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清洁油品的生产与消费如何应对雾霾防治
  新闻来源:石油商报 2017-10-11 10:41  

  我国炼油企业不仅承担着清洁油品的生产供应压力,也面临着减排二氧化硫、氮氧化物、挥发性有机物、烟尘和粉尘等污染物的严格要求。当前国内成品油质量升级加快,船用燃料油降硫任务艰巨,石油焦成为大气污染防治重点。石油炼制企业需要从源头抓起,加快炼油结构调整,催化裂化烟气要脱硫脱硝,加大挥发性有机物排放控制力度等;消费环节要严控废气排放,机动车减少颗粒物排放要从技术着手。我国船用燃料油低硫化的机遇和挑战并存,石油焦使用行业减少污染排放任重道远。

  1、国内石油产品质量现状

  国内成品油质量升级要求加快

  2015年,国务院审议通过了《加快成品油质量升级工作方案》,确定将全国供应国Ⅴ标准车用汽柴油的时间由原定的2018年1月提前至2017年1月;要求普通柴油硫含量自2017年1月1日和2018年1月1日起分别不大于50毫克/千克和10毫克/千克。

  2016年5月,《轻型汽车污染物排放限值及测量方法(中国第六阶段)》(简称“国Ⅵ标准征求意见稿”)发布,并首先在京、津、冀等地实施;2019年1月1日起,汽油执行国Ⅵa标准,柴油执行国Ⅵ标准;2023年1月1日起,汽油执行国Ⅵb标准。2017年,京、津、冀的“2+26个”城市将率先完成车用柴油和普通柴油标准并轨,2017年9月底前,全部供应国Ⅵ标准汽柴油;到2019年初,全国全部执行国Ⅵ标准,基本达到发达国家标准的要求。

  相对于国Ⅴ标准,国Ⅵ标准的汽油降低了烯烃、苯和芳烃含量,修改了T50限值;柴油则降低了多环芳烃含量,调整了密度,增加了总污染物含量的控制,提高了部分牌号的闪点。中国汽油质量标准及升级历程图表征了国Ⅰ到国Ⅵ的各指标变化。

  船用燃料油降硫任务艰巨

  为控制船舶硫氧化物、氮氧化物和颗粒物排放,改善我国沿海和沿河区域特别是港口城市的环境空气质量,2015年交通运输部发布了《珠三角、长三角、环渤海(京津冀)水域船舶排放控制区实施方案》,要求:

  1)自2016年1月1日起,排放控制区内有条件的港口可以实施船舶靠岸停泊期间使用硫含量≤0.5%的燃油。

  2)自2017年1月1日起,船舶在排放控制区内的核心港口区域靠岸停泊期间(靠港后的一小时和离港前的一小时除外)应使用硫含量≤0.5%的燃油。

  3)自2018年1月1日起,船舶在排放控制区内所有港口靠岸停泊期间应使用硫含量≤0.5%的燃油。

  4)自2019年1月1日起,船舶进入排放控制区应使用硫含量≤0.5%的燃油。

  5)2019年12月31日前,评估前述控制措施实施效果,确定是否规定船舶进入排放控制区使用硫含量≤0.1%的燃油,是否扩大排放控制区地理范围。

  目前,我国远洋运输几乎全部使用进口燃料油,这种油的硫含量较高,基本在2.5%~3.5%;内贸市场上主流船用燃料油产品都由混调生产,根据调合组分的不同,硫含量在0.5%~2.0%范围不等,个别产品硫含量高达3.0%。可见,船用燃料油降低硫含量的任务艰巨。

  石油焦成为大气污染防治的重点

  近期,有关燃烧石油焦是PM2.5成因的报道将石油焦推向风口浪尖,石油焦问题越来越受到环保部门的重视。淘汰落后产能、提高产能利用率、走可持续发展的道路是石油焦市场的必由之路。石油焦按照硫含量分类,小于3%的称为中低硫焦,大于3%的称为高硫焦。后者在使用过程中对环境的影响较大,成为重点防治对象。

  2、清洁生产过程要求日益严格

  汽柴油质量升级路径

  据国家能源局的“我国汽柴油质量升级台账”系统统计,截至2016年年底,主要石油公司约90%的汽油产能、78%的柴油产能可实现国Ⅴ汽柴油生产。为确保油品质量升级项目建设进度,长周期设备的制造要加快进度。

  汽油质量升级的主要手段 一是通过吸附脱硫和加氢脱硫等工艺,降低汽油硫含量;二是适度增加催化重整和芳烃抽提能力,在控制最大芳烃含量的同时,调合降低硫和烯烃含量;三是建设烷基化、异构化、MTBE和轻汽油醚化装置,提高辛烷值并降低杂质含量。

  与欧美国家相比,我国的催化重整、烷基化、异构化等高辛烷值组分比例偏低,催化裂化装置前加氢比重不足,在今后质量升级过程中需要进一步解决和完善。另外,发展乙醇汽油也是解决汽油质量升级的办法之一,关键是要降低成本。

  柴油质量升级方面 加氢降低硫含量,提高十六烷值是关键。

  根据加工过程,加氢技术可分为三类:加氢精制技术、加氢改质/加氢裂化技术、组合工艺技术。对于我国炼厂来说,主要是增加柴油加氢/柴油改质装置能力,但是加氢裂化和催化原料前加氢的比重依然较低,加氢的比例还需适当提高。

  低硫船用油生产兼顾经济效益

  低硫船用油生产对先进炼厂来说是意外惊喜,因为可以直接生产低硫燃料油,产品售价提高有望覆盖运行成本的增加。炼厂生产低硫船用油有以下途径。

  途径一 调整炼厂原油结构和产品结构,从源头上降低燃料油产品的硫含量

  减少加工高硫重质原油的比例,适当增加加工轻质低硫原油的比例。同时,未来将有更多的柴油作为船用燃料的调合组分,替代部分高硫渣油燃料,柴油价格将面临上涨的压力,而渣油燃料将供过于求。

  途径二 建设脱硫效果较好的渣油加氢装置

  目前国内新建一套200万吨/年的渣油加氢脱硫装置需3~5年的时间,投资近15亿元人民币。按照目前的价格体系,炼厂更愿意将加氢后的渣油用来生产汽柴油。麻烦的是,如果船舶改用LNG清洁燃料,或加装去硫洗涤器,那么炼厂投资改造生产设施可能并不经济。

  途径三 采用氧化脱硫技术

  在常温常压及催化剂存在的条件下,通过强氧化剂作用,将燃料油中的含硫化合物及其衍生物氧化,并经萃取分离,以脱除燃料油中含硫化合物及其衍生物。该技术投资较低,有良好的发展前景,但目前尚未实现工业化。

  途径四 利用催化油浆生产低硫燃料油组分

  目前,国内开发的油浆低压反应吸附技术,可将油浆中的催化剂粉末含量降低到小于10微克/克;另外,开展了油浆溶剂脱沥青试验研究,脱沥青油收率可达80%,灰分小于0.002%。

  炼油企业解决高硫焦出路

  炼油企业解决高硫焦问题有以下途径。

  途径一 炼厂采取措施降低石油焦硫含量

  炼厂可通过原油分储分炼、掺炼催化油浆等办法,降低延迟焦化装置进料的硫含量,同时优化焦化工艺操作条件,使得石油焦硫含量控制在3%以下。此外,采用焦化原料脱硫技术,脱除原料中70%左右的硫,也可以降低石油焦硫含量。

  途径二 炼厂改变产品方案降低石油焦产量

  根据原油性质和产品需求,有的可以改产沥青;有的需要调整重油加工路线,建设渣油加氢装置,再到催化裂化装置加工,减少石油焦出厂。

  途径三 高硫焦供炼厂电站自用并确保排放治理

  高硫焦作为炼厂循环流化床(CFB)锅炉的燃料,也可作为整体式气化联合循环(IGCC)的燃料。

  油品生产中的尾气处理

  石油炼制过程中产生的二氧化硫、氮氧化物来源于原油中的硫、氮转移和燃烧排放,需要控制的排放点包括催化裂化烟气、电站锅炉烟气、硫磺回收尾气、加热炉烟气等处。在油品的清洁生产过程中,应从源头抓起,加快炼油结构调整,淘汰落后产能是提高原油资源利用率和降低污染物排放的关键因素之一。企业应考虑从源头控制、过程削减入手,在生产管理上下功夫。

  催化裂化烟气脱硫脱硝 湿法脱硫是目前采用最多的脱硫技术,约占脱硫技术的85%。湿法烟气脱硫技术的脱硫率高达95%,装置运行可靠性高,处理成本低。脱氮技术主要包括低氮氧化物烧焦技术、添加助剂法、选择性催化还原法(SCR)和氧化吸收法等。其中,低氮氧化物烧焦技术是对再生器构造进行优化设计,优化操作参数,以降低氮氧化物的产生量和排放量。

  硫磺装置尾气回收排放控制 硫磺装置尾气中硫的回收可通过以下措施加以解决:如提高装置硫磺回收率;对含硫废气进行加氢处理;含硫尾气制硫;降低或避免高浓度气体泄漏;提高吸收塔脱硫效果;碱洗处理吸收塔后尾气或将吸收塔后尾气送至脱硫脱硝系统处理。

  3、消费环节严控废气排放

  机动车减少颗粒物排放要从技术着手

  机动车污染已成为我国空气污染的重要来源,污染防治的紧迫性日益凸显。我国几乎全部汽油和80%以上的柴油用于机动车,机动车减排需要石油行业与汽车行业协同努力。机动车对雾霾的贡献主要包括:机动车尾气直接排放可吸入颗粒物;汽车尾气排放其他污染性气体在大气里发生化学反应生成臭氧和PM2.5;机动车对道路尘土反复碾压并在行驶中带动地面扬尘的产生。

  结合我国机动车和交通系统的现有情况,需要从降低单位汽车排放量、控制机动车数量和改善交通结构三方面着手。其中,主要治理办法是创新汽车技术,降低单车排放污染水平。目前,乘用车发动机采用缸内直喷技术在燃油经济性和动力性上占据优势。由于燃油在缸内燃烧不充分,从而导致微粒物大量生成。解决这一问题的途径有两种。

  途径一 采用混合喷射技术,即缸内直喷与歧管喷射两种供油方式相结合。

  在低负荷工况下,发动机通过歧管喷射的方式注入燃油,能对颗粒物排放和积碳进行比较好的控制;在中等负荷工况下,发动机气缸内的喷油嘴与进气歧管的喷油嘴协同喷油,让发动机达到比较好的动力性和排放水平;在高负荷工况下,仅燃油缸内的喷油嘴工作,可以实现更优的动力性和燃油效率。

  途径二 采用颗粒物捕捉器/废气再循环等,这一类技术可以在汽油机或柴油机上应用。

  尾气颗粒物捕捉器能够吸收缸内产生的大量颗粒物,它可以与三元催化器集成在一起,布置在排气管中。废气再循环技术是把排气管的部分废气经进气歧管导流至气缸再次参与燃烧过程,从而降低氮氧化物的排放。另外,还可以通过阿特金森循环技术和集成式排气歧管设计,提升燃油效率,降低发动机对雾霾的贡献。

  船用燃料油低硫化的机遇和挑战并存

  为了实现船用燃料低硫排放,船东将采用低硫含量的燃油、废气后处理技术、或以LNG作为替代燃料之间进行选择。

  使用低硫燃油是最直接的手段。研究表明,船用燃油硫含量从2.7%降至0.5%后,二氧化硫的排放量将降低80%,并可有效降低颗粒物的排放;若硫含量降至0.1%,成本将明显增加,而且需要对船上的喷射系统和润滑系统进行适应性改造。

  采用LNG可以减少85%~90%的氮氧化物排放,且基本没有二氧化硫和颗粒物排放。但是LNG加装、续航能力等问题可能导致今后船东使用LNG做替代燃料所占比例较低。

  从长远来看,采用废气后处理技术是较好的选择,目前国内外处于中试规模或已经实船应用的船舶废气脱硫技术主要有:海水法、淡水+氢氧化钠法、混合系统、CSNOx系统、镁基-海水法以及干法。为了在2020年实现国际海事组织提出的船用燃料油降低硫排放的要求,政府还需要强化相关监督管理。

  石油焦使用行业减少污染排放任重道远

  目前,国内石油焦消费的50%以上用于电解铝的炭素电极制作,1/4用于玻璃、水泥、发电等行业的燃料。由于石油焦下游使用领域广泛,使用过程中污染物排放不但需要技术控制,也需要环保监管。

  2013年环保部对电解铝企业限定了二氧化硫、氟化物以及电解槽烟气净化、氧化铝、氟化盐储运、电解质破碎及其他工段颗粒物的最高排放标准;对水泥生产中的颗粒物及氮氧化物的排放也规定了限值。2015年能源局和环保部联合下文,严格限制在大气污染重点防治地区使用石油焦。

  在炼厂严格控制大于3%的高硫石油焦出厂的同时,下游消费的工业领域也要加大石油焦使用环节的污染物排放控制。

  4、生产消费环节共同努力

  为了改善大气环境、造福子孙后代,石油产品生产企业和下游使用环节都有义务、有责任完成国家提出的空气污染物减排目标,严格执行国家提出的相关标准和法规。

  石油产品的生产和使用环节的参与者需要强化沟通协作,共同推进新标准的应用。

  例如,推出汽柴油的国Ⅵ标准需要完善工业实验,汽车行业反映汽油终馏点对PM2.5的形成影响很大,炼油行业反映目前国Ⅵ标准出台缺乏汽车新的减排技术的应用。

  技术创新和环保意识将起到重要作用。

  未来国Ⅵ标准汽柴油生产技术、低硫燃料油生产技术、降低石油焦硫含量技术、炼厂挥发性有机物排放控制技术、循环流化床锅炉脱硫脱销技术、汽车发动机减排技术、船用燃料油尾气处理技术、碳素厂/水泥厂尾气处理技术等等,都需要进一步攻关完善,提高其应用的经济性。环保工程既是人们生活水平提高的迫切要求,也同样存在巨大商机,石油的上下游产业链只有同参与、共守护,才能实现我们呼吸清洁空气的美好愿望。

  政府相关政策的出台需要考虑中国国情,科学制定行业政策,减少对企业发展的冲击。

  例如,今后国内电解铝需求还将维持小幅增长,完全禁止高硫焦出厂,将造成石油焦产量大幅减少,电解铝企业使用其他替代品成本太高,企业效益影响很大;相反,通过上游适度降低石油焦的硫含量,下游增加尾气排放控制措施,上下游协同努力,同样可以实现二氧化硫排放控制达标。

  (作者系中国石油化工集团公司经济技术研究院市场营销研究所所长。)

 
  【作者: 柯晓明 关闭窗口
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