气体燃料（精选4篇）
气体燃料 篇1
1. 前言
能源是当前全球人类比较关心的话题之一, 目前煤炭、石油、天然气等能源已经匮乏, 相关研究者开始将目光放在了低热值气体燃料上, 因为其是目前为止比较现实的接替能源, 其存储量大, 价格低, 便于开采, 具有很大的开发潜力。低热值气体燃料可以从煤层气和沼气中获取, 目前我国煤层气主要是井下抽放煤层气, 热值较低, 而由沼气产生的气体燃料是可再生的清洁燃料, 其具有许多特性, 如甲烷含量很低, 热值比较低, 非烃气体含量高等。对低热值气体燃料进行研究可以优化我国能源结构, 充分利用可再生能源, 加强环境保护, 缓解能源紧张的局面, 便于我国可持续发展战略的实施。
2. 低热值气体燃料燃烧特性的研究方法
针对低热值气体燃料燃烧特性的研究, 主要集中在燃烧基础和台架实验这两部分。其中对燃烧基础的研究主要是湍流燃烧和层流燃烧, 研究层流燃烧就是注重燃料的特性, 关注层流燃烧的速度, 气体燃料最基本的化学特性就是层流燃烧速度, 能够综合反映可燃气体的放热能力和化学反应速度。获取层流燃烧速度最好的方法就是通过试验来得到, 如热流量法, 滞止面火焰法, 定容弹法等。
低热值气体燃料燃烧特性研究方法的另一个焦点就是台架试验, 通过台架实验可以检测到燃烧循环的变动, 标定发动机的参数, 了解发动机的运行状况, 提高发动机的整体性能。燃烧循环变动限制了低热值气体燃料的运转范围, 影响着其动力性和排放性。影响循环变动的因素有点火特性、火花塞周围的气流运动、残余废气量、缸内空燃比、湍流尺度等。通过研究燃烧循环变动, 能够提高燃油率, 减少排放量。大部分学者是利用符号时间序列分析方法、符号化方法等来测量燃烧循环变动。
3. 低热值气体燃料燃烧特性分析 (1) 层流燃烧特性分析
在对层流燃烧特性进行分析时, 依据压力曲线, 研究不同初始压力的燃烧爆发压力, 得出延长掺氮时间, 都会加长气体燃料的燃烧期, 减低气体燃烧率, 促进火焰的发展。缩短火焰发展期和燃烧期, 均可以达到加快燃烧速率的目的, 如果稀释气体密度, 则会降低燃烧速率。假如增加初始压力, 则会加大燃烧最高压力, 延长燃烧持续期, 与此同时, 加大掺氮比, 初始压力也会增加, 减慢燃烧速率, 延长燃烧持续期。充分运用球形扩散火焰理论, 分析火焰传播速率, 得到层流燃烧速率。点火后, 火焰成球形向外扩张, 并且半径还在不断的增加。如果这时增加掺氮比例, 很明显的会发现半径的增长速率会降低, 在增加初始压力, 火焰半径会更减少。当量比是0.8左右时, 低热值气体燃料的火焰传播速率最慢, 加大初始压力, 火焰的传播速率会更慢。低热值气体燃料的马克斯坦长度是比零大的, 假如增加当量比, 则马克斯坦长度呈现直线型, 火焰的稳定性更强。
(2) 缸内燃烧稳定性分析
研究低热值气体燃料的燃烧稳定性可以提高发动机的动力性和排放量, 具有十分重要的意义。燃烧稳定性具体表现在压力曲线、发动机的输出功率以及火焰传播情况等方面, 燃烧期的长短可以直观地表明燃烧循环变动, 对于燃烧比较快的循环中, 压力很高, 并且爆燃倾向很大, 同时, 限制了燃料辛烷值和压缩比。而对于慢循环而言, 会促使燃油消耗率和碳氢排放量加大, 加剧发动机中的振动, 引起强大的噪音, 使发动机工作不稳定, 进而影响发动机的整体性能。
(3) 燃烧循环变动分析
影响低热值气体燃料燃烧循环变动的因素包括掺氮比、转速、节气门开度等。随着掺氮比的增加, 低热值气体燃料的燃烧循环变动也会加剧, 与此同时, 降低火焰传播速率, 易受到气体流动的影响。转速对燃烧循环变动的影响和掺氮比的类似, 同样也是加剧低热值气体燃料的燃烧循环变动, 加强气体流动, 加大湍流强度, 影响气体燃料的稳定性。随着节气门开度的减少, 降低进气压力, 增加残余废气, 减少新鲜气体量, 从而使燃烧速度减慢, 同样也会加剧低热值气体燃烧的循环变动, 使燃烧不稳定。
4. 结束语
综上所述, 低热值气体燃料已经成为世界研究者的焦点, 引起了广大学者的关注。因此我们国家和政府也应该高度重视低热值气体燃料, 积极分析低热值气体燃料燃烧的特性, 开发和利用低热值气体燃料, 加大科研和开发力度, 充分利用生产沼气的来源, 进而提高低热值气体燃料的综合性能, 有效实施可持续发展战略。
参考文献
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气体燃料 篇2
这种材料包含“金属—有机框架” (MOF) , 由无机金属单元与有机配体复合构建而成, 整体结构内散布钴原子和铁原子, 链接位点采用邻苯二甲酸二丁酯, 其体积扩张时空穴增多, 体积缩小时空穴几乎全部消失。
加利福尼亚大学伯克利分校的研究人员在英国《自然》杂志上报告说, 在首批实验中, 只需以家用压缩机产生的压力 (相当于大气压的35至36倍) , 泵入天然气的主要成分甲烷, 柔性MOF材料就会扩张并吸附这种气体。相反, 如果甲烷释出, 用于驱动车辆发动机, 这种柔性材料便会缩小。
气体燃料 篇3
液化石油气由原油提炼制成, 或在天然油气田处理过程中, 由所析出的丙烷与丁烷混合而成, 利用这两种气体可在正常温度下略为加压, 或在正常气压下利用冷冻方式加以液化的特性, 可达到方便储存、运送、携带及使用 (通常加压灌入钢瓶中供用户使用) 的目的。
公用天然气事业总供应户数已突破312万户
天然气是古生物遗骸长期沉积地下, 经过慢慢转化与变质裂解而产生的气态碳氢化合物, 主要成分为甲烷, 约占90%以上, 以及乙烷、丙烷、丁烷及不燃性气体, 虽天然气输、储设备 (如储气设备、输气设备、掺配设备、气化设备、卸收设备等) 成本较高, 但适合用户密度较高的地区来分摊相关投入成本。
气体燃料供应业, 顾名思义是指从事气体燃料的供应, 以管线供应用户的行业都在其中, 但不包含桶装瓦斯的批发或零售。根据台湾“经济部”制定的“天然气事业法草案”指出, 依天然气事业的性质, 可分为天然气生产事业、天然气进口事业、公用天然气事业 (俗称导管瓦斯公司) 等三类。
数据源:台湾“经济部能源局”
其中“天然气生产事业”为生产天然气, 供应岛内公用天然气事业、工业、电业、汽电共生系统、运输等用户的事业;“天然气进口事业”指从海外进口液化天然气, 供应岛内公用天然气事业、工业、电业、汽电共生系统、运输等用户的事业;“公用天然气事业”指的是以导管供应家庭、商业及服务业等用户的事业。目前岛内天然气的生产、进口均由台湾中油公司管理, 在高雄市永安区及台中港设有2座液化天然气 (LNG) 接收站, 公用天然气事业有2家公营、24家民营的导管瓦斯公司 (如表1) 。
就消费层面来看, 天然气 (含液化天然气) 以供应岛内发电及汽电共生为主要消费, 其次为住宅与工业使用, 因为自产天然气价格低于液化天然气, 且产出热值也少于进口的天然气, 因此自产天然气供应住宅使用, 液化天然气则以岛内发电及汽电共生为主;液化石油气有别于天然气须以导管传输, 利用加压灌入钢瓶, 具有储存、运送、携带的特性, 所以销售市场多为未设管线的住宅及工业区域或是偏远地区。目前供气区域位于都市的“公用天然气事业”, 供气普及率大多在60%以上, 位于乡镇地区者, 供气普及率普遍偏低, 有不及10%的地方, 不过总供应户数仍逐年增加, 至2012年年底已突破312万户。
数据源:台湾“经济部能源局”
数据源:台湾“经济部能源局” (2007以后) ;公用瓦斯事业协会 (2006年之前)
供气业经营区域性独占事业
台湾天然瓦斯是台湾当局给予经营权的特许行业, 属于民营公用事业, 供气业经营是区域性独占事业, 业务区域需经申请核准后才能供气, 同业间营业区域并无重迭而形成竞争的情况。不过, 供气产业的输、储设备等资本投入相当大, 营运之初面经历长期的亏损, 同时主要风险天然气购买成本也受国际产量、汇率、油价等因素影响, 所以其他业者进入并不容易。因此, 根据中华征信所出版的台湾地区大型企业排名, 入榜气体燃料供应TOP10的业者多为入榜常客。
数据源:中华征信所近5年TOP5000台湾地区大型企业排名
数据源:台湾中油油品营销事业部
数据源:IEA, World Energy Outlook 2008 (单位:百万吨油当量)
台湾能源孤岛价格居高不下
由于台湾天然资源及能源蕴藏贫乏, 对于石油、煤炭与天然气等主要能源种类进口依存度高, 2012年台湾能源总供给量1.41亿吨油当量, 进口占比高达97.8%, 自产能源仅占2.2%, 加上台湾孤悬大海, 能源仅能依赖海洋运输, 造成台湾能源价格居高不下。
据国际能源总署推估, 至2030年, 化石燃料仍然是主要的能源来源, 其中石油仍为主要的初级能源, 煤炭与天然气的需求量成长的主要原因是燃煤发电与燃气发电的增加。2009年英国石油公司统计资料显示, 以目前的开采速度估计, 石油尚有42年的可开采年限, 天然气尚有60.4年, 煤炭的可开采年限最长为122年, 因此在自然资源有限的情况下, 也让近年天然气及液化石油气价格走势逐年攀升。
相较于煤碳与石油, 天然气是属于低碳、清洁的能源, 并且在“地球暖化及气候变迁”全球议题下, 逐渐采取低污染化的能源政策, 扩大天然气这类低污染能源使用比例。2012年台湾天然气供给仅占岛内能源消费结构比例12.1%, 所以在推动天然气的扩大使用上存有相当大的空间。
气体燃料 篇4
在汽车的污染控制技术方面, 零排放是我们追求的理念。但囿于技术完善, 目前能做到的只能是科学选用最合适的新能源;而且只能“没有最好, 只有更好”。
LPG (液化石油气) 、CNG (压缩天然气) 和LNG (液化天然气) 都是目前正选用的汽油柴油替代能源。但“替代能源”和“清洁替代能源”是两个不同的概念。三种燃气中, CNG (压缩天然气) , LNG (液化天然气) 属于清洁替代能源;LPG只属于替代能源, 而不是清洁替代能源。LPG尽管已试用多年, 但目前尚没有专用配套发动机, 且燃气掺假容易, 不能保证质量而造成氮氧化物超标。CNG则受制于燃料瓶的容积而使续驶里程受限。LNG本身完善的生产工艺和生产设备使之基本无掺假的可能, 也有LNG专用发动机, 对LPG有着不可比拟的优势, 而对CNG则在车型适应性、燃料加注便利、安全性和营运成本上更具优势。
随着经济的发展, 汽车作为便捷的交通工具, 在人们的生产生活中起到越来越重要的作用。然而, 与之相伴的是严重的空气污染——珠三角一些城市环保部门统计显示, 机动车排放对城市污染“贡献率”达到50%以上, 部分甚至达到了污染物排放总量的70%。机动车一般排放20多种有害的化学物质, 包括碳氢化合物、一氧化碳、氮氧化物、碳粒, 而碳粒就含有造成阴霾天气的PM2.5。
为了代替污染严重的传统燃料汽油、柴油, 各国竞相研发新能源汽车。相比储能不足的蓄电池, 储运困难的氢和与民争粮的生物乙醇, 天然气以其运行成本低、技术成熟、安全可靠的特点, 成为当前最实用的汽车替代能源。据国际天然气汽车协会统计, 截止2010年12月。我国已有天然气汽车550000辆, 加气站2350座, 位居世界第六。
燃气汽车使用的燃料有三种形式:压缩天然气 (CNG) 、液化石油 (LPG) 和液化天然气 (LNG) 。目前, 我国各地在推广燃气汽车过程中处于各行其是的状态:广州使用LPG公交车和出租车, 重庆推广CNG汽车, 河北廊坊则将LNG公交车投入运营。笔者认为, 三种燃气分别割据一方的形势并不利于燃气汽车在全国推广。不同的燃气, 其发动机构造不同而不能相互通用;在每一加气站同时存储三种性能相近的燃气更会造成效率降低和成本上升。为了推动燃气汽车产业的进一步发展, 中国应当在目前起步阶段就立即确定一种燃气为全国通用的车用燃气。
从以上图1、图2可以看到, 我国CNG与LPG作为汽车燃料已经有相当成熟的应用, 不过, LNG作为后起之秀, 具有比CNG和LPG都能量密度大、安全、排放低的巨大优势, 是一种更具有发展潜力的汽车代用燃料。笔者认为, 在当前传统动力汽车尾气污染日益严重, 而太阳能电池成本高、电池蓄电量低、车用电机技术和充电基本设施不够完善、其它新能源汽车尚无法投入商业运营的情况下, LNG是最合适的汽车燃气, 应当确定LNG取代CNG与LPG, 成为与汽油、柴油地位相同的全国通用汽车燃料。为了说明问题, 下面在环保性、经济性、安全性和适用性上把LNG与CNG、LPG分别作对比分析。
1 LNG与CNG相比, 更加安全可靠, 营运成本低而且适用车型更广泛
1.1 环保性——两者均为清洁能源, 减少尾气污染效果明显且基本相同。LNG与CNG的主要成分均为甲烷, 进入发动机后燃烧情况和排气的组分是一样的。与使用汽油相比, 排放废气污染明显降低:一氧化碳减少97%, 碳氢化合物减少72%, 氮氧化物减少39%, 二氧化碳减少24%, 二氧化碳减少90%。
1.2 经济性——目前CNG价格为4.5元/公斤, LNG价格为5.5元/公斤 (各地价格略有不同) 。虽然LNG价格略高, 但L N G汽车成本与维护费用少, C N G加气工艺比LNG复杂, 生产设备多, 故占地面积较大, 一般LNG加气站用地约1000m2~1500m2, 而CNG加气站用地面积约为1000m2~3000m2;建站投资CNG加气站工艺较LNG复杂, 设备多。初步估算CNG加气标准站投资约600万元/座, LNG加气站投资约500万元/座 (使用进口设备) 。如果再考虑土地价格, 则CNG建站投资更高。
笔者认为, LNG和CNG是两种不同存在形式 (液化和压缩) 的燃气, 单纯对比价格有点不公平:LNG储配量较大, 故运输成本较高, 但保障能力强, 是大型工业用户的首要选择;LNG热值较高, 相比CNG高10%以上;LNG热值稳定而CNG比较波动;LNG组分变化也十分稳定, 不似目前的CNG变化较大。可见是工艺的复杂造成了LNG价格偏高。另外, 在营运成本、燃气发动机制造成本和整车性价比上, LNG都比CNG更具优势。
1.3 安全性——LNG气瓶破裂释放的能量更少。天然气属于易燃易爆气体, LNG和CNG气瓶爆炸分为化学爆炸和物理爆炸两方面。由于两者主要成分相同, 相同质量LNG和CNG释放的能量也相同。LNG以液体形式带压贮存于气瓶中, 物理爆炸所有具有的能量等于液体介质的作功能力, 可按下式计算: (计算式参照陈淑平, 刘志东, 刘振全, 车用燃料LNG及汽油的性能比较 (J) 真空与低温, 2002年12月8卷第4期:233~235页)
式中h1为贮存压力 (P1) 下饱和液体的比焓 (kJ/kg) , hO为环境压力 (PO) 下饱和液体的比焓 (kJ/kg) , s1为贮存压力下饱和液体的比熵 (kJ/kg·K) , So为环境压力饱和液体的比熵 (kJ/kg·K) , v1为贮存压力下饱和液体的比容 (m3/kg) , TO为环境压力下饱和液体的温度 (K) , m为LNG的质量 (kg) 。
如L N G气瓶的有效容积为6 0 L, 即m=2 5.5 6 k g, 安全装置设定的P1=0.9MPa, Po=0.1MPa, 查出有关数据并代入上式, 得EL=1.304MJ。
CNG物理爆炸的能量近似等于绝热膨胀所作的有用功, 可按下式计算:
式中P1为气瓶内天然的绝对压力 (M P a) , P0为环境压力, 可取P0=0.1MPa, V1气瓶容积 (m3) , k为绝热指数, 对于甲烷可取k=1.32。
对于1个60L, 盛装压力为25MPa的C N G气瓶, 其产生的物理爆炸的能量为Ec=3.085MJ, 2.5个60L的CNG气瓶 (25.56kg) 的物理爆炸能量为7.713MJ。可见在相同质量下, LNG的物理爆炸能量远比CNG小, 安全性高。
1.4 适用性——LNG气瓶体积小, 可用于多种车型, CNG只能用于客车。LNG的储存效率更高, 继航里程长。标准状态下的天然气液化后体积仅为原体积的1/625, 而压缩成25MPa的CNG体积为原来1/250, 因此LNG的能量密度是CNG的2.5倍。补充相同重量的燃料, LNG可以使用车辆获得较长的行驶里程。在汽车上装一个自重100多公斤的160升LNG储罐, 可行驶400多公里。
同时, 存储效率高也使LNG燃料箱的体积比CNG燃料箱小, 可以节省汽车空间, 扩大了LNG使用的范围。CNG由于燃料箱体积的限制, 一般只能在公共汽车上使用, 而LNG不仅可以用于公共汽车, 还可以用于工程车辆, 载重车和轿车。
目前已开发出天然气液化小型装置, 可以为不需要压缩机而利用天然气的压力来制冷, 集中压能转换成的冷能将部分天然气制成LNG, 供调峰和LNG汽车用, 余下部分低压天然气作城市民用燃料, 这样可减少一道补液氮的工序, LNG的生产成本可得到一定的降低。在气瓶方面, 由于LNG储存效率更高, 可以使用更少的气瓶, 节省可观的费用。
而在配套设施上, 如前述LNG加气站的建设、运营成本远低于CNG, 这对于全国能源建设来说是非常重要的。还有, CNG加气站上的主要设备, 橇装式压缩机站和售气机, 都是机电一体化设备。自动化程度高, 工作安全可靠。这类设备一般都没有设置手动操作系统, 一旦出现故障, 哪怕是很小的故障, 都可能引起系统的保护性自动停机, 而无法手动启动。只有熟练掌握这些设备的故障诊断和排除技术, 才能及时排故, 使设备恢复生产, 确保加气站的正常运营。这也促使CNG加气站保障成本的增加。
2 LNG与LPG相比, 环保优势明显;价格不单低而且更加安全环保
2.1 环保性——LNG的优势十分明显, 其中氮氧化物减排最为显著。
从表1可以看出:LPG汽车与汽油、柴油为燃料的传统汽车相比, 一氧化碳减少80%, 碳氢化合物减少63%, 二氧化碳减少15%, 氮氧化物增加30%, 减排效果确实不凡, 但与LNG相比, 就小巫见大巫了, 尤其是氮氧化物的排放反而有所增加, 这也是近来广州和北京相继停驶LPG公交车、出租车的重要原因。
对于今年春季全国众多城市出现时间持久的阴霾天气, 汽车尾排对PM2.5贡献度问题引起严重关注和热议。由于国标制定的滞后, 目前尚未见有关于LPG和LNG对PM2.5贡献度的准确数据, 但是, 在广州一些专家讨论会上, “LNG比LPG更清洁、更好”已是共识, 专家具体认为“在PM2.5的贡献度方面, 燃油最高, LPG次之, 而LNG最小, ”甚至对比了甲醇燃料和LNG, 认为“LNG非常好, 非常清洁”。
2.2 经济性——LNG价格低, 且纯度更高, 减少发动机损耗。
LPG成分较复杂, 主要为丙烷、正丁烷及异丁烷, 三者总比例一般为50%~60% (具体数值与石油气制取方式有关) , 伴有氢气和碳链长度1~5的多种烷烃、烯烷等组分。各组分的辛烷值不同, 不利于发动机压缩比等设计参数的确定, 与之相对应, LNG生产过程中先通净化处理几乎除掉了天然气中的全部杂质, 接下来的深冷净化处理又分离出不同沸点的重烃类和其他气体成分, 因此LNG的纯度很高, 甲烷含量达到97.5%~99.5%, 避免了乙烷, 丙烷等成分的爆燃对发动机部件造成的不良影响, 可以延长发动机寿命, 降低汽车维护成本。
目前, 广州市车用LPG价格为5.16元/升, 折合10.32元/公斤。这一价格是前文提到的LNG价格的将近2倍, 而且LPG的热值也低于LNG, 即提供相同的能量, 需要消耗更多的液化石油气。性价比低也是促使LPG退出广州市公交车燃气市场的另一个原因。
2.3 安全性——甲烷密度低易挥发, 达到爆炸极限可能性小。
汽车上使用的LPG钢瓶压力1.6MPa, LNG气瓶的压力只有0.9Mpa, 大约只有LPG气瓶的一半, 发生生物理爆炸的可能性更小。而且, LPG比空气重, 以往发生的泄漏事件表明都是燃气聚集于低洼处, 存在一定的爆炸危险性 (LPC的闪点为-74C, 爆炸极限5%~33%) ;而甲烷比空气轻, 发生泄漏时迅速向上扩散, 由于空气流动及车载燃料箱体积有限的原因, 不可能形成爆炸气云, (甲烷闪点-188°C, 爆炸极限5.3%~14.%) 。
综上所述, LNG相比LPG具有全面的优越性, 在汽车燃料领完全可以取代LPG。况且, 石油气在工业领域有广泛的用途, 是一种重要的化工原料, 作为燃料直接烧掉也是极大的浪费。因此, 以LNG作为统一的汽车燃料是可行的。
目前, LNG汽车在我国的发展还处于起步阶段。2008年, 我国LNG客车仅有50台, 没有LNG重卡:2009年LNG客车达250台, LNG重卡1000台:2010年LNG客车有2830台, LNG中卡车2952台, 而据预测, 今年LNG汽车总数将达4万辆以上, 这一规模与CNG, LPG汽车相比, 实在无不足道, 随着西气东输二期工程的完工和沿海各大港口LNG储备项目的上马, LNG作为非常有前途的汽车燃料。我国各地天然气供应将日益充足。在这一大好形势下, 我国应当大力加快LNG汽车产业化发展, 笔者希望:
1) 加大政策引导和资金支持:对购置LNG汽车的用户给予一定的补贴, 对于尚未到报废期而提前更新为LNG车辆给予补贴, 出台LNG汽车免费消费税, 购置税等最优惠的财激励政策, 通过减税或补贴的方式, 减低LNG的销售价格, 刺激用户使用LNG汽车。
2) 加大科普知识的宣传力度, 转变人们观念, 加深人们对清洁燃料汽车的了解, 增强人们的环保意识, 为清洁燃料汽车的推广打下坚实的群众基础。LNG作为最有前途的汽车其燃料, 也是当前最成熟、最可靠的汽车新能源之一, 它的大规模发展将为缓解我国能源压力, 改善空气状况和提高居民生活水平做出非常大的贡献。
3 结语
目前广州市的出租车和公交车, 几乎全部使用LPG作为燃料, 而很多营运公司修理厂技术负责人都认为:使用LPG作为汽车燃料的弊端问题越来越突出。另外, 随着中石化等大炼油厂综合利用水平的提高, LPG外供量越来越少, 这就使市场上LPG来源的渠道复杂多样, 有不法商乘机掺假, 质量难以保证, 造成汽车排放出现氮氧化物严重超标, 甚至碳氢化合物过度排放, 这是技术上无法解决的问题。因此, 呼吁推广使用更环保更安全成本更低的LNG燃料。
摘要：根据目前我国各地在推广燃气汽车过程中处于各行其是的状态, 笔者认为, 三种燃料分别割据一方的形势并不利于燃气汽车在全国推广。由于不同燃料的发动机构造不同而不能相互通用;在汽车加气站同时存储三种性能相近的燃料更会造成效率降低和成本上升。为了推进燃气汽车产业的进一步发展, 中国应当在目前起步阶段确定一种清洁燃料为全国通用的车用燃气。
关键词：LNG,环保性,经济性,安全性
参考文献
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