【技术风暴】天然气汽车的种类与特点



天然气的主要成份是甲烷,份子式是CH4。随产地的不同,天然气的甲烷含量有比较大的差别,甲烷的含量决定了天然气的性能。天然气汽车是用天然气作燃料,发动汽车。天然气汽车开始于第一次世界大战期间,用常压胶袋装载天然气解决油料短缺问题。我国在50年代,为解决汽车燃料短缺问题,也曾在不少城市的公共汽车上用常压胶袋装载气体燃料,代替汽油。下面我们就准确的来说说天然气的种类与特点。

一、天然气汽车的种类

(一)压缩天然气(CNG)汽车

压缩天然气是指压缩到20.7—24.8 MPa的天然气,储存在车载高压气瓶中,也是压缩到压力大于或等于10MPa且不大于25MPa的气态天然气,是天然气加压并以气态储存在容器中。

   压缩天然气与管道天然气的组分相同,主要成分为甲烷(CH4)。CNG可作为车辆燃料使用。LNG(Liquefied Natural Gas)可以用来制作CNG,这种以CNG为燃料的车辆叫做NGV(NaturalGasVehicle)。液化石油气(Liquefied Petroleum Gas,简称LPG)经常容易与LNG混淆,其实它们有明显区别。LPG的主要组分是丙烷(超过95%),还有少量的丁烷,LPG在适当的压力下以液态储存在储罐容器中,被用作民用燃料和车辆燃料。

   压缩天然气是一种最理想的车用替代能源,其应用技术经数十年发展已日趋成熟。它具有成本低,效益高,无污染,使用安全便捷等特点,正日益显示出强大的发展潜力。 天然气加气站一般分为三个基本类型,即快速充装型,普通(慢速)充装及两者的混合型压缩天然气还应用于城市燃气事业,特别是居民生活用 燃料。随着人民生活水平的提高及环保意识的增强,大部分城市对天然气的需求明显增加。天然气(管道天然气)作为民用燃料的经济效益也大于 工业燃料。

(二)液化天然气(LNG)汽车

1801年,液化天然气是指常压下、温度为-162度的液体天然气,储存于车载绝热气瓶中。它是被公认为地球上最干净的能源。其制造过程是先将气田生产的天然气净化处理,经一连串超低温液化后,利用液化天然气船运送。

世界上环保先进国家都在推广使用LNG。除了用作发电厂、工厂、家庭用户的燃料外,其中所含的甲烷可用作制造肥料、甲醇溶剂及合成醋酸等化工原料;另外其所含的乙烷和丙烷可经裂解而生成乙烯及丙烯,是塑料产品的重要原料。

超低温的LNG在大气压力下转变为常温气态的过程中,可提供大量的冷能,将这些冷能回收,还可以利用于6种低温用途上:使空气分离而制造液态氧、液态氮,液化二氧化碳、干冰制造,利用冷能进行发电,制造冷冻食品或使用于冷冻仓库,橡胶、塑料、铁屑等产业废弃物的低温破碎处理,海水淡化。

一种新型的清洁燃料——液化天然气(LNG)加气站将于今年8月在四环路健翔桥边建成,同时将首批开通50辆使用这种燃料的公共汽车。目前美国30多条公交线路的数千辆公交车己使用了这种燃料,但在亚洲国家投入应用北京市是首例。

(三)液化石油汽车(LPGV)

液化石油气汽车(LPGV):是采用液化石油气(LiquefiedPetroleumGas)为燃料的汽车。液化石油气是纯丙烷、纯丁烷或是丙烷和丁烷的混合物,又称为炼厂气,通常是炼油厂催化裂化装置或油田伴生气轻烃回收的产品。液化石油气瓶的压力一般在2.SMP.左右。LPG汽车具有发动机动力性能好、噪声小、汽缸洁净的优点。90升水容积的LPG气瓶一次加满气可行驶540 多公里。

二、天然气汽车的特点

(一)天然气汽车具有保护环境、经济、安全的特点

总所周知,以汽油、柴油为燃料的汽车尾气中含有一氧化碳、氮氧化物、碳氢化合物,以及铅、硫化物、苯并(a)花等有害物质。这些有害物质在阳光照射下,经过光化学反应会产生对人体非常有害的光化学烟雾。目前汽车尾气造成的大气污染,已经对我们的生活造成了严重危害。上海市1995年6月份出现了较大范围的光化学烟雾;广州市空气污染程度超过了国家规定的1.6倍,并已出现光化学烟雾污染的先兆。根据环保部门统计,城市在非采暖期,机动车辆尾气排放的一氧化碳、氮氧化物、碳氢化合物分别占大气污染物各自比例的61%、55%、87%。汽车排出尾气是大气污染的最大污染源。以北京1994年80万辆汽车计,每天向空气中排放2200吨一氧化碳、110吨氮氧化物、300吨碳氢化合物。因此,目前城市对汽车尾气的问题已引起普遍重视。我国是发展中国家,目前汽车工业迅速发展,北京市1994年有机动车辆80万辆,目前每年以净增10万辆的速度发展;西安市1995年仅出租汽车就有10000辆、公交汽车1000辆,估计计“9.5”期间,出租汽车15000辆、公交汽车3000辆。全国各地迅速发展的汽车,已使得对油品的需求急剧增长,从国外进口部分油品已成为现实。因此,采用代用燃料已是大势所趋。世界各国专家认为,在汽车替代燃料方面,压缩天然气(CNG)和液化石油气(LPG)燃料被认为是目前最适宜的。天然气汽车比汽油、柴油为燃料的汽车安全、经济、操作费用低,具有很多优点。天然气汽车较汽油为燃料的汽车清洁,对环境造成的危害小。据西安交通公路大学1995年10月实验,用西安产奥托牌轿车燃用液化石油气(LPG)后,怠速排放物符合GB14761.5一93标准;较燃用汽油怠速工况下一氧化碳下降96%,碳氢化合物下降35%。天然气是一种高燃点的轻量气体,在正常的温度和压力下,其危险性比汽油小得多。天然气的辛烷值约在130左右,超级汽油的辛烷值仅在96左右。所以采用天然气为燃料不需要添加剂或象铅等抗爆剂。

(二)天然气汽车具有延长寿命

装载发动机活塞顶部、燃烧室壁以及汽缸壁表面温度为200~300℃,火焰传播速度大约为20~30m/s,能保持此温度原因之一是这些壁面形成一种气体附面层,它阻止向这些壁面过多地传热,由于汽油辛烷值低,经常产生爆震,爆震燃烧局部温度很高,可达4000℃以上,燃烧产物将分解出CO,H2,O2,NO及游离碳,已不能燃烧而排气冒烟,排气温度过高形成热损失,在产生爆震时由于振动使这些附面受到破坏,导热高,温度过高,冷却水温度提高,发动机过热,使运动部件润滑情况变坏,加快零件磨损。在正常燃烧及轻度爆震时,磨耗率为3.6mg/h,严重爆震时为98mg/h,约为正常燃烧时磨耗率27倍,对发动机各部件有严重磨损。而压缩天然气辛烷值大于120,高于汽油,即使高档汽油其辛烷值也只有97。压缩天然气进入空气混合器之前,与空气混合均匀分配到各缸,混合物统一,燃烧充分,可以提高热效率,使燃烧速度加快,燃烧热能得到充分利用。压缩天然气汽车运行平稳,发动机无爆震现象,零部件磨损小,检修期长,润滑油耗量少。这样就延长了发动机的使用寿命。

(三)天然气对汽车发动机的改造

(1)单燃料专用发动机

该种发动机以天然气为单一燃料,是在充分发挥天然气特性的基础上对发动机自身结构进行了针对性改造,使得其整体性能得以大大提高。                                                              

(2)双燃料发动机改造技术

该类型发动机是在原有发动机基础上增设了天然气燃料供应系统,发动机本身结构参数未作改动,仍按汽、柴油等液体燃料设计。由于发动机结构参数的制约,致使天然气发动机的动力性能有所下降,下降幅度为10%~20%,其原因主要在于单位时间内输入发动机的燃料热量较汽柴油少,通过适当增大发动机压缩比,可使其动力性能得以提高,但尾气排放物也有所增加,因此双燃料发动机的燃烧工况优化调整十分重要。有经验表明,如调整合理得当,其动力性能下降幅度可控制在5%左右,该幅度对于在城市内行驶的车辆来说是可以接受的,但作为双燃料汽车如何调整发动机使其达到对两种燃料都能适应的最佳工况,尚需进一步研究。

汽车近些年来,由于环境保护的要求、国家法规及各国资源条件等诸多因素方面的原因,天然气汽车在许多国家逐步使用,并得到发展。其中有富气贫油的意大利、新西兰、阿根延、印度尼西亚、巴西等国家,也有受到环境保护法规制约的美国、日本、韩国、奥大利亚、俄罗斯等发达国家。据资料统计,目前全世界有近440万辆天然气汽车,其中LPGV约360万辆,CNGV约80万辆,LNGV及低压天然气汽车仅占少数。天然气汽车经过几十年的发展,特别是近几年的发展,天然气汽车技术日趋成熟,夭然气汽车基础设施逐渐完备,储气瓶的重量、加气站体积都大为减小,加气方便、再加之各国政府不断出台对天然气汽车的优惠政策及措施,鼓励发展天然气汽车,相信天然气汽车会得到更快地发展。

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