天然氣的科學(xué)使用與節(jié)能減排

姚文文

（天津中油燃?xì)廛囉萌剂霞夹g(shù)有限公司 天津 300000）

天然氣的科學(xué)使用與節(jié)能減排

姚文文

（天津中油燃?xì)廛囉萌剂霞夹g(shù)有限公司 天津 300000）

本文從能源利用的現(xiàn)狀和危機(jī)出發(fā)，以天然氣的科學(xué)使用方面展開分析，探索新技術(shù)、新方法和新思路，以達(dá)到節(jié)能減排，可持續(xù)發(fā)展的目的。

天然氣；清潔能源；節(jié)能環(huán)保

引言

在世界經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展中，能源需求不斷增長。但經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展的同時(shí)，給全球也帶來了日益嚴(yán)重的環(huán)境問題，保持和改善人類生存環(huán)境成為一項(xiàng)十分重要的任務(wù)。天然氣作為清潔燃料，其產(chǎn)量的增長速度大大高于煤和石油。本文從能源利用的現(xiàn)狀和危機(jī)出發(fā)，以天然氣的科學(xué)使用方面展開分析，探索新技術(shù)、新方法和新思路，以達(dá)到節(jié)能減排，可持續(xù)發(fā)展的目的。

1 人類能源利用與環(huán)境問題

能源是人類賴以生存和社會發(fā)展的基本條件之一。當(dāng)今世界各國政府都十分重視能源的開發(fā)、利用以及對環(huán)境的影響。就某種意義上講，能源的構(gòu)成、開發(fā)利用和人均消費(fèi)量，實(shí)際上標(biāo)志著一個(gè)國家的技術(shù)水平、生活水平和文明程度。今天，煤、石油和天然氣是世界能源供應(yīng)的三大支柱。

隨著世界經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，人類技術(shù)的日益現(xiàn)代化，人類改造自然的規(guī)模和手段發(fā)生了質(zhì)的變化。能源與人類的生活息息相關(guān)。但是，由于盲目的開采也引起了全球性的環(huán)境問題。如：溫室效應(yīng)、臭氧層被破壞、酸雨現(xiàn)象、土地荒漠化等等問題。

造成世界環(huán)境問題的主要原因之一就是排放的二氧化碳和其他溫室氣體量超過了地球自身的吸收能力。人類生活已超出了環(huán)境的恢復(fù)能力，如何實(shí)現(xiàn)人與自然的協(xié)同發(fā)展，是現(xiàn)代社會必須作出回應(yīng)的現(xiàn)實(shí)問題。

2 天然氣是比較清潔的能源

從能源的角度來說，通常所稱的天然氣只指儲存于地層的可燃?xì)怏w，即氣態(tài)化石燃料。近幾十年來，天然氣工業(yè)發(fā)生了根本性的變化。天然氣由過去作為石油勘探開發(fā)的附產(chǎn)物，發(fā)展到現(xiàn)在成為單獨(dú)勘探開發(fā)的對象。天然氣的利用對提高人民生活水平、改善大氣環(huán)境，特別是對“PM2.5”指標(biāo)的控制起著重要作用。下面通過天然氣與石油的燃燒排放物的比較分析，可以看出天然氣是清潔能源。

2.1 理論空氣量和理論煙氣量

天然氣的主要成分是甲烷（CH4）還有少量的乙烷（C2H6）、丙烷（C3H8）、丁烷（C4H10）等。汽油的成分比較復(fù)雜，主要是烷烴，從C4到C12，其中以C5到C9為主，還有一些添加劑。天然氣和汽油作為燃料燃燒時(shí)均需要消耗的氧氣（空氣），同時(shí)產(chǎn)生大量的廢氣，對環(huán)境造成一定的影響。

通過下表可以看出：隨著C的增加，燃燒時(shí)需要的理論空氣量/耗氧量也在加大，（空氣中N2:O2=79:21，N2消耗量也應(yīng)同比增加），相應(yīng)的排放的理論煙氣量也隨之加大。因此，假設(shè)汽油和天然氣在相同條件的燃燒情況下，汽油燃燒所需要的理論空氣量/耗氧量大，CO2、H2O、N2，還有 CO、H2、O2等物質(zhì)的排放要高于天然氣。

表1 單一氣體的燃燒特性表 （單位：m3/m3干燃?xì)猓?/p>

2.2 NOx、CO、CH化合物的產(chǎn)生

（1）NOx是NO和NO2的合稱，其中NO占90%以上，NO2由NO氧化而成。NO生成途徑兩個(gè)：燃料型和溫度型。天然氣中不含氮的化合物，也就無燃料型NO生成。因此，NOx的生成主要是燃燒時(shí)加熱，產(chǎn)生的溫度型熱NO。也就是，空氣中的N2在天然氣燃燒過程中與空氣中O2產(chǎn)生熱NO。還是在相同條件的燃燒情況下，理論空氣量/耗氧量和理論煙氣量大的，其中的N2和O2量就大，那產(chǎn)生NO的量也相應(yīng)會大。

（2）CO、CH化合物是由于燃燒過程中發(fā)生不完全燃燒產(chǎn)生的。如果是完全燃燒就不會產(chǎn)生，可實(shí)際的燃燒過程多是不完全燃燒，無論空氣供應(yīng)過剩還是不足，煙氣中都?xì)埓嬗锌扇冀M分。還是在相同條件的燃燒情況下，均發(fā)生不完全燃燒，理論空氣量/耗氧量和理論煙氣量大的，CO、CH化合物產(chǎn)生的量也相應(yīng)會大。

通過上述分析，天然氣與汽油作為汽車燃料，排放的煙氣組分有 CO2、H2O、N2，還有 CO、H2、O2以及 NO、CH化合物，還有少量的懸浮物顆粒物。天然氣燃燒產(chǎn)生的排放量與汽油相比有很大的降低，經(jīng)分析它們的燃燒特性，因成分不同，尤其C含量的不同，導(dǎo)致燃燒時(shí)所需的理論空氣量及耗氧量和生成的理論煙氣量有很大差異。因此，天然氣是比較清潔的能源。

3 擴(kuò)大天然氣的利用范圍

按照我國“四個(gè)革命、一個(gè)合作”能源戰(zhàn)略思想，圍繞天然氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展目標(biāo)，充分發(fā)揮天然氣在構(gòu)建現(xiàn)代能源體系中的主體能源作用，加快推進(jìn)天然氣在城鎮(zhèn)燃?xì)狻⒐I(yè)燃料、燃?xì)獍l(fā)電、交通燃料四大領(lǐng)域的大規(guī)模高效科學(xué)利用。

近年來，由于科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，也促使天然氣利用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。如：熱電聯(lián)產(chǎn)和聯(lián)合循環(huán)發(fā)電中作為燃料應(yīng)用；替代汽車等運(yùn)輸工具的車用燃料；替代燃煤供熱的燃?xì)忮仩t；天然氣空調(diào)系統(tǒng)；天然氣合成油及化學(xué)品等。尤其是我國的天然氣燃料汽車這些年有了長足的發(fā)展。即：天然氣經(jīng)壓縮儲存在高壓鋼瓶內(nèi)，以壓縮天然氣作為燃料的汽車，稱為CNG汽車。1方天然氣按熱值折算大約可代替1升汽油。目前（以天津?yàn)槔囉脷獾膬r(jià)格為3.95元/方，而93號汽油的價(jià)格為6.19元/升，油、氣差價(jià)為2.24元。出租車按威志1.5升排量，百公里耗油量8升，每天出租車運(yùn)營250公里左右：

耗油量20升/天，費(fèi)用20x6.19=123.8元/天；

耗氣量20方/天，費(fèi)用20x3.95=79元/天；

用氣每天節(jié)省44.8元左右，每月可節(jié)省約1300元。出租車改裝需加裝一個(gè)氣瓶、調(diào)壓器、管路、控制芯片，以及安全附件，改裝費(fèi)用約4500元，4個(gè)月可收回改車成本。因此，使用天然氣車用燃料比汽油便宜很多，同時(shí)，又能減少汽車尾氣排放對大氣的污染，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。

結(jié)語

改革開放以來，中國在能源領(lǐng)域取得的成就舉世矚目，從而保證了經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。然而，粗放型的經(jīng)濟(jì)增長方式并未根本改變，能源資源浪費(fèi)大、消耗高以及環(huán)境污染嚴(yán)重等問題依然突出。調(diào)整優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，是我國能源與環(huán)境、經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展的客觀需要和戰(zhàn)略要求，其中，節(jié)能減排戰(zhàn)略是其重要的一環(huán)。節(jié)能減排工作作為國家能源戰(zhàn)略的一項(xiàng)重要內(nèi)容要長期抓，抓有效。而天然氣作為清潔能源，使用好天然氣可以為節(jié)能減排工作發(fā)揮巨大的作用。

姚文文（1969-）男，天津市人，高工，從事燃?xì)庑袠I(yè)管理工作。