液化天然气汽车(LNGV)是新一代的天然气汽车， 以液化天然气（LNG） 为燃料，低压深冷液体储存， 在继承压缩天然气汽车（CNGV ）优点的同时又克服了其先天不足，成为天然气汽车的发展方向。国外自上世纪60 年代开始研制LNG—燃油双燃料汽车，伴随着世界范围内LNG 工业的规模化发展和推广速度的加快，美国、加拿大、德国、日本等国家开始重视LNGV 的研究，20 世纪90 年代初已开始小规模推广。其中美国到2001 年底已有2100 辆LNGV 和45 座LNG 车用加气站在运行。

我国于20 世纪90 年代初曾进行过LNG—汽油双燃料汽车的研制试验工作，但由于当时国内LNG 工业没有发展起来，加之技术和资金的因素， 故未能推广和发展。河南中原绿能高科有限责任公司依托自有日产15×10⁴m³ 的LNG 工厂，致力于LNG 汽车技术的开发应用， 和北京市公交总公司合作完成了我国第一个车用LNG 项目。于2002 年12 月建成我国第一座车用LNG 加气站， 同时开发生产了11 米LNG 单机公交车和14 米LNG 通道公交车两种车型，目前已有11 台车辆投入运行，累计总行程达70×10⁴ km。北京LNGV 项目的成功实施， 示范性地证明了LNG 用作车用燃料具有安全、高效、经济、环保优势，LNGV 与CNGV 相比更具先进性，也预示了LNGV 在我国发展的广阔前景。

一、LNG 用作车用燃料的优势

1.LNG 的理化特性

LNG 是天然气的液态存在形式。当天然气在一个大气压下冷却至约－162 ℃ 时， 将由气态转变成液态。LNG 无色、无味、无毒且无腐蚀性， 其常见物性参数见表1。

表1 LNG 常见物性参数表

在不同饱和压力下，LNG 的饱和温度、密度和汽化潜热均有所变化。随着饱和压力的升高，LNG 的饱和温度随之升高，密度和汽化潜热随之降低。

在液化过程中， 原料气需要脱除二氧化碳、硫化物、水和重烃，LNG 的主要成分为甲烷，和少量的乙烷、丙烷和丁烷，几乎不含重烃和CO2、N2 和H2O 等。因此，LNG 比CNG 和管道天然气的组分更纯净， 甲烷含量最高可达99%以上，其燃烧效率更高、燃烧产物更纯净。由于甲烷的H:C 值在所有烃类最高， 为4:1 ，从某种意义上说，LNG 也是一种氢燃料。表2 为中原油田LNG 工厂LNG 产品组分。

2.LNG 作为车用燃料的优势

LNGV 在兼备CNGV 的特点外，更具安全、高效、环保、经济等多方面的优势。LNG 的燃点为650 ℃（液态的还是气态的），比汽、柴油的燃点高；LNG 的爆炸极限为5%～15%，－106.7 ℃以上的LNG 蒸气比空气轻，稍有泄露立即挥发飞散，

作者简介：王旭辉， 32 岁，工程师；1993 年7 月毕业于大庆石油学院化工机械专业，现任北京LNG 科技示范站站长。地址：（457001） 河南省濮阳市大庆路312 号。电话：（010）82849120，13911285729 。E-mail: lng_station@163.com

很难形成遇火燃烧爆炸的浓度。因此，无论LNG， 还是它的蒸气都不会在一个不封闭的环境下爆炸。LNG 的储存压力小于1.6 MPa ，远低于CNG 的储存压力，避免了CNG 因采用高压容器带来的潜在危险， 同时也大大减轻了容器自身的重量。天然气低温液化后，其密度为标准状态下的600 多倍，体积能量密度约为汽油的72%，而为CNG 的2～3 倍，因而同等燃料体积下LNGV 的续驶里程是CNGV 的2～3 倍，与汽油车相当。天然气液化前必须经过严格的预净化，因而LNG 中的杂质含量远低于CNG， 这为汽车尾气排放满足更加严格的标准（如欧洲的“欧Ⅱ” 甚至“ 欧Ⅲ”标准） 创造了有利条件。LNG 以液态储存输送，摆脱了天然气管网的束缚，LNG 加气站具有储存效率高、充装速度快、设备简单、占地面积小、噪音小、便于建站布点等特点。

二、车用LNG 技术

LNGV 一般分为3 种形式：即以LNG 为燃料的纯LNG 汽车，LNG 与柴油混合使用的双燃料汽车，LNG 与汽油替换使用的两用燃料汽车。这3 种LNG 汽车的燃气系统基本相同，将LNG 储存在车用LNG 储罐内，通过汽化装置变成气体供发动机燃烧。

LNG 用作车用燃料，长期困绕的2 个技术问题是如何解决压力控制和液体输送。LNG 储存过程中压力持续升高将导致过度排放，容器内LNG 的组分也会逐渐变重，继而影响发动机的性能和寿命。围绕这两个问题的解决，可以将车用LNG 技术分成两种：过冷工艺和饱和工艺。

1. 饱和工艺车用LNG 技术如图1 所示为饱和工艺车用LNG 技术路线图。

图1 饱和工艺车用LNG 技术路线示意图

LNG 工厂生产的LNG（ 压力为25 psi，1 Pa=20.8854 ×10^－3 psi） 经槽车运输到LNG 加气站，调压后（压力为110 psi ）通过LNG 泵和单软管充装系统将LNG 充入LNG 车用储罐内，通过经济阀控制车用储罐的供液压力，依靠自身压力输送LNG 至发动机系统。在给车用LNG 储罐充装过程中，新鲜的LNG 饱和液体喷淋到车用储罐的气相空间，将蒸气冷却进而成为液体。因此无需对LNG 气体放空或通过第二条软管回收到加气站的储罐内。当车用罐内压力上升到工作压力时， 充装过程结束。

2.过冷工艺车用LNG 技术

图2 所示为过冷工艺车用LNG 技术路线图。LNG 工厂生产的LNG （压力为25 psi） 经槽车运输到LNG 加气站，卸入站内储罐内（压力50 psi）

， 经LNG 泵和双软管充装系统充入车用储罐内。为了达到发动机系统所需输送压力（70～150 psi），需要增加增压系统。一般有两种方案：采用一套自增压系统或选用一台适合车用的LNG 泵。在充装过程中，需要通过第2 条软管对LNG 蒸汽回收。对回收的LNG 蒸汽也有一般有两种处理方法：一是再加热至常温进入城市燃气管网， 二是增加一套再液化系统， 重新液化。

图2 过冷工艺车用LNG 技术路线示意图

3.两种工艺技术对比

LNG 技术， 车用储罐内所存为低饱和压力的过冷LNG， 同等容积所携带的燃料量大，LNGV 的续驶里程远。所采用的车用储罐的绝热性能更为优越， LNG 储存时间相对要长^①，一般可达7 d 以上。从车用储罐流出的流体为单相的LNG 液体，组分相对稳定，对发动机工况较为友善。但是售气机采用

①LNG 储存时间系指LNGV 正常停驶后，车用储罐压力缓慢上升到安全阀打开排放少量气体的时间。

双软管充装系统，充装过程中需要对LNG 蒸气回收， 要求加气站增加一套再液化设备或者将气体排入城市燃气管网。另一方面， 此种工艺的车用供气系统， 需要增设增压系统， 使系统更为复杂，经济性能变差。对于饱和工艺车用LNG 技术，加注到车用储罐内的LNG 为饱和液体，液体密度小于过冷LNG 的密度，单位容积下携带的燃料略少。在加气站完成卸车操作后，需要增加调压操作，对LNG 的状态参数进行调整，以满足LNGV 的使用要求。售气机采用单软管充装系统， 充装过程中对车用LNG 储罐内的LNG 蒸气存在冷却冷凝过程， 无须放空加注。这种工艺技术的最新发展是加气站将调压罐和储存罐合二为一， 减少了设备投资。同时，加气站每天的加注量达到一定数量后， 可以实现储存过程的零放空，大大减少了LNG 损失量。此种工艺所采用的车用储罐，其绝热性能稍差，LNG 储存时间一般短于7 d 。车用LNG 供气系统采用一个经济阀来自动控制车用储罐的压力， 无须增加液体增压设备，当储罐压力高于经济阀的设定值时， 经济阀打开，LNG 蒸气优先输出； 当储罐压力低于设定值时，经济阀关闭，只有LNG 饱和液体流出。

目前，饱和工艺车用LNG 技术因其工艺简单、可靠、操作方便， 经济性能优于过冷工艺车用LNG 技术得到了更快的推广应用。

三、北京LNGV 项目

中原石油勘局天然气应用技术开发处在进行中原油田LNG 工厂建设的同时，从1997 年开始积极研究和开发车用LNG 应用技术，2002 年底与北京市公交总公司合作在北京完成了我国第一个LNGV 科技示范项目。北京LNGV 项目包括1 座日加气量为1.2×10⁴m³ 的LNG 加气站，和组建1 支LNG 公交车队。

北京LNGV 项目采用饱和工艺车用LNG 技术。加气站主要工艺设备包括1 座50 m³ LNG 储罐、1 台LNG 泵、1 台LNG 售气机、2 台调压汽化器。除售气机外， 其他设备均位于设备区内。控制系统采用PLC 控制，所有自动阀选用风开式气动阀。设有由ESD 和火焰探测器、气体探测器组成的安全系统。售气机采用孔板计量，计量精度可达±1.5%， 单软管加注，Parker 型LNG 加气枪。加注系统设有双重拉断保护装置，在车辆误启动拉断加气软管的情况下，可自动切断LNG 充装过程， 避免LNG 大量泄露。加气站共有3 种操作模式，即卸车模式、调压模式和加气模式。卸车和调压时间小于4 h， 单车加气时间小于5 min 。采用零放散设计，LNG 的储存耗损基本为零。

北京LNGV 项目现有2 款11 辆LNG 公交车， 分别是10 辆11 m 长LNG 单机车和1 辆14 m 长LNG 通道车。所有LNG 公交车均选用410 L 车用LNG 储罐，可有效储存LNG 240 m³。车用储罐采用高真空多层缠绕绝热结构， 设有两道安全阀，主安全阀的设定压力为230 psi，辅助安全阀的设定压力为350 psi 。由经济阀和减压阀组成压力控制系统，并实现燃料的可靠稳定输送。LNG 经一个汽化器汽化后进入发动机，汽化器的热源取自发动机的冷却水。采用康明斯天然气单一燃料发动机。

截至2004 年8 月11 日，上述加气站已安全试运行600 d ，未出现一次安全故障，完成加注LNG152.259 t，LNG 公交车总里程已达70×10⁴ km。根据车辆发动机不同，LNG 公交车的续驶里程在500～600 km ，每2 d 充装一次LNG^①。实际运行的结果表明，单车每次加气量为180～220 m， 充装时间小于5 min ，若只计算从启动加气按钮到自动识满停止的加气时间， 则小于3 min 钟。目前， 北京公交使用的CNG 公交车单车储气量为180 m³ ， 实际每次加气量为120 m³ 左右， 每次加气耗时8～ 10 min 。与CNG 相比，LNG 加气机的充装速度是CNG 加气机的5 倍。由于LNG 低温低压储存，工作压力低于1.6 MPa， 远低于CNG 的工作压力， 安全性能得到了极大的改善。统计结果表明，LNG 公交车与CNG 公交车造价相同，百公里耗气量明显低于CNG 公交车5 个百分点。LNG 中C3 及其以上重组分低于0.46% ，基本不含CO2 和S，燃料更加清洁，LNG 公交车的环保性能也自然优于CNG 公交车。

四、LNG 汽车在我国发展的前景

北京LNGV 的成功实施， 示范地验证了LNG 用作车用燃料的技术经济可行性， 也验证了LNGV 相对于CNGV 的优势，为我国规模化推广应用车用LNG 技术奠定了理论和实践基础。

1.我国发展LNGV 的有利条件

伴随着中原LNG 上下游一体化项目的成功实施，我国LNG 工业进入一个快速发展的阶段。除中原LNG 工厂外， 新疆广汇LNG 工厂已于2004 年9 月投产，其设计生产规模为150×10⁴ m³/a。海南日液化量为25×10