从清洁燃料发展趋势看我国提高油品质量的途径

1、从清洁燃料发展趋势看我国提高油品质量的途径姚国欣摘 要 生产清洁燃料是目前乃至今后一段相当长的时期世界炼油工业的发展趋势。自20世纪90年代初清洁燃料问 世以来，发达国家和分发展中国家已经推广使用，预计在2005年前后将推广使用超清洁燃料。清洁燃料的生产技术 已趋于成熟。升级换代的传统炼油技术已用于生产清洁汽油和清洁柴油，吸附脱硫、生物脱硫、氧化扌由提脱硫等新技 术即将工业应用.我国清洁汽油的国家标准已经颁布，在北京、上海、广州三大城市已经推广使用清洁汽油；我国轻柴 油新的国家标准即将颁布，预计明年开始实施。但是，我国清洁燃料的主要质量指标与发达国家还有一定差距 为了满 足市场需要，减轻汽车尾

2、气排放造成的城市大气污染状况，必须采用多种措施，抓紧提高汽柴油的质量，其中最主要的 是调整炼油厂的装置结构，其次是国家标准与国际接轨，三是加强技术创新，四是实施区域优化战略，提高产品质量， 降低1产成本。主题词 炼油工业清洁燃料 质量指标 新技术 发展趋势 发展战略汽汕和柴汕都是炼汕工业的主导产品。目前世界各 国炼油厂生产的汽柴油匕达油aa总量的50%以上发达 国家己超过60%,而h随着各国汽车保仔量的增加，这 一比例还呈上升趋势。汽卒工业的发展，汽午保有量和 行驶里程的迅速增长，为许多国家实现现代化、捉高人 民生活质量,发挥了耳大的作甩但同吋也带來许多问题, 其i之就是汽午尾气排放到大气中的

3、污染物毎年多达 数亿吨，对人类的健康、生存和发展，构成了严重威胁。实践证明，解决汽车尾气造成的污染问题,需要综合 治理。除改进发动机设计、安装尾气转化器进行机内净 化和机外净化外还必须提高燃料质量。近10多年来， 发达国家一直在开发替代燃料，例如lpg、cng、m- 85、e-85等，但因成本、来源、行驶里程、安全等诸多 问题，直到目前为止也未能推广应用。90年代在发达国 家出现了淸洁燃料，即淸洁汽油和淸洁柴油，目前止在 向超清洁燃料发展。本文主要介绍国外清洁燃料的发展 情况，并就提高我国车用燃料的质量进行一些探讨。一、清洁燃料的发展历程和主要质量指标近30多年来，发达国家在改进发动机设计、

4、改善燃烧过程、实施尾气转化减少污染物排放的 同时，也在改进发动机燃料的牛产技术，调整燃 料组成，加速燃料升级换代，以满足汽车升级换 代和减少尾气污染物排放的需要。从70年代中期 开始，发动机燃料从常规燃料发展到目前的清洁 燃料和到2005年的超淸洁燃料，大体上町以分为 以下三个阶段：第一阶段：车用汽汕从限铅到禁铅，实现汽汕 无铅化。美国从7()年代中期开始限制车川汽油中 四乙铅抗爆剂的用量，推广使用无铅汽油，用亜 整汕替代四乙铅提高车川汽汕的辛烷值，到90年 代初实现了汽油无铅化。与此同时，欧盟国家利日 本也仿效美国的做法。口木于80年代后期、欧盟 国家于90年代末实现了汽油无铅化。第二阶段：

5、推广使用清洁汽汕和清洁柴汕。美 国从1993年10刀开始强制使用低硫(v500u g/g)低芳烧(36v%)清洁柴油;从1995年开始 在大气污染严亜的17个州强制使用消洁新配方汽 油；加利福尼亚州从1996年6刀开始强制使用超 清洁新配方汽油，用mtbe作高辛烷值组分,降低苯 含量。欧盟从1993年开始实施汽车-燃料第i阶段 计划(auto oil i)，从1996年开始全面推广使川 清洁柴油，从2000年1月开始，禁止使用加铅汽 汕，全而推广使用清洁汽汕。推广使用清洁燃料, 除可减少汽车尾气污染物排放量外，还可降低油 耗，延长发动机油的换油期和发动机油的使川寿 命。第三阶段：推广使用超清洁

6、燃料。美国环保局 宣布，2004年美国汽柴油的硫含杲都要降低到30 u g/g以下,2006年6月柴油含硫量要降低到15u g/g以下；美国加州宣布，从2003年开始，汽油含硫 量降低到17u g/g,同时禁止使用mtbeo欧盟国 家从1997年开始实施汽车燃汕第ii阶段计划 (auto oil ii ),从2005年1月开始,全面推广使 用含硫量50u g/g的超清洁汽汕和柴汕。欧洲一 些国家采取减税措施，已经或即将推广使用超清洁 柴油和汽油。例如，瑞典早在1991年就开始推广 使用含硫10p g/g、稠环芳疑0.02v%的城市i级柴 油。德国决定从2003年开始使用含硫10ug/g的汽油，

7、并已于2000年2月建议欧盟从2007年起推 出无硫燃料。各国如此大幅度降低汽柴油含硫暈, 主要是为了最大限度地发挥新一代发动机污染控 制系统的优势和新一代尾气催化转化器的作用，最 终使直喷式发动机和燃料电池汽车早日推广应 用。美国、欧盟和日本清洁燃料利超清洁燃料的主 要质量指标如表13所列。人幅度调幣质量指标 的h的是促使车用燃料达到以下环保要求：表1美国清洁燃料/超清洁燃料的丄要质量指标（规格）清洁汽油清洁柴油199520002004加州19961993/20002004加州1993蒸气压，kpa50-5646-56<48硫，u g/g<500<30<500硫,ug

8、/g<338140-17030<30密度,kg/m<876830-860烯坯，v%10.8610<4.0十六烷值>40>48苯，v%<1.0<1.0<0.8稠环芳怪,v切<1.4芳烧，v%<22<22<22总芳怪，m<36<10氧，m%>2.0>2.11.82.2t90, °c<338288321t50, °c999793t95, °c304349t90, °c165161143表2欧盟淸洁燃料/超淸洁燃料的主要质量指标（规格）清洁汽油（en 22

9、8）清洁柴油（en 590）199320002005199620002005蒸气压,kpa夏季60夏季60夏季60硫，u g/g<500<35030-50硫，u g/g<500<150<50密度，kg/nr<860<845835-845烯炷,v%<18<18十六烷值>49>5152-56苯，v%<5.0<1.0<1.0稠环芳性，v%<11<7总芳怪，v%<42<35总芳怪，v%氧，m%<2.8<2.7<2.7t90, °ct50, °ct95, &#

10、176;c<370<360<350t90, °c表3h本淸洁燃料/超淸洁燃料的主要质量指标（规格）清洁汽油清洁柴油199620002005199720002005蒸气压，kpa<78<44<44硫，u g/g<500<500<50硫,p g/g<100<100<50密度，kg/m降低汽油蒸气压 主要是减少汽油（hc） 的挥发量。 降低硫含量 含硫量多直接导致汽车尾气 中sox排放量增加，即使含有少量硫也会使汽车烯轻,v%<10.0<10.0<10.0十六烷值冬季45夏季50冬季45夏季50冬季4

11、5苯，v%<5.0<1.0<1.0稠环芳性，v%芳婭,v%<42<42总芳怪，v%氧，m%<1.6<1.6<1.6t90, °c<350夏季360 冬季350夏季360 冬季350t50, °c110t95, °ct90, °c180尾气转化器小的催化剂中毒，从而使co、hc和 nox的排放童增加。柴油屮含硫量多，排放生成 的颗粒物就多。颗粒物山碳（烟戾）、可溶性有机物和硫酸盐组成，硫酸盐多就会引起人体呼吸 系统的疾病，并可能致癌。（3）降低汽油烯姪含量 汽油中的烯坯是发动 机燃烧室中生成沉积物、胶质

12、和其它不良燃烧产 物的母体，它不仅影响发动机的效率，还使nox 排放量增加，产生致癌物1,3丁二烯。（4）降低芳婭含量汽油中含苯和重芳炷，苯 木身就是致癌物，重芳坯在燃烧不完全时会使尾 气中苯、芳桂含量增多，使排放到大气中的co、 hc和nox增加。柴油屮的芳坯特別是高沸点的 稠环芳疑，直接彩响柴油十六烷值，进而影响燃 烧质量，并使尾气中的nox和颗粒物排放量增加。（5）降低汽油 t90 t90i1i 182°c降低到 138°c 时，汽车尾气屮的苯、1,3 丁二烯排放量可减少 37%,甲醛排放量减少27%,乙醛排放量减少 23% o（6）降低柴油干点和柴油密度从而减少尾

13、气中hc、co、nox和颗粒物的排放量。此外，1998年9刀美国在加州地下水中发现对 人体健康有害的mtbe （甲基叔丁基瞇），因此， 美国加州政府决定从2002年12月31日起禁止使 用 mtbeo清洁燃料和超清洁燃料的推广使丿ij,对改善人 气污染、提高空气质量发挥了巨大作用，但是， 无铅汽油、低硫汽油、超低硫柴油，使汽油和柴 油固有的润滑作用受到损失，因此，需要采用添 加剂来减少发动机的磨损。此外，淸洁汽油中添 加清净剂，可以减少喷嘴上的沉积物，但却增加 了进气阀的沉积物。这些问题都有待研究解决。二、清洁燃料生产技术及其进展车用汽油和柴油都由多种组分调合而成。不同 国家的不同炼厂，山于原

14、油加工流程、原油的性质 不同，牛产方案不同，因而汽油和柴油调合组分 的比例和质量也不相同，生产清洁汽汕和清洁柴 油的难度也不尽相同。 清洁汽油生产技术目前工业生产的汽油调合纟ii分有催化汽油、 重整汽油、烷皋化油、异构化油、丁烷、直馆汽 汕、加氢裂化汽油、mtbe、焦化汽汕等近10 种。如果炼厂的装置结构合理，调合组分较多且比 例合理，生产清洁汽油和超清洁汽油都比较容 易。从总体上讲，生产淸洁汽油特别是超清洁汽 油，主要是降低含硫量、降低烯坯含量、降低苯/ 芳坯含量和寻求mtbe的替代纽分。（1）降低催化汽油含硫量 成品汽油中90% 以上的硫来自催化裂化汽油。因此，降低汽油的含 硫量主要是降低

15、催化汽油的含硫量。催化原料油 加氢预处理是降低催化汽油含硫量最好的办法， 但投资大、生产成本高，美国也只有18%的炼厂 建有催化原料油加氢预处理装置。目前已经工业 应用的降低催化汽汕含硫量的技术主要有：降低 催化汽油含硫量的催化裂化催化剂/助剂、催化中/ 重汽油选择性加氢脱硫、催化汽油加氢脱硫/异构 化和催化汽汕催化蒸镭加氢脱硫。正在开发和即 将工业应川的技术还有，催化汽油选择性吸附脱 硫、生物脱硫、囉吩硫烯坯烷基化/加氢脱硫和萃 取蒸僧/加氢脱硫技术等等。（2）降低催化汽油烯绘含量 成品汽油中 90%左右的烯姪来自催化裂化汽油。降低催化汽油 烯坯含量的技术上要是选用能够降低烯坯含量的 催化裂

16、化催化剂。美国grace公司的rfg降烯桂 催化剂，可使催化汽油烯烧含量降低2540%； 荷兰akzo公司的tom cobra降烯姪催化剂，可使催化汽油烯绘含量降低2230%。（3）降低催化重整汽油苯/芳绘含量成品汽油中80%左右的苯/芳疑来自重整汽油。目前工业 应用降低重整汽油苯/芳总含量的技术主要有：shell/uop公司的环丁矶溶剂抽提技术，uhdle公司的n甲酰某吗嚇抽提蒸绸技术和cd tech/ifp 的催化蒸他苯加氢技术。（4） mtbe的替代组分及其生产技术乙醇 是仅次于mtbe的一种含氧化合物，其作用与mtbe 一样，但乙醇在汽汕中的添加量只能是 5.56%,且极易溶于水，不宜

17、采用管道调合，只 能在终端加油站调合，生产成本高，需要政府给 沖补贴。烷基化汕是比较理想的替代mtbe的调 合组分，h前，利用mtbe牛产设备和异丁烯原 料的i'可接烷基化技术已经成熟，并已工业应川， 主要有：uop公司的in aik技术、snamprogetti公 4 的 sp-isooctane 技术、ifp 的 selectopol 技术和 fortum公司的nexoctane技术。其中，工业应用 较多的是uop公司的inaik技术，最人的一套工 业装置可年产烷基化油30万吨。2. 清洁柴油生产技术目询工业生产的柴油调合组分有：直馅柴油、 催化柴油、焦化柴油、加氮裂化柴油、减粘裂

18、化 柴汕等。在这些柴汕组分中，除加氢裂化柴汕 外，其它组分山于硫、氮和芳坯含量髙，在调合 前都需要进一步加工，否则调合得到的成品柴油 就不能符合清洁柴汕的规格要求。（1）柴油的深度脱硫/超深度脱硫目前，criterion 公司、akzo 公司、haldor topsoe 公司和 ifp等都成功地开发出了活性人幅度提高的深度和 超深度加氢脱硫催化剂，在原有的中低床加氢脱硫 装置上，除低牢速，无论是用直镉柴油还是焦化柴 汕、催化柴油,都可以实现95%甚至98%99%的脱硫率，得到含硫量v5（）（） u g/g和v50 u g/g的清 洁柴油和超清洁柴油。降低装置投资和牛产成本 的柴油牛物脱硫技术的

19、第一套工业装置正在建设, 今年将投入生产；柴油吸附脱硫和选择性氧化-抽提 脱硫技术都止在开发中，估计近期难以工业应用。（2）柴油深度脱芳烧提高十六烷值目前己经工业应用的深度脱芳绘捉高十六烷值、中低压 加氢技术主要有两种，一是单段串联中压加氢改质 （浅度加氢裂化）技术criterion、akzo和chevron 公司都开发了这种技术，柴油十六烷值可提高10 个单位左右，柴油收率对达95%以上；二是两段中 压加氢技术：第一段用非贵金属催化剂加氢脱硫 脱氮，第二段用贵金属催化剂加氢脱芳坯， criterion akzo、haldor topsoe、uop ifp 和 engelhard-raythe

20、on公诃都开发了这种技术，芳坯 含量可降低85%90%,十六烷值可以提高15个 单位以上。高压加氮裂化和天然气合成油技术都可以得到 低硫、低芳坯、高i六烷值的清洁柴油和超清洁 柴汕，虽然目前工业上都己应用，但投资和操作 费用相对较高，短期难以大量推广应用。三、我国汽柴油生产的现状和问题1999年我国原油一次加工能力为2.63亿吨，居 世界第三位；实际加工原油1.76亿吨，居世界第四 位，实际生产汽柴油近1亿吨，皋本上满足了国内 市场需求。1999年国家有关部门颁布了我国车 用无铅汽油质量标准（gb17930-1999） , 口 2000年7月1日起，在北京、上海、广州三大城市 推广使用含硫80

21、0 »g/g、烯烽v35v%的淸洁汽油, 2003年1月1日起将在全国推广使用。我国轻柴 油新的质量标准（含硫2000 u g/g,十六烷 值45）即将颁布，预计2002年1月1 口开始实 施。中国右化集团公司为了满足我国城审车川汽 柴汕的需要，减少汽车尾气污染物的排放量，制定 了城市车用汽油企业标准q/shr007-2000和城市 车川柴油企业标准q/shr008-2000, 2003年开始实 施。应该说，近几年來我国炼油企业在大力增加 汽柴油产量的同时，汽柴油质量也有了很人提高。 但是，口前我国汽柴汕的质量还难以满足国家新标 准和我国汽乍工业发展、特别是改善大城市空气 状况的需要

22、，与发达国家目前执行的淸洁汽油、清 洁柴油标准（表13）以及“世界燃油规范” ii 类汽、柴汕标准相比，差距很人。造成这种状况的 原因是多方面的。其中最主要的原因是我国国产 原油较重，直憎汽煤柴油数量较少，而我国炼油厂的 二次加工装置又以催化裂化为主，催化重整、烷基 化、加氢裂化、延迟焦化、加氢耕制、加氢.处理 等装置加工能力较小，我国的m场需求乂是柴汕大 于汽油，kl前柴汽需求比已达1.&1,因而对提高汽 柴油质量和提高柴汽比都帶来了很人闲难。口前 我国成品汽油中80%左右是催化汽油，多数企业 汽汕的烯坯含量都在45%以上，少数企业汽汕的烯 坯含量高达60%以上；成品轻柴油中催化柴油

23、的比 例占30%40%,相当一部分未经加氢粘制就直接 调合。当务之急是迅速改变这种状况。我国加入wt0在即，按照我国政府的承诺，加 入wto以后，我国原油和管输天然气进口实行0 关税，汽油、柴油、润滑油等成品油进口关税由目 前的平均7.3%降到6%,其中降幅最大的是重油, 由12%降低到6%;原汕和成品汕（含重燃料汕）在 2005年1月1日前取消进口配额限制,在过渡期 内以初始配额准入量为基准，每年增加15%； 3年 后放开成品油零售权，并取消地域限制、数量限 制、股权或企业形式限制；5年后放开原油、成品 油批发权，允许外国公司设立合营公司，从事进 口和国产汕的批发业务。众所周知，我国原汕和

24、成品油价格已经和国际接轨，但我国汽柴油质量 还没有和国际接轨。“入世”以后，我国炼油企 业怎样和外国公司竞争，怎样在竟争中取胜，是 亟待解决的问题。四、对加快我国汽柴油升级换代的思考汽车工业是我国国民经济的支柱产业之一。在 20012010年间，我国汽午的需求量和保有量都 将有大幅度增加（表4）。我国汽车牛产厂家已经 并口还在改进汽车发动机设计，加快与国际接轨 的步伐。上海大众汽车公司牛产的普桑、桑塔纳 2000已在1998年底达到欧i排放标准。今年普 桑、桑塔纳2000和帕萨特三人系列产品已全部达 到欧ii排放标准。表42005和2010年我国汽车的需求量和保有量帶求量，力辆保有量，万辆20

25、05 年2010 年2005 年2010 年轿车110-121193-220843-8691423-1542货车106-120141-153905-9561137-1193客车55-gs6072450-490540-580总计271-309394-4452198-23153100-3315我国政府治理汽车尾气污染物排放分为三个阶 段：2000年执行欧i标准,2005年达到欧ii标准, 2010年和国际同步（欧共体1970年开始控制汽车 尾气排放，1992年实沌欧i标准，2000年实就欧 iii标准）。上海大众汽车公司牛产的汽车现已提 前达到欧ii标准。炼油企业怎么办？笔者认为， 炼油企业应该充

26、分认识国家经济发展所赋予自己 的历史使命和加入wto给我国炼汕工业带来的机 遇与挑战，埋头苦干，奋力拼博，加快我国汽柴 油升级换代的步伐，早口为我国汽车用户提供适 销对路的清洁燃料。1.抓紧抓好装置的结构调整进行装置结构调報是加快我国汽柴油升级换 代的关键所在。我国炼汕厂加工的国产原汕基木 上都是中低硫重质原油，柴汽比高于欧洲，因而 我国炼厂的装置构成，既不能同于美国，也不能 同于欧洲。可是，实际上我国炼厂的装置构成是 一种多产汽油的构成（表5）,由于二次加工装置 不配套h比例失调，既不能多产优质汽油，也不 能多产优质柴油。所以，当务z急是调整装置结 构，把催化裂化装置能力压下来，把已有的烷基

27、 化装置全部开起來，把已有的含氧化合物装置开 足开好（过渡措施），抓紧新建一批加氢裂化、 延迟焦化、催化亜整、加氢精制、加氢处理和异 构化（加工进口原油的炼厂）装置，使汽柴油调 合组分的比例和质量适合于牛产淸洁汽油和淸洁 柴油的需要。'2油品质量国家标准要赶快与国际接轨目前我国油品质彊标准不仅与发达国家而口与 周边发展中国家都有很大差距。油品质量不高， 造成城帀大气污染严重，影响国家形象，用汕机 具耗油彊大，还影响用油机具的效率和寿命。既然 成晶油价格已基木与国际接轨，长期不同质同价乂 怎么行呢？加入wto以后，成品汕市场逐步放开， 外国大公司进入我国成品油市场将不可避免，油 品质量不

28、髙乂怎能在竞争屮立于不败之地呢？我 国油品质量国家标准与国际接轨，不是全国各地 都立刻执行一个标准，完全可以分批分期实施。 美国1995年至今也只是在大气污染严亜的17个州 实施新配方汽油标准，其它37个州并没有实施。 可是，进口油品质量必须严格执行国家标准,否则只 能按半成品进口，进口商必须有设备有能力把进口 的半成品加工成符合国家标准的成品汕出售。长 期以來，美国、日本等国都是这样做的。实际上 这也是国家保护木国炼油工业的一项措施。表51999年部分国家炼油的装置构成常压 蒸懾 m%一歡2催化 重整 m%加氢 裂化 m%加氢 精制 m%加氢 处理 m%焦化m%减粘 裂化等m%烷基化m%异构

29、化 m%含氧 化合物m%美国10033.6218.348.6110.1148.7513.450.365.663.310.66日本10014.8112.263.1846.5631.531.950.810.330.11韩国1006.227.444.295.4026.990.820.24意大利10012.829.949.2214.4729.272.1119.071.333.260.21徳国10014.9415.035.4428.1239.675.9210.380.912.310.33加拿大10021.4815.3013.433.5034.722.297.582.813.45法国10018.5312.

30、000.809.5738.52&610.833.100.19英国10025.1915.891.7614.0240.70495.624.494.300.18巾国10033.515.664.9113.351.847.853.320.5200.39中石化10034.566.587.2215.892.19.214.050.6500.36中石油10035.605.505.4812.607世界总刃10016.8711.654.939.8731.055.054.911.931.490.263. 切实加强技术创新，创造中国炼油工业的 技术优势实事求是地说，目前我国炼油企业和外国大公 司竟争，要说优势的话，仅有市场优势。要保住市 场优势，就必须努力创造技术优势。现在炼油技术 发展很快，日新月异。今天是清洁燃料，明天是超 清洁燃料，后天就是燃料电池。今天我们落后，明 天我们不能再落后。外国大公司都是超询开展研 发工作，都拥右儿项在国际市场领先