清潔汽車燃料――LPG的應用可能性及投資回收分析

清潔汽車燃料――LPG的應用可能性及投資回收分析

 進入21世紀，環境與發展問題受到國際社會的普遍關注，石油資源的日益短缺以及燃燒油品對環境造成的污染已成為許多國家調整能源政策的出發點，不少國家將液化石油氣作為未來汽車的代用燃料。以清潔汽車燃料棗LPG為背景，系統分析了其應用可能性，并對其進行了建設加氣站和汽車改造的投資回收分析。建議加大LPG開發力度，加快LPG應用推廣進程。

    關鍵詞：液化石油氣 技術經濟 清潔燃料 汽車尾氣

    液化石油氣（Liquefied Petroleum Gas ，簡稱LPG）是以三個或四個碳原子的烴類（如丙烷、丙烯、丁烷、丁烯）為主的混合物，常溫常壓下是無毒、無色、無味的氣體，具有辛烷值高、抗爆性能好、熱值高、儲運壓力低等優點，是一種性能優良的汽車代用燃料。

1 LPG應用可能性分析

    表1列出了LPG與天然氣、汽油的一些物理性質的比較情況。

表1 LPG與天然氣、汽油的物理性質比較

性 質

液化石油氣

天然氣（甲烷）

汽油（90^#）

丙烷

丁烷

H/C原子比

2.67

2.50

4

2～2.30

沸點/℃ -42.1 -0.5 -161.5 30～90

熱值/MJ·kg^-1

45.77

46.39

50.05

43.90

辛烷值

111.5

95

130

92

著火溫度（常壓下）/℃

466

430

537

390～420

火焰傳播速度/cm·s^-1

38

37

33.8

39～47

火焰溫度/℃

1970

1975

1918

2197

    由表1可以看出，與汽油和壓縮天然氣（CNG）相比，使用LPG作為汽車燃料有許多優點：

    （1）大幅度減少廢氣的排放，有利于環境保護。

    LPG和CNG是比汽油更“清潔”的燃料，但天然氣中未燃燒的甲烷等成分對大氣溫室效應影響較大，需在內燃機缸內燒掉或選用新的催化劑加以處理。而LPG的蒸發溫度低，霧化性能好，更易于與空氣混合，且LPG的燃燒速度比汽油快8%~21%，即LPG能在與汽油相同的燃燒時間內燃燒得更充分，因此LPG汽車排氣中的CO、HC、NOx等有害成分大為減少，沒有黑煙和積炭。

    （2）大幅度降低汽車的燃料費用。

    LPG的熱值比汽油高約4%~5%，且從理論空燃比看，一定量的空氣匹配的LPG比汽油燃料消耗少約6%^[1]，所以燃用LPG的燃料費用比燃用汽油要節省，對不同車型燃料費節省不等，一般汽車燃用LPG比燃用汽油可節省燃料費用5.0元/100 km（如表2所示）。天然氣的熱值略高于汽油，但理論混合氣的熱值要比汽油低，隨著甲烷含量的增加，天然氣的熱值有所降低，因此，采用LPG作為車用燃料，可提高發動機的經濟性。另外，天然氣的著火溫度為537 ℃，火焰傳播速度慢，需要較高的點火能量，汽油的著火溫度為390~420 ℃，火焰傳播速度快且誘導期較短，抗爆性較差，而LPG介于兩者之間，只要適當調整點火提前角，即可獲得較好的動力性和經濟性^[2]。

表2 LPG車與汽油車的燃料經濟性比較

燃料

2001年10月市場零售價

燃料消耗/L

燃料消耗費用/元

節省燃料費/元

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：燃料消耗及費用都是以100 km計。

    （3）延長汽車使用壽命。

    汽車使用汽油作為燃料稀釋了運動部件的潤滑油，運動部件潤滑情況變差，加快了零部件的磨損。LPG主要成分是丙烷、丙烯、丁烷、丁烯等化合物，沸點低，揮發性好，在燃燒過程中不產生焦油、無積炭，且呈氣態，潤滑油不會被稀釋，更換時間為汽油車的3倍左右，且LPG汽車發動機運轉平穩，噪音小，因而發動機耐用，使用壽命為汽油車的3倍^[1]。

    （4）改善汽車性能，提高發動機的熱效率。

    LPG辛烷值高達100~110，比優質汽油高8％~16%，故抗爆性能好，LPG進入空氣混合器之前為氣態，與空氣混合均勻，燃燒充分，由于LPG的辛烷值高，所以可適當提高發動機的壓縮比，這對提高發動機的效率有明顯作用；而且LPG汽車發動機運轉平穩、低速性能比汽油車好，尤其適用于車輛擁擠、人口密集的大城市使用。天然氣的主要成分是甲烷，甲烷的研究法辛烷值為130，具有高的抗震性能，兩者均優于汽油的抗爆性，可用于高壓縮比的發動機，有利于提高發動機的效率^[3]。

    （5）低溫啟動性好。

    實驗證明，在環境溫度－30 ℃時，LPG汽車無須采取特別措施仍可順利啟動。

    （6）安全性能可靠。

    由汽油車改裝成的LPG汽車的鋼瓶上設有安全閥，其開啟壓力為2.55 MPa，壓力過大時它自動開啟放散。鋼瓶上還設有限流閥和緊急切斷閥，當輸液管發生斷裂漏氣時，限流閥短時間內自動切斷漏氣。發動機停止工作或發生意外時，緊急切斷閥立即關閉以切斷液化氣。蒸發器是全密封組件，當汽車熄火、停車時，調壓閥自動關閉燃料的供給。車用LPG系統設有安全保護裝置，不易泄露，LPG的比重是0.54，即使稍有泄露，在極短的時間內空氣含量很難達到1.7%~9.7%的爆炸極限，而且自燃溫度為458~481 ℃，比汽油的220~260 ℃高，火焰傳播速度較低且誘導期較長，即使因意外事故碰撞亦不會爆炸燃燒。

    （7）緩解我國汽車燃料短缺的供需矛盾。

    我國經濟正處于高速發展階段，交通運輸事業迅猛發展，汽車數量以100萬輛/年的速度遞增，對汽油資源需求量大幅度增加，以石化生產過程中副產品LPG作為汽車動力燃料調整了動力燃料能源結構，既緩解了汽油供應緊張的問題又滿足交通事業迅猛發展的需要。

    （8）易于壓縮，攜帶方便。

    壓縮天然氣制造成本相對較高，其儲存容器的絕熱性（甲烷易蒸發，沸點－162 ℃）是制約其發展的主要原因之一。而LPG可以液態攜帶，較為方便^[4]。

    LPG盡管在資源上不如天然氣豐富，安全性也稍遜于天然氣，但由于它易于攜帶，與傳統的液體燃料汽車更相通，而且將來隨著燃油稅的出臺，零售汽油的“含稅價”會比現在高出很多，因而在兼顧動力性和經濟性的前提下，LPG汽車將得到率先發展。

2 建設加氣站及汽車改造投資回收估算

    投資回收期是指以項目的凈收益償還總投資所需的時間，一般以年為單位，開始年數從投資年算起。投資回收期是反映項目財務上償還總投資的能力和資金周轉速度的綜合性指標。一般情況下，這一指標愈短愈好。當項目投資回收期Pt不大于部門或行業的基準投資回收期Pc，就認為是可以接受的。表3和表4示出了幾種建設加氣站及改裝汽車投資回收期的估算方案比較。

表3 建設加氣站投資估算

項目

方案1

方案2

方案3

方案4

方案5

方案6

方案7

方案8

總投資/萬元

160

160

160

160

310

310

310

310

總成本/萬元

536

536

536

536

436

436

436

436

LPG購銷價格差/元·t^－1

300

400

500

600

500

600

900

1000

總銷售額/萬元·a^－1

565.75

584

602.25

620.5

529.25

547.5

602.25

520.5

稅后利潤/萬元·a^－1

17.65

28.5

39.25

50.1

39.35

50.1

82.55

93.4

投資回收期/年

9.3

5.9

4.3

3.4

8.1

6.4

4.0

3.6

         注：① 總投資=固定資產投資+流動資金；總成本=工資支出+管理費用+原料費用；LPG購銷價格差=LPG銷售價格-LPG購進價格；總銷售額=LPG銷售價格×銷量；稅后利潤=銷售收入-營業稅-所得稅；投資回收期=總投資/稅后利潤。

                ② 方案1～4代表小型加氣站在不同LPG購銷價格的情況，方案5～8代表大型加氣站在不同LPG購銷價格差的情況。

表4 改裝汽車投資回收期估算

項 目

情況1

情況2

情況3

情況4

每輛公共汽車改裝LPG費/萬元

1

1

1

1

每輛出租車改裝LPG費/萬元

0.5

0.5

0.5

0.5

燃料費用差/元·L^－1

0.8

0.9

1.0

1.1

公共汽車燃料節省費/萬元·a^－1

1.22

1.15

1.36

1.42

出租車燃料節省費/萬元·a^－1

0.64

0.74

0.84

0.88

公共汽車投資回收期/年

0.82

0.87

0.74

0.70

出租車投資回收期/年

0.78

0.68

0.60

0.57

    我國目前尚未規定部門和行業的基準投資回收期，但有歷史統計數據可參考，汽車項目的投資回收期為4年。從表3可以看出，與投資建設小型加氣站的方案1~4相比，方案5~8由于規模較大，LPG采購價格大幅度降低，減少了加氣站的總成本，在不同的LPG購銷價格差的情況下，分別投資建設小型和大型加氣站的方案4和方案8的投資回收期小于Pc，認為此兩項方案是可以接受的。同時，從表4可以看出以LPG為汽車燃料，每輛車年節約2萬~4萬元左右，改裝費用可以在1年內收回，因此，LPG具有較好的經濟性。

3 結論與建議

    雖然LPG作為汽車燃料在技術上已日趨成熟，且具有良好的技術經濟性，但在燃料標準、安全法規、燃料系統改造等方面還需要在推廣應用過程中不斷修改與完善^[5]，建議政府應盡快推出相應的優惠政策（包括在LPG的價格、稅收等方面），鼓勵人們使用綠色燃料，加快LPG的推廣和應用，改善人類賴以生存的空氣質量。

參   考   文    獻

1 孫建成.液化石油氣汽車的應用.汽車研究與開發，1997，（6）：33.

2 孫濟美主編.天然氣和液化石油氣汽車[M]，北京：北京理工大學出版社，1999：16～17.

3 鄭嘉陵，周勝黎，解厚淮.車用液化石油氣的應用.汽車雜志，1996，（13）：9.

4 馬鳳娟.汽車代用燃料及應用前景.上海環境科學，1998，17（12）：25.

5 上海市石油協會.車用燃氣與加氣站建議，中國石化出版社，2001

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