周保山

(晉城市煤氣開(kāi)發(fā)利用中心，山西晉城048000)

晉城市位于山西省東南部，境內(nèi)礦產(chǎn)資源豐富，沁水煤田盆地面積23 900 km2，煤碳資源量3 200億t，煤層氣儲(chǔ)量約6.5萬(wàn)億m3，占全國(guó)的近1/5，是全國(guó)目前煤層氣最具開(kāi)發(fā)前景的地區(qū)之一。

煤層氣(Coal Bed Methane，CBM)是煤層的伴生資源，是一種清潔能源，其氣體組分接近天然氣，甲烷體積分?jǐn)?shù)超過(guò)90%;井下抽放回收的煤層氣又叫做礦井瓦斯氣(Coal Mine Methane，CMM)，其甲烷含量約為35% ～60%，由于CMM氧含量較高，CMM的儲(chǔ)氣壓力不能過(guò)高，因此CMM不能作為汽車(chē)燃料用氣，作為汽車(chē)燃料主要是CBM。煤層氣不僅環(huán)境性能好，而且熱效率高。眾所周知，我國(guó)的能源結(jié)構(gòu)為富煤貧油(氣)，因此，煤層氣作為常規(guī)天然氣最現(xiàn)實(shí)可靠的補(bǔ)充或替代能源，發(fā)展煤層氣代替汽油或天然氣，具有劃時(shí)代的經(jīng)濟(jì)意義。

1 晉城地區(qū)煤層氣燃料汽車(chē)和加氣站的發(fā)展

近年來(lái)，隨著國(guó)際油價(jià)的不斷飆升，煤層氣的經(jīng)濟(jì)性能不斷凸顯。目前，晉城市使用煤層氣的汽車(chē)已逾2 000輛，市內(nèi)已建成并投入使用的加氣站8座，其中加氣母站一座，子站7座。目前，在晉城市內(nèi)，使用煤層氣的汽車(chē)主要是出租車(chē)、公交車(chē)和部分家庭轎車(chē)。煤層氣燃料汽車(chē)的發(fā)展，不僅減少了城市的空氣污染，而且使廣大用戶(hù)得到了實(shí)實(shí)在在的優(yōu)惠，隨著供氣系統(tǒng)的進(jìn)一步完善，煤層氣燃料汽車(chē)必將得到進(jìn)一步的發(fā)展。

2 煤層氣燃料汽車(chē)的優(yōu)勢(shì)

煤層氣與其它汽車(chē)燃料相比有著無(wú)法替代的優(yōu)勢(shì)。主要表現(xiàn)在以下6個(gè)方面。

(1)燃料價(jià)格便宜。按目前市場(chǎng)價(jià)格，93號(hào)汽油價(jià)格為7元/L，煤層氣價(jià)格為3.4元/m3，而每m3煤層氣動(dòng)力值相當(dāng)于1.13 L汽油。如一輛出租車(chē)每天汽油消耗為200元，用煤層氣只需86元;一輛公交車(chē)每天汽油費(fèi)為400元，用煤層氣只需172元。

(2)煤層氣燃料汽車(chē)排氣污染小。煤層氣是一種潔凈能源，主要成分是甲烷，燃燒后的主要生成物為CO2和水，其產(chǎn)生的溫室氣體量只有煤炭的1/2，石油的2/3，與燃油汽車(chē)相比，煤層氣燃料汽車(chē)尾氣的排放量中CO下降約90%，碳?xì)浠衔?CH)下降約80%，NOX下降約30%，SO2下降約20%，CO2下降約23%，微粒下降約40%，鉛化合物下降約100%，非甲烷烴類(lèi)可降低50%左右。綜上所述，煤層氣對(duì)環(huán)境造成的污染遠(yuǎn)小于石油和煤炭，已成為一種優(yōu)良的汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)綠色代用燃料。

(3)不積碳，車(chē)輛部件損耗小。用煤層氣作燃料，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪聲低，對(duì)機(jī)動(dòng)車(chē)潤(rùn)滑油的稀釋作用小，燃燒性能好，氣缸積碳少，不需經(jīng)常更換潤(rùn)滑油和火花塞，可延長(zhǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)使用壽命，汽車(chē)大修里程可提高20%，且煤層氣燃料汽車(chē)在冬季的起動(dòng)性能好。不需經(jīng)常更換機(jī)油和火花塞，可節(jié)約50%以上的維修費(fèi)用。

(4)安全可靠。煤層氣燃點(diǎn)高達(dá)650℃以上，比汽油、柴油和LPG(液化石油氣)的燃點(diǎn)高，不易點(diǎn)燃;煤層氣辛烷值高，達(dá)到了130(汽油的辛烷值低于100)，抗爆點(diǎn)火性能也高于汽油、柴油和LPG，所以比汽油、柴油和LPG更難點(diǎn)燃。另外煤層氣的爆炸極限僅為5% ～15%，標(biāo)況下的密度小于空氣，而LPG的爆炸極限為2.4% ～9.5%，氣化后密度大于空氣;汽油爆炸極限為1% ～7.6%;柴油爆炸極限為0.5% ～4.1%，它們都比空氣重，更易在空氣中形成聚集而發(fā)生爆炸?？梢?jiàn)，煤層氣燃料比LPG、汽油、柴油更安全。據(jù)資料介紹，在美國(guó)，天然氣燃料汽車(chē)發(fā)生的1 300多起碰撞事故中，天然系統(tǒng)均未引起爆炸或著火，車(chē)用儲(chǔ)氣瓶都經(jīng)過(guò)火燒、爆炸、墮落、槍擊等測(cè)試合格后方可使用。中外發(fā)展天然氣燃料汽車(chē)60年來(lái)，從未出現(xiàn)過(guò)因天然氣爆炸、燃燒而導(dǎo)致車(chē)輛事故，因此煤層氣燃料汽車(chē)安全性更高。

(5)車(chē)輛改裝簡(jiǎn)單。在保留原車(chē)供油系統(tǒng)的情況下，只需增加一套專(zhuān)用壓縮煤層氣裝置。目前，在晉城地區(qū)改裝一輛公交車(chē)約需8 000元，出租車(chē)約需3 000～4 000元，約200天可收回改裝成本。

3 煤層氣燃料汽車(chē)發(fā)展中存在的問(wèn)題

盡管使用煤層氣作為汽車(chē)動(dòng)力有很多優(yōu)勢(shì)，但是由于煤層氣的存儲(chǔ)條件及燃燒特性等方面與汽油相比有所不同，供氣體系不完善，因此煤層氣汽車(chē)的發(fā)展還存在如下一些問(wèn)題。

3.1 供氣體系不完善

晉城市區(qū)目前有8座加氣站，但周邊縣區(qū)、市加氣站很少，煤層氣汽車(chē)加一次氣只能行駛150 km左右，如果要到附近的長(zhǎng)治、鄭州、臨汾等地的話，當(dāng)氣用完了，就必須用油。煤層氣燃料汽車(chē)加氣站的布局不合理，導(dǎo)致煤層氣燃料車(chē)輛的續(xù)航能力差。周邊縣市即使有加氣站，也不給外地車(chē)加氣，原因是怕不安全，發(fā)生爆炸。要解決此問(wèn)題，筆者認(rèn)為國(guó)家應(yīng)出臺(tái)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，完善煤層氣(天然氣)加氣站的建設(shè)，只要煤層氣加氣站的密度達(dá)到一定水平，煤層氣燃料汽車(chē)的發(fā)展肯定會(huì)再上一個(gè)新的臺(tái)階。另外，建一座煤層氣(CNG)加氣站及配套設(shè)施約需500萬(wàn)元，這在一定程度上也影響了晉城市煤層氣燃料汽車(chē)的發(fā)展。

3.2 動(dòng)力性降低

在煤層氣汽車(chē)的內(nèi)燃?xì)膺\(yùn)行過(guò)程中，甲烷的含量控制在5%～16%爆炸極限之間，電子點(diǎn)火后，甲烷在氣缸內(nèi)充分爆炸做功，推動(dòng)活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn)。因此，燃用煤層氣與燃用汽油相比，混合氣的熱值低，煤層氣/空氣混合低熱值為3.36 MJ/m3，汽油/空氣混合氣低熱值為3.82 MJ/m3，進(jìn)氣(空氣)量少，分子變更系數(shù)小，動(dòng)力性約下降20%。如果匹配不良，動(dòng)力性會(huì)更加惡化。

3.3 汽車(chē)儲(chǔ)氣瓶占用空間較大

氣態(tài)煤層氣的能量密度比汽油小得多。1 m3標(biāo)準(zhǔn)狀況下的煤層氣壓縮后裝入20 MPa的儲(chǔ)氣瓶中，約占5 L容積，而與之等熱量的汽油(0.81 kg)只占1.1 L容積，煤層氣所占容積等于汽油的4.5倍(容積系數(shù)等于4.47)。要保證相同的行駛里程，煤層氣燃料汽車(chē)就要攜帶更大的儲(chǔ)氣瓶，但汽車(chē)上的空間是有限的，這在一定程度上也限制了煤層氣汽車(chē)的發(fā)展。

3.4 制造成本較高

煤層氣發(fā)動(dòng)機(jī)工作溫度較高，對(duì)零部件的制造工藝的要求也就相應(yīng)較高，與汽油車(chē)相比天然氣燃料汽車(chē)的制造成本要高13%左右。

4 晉城市煤層氣燃料汽車(chē)發(fā)展的對(duì)策

當(dāng)今及今后一段時(shí)間，煤層氣燃料汽車(chē)都將是晉城燃?xì)馊剂掀?chē)的重點(diǎn)發(fā)展方向，為了降低空氣污染，減少尾氣排放，發(fā)展煤層氣燃料汽車(chē)勢(shì)在必行，但同時(shí)發(fā)展煤層氣燃料汽車(chē)也有許多工作要做。

4.1 加快煤層氣加氣站的建設(shè)步伐

壓縮煤層氣的能量密度低，續(xù)航能力差，同時(shí)加氣站數(shù)量少，加氣時(shí)間長(zhǎng)，這是當(dāng)前煤層氣燃料汽車(chē)發(fā)展的主要障礙。因此，晉城必須加快CNG加氣站的建設(shè)步伐，政府應(yīng)從政策、規(guī)劃、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等方面給予支持、協(xié)調(diào)和配合，使晉城市的壓縮煤層氣加氣站盡快形成規(guī)模;同時(shí)，要在附近的幾個(gè)縣及主要干道上建設(shè)壓縮煤層氣加氣站，增加煤層氣燃料汽車(chē)的續(xù)航能力。

4.2 發(fā)展液化煤層氣燃料汽車(chē)

從氣體本質(zhì)上講，地面抽放煤層氣與天然氣無(wú)本質(zhì)區(qū)別，其甲烷含量都在90%以上，因此，天然氣能夠液化，煤層氣同樣可以液化。在這方面，晉城已走在了全國(guó)的前列。液化煤層氣是煤層氣的另一儲(chǔ)存方式，它是煤層氣經(jīng)凈化處理后低溫液化而成。目前，晉城已建成煤層氣液化項(xiàng)目2個(gè)，形成日液化能力100×104m3/d。煤層氣液化主要有以下一些優(yōu)點(diǎn):液化煤層氣是壓縮煤層氣能量密度的2.5倍，以相同容積儲(chǔ)罐計(jì)算，液化煤層氣燃料汽車(chē)的行駛里程將是壓縮煤層氣燃料汽車(chē)的2.5倍，達(dá)到400 km，這將大大刺激煤層氣燃料汽車(chē)的發(fā)展，到那時(shí)，限制煤層氣燃料汽車(chē)發(fā)展瓶頸將不復(fù)存在。

另外，液化煤層氣加氣機(jī)的充裝速度是壓縮煤層氣加氣機(jī)的5倍，并且由于液化煤層氣低溫，低質(zhì)儲(chǔ)存，工作壓力小于1.6 MPa，遠(yuǎn)低于壓縮煤層氣工作壓力，安全性能得到了極大改善。目前，制約液化煤層氣發(fā)展的是壓力控制和液化鋼瓶制造兩大問(wèn)題，隨著這些問(wèn)題的解決，晉城的煤層氣燃料汽車(chē)發(fā)展將會(huì)迎來(lái)新一輪的發(fā)展。

4.3 政府政策的支持

改裝的煤層氣燃料汽車(chē)，由于沒(méi)有相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，年檢時(shí)不得不卸下煤層氣裝置，審驗(yàn)后再重新裝上，給車(chē)主帶來(lái)很多不便;另外，晉城市的煤層氣燃料汽車(chē)到周邊縣(市)加不上氣，原因是怕不安全，發(fā)生爆炸。因此必須盡快制定并統(tǒng)一汽車(chē)使用煤層氣的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，因煤層氣汽車(chē)使用范圍逐漸擴(kuò)大，晉城市政府已經(jīng)安排質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督部門(mén)著手制定汽車(chē)使用煤層氣的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，并希望得到國(guó)家和省質(zhì)量監(jiān)督部門(mén)的支持。

5 結(jié)束語(yǔ)

目前晉城市煤層氣燃料汽車(chē)的發(fā)展已經(jīng)邁出了堅(jiān)實(shí)的一步，盡管在發(fā)展中還會(huì)遇到各種各樣的困難，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，發(fā)展煤層氣燃料汽車(chē)對(duì)減少城市污染，提高能源綜合利用水平都具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。因此，煤層氣燃料汽車(chē)的發(fā)展前景將是非常廣闊的。