LNG介绍及LNG汽车.doc

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　一、前言

　　近年世界LNG贸易量发展较快，1998年全球LNG贸易量8200万t（折合成天然气1130亿m3），占天然气总贸易量的25％（其余75％天然气为管道运输进行贸易）。

目前全球有11个国家生产LNG，其中印度尼西亚生产量最大，占31.8％，其次为阿尔及利亚，占22％；进口量最大是日本，占58.5％，其次是韩国，占12.6％。

　　LNG生产国都是在沿海建设大型天然气液化工厂，生产的LNG靠远洋海轮销往进口国。

目前全世界有10个国家和地区进口LNG，并建有39个接收终端站，其中日本在东京、大阪等城市的海边建设了23个LNG接收终端站。

经过气化，并用压缩机提高压力后，用管道输往各地供给用户。

在终端站附近还建设一些冷量回收和利用工厂，例如大阪就有7个工厂。

这是世界上的普遍做法，尚未见在LNG接收终端站将液态LNG经管道、铁路、汽车槽车长距离运送给用户的实例报导。

因存在冷量利用，运输过程中要致冷及安全等一系列问题。

　　目前，全球LNG汽车的发展正处于初始阶段。

从LNG进出口国家的LNG生产工厂或接收终端站，获得一定数量LNG汽车燃料应是可以实施的。

使用LNG汽车槽车进行运输供给用户，只能在附近地区使用；有的国家建设了调峰用LNG工厂，其开工率很不平衡，可在不调峰时出售LNG作汽车燃料；有的建设小型天然气液化装置，供应LNG汽车燃料。

　　二、利用调峰型工厂LNG作汽车燃料

　　目前美国有1500辆LNG汽车正在运行，主要是使用调峰型工厂生产的LNG，美国LNG调峰厂一般每天生产5万加仑LNG（189m3），折合成标准状态下天然气约11万m3/日。

美国开发LNG汽车基于如下出发点：

　　·美国有簧貺NG调峰工厂可提供LNG；

　　·美国主要将重型运输汽车改装成LNG汽车，运输量大，车辆利用率高，比铁路运输方便；

　　·重型汽车都是用柴油发动机，排放ＮＯx。

和固体颗粒及噪音较大，污染环境较严重，使用LNG后，这些污染降低较大；

　　·使用LNG税收小，价格也便宜；

　　·LNG汽车储罐中蒸发出来的天然气可用作发动机燃料；

　　·LNG重型汽车容易腾出体积，安装LNG储罐。

　　美国利用调峰工厂的LNG已建设了一些加气站，例如最近在亚利桑那州菲尼克斯城建设了一个规模为每天给200辆LNG汽车用的加气站，主要为该市158辆公共汽车加气。

加气站与汽油、柴油的加油站建在一起，于1999年开始运行。

该加气站主要设备为2个容积11.356m3（30000加仑）的低温储罐、3台售气机及其它设施。

市政当局保证给该站供应LNG，价格334．7美元/t，折合天然气为0.25美元／m3。

　　三、建设小型天然气液化装置，供应LNG汽车燃料

　　使用LNG汽车与CNG汽车相比较，CNG汽车必需在建有天然气管网的城镇使用，而LNG可以利用槽车运输到没有天然气管网的地区使用，建加气站也不受天然气管网的制约。

另外，LNG的能量密度约比CNG高三倍左右，装在汽车上的LNG储罐体积较小和较轻，LNG汽车行驶里程比CNG汽车长。

由于LNG能量密度大，故生产时能耗也较高，俄罗斯天然气研究院提供了LNG和CNG生产的能耗数据（见表1）

表1　处理1000ｍ3天然气制ＣＮＧ、ＬＮＧ的能耗对比

能耗

CNG（AFHKC）-500

LNG

世界大型LNG工厂

小型LNG装置①

kwh/1000m3

350～370

420～500

600～850

①小型ＬＮＧ工厂的规模与ＡＦＨＫＧ-500加气站相当

　　表1说明，小型LNG装置要比相当规模的CNG加气站生产CNG能耗高一倍左右，致使LNG成本也高。

为了降低小型LNG装置的成本，应利用一些特殊条件，才是小型LNG装置建设的发展方向。

　　1．利用LNG加气站压缩机富裕能力和配气站压力差能量制冷。

　　80年代前苏联时期主要建立大型CNG汽车加气站AFHKC-500，即每个站昼夜供500辆汽车加气。

实践证明，大部分加气站远达不到定额要求，可利用加气站压缩机的富裕能力来生产LNG。

　　1992年列宁格勒输气公司与列宁格勒化工机械科学研究设计所，图波列夫飞机设计局等单位协作，在该输气公司圣彼得堡市的8号CNG加气站建成了生产LNG试验装置，

其工艺流程见图1。

　　天然气由CNG加气站的压缩机加压到6.5±0.5MPa输到本试验装置，先经换热器4冷却，然后进入液化组合器（直径500mm，长度2600mm）中的涡流冷却器（俄罗斯专利号1304526）进行液化，液化产物流入低温器6（容积8m3），容器内LNG压力为0.6MPa，即膨胀比为10:

1以上，最后LNG装入汽车槽车。

LNG产量为200kg/h，液化率12％。

生产LNG能耗要比CNG高，但可以节约压缩机的投资。

　　1996年列宁格勒输气公司又与"西格玛"天然气公司协作在圣彼得堡市另一个CNG加气站上建设一套LNG生产装置，产量为400kg/h，液化率15％，工艺流程与试验装置相同。

　　俄罗斯"统一供气体系"的管道压力为5.5～7.5MPa，管道上有众多配气站用来供给工矿、城镇的天然气用户，而这些用户只需要低压（0.3、0.6、1.2MPa）的天然气，因此压力差能量是损失了。

最近列宁格勒输气公司与"西格玛"天然气公司协作在圣彼得堡市"尼加拉依"配气站建成一套LNG生产装置，由于CNG汽车加气站的天然气已净化、脱水，可直接利用，但设在配气站上的LNG生产装置，其原料尚需净化、脱水。

此液化装置最主要优点是利用天然气压力差能量在较高膨胀比条件下制冷，液化的天然气制成LNG，未液化的天然气返回配气站，制冷设备也是使用涡流制冷器。

这种小型LNG装置主要能耗利用配气站压力差能量，操作费用很低，使生产的LNG成本也很低。

　　2．采用廉价的天然气作原料

　　国外有关文献指出：

目前有不少单个气井，日产100万～200万ft3（2.83～5.66万m3）天然气能力，距离管网太远，建设管线不经济，这类气井的天然气，若不利用，就成为废井；还有一些含ＣＯ2、N2的气井，组分中主要含ＣＯ2、N2，但还含有部分甲烷，如开发气井为了生产液态ＣＯ2、N2，供三次产油使用或作其它用途，可利用副产品甲烷来生产LNG；并提出利用单井气日产2.83万m3建设一套小型LNG生产装置，假

设甲烷外其它组分为5％以上，则甲烷几乎全部液化后每日可获得45.425m3LNG，总投资为220万美元，投资估算表见表2。

　　表2小型LNG生产装置投资估算

项目

投资（美元）

天然气净化（胺法）

天然气脱水

天然气液化

压缩机及其它设备

储罐和运输设备

建设费用

总计

10万

5万

75万

100万

15万

15万

200万

　　利用边远地区大量零散的廉价天然气，我国吉林油田和中科院低温中心联合建设了一套撬装式小型LNG工业实验装置，于1996年试车投产。

该装置用膨胀机制冷和高纯度N2制冷相结合，把天然气冷却到-145℃，使天然气液化制成LNG，产品由6m3汽车槽车外运供用户。

原料气以467m3/h进入装置，压力为1.0MPa；不凝气180m3/h，压力为0.25MPa；膨胀机出口温度-158℃，膨胀比5:

1；LNG产量450L/h。

该装置主要优点使用了边远零散气井廉价天然气，并利用了一定天然气压力能量制冷，节约了能耗，但井口高压天然气变成低压天然气的压能尚未得到有效的利用。

天然气价格为0.45元/m3，比常规天然气便宜，LNG每升按1.5元计算，折合成天然气为2.57元/m3（每升LNG=0.584m3天然气），扣除天然气原料费，其它加工费用为2.12元/m3，而CNG的压缩等费用为0.5～0.6元/m3。

该装置主要问题为天然气液化率太低和能耗仍较高。

　　四、意见和建议

　　1．我国发展LNG汽车需有稳定的LNG来源。

　　2．今后广东省将进口LNG，按国际惯例应是建设LNG接收终端站，气化后的天然气经管道运输，在珠江三角州敷设管网供用户。

从接收终端站获得一定数量LNG供汽车作燃料，是可实施的，可将LNG用低温汽车槽车运到附近无天然气管网的城镇，距离不能太远。

目前我国尚未建设调峰LNG工厂。

　　3．在我国其它地区发展LNG汽车，其LNG来源只能依靠建设小型天然气液化装置，为了降低LNG的生产成本，最好能有下列的特殊条件：

（1）边远地区零散的或单井的天然气，建设管道不经济，可用作生产LNG的原料，建设小型撬装LNG装置，并力求能耗较低和液化率较高。

（2）利用天然气井口压力或配气站压力差能量，膨胀制冷和液化天然气，我国利用天然气压力以膨胀机制冷回收天然气凝液（即轻烃）已有较成熟技术和经验，由于液化天然气需更低温度，可采用二次膨胀法或膨胀法与冷剂补冷相结合的工艺。

也可开发类似俄罗斯的涡流式膨胀致冷工艺，但需进行试验和建设工业性试验装置。

液化天然气（LNG）作为车用燃料，与汽油相比，具有辛烷值高、抗爆性好、燃烧完全、污染排放少、发动机寿命长、运输成本低等优点；与压缩天然气（CNG）相比，也具有存储效率高，一次装填续驶行程远，燃料容器压力低、重量轻、装填地点不受供气管网限制等优点，产业发展前景广阔。

1、技术优势

LNG生产是将天然气经脱硫、脱水、脱重烃、脱酸性气体等一系列净化处理，采用深冷技术，将天然气冷却到-162℃，在常压下成为液态。

在生产过程中，非烃类组分及一些非甲烷烃类通常都要被除去。

这样，LNG燃料基本都是纯质烷烃，主要是甲烷和乙烷，其组分比CNG的组分更纯净，其中甲烷含量进一步提高，达到96%以上。

如此纯净的燃料，不仅给发动机提供了稳定的可控制的空燃比，使发动机的工作性能得到优化，发动机燃烧平衡，动力性能更好，而且与燃油车相比，颗粒物排放几乎为零，容易满足发动机废弃排放要求，同时，避免了CNG中机油和碳粒等压缩副产品容易对发动机组件损坏或堵塞的不足。

LNG燃料不积碳、无污质且减少发动机机件腐蚀和磨损，大大延长了发动机发动机的使用寿命。

2、安全可靠

LNG燃点高达650℃，比汽油燃点427℃高出了近230多度，没有如此高温明火源是点不着的。

LNG的爆炸极限是4.7%-15%，比汽油高3-4.7倍，更不容易爆炸。

LNG泄露后，一遇空气，就会迅速气化，而且LNG的密度比空气小得多，会很快向上逸散掉，形不成燃爆条件。

即使已气化的气体遇明火燃烧，火焰中心也会向上窜动，而不会沿地面扩散。

因泄露而落地的液体温度低，会吸附空气中水分形成冰晶层，覆盖在破损处周围。

这也是阻碍燃烧发生和蔓延的因素之一。

由于上述特性，LNG使用安全性比燃油安全得多，经历了30年几乎无事故的发展。

LNG汽车设有泄露检测、冷量检测、气体检测及火焰检测等安全检测系统，燃料系统管线的各独立段都装有紧急切断阀，LNG一旦泄露，系统会采取自动保护措施。

储罐设有防过量注入系统和防超压（超高和超低）系统。

通过以上设计，确保了车用系统本身的安全性。

3、经济优势

以大型客车（50座）为例，每100公里消耗天然气32标准方左右，柴油与LNG作为燃料的费用对比如下表（价格以当前市场计算）：

燃料100KM燃料消耗量燃料单价100KM燃料费用100KM相对节约费用节约比例

柴油30升6.15元/升184.5元72.5元39%

LNG32标准方3.5元/标准方112.0元--------------------

以重卡（50吨）为例，每100公里消耗天然气75标准方左右，柴油与LNG作为燃料的费用对比如下表：

燃料100KM燃料消耗量燃料单价100KM燃料费用100KM相对节约费用节约比例

柴油66升6.15元/升405.9元143.4元35%

LNG75标准方3.5元/标准方262.5元--------------------

按照每台每天运行400公里、每年运营300天计算，每年运行12万公里，长途客车使用LNG比使用柴油每年可节约燃料费8.7万元，重卡使用LNG比使用柴油每年节约燃料费17.2万元。

可见，使用LNG燃料的经济优势非常明显。

4、环保优势

随着环境保护的日益受到重视，社会对汽车的节能减排提出了更高的要求。

我国现有城市的污染主要在于车辆尾气，若汽车改烧LNG，有害物排放将大大减少。

LNG由于脱除了硫和水分，其组成比CNG更纯净，因而LNG汽车的排放性能要优于CNG汽车。

LNG汽车与燃油汽车相比较，汽车尾气中一氧化碳减少97%，碳氢化合物减少72%，二氧化碳减少90%，噪音减少40%，苯、铅粉尘等减少100%。

因其显著的环保优势，LNG汽车又被称为“绿色汽车”。

5、车程优势

LNG能量密度大，汽车续驶里程长。

国外大型LNG货车一次加气可连续行驶1000-1300KM，非常适合长途运输的需要。

国内LNG汽车使用的储罐容量为水容积450升左右，加满后折合天然气约270标准方，载重情况下也可行驶400公里以上。

LNG新能源汽车项目显著的社会效益

1、能源结构调整与节能减排

国内外大量应用的实践证明，发展燃气汽车，特别是LNG汽车，是调整单一的石油能源结构的重要途径之一。

项目完成后，将实现燃油汽车的大面积替代。

届时，区域内LNG燃料每日可替代油品（汽油、柴油）约1260万升，每年大约可降低排放碳氢化合物6205吨，一氧化碳10.5万吨，二氧化硫1.17万吨，氮氧化物6.9万吨，二氧化碳1.6万吨，苯、铅等6224吨，总计可降低废气排放21.4万吨，大大降低了由于汽车尾气造成的环境污染。

2、社会燃料成本节约

液化天然气能源在汽车运输行业的推广利用，将实现社会成本的大幅节约。

就目前的燃料市场来看，柴油每升6.15元，LNG每标方3.5元，一辆LNG货车（50吨）平均百公里节约燃料成本约143.4元，每年节约成本约17.2万元，是新车一次性购买投资额的40%，年行驶里程越长节约成本越多。

项目完成实现9万辆货车使用LNG，总计年可节约成本155亿元。

一辆LNG客车（50人）年可节约成本8.7万元，项目发展1万辆，年可节约社会成本总计8.7亿元，节约燃料费数额也非常可观

LNG汽车基本构成：

1、LNG储罐：

双层金属真空缠绕绝热熔器

2、调压阀：

3、汽化器：

水浴式汽化器，发动机冷却水做热源

4、液位仪：

电子式液位指示装置

5、安全装置：

过流阀、安全阀、防爆片

6、阀件：

充液阀、截止阀、单向阀等。

基本流程：

充液：

LNG由充液口，经单向阀至储罐上方，罐内气体被冷凝，压力下降，充至额定液位时自动停止。

供气：

发动机启动时，电磁阀打开，LNG在罐内压力作用下流出，进入汽化器换热气化，供给发动机。

基本参数：

工作压力：

3.5~10bar

储罐容积：

50~400L

保存时间：

7天以上

续驶里程：

轻型车300~500KM中型车400~800KM重型车500~1000KM

改装形式：

LNG-汽油两用燃料车、LNG-柴油双燃料汽车、LNG单燃料汽车

改装标准

NFPA57汽车液化天然气供气系统标准

SAEJ2343液化天然气重型卡车的推荐标准

储罐配置

轻型车：

30~80L1只储罐

中型车：

100~200L1~2只储罐

重型车：

300~800L1~2只储罐