液化天然气汽车发展前景的思考

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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）06（b）-0066-02

1 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150～300 km，仅能适用于城市内行驶或短途车辆；CNG加气站占地面积大（2000～3000 m2），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？这就是新一代绿色燃料――液化天然气（简称LNG）。

2 液化天然气的开发及生产

2.1 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。

2.2 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。

2.3 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（表1）。

2.4 LNG作为汽车燃料的优势

（1）LNG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。

（2）能量密度大。LNG能量密度是20 MPa CNG能量密度的2.5倍。

（3）续驶里程长。每次加气行程可以达到400～600 km，解决了CNG汽车续程短的问题。

（4）LNG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。

（5）便于储运。一辆35 m3的槽车每次可以装运天然气2.1×104 nm3，能满足700辆轿车或40000户居民一天的用气量。

（6）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。

（7）充装气方便快捷，车辆驾驶操作与使用燃油无区别。

（8）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（表3）。

（9）LNG可直接汽化为CNG，实现对CNG汽车的加气。

3 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。

3.1 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。

3.2 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）。

3.3 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。

4 LNG汽车技术的经济可行性分析

4.1 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0.3～0.5 kWh/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0.15 kWh/nm3，成本为0.3～0.32元/nm3（原料气价格为0.9 元/nm3）。

4.2 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（200 km以内）、中距离（200～500 km）、远距离（500～800 km）。例如，从中原油田至山东省淄博市约400公里，如果以国产35 nm3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，1 nm3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。

4.3 应用成本分析

LNG汽车直接用LNG作燃料，不需要做汽化处理，其应用成本为0.10～0.15元/nm3。

如果对CNG汽车加气，需将LNG用高压泵增压后自然汽化，转化为CNG，天然气的平均充装成本低于0.15 元/nm3，仅为CNG应用成本的1/3。

由此可以看出，LNG从生产、运输到使用，其成本受工艺、运输车辆、不同用户等诸多因素的影响，波动较大，三个方面的合计成本约为0.44～0.51 元/nm3。如果加上0.90 元/nm3的原料气成本，LNG用于汽车燃料时的综合成本为1.34～1.41 元/nm3。

4.4 LNG加气站建设投资及经济效益分析

根据北京首科中原清洁燃料技术发展有限责任公司当前市场开况来看，以建设一座加气规模为10000 nm3/日的综合式L-CNG加气站为例，如果主要设备诸如LNG泵、高压汽化器等从国外进口，其余设备采用国产设备，总投资约320万元（单一LNG站约250万元，LNG加气站、L-CNG加气站总投资远远低于CNG加气站的投资），动力不超过15 kW，需员工10人（与加油站合建时员工可以不增加）。以年售天然气300×104 nm3计算，年总经营成本约为60万元。当LNG进价与零售价差保持在0.4 元/nm3时，年利润约80万元，4年可收回投资。

4.5 LNG汽车的经济效益

如果1 nm3天然气的行驶里程仍等效于1.2 L汽油，90#汽油零售价按2.5～2.9元/L计算，液化天然气从产地分别运输到近距离、中远距离、远距离的零售价分别按2.2 元/nm3、2.4 元/nm3、2.6 元/nm3计算时，使用LNG作为汽车燃料比燃油分别便宜26.7%～36.8%、20%～31%、13.3%～25.3%。如一辆桑塔纳出租车每年行驶10万公里，可分别节省燃料费5300～8460元、3920～7120元、2580～5780元。

如果我国费改税的政策实施后，燃用汽油、柴油约需加征1.00 元/L的税，LNG汽车的经济效益将更加显著，使用LNG作为汽车燃料将比燃油节省费用达53%～38%（90#汽车销售价按3.5～3.9 元/L计算，液化天然气销售价按2.2 元/nm3～2.6 元/nm3计算）。

5 液化天然气汽车的发展前景

LNG作为汽车燃料，将以独特的优越性，进一步提高天然气汽车的环保性、动力性、节能性和经济效益，可以使燃气汽车续程得到大幅度提高，有效地解决了大中城市内天然气管网稀缺、CNG加气站建设投资大、压缩机噪音大、征地难等问题，与CNG形成优势互补，具有广阔的发展前景。可以预见，随着人们环保意识的日益增强和国家节能减排政策的大力推进，LNG汽车将会在我国得到大规模的推广和应用。