我国天然气汽车产业的发展和加气站技术

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1、1我国天然气汽车产业的发展和加气站技术我国天然气汽车产业的发展和加气站技术刘刘锡锡麟麟原原发发表于表于 航天四院民品开航天四院民品开发发与管理与管理论论文集（文集（2001-2002） ） 新浪博客新浪博客 秋林秋林红红似火似火 摘 要：本文简要回顾了我国天然气汽车产业的发展历程和发展前景，重点阐述了天然气汽车 产业中的关键环节，加气站的技术特点和设备配置，并通过对美国 ANGI 公司设备的简介，分析了国 外先进技术的发展趋势，提出了国产加气站技术和设备的发展方向。 关 键 词：天然气 汽车产业 加气站技术一一、我国天然气汽车的发展历程、我国天然气汽车的发展历程天然气汽车的发展历程大致可分三个

2、阶段： 第一阶段：天然气汽车开始于第一次世界大战期间，那时是用低压胶囊装载天然气作为汽车燃 料，解决战时汽车油料短缺问题。我国大约在五六十年代开始应用这种低压天然气汽车，1988 年以 前在四川的自贡、泸州以及重庆等地可以看见。这种大气包装的天然气量少，汽车行驶里程短。 第二阶段：为压缩天然气起步阶段。最早使用压缩天然气作为汽车燃料始于 30 年代的意大利。 我国在 80 年代末才引进这项技术。1988 年，四川石油管理局从新西兰引进了一套加气站设备，在 南充建立了我国第一座 CNG 加气站。1994 年华油天然气股份有限公司成立，在各油气田推广应用天 然气汽车。同时重庆气体压缩机厂和自贡高压

3、容器厂分别研制成功的天然气压缩机，为我国天然气 汽车产业的进一步发展创造了条件。 第三阶段：为压缩天然气发展阶段。1996 年 12 月，李鹏总理在“96 北京国际电动汽车及代用 燃料汽车技术交流、研讨及展览会”上参观国内改装的代用燃料汽车时指出：“压缩天然气汽车很 有前途。今后要加大开发代用燃料汽车的力度。 ”1997 年国家科委（97）373 号“关于加快发展我国 天然气汽车的报告”经国务院副总理邹家华、吴邦国批示转发全国。并确定在四川、西安、海南、 哈尔滨、北京等省市建立示范区，取得经验后在全国推广。在此基础上，1998 年开始在全国掀起了 推广应用天然气汽车的新高潮。截至 2001 年

4、底，全国共计建成 CNG 加气站 52 座，其中四川和重庆 地区 34 座，其余 18 座分布在全国 8 个省市。二、天然气汽车的发展前景二、天然气汽车的发展前景为什么要发展天然气汽车为什么要发展天然气汽车天然气作为汽车燃料可显著减小大气污染，改善环境天然气作为汽车燃料可显著减小大气污染，改善环境在所有的清洁燃料中，天然气以其技术成熟、安全可靠、经济可行,而被世界许多国家和专家视 为目前最适宜的汽车替代燃料。2汽车使用天然气作为动力燃料，与汽油相比，其尾气排放中不含铅和基本不含硫化物，一氧化 碳减少97%，碳氢化合物减少72%，氮氧化物减少30%，二氧化硫减少90%，苯、铅粉尘减少100%，噪

5、 音降低40%。因此，推广使用天然气燃料，对减少大气污染、改善环境将会起到积极的作用。 2 2天然气汽车产业对国家能源结构的调整起到巨大的支持作用天然气汽车产业对国家能源结构的调整起到巨大的支持作用发展天然气汽车产业既是保护环境的需要，也是调整我国能源结构、缓解石油成品不足的重要战略措施。今后我国石油产量虽会增长，但是远远满足不了国民经济的需求。然而我国在天然气的勘探和开采方面却取得了引人注目的进展。陆上现已基本形成四川、陕甘宁、青海和新疆四个大气田。以陕甘宁气田为例，已探明储量达2300亿立方米，还有5000亿立方米以上的储量有待勘探查明。这些都为天然气汽车的发展提供了充足的资源保证。因此大

6、力推广和使用天然气汽车将对我国未来的燃料结构产生重大影响。汽车使用天然气作为燃料可显著提高经济效益汽车使用天然气作为燃料可显著提高经济效益节约大量燃油：一辆中型车如果改烧天然气，一年可以节约汽油8-10吨，如果有10万辆汽车改用天然气做燃料，一年就可节约汽油80-100万吨。节省燃料费用：天然气作为汽车燃料，每立方米天然气约相当于1.1升汽油，而1立方米天然气的价格只有一升汽油的1/3-2/3。降低维修费用：使用天然气可延长发动机各部件的寿命，减少维修保养次数，年平均降低维修成本50%以上。我国将实现天然气全国联网我国将实现天然气全国联网随着“西气东输”工程的开工，声势浩大的天然气管道的全国联

7、网工程已全面展开。其中包括，新疆塔里木气田的天然气经河西走廊到陕北靖边和陕京输气管道汇合，并经山西、河北、河南、安徽、江苏等地到达上海；青海柴达木气田的天然气经格尔木、西宁、兰州到宝鸡，和靖西管线相接；四川气田的天然气经重庆到武汉，再向华东和华南输送。到 2003 年底将形成由西向东，陆海相通的天然气运输管网。如何利用好便宜、洁净、安全的天然气资源，在输气管网沿线和经过城市大力发展天然气汽车产业，对这些省市的环境具有重大的战略意义。全国空气净化工程和清洁汽车行动起动全国空气净化工程和清洁汽车行动起动1999年4月6日，全国清洁汽车协调领导小组召开“空气净化工程清洁汽车行动”会议，并确定了北京、

8、上海、天津、西安、乌鲁木齐、哈尔滨、重庆、绵阳、深圳、海南、长春、广州等12个示范城市。 “清洁汽车行动”将以降低汽车排放污染、净化空气为目标，以高新技术的开发、应用、推广为依托，采取各种综合治理措施，尽快遏制汽车排放污染日益加剧的势头，力争在3-5年内使我国主要城市的空气质量有明显改善。实现空气净化工程的总体目标。大力推广和发展天然气汽车则是清洁汽车行动的重要内容之一。随着“西气东输”规划的实施，天然气输送管沿线和天然气所到城市必将在天然气汽车的应用推广方面掀起一个新的高潮。3三三、天然气汽车的概念、天然气汽车的概念什么是天然气什么是天然气天然气是产生于油气田的一种可燃气体。其主要组分是甲烷

9、，大约占 8099%，其次还含有乙 烷、丙烷、总丁烷、总戊烷、以及二氧化碳、一氧化碳、硫化氢、总硫和水分等。由于天然气的组 成绝大部分为甲烷，因而其特性可用甲烷特性来表示。相对分子质量 16.063，是无色无臭的可燃气 体。在 101.325kPa 绝压下沸点161.52，标准状态下，气体甲烷（理想气体）对干空气的相对密 度为 0.5539，密度 0.6785kg/m3。天然气汽车燃料天然气汽车燃料CNG 甲烷的临界温度（TC）为82.5，因而在高于82.5的温度条件下，无论加多大的压力， 甲烷都不会液化。为了在大气温度条件下多储气或减少储气容器的尺寸，只能进行压缩，这就是压 缩天然气，即 C

10、NG。当前，国际上通行的车用储气瓶的压力都是 20Mpa。LPG LPG 是丙烷和丁烷，或者丙烷、丙烯、和丁烷、丁烯为主的烃类混合物。在标准状态下，可在 低于 1.6Mpa 的压力下液化，因而，储装容器的压力等级低、重量轻、便于各种方式的储运。使用 时降压便可气化，十分方便。 油气田天然气处理工厂生产的不含烯烃的 LPG，即工业用液化气，燃烧性能介于甲烷和汽、柴 油之间，仍属比较好的；而石油炼制厂生产的含烯烃 LPG，燃烧性能相应差些。因此，烯烃（尤其 是丁二烯）含量高的 LPG 并不是理想的车用燃料。LNG LNG 是液体甲烷。由于甲烷临界温度为82.5，其储存和分散系统也就处于低温条件下，

11、容 器和管路只能用不锈钢、铜、或铝合金等低温材料制作。呈液态的天然气储存在专用的容器中作为 燃料，其密度是标准状态下天然气密度的 625 倍，绝热容器的承压为 0.050.5Mpa。LNG 的分子量 和 H/C 均与 CNG 相同，只是 LNG 通过深冷前的预处理，几乎除尽了天然气中的全部杂质，使 LNG 成为天然气汽车燃料中质量最好的燃料。汽车用天然气的质量要求汽车用天然气的质量要求为了保证天然气压缩系统的生产安全，提高汽车发动机中天然气的燃烧性能，必须对天然气进 行净化，尽可能的除去其中的有害杂质，所以各国都对汽车用天然气的质量提出了严格要求。 根据我国行业标准 SY/T7546-1996

12、汽车用天然气汽车用天然气可知 硫化氢含量： 20mg/m3 总硫含量： 270 mg/m3 二氧化碳含量： 3% 水含量：用露点表示，必须低于最高操作压力下最低环境温度 54天然气汽车的概念天然气汽车的概念广义的天然气汽车广义的天然气汽车，包括分别以 CNG、LPG、LNG 为燃料的汽车； 两用燃料汽车两用燃料汽车，是指既可烧气油也可烧天然气的汽车，也就是说，这种汽车有两个燃料系统， 有天然气的时候用天然气作燃料，没有天然气时仍可烧汽油； 双燃料汽车双燃料汽车，是指两种燃料同时燃烧的汽车。目前特指柴油车改为天然气汽车时，发动机工 作时必须用柴油引燃天然气，即先将柴油压缩到点火温度时，再喷入天然

13、气燃烧做工，其中柴油大 约占燃料的 1520%； 单燃料天然气汽车，单燃料天然气汽车，即该汽车只有一套燃料系统，其发动机只能用天然气或 LPG 作燃料，不 能再烧汽油或柴油。CNG 汽车和汽油车的比较优势汽车和汽油车的比较优势可降低空气污染，使有害气体大幅度减少。可降低空气污染，使有害气体大幅度减少。CO 排放量是汽油的 1/5，HC 排放量是汽油的 1/5，而且无铅排放，没有苯和芳香烃等致癌物质，改善了司乘人员的工作环境。经权威机构测试， 新车改装 CO 降低了 6372%，HC 降低了 1418%，NO 降低了 23%；旧车改装，CO 降低了 98%，NO 降低了 25%,在汽车满负荷情况

14、下，效果更明显。 天然气净化处理标准高，预防了汽车许多故障。天然气净化处理标准高，预防了汽车许多故障。净化处理主要进行“三脱” ，即脱去天然气中 的水分，使水分含量158mg/m3，以防止 CNG 在减压膨胀降温过程中，使供气系统造成冰堵； 脱去天然气中的重烃，使乙烷及重烃含量达到3%，以防止发动机点火燃烧不正常；脱去天然气中 的硫化氢等酸性气体，使其分压0.35Mpa（或20mg/m3） ，以防止对设备管线的腐蚀，同时要求 CNG 中的甲烷含量达到 90%以上，以利于提高汽车燃烧效率。 天然气汽车比汽油车更安全。天然气汽车比汽油车更安全。与汽油相比，压缩天然气本身就是比较安全的燃料，这表现在

15、：燃点高燃点高，天然气燃点在 650以上，比汽油燃点 427高出 223，所以与汽油相比不易点燃。密度低，密度低，与空气的相对密度为 0.580.62，泄漏气体很快在空气中散发，很难形成遇火燃烧 的浓度。 爆炸极限范围宽，爆炸极限范围宽，仅为 515%，在自然环境中形成这一条件十分困难，比汽油的爆炸极限 16%高出 1.75 倍，即在同样条件下天然气比汽油更不易爆炸。 释放过程是一个强吸热过程，释放过程是一个强吸热过程，当压缩天然气从容器或管路中泄漏时，泄孔周围会迅速形成一 个低温区，甚至结冰，使天然气燃烧困难。 天然气在压缩、储存、输送、减压、燃烧时都在严格密闭的状况下进行天然气在压缩、储存

16、、输送、减压、燃烧时都在严格密闭的状况下进行，所有关键零件的生产、 安装、调试等都严格地遵守国家颁布的技术标准。 天然气辛烷值高，抗爆性能好，使发动机热效率高，噪音小天然气辛烷值高，抗爆性能好，使发动机热效率高，噪音小。减小了机件的冲击力和磨损速 度，延长了汽车和引擎的工作寿命。由于天然气易于和空气混合，因而发动机容易启动，夏天油路 系统不易产生气阻，高温行驶不易发生油路故障。所以 CNG 是一种优质汽车燃料。 天然气价格低天然气价格低，既可降低燃油成本，又可调整能源结构，缓解燃油供需矛盾，四、天然气汽车加气站四、天然气汽车加气站天然气汽车加气站是发展天然气汽车的必备条件，是天然气汽车产业的最重要组成部分。加气5站技术及设备的发展必将对天然气汽车产业的发展起到举足轻重的作用。加气站的基本类型及其特点加气站的基本类型及其特点纵观国内外 CNG 加