车用柴油的变化及其发展方向

车用柴油的变化及其发展方向 石油化学组员 李跃 胡龙刚 王旭东 马仕越 李永飞 朱峰 李晓腾 2 一 柴油标准变化的推动力 近年来 我国汽车工业发展迅猛 产销量已经连续3年居世界首位 国家统计局数据显示 2012年我国汽车保有量超过1 2 108辆 柴油的需求量随汽车的大量使用而不断增加 统计表明 2012年我国柴油的表观消费量高1 69 108 同比上涨1 49 大量柴油消耗造成的空气污染日益严重 直接威胁着人类的健康 因此 围绕尾气治理 除了采用先进的尾气后处理技术外 最直接的办法就是提高油品质量 相比国外 我国柴油质量 尤其是车用柴油质量存有差距 因而 应加快车用柴油质量升级进程 满足不断严格的排放要求 二 我国车用柴油标准的制定 2 1我国车用柴油标准发展历程如今 一些地区频发的雾霾 酸雨和光化学烟雾等区域性大气污染问题与车辆尾气排放密切相关 引发社会各界对提高油品质量的广泛关注 车用柴油质量升级的社会呼声日渐高涨 为了降低机动车排放污染物 改善大气环境 合理利用资源 根据柴油的不同用途和不同应用 2003年我国制定了第一个针对汽车用的柴油标准 车用柴油 GB T19147 2003 提出硫含量目标为500ppm 0 05 车用柴油标准从轻柴油标准中独立出来 开创了我国分用途执行不同标准的先河 既满足了柴油的多用途需要 又降低了生产成本 对我国提高柴油质量具有重要意义 由于诸多原因GB T19147 2003 车用柴油 标准并未真正地落实 在接下来的修订中 为保证车用柴油标准的有效实施 故将推荐性标准改为强制性标准 先后发布并实施的车用柴油标准有GB19147 2009 车用柴油 GB19147 2013 车用柴油 和GB19147 2013 车用柴油 GB19147 2009 车用柴油 于2011年7月1日起在全国范围内实施 至2015年1月1日废止 在开展 满足国家第 阶段排放要求的清洁燃油组成与排放关系研究 工作 结合炼油实况及环保要求 参考欧盟标准EN590 2004 汽车燃油 柴油 要求和试验方法 的基础上 我国制定的符合第 阶段排放要求的GB19147 2013 车用柴油 标准在2013年2月7日发布并实施 过渡期至2014年12月31日 于2015年1月1日起全而执行 至2018年1月1日废止 2 2我国车用柴油标准现状 为了缓解大气污染相对严重的压力 结合欧美日等国外车用柴油标准的发展趋势 更好地保证先进柴油车技术在道路车辆上的应用 我国目前正在实施的是2013年6月8日发布的满足第 阶段排放要求的GB19147 2013 车用柴油 标准 该标准满足柴油中硫的质量分数为10 g g以下 过渡期至2017年12月31日 将自2018年1月1日起强制性全而实施 截止到2015年1月1日之前 同时供应符合GB19147 2009 车用柴油 GB19147 2013 车用柴油 和GB19147 2013 车用柴油 V 三个标准的车用柴油都是合法的 这是由各个标准的过渡期所决定的 三 中国车用柴油重要技术指标 3 1硫含量 如表所列 车用柴油质量升级的重点都是脱硫 未来将向着超低硫 零硫的趋势发展 这主要是因为柴油硫含量高 不仅加剧发动机系统的腐蚀与磨损 降低尾气后处理系统的转化率 而且还增加尾气颗粒物排放 欧洲汽车燃料项目的油料研究显示 柴油中硫的质量分数从500 g g降到30 g g 轻型车PM排放量减少7 重型车PM排放量减少4 3 2芳烃含量 多环芳烃含量 如表所列 我国逐步设置了车用柴油多环芳烃含量限值 今后将趋严调整 柴油芳烃 多环芳烃含量高是影响NOX和颗粒物排放的原因之一 研究表明 当柴油中芳烃体积分数从30 降至10 时 NOX排放量可减少4 5 当柴油中多环芳烃质量分数从7 降至1 时 轻负荷柴油机的PM排放量降低约6 重负荷柴油机的PM排放量降低约4 3 3十六烷值 十六烷指数 如表所示 我国不断调高车用柴油十六烷值和十六烷指数的限值 今后这一趋势将更加明显 原因是柴油十六烷值影响发动机的冷启动 排放 油耗及燃烧噪音 当柴油十六烷值从50增加到58时 发动机冷启动时间降幅高达40 低负荷柴油机的NOX排放量至少降低9 HC CO排放量降低约26 油耗和燃烧噪音均会随着柴油十六烷值或十六烷指数的增加而降低 3 4密度 润滑性 脂肪酸甲酯 为了改善尾气排放和提高发动机性能 我国通过车用柴油标准的升级更替 逐步把柴油密度控制在一个窄而合理的范围内 这是因为柴油密度影响柴油机的排放和油耗 当柴油密度从820 3增至855 3时 PM NOX排放量呈上升趋势但增幅很小 当柴油密度超过860 3时 PM排放量骤增 柴油密度降低 黏度下降 泄漏发生率增加 油耗增加 如表所列 各国对车用柴油润滑性的重视相对较晚 这是因为20世纪80年代前 柴油精制程度普遍较浅 抗磨组分含量较高 润滑性较好 20世纪90年代初 随着低硫柴油的应用 许多国家的柴油机高压油泵和喷油器磨损事故倍增 低硫柴油的润滑性问题才引起了特别关注 由于 柴油发动机的燃油喷射泵没有外部润滑系统 需要借助柴油自身的润滑性来维持 精制过程中脱硫到一定程度的同时也脱除了抗磨组分 润滑性大幅降低 研究表明 使用硫质量分数500 g g以下的柴油就可能导致发动机磨损 我国车用柴油添加了脂肪酸甲酯 其含量呈递增趋势 这是为了保证低硫柴油拥有足够的润滑性 研究表明 脂肪酸甲酯添加量为500 1500 g g时 能改善低硫柴油的润滑性 更多的添加量对润滑性没有明显的改善效果 四 我国车用柴油标准的发展方向 从表看出 尽管各国车用柴油标准存有差异 但整体上都是向着柴油清洁化的方向趋严发展 相比欧美日 我国车用柴油标准相对滞后 提高我国油品质量势在必行 而所加工原油性质 装置生产能力及催化剂性能是影响柴油质量升级的主要因素 当前 我国自产原油趋于重质化 劣质化 进口含硫 高含硫原油逐年增加 重劣质原油对我国清洁柴油生产及其质量标准升级构成了严峻的挑战 柴油加氢精制能力不足 加氢裂化柴油比例低 催化裂化柴油比例高 硫含量高 多环芳烃含量高 十六烷值低及密度范围宽等成为制约我国车用柴油质量升级的短板 虽然 国产催化剂和加氢处理技术的工业应用基本满足近期柴油生产需求 但生产超低硫柴油和处理重劣质原油仍有困难 与国外先进技术差距大 竞争力不足 我国应借鉴欧美主要依靠不断改进加氢处理技术 新建装置和改造原有装置并重的成功经验来升级柴油质量 随着环保法规的不断严格 降低柴油中硫含量 多环芳烃含量 提高十六烷值 保证润滑性 控制密度范围等已成为今后车用柴油发展的主要趋势