■ 李 強(qiáng)

石化與生活

關(guān)于柴油的二三事

■ 李 強(qiáng)

一般來(lái)說(shuō)，柴油車(chē)比汽油車(chē)可以節(jié)省至少20%的油耗。在歐洲市場(chǎng)，柴油車(chē)的平均占有率超過(guò)了50%，在法國(guó)柴油車(chē)占比甚至達(dá)到了80%～90%。就連亞洲近鄰日本，近年來(lái)柴油車(chē)的保有量也在飛速增長(zhǎng)。

不過(guò)，柴油車(chē)并未在我國(guó)“生根發(fā)芽”。目前，柴油車(chē)在我國(guó)發(fā)展不起來(lái)的公認(rèn)原因主要有兩個(gè)：柴油品質(zhì)差和供應(yīng)短缺。

柴油是什么？

柴油是烴類(lèi)（碳原子數(shù)約10～22）混合物，與汽油相比，有不易揮發(fā)、著火點(diǎn)高的特點(diǎn)，主要用作柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)一般采用的是壓燃式點(diǎn)火方式。也就是說(shuō)，在氣缸內(nèi)壓縮含有露狀柴油的空氣，使其溫度上升至柴油的燃燒點(diǎn)，使柴油燃燒做功。而汽油發(fā)動(dòng)機(jī)是采用點(diǎn)燃式點(diǎn)火方式，含有露狀汽油的空氣在壓縮后還沒(méi)有達(dá)到其燃燒點(diǎn)，用電流產(chǎn)生電火花的方式點(diǎn)燃汽油，使其燃燒做功。

由于工作原理不同，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)比汽油發(fā)動(dòng)機(jī)具有更高的能量轉(zhuǎn)換比，能量消耗為汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的45%～60%。還有，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的低速扭矩比汽油車(chē)大，在排量相同的情況下，柴油車(chē)在發(fā)動(dòng)和爬坡時(shí)給人的感覺(jué)是動(dòng)力強(qiáng)勁，在國(guó)內(nèi)多被用于非承載SUV或大型車(chē)輛。

不過(guò)，現(xiàn)代柴油機(jī)必須與清潔的柴油相匹配才能充分發(fā)揮節(jié)能減排效果。所以，柴油的質(zhì)量對(duì)柴油車(chē)的性能影響很大。

柴油從哪里來(lái)？

頁(yè)巖油和煤炭液化也可以制得柴油，但目前我國(guó)的成品柴油都是由石油提煉而成。沒(méi)有經(jīng)過(guò)煉制和加工的石油，就是人們所謂的原油。

原油是一種黑褐色的流動(dòng)或半流動(dòng)粘稠液，比重略輕于水，含有多種不同類(lèi)型的烴。原油中，碳元素占83%～87%，氫元素占11%～14%，其他部分則是硫、氮、氧及金屬等雜質(zhì)。碳和氫燃燒后都會(huì)釋放出熱量，所以原油主要被用作燃油和汽油的原料，是世界上最重要的一次能源之一。

原油的成分復(fù)雜，并且這些物質(zhì)全部混合在一起。把這些黑黑乎乎的原油變成純清的柴油或燃料油，一般需要經(jīng)過(guò)以下4個(gè)基本過(guò)程。

（1）先將原油脫鹽、脫水，再進(jìn)行常壓蒸餾（隨著烴鏈長(zhǎng)度的增加，其沸點(diǎn)也會(huì)逐漸升高，因此可以通過(guò)蒸餾法將其分離），分割出適宜作為汽油、柴油的餾分。這種餾叫做直餾餾分，如石腦油、常一線柴油、常二線柴油等。

（2）以煉制過(guò)程中產(chǎn)生的常、減壓重油等為原料，用熱裂化、催化裂化、加氫裂化和延遲焦化等二次加工方法，將高沸點(diǎn)餾分裂解為適宜作燃料的低分子烴，經(jīng)過(guò)分餾得到汽、柴油的熱裂化、催化裂化和焦化組份。生產(chǎn)高辛烷值的汽油時(shí)，還需要采用催化重整和烷基化等方法，制得重整汽油組份和輕烷基化油。

（3）將直餾和二次加工方法得到的餾分油分別進(jìn)行電化學(xué)精制、加氫精制、脫硫醇和脫蠟，除去其中的有害物質(zhì)，提高油品質(zhì)量。

（4）以上述各種餾份油為組份，根據(jù)不同牌號(hào)汽油、柴油的質(zhì)量要求，按比例加入適量的各種添加劑進(jìn)行調(diào)和，即可得到符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品。

經(jīng)過(guò)上述4個(gè)步驟后，含有硫、鈣等雜質(zhì)的黑色黏稠的原油，最終會(huì)變?yōu)橥笍厍辶恋那鍧嵠秃筒裼?。理論上，原油煉化之后，產(chǎn)出的汽油約為25%、柴油約為30%，柴油的產(chǎn)量要高于汽油。而我國(guó)的柴油車(chē)也比較少，所以冬季易發(fā)的“柴油荒”也從側(cè)面說(shuō)明，柴油在社會(huì)經(jīng)濟(jì)中的作用要高于汽油。

制約柴油質(zhì)量的因素有哪些？

國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上柴油品質(zhì)的差異主要在于其中硫含量的高低，而造成這種差距的原因主要有兩個(gè)。

原料的問(wèn)題

從地下開(kāi)采出來(lái)的原油基本成分類(lèi)似，但在不同產(chǎn)區(qū)和不同地層，原油的物理性質(zhì)差別很大，品種也是紛繁眾多。國(guó)內(nèi)煉治的原油主要來(lái)自中東和國(guó)內(nèi)自產(chǎn)的高硫中質(zhì)原油（價(jià)格便宜），而歐美汽油的主要來(lái)自北海和美國(guó)西德克薩斯原油，低硫輕質(zhì)甜原油（價(jià)格較高）。

作為原油的產(chǎn)出品，柴油的質(zhì)量在很大程度上是受制于原油的，比如凝固點(diǎn)。而影響原油凝固點(diǎn)的主要因素是其中的含蠟量，含蠟量多的原油凝點(diǎn)高。例如：南陽(yáng)原油含蠟量為30.3%，凝固點(diǎn)高達(dá)45℃；含蠟量?jī)H1.5%的新疆低凝原油凝固點(diǎn)低至-58℃。按凝固點(diǎn)不同，柴油可以分為5#柴油、0#柴油、-10#柴油、-20#柴油、-35#柴油等標(biāo)號(hào)。如果在不適合的使用溫度區(qū)間，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)中的燃油系統(tǒng)就可能結(jié)蠟、堵塞油路，影響發(fā)動(dòng)機(jī)的正常工作。

我國(guó)原油的質(zhì)量總體不高。例如，大慶油田的原油有含蠟量高（約26%～30%）、凝固點(diǎn)高（約30℃）、硫含量低（0.10%）的特點(diǎn)，屬于典型的低硫石蠟基原油。由其加工的直餾餾分性質(zhì)特點(diǎn)如下：①200℃以前的餾分占原油的10.0%～11.3%（重量比），直餾汽油的收率和辛烷值都較低；②煤柴油餾分（200～300℃）的收率為20%左右（重量比），柴油餾分的柴油指數(shù)一般大于70，有良好的燃燒性能，但其收率受凝固點(diǎn)限制；③減壓蠟油餾分（350～500℃）收率為26%（重量比）左右，潤(rùn)滑油含量約占原油的15%；④500℃的減壓渣油（VR）收率為43%（重量比）左右。這些數(shù)據(jù)表明，大慶原油是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)潤(rùn)滑油和各種蠟的良好原料，采用燃料—潤(rùn)滑油型加工方案最為理想，或者采用燃料—潤(rùn)滑油—化工型加工方案。

煉化工藝問(wèn)題

加氫裂化和催化裂化都是石油煉制的方式，加氫裂化的液體產(chǎn)品收率達(dá)98%以上，質(zhì)量也比催化裂化要高很多。但是，在常規(guī)加氫脫硫過(guò)程中，烯烴容易被飽和成烷烴，汽油辛烷值損失，導(dǎo)致油品達(dá)不到國(guó)Ⅳ、國(guó)Ⅴ要求。還有，加氫裂化是在高壓下操作，條件較苛刻，需較多的合金鋼材，耗氫較多，所以國(guó)內(nèi)煉油業(yè)多采用催化裂化的方式，而一些發(fā)達(dá)國(guó)家則主要以加氫裂化為主。

由于我國(guó)煉油裝置結(jié)構(gòu)不同于國(guó)外，重油催化裂化占比較大（我國(guó)車(chē)用汽油組分中催化裂化汽油占比約為74%）。而催化裂化汽油中烯烴含量達(dá)45%左右，硫含量在100～1000ppm之間，使得催化裂化汽油需要脫硫和降烯烴同時(shí)進(jìn)行才能達(dá)到清潔油品標(biāo)準(zhǔn)。

柴油升級(jí)去硫是關(guān)鍵

歐美國(guó)家催化汽油占比僅為30%左右，烷基化、重整等清潔高辛烷值調(diào)和組分比例高，升級(jí)僅需降低硫含量。中國(guó)催化汽油占比達(dá)74%，調(diào)和手段相對(duì)較少，升級(jí)需要降硫、降烯烴且保證高辛烷值，難度更大。

不過(guò)，油品質(zhì)量提升將大幅降低車(chē)輛尾氣污染物排放，是一項(xiàng)有利于人們生活健康的藍(lán)天工程。事關(guān)國(guó)計(jì)民生，國(guó)家迫切需要改善油品質(zhì)量、提供經(jīng)濟(jì)高效的柴油、汽油質(zhì)量升級(jí)技術(shù)。

在過(guò)去的10多年時(shí)間里，我國(guó)走過(guò)發(fā)達(dá)國(guó)家用20多年時(shí)間走過(guò)的油品升級(jí)歷程，開(kāi)發(fā)出“全餾分催化汽油預(yù)加氫—輕重汽油切割—重汽油選擇性加氫脫硫—接力脫硫”分段加氫脫硫工藝以及超低硫柴油生產(chǎn)技術(shù)（PHF技術(shù)）等，實(shí)現(xiàn)了從“低硫”柴油向“超低硫”柴油邁進(jìn)。目前，PHF技術(shù)已經(jīng)覆蓋了中國(guó)石油公司的全部煉化單位，F(xiàn)DS系列柴油加氫精制催化劑在大港石化、長(zhǎng)慶石化等3套裝置成功應(yīng)用，開(kāi)工用時(shí)由72個(gè)小時(shí)縮短到24個(gè)小時(shí)，不僅提高油品質(zhì)量，還提高了生產(chǎn)效率、降低了環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)。

目前，中國(guó)石油現(xiàn)有38套柴油加氫精制裝置，在建14套，對(duì)清潔柴油升級(jí)技術(shù)需求高。石化院開(kāi)發(fā)出柴油加氫精制、加氫改質(zhì)和異構(gòu)降凝等3類(lèi) 6種催化劑制備技術(shù)。催化劑有活性高、空速高、原料適應(yīng)性強(qiáng)、性能優(yōu)異等特點(diǎn)，可有效降低產(chǎn)品硫含量，是國(guó)家柴油質(zhì)量升級(jí)到第四階段標(biāo)準(zhǔn)的首選主體技術(shù)。

我國(guó)柴油真的短缺嗎？

柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩比汽油發(fā)動(dòng)機(jī)大得多，在國(guó)內(nèi)多被用于非承載SUV或大型車(chē)輛，還有就是拖拉機(jī)、收割機(jī)等農(nóng)用機(jī)械和貨輪、坦克、軍艦等國(guó)家戰(zhàn)略需求。因此，在我國(guó)，柴油要優(yōu)先提供給輪船、重卡、農(nóng)用車(chē)等使用，然后才能排到乘用車(chē)。

中石油經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院在2016年1月26日發(fā)布的《2015年國(guó)內(nèi)外油氣行業(yè)發(fā)展報(bào)告》中披露，截止2015年底，我國(guó)煉油總能力為7.1億噸/年，其中新增煉油能力3020萬(wàn)噸/年，淘汰落后產(chǎn)能4057萬(wàn)噸/年。按照85%的合理開(kāi)工率計(jì)算，國(guó)內(nèi)煉油能力過(guò)剩1億噸/年，全國(guó)原油加工量預(yù)計(jì)為5.22億噸，增長(zhǎng)3.8%。這同時(shí)也說(shuō)明，我國(guó)市場(chǎng)上柴油供應(yīng)充足，“柴油荒”只是暫時(shí)現(xiàn)象。

2016年1月1日起，我國(guó)開(kāi)始在東部地區(qū)重點(diǎn)城市供應(yīng)與國(guó)IV標(biāo)準(zhǔn)車(chē)用柴油相同硫含量的普通柴油；2017年7月1日，全國(guó)將全面供應(yīng)國(guó)IV標(biāo)準(zhǔn)普通柴油，同時(shí)停止國(guó)內(nèi)銷(xiāo)售低于國(guó)IV標(biāo)準(zhǔn)的普通柴油；2018年1月1日起，全國(guó)供應(yīng)與國(guó)Ⅴ標(biāo)準(zhǔn)車(chē)用柴油相同硫含量的普通柴油（含B5生物柴油），停止國(guó)內(nèi)銷(xiāo)售低于國(guó)Ⅴ標(biāo)準(zhǔn)普通柴油。隨著柴油質(zhì)量的升級(jí)，將有效削減大氣流動(dòng)源污染物排放，單位油耗可削減硫氧化物約85%、氮氧化物和顆粒物約3%到5%，同時(shí)對(duì)降低PM2.5濃度也有一定的協(xié)同作用。同時(shí)，也將徹底改變柴油在人們心中的“冒黑煙”“噪音大”等印象。