气体燃料的应用及优劣分析

2025-09-29 理论教育版权反馈

【摘要】：目前，内燃机中使用的气体燃料有液化石油气和天然气两种。对于汽车用LPG，将其加压转换为液态后填充到燃料箱中。把石油气体丙烷和丁烷加压转换为液态的原因是，把体积压缩成250：1，以增大能量密度。因此，汽车用LPG在夏季使用100%丁烷，冬季使用丁烷和丙烷的混合气。但是，因其密度小，理论混合气的发热量低于汽油，约为汽油的90%，并且因在常温下为气体状态，需要配备高压燃料箱。

目前，内燃机中使用的气体燃料有液化石油气和天然气两种。

表4-5 柴油燃料用添加剂的类型

1.液化石油气

LPG是液化石油气的缩写词，其成分主要是正丁烷（n-C₄H₁₀）和丙烷（C₃H₃），使用在家庭、商业和汽车上。在液化石油气的安全管理和事业法律上定义为，把“以丙烷、丁烷为主要成分的气体进行液化的产品（包括气化的）”称为液化石油气。

LPG有两种：一种是与天然气一起生产的；另一种是在石油精制工艺中提炼的。石油精制工艺中提炼的LPG是在石油馏分中最轻最先生产的，主要以丙烷、丁烷、丙烯、丁烯等成分为主。在常压状态下为气态，加压处理容易转换为液态。对于汽车用LPG，将其加压转换为液态后填充到燃料箱中。把石油气体丙烷和丁烷加压转换为液态的原因是，把体积压缩成250：1，以增大能量密度。

汽车用LP气体为丁烷或丁烷与丙烷的混合气体。在欧洲，LPG多使用在运输用燃料，因此还称为汽车气体。此类气体无色无味。为了当气体泄漏时人能闻出，在法律上规定，必须添加约0.1%的出味添加剂。丙烷和丁烷的物理化学特性见表4-6。丙烷和丁烷的主要差异为沸点不同。丙烷的沸点为-42℃，但丁烷的沸点为-0.5℃。在寒冷的冬季，丙烷很容易气化，但丁烷在低温状态下不容易气化。因此，汽车用LPG在夏季使用100%丁烷，冬季使用丁烷和丙烷的混合气。

表4-6 丙烷和丁烷的物理化学特性(https://www.chuimin.cn)

2.天然气

天然气随产地的不同其组成成分有所差异，但其主要成分为甲烷（CH₄）。天然气与石油对比，其可采埋藏量多，分布非常广，且比石油或煤炭一氧化碳的排放量少，非常清洁，因此其使用量逐步增加。

汽车所使用的天然气为气体状态，在燃料箱中能填充的燃料量少，因此把天然气以高压（200kgf/cm²）进行压缩，并填充到高压燃料箱中使用。把高压压缩的天然气称为压缩天然气（CNG）。因此，天然气汽车（NGV）与柴油汽车相比，具有颗粒物质等有害物排放量少的优点，但因燃料装载量受到限制，行驶距离短，尤其是仅能在具备高压气体相关基础设施完备的城市中使用，所以此类汽车在使用上具有一定的局限性。

天然气的辛烷值高，约为120，并且单位质量发热量大，以及每单位发热量的二氧化碳（CO₂）排放量明显低于石油或煤炭，尤其是氮氧化物（NO_x）、炭烟、颗粒性物质（PM）的排放量明显减少，以此可以对应大城市环境保护和地球温室化问题等方面的规定，因此作为汽车用燃料正受到广泛的关注。但是，因其密度小，理论混合气的发热量低于汽油，约为汽油的90%，并且因在常温下为气体状态，需要配备高压燃料箱。表4-7所示为天然气与汽油、柴油的物理性质比较。

表4-7 天然气、汽油、柴油的物理性质比较

气体燃料的应用及优劣分析

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