低硫燃油對排放影響及供給可行性分析11

1、低硫燃油對排放影響及供給可行性分析摘要：本文簡要介紹了國內(nèi)外車用燃油標(biāo)準(zhǔn)中硫含量限值發(fā)展進程，綜述了國內(nèi)外研究硫含量對排放的影響，及燃油硫含量對排放控制技術(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: in this paper, the changes of sulfur content in diesel fuel of some countries and regions wereintroduced. the influences of sul

2、fur content on diesel exhaust emissions were summarized. and theinfluences of diesel sulfur content on emission control technologies, such as diesel particulate filter, dieseloxidation catalysts and nox catalysts, were analyzed. and low-sulfur fuel cost analysis and feasibility of the program in chi

3、na .this may provide suggestion for domestic research ondiesel exhaust emission.key words: low sulfur fuel, emissions control technology, cost, feasibility analysis1 引言中國機動車排放標(biāo)準(zhǔn)不斷加嚴(yán)，我國已實施機動車排放國一、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)實施較全國提前一步。燃油硫含高硫含量會加速催化劑的老化，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，機動車超細顆粒物的產(chǎn)生與硫含量有顯著的關(guān)

4、系，硫含量為350ppm和40ppm的燃油相比，前者會生成粒徑小于20納米的二次顆粒物，對健康產(chǎn)生不利影響。丹麥的車用燃油硫含量從500ppm降至50ppm時，超細顆粒物濃度與nox濃度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252-2000車用汽油有害物質(zhì)控制標(biāo)準(zhǔn)gwkb1-1999(2000年1月1日實施)北京等部分城市提前進行了燃油低硫化的工作，隨著經(jīng)濟的發(fā)展，汽車保有量強勁增長，發(fā)動機作為主要動力的各種機動車輛

5、日益增多。與此同時，發(fā)動機排放所帶來的環(huán)境污染也日益引起人們的關(guān)注。發(fā)動機有害排放物中，co 和 hc 比汽油機少得多，nox 的排放與汽油機相當(dāng),顆粒物的排放則較汽油機高許多。發(fā)動機的排放與燃油中十六烷值、密度、粘度、芳烴含量、餾程和硫含量等有密切關(guān)系，其中硫含量直接影響燃油機的煙度與顆粒物排放濃度,也影響發(fā)動機排氣催化凈化器的凈化效果。燃油中其他雜質(zhì)對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)動標(biāo)準(zhǔn)中對硫含量限值發(fā)展進程，綜述了國內(nèi)外關(guān)于燃油硫含量對排放和后處理技術(shù)影響的研究成果，同時分析了低硫燃油的成本控制和售價，以及我國低硫燃油供給

6、日程可行性分析，為國內(nèi)進行相關(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 0.22%0.3%之間波動。90 年代初，epa 要求燃油硫含量從 3000g/g（平均值）降到 500g/g，從 1993 年10 月 1 日起實施。繼而美國燃油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中硫含量直接從 1993 年的 500g/g 降至 2006 年的 15g/g。20 世紀(jì) 90 年代初，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)展的時候，歐洲國家，尤其是北歐幾個國家開始關(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

7、燃油硫含量不大于 50g/g，西歐等歐盟先進發(fā)達國家的燃油標(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 年就已實施硫含量10g/g 的標(biāo)準(zhǔn)。為適應(yīng)燃油低硫化發(fā)展的世界趨勢，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，并分兩步走。第一步 1993 年燃油硫含量降到2000g/g，第二步從 1995 年起要求燃油硫含量降到 500g/g 以下，2005 年日本燃油標(biāo)準(zhǔn)中硫含量已經(jīng)將到了 50g/g 以下。我國長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 年起實施的國家輕燃油標(biāo)準(zhǔn) gb252-2000

8、，將輕燃油等級分為優(yōu)級品、一級品和合格品，其中硫含量要求不大于 0.2%，大大高于發(fā)達國家車用燃油的標(biāo)準(zhǔn)。我國 2003 年參考歐盟車用燃油品質(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 10g/g），我國車用燃油標(biāo)準(zhǔn)中對硫的控制落后于歐洲、美、日等發(fā)達國家和香港地區(qū)，目前市場供給的車用燃油還是采用輕燃油標(biāo)準(zhǔn)，

9、不能與我國 2003年 9 月 1 日開始實施的燃油車第 2 階段排放標(biāo)準(zhǔn)相適應(yīng)。表 1 各國和地區(qū)燃油硫含量限值標(biāo)準(zhǔn)硫含量，%（m/m）備注美國 usa2，19930.05美國 usa2，20060.0015高速公路用燃油en 590-930.2滿足歐 i 排放標(biāo)準(zhǔn)en 590-980.05滿足歐 ii 排放標(biāo)準(zhǔn)en 590-990.035滿足歐 iii 排放標(biāo)準(zhǔn)en 590-20020.005滿足歐 iv 排放標(biāo)準(zhǔn)日本燃油標(biāo)準(zhǔn) jis k22040.0052005 年實施中國輕燃油 gb25220000.22002 年實施中國車用燃油 gb/t1914720030.052003 年頒布2.

10、1 燃油硫含量對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)境保護局的定義，燃油機排氣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的排放，也降低了排氣的煙度。 歐洲的汽車油料研究表明，燃油中硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)從 500g/g 減少到 30g/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。燃油含硫量在2003年輕型車上對pm和nox的排放的影響見圖1和圖22. pm排放在 e

11、udc 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 pm 排放影響 圖 2 硫含量對 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。為了測試燃料硫含量對排放的累積影響jcap 使用硫含量分別為 10ppm、50ppm 和 100ppm 的油品進行了 30000km 行車試驗和發(fā)動機試驗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。2.2 燃油硫含量對排氣后處理技術(shù)的影響隨

12、著排放法規(guī)的日益嚴(yán)格，燃油機單靠燃燒改進等機內(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(dpf)、和 nox 催化轉(zhuǎn)化器等。先進的排放控制技術(shù)可有效減少燃油機排放，特別是 pm 和 nox 排放，但燃油中的硫會使催化劑中毒，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。燃油機排氣中絕大部分是固體

13、炭粒和吸附了可溶性有機成分的碳煙，使用顆粒過濾器可使排氣中碳顆粒的過濾效果達到 60%以上。燃油中硫含量對 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，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)燃油硫含量達到 150ppm 時，pm 排放下降率為 0，此時燃油顆粒過濾器已失效。當(dāng)燃油硫含量大于 150ppm 時，使用 dpf 裝置后 pm 排放甚至遠大于發(fā)動機直接排放。硫含量對 dpf 裝置影響見表 2。表 2 硫含量對 pm 排放下降率影響硫含量，ppm裝置pm 排放下降率oica 循

14、環(huán)peak torqueroad load3cdpf959394cr-dpf95919730cdpf747280cr-dpf727381150cdpf018-25cr-dpf-3-19-38350cdpf-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 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 thc、co 排放的降低率與油品硫含量無關(guān)。2.2.2 硫含量對氧化

15、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氣體和可溶性有機組分，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。在重型燃油機上燃用含硫量為 0.01%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，經(jīng)過氧化催化劑后 pm 排放高于發(fā)動機排放 pm（圖 4），主要是由于氧化催化劑將 so2 氧化為 so3，使

16、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，催化劑老化對 pm 排放影響較小，而當(dāng)硫含量大于 150ppm 時，老化后 pm 排放遠大于新鮮催化劑及發(fā)動機排放。圖4硫含量對氧化催化轉(zhuǎn)化器的影響圖5硫含量對 nox 催化轉(zhuǎn)化器的影響2.2.3 硫含量對 nox 催化轉(zhuǎn)化器的影響燃油機排氣中 nox 比汽油機低，但由于燃油機排氣中含有大量 o2 使得機外 nox 控制變得非常困難，因此燃油機 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。目前對降低燃油機 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

17、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 300500時，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)動機/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間而下降，并且硫含量越高，nox 轉(zhuǎn)化效率下降越多。燃油中硫含量對 pm 排放影響最大，在燃油燃燒中，其中硫最終會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 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，它會對 so2 進一

18、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3.1低硫燃油成本價格分析燃油的成本估計是個復(fù)雜的分析過程，本文只對低硫燃油的成本相對于普通燃油做一個簡單的比較。很顯然，由于設(shè)備，技術(shù)更新，煉油企業(yè)必須投入大量的資金，勢必導(dǎo)致低硫燃油的成本上升。中石化投300億降汽油硫含量將滿足歐3排放標(biāo)準(zhǔn)中國石化將投入近300億元降低車用汽油中的硫含量。近期召開的第二屆機動車污染控制國際研討會上，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)系的研究項目，其中一些企業(yè)已經(jīng)具備生產(chǎn)硫含量小于150ppm汽油

19、的能力。我國大量的進口原油硫含量數(shù)值偏高，中石化在2006年1月至10月進口的原油平均硫含量已經(jīng)達到1.11，而該公司1999年進口原油的硫含量僅0.17。燃料清潔化必須應(yīng)對加工原油劣質(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，將汽油含硫量降到150ppm以下，并供應(yīng)滿足歐3排放標(biāo)準(zhǔn)的城市車用燃油。有業(yè)內(nèi)人士分析稱，燃油低硫化是發(fā)展趨勢，但會有一個新問題，那就是如何推動低硫燃油的使用。3 3.2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關(guān)鍵問題。”哈佛大學(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)

20、擔(dān)；二是如何確定合理的燃油價格。我國政府可以運用經(jīng)濟手段來鼓勵低硫車用燃料的應(yīng)用：“例如日本政府在將含硫量從2000ppm降至500ppm的過程中，就連續(xù)7年免征了煉油企業(yè)7的企業(yè)所得稅，這激發(fā)了企業(yè)的積極性?！蔽覈梢酝ㄟ^以下手段推動低硫燃油的應(yīng)用?！皩θ加凸?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)展的動力。對消費者來說，主要是通過增加優(yōu)劣質(zhì)燃油之間的價格差別來推動消費取向?！蔽覈梢酝ㄟ^以下手段推動低硫燃油的應(yīng)用。“對燃油供應(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)展的動力。對消費者來說，主要是通過增

21、加優(yōu)劣質(zhì)燃油之間的價格差別來推動消費取向。” 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，減少機動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)品的國際競爭力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？各步驟的實施時間和實施范圍如何確定？各方案的減排效果，健康效益和經(jīng)濟效益評估，各方案的石油煉制成本評估，各方案管理和操作的可行性。計算至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劃情景下的逐年機動車污染物排放量不同實施時間表不同實施地域不同目標(biāo)車型方案設(shè)計及分析方案設(shè)計原則：借鑒國際經(jīng)驗結(jié)合中國情況參考多方意見，考慮可操作性方案設(shè)計的基本考慮借鑒歐洲燃油標(biāo)準(zhǔn)各階段限值，實施時間與中國機動車污染排放標(biāo)準(zhǔn)相配套。加裝燃油催化氧化器（doc）的歐三燃油