气体燃料汽车的特点参考文本.docx

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气体燃料汽车的特点参考文本

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XX年XX月

气体燃料汽车的特点参考文本

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　　一、各种气体燃料在汽车上的应用分析

　　 目前所说的气体燃料按化学成分主要有H₂、CH₄～C₄H10、和CO。

按来源形式分氢气、天然气、液化石油气、煤气和沼气等。

汽车用燃料应具备以下主要条件：

①燃料的资源要极大丰富；②燃料的经济性要好；③燃料的携带要方便；④燃料燃烧后排气污染要小；⑤燃料的安全性。

　　表3-3是作者对上述气体燃料进行的对比分析结果。

其具体分析如下：

（1）资源从长远观点看，天然气、液化石油气、煤气都是可耗尽能源，氢气是由水制取并能实现能源形式的及时转化，因此可以说是取之不尽，用之不绝的；沼气则是由各种有机物中制取出来的，只要人类生存下去，其来源就不会断绝。

（2）经济性 这里的经济性包含两层含义，一是燃料本身的价格或生产成本，二是将其应用于汽车时所需设备的附加成本。

从生产成本上看，天然气最经济，液化石油气次之，沼气的制取需要大型设备，如果只从沼气生产角度看，其造价太高，但从城市和工业废物综合治理上看，这些投资才有价值。

氢气需利用电能制取，它实际上成为一种能量载体，它在燃烧时所释放的能量要由更多的电能转化而来。

因此，氢气只是未来其它能源形式消耗殆尽时的主要燃料。

从燃料的应用性看，由于液化石油气在低压常温下就可液化，其运输、存储、携带方便，因而经济性最好。

其它气体由于液化极困难，因此这方面的附加成本较高。

　　（3）携带性 由于汽车是移动式工作的，其燃料是否方便携带是很重要的。

除液化石油气可以液态携带较为方便外，天然气、沼气、煤气、氢气都很难液化，如以压缩气态存储，根据它们的标态体积热值可知在同样压力，同样容积下所能带的能量数额。

　　（4）排污 从汽车尾气排放来看，氢气燃烧后生成水，是最清洁的燃料。

天然气等由于是气态进入汽车发动机缸内，混合好，因此燃烧较完全。

　　（5）安全性 燃烧的安全性有几方面考虑，一是本身有无毒性，二是是否易形成可燃混合气，三是可燃混合气界限大小。

煤气主要成分CO，是有毒气体，同时与液化石油气一样密度比空气大、易沉积，不易逸走，因此一旦泄漏会在小范围内迅速形成可燃混合气，因而其安全性较差。

天然气，沼气、氢气均为无毒气体，密度较空气轻，只要不是封闭空间，泄漏的气体一出即散，很难形成可燃混合气。

从可燃混合气界限来看，氢气较大，因此天然气（甲烷）是最安全的气体燃料。

　　从上述分析可以看出，氢气从资源和排气污染上看，是最理想的，但由于其制取造价较高，储、运、带上技术水平要求高，因此在目前尚无法广泛应用于汽车，但在不远的将来，氢气会愈来愈发挥其重要作用。

煤气主要由煤炭和木柴制取，从目前资源来看，煤气仅城市居民使用尚有不足，因而无法做为保有量巨大的汽车燃料。

沼气从成分上看与天然气相近，尤其是在进行“洗气”之后，两者几乎相同。

但不同的是，沼气的生产成本高，经济性差。

近年来，随着城市化规模的不断扩大，城市垃圾、污水的处理成为共同的难题，目前国外最先进的垃圾处理技术就是采用厌氧降解方法，综合利用，变废为宝，这样制取沼气的费用才可能让人接受。

天然气的资源、经济性、排污、安全性等诸方面占有极大优势，因此目前是汽车的首选新燃料。

液化石油气尽管在资源上不如天然气丰富，安全性差，但由于它易于携带，与传统的液体燃料汽车更相近，因而得到了率先发展。

　　到目前为止，气体燃料应用于内燃机汽车上，主要是天然气和液化石油气，因此本书以后章、节主要介绍这两种燃料在汽车上的应用情况。

　　二、天然气、液化石油气汽车的优缺点

（1）可以替代十分短缺的汽、柴油，充分利用天然气资源 随着我国国民经济的飞速发展，汽车保有量急剧增长，1995年底我国拥有11OO万台汽车，年递增率12%，到20xx年将达到1500万辆；同时，我国的石油产量增长极少，产储量难有大的突破，1995年生产了1亿7千万吨，净进口3千万吨。

在此同时，我国天然气的产、储量发展较快（详见第二章），因此，大力发展天然气、液化石油气汽车是一条可行，也是必然之路。

（2）减少对大气的污染 汽车排出的废气是当今对大气环境，尤其是大城市里的空气污染的一种移动式污染源，在西方国塞占城市空气污染源总量的60%～70%，随着汽车数量的增加，这种污染危害已受到整个世界的重视。

先进国家均对汽车废气排放指标作了规定，汽车尾气中的CO、HC、NOx及粉尘中含铅物质能够阻碍人体内氧气和血红蛋白的结合，能致癌，对眼睛、咽喉有刺激，在空气中形成酸雾。

66～85号含铅汽油内四乙基铅含量达千分之一左右。

若有机动车9万辆的城市，年耗汽油25万吨左右，即有250kg四乙基铅被汽车排放到大气中漂浮，将严重危害人民的身体健康。

　　天然气和液化石油气在常温下为气态，以气态进入内燃机、燃料与空气同相，混合均匀，燃烧比较完全，可大幅度降低CO和HC的排放量，彻底改善微粒排放污染。

天然气和液化石油气经净化处理后，其有害物质和含量比液体燃料也要小得多，如S的含量可降到3×10-6（-6标在右上位置）（质量比）以下，远低于汽、柴油的0.1%～0.2%。

由于天然气和液化石油气火焰温度低，也会使NOx排放量减少。

此外以甲烷为主要成分的天然气是碳氢原子比最小的烃类化合物，以产生相同热量计算，甲烷产生的CO₂也可比汽、柴油降低15%以上，这对减小造成地球变暖的“温室效应”也是大有好处的。

　　（3）燃料经济性好 目前在全球范围内的油气差价是发展天然气汽车的效益基础，以我国目前油气价格计算，1kg汽油价格为2.8元以上，若天然气价格为0.70元/m³，算上压缩成本0.4元/m³，其经济效益是可观的。

　　（4）使用压缩天然气比汽油安全 汽油具有良好的挥发性，随着气温升高挥发性加强。

汽车燃料系统从构造上看并没有十分严密的封闭措施，尤其是在汽车加注汽油时，油箱附近空气中易形成可燃性混合气，加之汽油燃点在430℃以内，着火界限为1.3%～7.6%，遇微小火花极易着火，汽车经碰撞、翻覆或漏油后发生火灾是常见的事故。

而压缩天然气（CNG）在车辆上储存在经专门设计加工、高强度的气瓶内，传输和加注均是在严格封闭的管道内进行，气瓶不易破坏，管路不会泄露，既使有泄漏现象发生，由于天然气比空气轻，在空气中遇微风而被驱散，加上天然气燃点高（537℃以上），着火界限为5%～15%，不易形成可燃性混合气，所以汽车用天然气不易产生火灾事故，比用汽油更安全。

　　（5）使用性能好 以天然气和液化石油气为燃料的发动机，冷起动性能好，运转平稳，不含汽、柴油中存在的胶质，因而在燃烧中不会产生如汽、柴油燃料中胶质产生的积炭，同样由于其S含量和机械杂质均远低于汽、柴油，对气缸、活塞、活塞环、气门等零部件的危害较小。

气体燃料不会对机油产生稀释，因此发动机寿命长，汽车大修里程可提高20%以上。

不用经常注入机油和更换火花塞，比使用常规燃料节约50%以上的维修费用。

　　 （6）天然气有较好的抗爆性 天然气辛烷值高，约为130，液化石油气的辛烷值也在100左右，高级汽油的辛烷值在96左右，所以天然气和液化石油气不需要添加剂或加铅抗爆剂等。

当天然气应用于汽油机，可适当增大发动机压缩比和点火提前角，以提高发动机性能。

　　（7）天然气的携带性 差液化石油气在较低压力下（690kPa）就可以完全液化，因此它几乎和汽柴油同样便于车辆携带。

但是天然气却极难液化，常温下无论如何加压也不会液化，只有采用先进的膨胀制冷过程将其冷却N-162℃才能液化，而这要求有较高的技术，无论是液化设备还是车上储罐，造价都会较高。

目前广泛采用的压缩天然气均采用高压（20～25MPa）存储在高压气瓶内，这些气瓶导致汽车自莺加大，空间减小，同时限制了汽车的续驶里程。

　　（8）由于气体燃料本身是气态，当采用缸外预混合方式时，就会占据部分进入气缸的空气量，充气系数比使用液体燃料大约低10%左右，同时，气体燃料的理论混合气热值也较低，与同排量的汽油机相比，使用天然气或液化石油气将使发动机功率有所下降。

　　（9）若气体燃料以双燃料和两用燃料并存（即在原有汽、柴油机基础上改装，原汽、柴油供给系统不变）形式应用于汽车，则需要增加天然气或液化石油气的储、供气系统，使整车成本提高约15%左右。

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