里程長(zhǎng)。每次加氣行程可以達(dá)到400～600 km，解決了CNG汽車?yán)m(xù)程短的問題。

（4）LNG加氣站占地面積小，站內(nèi)無大型動(dòng)力設(shè)備，噪音低，適合于在大中城市內(nèi)建設(shè)。

（5）便于儲(chǔ)運(yùn)。一輛35 m3的槽車每次可以裝運(yùn)天然氣2.1×104 nm3，能滿足700輛轎車或40000戶居民一天的用氣量。

（6）經(jīng)濟(jì)效益高。LNG作為汽車燃料，可比汽油、柴油節(jié)省費(fèi)用30%～40%，延長(zhǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)壽命，減少維修費(fèi)用。

（7）充裝氣方便快捷，車輛駕駛操作與使用燃油無區(qū)別。

（8）組份更純，環(huán)保性能更優(yōu)。LNG在生產(chǎn)中進(jìn)行了極為嚴(yán)格的過濾和凈化，脫除了深冷過程中可能固化的物質(zhì)，如水、CO2、H2S、C3、C4及C5以上的重?zé)N類和苯，凈化要求和程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于CNG，加之LNG中甲烷含量高達(dá)90%～99%，組份更純，因而其環(huán)保性能更優(yōu)越。象中原油田生產(chǎn)的LNG中甲烷含量高達(dá)97.8%，其組份詳見（表3）。

（9）LNG可直接汽化為CNG，實(shí)現(xiàn)對(duì)CNG汽車的加氣。

3 液化天然氣汽車應(yīng)用技術(shù)

中原油田中原綠能高科有限責(zé)任公司從1998年開始，對(duì)LNG汽車技術(shù)即LNG汽車加氣站技術(shù)和LNG汽車技術(shù)進(jìn)行了大量的研究工作。目前，已成立了“北京首科中原清潔燃料技術(shù)發(fā)展有限責(zé)任公司”，在北京進(jìn)行LNG汽車的開發(fā)和推廣，也是我國首家開發(fā)和推廣LNG汽車的公司。

3.1 LNG汽車加氣站

LNG汽車加氣站有兩種形式，一種是專對(duì)LNG汽車加氣的單一站，另一種是可對(duì)LNG汽車、CNG汽車加氣的混合站（L-CNG站）。

LNG加氣站的主要設(shè)備有LNG專用儲(chǔ)罐、LNG低溫泵、LNG售氣機(jī)和控制系統(tǒng)，流程類似于普通的加油站。L-CNG加氣站是在上述LNG加氣站基礎(chǔ)上增設(shè)了一套汽化系統(tǒng)，主要包括：高壓LNG泵、高壓汽化器、CNG瓶組、CNG售氣機(jī)。高壓LNG泵將罐內(nèi)的LNG增壓后注入汽化器，LNG吸收外界熱量而汽化，汽化后的高壓氣體存于CNG氣瓶組內(nèi)，通過售氣機(jī)對(duì)CNG汽車加氣。汽化過程由控制系統(tǒng)自動(dòng)控制。

無論單一的LNG加氣站，還是L-CNG混合站，其占地面積均不大，數(shù)百平方米即可，并且可以和加油站合建，以減少運(yùn)行成本。

3.2 LNG汽車技術(shù)

LNG汽車一般分三種形式：即完全以LNG為燃料的純LNG汽車、以LNG與柴油混合使用的雙燃料LNG汽車、以LNG與汽油替換使用的兩用燃料汽車。這三種LNG汽車的燃料系統(tǒng)基本相同，都是將LNG儲(chǔ)存在車用LNG儲(chǔ)罐內(nèi)，通過汽化裝置汽化為氣體供給發(fā)動(dòng)機(jī)，由此均可在相應(yīng)的CNG汽車基礎(chǔ)上，通過更換LNG燃料系統(tǒng)和相應(yīng)的控制系統(tǒng)而實(shí)現(xiàn)。LNG汽車燃料系統(tǒng)一般由車用LNG儲(chǔ)罐、汽化器、減壓閥、混合器組成（見圖1）。

3.3 LNG汽車應(yīng)用技術(shù)中的安全問題

LNG汽車應(yīng)用技術(shù)的安全問題，主要是低溫問題。

（1）要求與LNG接觸的設(shè)備、零部件，諸如儲(chǔ)氣瓶、加氣設(shè)施、氣化器及管線、閥門、金屬軟管、零配件等必須具有良好的低溫特性，對(duì)材質(zhì)要求較高，通常選用不銹鋼、鋁合金或紫銅制造。

（2）儲(chǔ)氣瓶、管線等要進(jìn)行保冷處理。

（3）由于LNG吸熱后會(huì)發(fā)生體積膨脹，必須防止因閥門隔離開的各液體管段或低溫蒸氣管段出現(xiàn)超壓現(xiàn)象，在各管段上需要安裝熱脹式安全閥。

對(duì)于上述問題，在LNG汽車技術(shù)應(yīng)用推廣中，從各系統(tǒng)設(shè)計(jì)、設(shè)備制造到設(shè)備安裝調(diào)試、車輛運(yùn)行、安全監(jiān)測(cè)等方面，都有嚴(yán)格的要求和措施，確保LNG加氣站和LNG汽車的安全運(yùn)行。

4 LNG汽車技術(shù)的經(jīng)濟(jì)可行性分析

4.1 LNG生產(chǎn)成本分析

目前，國外流行的天然氣液化工藝是將天然氣壓縮至50個(gè)大氣壓，通過凈化、復(fù)合制冷，一次性將天然氣液化90%～95%，其能量消耗為0.3～0.5 kWh/nm3；若用天然氣作為動(dòng)力燃料，成本較低，液化成本為0.20～0.40 元/nm3（原料氣價(jià)格為0.30～0.40元/nm3）。

中原油田L(fēng)NG工廠在引進(jìn)消化國外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，充分利用氣田自身壓力作動(dòng)力，采用分級(jí)制冷、部分液化（液化率為50%）的工藝，能耗較低。目前，液化天然氣耗電為0.15 kWh/nm3，成本為0.3～0.32元/nm3（原料氣價(jià)格為0.9 元/nm3）。

4.2 運(yùn)輸成本分析

LNG需要專用的儲(chǔ)槽車運(yùn)輸，成本受車輛運(yùn)行費(fèi)用、維修費(fèi)用、員工工資等因素影響。依據(jù)用戶與產(chǎn)品供應(yīng)地的實(shí)際距離，LNG的運(yùn)輸距離可分為近距離（200 km以內(nèi)）、中距離（200～500 km）、遠(yuǎn)距離（500～800 km）。例如，從中原油田至山東省淄博市約400公里，如果以國產(chǎn)35 nm3柴油動(dòng)力槽車運(yùn)輸，LNG與標(biāo)準(zhǔn)狀況下天然氣能量密度按625∶1計(jì)算，1 nm3天然氣的運(yùn)費(fèi)僅為0.15元，即LNG運(yùn)輸成本為每百公里0.04元/nm3。

4.3 應(yīng)用成本分析

LNG汽車直接用LNG作燃料，不需要做汽化處理，其應(yīng)用成本為0.10～0.15元/nm3。

如果對(duì)CNG汽車加氣，需將LNG用高壓泵增壓后自然汽化，轉(zhuǎn)化為CNG，天然氣的平均充裝成本低于0.15 元/nm3，僅為CNG應(yīng)用成本的1/3。

由此可conS43N7SY/3RnO8OnCeW4vLZYwtP9qNdpS80GuPr1o=以看出，LNG從生產(chǎn)、運(yùn)輸?shù)绞褂?，其成本受工藝、運(yùn)輸車輛、不同用戶等諸多因素的影響，波動(dòng)較大，三個(gè)方面的合計(jì)成本約為0.44～0.51 元/nm3。如果加上0.90 元/nm3的原料氣成本，LNG用于汽車燃料時(shí)的綜合成本為1.34～1.41 元/nm3。

4.4 LNG加氣站建設(shè)投資及經(jīng)濟(jì)效益分析

根據(jù)北京首科中原清潔燃料技術(shù)發(fā)展有限責(zé)任公司當(dāng)前市場(chǎng)開發(fā)情況來看，以建設(shè)一座加氣規(guī)模為10000 nm3/日的綜合式L-CNG加氣站為例，如果主要設(shè)備諸如LNG泵、高壓汽化器等從國外進(jìn)口，其余設(shè)備采用國產(chǎn)設(shè)備，總投資約320萬元（單一LNG站約250萬元，LNG加氣站、L-CNG加氣站總投資遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于CNG加氣站的投資），動(dòng)力不超過15 kW，需員工10人（與加油站合建時(shí)員工可以不增加）。以年售天然氣300×104 nm3計(jì)算，年總經(jīng)營成本約為60萬元。當(dāng)LNG進(jìn)價(jià)與零售價(jià)差保持在0.4 元/nm3時(shí)，年利潤(rùn)約80萬元，4年可收回投資。

4.5 LNG汽車的經(jīng)濟(jì)效益

如果1 nm3天然氣的行駛里程仍等效于1.2 L汽油，90#汽油零售價(jià)按2.5～2.9元/L計(jì)算，液化天然氣從產(chǎn)地分別運(yùn)輸?shù)浇嚯x、中遠(yuǎn)距離、遠(yuǎn)距離的零售價(jià)分別按2.2 元/nm3、2.4 元/nm3、2.6 元/nm3計(jì)算時(shí)，使用LNG作為汽車燃料比燃油分別便宜26.7%～36.8%、20%～31%、13.3%～25.3%。如一輛桑塔納出租車每年行駛10萬公里，可分別節(jié)省燃料費(fèi)5300～8460元、3920～7120元、2580～5780元。

如果我國費(fèi)改稅的政策實(shí)施后，燃用汽油、柴油約需加征1.00 元/L的稅，LNG汽車的經(jīng)濟(jì)效益將更加顯著，使用LNG作為汽車燃料將比燃油節(jié)省費(fèi)用達(dá)53%～38%（90#汽車銷售價(jià)按3.5～3.9 元/L計(jì)算，液化天然氣銷售價(jià)按2.2 元/nm3～2.6 元/nm3計(jì)算）。

5 液化天然氣汽車的發(fā)展前景

LNG作為汽車燃料，將以獨(dú)特的優(yōu)越性，進(jìn)一步提高天然氣汽車的環(huán)保性、動(dòng)力性、節(jié)能性和經(jīng)濟(jì)效益，可以使燃?xì)馄嚴(yán)m(xù)程得到大幅度提高，有效地解決了大中城市內(nèi)天然氣管網(wǎng)稀缺、CNG加氣站建設(shè)投資大、壓縮機(jī)噪音大、征地難等問題，與CNG形成優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，具有廣闊的發(fā)展前景?？梢灶A(yù)見，隨著人們環(huán)保意識(shí)的日益增強(qiáng)和國家節(jié)能減排政策的大力推進(jìn)，LNG汽車將會(huì)在我國得到大規(guī)模的推廣和應(yīng)用。