作者：焦世胜
来源：《科技资讯》 2013年第17期
焦世胜
（河南中原石油公司 河南濮阳 457001）
摘要：本文主要就液化天然气汽车的发展前景问题进行了认真研究。
关键词：液化天然气；汽车；发展前景
中图分类号：U262 文献标识码：A
文章编号：1672-3791(2013)6(b)-0000-00
一、燃气汽车的发展
汽车的诞生，将人类社会带入了一个崭新的时代。随着经济发展、城市化进程的加快和汽车保有量的大
幅增加，汽车尾气排放对城市空气质量、生态环境带来的危害日益加剧。汽车尾气污染已成为社会一大公害。
随着人们环保意识的增强，世界各国不断加大治理汽车尾气污染的力度，相继研发了电动汽车、太阳能汽车、氢气汽车、乙醇汽车、甲醇汽车、CNG汽车、LPG汽车等。由于天然气、液化石油气兼具资源丰富、安全清洁、生产成本低、易于推广等优点，则成为首选的清洁汽车燃料，同时LPG汽车、CNG汽车得到了广泛的推广应用，目前全世界已有600多万辆。
但由于CNG、LPG作为汽车燃料及燃气汽车技术方面尚存在一些问题，致使燃气汽车近年来的增长速度较慢。象CNG汽车存在着加气站不能脱离天然气管网建设，难以网络化布点，没有天然气资源的地区无法推广这一技术；车用钢瓶自重大，一次携带燃料少，汽车续驶里程只能达到150～300Km，仅能适用于城市内行驶或短途车辆；CNG加气站占地面积大（2000～3000m2），噪音大，安全距离要求高，城市内建站选址困难；加气站投资大，运行成本高，投资回收期长。象LPG汽车存着车用LPG气质要求高，国内供应的LPG基本上都达不到车辆用气标准；汽车尾气排放难以满足排放法规的要求；LPG价格高且波动大，经济性较差。那么，能否开发一种兼顾LPG、CNG共同优点且克服各自缺点的新型清洁燃料呢？这就是新一代绿燃料---液化天然气（简称LNG）。
二、液化天然气的开发及生产
（一）国际上LNG发展现状
液化天然气发展始于60年代，主要是采取净化后低温制冷工艺，在常压低温条件下将天然气转化为液态，使天然气更方便于存储、远距离输送和使用。目前，世界各国已投产的大型LNG生产装置超过160套，年生产液化天然气能力超过10000万吨，且贸易量和生产量每年以20%的速度持续增长，其生产和消费的70%左右集中在东南亚地区。
（二）国内LNG发展现状
自1995年以来，我国四川绵阳、吉林油田等单位先后进行了LNG的研究和开发，但均处于试验研究阶段。1996年，上海市为了满足城市天然气调峰的需求，全套从法国等国家引进工艺技术和设备，建成了国内第一座LNG调峰站，其液化能力为10万标方/日（天然气）。1998年，中原油田中原绿能高科有限责任公司依靠油田丰富的天然气资源，进行了建设LNG项目的调研和论证，2000年7月开工建设，2001年9月建成并投产了国内第一家商业化LNG生产装置，其处理天然气能力为30万标方/日，液化能力为15万标方/日，现已向山东等地的用户供气。2001年10月，由国家规划的东南沿海进口LNG工程已进行招标，其中福建省LNG工程已在2010年建成，同时国内一些油田和企业也正在抓紧发展自己的LNG项目。可以预见，我国LNG的生产和应用将成为一个全新的产业。
（三）LNG的物理特性
LNG是低压低温下的液体，其主要成份为甲烷，含量高达90—99%。其主要特性参数及与其它气体燃料性能指表比较见下表：
LNG的特性参数
常压沸点
-162℃
热 值
9200kcal/Nm3
液体密度
0.42～0.45Kg/m3
辛烷值
130
汽化潜热
122.8kcal/kg
气液体积比
625:1
甲烷含量
90～99%
燃 点
650℃
LNG与CNG、LPG、煤气等性能指标比较表
燃气名称
比较项目
LNG
CNG
LPG
煤气
气体热值
Kcal/Nm3
9200
8500
24000
3500
单价热值
Kcal/元
4182
4521
8000
3500
气液转化比
625
264
安全性
爆炸极性%
5～15
5～15
甲醇汽车
2.1～9.0
8.3～74.2
密度与空气比
轻
轻
重
轻
注:单价热值中，按目前售价，LNG取2.2元/Nm3，LPG取3.0元/Kg，煤气取1.0元/Nm3，CNG取1.88元/Nm3。
（四）LNG作为汽车燃料的优势
⑴LNG加气站建设摆脱了天然气管网的束缚和限制，增强了天然气的辐射力、延伸力和市场占有率。
⑵能量密度大。LNG能量密度是20MpaCNG能量密度的2.5倍。
⑶续驶里程长。每次加气行程可以达到400～600km，解决了CNG汽车续程短的问题。
⑷LNG加气站占地面积小，站内无大型动力设备，噪音低，适合于在大中城市内建设。
⑸便于储运。一辆35m3的槽车每次可以装运天然气2.1×104Nm3，能满足700辆轿车或40000户居民一天的用气量。
⑹经济效益高。LNG作为汽车燃料，可比汽油、柴油节省费用30～40%，延长发动机寿命，减少维修费用。
⑺充装气方便快捷，车辆驾驶操作与使用燃油无区别。
⑻组份更纯，环保性能更优。LNG在生产中进行了极为严格的过滤和净化，脱除了深冷过程中可能固化的物质，如水、CO2、H2S、C3、C4及C5以上的重烃类和苯，净化要求和程度远远高于CNG，加之LNG中甲烷含量高达90—99%，组份更纯，因而其环保性能更优越。象中原油田生产的LNG中甲烷含量高达97.8%，其组份详见下表：
中原油田LNG产品的组份
mol%
组份
C1
C2
C3
C4
C5
N2
含量
97.87
1.58
0.31
0.15
0.04
0.05
⑼LNG可直接汽化为CNG，实现对CNG汽车的加气。
三、液化天然气汽车应用技术
中原油田中原绿能高科有限责任公司从1998年开始，对LNG汽车技术即LNG汽车加气站技术和LNG汽车技术进行了大量的研究工作。目前，已成立了“北京首科中原清洁燃料技术发展有限责任公司”，在北京进行LNG汽车的开发和推广，也是我国首家开发和推广LNG汽车的公司。
（一）LNG汽车加气站
LNG汽车加气站有两种形式，一种是专对LNG汽车加气的单一站，另一种是可对LNG汽车、CNG汽车加气的混合站（L-CNG站）。
LNG加气站的主要设备有LNG专用储罐、LNG低温泵、LNG售气机和控制系统，流程类似于普通的加
油站。L-CNG加气站是在上述LNG加气站基础上增设了一套汽化系统，主要包括：高压LNG泵、高压汽化器、CNG瓶组、CNG售气机。高压LNG泵将罐内的LNG增压后注入汽化器，LNG吸收外界热量而汽化，汽化后的高压气体存于CNG气瓶组内，通过售气机对CNG汽车加气。汽化过程由控制系统自动控制。
无论单一的LNG加气站，还是L-CNG混合站，其占地面积均不大，数百平方米即可，并且可以和加油站合建，以减少运行成本。
（二）LNG汽车技术
LNG汽车一般分三种形式：即完全以LNG为燃料的纯LNG汽车、以LNG与柴油混合使用的双燃料LNG汽车、以LNG与汽油替换使用的两用燃料汽车。这三种LNG汽车的燃料系统基本相同，都是将LNG储存在车用LNG储罐内，通过汽化装置汽化为气体供给发动机，由此均可在相应的CNG汽车基础上，通过更换LNG燃料系统和相应的控制系统而实现。LNG汽车燃料系统一般由车用LNG储罐、汽化器、减压阀、混合器组成（见图1）。
（三）LNG汽车应用技术中的安全问题
LNG汽车应用技术的安全问题，主要是低温问题。
（1）要求与LNG接触的设备、零部件，诸如储气瓶、加气设施、气化器及管线、阀门、金属软管、零配件等必须具有良好的低温特性，对材质要求较高，通常选用不锈钢、铝合金或紫铜制造。
（2）储气瓶、管线等要进行保冷处理。
（3）由于LNG吸热后会发生体积膨胀，必须防止因阀门隔离开的各液体管段或低温蒸气管段出现超压现象，在各管段上需要安装热胀式安全阀。
对于上述问题，在LNG汽车技术应用推广中，从各系统设计、设备制造到设备安装调试、车辆运行、安全监测等方面，都有严格的要求和措施，确保LNG加气站和LNG汽车的安全运行。
四、LNG汽车技术的经济可行性分析
（一）LNG生产成本分析
目前，国外流行的天然气液化工艺是将天然气压缩至50个大气压，通过净化、复合制冷，一次性将天然气液化90～95%，其能量消耗为0.3～0.5kwh/Nm3;若用天然气作为动力燃料，成本较低，液化成本为0.20～0.40元/Nm3(原料气价格为0.30～0.40元/Nm3)。
中原油田LNG工厂在引进消化国外先进技术的基础上，充分利用气田自身压力作动力，采用分级制冷、部分液化（液化率为50%）的工艺，能耗较低。目前，液化天然气耗电为0.15kwh/Nm3，成本为0.3～0.32元/Nm3(原料气价格为0.9元/Nm3)。
（二）运输成本分析
LNG需要专用的储槽车运输，成本受车辆运行费用、维修费用、员工工资等因素影响。依据用户与产品供应地的实际距离，LNG的运输距离可分为近距离（200km以内）、中距离（200～500km）、远距离（500～800km）。例如，从中原油田至山东省淄博市约400公里，如果以国产35Nm3柴油动力槽车运输，LNG与标准状况下天然气能量密度按625：1计算，1Nm3天然气的运费仅为0.15元，即LNG运输成本为每百公里0.04元/Nm3。
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