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探索科学杂志

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出版：电子工业出版社

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国际刊号：ISSN 2095-588X

邮发代号：82-213

社长：王传臣

总编：刘九如

执行主编：来春丽 

策划总监：王   涛 

编辑部：谢   田、弓   篇

学术部：王   禹

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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）

【摘要】：全球大气污染物的一个重要来源就是油燃料汽车的尾气，因此，开发和普及清洁能源迫在眉睫。本文首先研究了LNG（液化天然气）和CNG（压缩天然气）的环保性。然后，以东三省车辆为例，研究了压缩天然气和液化天然气在经济性和安全性上的可行性，认为液化天然气的安全性和经济性要高于也说天然气，适合在东三省地区实施。最后，笔者根据东三省实际情况，提出了关于液化天然气项目实施的几点问题，并预测了该项目的发展前景。

【关键词】：液化天然气，东三省，压缩天然气，车用燃料

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℃、102.401kPa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。  

参考文献

[1]夏少华.重型车用天然气发动机技术分析[J].现代车用动力,2018(02):1-6.

[2]邵长胜,王谦,陈广平,谭小强,戴礼明,韩丹.天然气/柴油双燃料射流喷射及其相互作用试验[J].内燃机学报,2018,36(03):214-221.

[3]李丽丽,赵武云,谭文胜,王二化.基于SolidWorks的天然气-柴油双燃料发动机设计与试验[J].浙江农业学报,2018,30(03):461-469.

[4]杨强,酒明慧,李斯特,张铭益,薛洪江.天然气中CO_2组分变化对双燃料燃烧室性能影响研究[J].舰船科学技术,2018,40(03):72-75.

[5]冯立岩,翟君,杜宝国,隆武强.中国气体燃料资源及开发利用前景展望[J].天然气工业,2014,34(09):99-106.



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执行主编：来春丽 

策划总监：王   涛 

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学术部：王   禹

科技部：刘蕊平

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论文范文

探索科学杂志-LNG和CNG作为东三省车用燃料发展方向的可行性分析

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）

【摘要】：全球大气污染物的一个重要来源就是油燃料汽车的尾气，因此，开发和普及清洁能源迫在眉睫。本文首先研究了LNG（液化天然气）和CNG（压缩天然气）的环保性。然后，以东三省车辆为例，研究了压缩天然气和液化天然气在经济性和安全性上的可行性，认为液化天然气的安全性和经济性要高于也说天然气，适合在东三省地区实施。最后，笔者根据东三省实际情况，提出了关于液化天然气项目实施的几点问题，并预测了该项目的发展前景。

【关键词】：液化天然气，东三省，压缩天然气，车用燃料

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℃、102.401kPa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。  

参考文献

[1]夏少华.重型车用天然气发动机技术分析[J].现代车用动力,2018(02):1-6.

[2]邵长胜,王谦,陈广平,谭小强,戴礼明,韩丹.天然气/柴油双燃料射流喷射及其相互作用试验[J].内燃机学报,2018,36(03):214-221.

[3]李丽丽,赵武云,谭文胜,王二化.基于SolidWorks的天然气-柴油双燃料发动机设计与试验[J].浙江农业学报,2018,30(03):461-469.

[4]杨强,酒明慧,李斯特,张铭益,薛洪江.天然气中CO_2组分变化对双燃料燃烧室性能影响研究[J].舰船科学技术,2018,40(03):72-75.

[5]冯立岩,翟君,杜宝国,隆武强.中国气体燃料资源及开发利用前景展望[J].天然气工业,2014,34(09):99-106.