液化天然氣燃料在航運業(yè)的應用前景

邢 大 鵬

液化天然氣燃料在航運業(yè)的應用前景

邢 大 鵬

（中國石化燃料油銷售有限公司, 北京 100029 )

由于傳統(tǒng)的船用燃料燃燒產(chǎn)生大量的廢氣，對環(huán)境造成嚴重的影響。采用液化石油氣（LNG）作為船舶的燃料，部分或者全部替代柴油燃料，可以減少污染物的排放。對 LNG取代傳統(tǒng)的燃料的必要性和環(huán)保性進行了分析，探討了船用LNG燃料發(fā)展現(xiàn)狀、船用LNG燃料的優(yōu)缺點及相應對策等，對于相關的技術人員具有指導和借鑒意義。

液化石油氣；船舶；環(huán)保；污染物

當今，環(huán)境污染成為全世界關注的焦點問題。其中，石油燃料燃燒產(chǎn)生的產(chǎn)生的二氧化碳，硫化物及氮化物等對大氣造成的危害尤其嚴重[1]。其中，船用燃料燃燒每年可產(chǎn)生12億t的二氧化碳，占全世界排放總量6%，而全球總排放量的20%和30%是燃料燃燒產(chǎn)生的硫化物和氮化物，它們是環(huán)境污染的重要成因[2]。為了控制運輸船舶對海洋的污染，國際海事組織已對重質燃料油作出相關規(guī)定，即到2020年平均含硫量將從目前的4.5%降到0.5%，到2015年輕質燃料油平均含硫量將從目前的1%降到0.1%。與歐美等國家相比，我國船舶柴油機有害物排放水平要高出一大截，存在較大的差距。到目前為止，國內(nèi)一直缺少相關領域的嚴格排放限制法規(guī)，在研發(fā)和制造自主船用柴油機產(chǎn)品過程中，研究者普遍僅注重成本，忽視采用減少排放的技術措施。因此，導致了我國船用燃料燃燒產(chǎn)生的污染問題尤為嚴重。

為滿足船舶污染物和溫室氣體排放控制要求，可采取如下的措施：（1）常規(guī)以船舶燃料油為動力的船舶需要應用后處理技術，代價高昂；（2）使用低硫油取代燃料油，可能遭遇低硫油供應緊張的問題；（3）使用液化石油氣替代傳統(tǒng)燃料。

液化天然氣（LNG）是對天然氣進行脫除重烴、硫化物、二氧化碳和水等雜質預處理過程，再經(jīng)過深度冷卻得到的液體燃料，其主要成分是甲烷[3]。理論上燃燒后不產(chǎn)生煙塵、SOX和 NOX，符合清潔能源的要求。使用 LNG 動力可以滿足各種排放控制要求，LNG 燃料船舶也成為國內(nèi)外新建船舶增長的一種新趨勢。

1 LNG燃料船舶發(fā)展現(xiàn)狀

當前使用的內(nèi)燃機替代燃料有壓縮天然氣（CNG）、液化天然氣（LNG）和液化石油氣（LPG）三種，其中，液化天然氣具有能力密度較高，排放低，便于儲存和運輸?shù)葍?yōu)點，被認為是最有前途的發(fā)動機燃料[4]。挪威船務官員日前也公開表示：“到2030年全球航運界有能力實現(xiàn)減排30%，這得益于LNG作為燃料有效的措施。”

LNG燃料動力船舶是指主要以液化天然氣為主要燃料的船舶，船舶發(fā)動機通過燃燒天然氣與柴油的混合物，給船舶提供推進動力。

為了適應越來越嚴格的環(huán)保和排放要求，降低航運成本，各國對LNG燃料動力系統(tǒng)都進行了研究和試驗，并取得了進展。

1984年，世界上最早的LNG動力雙燃料汽車在前蘇聯(lián)研制被研制出來。到20世紀末，日本和韓國等國家試驗成功 LNG動力汽車。2010年，挪威船級社為德國航運公司“Reederei Stefan Patjens”號集裝箱船進行改裝，安裝 LNG裝置，改裝項目于2012年完成。最近有消息指出，全球第一大集裝箱運輸公司馬士基航運計劃訂造多達20艘以LNG為燃料的集裝箱新船，并已經(jīng)邀請韓國主要造船廠進行報價。這預示著 LNG燃料船普遍適用于全球航程的美好未來。

在國內(nèi)，武漢、江蘇、福建等地也都進行了LNG燃料動力船舶的相關試驗，并且都取得了圓滿成功，體現(xiàn)了LNG燃料在船舶航運業(yè)具有的優(yōu)勢。

2 LNG燃料在船舶航運上的優(yōu)缺點

2.1 LNG燃料船舶具有的優(yōu)勢

由SDS-PAGE結果(圖2)可以看到，3種樣品的電泳條帶相似，未見過敏原斷裂片段，僅有的不同是兩組水煮樣品在100～130 kDa之間的一個條帶比未加工花生蛋白樣略深，這可能是熱加工產(chǎn)生后蛋白聚集體導致的[16]。而iTRAQ實驗結果(表1)也表明，Ara h 1等8種過敏原蛋白的數(shù)量比值均在0.85～1.67之間，這也說明加工后各種過敏原蛋白的數(shù)量變化不顯著(兩種樣品間的相對含量大于2或者小于0.5時表現(xiàn)為具有顯著性差異)[30]。總體而言，水煮加工對各過敏原蛋白的數(shù)量沒有顯著影響，但可能產(chǎn)生蛋白聚集體等，從而影響其高級結構。

2.1.1 滿足環(huán)保的需求

LNG 作為一種清潔的能源，其主要成分為烴類，基本不含有硫和氮等非烴類。因此，在燃燒時產(chǎn)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減少。據(jù)挪威驗船協(xié)會（DNV）估計，使用氣體燃料動力的船舶，氧化硫與氧化氮的排放量可消減約90%，二氧化碳的減排也達20%以上[2]。相比于空氣 LNG密度較輕，當發(fā)生泄漏事故時也會很快自然氣化，對水體不會產(chǎn)生污染。應用氣體燃料動力船舶將推動對整個航運業(yè)深刻的變革，同樣也面臨著新的機遇和挑戰(zhàn)。

2.1.2 滿足安全使用要求。

由于 LNG無色無味，泄露時不容易被發(fā)現(xiàn)，為保證天然氣泄漏可及時被發(fā)現(xiàn)一般要加入特殊嗅劑；天然氣比汽柴油燃點更高，不易達到爆炸極限。從使用安全性上來看，天然氣也比燃油更安全。

2.1.3 LNG使用的經(jīng)濟性。

由于石油資源的緊缺和需求的急劇增加，傳統(tǒng)的石油燃料價格飛漲[5]。此外，出于對運輸船舶對海洋的污染的憂慮，國際海事組織規(guī)定，到 2020年重質燃料油平均含硫量下降到0.5%，到2015年輕質燃料油平均含硫量將從目前的 1%降到的0.1%，這也造成油料價格的提升和營運成本的增大。據(jù)國內(nèi)試驗船測數(shù)據(jù)算顯示，當使用天然氣與柴油配比 7：3的混合燃料時，可節(jié)約燃料成本達25%，而國外同類船舶天然氣與柴油配比更是高達到9：1以上，船舶燃料成本將進一步下降。

2.1.3 天然氣資源儲量豐富

目前世界上的天然氣蘊藏量非常豐富，估計可以繼續(xù)使用250年，中國早在公元13世紀就開發(fā)了世界上第一個氣田是世界上最早發(fā)現(xiàn)和利用天然氣的國家之一[6]。我國天然氣資源量約為54萬億m3，估計可采儲量10～14萬億m3，煤層氣儲量約30萬億m3，開發(fā)潛力巨大，發(fā)展前景良好。

2.1.4 LNG內(nèi)燃機技術日漸成熟

經(jīng)過幾十年的發(fā)展，天然氣已經(jīng)形成了從開采、存儲、運輸?shù)浇K端的一整套完整工藝流程[7]，氣體燃料發(fā)動機也得到長足的發(fā)展，國外的船用機制造商瓦錫蘭、曼恩等廠家已經(jīng)推出了各自的氣體燃料發(fā)動機[8]，國內(nèi)也有相應的產(chǎn)品在試驗，氣體燃料發(fā)動機在船舶的應用已經(jīng)不存在技術障礙。

2.2 制約LNG燃料在船舶上應用的因素

2.2.1 續(xù)航能力弱

目前，船舶設計存在相當大的難題是由于液化石油氣的儲罐小，整體布局較為困難，對艙室及管線的要求較高，在燃燒放出相同能量的條件下，需要LNG的體積相當于2倍的燃油，這就需要更大的空間去貯存LNG。目前，以LNG為燃料的船舶最高續(xù)航能力僅為22 d，遠遠不能達到長途遠洋運輸要求?，F(xiàn)階段主要用于以下兩類船舶：一是短途運輸船舶；二是應用于LNG大型運輸船舶上。

2.2.2 補給配套設施不足

目前國內(nèi)外大多數(shù)港口沒有建立起完備且適用的 LNG補給配套體系，無法有效滿足航行船舶的加氣需求。

2.2.3 宣傳力度小

由于政府對LNG動力船舶的宣傳力度較小,缺乏可靠的信息來源以及一些新事物接受能力較差等原因，在 LNG動力船舶應用尚未完全展開的情況下,絕大多數(shù)船主是不愿意建造該新型船舶[9]。

2.2.4 船舶之間加氣技術難題需要攻克

由于受到海潮漲落的影響，船舶無法確定確切的停泊位置，進行船對船加氣，依然面臨 LNG輸送管道均為低溫管道，不易延展和伸縮許多有待攻克的技術難題。

3 普及船用LNG燃料的對策

（1）增強群眾的環(huán)保意識，充分認識到LNG能源的相比于傳統(tǒng)能源的優(yōu)勢所在，加大對以LNG為動力船舶的宣傳力度。

（2）政府應該加大政策的宣傳并在資金上提供優(yōu)惠措施(如在建造上提供資金補助等 )，鼓勵船舶所有人大膽進行創(chuàng)新和嘗試，從而為能夠有力的推動LNG 燃料動力船舶的建造和使用作出貢獻。

（3）加強專業(yè)人才的引進，在工作中注重學習,能及時學習掌握新技術，及時將先進的技術應用到實際建造中。

［1］蔣劍春.生物質能源應用研究現(xiàn)狀與發(fā)展前景[J].林產(chǎn)化學與工業(yè),2002,22(2):75-80.

［2］徐波.LNG動力船舶發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢[J].林產(chǎn)化學與工業(yè),2002, 22(2):75-80.

［3］史鑒生,王協(xié)琴.天然氣汽車燃料及質量標準[J].天然氣工業(yè), 1996,16(2):61-65.

［4］ 寧智,劉建華,張欣,朱家松.天然氣/柴油雙燃料發(fā)動機燃燒特性的研究[J].車用發(fā)動機,2001(1):5-7.

［5］郭憲臣.汽車節(jié)油面面觀[J].交通節(jié)能與環(huán)保, 2008(1):23-24.

［6］戴金星,夏新宇,衛(wèi)延召.中國天然氣資源及前景分析[J].石油與天然氣地質, 2001,22(1):1-8.

［7］曾燕麗.淺析中國 LNG應用技術發(fā)展現(xiàn)狀及前景[J].中國石油和化工標準與質量, 2012, 16:242.

［8］彭雪竹.國內(nèi)外雙燃料發(fā)動機發(fā)展狀況分析[J].船舶與設備, 2012(3): 16-21.

［9］顧祥.LNG在我國內(nèi)河船舶的發(fā)展前景及建議[J].價值工程, 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

邢大鵬（1978-），男，遼寧撫順人，工程師，2005年畢業(yè)于遼寧石油化工大學金融專業(yè)，主要從事國內(nèi)水上船加油（汽）站建設工作。E-mail:546055755@qq.com。