低硫燃油對(duì)排放影響及供給可行性分析

低硫燃油對(duì)排放影響及供給可行性分析低硫燃油對(duì)排放影響及供給可行性分析摘要：本文簡(jiǎn)要介紹了國內(nèi)外車用燃油標(biāo)準(zhǔn)中硫含量限值發(fā)展進(jìn)程，綜述了國內(nèi)外研究硫含量對(duì)排放的影響，及燃油硫含量對(duì)排放控制技術(shù)、氧化催化轉(zhuǎn)化器和NOx催化劑的影響，以及低硫燃油的成本分析和我國的可行性方案，為國內(nèi)進(jìn)行相關(guān)研究提供參考及借鑒。關(guān)鍵詞：低硫燃油，排放控制技術(shù)，成本，可行性分析Abstract:Inthispaper,thechangesofsulfurcontentindieselfuelofsomecountriesandregionswereintroduced.Theinfluencesofsulfurcontentondieselexhaustemissionsweresummarized.Andtheinfluencesofdieselsulfurcontentonemissioncontroltechnologies,suchasdieselparticulatefilter,dieseloxidationcatalystsandNOxcatalysts,wereanalyzed.Andlow-sulfurfuelcostanalysisandfeasibilityoftheprograminChina.Thismayprovidesuggestionfordomesticresearchondieselexhaustemission.Keywords:Lowsulfurfuel,emissionscontroltechnology,cost,feasibilityanalysis1引言中國機(jī)動(dòng)車排放標(biāo)準(zhǔn)不斷加嚴(yán)，我國已實(shí)施機(jī)動(dòng)車排放國一、國二標(biāo)準(zhǔn)，并已發(fā)布中國三、四標(biāo)準(zhǔn)。北京等城市標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施較全國提前一步。燃油硫含高硫含量會(huì)加速催化劑的老化，降低催化劑的效率。并且增加CO、HC、NOx和有毒有害物質(zhì)的排放，機(jī)動(dòng)車超細(xì)顆粒物的產(chǎn)生與硫含量有顯著的關(guān)系，硫含量為350ppm和40ppm的燃油相比，前者會(huì)生成粒徑小于20納米的二次顆粒物，對(duì)健康產(chǎn)生不利影響。的比值有較大的降低。國際上許多國家已開展車用燃油低硫化工作部分國家的車用燃油硫含量限制在50ppm，一些國家限制在10ppm。中國車用油品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)在油品質(zhì)量控制方面，我國已經(jīng)發(fā)布了《車用無鉛汽油17930-1999》《輕燃油252-部分城市提前進(jìn)行了燃油低硫化的工作，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，汽車保有量強(qiáng)勁增長(zhǎng)，發(fā)動(dòng)機(jī)作為主要?jiǎng)恿Φ母鞣N機(jī)動(dòng)車輛日益增多。與此同時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)排放所帶來的環(huán)境污染也日益引起人們的關(guān)注。粒物排放濃度,也影響發(fā)動(dòng)機(jī)排氣催化凈化器的凈化效果。燃油中其他雜質(zhì)對(duì)車輛的影響都沒有硫的大。脫硫與在汽油中禁鉛很相似，可以讓催化器發(fā)揮最大功效本文分析了國內(nèi)外車用發(fā)動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)硫含量限值發(fā)展進(jìn)程，綜述了國內(nèi)外關(guān)于燃油硫含量對(duì)排放和后處理技術(shù)影響的研究成果，同時(shí)分析了低硫燃油的成本控制和售價(jià)，以及我國低硫燃油供給日程可行性分析，為國內(nèi)進(jìn)行相關(guān)研究提供參考及借鑒。2硫?qū)ε欧趴刂萍夹g(shù)影響分析從20世紀(jì)60年代到80年代，美國燃油標(biāo)準(zhǔn)一直比較穩(wěn)定，硫含量在%~%之間波動(dòng)。90年代初，EPA要求燃油硫含量從3000μg/g(平均值)降到500μg/g，從1993年10月1日起實(shí)施。繼而美國燃油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中硫含量直接gggg代初，當(dāng)美國引領(lǐng)世界汽油向著RFG汽油、向著更加清潔的汽油方向發(fā)展的時(shí)候，歐洲國家，尤其是北歐幾個(gè)國家開始關(guān)注本國未來燃油的發(fā)展方向。歐盟EN590-2002標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定燃油硫含量不大于50μg/g，西歐等歐盟先進(jìn)發(fā)達(dá)國家的燃油標(biāo)準(zhǔn)走在世界前列，例如瑞典、德國、英國等燃油通過稅收優(yōu)惠政策，在2005年就已實(shí)施硫含量10μg/g的標(biāo)準(zhǔn)。為適應(yīng)燃油低硫化發(fā)展的世界趨勢(shì)，日本石油聯(lián)盟早在1989年6月就提出燃油低硫化目標(biāo)和煉油工業(yè)應(yīng)該采用的相應(yīng)措施，并分兩gg50μg/g以下。我國長(zhǎng)期以來沒有專門的車用燃油品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),一直沿用輕燃油的品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，2002年起實(shí)施的國家輕燃油標(biāo)準(zhǔn)GB252-2000，將輕燃油等級(jí)分為優(yōu)級(jí)品、一級(jí)品和合格品，其中硫含量要求不大于%，大大高于發(fā)達(dá)國家車用燃油的標(biāo)準(zhǔn)。我國2003年參考?xì)W盟車用燃油品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)EN590-1998，制定了國家標(biāo)準(zhǔn)車用燃油GB/T19147-2003，該標(biāo)準(zhǔn)將車用，特別是城市車用燃油和輕燃油進(jìn)行了區(qū)分，設(shè)定了比一般輕燃油更高的品質(zhì)要求，目標(biāo)是與我國第二階段汽車排放標(biāo)準(zhǔn)(相當(dāng)于歐Ⅱ水平)適應(yīng)。一些國家與地區(qū)的車用燃油標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的硫含量見表1。美、歐、日等國家車用燃油標(biāo)準(zhǔn)正向著無硫的方向發(fā)展(小于10μg/g)，我國車用燃油標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)硫的控制落后于歐洲、美、日等發(fā)達(dá)國家和香港地區(qū)，目前市場(chǎng)供給的車用燃油還是采用輕燃油標(biāo)準(zhǔn)，不能與我國2003年9月1日開始實(shí)施的燃油車第2階段排放標(biāo)準(zhǔn)相適應(yīng)。表1各國和地區(qū)燃油硫含量限值備注備注―高速公路用燃油滿足歐I排放標(biāo)準(zhǔn)滿足歐II排放標(biāo)準(zhǔn)滿足歐III排放標(biāo)準(zhǔn)滿足歐IV排放標(biāo)準(zhǔn)2005年實(shí)施2002年實(shí)施2003年頒布標(biāo)準(zhǔn)美國USA2，1993美國USA2，2006EN590-93EN590-98EN590-99EN590-2002日本燃油標(biāo)準(zhǔn)JISK2204中國輕燃油GB252—2000中國車用燃油GB/T19147—燃油硫含量對(duì)排放的影響燃油中的硫98%在燃燒過程中轉(zhuǎn)化為SO2，其余2%作為硫酸鹽排放，SO2通過排氣催化劑會(huì)轉(zhuǎn)化為硫酸鹽，最終成為PM的一部分。按照美國環(huán)境保護(hù)局的定義，燃油機(jī)排氣PM包含以C為主的碳煙、未氧化或未完全氧化的HC、硫酸鹽以及與硫酸鹽結(jié)合的水和其雜質(zhì)。因此降低燃油中硫的含量就相應(yīng)降低了PM的排歐洲的汽車油料研究表明，燃油中硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)從500μg/g減少到30μg/g，將使得輕型車PM排放降低了7%，重型車PM排放降低了4%[1]。PM排放在EUDC循環(huán)階段，NOx排放在UDC、EUDC和NEDC循環(huán)階段均隨油品硫含量增加而增加。圖1硫含量對(duì)PM排放影響圖2硫含量對(duì)NOx排放影響JCAP研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，減少燃油的硫含量，同時(shí)車輛使用DPF系統(tǒng)和高氧化性能的催化劑，可有效減少PM、NOx和CO及非常規(guī)排放[6]。為了測(cè)試燃料硫含量對(duì)排放的累積影響JCAP使用硫含量分別為10ppm、50ppm和100ppm的油品進(jìn)行了30000km行車試驗(yàn)和發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)[7]，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨行駛里程的增加CO、NOx排放也增加，并且硫含量越大排放增加得越多。燃油硫含量對(duì)排氣后處理技術(shù)的影響隨著排放法規(guī)的日益嚴(yán)格，燃油機(jī)單靠燃燒改進(jìn)等機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)已很難滿足排放法規(guī)的要求，排氣后處理技術(shù)日益顯示出重要作用。目前燃油機(jī)中使用的排放控制技術(shù)主要有：廢氣再循環(huán)裝置(EGR)、氧化催化轉(zhuǎn)化器(DOC)、燃油顆粒過濾器DPFNOx是PM和NOx排放，但燃油中的硫會(huì)使催化劑中毒，嚴(yán)重影響了排氣后處理技術(shù)的效率。2.2.1硫含量對(duì)燃油顆粒過濾器的影響目前，燃油顆粒過濾器是公認(rèn)的最有效的后處理技術(shù)，常用的燃油顆粒過濾器有連續(xù)再生型燃油顆粒過濾器(CR-DPF)和催化型顆粒過濾器(CDPF)兩種。燃油機(jī)排氣中絕大部分是固體炭粒和吸附了可溶性有機(jī)成分的碳煙，使用顆粒過濾器可使排氣中碳顆粒的過濾效果達(dá)到60%以上。燃油中硫含量對(duì)DPF裝置效率有很大影響。研究發(fā)現(xiàn)[8]，當(dāng)油品硫含量為3ppm時(shí)，燃油顆粒過濾器使得PM排放下降率為95%，而當(dāng)燃油中硫含量增至30ppm后，PM排放下降率僅為70%左右。當(dāng)燃油硫含量達(dá)到150ppm時(shí)，PM排放下降率為0，此時(shí)燃油顆粒過濾器已失效。當(dāng)燃油硫含量大于150ppm時(shí)，使用DPF裝置后PM排放甚至遠(yuǎn)大于發(fā)動(dòng)機(jī)直接排放。硫含量對(duì)DPF裝置影響見表2。表2硫含量對(duì)PM排放下降率影響裝置PM排放下降率OICA循環(huán)PeaktorqueRoadload3CDPFCR-DPF959394959197CDPFCR-DPF747280727381CDPFCR-DPF018-25-3-19-38CDPF-122-211-327CR-DPF-155-139-401DPF裝置中配備有金屬催化劑，可有效減少固體物質(zhì)及氧化SOF，也可將廢氣中的SO2氧化為硫酸鹽，隨油品中硫含量的增加，硫酸鹽組分增加，導(dǎo)致PM增加。同時(shí)DPF裝置可使HC排放下降70%~80%，使CO排放下降90%~99%，并且燃油顆粒過濾器對(duì)THC、CO排放的降低率與油品硫含量無關(guān)。2.2.2硫含量對(duì)氧化催化轉(zhuǎn)化器的影響氧化催化轉(zhuǎn)化器(DOC)主要用于消除排氣中的可燃?xì)怏w和可溶性有機(jī)組分，它可將排放物中的CO、HC、芳烴類和醛類排放物氧化為CO2和水，有效減少有害物排放。在重型燃油機(jī)上燃用含硫量為%的燃油，使用氧化催化轉(zhuǎn)化器可使HC排放減少60%~70%，PM減少27%~54%。但由于氧化催化劑可將SO2氧化為SO3，生成硫酸或硫酸鹽，額外增加PM排放量，所以加裝氧化催化轉(zhuǎn)化器的燃油機(jī)應(yīng)燃用含硫量低的燃油。國外研究發(fā)現(xiàn)[9]，在穩(wěn)態(tài)工況下，當(dāng)排氣溫度較高時(shí)，經(jīng)過氧化催化劑后PM排放高于發(fā)動(dòng)機(jī)排放PM(圖4)，主要是由于氧化催化劑將SO2氧化為SO3，使得硫酸鹽排放增加，硫含量越高影響越明顯。催化劑經(jīng)250hours老化后，燃油硫含量較低時(shí)，催化劑老化對(duì)PM排放影響較小，而當(dāng)硫含量大于150ppm時(shí)，老化后PM排放遠(yuǎn)大于新鮮催化劑及發(fā)動(dòng)機(jī)排放鮮催化劑及發(fā)動(dòng)機(jī)排放。2.2.3硫含量對(duì)NOx催化轉(zhuǎn)化器的影響燃油機(jī)排氣中NOx比汽油機(jī)低，但由于燃油機(jī)排氣中含有大量O2使得機(jī)外NOx控制變得非常困難，因此燃油機(jī)NOx凈化處理成為最近十多年學(xué)術(shù)界和汽車制造業(yè)的研究熱點(diǎn)。目前對(duì)降低燃油機(jī)NOx排放的研究主要集中在稀燃NOx催化劑和NOx吸附轉(zhuǎn)化器。NOx吸附催化劑的工作效率與排氣溫度密切相關(guān)，在排氣溫度300~500℃時(shí)，NOx吸附催化劑可減少NOx排放80%~90%。催化劑轉(zhuǎn)化效率依賴于發(fā)動(dòng)機(jī)/NOx吸收系統(tǒng)的稀燃—富燃的精確控制。燃油中的硫含量影響NOx轉(zhuǎn)化效率，圖5)NOx轉(zhuǎn)化效率隨催化劑使用時(shí)間而下降，并且硫含量越燃油中硫含量對(duì)PM排放影響最大，在燃油燃燒中，其中硫最終會(huì)生成硫酸及硫酸鹽附著在碳煙顆粒上，約占PM排放的13%~22%。另一方面硫含量對(duì)DPF、NOx凈化裝置等排放控制裝置的影響極大，硫使得后處理技術(shù)效率下降，并且越來越多的車輛上安裝了氧化催化器，它會(huì)對(duì)SO2進(jìn)一步氧化，從而增加顆粒物排放，也相應(yīng)削減了氧化催化器的作用。3低硫燃油的成本控制低硫燃油成本價(jià)格分析燃油的成本估計(jì)是個(gè)復(fù)雜的分析過程，本文只對(duì)低硫燃油的成本相對(duì)于普通燃油做一個(gè)簡(jiǎn)單的比較。很顯然，由于設(shè)備，技術(shù)更新，煉油企業(yè)必須投入大量的資歐3排放動(dòng)車污染控制國際研討會(huì)上，中國石油化工股份有限公司科技開發(fā)部副主任徐惠表示，在科技部支持下，中國石化已經(jīng)完成了滿足歐3排放的燃油質(zhì)量組成與排放關(guān)系的研究項(xiàng)目，其中一些企業(yè)已經(jīng)具備生產(chǎn)硫含量小于150ppm汽油的能力。我國含量已經(jīng)達(dá)到％，而該公司1999年進(jìn)口原油的硫含量?jī)H％。燃料清潔化必須應(yīng)對(duì)加工原油劣質(zhì)化的挑戰(zhàn)。中國石化將投入近300億元，改造生產(chǎn)設(shè)備和工藝，將汽士分析稱，燃油低硫化是發(fā)展趨勢(shì)，但會(huì)有一個(gè)新問題，那就是如何推動(dòng)低硫燃油低硫燃油的政府政策分析“低硫車用燃料政策的制定有兩個(gè)關(guān)鍵問題?！惫鸫髮W(xué)肯尼迪政府學(xué)院的奧列佛先生分析，“一是成本如何分擔(dān)，是由消費(fèi)者還是由煉油企業(yè)來負(fù)擔(dān)，或是讓政府也就是全體納稅人來負(fù)擔(dān)；二是如何確定合理的燃油價(jià)格。我國政府可以運(yùn)用經(jīng)濟(jì)手段來鼓勵(lì)低硫車用燃料的應(yīng)用：“例如日本政府在將m我國政府可以通過以下手段推動(dòng)低硫燃油的應(yīng)用。“對(duì)燃油供應(yīng)商來說，政府可以通過提供低息貸款，給予稅收優(yōu)惠，加速固定資產(chǎn)折舊等方法刺激企業(yè)發(fā)展的動(dòng)力。對(duì)消費(fèi)者來說，主要是通過增加優(yōu)劣質(zhì)燃油之間的價(jià)格差別來推動(dòng)消費(fèi)取向?！蔽覈梢酝ㄟ^以下手段推動(dòng)低硫燃油的應(yīng)用?！皩?duì)燃油供應(yīng)商來說，政府可以通過提供低息貸款，給予稅收優(yōu)惠，加速固定資產(chǎn)折舊等方法刺激企業(yè)發(fā)展的動(dòng)力。對(duì)消費(fèi)者來說，主要是通過增加優(yōu)劣質(zhì)燃油之間的價(jià)格差別來推動(dòng)消費(fèi)取向。”4低硫燃油供給日程可行性分析燃油低硫化的意義提高催化劑效率，減少機(jī)動(dòng)車污染物排放與新車排放標(biāo)準(zhǔn)相匹配，保證污染控制新技術(shù)的應(yīng)用促進(jìn)在用車，特別是重型燃油車的的控制技術(shù)改造。與國際接軌，提高新車和煉油產(chǎn)品的國際競(jìng)爭(zhēng)力[4]需要回答的問題：可能性，中國的車用燃油低硫化分幾步走各步驟的實(shí)施時(shí)間和實(shí)施范圍如何確定各方案的減排效果，健康效益和經(jīng)濟(jì)效益評(píng)估，各方案的石油煉制成本評(píng)估，各方案管理和操作的可行性。計(jì)算至2020年，全國分省的逐年不同技術(shù)類型(Euro0-Euro5)的車輛保有量模擬各種低硫化計(jì)劃情景下的逐年機(jī)動(dòng)車污染物排放量不同實(shí)施時(shí)間表不同實(shí)施地域不同目標(biāo)車型方案設(shè)計(jì)及分析方案設(shè)計(jì)原則：借鑒國際經(jīng)驗(yàn)結(jié)合中國情況參考多方意見，考慮可操作性方案設(shè)計(jì)的基本考慮借鑒歐洲燃油標(biāo)準(zhǔn)各階段限值，實(shí)施時(shí)間與中國機(jī)動(dòng)車