1.1.3 车用汽油的相关标准
汽车在生活中的大量使用,在给人们的出行带来便捷的同时,也对大气质量造成一定的影响。随着国民经济的高速发展,中国汽车的产量和保有量呈现出井喷式的高速增加。统计数据表明,2015年我国汽车产销量分别达到2450.33万辆和2459.76万辆,2016年我国汽车产销量突破了2800万辆,产量持续8年位居全球第一。根据2015年国家环境保护部发布的机动车污染防治年报统计数据,2014年我国机动车污染物排放总量达到4547.3万吨。因此为了更好地适应更为严格的国家第Ⅵ阶段汽车排放法规(GB 18352.6—2016)的要求,进一步提高我国车用汽油的质量水平,缩小我国汽油质量与欧盟汽油在某些技术指标上现存的差异,中国也开展了第Ⅵ阶段车用汽油国家标准的研究工作,对车用汽油国家标准《车用汽油》(GB 19147—2013)进行了全面、系统、细致的修订。
《车用汽油》(GB 17930—2016)标准规定了车用汽油的术语和定义、产品分类、要求和试验方法、取样、标志、包装、运输和贮存、安全及标准的实施,适用于由石油制取或由石油制取的加有改善使用性能添加剂的、作为点燃式发动机使用的车用燃料。
2015年5月依据国家标准化管理委员会下发的国标委综合[2015]39号“国家标准委关于下达《车用汽油》等7项国家标准制修订的通知”,由中国石油化工股份有限公司石油化工科学研究院、中国石油天然气股份有限公司、中国海洋石油总公司共同修订《车用汽油》(GB 17930—2013)国家标准,项目编号20150601-Q-469。2015年9月1日,全国石油产品和润滑剂标准化技术委员会组织召开了“国Ⅵ车用汽柴油国家标准起草工作技术研讨会”,还邀请了国家环保行业、汽车行业等相关单位的领导和专家,听取对第Ⅵ阶段车用汽油的需求;2016年5月11日,全国石油产品和润滑剂标准化技术委员会组织召开“国Ⅵ车用汽油质量升级技术研讨会”,邀请了国内主要的油品生产企业和相关的主管部门的领导,就起草组提出的国Ⅵ车用汽油国家标准的初稿听取意见并进行了讨论。
2016年6月,根据研讨会上的专家建议,对国Ⅵ车用汽油标准的初稿进行修改,编制完成《“国Ⅵ车用汽油国家标准”征求意见稿及编制说明》,并发送全国石油产品和润滑剂标准化技术委员会石油燃料和润滑剂分技术委员会委员进行意见征集工作。
近年来,随着国内车用汽油质量的不断升级(法规的多次升级),我国原油炼油装置也在不断地进行调整,以进一步缩小我国车用汽油与欧盟车用汽油在技术指标上的差异,赶上甚至严于欧盟现行的车用汽油标准。具体而言,对比我国第Ⅴ阶段车用汽油标准与欧盟EN 228—2012的主要技术指标,汽油的烯烃含量和芳烃含量是我国标准与欧盟标准最主要的不同。
① 烯烃含量 汽油是由烷烃、烯烃和芳烃组成的适宜馏程范围的混合物,汽油中的烯烃本身是一种抗爆性能较好的组分,其辛烷值普遍高于相同分子量的直链烷烃,同时也是催化裂化汽油组分中的重要组成部分。但是由于烯烃的挥发性高、光化学活性较强,汽油中的低分子烯烃会通过蒸发排放进入大气中,可在阳光的作用下,与NOx作用,形成光化学污染。同时烯烃还是一种热力学不稳定物质,会在燃烧过程中形成胶质,沉积在发动机的进气系统中,因此在车用汽油标准中应适当控制烯烃的含量。如目前,在欧盟车用汽油标准中要求烯烃的体积分数限值为不大于18%,而美国加州配方汽油中要求为不大于6%。鉴于烯烃对环境的影响,中国也遵从国外车用汽油质量的发展规律,从进一步减少有机挥发性物质的排放(燃油系统的蒸发污染物)、降低车辆尾气(主要是发动机的未充分燃烧物质、颗粒污染物等),到通过对国内炼油生产企业的装置改造和技术升级,在国Ⅵ标准限定的第Ⅵ阶段要进一步降低我国车用汽油中的烯烃含量。
由于国内原油资源的特点,在长期的发展过程中,国内炼油行业的催化裂化能力在原油加工能力中占比较高,催化裂化汽油组分长期成为我国汽油池中的主体。2000年以前,由于在汽油国家标准中未规定烯烃含量的要求,当时催化裂化汽油组分的比例高达80%左右。同时也正是国内催化裂化技术的发展,促进了国内汽油辛烷值的大幅度提升。2000年以后,为了配合国家汽车排放法规的顺利实施,在《车用无铅汽油》(GB 17930—1999)国家标准中,参考欧盟车用汽油标准,首次规定了汽油组成,即汽油中的烯烃体积分数不大于35%、芳烃体积分数不大于40%,并且在随后的每一次车用汽油质量升级过程中(燃油车的法规制修订时),鉴于烯烃对环境和排放的影响,汽油中的烯烃含量限值一直在不断降低,GB 17930—2013中规定的车用汽油(Ⅴ)的烯烃体积分数已经由GB 17930—1999标准中的不大于35%降低到不大于24%,降低幅度达到了11%。虽然目前国内炼油行业已经克服了许多技术难点,取得了较大的进步,但是我们仍应正视我国汽油与欧盟标准在技术指标上尚存在的差异。考虑到随着汽油硫含量限值的不断降低,中国炼油生产企业的加氢脱硫能力已经得到大幅度提升,在加氢脱硫的生产过程中,汽油中的烯烃会随着加氢而部分饱和,因此这也为国Ⅵ标准降低车用汽油中的烯烃含量提供了技术上的支持。
从近五年调查情况看,由于不同炼油企业加工原油性质的差异,所采用的加氢脱硫工艺路线不尽相同,因此对于一些生产企业,尤其是以石蜡基原油为主要原料的炼油企业,由于需兼顾市场汽油辛烷值的需求,无法将汽油中的烯烃含量控制过低。现阶段大部分生产企业生产的汽油烯烃体积分数仍维持在10%~20%之间,有的甚至在20%之上。但是,考虑到未来由于芳烃含量的降低,国内炼厂会适当增加一些高辛烷值汽油组分的生产装置,因此我国建议在国Ⅵ阶段,依据汽油中烯烃含量限值的不同,分为ⅥA阶段和ⅥB阶段(中间预留一定的过渡时间)。ⅥA阶段要求在国Ⅴ的基础上,将汽油中的烯烃含量降低25%,达到欧盟现行车用汽油标准的要求,即烯烃体积分数不大于18%;ⅥB阶段则再进一步降低烯烃含量,控制车用汽油中的烯烃体积分数不大于15%,使得该阶段的汽油烯烃含量与国Ⅴ相比降低37.5%,严于现行的欧盟标准。
② 芳烃含量 汽油中的芳烃是一种高辛烷值的资源,但是当其含量过高时会增加发动机燃烧室沉积物的形成趋势,加大一氧化碳和烃类的排放,尤其是苯排放,因此在欧盟的车用汽油中对于芳烃含量有比较严格的控制,并且随着排放法规进一步的严格,汽油标准中的芳烃体积分数由原来的不大于42%降至不大于35%。国外的一些研究也显示了芳烃的燃烧可以导致在尾气中产生致癌的苯排放,燃烧室沉积物的增加以及尾气管排放物的增加。降低汽油中芳烃的含量,可以显著降低车辆有毒物的排放。美国的AQIRP(汽车/油料空气质量改进研究计划)研究还发现,在所有燃料性能的试验中,芳烃含量对总的有毒物质的排放影响最大。当将汽油中的芳烃含量由45%减至20%时,可以降低20%的尾气中总有毒物的排放(苯占总有毒排放物的74%),因此在维持国内汽油辛烷值需求的情况下,国Ⅵ阶段再次降低汽油芳烃含量对于减排是具有积极作用的。
21世纪以来,由于我国催化重整的生产能力不高,在清洁燃料发展之初,国内汽油一直呈现烯烃含量高、芳烃含量低的特点,但是随着近些年来汽油质量的不断提高,烯烃含量受到严格的控制,这样为了维持汽油辛烷值的需求,芳烃含量出现了不断升高的态势。在油品质量调查中发现(市售普通汽油的品质调查),目前国内一些车用汽油中芳烃含量还是比较高的,尤其是95号汽油,为了保证汽油的辛烷值水平,有的甚至已接近国Ⅴ阶段的指标限值。但是考虑到降低芳烃含量对汽车,尤其是直喷汽油车的颗粒物减排作用,炼油企业应通过新增高辛烷值组分生产装置和炼油技术的升级,进一步降低汽油中的芳烃含量,使之达到现行欧盟标准的技术要求。建议在第Ⅵ阶段(包括ⅥA阶段和ⅥB阶段)车用汽油中的芳烃体积分数不得大于35%。
③ 苯含量 苯是一种重要的化工原料,但其对环境和人体健康的危害性较大。由于汽油中的苯可能会通过蒸发排放和燃烧不完全等途径进入大气环境中,造成空气污染,为此各国在制定车用汽油标准时,都会对汽油的苯含量进行严格控制,目前大多数国家都要求汽油中的苯体积分数在1.0%以下。我国自实施第Ⅲ阶段车用汽油标准时,就已经参考当时的欧盟标准,要求我国车用汽油中的苯体积分数为不大于1.0%。
从降低汽车苯排放、保护人类健康角度出发,我国在燃油国Ⅵ标准(包括ⅥA阶段和ⅥB阶段),进一步降低车用汽油中苯含量指标限值,将苯体积分数由原来的不大于1.0%修订为不大于0.8%,严于现阶段欧盟车用汽油中对苯含量的技术要求。
④ 50%蒸发温度(T50) 在我国车用汽油标准中,汽油馏程是用规定体积下的蒸发温度来表示的,如T50表示50%体积汽油蒸发的温度,目前标准中T50的限值为不大于120℃。在国Ⅵ标准修订过程中,通过与汽车行业的多次沟通,了解到现有的国内外研究表明,过高的T50会导致车辆尾气HC排放的劣化,同时对于直喷汽油车而言,过高的T50还会增加汽油发动机的颗粒物排放,甚至导致汽车排放不达标。为此汽车行业多次提出要适当降低国内车用汽油标准中T50限值的需求。
标准制订委员会就汽车行业提出的适当降低汽油T50限值的需求与国内主要炼油生产企业进行了沟通。为满足国Ⅵ阶段更为严格的排放要求,炼油企业可以通过调整生产控制,在现行标准T50限值(不大于120℃)的基础上,适当降低T50至不大于110℃是可行的,为此在国Ⅵ(包括ⅥA阶段和ⅥB阶段)车用汽油标准中,将T50由原来的不大于120℃修订为不大于110℃。
⑤ 对硫醇硫的技术要求 汽油中存在过高的硫醇可能会造成储油容器和发动机的腐蚀,因此在车用汽油标准中规定了硫醇的含量限值。在我国早期的汽油标准GB 484—1989中,参照当时的英国汽油标准,是采用“博士试验”的方法来限制汽油中硫醇含量。后又因为实际情况,在标准中增加了硫醇硫定量方法。
随着我国汽油的不断降硫,在国Ⅴ阶段,标准要求车用汽油中的总硫含量不大于10mg/kg,这样原标准中规定的硫醇硫质量分数不大于0.001%的要求就显得不合时宜。为了慎重考察现行汽油中硫醇硫的含量,由中国石化高桥分公司配合,针对其企业生产的符合国Ⅴ标准的车用汽油,进行了硫醇硫含量的定量测定。测定试验数据表明,当车用汽油中的硫含量小于10mg/kg时,汽油中的硫醇硫质量分数是远远低于国Ⅴ标准中规定的限值0.001%的,因此为了减少不必要的检测分析,建议国Ⅵ标准修订中,将原标准中规定的两个检验硫醇的方法,简化为仅保留“博士试验”,其技术要求与原来保持一致,为“通过”。
表1-1和表1-2(见下页)分别为欧盟和我国阶段性的汽油质量法规,供读者参考。
表1-1 欧盟燃油车的阶段性法规、汽油规格指标变化