增濕天然氣用作天然氣汽車(chē)燃料的探討

天然氣工亞1999年7月濕天惠氣用作天熟氣邊車(chē)的記唐曉東西南石油學(xué)院化學(xué)工程系)(四川石油管理局川中石油天然氣勘探開(kāi)發(fā)公司)磨曉東等增濕天然氣用作天然氣汽車(chē)燃料的探討,天然氣工業(yè),1999;19(4):84~87要天然氣汽車(chē)(NGV)存在動(dòng)力性下降、續駛行程短和壓縮天然氣(CNG)加氣站投資大等技術(shù)經(jīng)濟題,這是由天然氣燃料特性所決定的。增濕天然氣(wNG)作為NG燃料,恢復NGⅤ動(dòng)力性,已得到實(shí)驗驗證。wNG技術(shù)的基本原理是采用低辛烷值的液體燃料澀夭然氣,提升天然氣的熱值,調整天然氣的辛烷值與發(fā)動(dòng)機壓縮比匹配,從而恢復NGV動(dòng)力性,廷長(cháng)續駛行程,降低加氣蛄總授資。該技術(shù)的關(guān)鍵是提高天然氣中重烴含量和保持WNG組成恒定。提出了采用低辛烷值的輕油和直餾汽油增澀天然氣作為車(chē)用燃料的觀(guān)點(diǎn);經(jīng)過(guò)對WNG技術(shù)的可行性和技木分析以及wNG燃料性對NGV性能彩響的計算表明:wNG不僅優(yōu)于CNG,使NGV的動(dòng)力性得到部分恢復,續駛行桯大幅度提高、加氣站數量和總投資大大降低;兩且為輕油和直餾汽油開(kāi)辟了一個(gè)新的應領(lǐng)域主題詞天然氣汽車(chē)燃料增濕可行性研究性能分析自本世紀30年代意大利率先采用天然氣作為烷值與發(fā)動(dòng)機的低壓縮比不匹配,不能最大限度發(fā)汽車(chē)燃料以來(lái),NGV已經(jīng)歷了60余年的發(fā)展,人類(lèi)揮天然氣的高辛烷值優(yōu)勢。同時(shí),天然氣以純氣態(tài)已達成天然氣是安全、清潔和經(jīng)濟的汽車(chē)代用燃料進(jìn)入發(fā)動(dòng)機燃燒室,體積約占混合氣的10%(而汽油的共識,現在國內外都在竟相發(fā)展NGV,但其技術(shù)不超過(guò)2%),使實(shí)際進(jìn)氣量減少,造成動(dòng)力性的必然進(jìn)步與推廣應用還遠不能滿(mǎn)足人類(lèi)的需求。實(shí)驗研損失這是純氣態(tài)燃料本身所固有的缺點(diǎn)。此外,究、行車(chē)試驗和理論計算均表明,NGV還存在動(dòng)力天然氣難以壓縮,CNG的能量?jì)Υ婷芏?單位MJ/性下降、一次充氣行駛距離短和加氣站投資大等技L)僅為汽油的22%,在常溫、20MPa下使用7個(gè)國術(shù)經(jīng)濟問(wèn)題(-3)。就其原因,這些都是由天然氣燃產(chǎn)鋼瓶或5個(gè)進(jìn)口鋼瓶(分別約重500kg、300kg)儲料特性所決定的氣量?jì)H約60m3,汽車(chē)行駛不超過(guò)250km,嚴重影響天然氣是一種高辛烷值的氣體燃料,辛烷值約了汽車(chē)的續駛行程,使加氣站的建站間距不得超過(guò)為115-130,抗爆震能力強,宜使用壓縮比(e)為12250km,加大了加氣站的總投資。針對NGV存的汽油發(fā)動(dòng)機。而國產(chǎn)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機c多為6.0~7.3在的技術(shù)經(jīng)濟問(wèn)題,人們一直在尋求解決辦法。提(使用70號汽油),最高達8~9(適使用研究法辛出了以凝析油戊烷為溶劑儲存天然氣并已開(kāi)發(fā)出烷值RON為90~95號汽油)。顯然,天然氣的高辛LPG為溶劑儲存天然氣的近臨界流體儲氣技術(shù),可車(chē)是有條件的。若設想上述城市的公共汽車(chē)優(yōu)先考(7):1097~1103慮ANG作燃料,其環(huán)境效益、社會(huì )效益和經(jīng)濟效益2 Sircar. Golden T C, Rao M B. Activated carbon for gas sep將是顯著(zhù)的。作者衷心希望我國的ANG技術(shù)能盡 ration and storage. Carbon1986:4():1-12快取得突破,為我國的天然氣汽車(chē)產(chǎn)業(yè)化作出貢獻。3 Orhan Talu. An overview of adsorption storage of naturalgas. Fundamentals of Adsorption, Proc. 4th Int. Conf.otFundamentals of adsorption, Kyoto, May, 1992: 17-221 Quinn D F et al. Natural gas storage, Carbon, 1992, 30(收稿日期1998-03-30編輯王瑞蘭κ唐曉東,1963年生,講師;1985年西南石油學(xué)院應用化學(xué)專(zhuān)業(yè)畢業(yè),1995年獲該院化工頑士學(xué)位;主要從事石油天然氣加工專(zhuān)業(yè)的教學(xué)和科研工作,已發(fā)表論文28篇。地址:(637001)四川省南充市。電話(huà):(0817)2601016轉3079。中國煤化工CNMHG第19卷第4期天然氣工豐變壓縮比技術(shù),以及缸內和缸外氣體燃料噴射供氣合,形成組成恒定的WNG燃料。WNG的組成由技術(shù)等-”)。但是,這些技術(shù)只能部分地解決 NGV CNG與液烴辛烷值、發(fā)動(dòng)機ε所要求的辛烷值確的技術(shù)問(wèn)題。為此,筆者提出應用WNG技術(shù)解決定。與CNG相比較,wNG的熱值大為提高,辛烷值NGV存在的技術(shù)經(jīng)濟問(wèn)題的觀(guān)點(diǎn)8。下面就該技可以調整到與發(fā)動(dòng)機ε相匹配。因此,wNG能夠提術(shù)的可行性、基本原理和技術(shù)思路,以及WNG燃料高NGⅤ的動(dòng)力性,增加續駛行程,延長(cháng)加氣站的站性質(zhì)對NGV性能的影響進(jìn)行探討。間距離,降低加氣站投資,從而改善NGV的技術(shù)經(jīng)濟性能?？尚行苑治鯳NG技術(shù)的關(guān)鍵在于怎樣提高天然氣中重烴由純烴物質(zhì)的辛烷值表1可以看出,碳氫化合含量和如何保證WNG組成不變。因此,在實(shí)施過(guò)物的辛烷值與分子量?jì)魺嶂稻赡孀冴P(guān)系。這預程中既要考慮天然氣與液烴的控制,以及二者之間示可通過(guò)改變天然氣組成提高其重烴含量,增加燃的合理匹配,又要處理好WNG、汽油與空氣之間的料熱值,降低燃料辛烷值,適應改裝NGv發(fā)動(dòng)機e,合理匹配這需要做大量的試驗研究工作。顯然,來(lái)解決NGV存在的技術(shù)經(jīng)濟問(wèn)題。此觀(guān)點(diǎn)已得到NGV采用wNG技術(shù)后將攜帶天然氣、液烴和汽實(shí)驗驗證(6。例如,近臨界流體戊烷儲存天然氣,油三種燃料增加了燃料的復雜性甲烷氣化夾帶戊烷形成的燃料氣中戊烷含量已達到NGV使用wNG作燃料的技術(shù)路線(xiàn)有兩種。9.4摩爾百分數能量?jì)Υ婷芏容^CNG提高約1.9是利用現有的雙燃料供給系統,增加一個(gè)液烴箱倍,而正、異新戊烷RON分別比甲烷低45.8、17,2和一套專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)的電控系統(由電控天然氣一空氣和27.3,混合氣的辛烷值肯定較純甲烷的低。在混合系統、電控液烴噴射系統和液烴一汽油轉換開(kāi)EQ6100汽油機上燃用LPG輔以汽油增濕(加濃)的關(guān)等組成)7。這種電控系統可以根據發(fā)動(dòng)機轉試驗結果也表明,發(fā)動(dòng)機在高轉速區域工作時(shí)功率速、負荷排氣溫度、混合氣中甲烷濃度和廢氣含氧完全得到恢復低轉速區域工作時(shí)功率則高于原機。量等參數的變化,及時(shí)改變天然氣混入量和噴液烴由此,應用wNG技術(shù)改善NGV性能完全可能。量,以保證燃氣組成恒定,并實(shí)施不同工況下的最佳空燃比控制。工作時(shí),天然氣與空氣在混合器中進(jìn)表1miC1-C的辛烷值嗎行第一次混合,然后進(jìn)入化油器與從汽油噴嘴噴出化合物分手置命當值字值的液烴進(jìn)行第二次混合,形成的均勻混合氣最后進(jìn)名稱(chēng)入發(fā)動(dòng)機,整個(gè)過(guò)程由電控系統控制。當液烴一汽油轉換開(kāi)關(guān)置于汽油通路時(shí),切斷液烴通道并關(guān)閉乙烷3060.395107.1CNG截止閥,發(fā)動(dòng)機恢復汽油工作狀態(tài)。二是利用正丙烷4086.456105797.1構丁烷5811.3849390.1發(fā)動(dòng)機循環(huán)冷卻水(100℃)或氣缸排氣(300℃烷戊烷72138.38061.761.9500℃),使液烴加熱氣化,采用比例調節器使之與天烴|己烷|8616424.8然氣混合形成組成恒定的燃料氣,然后進(jìn)入混合器庚烷100190.3980與空氣均勻混合經(jīng)化油器喉管進(jìn)入發(fā)動(dòng)機即可8烷14216.37419異丁烷8112.031101.197WNG燃料特性對NGV性能異戊烷238.04492.390.3新皮烷72137.465855802影響的探討烷異己烷86164.07573473.5911.燃料特性異庚烷100190.09942246分別采用輕油(C5)、直餾汽油增濕天然氣,形114215.73221.723.8成的WNG燃料依次以WNG1、WNG2表示,CNG按甲烷計算。三種基礎燃料的基本性能參數見(jiàn)表2?；驹砑凹夹g(shù)思路應用文獻[1]給出的公式分別計算出的CNG、wNG1、WNG2和汽油(RON93-97)的燃燒特性參將低辛烷值的液烴燃料(簡(jiǎn)稱(chēng)液烴)如輕油、直數見(jiàn)中國煤化工餾汽油在WNG餾汽油與經(jīng)逐級減壓而來(lái)的天然氣按一定比例混中的CNMH GNG1和WNG2天然氣工業(yè)表2基礎燃料的基本性能參數的平均分子量依次增大,RON調和到93~94,要求組成平均辛烷值低熱值從12下降到8~9(與RON93~95號汽油相當)。與基礎燃料形態(tài)c%)H%)分子RON(M/ka)CNG相比較低熱值下降理想混合氣熱值上升;分CNG氣態(tài)75.025.016107.547.51子變更系數增加,意味著(zhù)wNG燃燒時(shí)氣缸壓力上輕油液態(tài)83516.56.560|431升比CNG快在汽油機(類(lèi)似于定容循環(huán))中氣缸壓直餾汽油液態(tài)8514.5146543.93力得到額外增加這對恢復發(fā)動(dòng)機動(dòng)力有利?？偟谋?CNG、WNG和汽油的燃燒特性參數燃料組成平均辛烷值類(lèi)別液烴要求低熱值「理想混和氣熱值「空燃比「分子變更分子量RON(M/kg)(M/m3)(kg/kg)系數07.5123.20334.151.03394.88~944.813.3781556193~953.73814.961.0581):分子變更系數是指燃料燃燒后生成的摩爾數與反應物的摩爾數之比來(lái)看,采用wNG技術(shù)后,天然氣與液烴燃料的性質(zhì)變5wNG的技術(shù)經(jīng)濟評價(jià)得到了互補,從而達到提高NGV動(dòng)力性、增加一次燃料10k氣耗變次氣加神量駛行程充氣行駛距離的目的。類(lèi)別厭然氣燃油費用然氣燃油2對NGV性能的影響(m3)(kg)(元)(m3)(kg)應用文獻(1,12,13給出的公式和數據,分別就CNG25.037.562.5WNGl和wNG2兩種燃料對NGV性能的影響進(jìn)行wNc8412431.262.5改裝NGv的發(fā)動(dòng)機扭矩氣缸充氣效率和發(fā)動(dòng)機輸6714.2|35.662.5132.593了計算見(jiàn)表4。計算結果表明,使用WNG燃料時(shí),出功率均得到不同程度的恢復,直餾汽油的效果較):CNG輕油(G)直餾汽油和93-97號汽油售價(jià)分別按1.50元輕油的效果好一些。/m31.50元/kg、1.80元/kg和3.00元/kg計算;2);汽油箱體積和汽油密度分別按150L0.715g/L計算喪4WNG對NGV性能的影響到700~900km,或孤立加氣站的輻射半經(jīng)從125燃料類(lèi)別發(fā)動(dòng)機扭矩|氣缸充氣效率發(fā)動(dòng)機輸出功率km達到350-450km(考慮汽車(chē)往返距離)覆蓋面CNG90~96積增加7.84~12.96倍,大大減少了加氣站的數量WNGH95~97和投資。以改裝NGV2000輛為例,單車(chē)按年均行WNG297-9896-9892-93駛300d日均行程200km計算。使用CNG時(shí),年汽油耗氣量約0.3×105m3,需建設加氣站20座,總投資約6000萬(wàn)元;若使用WNG技術(shù),分別采用wNG3wNG技術(shù)的經(jīng)濟評價(jià)和WNG2作燃料時(shí)年油、氣消耗分別為0.1008NGⅴ分別燃用CNG、WNGI、wNG2和93~95105m3+1.488×10t輕油、0.0804×103m3+1.704號汽油的技術(shù)經(jīng)濟對比見(jiàn)表5。表中數據表明,X10‘直餾汽油;只需建設7座或6座加氣站,在考NGⅴ的100km油氣消耗費用以汽油最高、CNG次慮增加的液烴儲罐和加油機設備投資后,加氣站(可之、WNG最少(其中WNG1較wNG2還少);與稱(chēng)為WNG站可同時(shí)向NGV充裝CNG和液烴)總CNG比較,NGⅴ在一次充氣量相同情況下,多攜帶投資僅為2450萬(wàn)元或2118萬(wàn)元,分別只有原來(lái)的923kg輕油或132.5kg直餾氣油時(shí),一次充氣續40.8%和353%。駛行程分別增加了1.976倍、2732倍,甚至大大超前述分析還可以看出NGV采用WNG技術(shù)過(guò)了汽油燃料的續駛行程。因此,WNG作為NGV后,中國煤化工因此,該技術(shù)實(shí)燃料時(shí)可使CNG加氣站的建站距離從250km增加為CNMH輕油和直餾汽第19卷第4期天囂氣工業(yè)油辛烷值的技術(shù)手段。顯然,WNG技術(shù)的開(kāi)發(fā),能辛烷值,為二者開(kāi)辟了一個(gè)新的應用域。夠為國內各油氣田生產(chǎn)的大量輕油以及小煉油廠(chǎng)生(5)建議國內有關(guān)部門(mén)組織技術(shù)力量盡快開(kāi)發(fā)產(chǎn)的直餾汽油開(kāi)辟一個(gè)新的應用領(lǐng)域。尤其是那些WNG技術(shù)。分布在油田內部及周邊地區的小煉油廠(chǎng),它們既無(wú)深加工手段,又不允許繼續沿用加鉛方法提升汽油參考文獻辛烷值,生產(chǎn)的直餾汽油最適宜作wNG的原料。1劉有平等天然氣燃料特性對CNG汽車(chē)動(dòng)力性能的影綜上所述,wNG用作NGV燃料,不僅能夠使響石油機械199812(4NcV動(dòng)力性得到部分恢復,一次充氣行程大大增加2李水昌,天然氣汽車(chē)動(dòng)力性汽車(chē)雜9013)以及加氣站數量和投資遠遠低于CNG加氣站;而且3邊暱璋等論天然氣汽車(chē)的若干技術(shù)問(wèn)題汽車(chē)雜志能夠為輕油、直餾汽油開(kāi)辟一個(gè)新的應用領(lǐng)域,具有1996;(1)4徐文淵.液化天然氣、壓縮天然氣的生產(chǎn)和應用.天然氣定的社會(huì )效益和經(jīng)濟效益。建議國內有關(guān)部門(mén)組工業(yè),1993;13(3)織力量盡早開(kāi)發(fā)WNG技術(shù)5孫濟美等壓縮天然氣和液化石油氣發(fā)動(dòng)機電控噴氣技結論術(shù)研究天然氣工業(yè),1998;18(2)6唐曉東.天然氣汽車(chē)的儲氣技術(shù).石油與天然氣化工(1)NGV存在動(dòng)力性下降、續駛行程短和加氣1997;26(4)站投資大等技術(shù)經(jīng)濟問(wèn)題,是由天然氣燃料特性所7孫濟美等氣體燃料汽車(chē)的電控噴射技術(shù)國外石油機決定的。械,1998;9(3)(2)wNG用作NG燃料已得到實(shí)驗驗證。其8唐曉東提高天然氣汽車(chē)動(dòng)力性的途徑石油與天然氣化基本原理是釆用低辛烷值的液烴增濕天然氣,提升工,1998;27(4)后者的熱值,將天然氣的辛烷值調整到與發(fā)動(dòng)機9候芙生主編.煉油工程師手冊.北京:石油工業(yè)出版社相匹配,改善NGV的技術(shù)經(jīng)濟性能;技術(shù)的關(guān)鍵是0何渝生等汽車(chē)電子技術(shù)及控制系統.北京:國防工業(yè)出提高天然氣中重烴含量和保持WNG組成恒定版社,1997(3)輕油、直餾汽油增濕天然氣形成的WNG111A.H高爾鐵等汽車(chē)拖拉機發(fā)動(dòng)機計算,北京:機工業(yè)和WNG2兩種燃料的燃料特性、燃燒性能均優(yōu)于出版社,1985CNG;尤其是使NGV的續駛行程數倍于CNG,乃至12蔣興閣等譯汽車(chē)發(fā)動(dòng)機.北京:人民交通出版社,1985超過(guò)了汽油燃料,使加氣站的建站數量和投資大大13西安交通大學(xué)內燃機教研室內燃機原理北京:中國農低于CNG加氣站。業(yè)機械出版社,19814)WNG技術(shù)大幅度提高了輕油和直餾汽油的(收稿日期1998-09-23編輯王瑞蘭)重慶市重視推廣CNG汽車(chē)最近,重慶市政府副秘書(shū)長(cháng)、市CNG汽車(chē)領(lǐng)導小組副組長(cháng)吳連帆主持召開(kāi)了“重慶市天然氣汽車(chē)推廣應用領(lǐng)導小組第四次聯(lián)席會(huì )”,確定了1999年推廣應用CNG汽車(chē)的工作思路1.建站以油氣兩用站合建為主2.改車(chē)時(shí),大客車(chē)、中巴車(chē)、出租車(chē)同時(shí)進(jìn)行。政府釆取強有力的行政措施,劃定城區一定區域,非CNG汽車(chē)不能營(yíng)運同時(shí),還將規劃開(kāi)辟幾條專(zhuān)用CNG汽車(chē)公交線(xiàn)路,營(yíng)運權實(shí)行招標。3改車(chē)、建站設備以重慶生產(chǎn)的為主,促進(jìn)重慶市CNG汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。4產(chǎn)業(yè)發(fā)展上CNG汽車(chē)相關(guān)產(chǎn)品生產(chǎn)項日一律按市級新產(chǎn)品對待,享受有關(guān)新產(chǎn)品優(yōu)惠政策5建立CNG汽車(chē)推廣應用和產(chǎn)業(yè)發(fā)展基金?；饋?lái)源由政府拿出-部分引導資金燃油汽車(chē)尾氣超標罰款共同組成6組織有關(guān)院所、企業(yè)進(jìn)一步加大技術(shù)開(kāi)發(fā)和攻關(guān)力度解決產(chǎn)品存在的不足和缺陷,提高產(chǎn)品的檔次和質(zhì)量7加大招商引資力度,吸引國內、國外企業(yè)前來(lái)重慶投資建站、改車(chē)和參與天然氣汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展中國煤化工操清摘CNMHG87