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世界最严排放标准,我能!
  新闻来源:石油商报 2017-10-11 10:41  

  《京津冀及周边地区2017年大气污染防治工作方案》要求“2+26”城市各加油站点于9月底前全部供应符合国Ⅵ标准的车用汽柴油。为此《石油商报》三名记者分别采访了中国石油集团咨询中心专家委员会副主任、国内著名石化专家、原中国石油天然气总公司炼化局局长王贤清教授,以及中国石油大学(北京)化工学院教授、博士生导师赵锁奇,就此次国Ⅵ标准升级,两位教授回答了记者以下问题。

  王贤清:著名炼化技术专家,教授级高级工程师,是中国石油炼化工业的奠基人之一,先后主持过多项国家级重大专项以及炼化工程的总体设计,是中国石油炼化工程技术的带头人之一,为我国石油化学工业的发展做出了杰出贡献。

  赵锁奇:曾任重质油国家重点实验室副主任,近年来主持完成国家基金,联合重点、国家“973”计划课题、国家科技合作重点项目、国家科技支撑计划课题、中国石油天然气重大专项等10余项;获国家发明专利5项,国际专利6项,国家软件著作权2项;在国内外发表论文200余篇(其中100余篇被SCI、 EI收录),参加编著教材及专著章节4本。

  Q1.我国油品升级的原因与意义是什么

  王贤清:2009年以来我国汽车产量居世界第一,2013年以来更是每年产量突破2000万辆,截至2016年底,汽车保有量突破2亿辆。对城市来讲,随着我国机动车保有量的不断增长,机动车已成为城市空气污染的重要来源,是造成灰霾、光化学烟雾的重要原因。美国在20世纪50年代,证实了汽车尾气是洛杉矶雾霾的元凶,提升油品质量成为各国治理大气污染的秘诀。治霾先治尾气,治尾气先提升油品质量。

  赵锁奇:我国不断提升油品质量是为了减少汽车污染物的排放,今年年初国家要求“2+26”个城市于今年9月底前全部供应符合国Ⅵ标准的车用汽柴油,表明了国家从源头开始防治环境污染的决心。此前国Ⅴ标准内的硫、苯含量控制指标与欧Ⅴ标准一致,但芳烃、烯烃等指标差距明显。国Ⅵ标准在降低芳烃与烯烃含量方面,做出了更高要求,这对于降低碳氢化合物(HC)、一氧化碳(CO)、臭氧(O3)以及PM2.5的排放,有显著影响。

  Q2.我国油品升级的历程及与世界同步的情况

  赵锁奇:从2000年至今,我国完成了从无铅汽油到国Ⅴ车用汽油质量升级;柴油标准从仅按优级品和合格品(硫含量不高于10000 ppm)划分到国Ⅴ标准中含硫量不大于10ppm的升级之路。

  王贤清:欧洲执行欧Ⅲ标准是在2003年,欧Ⅳ标准是2005年,欧Ⅴ标准是2009年。中国的油品标准相对欧洲比较,国Ⅲ相当于欧Ⅲ标准,是2010年;国Ⅳ颁布实施是2014年;国Ⅴ标准是2017年全部实施;10月将在“2+26”个城市率先开始实施国Ⅵ标准,在2019年1月1日起(全国执行时间为2021年1月1日),要求所有销售和注册登记的轻型汽车符合国Ⅵa限制要求,2023年1月1日起,符合国Ⅵb限制要求。我们国家现行的环保高要求,敦促国内油品质量的要求达到一个高标准。

  从国Ⅲ开始,中国油品升级的标准大致与欧洲情况相同,硫含量基本一致,欧Ⅲ为150ppm,欧Ⅳ为50ppm,欧Ⅴ为10ppm,与中国一致。在欧Ⅲ、欧Ⅳ和欧Ⅴ标准中,芳烃含量分别为42%、35%、35%,中国的国Ⅲ、国Ⅳ、国Ⅴ芳烃含量标准相对较高,分别都为不大于40%,国Ⅵ降为不大于35%。而烯烃含量标准则高于欧洲标准,国Ⅲ阶段不大于35%、国Ⅳ不大于28%、国Ⅴ不大于25%,国Ⅵa不大于18%、国Ⅵb不大于15%。而欧洲烯烃的标准都为不大于18%,我国在这方面标准严于欧洲。烯烃含量是一个非常重要的指标,对于防止化学烟雾起到了很大作用。苯含量在欧洲标准为不大于1%,在国Ⅵa、Ⅵb阶段都为不大于0.8%。

  Q3.我国的柴油标准是否与国际接轨

  赵锁奇:总体而言,我国柴油标准和欧洲、世界燃油规范没有对接,有些指标还未修改,世界燃油规范里T95降到345℃,我国现行标准尚未体现。

  国Ⅵ标准汽油升级标准很细,柴油标准升级略显仓促,此次将多环芳烃(PAH)含量由11%下降到7%,但柴油馏程没有变化,这意味需要靠更深度加氢来实现国Ⅵ标准,例如,提升反应压力、催化剂性能等,这些举措都将带来高的成本。

  由于未来我们对环保要求会更为严苛,柴油需求量可能会有所减少,这样更有利于对柴油排放的控制。

  就个人观点而言,柴油标准将会有进一步修订的可能,如果燃油标准和排放标准没有匹配上,应以排放标准为准,但现在国Ⅴ的车辆与国Ⅵ油的匹配度尚未经过验证。

  Q4.目前哪些企业可以向“2+26”城市供应国Ⅵ标准油

  王贤清:目前中国石油有7个企业具备向“2+26”个城市区域内供应国Ⅵ汽油的能力,其中,呼和浩特石化、大港石化、华北石化、锦州石化、锦西石化、辽阳石化,可生产符合国Ⅵ标准的汽油,大连石化则作为一个备选向北京供应国Ⅵ汽油的企业。

  赵锁奇:中国石化在“2+26”城市范围内的燕山石化、天津石化、石家庄炼化、中原石化、青岛石化等11家企业都具备生产国Ⅵ汽油的能力。同时,部分地炼也具备生产国Ⅵ油品的能力。

  Q5.相比其他国家,我国油品升级的特点是什么

  王贤清:对比其他国家的油品标准,我国在油品质量方面存在两个特点:一是油品升级速度较快;二是国Ⅵ排放标准是世界上最严标准之一。

  这两个特点与我国汽油池构成是密切相关的。无论是欧洲还是美国,与我国相比,他们的汽油调和处方里催化裂化的馏分比较少,欧洲为30%左右,美国为35%左右,中国占比很大达到74%,众所周知,这部分油本身生产出的烯烃含量较高。

  此外,我国催化重整的油品占比不高,虽然这部分油辛烷值高,但其芳烃含量也高,欧洲为50%,美国为35%,中国为20%。

  异构化油和烷基化油是理想的清洁汽油调和组分,这两项技术对汽油池的整体性质提高效果显著。烷基化油具有零芳烃、零烯烃、低硫、低蒸汽压及高辛烷值等特点,因此烷基化技术也成为炼厂生产国Ⅵ汽油关键措施之一。目前欧洲烷基化油品占比为10%左右、美国为30%、中国大体上为2%左右。

  Q6:本次油品升级中国石油和中国石化都有哪些投入,主要采用了哪些关键技术

  王贤清:从我国汽油池构成来看,当前要解决两大问题,第一是脱硫,第二是降烯烃,并补充由此带来的辛烷值损失。

  从资金投入方面来看,中国石油炼化板块投入大量资金建设这两方面的装置,以提高油品质量。中国石化在2010年整体收购了菲利浦斯催化汽油吸附脱硫(S_Zorb)专利技术,并在此技术上对装置进行创新改造,形成了具有自身特色的新一代S_Zorb专利技术,主要解决了长周期运转的问题。原先装置运转4个月左右,现在可高达3年。中国石化大概有25套S_Zorb技术,总加工能力为3100多万吨/年。

  从技术方面来看,中国石油早期引进Prime-G汽油脱硫技术,但此技术在降烯烃时会损失大量辛烷值,在国IV时没有问题,而升级到国V时产生了烯烃饱和度辛烷值降低的问题。中国石油炼厂原料质量不一,根据自身油品特性,中国石油主要开发了两项技术,即中国石油集团与中国石油大学(北京)合作,共同开发出拥有自主知识产权的催化汽油加氢DSO和GARDES技术,替代国外引进技术,并自主完成工艺包设计及工程设计,使中国石油催化汽油加氢脱硫技术实现了国产化。

  中国石油共引进了12套Prime-G技术,自主开发技术应用17套(DSO 9套,GARDES 8套),其中DSO技术发展成M-DSO技术。DSO技术主要是采用脱硫,在脱硫过程中会降低烯烃含量,从而影响辛烷值。M-DSO技术中的M起到异构化与芳构化的作用,对汽油既脱硫,又保证了辛烷值。GARDES技术是先脱硫,再通过异构化与芳构化来补充辛烷值。

  DSO和GARDES技术解决了催化汽油加氢脱硫装置生产中易出现的反应器床层易结焦、装置运行周期短、辛烷值损失高等问题,主要技术经济指标先进合理,部分指标优于国外引进技术。这两项技术不仅缩短了建设周期、减少了项目投资,而且增强了中国石油在炼化技术领域的竞争力。在国IV升级到国V过程中实现了平稳过渡。

  引进一套Prime-G技术技术花费大约在4亿~5亿元,而这17套技术都是我们自主研发的,专利费用就降低了很多。集中国石油科技部、石化院、炼化板块以及地区公司之力,按照国家要求在规定时间节点完成了油品升级置换工作。

  在国IV升级到了国V时,虽然达到了脱硫的目的,但辛烷值有所损失。中国石油开发了催化轻汽油醚化(LNE)工艺技术,能有效降低汽油质量升级的生产成本,提高国内炼化企业的经济效益。工业装置运行实践证明,此技术与国外同类技术相当,而技术使用费和装置投资均不到国外技术的一半。催化轻汽油醚化技术是一项有效解决汽油降烯烃并兼顾辛烷值的技术。开发了一段两器串联新工艺,设计了膨胀床反应器,发明了催化剂在线置换技术,可延长催化剂使用寿命;根据不同炼厂的需求,量身开发了LNE-1、LNE-2和LNE-3系列轻汽油醚化技术,该技术是以炼厂分离出轻的C4、C5为原料,跟甲醇一起进行醚化,甲醇变成汽油馏分,目前已经建成6套装置,经济效益显著(甲醇成本2000元/吨,汽油价格5000~6000元/吨),可以在烯烃含量降低的情况下提高了辛烷值。根据工业应用的结果显示,可以提高辛烷值2.2个单位左右。

  另外,甲基叔丁基醚(MTBE)是一种无色、透明、高辛烷值的液体,辛烷值达到115左右,具有醚样气味,是生产无铅、高辛烷值、含氧汽油的理想调合组分,作为汽油添加剂已经在全世界范围内普遍使用。它不仅能有效提高汽油辛烷值,而且还能改善汽车性能,降低排气中一氧化碳的含量,同时降低汽油生产成本。

  目前,轻汽油醚化技术有6套在建,未来还将增加8~11套。一套加氢脱硫与醚化装置的总投资是3亿~4亿元投入。

  Q7:我国石化企业为油品升级付出了怎样的努力,最大的困难是什么

  赵锁奇:中国的炼油工业为了适应国家标准的提出付出了巨大的努力,普通百姓不了解。每一次升级意味着巨大的付出,其中包括科技研发的投入。如果实现不了要买国外的专利,需要花费上千万美元。自己研发也需要投入,包括实验室、中试、工业实验,还有很多操作费用的提升。每增加一个过程会增加成本支出。为适应不断提升的汽油质量,加氢脱硫装置经历了不断的改进,现在要满足国Ⅵ的标准,炼油企业将付出较高的成本。

  从原料上来看,我们国家74%都是催化裂化汽油烯烃含量高,将通过各种方法降低烯烃,都牵扯到如何恢复辛烷值。芳烃含量降低压力不大,很多企业生产的汽油可能达不到35%,催化重整的汽油控制苯的含量,要用抽提,分子蒸馏、催化蒸馏等技术,分离芳烃,溶剂萃取,分离、利用。重整有一个好处可附产大量氢气,给炼厂提供氢源,氢大约2万元一吨,中国的炼厂有很大的需求。

  另外,现有装置的苛刻度提高了也能满足油品升级的要求。但是装置的寿命会下降,催化剂的使用周期缩短,最终还是要投入不少成本。这些成本炼油企业在低油价下还能承受,在高油价就有问题,建议国家降低燃油税等措施降低企业成本。

  从技术与成本的角度考虑,国Ⅵ的主要问题主要是补充更多污染少、辛烷值高的组分,主要靠烷基化。

  一是采用氢氟酸法,但是氢氟酸泄漏形成气溶胶,现在由于环保原因很少使用。

  二是采用硫酸法,近年来上的多,但是酸渣也会造成环境污染,硫酸法能解决一些大的问题,硫酸处理减轻了大气的污染但是增加了新的酸污染,危化固体废物的处理还需要花钱。有的技术能够回收酸渣,比如TOPSOE技术,能回收90%的硫酸,但是需要购买专利技术处理酸渣。另外,硫酸法烷基化存在腐蚀性问题。从成本考虑,国Ⅴ升级到国Ⅵ标准,如加烷基化油,一吨成本要升高200元左右。

  三是近来呼声较大的就是中国石油大学离子液烷基化技术,在中国石油、中国石化和地炼正大力推广,但是也有问题,建厂要投资,折旧加上操作费用,每吨也将增加几百元的成本。

  四是中国石油采用轻汽油醚化技术,但醚化也有很多问题,醚类尽管沸点偏低,对汽油启动性能、含氧化物减少污染物排放有好处,它一个问题是醚类热值低,而最大的问题是不能无限制的加,因为汽油中的氧含量有一个上限,折算成醚类化合物加10%~20%就超过上限了。加醚类物质与乙醇汽油类似,氧含量超了不但没有热值还会有副作用,因此,汽油氧含量的上限是2.7%,此时排放最低。过了这个最高点,乙醇或醚类的加入不仅不会起到减排作用反而会增加污染物的排放。

  五是中国石化采用S_Zorb技术生产国Ⅴ国VI汽油,这个装置采用的是吸附脱硫的方式。

  Q8:未来油品的升级空间有多大

  赵锁奇:如果对环境污染的情况和人体健康等情况进行量化考虑的话,未来船用燃料油、车用柴油升级的空间会更大。

  我国已经很久没有改柴油规范(T90是 350℃,T95 是365℃),与国际燃油规范(345℃) 相差20摄氏度,未来我国柴油T90、T95还会下降,相比柴油来说,这次汽油的标准制定地更细致完善,柴油的标准没有来得及。馏程的下降意味着柴油的收率降低。个人认为柴油未来还有进一步升级的空间。

  另外,船用燃料油对环境的危害更大,升级的空间也更大,船靠港口的时候一氧化碳排放更多,硫含量1.5%,船用燃油降低硫含量是一个大趋势,它的多环芳烃没有人关注过,标准还会不断提高。 目前,国Ⅵ汽油是世界上最严格的排放标准之一,已经达到甚至超过欧洲的标准,再严就是汽油一点烯烃都没有,这样只能通过异构化和烷基化实现,但这个过程需要几十年的时间。

  Q9:未来炼油技术的趋势是什么

  赵锁奇:分子管理将是炼油技术发展的大趋势,是面向石油炼化全过程的整体优化解决方案。炼油提倡炼油分子管理,国Ⅴ升级国Ⅵ标准更重要的是分子管理如何用好。分子管理达到国Ⅵ标准,生产出产品后如何去调配。

  像中国石油这样的企业需要从整体或者区域的层面来考虑实现分子管理,而不是从单个厂来考虑,通过一些调和软件、调度软件、原油加工类型等这些基本的调配算法都能实现,分区域整体优化有助于未来形成竞争优势。

  Q10:对于“2+26”区域油品升级后的市场有什么建议

  王贤清:国家监管部门应该加强油品质量的监管,在市场上,除了中国石油、中国石化的加油站外,还有许多社会的加油站,油品来源多、质量参差不齐。

  建议国家监管部门加大油品质量的监管力度,严格处理不合格油品的生产和销售企业,防止出现“劣币驱逐良币”现象发生,确保“2+26”个城市区域内按期全部达到国VIa阶段标准。

 
  【作者: 本报记者 刘亮 孟莹 王祖纲 关闭窗口
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