清洁汽车燃料――LPG的应用可能性及投资回收分析
关键词：液化石油气 技术经济 清洁燃料 汽车尾气
液化石油气（Liquefied Petroleum Gas ，简称LPG）是以三个或四个碳原子的烃类（如丙烷、丙烯、丁烷、丁烯）为主的混合物，常温常压下是无毒、无色、无味的气体，具有辛烷值高、抗爆性能好、热值高、储运压力低等优点，是一种性能优良的汽车代用燃料。
1 LPG应用可能性分析
表1列出了LPG与天然气、汽油的一些物理性质的比较情况。
表1 LPG与天然气、汽油的物理性质比较
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性 质 |
液化石油气 |
天然气（甲烷） |
汽油（90#） | |
|
丙烷 |
丁烷 | |||
|
H/C原子比 |
2.67 |
2.50 |
4 |
2～2.30 |
| 沸点/℃ | -42.1 | -0.5 | -161.5 | 30～90 |
|
热值/MJ·kg-1 |
45.77 |
46.39 |
50.05 |
43.90 |
|
辛烷值 |
111.5 |
95 |
130 |
92 |
|
着火温度（常压下）/℃ |
466 |
430 |
537 |
390～420 |
|
火焰传播速度/cm·s-1 |
38 |
37 |
33.8 |
39～47 |
|
火焰温度/℃ |
1970 |
1975 |
1918 |
2197 |
由表1可以看出，与汽油和压缩天然气（CNG）相比，使用LPG作为汽车燃料有许多优点：
（1）大幅度减少废气的排放，有利于环境保护。
LPG和CNG是比汽油更“清洁”的燃料，但天然气中未燃烧的甲烷等成分对大气温室效应影响较大，需在内燃机缸内烧掉或选用新的催化剂加以处理。而LPG的蒸发温度低，雾化性能好，更易于与空气混合，且LPG的燃烧速度比汽油快8%~21%，即LPG能在与汽油相同的燃烧时间内燃烧得更充分，因此LPG汽车排气中的CO、HC、NOx等有害成分大为减少，没有黑烟和积炭。
（2）大幅度降低汽车的燃料费用。
LPG的热值比汽油高约4%~5%，且从理论空燃比看，一定量的空气匹配的LPG比汽油燃料消耗少约6%[1]，所以燃用LPG的燃料费用比燃用汽油要节省，对不同车型燃料费节省不等，一般汽车燃用LPG比燃用汽油可节省燃料费用5.0元/100 km（如表2所示）。天然气的热值略高于汽油，但理论混合气的热值要比汽油低，随着甲烷含量的增加，天然气的热值有所降低，因此，采用LPG作为车用燃料，可提高发动机的经济性。另外，天然气的着火温度为537 ℃，火焰传播速度慢，需要较高的点火能量，汽油的着火温度为390~420 ℃，火焰传播速度快且诱导期较短，抗爆性较差，而LPG介于两者之间，只要适当调整点火提前角，即可获得较好的动力性和经济性[2]。
表2 LPG车与汽油车的燃料经济性比较
|
燃料 |
2001年10月市场零售价 |
燃料消耗/L |
燃料消耗费用/元 |
节省燃料费/元 | |
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元·t－1 |
元·L－1 | ||||
|
汽油 |
3866.9 |
2.71 |
9.225 |
25.00 |
- |
|
LPG |
3272.7 |
1.80 |
11.099 |
19.98 |
5.02 |
注：燃料消耗及费用都是以100 km计。
（3）延长汽车使用寿命。
汽车使用汽油作为燃料稀释了运动部件的润滑油，运动部件润滑情况变差，加快了零部件的磨损。LPG主要成分是丙烷、丙烯、丁烷、丁烯等化合物，沸点低，挥发性好，在燃烧过程中不产生焦油、无积炭，且呈气态，润滑油不会被稀释，更换时间为汽油车的3倍左右，且LPG汽车发动机运转平稳，噪音小，因而发动机耐用，使用寿命为汽油车的3倍[1]。
（4）改善汽车性能，提高发动机的热效率。
LPG辛烷值高达100~110，比优质汽油高8％~16%，故抗爆性能好，LPG进入空气混合器之前为气态，与空气混合均匀，燃烧充分，由于LPG的辛烷值高，所以可适当提高发动机的压缩比，这对提高发动机的效率有明显作用；而且LPG汽车发动机运转平稳、低速性能比汽油车好，尤其适用于车辆拥挤、人口密集的大城市使用。天然气的主要成分是甲烷，甲烷的研究法辛烷值为130，具有高的抗震性能，两者均优于汽油的抗爆性，可用于高压缩比的发动机，有利于提高发动机的效率[3]。
（5）低温启动性好。
实验证明，在环境温度－30 ℃时，LPG汽车无须采取特别措施仍可顺利启动。
（6）安全性能可靠。
由汽油车改装成的LPG汽车的钢瓶上设有安全阀，其开启压力为2.55 MPa，压力过大时它自动开启放散。钢瓶上还设有限流阀和紧急切断阀，当输液管发生断裂漏气时，限流阀短时间内自动切断漏气。发动机停止工作或发生意外时，紧急切断阀立即关闭以切断液化气。蒸发器是全密封组件，当汽车熄火、停车时，调压阀自动关闭燃料的供给。车用LPG系统设有安全保护装置，不易泄露，LPG的比重是0.54，即使稍有泄露，在极短的时间内空气含量很难达到1.7%~9.7%的爆炸极限，而且自燃温度为458~481 ℃，比汽油的220~260 ℃高，火焰传播速度较低且诱导期较长，即使因意外事故碰撞亦不会爆炸燃烧。
（7）缓解我国汽车燃料短缺的供需矛盾。
我国经济正处于高速发展阶段，交通运输事业迅猛发展，汽车数量以100万辆/年的速度递增，对汽油资源需求量大幅度增加，以石化生产过程中副产品LPG作为汽车动力燃料调整了动力燃料能源结构，既缓解了汽油供应紧张的问题又满足交通事业迅猛发展的需要。
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