压缩天然气(Compressed Natural Gas,简称CNG)是将天然气加压并以气态储存在容器中。它与管道天然气的组分相同,主要成分为甲烷。使用压缩天然气具有成本低,效益高,无污染,安全便捷等特点,在天然气长输管道尚未敷设的区域,以压缩天然气作气源较易实现城镇气化,可节省大量建设投资;同时,它还是一种理想的车用替代能源,使用压缩天然气可以解决城镇交通拥挤引起的汽车尾气排放总量超标,以减轻城区大气环境污染的压力;在天然气资源蕴藏丰富且价格低廉的情况下,越来越多的城市开始使用压缩天然气汽车。
1.CNG概述
压缩天然气技术经数十年发展已日趋成熟。压缩天然气的供应是以符合现行国家标准的天然气为气源,在环境温度-40至50℃时,经加压站净化、脱水、压缩升压至不大于25MPa之后,充装给气瓶转运车送至城市布点的CNG汽车加气站或城市燃气公司的CNG供应站(储配站或减压站),作为汽车发动机燃料或居民、商业、工业、企业生活和生产用燃料。
2.CNG加气站
CNG加气站是压缩天然气供应链条的核心环节。CNG加气站由将天然气引入站内的管道和脱硫、脱水、调压、计量、压缩、贮存、加气等主要生产工艺系统及循环冷却水、废润滑油回收、冷凝处理、供电、供水等辅助生产工艺系统组成。CNG加气站按功能可分为以下几种类型:
加气总站 加气总站的天然气来自天然气长输管线和城镇燃气干线,因此加气总站一般建在以上管线附近。加气总站将压缩天然气充装至高压气瓶,通过运瓶汽车送至城镇卸气储配站供居民、商业与工业用户使用,或送至压缩天然气汽车加气站供燃气汽车使用,也可直接给燃气汽车加气。
汽车加气站 为燃气汽车加气而不为运瓶汽车加气的充气站称为燃气汽车加气站。燃气汽车加气站分为由城镇燃气管道供气的加气站和由车载高压气瓶供气的加气站。
汽车加气加油合建站 燃气汽车加气站与汽车加油站合建一处,称为加气加油合建站,既可为汽车充装汽油、柴油,又可为燃气汽车充装液化石油气或压缩天然气的场所。
天然气预处理系统 进入加气站的天然气在压缩前或压缩后必须经过净化和干燥处理,要经过脱硫、脱烃和脱水等过程。脱硫是指脱除天然气中的硫化氢等酸性气体,以防止设备管线腐蚀和钢质气瓶发生“氢脆现象”。脱烃是指脱除天然气中的轻烃,以防止发动机点火燃烧不正常。脱水是指脱除天然气中的水分,以防止CNG在减压膨胀降温过程中供气出现冰堵(天然气水合物)。
天然气压缩系统 天然气压缩系统主要由进气缓冲罐、压缩机主机、润滑系统、冷却系统等部分组成。压缩机主机最为重要,它是加气站的“心脏”,其性能好坏直接影响加气站运行的可靠性和经济性。CNG加气站一般采用排气压力高、排量小的往复式压缩机。
天然气储存系统 为避免压缩机频繁启动和在不需要进行充气时提供气源,CNG加气站需设有储气装置。通常加气站采用分级储存方式,将储气瓶组分为高压、中压、低压瓶组,由控制盘对其充气和取气过程进行自动控制。
售气系统 售气系统用以给CNG汽车添加高压天然气。它由质量流量计、电脑控制售气装置和压缩天然气气路系统组成。能显示出售气单价、累计金额和售气总量。
控制系统 控制系统的功能是控制加气站设备的正常运转和对有关设备的运行参数进行监控,并在设备发生故障时自动报警或停机。目前,加气设备的控制系统多采用可编程逻辑控制器,这种方式可靠性高,能实现设备的全自动操作,减轻操作工的劳动强度。
3.CNG发展趋势
各国政府积极采取措施鼓励生态环境友好型燃料的应用。例如,欧盟正推出更加严格的新一代尾气排放标准(2009年实施的“欧5”标准),并计划对汽车二氧化碳的排放实施更严格的限制。在亚洲,印度和巴基斯坦已经在某些局部地区对所有公共交通工具强制实行了替代燃料的改装,这两个国家与伊朗预计将成为CNG销售增长最为强劲的国家。随着阿根廷和巴西成为全球CNG设备的最大消费国,拉美各国也正朝着大规模使用CNG汽车的方向发展。2006年,印度和伊朗CNG设备的销售占全球销售的20%。来自其它生态环境友好型替代燃料(诸如乙醇与生物燃料)的竞争对CNG市场的发展构成了挑战,缺乏分销与补给等基础设施及客户尚未充分认识到替代燃料的好处,都是阻碍CNG市场发展的因素。
我国的CNG汽车和加气站具有广阔的发展前景,首先汽车保有量的飞速增长、石油资源和环保的严峻形势,决定了发展天然气汽车成为解决能源问题和环境问题的重要途径。其次,“十二五”期间,新型清洁能源汽车已被列入国家发展规划,国家将继续组织实施各种清洁能源汽车的重大科技项目,重点支持包括天然气汽车在内的整车、零部件等的关键技术,将进一步促进天然气汽车的发展。此外,我国天然气资源大规模开发及管道建设步伐加快,使发展CNG和加气站成为可能。西气东输、陕京二线等一大批输气管道及沿线城市燃气管道相继建成,我国大规模利用天然气的基础设施逐步完善,天然气加气站也将逐渐形成网络,为发展CNG汽车提供了稳定的气源保证。