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1.1.3 車用汽油的相關標準

汽車在生活中的大量使用,在給人們的出行帶來便捷的同時,也對大氣質量造成一定的影響。隨著國民經濟的高速發展,中國汽車的產量和保有量呈現出井噴式的高速增加。統計數據表明,2015年我國汽車產銷量分別達到2450.33萬輛和2459.76萬輛,2016年我國汽車產銷量突破了2800萬輛,產量持續8年位居全球第一。根據2015年國家環境保護部發布的機動車污染防治年報統計數據,2014年我國機動車污染物排放總量達到4547.3萬噸。因此為了更好地適應更為嚴格的國家第Ⅵ階段汽車排放法規(GB 18352.6—2016)的要求,進一步提高我國車用汽油的質量水平,縮小我國汽油質量與歐盟汽油在某些技術指標上現存的差異,中國也開展了第Ⅵ階段車用汽油國家標準的研究工作,對車用汽油國家標準《車用汽油》(GB 19147—2013)進行了全面、系統、細致的修訂。

《車用汽油》(GB 17930—2016)標準規定了車用汽油的術語和定義、產品分類、要求和試驗方法、取樣、標志、包裝、運輸和貯存、安全及標準的實施,適用于由石油制取或由石油制取的加有改善使用性能添加劑的、作為點燃式發動機使用的車用燃料。

2015年5月依據國家標準化管理委員會下發的國標委綜合[2015]39號“國家標準委關于下達《車用汽油》等7項國家標準制修訂的通知”,由中國石油化工股份有限公司石油化工科學研究院、中國石油天然氣股份有限公司、中國海洋石油總公司共同修訂《車用汽油》(GB 17930—2013)國家標準,項目編號20150601-Q-469。2015年9月1日,全國石油產品和潤滑劑標準化技術委員會組織召開了“國Ⅵ車用汽柴油國家標準起草工作技術研討會”,還邀請了國家環保行業、汽車行業等相關單位的領導和專家,聽取對第Ⅵ階段車用汽油的需求;2016年5月11日,全國石油產品和潤滑劑標準化技術委員會組織召開“國Ⅵ車用汽油質量升級技術研討會”,邀請了國內主要的油品生產企業和相關的主管部門的領導,就起草組提出的國Ⅵ車用汽油國家標準的初稿聽取意見并進行了討論。

2016年6月,根據研討會上的專家建議,對國Ⅵ車用汽油標準的初稿進行修改,編制完成《“國Ⅵ車用汽油國家標準”征求意見稿及編制說明》,并發送全國石油產品和潤滑劑標準化技術委員會石油燃料和潤滑劑分技術委員會委員進行意見征集工作。

近年來,隨著國內車用汽油質量的不斷升級(法規的多次升級),我國原油煉油裝置也在不斷地進行調整,以進一步縮小我國車用汽油與歐盟車用汽油在技術指標上的差異,趕上甚至嚴于歐盟現行的車用汽油標準。具體而言,對比我國第Ⅴ階段車用汽油標準與歐盟EN 228—2012的主要技術指標,汽油的烯烴含量和芳烴含量是我國標準與歐盟標準最主要的不同。

① 烯烴含量 汽油是由烷烴、烯烴和芳烴組成的適宜餾程范圍的混合物,汽油中的烯烴本身是一種抗爆性能較好的組分,其辛烷值普遍高于相同分子量的直鏈烷烴,同時也是催化裂化汽油組分中的重要組成部分。但是由于烯烴的揮發性高、光化學活性較強,汽油中的低分子烯烴會通過蒸發排放進入大氣中,可在陽光的作用下,與NOx作用,形成光化學污染。同時烯烴還是一種熱力學不穩定物質,會在燃燒過程中形成膠質,沉積在發動機的進氣系統中,因此在車用汽油標準中應適當控制烯烴的含量。如目前,在歐盟車用汽油標準中要求烯烴的體積分數限值為不大于18%,而美國加州配方汽油中要求為不大于6%。鑒于烯烴對環境的影響,中國也遵從國外車用汽油質量的發展規律,從進一步減少有機揮發性物質的排放(燃油系統的蒸發污染物)、降低車輛尾氣(主要是發動機的未充分燃燒物質、顆粒污染物等),到通過對國內煉油生產企業的裝置改造和技術升級,在國Ⅵ標準限定的第Ⅵ階段要進一步降低我國車用汽油中的烯烴含量。

由于國內原油資源的特點,在長期的發展過程中,國內煉油行業的催化裂化能力在原油加工能力中占比較高,催化裂化汽油組分長期成為我國汽油池中的主體。2000年以前,由于在汽油國家標準中未規定烯烴含量的要求,當時催化裂化汽油組分的比例高達80%左右。同時也正是國內催化裂化技術的發展,促進了國內汽油辛烷值的大幅度提升。2000年以后,為了配合國家汽車排放法規的順利實施,在《車用無鉛汽油》(GB 17930—1999)國家標準中,參考歐盟車用汽油標準,首次規定了汽油組成,即汽油中的烯烴體積分數不大于35%、芳烴體積分數不大于40%,并且在隨后的每一次車用汽油質量升級過程中(燃油車的法規制修訂時),鑒于烯烴對環境和排放的影響,汽油中的烯烴含量限值一直在不斷降低,GB 17930—2013中規定的車用汽油(Ⅴ)的烯烴體積分數已經由GB 17930—1999標準中的不大于35%降低到不大于24%,降低幅度達到了11%。雖然目前國內煉油行業已經克服了許多技術難點,取得了較大的進步,但是我們仍應正視我國汽油與歐盟標準在技術指標上尚存在的差異。考慮到隨著汽油硫含量限值的不斷降低,中國煉油生產企業的加氫脫硫能力已經得到大幅度提升,在加氫脫硫的生產過程中,汽油中的烯烴會隨著加氫而部分飽和,因此這也為國Ⅵ標準降低車用汽油中的烯烴含量提供了技術上的支持。

從近五年調查情況看,由于不同煉油企業加工原油性質的差異,所采用的加氫脫硫工藝路線不盡相同,因此對于一些生產企業,尤其是以石蠟基原油為主要原料的煉油企業,由于需兼顧市場汽油辛烷值的需求,無法將汽油中的烯烴含量控制過低。現階段大部分生產企業生產的汽油烯烴體積分數仍維持在10%~20%之間,有的甚至在20%之上。但是,考慮到未來由于芳烴含量的降低,國內煉廠會適當增加一些高辛烷值汽油組分的生產裝置,因此我國建議在國Ⅵ階段,依據汽油中烯烴含量限值的不同,分為ⅥA階段和ⅥB階段(中間預留一定的過渡時間)。ⅥA階段要求在國Ⅴ的基礎上,將汽油中的烯烴含量降低25%,達到歐盟現行車用汽油標準的要求,即烯烴體積分數不大于18%;ⅥB階段則再進一步降低烯烴含量,控制車用汽油中的烯烴體積分數不大于15%,使得該階段的汽油烯烴含量與國Ⅴ相比降低37.5%,嚴于現行的歐盟標準。

② 芳烴含量 汽油中的芳烴是一種高辛烷值的資源,但是當其含量過高時會增加發動機燃燒室沉積物的形成趨勢,加大一氧化碳和烴類的排放,尤其是苯排放,因此在歐盟的車用汽油中對于芳烴含量有比較嚴格的控制,并且隨著排放法規進一步的嚴格,汽油標準中的芳烴體積分數由原來的不大于42%降至不大于35%。國外的一些研究也顯示了芳烴的燃燒可以導致在尾氣中產生致癌的苯排放,燃燒室沉積物的增加以及尾氣管排放物的增加。降低汽油中芳烴的含量,可以顯著降低車輛有毒物的排放。美國的AQIRP(汽車/油料空氣質量改進研究計劃)研究還發現,在所有燃料性能的試驗中,芳烴含量對總的有毒物質的排放影響最大。當將汽油中的芳烴含量由45%減至20%時,可以降低20%的尾氣中總有毒物的排放(苯占總有毒排放物的74%),因此在維持國內汽油辛烷值需求的情況下,國Ⅵ階段再次降低汽油芳烴含量對于減排是具有積極作用的。

21世紀以來,由于我國催化重整的生產能力不高,在清潔燃料發展之初,國內汽油一直呈現烯烴含量高、芳烴含量低的特點,但是隨著近些年來汽油質量的不斷提高,烯烴含量受到嚴格的控制,這樣為了維持汽油辛烷值的需求,芳烴含量出現了不斷升高的態勢。在油品質量調查中發現(市售普通汽油的品質調查),目前國內一些車用汽油中芳烴含量還是比較高的,尤其是95號汽油,為了保證汽油的辛烷值水平,有的甚至已接近國Ⅴ階段的指標限值。但是考慮到降低芳烴含量對汽車,尤其是直噴汽油車的顆粒物減排作用,煉油企業應通過新增高辛烷值組分生產裝置和煉油技術的升級,進一步降低汽油中的芳烴含量,使之達到現行歐盟標準的技術要求。建議在第Ⅵ階段(包括ⅥA階段和ⅥB階段)車用汽油中的芳烴體積分數不得大于35%。

③ 苯含量 苯是一種重要的化工原料,但其對環境和人體健康的危害性較大。由于汽油中的苯可能會通過蒸發排放和燃燒不完全等途徑進入大氣環境中,造成空氣污染,為此各國在制定車用汽油標準時,都會對汽油的苯含量進行嚴格控制,目前大多數國家都要求汽油中的苯體積分數在1.0%以下。我國自實施第Ⅲ階段車用汽油標準時,就已經參考當時的歐盟標準,要求我國車用汽油中的苯體積分數為不大于1.0%。

從降低汽車苯排放、保護人類健康角度出發,我國在燃油國Ⅵ標準(包括ⅥA階段和ⅥB階段),進一步降低車用汽油中苯含量指標限值,將苯體積分數由原來的不大于1.0%修訂為不大于0.8%,嚴于現階段歐盟車用汽油中對苯含量的技術要求。

④ 50%蒸發溫度(T50) 在我國車用汽油標準中,汽油餾程是用規定體積下的蒸發溫度來表示的,如T50表示50%體積汽油蒸發的溫度,目前標準中T50的限值為不大于120℃。在國Ⅵ標準修訂過程中,通過與汽車行業的多次溝通,了解到現有的國內外研究表明,過高的T50會導致車輛尾氣HC排放的劣化,同時對于直噴汽油車而言,過高的T50還會增加汽油發動機的顆粒物排放,甚至導致汽車排放不達標。為此汽車行業多次提出要適當降低國內車用汽油標準中T50限值的需求。

標準制訂委員會就汽車行業提出的適當降低汽油T50限值的需求與國內主要煉油生產企業進行了溝通。為滿足國Ⅵ階段更為嚴格的排放要求,煉油企業可以通過調整生產控制,在現行標準T50限值(不大于120℃)的基礎上,適當降低T50至不大于110℃是可行的,為此在國Ⅵ(包括ⅥA階段和ⅥB階段)車用汽油標準中,將T50由原來的不大于120℃修訂為不大于110℃。

⑤ 對硫醇硫的技術要求 汽油中存在過高的硫醇可能會造成儲油容器和發動機的腐蝕,因此在車用汽油標準中規定了硫醇的含量限值。在我國早期的汽油標準GB 484—1989中,參照當時的英國汽油標準,是采用“博士試驗”的方法來限制汽油中硫醇含量。后又因為實際情況,在標準中增加了硫醇硫定量方法。

隨著我國汽油的不斷降硫,在國Ⅴ階段,標準要求車用汽油中的總硫含量不大于10mg/kg,這樣原標準中規定的硫醇硫質量分數不大于0.001%的要求就顯得不合時宜。為了慎重考察現行汽油中硫醇硫的含量,由中國石化高橋分公司配合,針對其企業生產的符合國Ⅴ標準的車用汽油,進行了硫醇硫含量的定量測定。測定試驗數據表明,當車用汽油中的硫含量小于10mg/kg時,汽油中的硫醇硫質量分數是遠遠低于國Ⅴ標準中規定的限值0.001%的,因此為了減少不必要的檢測分析,建議國Ⅵ標準修訂中,將原標準中規定的兩個檢驗硫醇的方法,簡化為僅保留“博士試驗”,其技術要求與原來保持一致,為“通過”。

表1-1和表1-2(見下頁)分別為歐盟和我國階段性的汽油質量法規,供讀者參考。

表1-1 歐盟燃油車的階段性法規、汽油規格指標變化

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