【技術(shù)風(fēng)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(chǎn)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(fā)動汽車。天然氣汽車開始于第一次世界大戰(zhàn)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(tài)天然氣，是天然氣加壓并以氣態(tài)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(jīng)常容易與LNG混淆，其實它們有明顯區(qū)別。LPG的主要組分是丙烷（超過95%），還有少量的丁烷，LPG在適當(dāng)?shù)膲毫ο乱砸簯B(tài)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(yīng)用技術(shù)經(jīng)數(shù)十年發(fā)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(fā)展?jié)摿Α?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(yīng)用于城市燃氣事業(yè)，特別是居民生活用 燃料。隨著人民生活水平的提高及環(huán)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(jīng)濟效益也大于 工業(yè)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(chǎn)的天然氣凈化處理，經(jīng)一連串超低溫液化后，利用液化天然氣船運送。

世界上環(huán)保先進國家都在推廣使用LNG。除了用作發(fā)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(jīng)裂解而生成乙烯及丙烯，是塑料產(chǎn)品的重要原料。

超低溫的LNG在大氣壓力下轉(zhuǎn)變?yōu)槌貧鈶B(tài)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(tài)氧、液態(tài)氮，液化二氧化碳、干冰制造，利用冷能進行發(fā)電，制造冷凍食品或使用于冷凍倉庫，橡膠、塑料、鐵屑等產(chǎn)業(yè)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(huán)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(shù)千輛公交車己使用了這種燃料，但在亞洲國家投入應(yīng)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(chǎn)品。液化石油氣瓶的壓力一般在2.SMP.左右。LPG汽車具有發(fā)動機動力性能好、噪聲小、汽缸潔凈的優(yōu)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(huán)境、經(jīng)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(zhì)。這些有害物質(zhì)在陽光照射下，經(jīng)過光化學(xué)反應(yīng)會產(chǎn)生對人體非常有害的光化學(xué)煙霧。目前汽車尾氣造成的大氣污染，已經(jīng)對我們的生活造成了嚴重危害。上海市1995年6月份出現(xiàn)了較大范圍的光化學(xué)煙霧;廣州市空氣污染程度超過了國家規(guī)定的1.6倍，并已出現(xiàn)光化學(xué)煙霧污染的先兆。根據(jù)環(huán)保部門統(tǒng)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(fā)展中國家，目前汽車工業(yè)迅速發(fā)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(fā)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(fā)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(xiàn)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(jīng)濟、操作費用低，具有很多優(yōu)點。天然氣汽車較汽油為燃料的汽車清潔，對環(huán)境造成的危害小。據(jù)西安交通公路大學(xué)1995年10月實驗，用西安產(chǎn)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(biāo)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(fā)動機活塞頂部、燃燒室壁以及汽缸壁表面溫度為200～300℃，火焰?zhèn)鞑ニ俣却蠹s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(jīng)常產(chǎn)生爆震，爆震燃燒局部溫度很高，可達4000℃以上，燃燒產(chǎn)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(chǎn)生爆震時由于振動使這些附面受到破壞，導(dǎo)熱高，溫度過高，冷卻水溫度提高，發(fā)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(fā)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(tǒng)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(wěn)，發(fā)動機無爆震現(xiàn)象，零部件磨損小，檢修期長，潤滑油耗量少。這樣就延長了發(fā)動機的使用壽命。

（三）天然氣對汽車發(fā)動機的改造

(1)單燃料專用發(fā)動機

該種發(fā)動機以天然氣為單一燃料，是在充分發(fā)揮天然氣特性的基礎(chǔ)上對發(fā)動機自身結(jié)構(gòu)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(fā)動機改造技術(shù)

該類型發(fā)動機是在原有發(fā)動機基礎(chǔ)上增設(shè)了天然氣燃料供應(yīng)系統(tǒng)，發(fā)動機本身結(jié)構(gòu)參數(shù)未作改動，仍按汽、柴油等液體燃料設(shè)計。由于發(fā)動機結(jié)構(gòu)參數(shù)的制約，致使天然氣發(fā)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(nèi)輸入發(fā)動機的燃料熱量較汽柴油少，通過適當(dāng)增大發(fā)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(fā)動機的燃燒工況優(yōu)化調(diào)整十分重要。有經(jīng)驗表明，如調(diào)整合理得當(dāng)，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(nèi)行駛的車輛來說是可以接受的，但作為雙燃料汽車如何調(diào)整發(fā)動機使其達到對兩種燃料都能適應(yīng)的最佳工況，尚需進一步研究。

汽車近些年來，由于環(huán)境保護的要求、國家法規(guī)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(fā)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(huán)境保護法規(guī)制約的美國、日本、韓國、奧大利亞、俄羅斯等發(fā)達國家。據(jù)資料統(tǒng)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(shù)。天然氣汽車經(jīng)過幾十年的發(fā)展，特別是近幾年的發(fā)展，天然氣汽車技術(shù)日趨成熟，夭然氣汽車基礎(chǔ)設(shè)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(yōu)惠政策及措施，鼓勵發(fā)展天然氣汽車，相信天然氣汽車會得到更快地發(fā)展。