國(guó)Ⅵ車(chē)用汽油質(zhì)量現(xiàn)狀分析

李 祎，趙麗萍，劉順濤，鄭 煜，陶志平

（中國(guó)石油化工股份有限公司石油化工科學(xué)研究院，北京 100083）

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，汽車(chē)保有量大幅增加，車(chē)用汽油消費(fèi)量也相應(yīng)飛速增長(zhǎng)。據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局統(tǒng)計(jì)，2020年我國(guó)汽車(chē)保有量達(dá)到2.81億輛，汽油消費(fèi)量為1.27億噸，如此大的汽油消費(fèi)量在為人們生活帶來(lái)便捷的同時(shí)，也加劇了環(huán)境污染問(wèn)題。機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣排放的一氧化碳（CO）、碳?xì)浠衔铮═HC）、氮氧化合物（NOX）、顆粒物（PM）、烴類（NHMC）、硫化物（SOX）等有害物質(zhì)成為影響城市空氣質(zhì)量的重要污染源之一，嚴(yán)重危害居民健康[1]。

油品質(zhì)量是影響機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣排放的重要因素。近年來(lái)，我國(guó)一直加快推進(jìn)汽油質(zhì)量升級(jí)，國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局于2016年12月23日正式發(fā)布第Ⅵ階段車(chē)用汽油標(biāo)準(zhǔn)，新標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施對(duì)減少尾氣排放和改善空氣質(zhì)量具有重要意義。相比于國(guó)Ⅴ標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)降低了烯烴含量、芳烴含量、苯含量和餾程50%蒸發(fā)溫度，二者主要技術(shù)指標(biāo)差異見(jiàn)表1[2]。其中，國(guó)Ⅵ汽油標(biāo)準(zhǔn)分為ⅥA和ⅥB兩個(gè)階段，ⅥA標(biāo)準(zhǔn)自2019年1月1日起實(shí)施，ⅥB標(biāo)準(zhǔn)自2024年1月1日起實(shí)施。而2017年初環(huán)保部、發(fā)改委等有關(guān)部門(mén)印發(fā)了《京津冀及周邊地區(qū)2017年大氣污染防治工作方案》，對(duì)京津冀及周邊地區(qū)“2＋26”城市油品質(zhì)量升級(jí)提出明確要求，要求2017年9月底前全部供應(yīng)符合國(guó)Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)的車(chē)用汽油[3]。

表1 國(guó)Ⅴ和國(guó)Ⅵ汽油標(biāo)準(zhǔn)主要技術(shù)指標(biāo)對(duì)比

為考察自國(guó)Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施后車(chē)用汽油的質(zhì)量狀況，本文選取2017–2020年國(guó)Ⅵ汽油的辛烷值、蒸氣壓、餾程、硫含量、烯烴含量、芳烴含量和苯含量等重點(diǎn)指標(biāo)進(jìn)行分析。所涉及的汽油樣品數(shù)據(jù)均來(lái)自第三方實(shí)驗(yàn)室全國(guó)汽油質(zhì)量抽查數(shù)據(jù)，共計(jì)1 200余批次。由于每年采樣的樣品來(lái)源不同，因此本文中提到的汽油各指標(biāo)變化趨勢(shì)只反映統(tǒng)計(jì)概念，并不能完全表明汽油性質(zhì)變化趨勢(shì)。

1 具體指標(biāo)分析

1.1 辛烷值

辛烷值用于劃分車(chē)用汽油牌號(hào)，是衡量車(chē)用汽油抗爆性能的重要指標(biāo)。如果汽油辛烷值偏低，發(fā)動(dòng)機(jī)容易發(fā)生爆震，影響正常工作。國(guó)Ⅵ汽油研究法辛烷值分布情況見(jiàn)圖1。

圖1中的柱狀圖代表頻率，表示辛烷值在相應(yīng)區(qū)間內(nèi)對(duì)應(yīng)的樣品個(gè)數(shù)，如辛烷值在92.0～92.4的樣品共10個(gè)；點(diǎn)狀圖代表累積量，表示該數(shù)值以下區(qū)間樣品量所占的百分比，如辛烷值小于92.4的樣品占全部樣品量的9%。

圖1 國(guó)Ⅵ汽油研究法辛烷值分布情況

汽油辛烷值的平均值均優(yōu)于指標(biāo)要求。92號(hào)汽油辛烷值的平均值是92.8，數(shù)據(jù)主要集中在92.4～93.2；95號(hào)汽油辛烷值的平均值是96.0，數(shù)據(jù)主要集中在95.6～96.4；98號(hào)汽油辛烷值的平均值是99.4，數(shù)據(jù)主要集中在99.2～99.6。

如何提高汽油辛烷值是煉化企業(yè)亟待解決的重要問(wèn)題，目前主要存在以下困難：首先，車(chē)用汽油標(biāo)準(zhǔn)中限制了烯烴和芳烴含量，需要其他高辛烷值組分來(lái)彌補(bǔ)辛烷值的損失。但目前我國(guó)烷基化、異構(gòu)化等裝置的生產(chǎn)能力有限，導(dǎo)致高辛烷值組分嚴(yán)重缺乏。其次，汽油的辛烷值越高，在生產(chǎn)過(guò)程中造成的能耗和CO2排放越高，而汽油的產(chǎn)率可能會(huì)降低，影響煉化企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。所以，在保證汽油抗爆震要求的前提下，不應(yīng)盲目追求過(guò)高的辛烷值。

1.2 餾程

餾程是體現(xiàn)油品蒸發(fā)性能的重要指標(biāo)。10%餾出溫度（T10）反映汽油的啟動(dòng)性；50%餾出溫度（T50）反映汽油的平均蒸發(fā)速度；90%餾出溫度（T90）和終餾點(diǎn)則反映汽油中不能完全燃燒的重質(zhì)餾分的比例。國(guó)Ⅵ汽油餾程數(shù)據(jù)分布情況見(jiàn)圖2。

圖2 國(guó)Ⅵ汽油餾程分布情況

餾程T10平均值是54.5℃，數(shù)據(jù)主要集中在52～58℃；T50平均值是94.5℃，數(shù)據(jù)主要集中在93～101℃；T90平均值是160.2℃，數(shù)據(jù)主要集中在159～167℃；終餾點(diǎn)平均值是193.8℃，數(shù)據(jù)主要集中在192～198℃。

餾程T50過(guò)高會(huì)導(dǎo)致汽車(chē)?yán)鋯?dòng)性能和暖機(jī)性能變差，T90過(guò)高則表明燃料中重組分含量較高，燃燒后易造成積碳。研究表明，通過(guò)增加汽油中C6～C8組分的含量，如烷基化油、異構(gòu)化油和疊合汽油等，可降低餾程T50和T90，有助于降低碳?xì)浠衔锏呐欧藕徒档统粞鯘舛萚4-5]。但目前國(guó)Ⅵ汽油餾程的分布較為輕質(zhì)化，若繼續(xù)降低T50和T90，可能使煉化企業(yè)面臨較大壓力，因此，煉化企業(yè)需要根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況確定適當(dāng)?shù)膬?nèi)控指標(biāo)。

1.3 蒸氣壓

蒸氣壓用于說(shuō)明油品在燃油管路系統(tǒng)中形成氣阻的可能性，以及儲(chǔ)運(yùn)時(shí)損失輕質(zhì)餾分的傾向。汽油蒸氣壓與車(chē)輛的啟動(dòng)性和蒸發(fā)排放相關(guān)。蒸氣壓過(guò)高，會(huì)造成蒸發(fā)排放增加；而蒸氣壓過(guò)低，將導(dǎo)致汽車(chē)啟動(dòng)困難，使尾氣排放增加[6]。國(guó)Ⅵ汽油蒸氣壓數(shù)據(jù)分布情況見(jiàn)圖3。

圖3 國(guó)Ⅵ汽油蒸氣壓分布情況

蒸氣壓平均值是56.8 kPa，數(shù)據(jù)主要集中在56～59 kPa，蒸氣壓數(shù)值總體上處于一個(gè)可以同時(shí)滿足冬、夏兩季蒸氣壓標(biāo)準(zhǔn)的范圍之內(nèi)。

我國(guó)地域廣闊，緯度跨度大，南北氣候和環(huán)境溫度差異顯著。目前，除北京外，全國(guó)執(zhí)行統(tǒng)一的蒸氣壓標(biāo)準(zhǔn)，建議未來(lái)煉化企業(yè)按季節(jié)針對(duì)不同地區(qū)提供不同蒸氣壓值的汽油產(chǎn)品，在保證車(chē)輛正常運(yùn)行的同時(shí)，減少油品在儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中輕質(zhì)餾分段的損耗，并降低揮發(fā)性有機(jī)物的排放。

1.4 硫含量

車(chē)用汽油中的硫化物在燃燒過(guò)程中會(huì)生成SOX，不但污染環(huán)境，還會(huì)降低三元催化器中催化劑的轉(zhuǎn)化率，影響其使用性能，導(dǎo)致尾氣排放的劣化。國(guó)Ⅵ汽油硫含量的數(shù)據(jù)分布情況見(jiàn)圖4。

圖4 國(guó)Ⅵ汽油硫含量分布情況

汽油硫含量在較低的范圍內(nèi)，平均值為3.82 mg/kg，數(shù)據(jù)主要集中在3～5 mg/kg。隨著環(huán)保要求的不斷加強(qiáng)，降低硫含量是我國(guó)每次車(chē)用汽油質(zhì)量升級(jí)工作的重點(diǎn)，目前，各煉化企業(yè)采用的脫硫工藝技術(shù)主要是吸附脫硫和加氫脫硫，均可得到硫含量極低的優(yōu)質(zhì)汽油產(chǎn)品。但脫硫過(guò)程中烯烴會(huì)發(fā)生加氫飽和反應(yīng)，造成汽油池辛烷值的下降，特別是生產(chǎn)超低硫汽油時(shí)，辛烷值損失問(wèn)題更加明顯。因此，還需要煉化企業(yè)通過(guò)調(diào)整生產(chǎn)控制來(lái)解決脫硫與辛烷值損失間的矛盾。

1.5 烯烴含量和芳烴含量

汽油中烯烴的揮發(fā)性強(qiáng)，光化學(xué)反應(yīng)活性很高，易與氮氧化物混合，形成光化學(xué)污染。汽油中烯烴含量高會(huì)造成噴油器結(jié)焦、噴霧惡化。汽油中的芳烴含量過(guò)高，易形成發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣閥及燃燒室積碳，導(dǎo)致排放惡化，影響空氣質(zhì)量[7]。國(guó)Ⅵ汽油烯烴和芳烴含量的分布情況見(jiàn)圖5。

圖5 國(guó)Ⅵ汽油烯烴和芳烴含量分布情況

汽油烯烴含量控制在較低的范圍內(nèi)，平均值是10.1%，數(shù)據(jù)主要集中在8.0%～12.0%。有個(gè)別汽油因調(diào)合組分中無(wú)催化裂化汽油，烯烴含量小于1%。芳烴含量的平均值是30.4%，數(shù)據(jù)主要集中在29.0%～33.0%。由于調(diào)和高標(biāo)號(hào)汽油時(shí)主要使用的組分有芳烴、石腦油和烷基化組分油等，因此烯烴含量平均值隨汽油牌號(hào)的增加而降低，芳烴含量平均值隨汽油牌號(hào)的增加而增加。需要引起關(guān)注的是，芳烴含量的平均值距離標(biāo)準(zhǔn)要求限值（體積分?jǐn)?shù)不大于35%）的空間較小。

我國(guó)汽油池的主要調(diào)和組分是催化裂化汽油，催化裂化汽油中烯烴含量較高。而烯烴是汽油輕餾分段辛烷值的主要來(lái)源，如果烯烴含量繼續(xù)降低，不但影響輕餾分段的辛烷值和蒸氣壓，餾程T50也無(wú)法得到保證[8-9]。因此，煉化企業(yè)應(yīng)綜合考慮現(xiàn)有技術(shù)和裝置能力，在保證輕質(zhì)產(chǎn)品收率盡可能不減少的前提下對(duì)烯烴進(jìn)行脫除或轉(zhuǎn)化。

芳烴是汽油重餾分段辛烷值的主要來(lái)源。由于C9及以上重芳烴組分會(huì)影響油品蒸發(fā)性能，增加進(jìn)氣閥沉積物并影響排放，為實(shí)現(xiàn)提升油品質(zhì)量、增加企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，煉化企業(yè)應(yīng)利用烷基轉(zhuǎn)移、脫除烷基及選擇加氫開(kāi)環(huán)等技術(shù)將C9及以上重芳烴轉(zhuǎn)化生成BTX或高辛烷值汽油調(diào)和組分等產(chǎn)物[10-11]。未來(lái)煉化企業(yè)也可增加餾程T70作為內(nèi)控指標(biāo)，目的是限制重芳烴和重組分含量。

1.6 苯含量

苯是公認(rèn)的致癌物質(zhì)，對(duì)人體健康有較大危害。當(dāng)苯燃燒不充分時(shí)，也會(huì)增加尾氣排放中污染物的含量。國(guó)Ⅵ汽油苯含量的分布情況見(jiàn)圖6。

圖6 國(guó)Ⅵ汽油苯含量分布情況

汽油苯含量保持在較低的范圍內(nèi)，平均值是0.46%，數(shù)據(jù)主要集中在0.4%～0.6%。苯主要來(lái)自催化重整汽油組分，降低汽油苯含量的關(guān)鍵在于控制重整汽油組分中苯的含量。目前，各煉化企業(yè)降苯技術(shù)已較為成熟，汽油中苯含量控制的較好。

2 結(jié)論與建議

1）現(xiàn)階段國(guó)Ⅵ車(chē)用汽油的質(zhì)量較好，總體上呈現(xiàn)高辛烷值、低硫、低烯烴、低芳烴、低苯以及餾程和蒸氣壓分布合理的特點(diǎn)。隨著環(huán)保法規(guī)要求的日益嚴(yán)格，汽油質(zhì)量升級(jí)步伐加速，適度降低硫、烯烴和芳烴含量將成為未來(lái)我國(guó)汽油標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展的方向。

2）如何在滿足車(chē)用汽油標(biāo)準(zhǔn)的前提下，優(yōu)化生產(chǎn)工藝參數(shù)，保證產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力和經(jīng)濟(jì)效益最大化，是我國(guó)煉化企業(yè)未來(lái)值得深思的問(wèn)題。若一味追求車(chē)用汽油的高辛烷值、低硫含量和低烯烴含量，可能會(huì)使煉化企業(yè)增加生產(chǎn)能耗，降低其他產(chǎn)品的質(zhì)量或收率。只有平衡汽油重點(diǎn)指標(biāo)質(zhì)量和產(chǎn)品收率之間的關(guān)系，煉化企業(yè)才能實(shí)現(xiàn)最佳的經(jīng)濟(jì)效益。

3）目前催化裂化汽油是我國(guó)汽油池的主要調(diào)和組分，催化裂化汽油普遍具有高硫、高烯烴的特點(diǎn)，這一現(xiàn)狀在短期內(nèi)難以改變。降低汽油池烯烴含量的同時(shí)多產(chǎn)高辛烷值組分，彌補(bǔ)脫硫過(guò)程對(duì)辛烷值造成的損失，是影響我國(guó)汽油質(zhì)量升級(jí)的關(guān)鍵問(wèn)題。烷基化油和異構(gòu)化油不含烯烴、芳烴和苯，是清潔的高辛烷值組分，煉化企業(yè)應(yīng)根據(jù)自身原料性質(zhì)和加工工藝調(diào)整裝置結(jié)構(gòu)，適當(dāng)降低催化裂化汽油組分比例，開(kāi)發(fā)C4組分烷基化、C5/C6組分異構(gòu)化、輕汽油醚化等高辛烷值組分生產(chǎn)技術(shù)，升級(jí)油品質(zhì)量。