天然气的科学使用与节能减排

姚文文

（天津中油燃气车用燃料技术有限公司 天津 300000）

天然气的科学使用与节能减排

姚文文

（天津中油燃气车用燃料技术有限公司 天津 300000）

本文从能源利用的现状和危机出发，以天然气的科学使用方面展开分析，探索新技术、新方法和新思路，以达到节能减排，可持续发展的目的。

天然气；清洁能源；节能环保

引言

在世界经济可持续发展中，能源需求不断增长。但经济迅猛发展的同时，给全球也带来了日益严重的环境问题，保持和改善人类生存环境成为一项十分重要的任务。天然气作为清洁燃料，其产量的增长速度大大高于煤和石油。本文从能源利用的现状和危机出发，以天然气的科学使用方面展开分析，探索新技术、新方法和新思路，以达到节能减排，可持续发展的目的。

1 人类能源利用与环境问题

能源是人类赖以生存和社会发展的基本条件之一。当今世界各国政府都十分重视能源的开发、利用以及对环境的影响。就某种意义上讲，能源的构成、开发利用和人均消费量，实际上标志着一个国家的技术水平、生活水平和文明程度。今天，煤、石油和天然气是世界能源供应的三大支柱。

随着世界经济的高速发展，人类技术的日益现代化，人类改造自然的规模和手段发生了质的变化。能源与人类的生活息息相关。但是，由于盲目的开采也引起了全球性的环境问题。如：温室效应、臭氧层被破坏、酸雨现象、土地荒漠化等等问题。

造成世界环境问题的主要原因之一就是排放的二氧化碳和其他温室气体量超过了地球自身的吸收能力。人类生活已超出了环境的恢复能力，如何实现人与自然的协同发展，是现代社会必须作出回应的现实问题。

2 天然气是比较清洁的能源

从能源的角度来说，通常所称的天然气只指储存于地层的可燃气体，即气态化石燃料。近几十年来，天然气工业发生了根本性的变化。天然气由过去作为石油勘探开发的附产物，发展到现在成为单独勘探开发的对象。天然气的利用对提高人民生活水平、改善大气环境，特别是对“PM2.5”指标的控制起着重要作用。下面通过天然气与石油的燃烧排放物的比较分析，可以看出天然气是清洁能源。

2.1 理论空气量和理论烟气量

天然气的主要成分是甲烷（CH4）还有少量的乙烷（C2H6）、丙烷（C3H8）、丁烷（C4H10）等。汽油的成分比较复杂，主要是烷烃，从C4到C12，其中以C5到C9为主，还有一些添加剂。天然气和汽油作为燃料燃烧时均需要消耗的氧气（空气），同时产生大量的废气，对环境造成一定的影响。

通过下表可以看出：随着C的增加，燃烧时需要的理论空气量/耗氧量也在加大，（空气中N2:O2=79:21，N2消耗量也应同比增加），相应的排放的理论烟气量也随之加大。因此，假设汽油和天然气在相同条件的燃烧情况下，汽油燃烧所需要的理论空气量/耗氧量大，CO2、H2O、N2，还有 CO、H2、O2等物质的排放要高于天然气。

表1 单一气体的燃烧特性表 （单位：m3/m3干燃气）

2.2 NOx、CO、CH化合物的产生

（1）NOx是NO和NO2的合称，其中NO占90%以上，NO2由NO氧化而成。NO生成途径两个：燃料型和温度型。天然气中不含氮的化合物，也就无燃料型NO生成。因此，NOx的生成主要是燃烧时加热，产生的温度型热NO。也就是，空气中的N2在天然气燃烧过程中与空气中O2产生热NO。还是在相同条件的燃烧情况下，理论空气量/耗氧量和理论烟气量大的，其中的N2和O2量就大，那产生NO的量也相应会大。

（2）CO、CH化合物是由于燃烧过程中发生不完全燃烧产生的。如果是完全燃烧就不会产生，可实际的燃烧过程多是不完全燃烧，无论空气供应过剩还是不足，烟气中都残存有可燃组分。还是在相同条件的燃烧情况下，均发生不完全燃烧，理论空气量/耗氧量和理论烟气量大的，CO、CH化合物产生的量也相应会大。

通过上述分析，天然气与汽油作为汽车燃料，排放的烟气组分有 CO2、H2O、N2，还有 CO、H2、O2以及 NO、CH化合物，还有少量的悬浮物颗粒物。天然气燃烧产生的排放量与汽油相比有很大的降低，经分析它们的燃烧特性，因成分不同，尤其C含量的不同，导致燃烧时所需的理论空气量及耗氧量和生成的理论烟气量有很大差异。因此，天然气是比较清洁的能源。

3 扩大天然气的利用范围

按照我国“四个革命、一个合作”能源战略思想，围绕天然气产业发展目标，充分发挥天然气在构建现代能源体系中的主体能源作用，加快推进天然气在城镇燃气、工业燃料、燃气发电、交通燃料四大领域的大规模高效科学利用。

近年来，由于科学技术的迅猛发展，也促使天然气利用领域不断扩大。如：热电联产和联合循环发电中作为燃料应用；替代汽车等运输工具的车用燃料；替代燃煤供热的燃气锅炉；天然气空调系统；天然气合成油及化学品等。尤其是我国的天然气燃料汽车这些年有了长足的发展。即：天然气经压缩储存在高压钢瓶内，以压缩天然气作为燃料的汽车，称为CNG汽车。1方天然气按热值折算大约可代替1升汽油。目前（以天津为例），车用气的价格为3.95元/方，而93号汽油的价格为6.19元/升，油、气差价为2.24元。出租车按威志1.5升排量，百公里耗油量8升，每天出租车运营250公里左右：

耗油量20升/天，费用20x6.19=123.8元/天；

耗气量20方/天，费用20x3.95=79元/天；

用气每天节省44.8元左右，每月可节省约1300元。出租车改装需加装一个气瓶、调压器、管路、控制芯片，以及安全附件，改装费用约4500元，4个月可收回改车成本。因此，使用天然气车用燃料比汽油便宜很多，同时，又能减少汽车尾气排放对大气的污染，具有很好的经济效益和环境效益。

结语

改革开放以来，中国在能源领域取得的成就举世瞩目，从而保证了经济发展的需要。然而，粗放型的经济增长方式并未根本改变，能源资源浪费大、消耗高以及环境污染严重等问题依然突出。调整优化能源结构，是我国能源与环境、经济协调发展的客观需要和战略要求，其中，节能减排战略是其重要的一环。节能减排工作作为国家能源战略的一项重要内容要长期抓，抓有效。而天然气作为清洁能源，使用好天然气可以为节能减排工作发挥巨大的作用。

姚文文（1969-）男，天津市人，高工，从事燃气行业管理工作。