【技術風暴】天然氣汽車的種類與特點



天然氣的主要成份是甲烷,份子式是CH4。隨產地的不同,天然氣的甲烷含量有比較大的差別,甲烷的含量決定了天然氣的性能。天然氣汽車是用天然氣作燃料,發動汽車。天然氣汽車開始于第一次世界大戰期間,用常壓膠袋裝載天然氣解決油料短缺問題。我國在50年代,為解決汽車燃料短缺問題,也曾在不少城市的公共汽車上用常壓膠袋裝載氣體燃料,代替汽油。下面我們就準確的來說說天然氣的種類與特點。

一、天然氣汽車的種類

(一)壓縮天然氣(CNG)汽車

壓縮天然氣是指壓縮到20.7—24.8 MPa的天然氣,儲存在車載高壓氣瓶中,也是壓縮到壓力大于或等于10MPa且不大于25MPa的氣態天然氣,是天然氣加壓并以氣態儲存在容器中。

   壓縮天然氣與管道天然氣的組分相同,主要成分為甲烷(CH4)。CNG可作為車輛燃料使用。LNG(Liquefied Natural Gas)可以用來制作CNG,這種以CNG為燃料的車輛叫做NGV(NaturalGasVehicle)。液化石油氣(Liquefied Petroleum Gas,簡稱LPG)經常容易與LNG混淆,其實它們有明顯區別。LPG的主要組分是丙烷(超過95%),還有少量的丁烷,LPG在適當的壓力下以液態儲存在儲罐容器中,被用作民用燃料和車輛燃料。

   壓縮天然氣是一種最理想的車用替代能源,其應用技術經數十年發展已日趨成熟。它具有成本低,效益高,無污染,使用安全便捷等特點,正日益顯示出強大的發展潛力。 天然氣加氣站一般分為三個基本類型,即快速充裝型,普通(慢速)充裝及兩者的混合型。壓縮天然氣還應用于城市燃氣事業,特別是居民生活用 燃料。隨著人民生活水平的提高及環保意識的增強,大部分城市對天然氣的需求明顯增加。天然氣(管道天然氣)作為民用燃料的經濟效益也大于 工業燃料。

(二)液化天然氣(LNG)汽車

1801年,液化天然氣是指常壓下、溫度為-162度的液體天然氣,儲存于車載絕熱氣瓶中。它是被公認為地球上最干凈的能源。其制造過程是先將氣田生產的天然氣凈化處理,經一連串超低溫液化后,利用液化天然氣船運送。

世界上環保先進國家都在推廣使用LNG。除了用作發電廠、工廠、家庭用戶的燃料外,其中所含的甲烷可用作制造肥料、甲醇溶劑及合成醋酸等化工原料;另外其所含的乙烷和丙烷可經裂解而生成乙烯及丙烯,是塑料產品的重要原料。

超低溫的LNG在大氣壓力下轉變為常溫氣態的過程中,可提供大量的冷能,將這些冷能回收,還可以利用于6種低溫用途上:使空氣分離而制造液態氧、液態氮,液化二氧化碳、干冰制造,利用冷能進行發電,制造冷凍食品或使用于冷凍倉庫,橡膠、塑料、鐵屑等產業廢棄物的低溫破碎處理,海水淡化。

一種新型的清潔燃料——液化天然氣(LNG)加氣站將于今年8月在四環路健翔橋邊建成,同時將首批開通50輛使用這種燃料的公共汽車。目前美國30多條公交線路的數千輛公交車己使用了這種燃料,但在亞洲國家投入應用北京市是首例。

(三)液化石油汽車(LPGV)

液化石油氣汽車(LPGV):是采用液化石油氣(LiquefiedPetroleumGas)為燃料的汽車。液化石油氣是純丙烷、純丁烷或是丙烷和丁烷的混合物,又稱為煉廠氣,通常是煉油廠催化裂化裝置或油田伴生氣輕烴回收的產品。液化石油氣瓶的壓力一般在2.SMP.左右。LPG汽車具有發動機動力性能好、噪聲小、汽缸潔凈的優點。90升水容積的LPG氣瓶一次加滿氣可行駛540 多公里。

二、天然氣汽車的特點

(一)天然氣汽車具有保護環境、經濟、安全的特點

總所周知,以汽油、柴油為燃料的汽車尾氣中含有一氧化碳、氮氧化物、碳氫化合物,以及鉛、硫化物、苯并(a)花等有害物質。這些有害物質在陽光照射下,經過光化學反應會產生對人體非常有害的光化學煙霧。目前汽車尾氣造成的大氣污染,已經對我們的生活造成了嚴重危害。上海市1995年6月份出現了較大范圍的光化學煙霧;廣州市空氣污染程度超過了國家規定的1.6倍,并已出現光化學煙霧污染的先兆。根據環保部門統計,城市在非采暖期,機動車輛尾氣排放的一氧化碳、氮氧化物、碳氫化合物分別占大氣污染物各自比例的61%、55%、87%。汽車排出尾氣是大氣污染的最大污染源。以北京1994年80萬輛汽車計,每天向空氣中排放2200噸一氧化碳、110噸氮氧化物、300噸碳氫化合物。因此,目前城市對汽車尾氣的問題已引起普遍重視。我國是發展中國家,目前汽車工業迅速發展,北京市1994年有機動車輛80萬輛,目前每年以凈增10萬輛的速度發展;西安市1995年僅出租汽車就有10000輛、公交汽車1000輛,估計計“9.5”期間,出租汽車15000輛、公交汽車3000輛。全國各地迅速發展的汽車,已使得對油品的需求急劇增長,從國外進口部分油品已成為現實。因此,采用代用燃料已是大勢所趨。世界各國專家認為,在汽車替代燃料方面,壓縮天然氣(CNG)和液化石油氣(LPG)燃料被認為是目前最適宜的。天然氣汽車比汽油、柴油為燃料的汽車安全、經濟、操作費用低,具有很多優點。天然氣汽車較汽油為燃料的汽車清潔,對環境造成的危害小。據西安交通公路大學1995年10月實驗,用西安產奧托牌轎車燃用液化石油氣(LPG)后,怠速排放物符合GB14761.5一93標準;較燃用汽油怠速工況下一氧化碳下降96%,碳氫化合物下降35%。天然氣是一種高燃點的輕量氣體,在正常的溫度和壓力下,其危險性比汽油小得多。天然氣的辛烷值約在130左右,超級汽油的辛烷值僅在96左右。所以采用天然氣為燃料不需要添加劑或象鉛等抗爆劑。

(二)天然氣汽車具有延長壽命

裝載發動機活塞頂部、燃燒室壁以及汽缸壁表面溫度為200~300℃,火焰傳播速度大約為20~30m/s,能保持此溫度原因之一是這些壁面形成一種氣體附面層,它阻止向這些壁面過多地傳熱,由于汽油辛烷值低,經常產生爆震,爆震燃燒局部溫度很高,可達4000℃以上,燃燒產物將分解出CO,H2,O2,NO及游離碳,已不能燃燒而排氣冒煙,排氣溫度過高形成熱損失,在產生爆震時由于振動使這些附面受到破壞,導熱高,溫度過高,冷卻水溫度提高,發動機過熱,使運動部件潤滑情況變壞,加快零件磨損。在正常燃燒及輕度爆震時,磨耗率為3.6mg/h,嚴重爆震時為98mg/h,約為正常燃燒時磨耗率27倍,對發動機各部件有嚴重磨損。而壓縮天然氣辛烷值大于120,高于汽油,即使高檔汽油其辛烷值也只有97。壓縮天然氣進入空氣混合器之前,與空氣混合均勻分配到各缸,混合物統一,燃燒充分,可以提高熱效率,使燃燒速度加快,燃燒熱能得到充分利用。壓縮天然氣汽車運行平穩,發動機無爆震現象,零部件磨損小,檢修期長,潤滑油耗量少。這樣就延長了發動機的使用壽命。

(三)天然氣對汽車發動機的改造

(1)單燃料專用發動機

該種發動機以天然氣為單一燃料,是在充分發揮天然氣特性的基礎上對發動機自身結構進行了針對性改造,使得其整體性能得以大大提高。                                                              

(2)雙燃料發動機改造技術

該類型發動機是在原有發動機基礎上增設了天然氣燃料供應系統,發動機本身結構參數未作改動,仍按汽、柴油等液體燃料設計。由于發動機結構參數的制約,致使天然氣發動機的動力性能有所下降,下降幅度為10%~20%,其原因主要在于單位時間內輸入發動機的燃料熱量較汽柴油少,通過適當增大發動機壓縮比,可使其動力性能得以提高,但尾氣排放物也有所增加,因此雙燃料發動機的燃燒工況優化調整十分重要。有經驗表明,如調整合理得當,其動力性能下降幅度可控制在5%左右,該幅度對于在城市內行駛的車輛來說是可以接受的,但作為雙燃料汽車如何調整發動機使其達到對兩種燃料都能適應的最佳工況,尚需進一步研究。

汽車近些年來,由于環境保護的要求、國家法規及各國資源條件等諸多因素方面的原因,天然氣汽車在許多國家逐步使用,并得到發展。其中有富氣貧油的意大利、新西蘭、阿根延、印度尼西亞、巴西等國家,也有受到環境保護法規制約的美國、日本、韓國、奧大利亞、俄羅斯等發達國家。據資料統計,目前全世界有近440萬輛天然氣汽車,其中LPGV約360萬輛,CNGV約80萬輛,LNGV及低壓天然氣汽車僅占少數。天然氣汽車經過幾十年的發展,特別是近幾年的發展,天然氣汽車技術日趨成熟,夭然氣汽車基礎設施逐漸完備,儲氣瓶的重量、加氣站體積都大為減小,加氣方便、再加之各國政府不斷出臺對天然氣汽車的優惠政策及措施,鼓勵發展天然氣汽車,相信天然氣汽車會得到更快地發展。