低硫燃油對排放影響及供給可行性分析11

1、PAGE PAGE 14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)外車用燃油標準中硫含量限值發(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 、氧化催化轉化器和 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)進行相關研究提供參考及借鑒。關鍵詞： 低硫燃燃油，排排放控制制技術，成成本，可可行性分分析Abstrractt: IIn tthiss paaperr, tthe chaangees oof ssulffur conntennt iin ddiessel fueel oof ssomee coounttriees aand r

2、eggionns wwereeinttrodduceed. Thee innfluuencces of sullfurr coonteent on dieesell exxhauust emiissiionss weere summmarrizeed. Andd thheinnfluuencces of dieesell suulfuur cconttentt onn emmisssionn coontrrol tecchnoologgiess, ssuchh ass diieseel ppartticuulatte ffiltter, diieseeloxxidaatioon ccataal

3、yssts andd NOOx ccataalyssts, weere anaalyzzed. Annd llow-sullfurr fuuel cosst aanallysiis aand feaasibbiliity of thee prrogrram in Chiina .Thhis mayy prroviide sugggesstioon ffor dommesttic ressearrch onddiessel exhhausst eemisssioon.Key wwordds: Loww suulfuur ffuell, eemisssioons conntrool ttechhn

4、ollogyy, ccostt, ffeassibiilitty aanallysiis1 引言中國機動動車排放放標準不不斷加嚴嚴，我國國已實施施機動車車排放國國一、國國二標準準，并已已發(fā)布中中國三、四四標準。北北京等城城市標準準實施較較全國提提前一步步。燃油油硫含高高硫含量量會加速速催化劑劑的老化化，降低低催化劑劑的效率率。并且且增加CCO、HHC、NNOx和和有毒有有害物質(zhì)質(zhì)的排放放，機動動車超細細顆粒物物的產(chǎn)生生與硫含含量有顯顯著的關關系，硫硫含量為為3500ppmm和400ppmm的燃油油相比，前前者會生生成粒徑徑小于220納米米的二次次顆粒物物，對健健康產(chǎn)生生不利影影響。丹麥的車用用

5、燃油硫含含量從5500pppm降降至500ppmm時，超超細顆粒粒物濃度度與NOOx濃度度的比值值有較大大的降低低。國國際上許許多國家家已開展展車用燃燃油低硫硫化工作作部分國國家的車車用燃油油硫含量量限制在在50pppm，一一些國家家限制在在10pppm。中中國車用用油品質(zhì)質(zhì)量標準準在油品品質(zhì)量控控制方面面，我國國已經(jīng)發(fā)發(fā)布了車車用無鉛鉛汽油1179330-119999輕輕燃油2552-220000車車用汽油油有害物物質(zhì)控制制標準GGWKBB1-119999(220000年1月月1日實實施)北北京等部部分城市市提前進進行了燃燃油低硫硫化的工工作，隨著經(jīng)濟的的發(fā)展，汽汽車保有有量強勁勁增長，發(fā)動

6、機作為主要動力的各種機動車輛日益增多。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注。發(fā)動機有害害排放物物中，CCO 和和 HCC 比汽汽油機少少得多，NNOx 的排放放與汽油油機相當當,顆粒粒物的排排放則較較汽油機機高許多多。發(fā)動動機的排排放與燃燃油中十十六烷值值、密度度、粘度度、芳烴烴含量、餾餾程和硫硫含量等等有密切切關系，其其中硫含含量直接接影響燃燃油機的的煙度與與顆粒物物排放濃濃度,也也影響發(fā)發(fā)動機排排氣催化化凈化器器的凈化化效果。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了國內(nèi)外外車用發(fā)發(fā)動標準準中對硫硫含量限限值發(fā)

7、展展進程，綜綜述了國國內(nèi)外關關于燃油油硫含量量對排放放和后處處理技術術影響的的研究成成果，同同時分析析了低硫硫燃油的的成本控控制和售售價，以以及我國國低硫燃燃油供給給日程可可行性分分析，為為國內(nèi)進進行相關關研究提提供參考考及借鑒鑒。2硫?qū)ε欧欧趴刂萍技夹g影響響分析從 20 世紀 60 年代到到 800 年代代，美國國燃油標準準一直比比較穩(wěn)定定，硫含含量在 0.222%0.33%之間間波動。990 年年代初，EEPA 要求燃燃油硫含含量從 30000g/gg（平均均值）降降到 5500g/gg，從 19993 年年10 月 11 日起起實施。繼繼而美國國燃油質(zhì)量量標準中中硫含量量直接從從 199

8、93 年的 5000g/gg 降至至 20006 年的 15g/gg。200 世紀紀 900 年代代初，當當美國引引領世界界汽油向向著 RRFG 汽油、向向著更加加清潔的的汽油方方向發(fā)展展的時候候，歐洲洲國家，尤尤其是北北歐幾個個國家開開始關注注本國未未來燃油油的發(fā)展展方向。歐歐盟ENN5900-20002 標準中中規(guī)定燃燃油硫含含量不大大于 550g/gg，西歐歐等歐盟盟先進發(fā)發(fā)達國家家的燃油油標準走走在世界前列列，例如如瑞典、德德國、英英國等燃燃油通過過稅收優(yōu)優(yōu)惠政策策，在 20005 年年就已實實施硫含含量100g/gg 的標標準。為為適應燃燃油低硫硫化發(fā)展展的世界界趨勢，日日本石油油聯(lián)

9、盟早早在 119899 年 6 月月就提出出燃油低硫硫化目標標和煉油油工業(yè)應應該采用用的相應應措施，并并分兩步步走。第第一步 19993 年年燃油硫含含量降到到20000g/gg，第二二步從 19995 年年起要求求燃油硫含含量降到到 5000g/gg 以下下，20005 年日本本燃油標準準中硫含含量已經(jīng)經(jīng)將到了了 500g/gg 以下下。我國長期以以來沒有有專門的的車用燃燃油品質(zhì)質(zhì)標準,一直沿沿用輕燃燃油的品品質(zhì)標準準，20002 年起實實施的國國家輕燃燃油標準準 GBB2522-20000，將將輕燃油油等級分分為優(yōu)級級品、一一級品和和合格品品，其中中硫含量量要求不不大于 0.22%，大大大

10、高于于發(fā)達國國家車用用燃油的標標準。我我國 220033 年參參考歐盟盟車用燃燃油品質(zhì)質(zhì)標準 EN5590-19998，制制定了國國家標準準車用燃燃油 GGB/TT191147-20003，該該標準將將車用，特特別是城城市車用用燃油和輕輕燃油進行行了區(qū)分分，設定定了比一一般輕燃燃油更高高的品質(zhì)質(zhì)要求，目目標是與與我國第第二階段段汽車排排放標準準(相當當于歐水平)適應。一一些國家家與地區(qū)區(qū)的車用用燃油標準準中規(guī)定定的硫含含量見表表 1。 美、歐、日日等國家家車用燃燃油標準準正向著著無硫的的方向發(fā)發(fā)展（小小于 110g/gg），我我國車用用燃油標準準中對硫硫的控制制落后于于歐洲、美美、日等等發(fā)達國

11、國家和香香港地區(qū)區(qū)，目前前市場供供給的車車用燃油油還是采采用輕燃燃油標準準，不能能與我國國 20003年年 9 月 11 日開開始實施施的燃油油車第 2 階階段排放放標準相相適應。表 1 各各國和地地區(qū)燃油油硫含量量限值標準硫含量，%（m/m）備注美國 USSA2，1199330.05美國 USSA2，2200660.00115高速公路用用燃油EN 5990-9930.2滿足歐 II 排放放標準EN 5990-9980.05滿足歐 III 排排放標準準EN 5990-9990.0355滿足歐 IIII 排放標標準EN 5990-2200220.0055滿足歐 IIV 排排放標準準日本燃油標標準

12、 JJIS K222040.00552005 年實施施中國輕燃油油 GBB2522200000.22002 年實施施中國車用燃燃油 GGB/TT191147200030.052003 年頒布布2.1 燃燃油硫含含量對排排放的影影響燃油中的硫硫 988%在燃燃燒過程程中轉化化為 SSO2，其其余 22%作為為硫酸鹽鹽排放，SSO2 通過排排氣催化化劑會轉轉化為硫硫酸鹽，最最終成為為 PMM 的一一部分。按按照美國國環(huán)境保保護局的的定義，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合的水和其雜質(zhì)。因此降低燃油中硫的含量就相應降低了PM的排放，也降低了排氣

13、的煙度。 歐洲的的汽車油油料研究究表明，燃油中硫的質(zhì)量分數(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。燃油含硫量量在20003年年輕型車車上對PPM和NNOx的的排放的的影響見見圖1和和圖22. PMM排放在在 EUUDC 循環(huán)階階段，NNOx 排放在在 UDDC、EEUDCC 和 NEDDC 循循環(huán)階段段均隨油油品硫含含量增加加而增加加。 圖 1 硫硫含量對對 PMM 排放放影響 圖 2 硫硫含量對對 NOOx 排排放影響響JCAP 研究結結果發(fā)現(xiàn)現(xiàn)，減少少燃油的硫硫含量，同同時車輛輛使用 DPFF 系統(tǒng)統(tǒng)和高氧氧化性能能的催

14、化化劑，可可有效減減少 PPM、NNOx 和 CCO 及及非常規(guī)規(guī)排放6。為為了測試試燃料硫硫含量對對排放的的累積影影響JCCAP 使用硫硫含量分分別為 10pppm、550pppm 和和 1000pppm 的的油品進進行了 300000kkm 行行車試驗驗和發(fā)動動機試驗驗7，研究究結果發(fā)發(fā)現(xiàn)，隨隨行駛里里程的增增加 CCO、NNOx 排放也也增加，并并且硫含含量越大大排放增增加得越越多。2.2 燃燃油硫含含量對排排氣后處處理技術術的影響響隨著排放法法規(guī)的日日益嚴格格，燃油油機單靠靠燃燒改改進等機機內(nèi)凈化化技術已已很難滿滿足排放放法規(guī)的的要求，排排氣后處處理技術術日益顯顯示出重重要作用用。目前

15、前燃油機中中使用的的排放控控制技術術主要有有：廢氣氣再循環(huán)環(huán)裝置（EEGR）、氧氧化催化化轉化器器(DOOC)、燃油顆粒過濾器(DPF)、和 NOx 催化轉化器等。先進的排放控制技術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，嚴重影響了排氣后處理技術的效率。2.2.11 硫含含量對燃燃油顆粒粒過濾器器的影響響目前，燃油油顆粒過過濾器是是公認的的最有效效的后處處理技術術，常用用的燃油油顆粒過過濾器有有連續(xù)再再生型燃燃油顆粒粒過濾器器（CRR-DPPF）和和催化型型顆粒過過濾器（CCDPFF）兩種種。燃油油機排氣氣中絕大大部分是是固體炭炭粒和吸吸附了可可溶性有

16、有機成分分的碳煙煙，使用用顆粒過過濾器可可使排氣氣中碳顆顆粒的過過濾效果果達到 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%，而當燃油中硫含量增至 30ppm 后， PM 排放下降率僅為 70%左右。當燃油硫含量達到 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 硫硫含量對對 PMM 排放放下降率率影響硫含量，pppm裝置PM 排放放下降

17、率率硫含量，pppm裝置OICA 循環(huán)Peak torrqueeRoad loaad3CDPF9593943CR-DPPF95919730CDPF74728030CR-DPPF727381150CDPF018-25150CR-DPPF-3-19-38350CDPF-122-211-327350CR-DPPF-155-139-401DPF 裝裝置中配配備有金金屬催化化劑，可可有效減減少固體體物質(zhì)及及氧化 SOFF，也可可將廢氣氣中的 SO22氧化為為硫酸鹽鹽，隨油油品中硫硫含量的的增加，硫硫酸鹽組組分增加加，導致致 PMM 增加加。同時時 DPPF 裝裝置可使使 HCC 排放放下降 70%800

18、%，使使 COO 排放放下降 90%999%，并并且燃油油顆粒過過濾器對對 THHC、CCO 排排放的降降低率與與油品硫硫含量無無關。22.2.2 硫硫含量對對氧化催催化轉化化器的影影響氧化催化轉轉化器（DDOC）主主要用于于消除排排氣中的的可燃氣氣體和可可溶性有有機組分分，它可可將排放放物中的的 COO、HCC、芳烴烴類和醛醛類排放放物氧化化為 CCO2 和水，有有效減少少有害物物排放。在在重型燃燃油機上上燃用含含硫量為為 0.01%的燃油油，使用用氧化催催化轉化化器可使使 HCC 排放放減少 60%700%，PPM 減減少 227%54%。但由由于氧化化催化劑劑可將 SO22 氧化化為 S

19、SO3，生生成硫酸酸或硫酸酸鹽，額額外增加加 PMM 排放放量，所所以加裝裝氧化催催化轉化化器的燃燃油機應應燃用含含硫量低低的燃油油。國外外研究發(fā)發(fā)現(xiàn)99，在在穩(wěn)態(tài)工工況下，當當排氣溫溫度較高高時，經(jīng)經(jīng)過氧化化催化劑劑后 PPM 排排放高于于發(fā)動機機排放 PM（圖圖 4），主主要是由由于氧化化催化劑劑將 SSO2 氧化為為 SOO3，使使得硫酸酸鹽排放放增加，硫含量越高高影響越越明顯。催催化劑經(jīng)經(jīng) 2550hoourss 老化化后，燃燃油硫含含量較低低時，催催化劑老老化對 PM 排放影影響較小小，而當當硫含量量大于 1500ppmm 時，老老化后 PM 排放遠遠大于新新鮮催化化劑及發(fā)發(fā)動機排排

20、放。圖4硫含量量對氧化化催化轉轉化器的的影響圖5硫含量量對 NNOx 催化轉轉化器的的影響2.2.33 硫含含量對 NOxx 催化化轉化器器的影響響燃油機排氣氣中 NNOx 比汽油油機低，但但由于燃燃油機排排氣中含含有大量量 O22 使得得機外 NOxx 控制制變得非非常困難難，因此此燃油機 NOxx 凈化化處理成成為最近近十多年年學術界界和汽車車制造業(yè)業(yè)的研究究熱點。目目前對降降低燃油油機 NNOx 排放的的研究主主要集中中在稀燃燃 NOOx 催催化劑和和 NOOx 吸吸附轉化化器。NNOx 吸附催催化劑的的工作效效率與排排氣溫度度密切相相關，在在排氣溫溫度 33005000時，NNOx 吸

21、附催催化劑可可減少 NOxx 排放放 800%990%。催催化劑轉轉化效率率依賴于于發(fā)動機機/NOOx 吸吸收系統(tǒng)統(tǒng)的稀燃燃富燃的的精確控控制。燃燃油中的的硫含量量影響 NOxx 轉化化效率， 圖 55）NOOx 轉轉化效率率隨催化化劑使用用時間而而下降，并并且硫含含量越高高，NOOx 轉轉化效率率下降越越多。燃油中硫含含量對 PM 排放影影響最大大，在燃燃油燃燒燒中，其其中硫最最終會生生成硫酸酸及硫酸酸鹽附著著在碳煙煙顆粒上上，約占占 PMM 排放放的 113%22%。另一一方面硫硫含量對對 DPPF、NNOx 凈化裝裝置等排排放控制制裝置的的影響極極大，硫硫使得后后處理技技術效率率下降，并

22、并且越來來越多的的車輛上上安裝了了氧化催催化器，它它會對 SO22 進一一步氧化化，從而而增加顆顆粒物排排放，也也相應削削減了氧氧化催化化器的作作用。3 低硫燃燃油的成成本控制制3.1低硫硫燃油成成本價格格分析燃油的成本本估計是是個復雜雜的分析析過程，本本文只對對低硫燃燃油的成成本相對對于普通通燃油做做一個簡簡單的比比較。很很顯然，由由于設備備，技術術更新，煉煉油企業(yè)業(yè)必須投投入大量量的資金金，勢必必導致低低硫燃油油的成本本上升。中中石化投投3000億降汽汽油硫含含量將滿滿足歐33排放標標準中國國石化將將投入近近3000億元降降低車用用汽油中中的硫含含量。近近期召開開的第二二屆機動動車污染染控

23、制國國際研討討會上，中國石石油化工工股份有有限公司司科技開開發(fā)部副副主任徐徐惠表示示，在科科技部支支持下，中中國石化化已經(jīng)完完成了滿滿足歐33排放的的燃油質(zhì)質(zhì)量組成成與排放放關系的的研究項項目，其其中一些些企業(yè)已已經(jīng)具備備生產(chǎn)硫硫含量小小于1550pppm汽油油的能力力。我國國大量的的進口原原油硫含含量數(shù)值值偏高，中中石化在在20006年11月至110月進進口的原原油平均均硫含量量已經(jīng)達達到1.11，而該該公司119999年進口口原油的的硫含量量僅0.17。燃料料清潔化化必須應應對加工工原油劣劣質(zhì)化的的挑戰(zhàn)。中中國石化化將投入入近3000億元元，改造造生產(chǎn)設設備和工工藝，將將汽油含含硫量降降到

24、1550pppm以下下，并供供應滿足足歐3排排放標準準的城市市車用燃燃油。有業(yè)內(nèi)內(nèi)人士分分析稱，燃燃油低硫硫化是發(fā)發(fā)展趨勢勢，但會會有一個個新問題題，那就就是如何何推動低低硫燃油油的使用用。33 3.2低硫硫燃油的的政府政政策分析析“低硫車用用燃料政政策的制制定有兩兩個關鍵鍵問題?！惫鸫髮W肯尼迪政府學院的奧列佛先生分析，“一是成本如何分擔，是由消費者還是由煉油企業(yè)來負擔，或是讓政府也就是全體納稅人來負擔；二是如何確定合理的燃油價格。我國政政府可以以運用經(jīng)經(jīng)濟手段段來鼓勵勵低硫車車用燃料料的應用用：“例如日日本政府府在將含含硫量從從20000pppm降至至5000ppmm的過程程中，就就連續(xù)7

25、7年免征征了煉油油企業(yè)77的企企業(yè)所得得稅，這這激發(fā)了了企業(yè)的的積極性性?！蔽覈煽梢酝ㄟ^過以下手手段推動動低硫燃燃油的應應用?！皩θ加陀凸躺虂碚f，政政府可以以通過提提供低息息貸款，給給予稅收收優(yōu)惠，加加速固定定資產(chǎn)折折舊等方方法刺激激企業(yè)發(fā)發(fā)展的動動力。對對消費者者來說，主主要是通通過增加加優(yōu)劣質(zhì)質(zhì)燃油之之間的價價格差別別來推動動消費取取向?！蔽覈煽梢酝ㄟ^過以下手手段推動動低硫燃燃油的應應用?！皩θ加陀凸躺虂碚f，政政府可以以通過提提供低息息貸款，給給予稅收收優(yōu)惠，加加速固定定資產(chǎn)折折舊等方方法刺激激企業(yè)發(fā)發(fā)展的動動力。對對消費者者來說，主主要是通通過增加加優(yōu)劣質(zhì)質(zhì)燃油之之間

26、的價價格差別別來推動動消費取取向。” 4 低硫硫燃油供供給日程程可行性性分析燃油低低硫化的的意義提提高催化化劑效率率，減少少機動車車污染物物排放與與新車排排放標準準相匹配配，保證證污染控控制新技技術的應應用促進進在用車車，特別別是重型型燃油車的的的控制制技術改改造。與國際際接軌，提提高新車車和煉油油產(chǎn)品的的國際競競爭力4需要回答的的問題：可能性性，中國的的車用燃燃油低硫硫化分幾幾步走？各步驟驟的實施施時間和和實施范范圍如何何確定？各方案案的減排排效果，健健康效益益和經(jīng)濟濟效益評評估，各方案案的石油油煉制成成本評估估，各方案案管理和和操作的的可行性性。計算至至20220年，全全國分省省的逐年年不同技技術類型型（Euuro00-Euuro55）的車車輛保有有量模擬擬各種低低硫化計計劃情景景下的逐逐年機動動車污染染物排放放量不同同實施時時間表不不同實施施地域不不同目標標車型方方案設計計及分析析方案設設計原則則：借鑒鑒國際經(jīng)經(jīng)驗結合合中國情情況參考考多方意意見，考慮可可操作性性方案案設計的的基本考考慮借鑒鑒歐洲燃燃油標準準各階段段限值，實實施時間間與中國國機動車車污染排排放標準準相配套套。加裝裝燃油催化化氧化器器（DOOC）的的歐三燃燃油車要要求硫含含量低于于35