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清潔汽車燃料――LPG的應(yīng)用可能性及投資回收分析
進入21世紀，環(huán)境與發(fā)展問題受到國際社會的普遍關(guān)注，石油資源的日益短缺以及燃燒油品對環(huán)境造成的污染已成為許多國家調(diào)整能源政策的出發(fā)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(tǒng)分析了其應(yīng)用可能性，并對其進行了建設(shè)加氣站和汽車改造的投資回收分析。建議加大LPG開發(fā)力度，加快LPG應(yīng)用推廣進程。關(guān)鍵詞：液化石油氣 技術(shù)經(jīng)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(yōu)點，是一種性能優(yōu)良的汽車代用燃料。
1 LPG應(yīng)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(zhì)的比較情況。
表1 LPG與天然氣、汽油的物理性質(zhì)比較
性 質(zhì)
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?zhèn)鞑ニ俣?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(yōu)點：
（1）大幅度減少廢氣的排放，有利于環(huán)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(yīng)影響較大，需在內(nèi)燃機缸內(nèi)燒掉或選用新的催化劑加以處理。而LPG的蒸發(fā)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(nèi)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(jié)省，對不同車型燃料費節(jié)省不等，一般汽車燃用LPG比燃用汽油可節(jié)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(fā)動機的經(jīng)濟性。另外，天然氣的著火溫度為537 ℃，火焰?zhèn)鞑ニ俣嚷枰^高的點火能量，汽油的著火溫度為390~420 ℃，火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤烨艺T導(dǎo)期較短，抗爆性較差，而LPG介于兩者之間，只要適當(dāng)調(diào)整點火提前角，即可獲得較好的動力性和經(jīng)濟性[2]。
表2 LPG車與汽油車的燃料經(jīng)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(jié)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(fā)性好，在燃燒過程中不產(chǎn)生焦油、無積炭，且呈氣態(tài)，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(fā)動機運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪音小，因而發(fā)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(fā)動機的熱效率。
LPG辛烷值高達100~110，比優(yōu)質(zhì)汽油高8％~16%，故抗爆性能好，LPG進入空氣混合器之前為氣態(tài)，與空氣混合均勻，燃燒充分，由于LPG的辛烷值高，所以可適當(dāng)提高發(fā)動機的壓縮比，這對提高發(fā)動機的效率有明顯作用；而且LPG汽車發(fā)動機運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、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(yōu)于汽油的抗爆性，可用于高壓縮比的發(fā)動機，有利于提高發(fā)動機的效率[3]。
（5）低溫啟動性好。
實驗證明，在環(huán)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(shè)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(shè)有限流閥和緊急切斷閥，當(dāng)輸液管發(fā)生斷裂漏氣時，限流閥短時間內(nèi)自動切斷漏氣。發(fā)動機停止工作或發(fā)生意外時，緊急切斷閥立即關(guān)閉以切斷液化氣。蒸發(fā)器是全密封組件，當(dāng)汽車熄火、停車時，調(diào)壓閥自動關(guān)閉燃料的供給。車用LPG系統(tǒng)設(shè)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(nèi)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?zhèn)鞑ニ俣容^低且誘導(dǎo)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(jīng)濟正處于高速發(fā)展階段，交通運輸事業(yè)迅猛發(fā)展，汽車數(shù)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(chǎn)過程中副產(chǎn)品LPG作為汽車動力燃料調(diào)整了動力燃料能源結(jié)構(gòu)，既緩解了汽油供應(yīng)緊張的問題又滿足交通事業(yè)迅猛發(fā)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(fā)，沸點－162 ℃）是制約其發(fā)展的主要原因之一。而LPG可以液態(tài)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(tǒng)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(xiàn)在高出很多，因而在兼顧動力性和經(jīng)濟性的前提下，LPG汽車將得到率先發(fā)展。
2 建設(shè)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(shù)從投資年算起。投資回收期是反映項目財務(wù)上償還總投資的能力和資金周轉(zhuǎn)速度的綜合性指標(biāo)。一般情況下，這一指標(biāo)愈短愈好。當(dāng)項目投資回收期Pt不大于部門或行業(yè)的基準(zhǔn)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(shè)加氣站及改裝汽車投資回收期的估算方案比較。
表3 建設(shè)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(chǎn)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(yè)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(jié)省費/萬元·a－1
1.22
1.15
1.36
1.42
出租車燃料節(jié)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(guī)定部門和行業(yè)的基準(zhǔn)投資回收期，但有歷史統(tǒng)計數(shù)據(jù)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(shè)小型加氣站的方案1~4相比，方案5~8由于規(guī)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(shè)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(jié)約2萬~4萬元左右，改裝費用可以在1年內(nèi)收回，因此，LPG具有較好的經(jīng)濟性。
3 結(jié)論與建議
雖然LPG作為汽車燃料在技術(shù)上已日趨成熟，且具有良好的技術(shù)經(jīng)濟性，但在燃料標(biāo)準(zhǔn)、安全法規(guī)、燃料系統(tǒng)改造等方面還需要在推廣應(yīng)用過程中不斷修改與完善[5]，建議政府應(yīng)盡快推出相應(yīng)的優(yōu)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(yīng)用，改善人類賴以生存的空氣質(zhì)量。
參 考 文 獻
1 孫建成.液化石油氣汽車的應(yīng)用.汽車研究與開發(fā)，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(xué)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(yīng)用.汽車雜志，1996，（13）：9.
4 馬鳳娟.汽車代用燃料及應(yīng)用前景.上海環(huán)境科學(xué)，1998，17（12）：25.
5 上海市石油協(xié)會.車用燃氣與加氣站建議，中國石化出版社，2001
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