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LNG气瓶汽化器缓冲罐汽车的开发及存在的题目

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LNG气瓶汽化器缓冲罐汽车的开发及存在的题目

发布日期:2016-07-12 15:51 来源:http://www.zjg-kt.com 点击:

摘要:本文指出自然气是地球上含量极为丰富而干净的能源,LNG(液化自然气)在低温储存技术解决之后,LNG 汽车的开发具备了必要的技术条件。我国的“西气东输”等自然气项目为我国LNG 汽车的发展创造了有利环境。汽车行业应开发单燃料自然气发动机,同时作好与LNG 生产部分的协调。

关键词:自然气 液化自然气(LNG) 自然气汽车

LNG气瓶汽化器缓冲罐汽车的开发及存在的题目

石油资源的世界性短缺,汽车排放对大气所造成的污染比重上升,人类不得不寻找新的清洁能源。气瓶汽化器缓冲罐自然气(主要成分为CH4)是优质清洁燃料和重要化工原料,是地球上三大能源(石油、自然气和煤炭)之一。目前已探明地球上可开采的自然气储量多于石油,特别是近几年科学家从深海中发现了“可燃冰”这种能源。据初步估计,地球上“可燃冰”所含的能量相当于石油、自然气和煤炭总和的三倍。美国和日本在开采“可燃冰”技术上投进大量精力,他们提出到2010 年实现对“可燃冰”的大规模开采。“可燃冰”实在是一种“固态”型式的自然气。1 体积“可燃冰”可分解成164 体积的自然气和0.8 体积的水。人类大可不必为石油资源的枯竭而担忧。


自然气燃烧所产生的温室效应是煤炭的48%,石油的54%。燃烧后基本无烟尘,其它有毒排放物也是Z少的。自然气汽车与汽油汽车的排放对比在CO2 上下降21%,CO 减少24%~32%,HC+N0X 下降了40.9%;与柴油汽车对比烟度接近零,燃烧噪声也下降很多。近几年世界各国都加大了自然气在能源消耗中的比重。表1 为1998 年我国与世界的一次性能源消费结构对比表。

表1 我国与世界一次性能源消费结构对比 (%)


表中说明我国能源利用尽大部分是污染严重的煤炭。为了改变这种不公道的能源消费比例,“十五”期间国家花巨资实施了“西气东输”工程,向沿海人口密集、经济发达的地区提供自然气;并且在广东、福建开始建造接收国外LNG(液化自然气)的接收站;将东海自然气引上岸工程等等具有重大战略意义的可持续发展项目。这些都给发展自然气汽车创造了极为有利的条件。


自然气汽车有CNG(压缩自然气)汽车和LNG(液化自然气)汽车两种。目前世界上至少有100 多万辆自然气汽车在使用,其中大多数是CNG 汽车。国际上除美国外,从1992 年才开始大力发展CNG 汽车,而LNG 汽车由于LNG 的储存技术原因这几年才得以发展。这方面技术美国的研究处于领先地位。我国在1999 年4 月确定,京、津、沪等十二个城市为清洁汽车试点示范城市。截止2001 年8 月这十二个城市的燃气汽车(除自然气汽车外还包括LPG汽车—液化石油气汽车)达到近11万辆,其中CNG汽车只占2.5万辆。而LNG 汽车刚刚开始开发,但势头看好。北京市乘着2008 年申奥成功的东风,大力发展清洁汽车,2002 年已经开发成功首辆LNG 公共汽车,2003 年将首批开通五十辆LNG 公交汽车,并建造一座LNG 供气站。


CNG 汽车固然发展较早,但由于CNG 成分不稳定而造成发动机功率和排放物的变化,以及储气罐体积过大,需高压(20MPa)储存等原因,在汽车使用范围上受到限制。LNG 在液化过程中对自然气进行了提纯,所以燃料组分变化小,是气体燃料组分Z稳定的燃料。同时,同等重量的LNG 的体积大大小于CNG,有利运输携带。重要的是,由于真空隔热罐储存技术的完善,LNG 的低温储存困难得以解决,所以LNG汽车近几年得到明显发展。

表2 是CNG 汽车和LNG 汽车的比较


从表中看出,CNG 的组分除主要是CH4(甲烷)外,还有其他几种气体。不同气田生产的自然气其甲烷的含量不一样,一般在70%~95%之间,因此不同渠道的自然气在同一发动机上的功率输出和排放物会有很大差别。LNG由于液化过程经过纯化处理,气体组分稳定,甚至也可以象汽油、柴油一样建立不同质量标准牌号的LNG,这样发动机的燃烧就会稳定。因此对排气污染的控制就轻易的多。LNG 的储存压力属于低压范围(0.05~0.5MPa)很安全。LNG 的密度是CNG 的2﹒97 倍,因此运输LNG 是很方便的。常压下1m3 自然气的热值略高于1L 汽油,而一体积LNG 相当于600 体积的自然气,这就是说一辆小汽车的油箱如若装60L 汽油,理论上需要100L 的LNG 才能产生同样的能量。在车辆上储存CNG 燃料箱的空间有限,目前CNG 汽车一次性充气的续驶里程只达到200~300km,而LNG 汽车的续驶里程可达800km。这样的续驶里程是用户可接受的。


燃气汽车的燃料本钱比燃油汽车低很多。据资料先容,在德国市场上自然气的价格比现在车用超级汽油(相当于我国的95 号汽油)便宜近50%,比车用柴油便宜近35%;据广东省有关部分预计,广东省从澳大利亚引进的LNG 在2005 年供气时1m3 居民用气价格大约为1.64 元,产业用气为1.40 元,而目前93号汽油的价格在3.00 元以上。显然,由于石油越来越成为极重要的战略物资,石油及其产品价格只会处于上涨趋势中。


总之,开发LNG 汽车从燃料后续来源的持久,使用后的清洁,使用中的低本钱都比燃油汽车优越,是值得我们花精力给予关注的。LNG 汽车的开发有一些题目应给予留意。


1) LNG 需要在低温下(–163℃)储存,气化后进进发动机燃烧(发动机与CNG 发动机一样)。当汽车在运行时,气化了的自然气可以正常给予消耗,不会出现泄漏。但在停车较长时,管路和阀门的漏气将使汽车上的低压气体容器内的气压上升而造成危险,因此不得不在气体容器上设置安全阀排气,造成对大气的污染。国际上先进技术已能保证真空隔热储气罐和相关附件的气体泄漏量控制在安全范围内,LNG的日蒸发量小于1%才能保证容器的安全,还不污染大气。我国在这方面技术还须进一步进步。


2) 我国目前自然气发动机的研究主要以汽、柴油机为原机进行改造,改造后的机子效果不尽理想。由于1kg 自然气(CH4)较1kg 汽油在理论上完全燃烧所需空气量多2.3kg,所以将燃油发动机改造为自然气后,充气不足造成燃烧不完全,功率下降,有害排放物增加。研究表明采用中冷增压技术可以使改造后的自然气发动机各项指标恢复或略好于原发动机水平。但必竟自然气(CH4)与汽油(C7H15)和柴油(C15H28)燃烧反应有别,研发单燃料自然气发动机使其各个系统的设计趋于完善,如采用电喷控制燃烧、增加充气量、使用EGR 等,并配备专用的催化转化器,自然气发动机的排放可以做到与电动汽车媲美。


3) LNG 的加注方式和LNG 加气站的设备技术也需完善。LNG 加注的方便性、可靠性和安全性必须给予充分考虑。LNG 的加注时间太长,加注方式过于复杂都将影响LNG 汽车的推广。


4) LNG 在气化时产生大量的冷能(860~883kJ/kg)。在发动机设计或汽车设计时可以给予考虑,持别是一些专用汽车如保温车、医疗救护车等上面给予利用。


5) 我国在LNG 的生产方面发展比较晚,但这几年石油自然气部分正在给予规划。www.lng.com.cn网站上先容了我国在液化自然气技术装备上的进展,目前LNG 低温储液罐的技术和产品已有企业在生产,中小型加工LNG 工厂设备正在试制中,国产大型LNG 运输船计划在三年后下水。能源部分为了实现国家对能源战略的调整,这些年做了大量工作,汽车产业也应适应这样的转移。自然气汽车的开发应提到日程上来。除了开发自然气汽车本身零部件外,LNG 在液化过程的提纯达到什么样质量标准,汽车行业应该积极配合,避免再出现燃油汽车在开始控制排放时有很多题目是由于燃油质量与发动机不相适应所造成的麻烦。


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