摘 要：本文主要就液化天然氣汽車的發(fā)展前景問題進行了認真研究。

關鍵詞：液化天然氣 汽車 發(fā)展前景

中圖分類號：U262 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）06（b）-0066-02

1 燃氣汽車的發(fā)展

汽車的誕生，將人類社會帶入了一個嶄新的時代。隨著經濟發(fā)展、城市化進程的加快和汽車保有量的大幅增加，汽車尾氣排放對城市空氣質量、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一大公害。

隨著人們環(huán)保意識的增強，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、生產成本低、易于推廣等優(yōu)點，則成為首選的清潔汽車燃料，同時LPG汽車、CNG汽車得到了廣泛的推廣應用，目前全世界已有600多萬輛。

但由于CNG、LPG作為汽車燃料及燃氣汽車技術方面尚存在一些問題，致使燃氣汽車近年來的增長速度較慢。象CNG汽車存在著加氣站不能脫離天然氣管網建設，難以網絡化布點，沒有天然氣資源的地區(qū)無法推廣這一技術；車用鋼瓶自重大，一次攜帶燃料少，汽車續(xù)駛里程只能達到150～300 km，僅能適用于城市內行駛或短途車輛；CNG加氣站占地面積大（2000～3000 m2），噪音大，安全距離要求高，城市內建站選址困難；加氣站投資大，運行成本高，投資回收期長。象LPG汽車存著車用LPG氣質要求高，國內供應的LPG基本上都達不到車輛用氣標準；汽車尾氣排放難以滿足排放法規(guī)的要求；LPG價格高且波動大，經濟性較差。那么，能否開發(fā)一種兼顧LPG、CNG共同優(yōu)點且克服各自缺點的新型清潔燃料呢？這就是新一代綠色燃料——液化天然氣（簡稱LNG）。

2 液化天然氣的開發(fā)及生產

2.1 國際上LNG發(fā)展現狀

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化為液態(tài)，使天然氣更方便于存儲、遠距離輸送和使用。目前，世界各國已投產的大型LNG生產裝置超過160套，年生產液化天然氣能力超過10000萬噸，且貿易量和生產量每年以20%的速度持續(xù)增長，其生產和消費的70%左右集中在東南亞地區(qū)。

2.2 國內LNG發(fā)展現狀

自1995年以來，我國四川綿陽、吉林油田等單位先后進行了LNG的研究和開發(fā)，但均處于試驗研究階段。1996年，上海市為了滿足城市天然氣調峰的需求，全套從法國等國家引進工藝技術和設備，建成了國內第一座LNG調峰站，其液化能力為10萬標方/日（天然氣）。1998年，中原油田中原綠能高科有限責任公司依靠油田豐富的天然氣資源，進行了建設LNG項目的調研和論證，2000年7月開工建設，2f6wKz97ACDamftMeqLlkydiMWmTVPBaAQ46c8rOIm2s=001年9月建成并投產了國內第一家商業(yè)化LNG生產裝置，其處理天然氣能力為30萬標方/日，液化能力為15萬標方/日，現已向山東等地的用戶供氣。2001年10月，由國家規(guī)劃的東南沿海進口LNG工程已進行招標，其中福建省LNG工程已在2010年建成，同時國內一些油田和企業(yè)也正在抓緊發(fā)展自己的LNG項目?？梢灶A見，我國LNG的生產和應用將成為一個全新的產業(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90%～99%。其主要特性參數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

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

（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。每次加氣行程可以達到400～600 km，解決了CNG汽車續(xù)程短的問題。

（4）LNG加氣站占地面積小，站內無大型動力設備，噪音低，適合于在大中城市內建設。

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

（6）經濟效益高。LNG作為汽車燃料，可比汽油、柴油節(jié)省費用30%～40%，延長發(fā)動機壽命，減少維修費用。

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

（9）LNG可直接汽化為CNG，實現對CNG汽車的加氣。

3 液化天然氣汽車應用技術

中原油田中原綠能高科有限責任公司從1998年開始，對LNG汽車技術即LNG汽車加氣站技術和LNG汽車技術進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發(fā)展有限責任公司”，在北京進行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LNG汽車加氣的單一站，另一種是可對LNG汽車、CNG汽車加氣的混合站（L-CNG站）。

LNG加氣站的主要設備有LNG專用儲罐、LNG低溫泵、LNG售氣機和控制系統，流程類似于普通的加油站。L-CNG加氣站是在上述LNG加氣站基礎上增設了一套汽化系統，主要包括：高壓LNG泵、高壓汽化器、CNG瓶組、CNG售氣機。高壓LNG泵將罐內的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，通過售氣機對CNG汽車加氣。汽化過程由控制系統自動控制。

無論單一的LNG加氣站，還是L-CNG混合站，其占地面積均不大，數百平方米即可，并且可以和加油站合建，以減少運行成本。

3.2 LNG汽車技術

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汽車的燃料系統基本相同，都是將LNG儲存在車用LNG儲罐內，通過汽化裝置汽化為氣體供給發(fā)動機，由此均可在相應的CNG汽車基礎上，通過更換LNG燃料系統和相應的控制系統而實現。LNG汽車燃料系統一般由車用LNG儲罐、汽化器、減壓閥、混合器組成（見圖1）。

3.3 LNG汽車應用技術中的安全問題

LNG汽車應用技術的安全問題，主要是低溫問題。

（1）要求與LNG接觸的設備、零部件，諸如儲氣瓶、加氣設施、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，對材質要求較高，通常選用不銹鋼、鋁合金或紫銅制造。

（2）儲氣瓶、管線等要進行保冷處理。

（3）由于LNG吸熱后會發(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超壓現象，在各管段上需要安裝熱脹式安全閥。

對于上述問題，在LNG汽車技術應用推廣中，從各系統設計、設備制造到設備安裝調試、車輛運行、安全監(jiān)測等方面，都有嚴格的要求和措施，確保LNG加氣站和LNG汽車的安全運行。

4 LNG汽車技術的經濟可行性分析

4.1 LNG生產成本分析

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

中原油田LNG工廠在引進消化國外先進技術的基礎上，充分利用氣田自身壓力作動力，采用分級制冷、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（原料氣價格為0.9 元/nm3）。

4.2 運輸成本分析

LNG需要專用的儲槽車運輸，成本受車輛運行費用、維修費用、員工工資等因素影響。依據用戶與產品供應地的實際距離，LNG的運輸距離可分為近距離（200 km以內）、中距離（200～500 km）、遠距離（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35 nm3柴油動力槽車運輸，LNG與標準狀況下天然氣能量密度按625∶1計算，1 nm3天然氣的運費僅為0.15元，即LNG運輸成本為每百公里0.04元/nm3。

4.3 應用成本分析

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

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

由此可conS43N7SY/3RnO8OnCeW4vLZYwtP9qNdpS80GuPr1o=以看出，LNG從生產、運輸到使用，其成本受工藝、運輸車輛、不同用戶等諸多因素的影響，波動較大，三個方面的合計成本約為0.44～0.51 元/nm3。如果加上0.90 元/nm3的原料氣成本，LNG用于汽車燃料時的綜合成本為1.34～1.41 元/nm3。

4.4 LNG加氣站建設投資及經濟效益分析

根據北京首科中原清潔燃料技術發(fā)展有限責任公司當前市場開發(fā)情況來看，以建設一座加氣規(guī)模為10000 nm3/日的綜合式L-CNG加氣站為例，如果主要設備諸如LNG泵、高壓汽化器等從國外進口，其余設備采用國產設備，總投資約320萬元（單一LNG站約250萬元，LNG加氣站、L-CNG加氣站總投資遠遠低于CNG加氣站的投資），動力不超過15 kW，需員工10人（與加油站合建時員工可以不增加）。以年售天然氣300×104 nm3計算，年總經營成本約為60萬元。當LNG進價與零售價差保持在0.4 元/nm3時，年利潤約80萬元，4年可收回投資。

4.5 LNG汽車的經濟效益

如果1 nm3天然氣的行駛里程仍等效于1.2 L汽油，90#汽油零售價按2.5～2.9元/L計算，液化天然氣從產地分別運輸到近距離、中遠距離、遠距離的零售價分別按2.2 元/nm3、2.4 元/nm3、2.6 元/nm3計算時，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5300～8460元、3920～7120元、2580～5780元。

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

5 液化天然氣汽車的發(fā)展前景

LNG作為汽車燃料，將以獨特的優(yōu)越性，進一步提高天然氣汽車的環(huán)保性、動力性、節(jié)能性和經濟效益，可以使燃氣汽車續(xù)程得到大幅度提高，有效地解決了大中城市內天然氣管網稀缺、CNG加氣站建設投資大、壓縮機噪音大、征地難等問題，與CNG形成優(yōu)勢互補，具有廣闊的發(fā)展前景?？梢灶A見，隨著人們環(huán)保意識的日益增強和國家節(jié)能減排政策的大力推進，LNG汽車將會在我國得到大規(guī)模的推廣和應用。