為實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)提供更優(yōu)質(zhì)油品

促進(jìn)“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)，必須開發(fā)和推廣應(yīng)用新技術(shù)，進(jìn)一步提高汽柴油品質(zhì)。

專 家 簡 介

曹湘洪

中國工程院院士、美國國家工程院外籍院士，中國石化科技委資深委員。

石油化工專家，長期從事石油化工技術(shù)開發(fā)與技術(shù)管理工作，組織實(shí)施過三十多項(xiàng)石油化工裝置的重大技術(shù)攻關(guān)和重大技術(shù)改造?，F(xiàn)任全國石油產(chǎn)品和潤滑劑標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會主任。

近日，歐盟理事會批準(zhǔn)了一項(xiàng)燃油車禁令，決定從2035年起禁止銷售、使用傳統(tǒng)燃料的新車。中國作為全球最大的汽車消費(fèi)市場，也正積極推動燃油汽車的退出計(jì)劃。

伴隨新能源汽車的崛起、燃油汽車的退出，成品油市場逐步萎縮的大勢難以扭轉(zhuǎn)。在此背景下，油品質(zhì)量還要不要繼續(xù)提升？要怎么提升？這是我們面臨的一個現(xiàn)實(shí)問題，也是一個戰(zhàn)略性問題。

中國工程院院士曹湘洪認(rèn)為，燃油汽車在道路上消失至少要到2045年以后。為促進(jìn)“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)，開發(fā)和推廣應(yīng)用新技術(shù)，進(jìn)一步提高汽柴油品質(zhì)，以此減少污染物和二氧化碳排放，必須引起煉油行業(yè)的高度重視。

油品質(zhì)量必須繼續(xù)提升

中國石油石化：曹院士，您好！2023年7月1日開始，我國將全面實(shí)行國六B排放標(biāo)準(zhǔn)。而伴隨新能源汽車的崛起、燃油汽車的退出，成品油市場逐步萎縮的大勢難以扭轉(zhuǎn)。在此背景下，油品質(zhì)量繼續(xù)提升的價值何在？

曹湘洪：多方面原因決定了我們的油品質(zhì)量必須繼續(xù)提升。

第一，提升油品質(zhì)量是實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的必然要求。“雙碳”目標(biāo)提出后，每個行業(yè)、各個領(lǐng)域都在研究實(shí)現(xiàn)這一重大戰(zhàn)略目標(biāo)的措施。交通運(yùn)輸行業(yè)是碳排放大戶。2021年，我國成品油消費(fèi)量3.41億噸，由此產(chǎn)生的碳排放約為10.5億噸。其中，因交通運(yùn)輸消耗汽油、柴油造成的陸上交通碳排放為9.56億噸，分別占全國碳排放的10%和9.1%。通過油品質(zhì)量提升降低碳排放，對交通運(yùn)輸行業(yè)實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)意義重大。

第二，實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和的戰(zhàn)略目標(biāo)，圍繞減少汽車碳排放，以電動汽車為代表的新能源汽車將加快發(fā)展，但電動汽車和氫燃料電池汽車在未來的發(fā)展過程中存在諸多挑戰(zhàn)。

一是，發(fā)展電動乘用車相對容易，重型柴油貨車用新能源替代難度很大。交通運(yùn)輸部規(guī)劃研究院環(huán)境資源所的李曉易等研究認(rèn)為，基于我國新能源汽車發(fā)展現(xiàn)狀，若要實(shí)現(xiàn)交通領(lǐng)域2030年前碳排放達(dá)峰，重型貨車新能源替代量要接近100萬輛，以現(xiàn)有技術(shù)發(fā)展趨勢來看，這一規(guī)模應(yīng)用存在很大不確定性。

二是，生產(chǎn)一輛電動汽車的電池需要的銅、鋰、鎳、鈷、錳、鏑、釹等資源約是生產(chǎn)一輛傳統(tǒng)燃油汽車的5～6倍。只有依靠風(fēng)電、光伏發(fā)電供電的電動汽車才具有減碳功能，但以目前我國的電力結(jié)構(gòu)，電動汽車并不減碳。全世界都在加快發(fā)展風(fēng)電、光伏發(fā)電和電動汽車，資源國正在對具有戰(zhàn)略意義的資源礦產(chǎn)加強(qiáng)控制。我國生產(chǎn)動力電池需要的鋰、鈷、銅等礦產(chǎn)資源高度依賴國際市場，將會面臨相關(guān)資源供應(yīng)短缺的挑戰(zhàn)。風(fēng)電、光伏發(fā)電、電動汽車發(fā)展到一定程度，需要的礦產(chǎn)資源出現(xiàn)危機(jī)是大概率事件。伍德麥肯茲的相關(guān)研究報告指出，到本世紀(jì)20年代中期，電池原料可能面臨供應(yīng)短缺，進(jìn)而出現(xiàn)新的能源陷阱。

三是，隨著電動汽車的快速發(fā)展，退役電池量迅速增加，廢電池處理過程的安全環(huán)境風(fēng)險進(jìn)一步加大。同時，電動汽車的充電焦慮、電池的安全性、低溫/高溫條件下的適用性以及居住條件等都會影響消費(fèi)者的購買意愿。這對發(fā)展電動汽車的制約也不容忽視。

四是，氫燃料電池車也正在進(jìn)入市場，發(fā)展態(tài)勢不錯。但是，目前氫能還處于市場培育階段。綠電制氫的成本高、儲運(yùn)難，高壓儲氫、運(yùn)輸成本高，制造氫燃料電池的材料價格高，造成氫燃料電池汽車的成本高。氫燃料電池汽車的大面積推廣應(yīng)用存在著經(jīng)濟(jì)性的挑戰(zhàn)。認(rèn)真分析氫氣和天然氣的物理性能與化學(xué)性能，像管理天然氣一樣管理氫氣，做到不泄漏、泄漏后及時發(fā)現(xiàn)、不積聚，氫能開發(fā)利用中的安全風(fēng)險是可以控制的。但氫氣作為汽車動力使用時，經(jīng)濟(jì)性好的高壓壓縮氫氣的運(yùn)輸、儲存、加注、使用，給安全風(fēng)險管控帶來了許多新的挑戰(zhàn)和新的問題。而我國與之相關(guān)的安全技術(shù)準(zhǔn)備明顯不足，解決問題尚需時間。

第三，燃油汽車不可能很快被替代，還將存在較長一段時間。有些應(yīng)用場景，目前看無法被替代。

汽柴油的優(yōu)勢明顯，比如能量密度高、易儲存、易運(yùn)輸，內(nèi)燃機(jī)功率強(qiáng)勁、使用方便靈活，能適用于各種不同場景。其中有些場景是電動汽車無法企及的，如低溫環(huán)境和電網(wǎng)受損的自然災(zāi)害場景。

為了推進(jìn)交通領(lǐng)域的碳達(dá)峰、碳中和，不少國家提出了停止銷售內(nèi)燃機(jī)汽車的時間表。例如，歐盟正式宣布2035年全面禁止銷售燃油車。但是，全面禁止銷售燃油車這一美好的愿望能否實(shí)現(xiàn)挑戰(zhàn)巨大。即使這個目標(biāo)實(shí)現(xiàn)了，道路上還會有相當(dāng)數(shù)量的存量燃油車在行駛。2020年我國發(fā)布的新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021—2035年）提出，到2035年純電動汽車成為新銷售車輛的主流，意味著2035年我國不會全面停止銷售燃油車。按車輛的使用壽命預(yù)測，燃油車在道路上消失要在2045年以后。

汽車減碳要從實(shí)際出發(fā)，有序推進(jìn)。從現(xiàn)階段我國電力結(jié)構(gòu)看，全生命周期內(nèi)電動汽車并不減碳，而油電混合動力汽車的社會投入成本最低，能很快顯現(xiàn)出減碳和減少污染物排放的效果。在可以預(yù)期的較長時間內(nèi)，汽車動力是電、氫、油共存的格局。

我在2021年主持了中國工程院咨詢研究課題《我國煉油石化產(chǎn)品消費(fèi)規(guī)律、產(chǎn)能發(fā)展規(guī)模及布局戰(zhàn)略研究》。該研究在認(rèn)真分析我國汽車保有量及新能源汽車發(fā)展趨勢、技術(shù)進(jìn)步對燃油車油耗的影響、交通運(yùn)輸結(jié)構(gòu)變化趨勢等因素的基礎(chǔ)上，預(yù)測在碳約束消費(fèi)情景下，2035年我國汽、柴、煤油的消費(fèi)量分別是9270萬噸、11000萬噸、7180萬噸。

鑒于上述分析，我認(rèn)為我們煉油行業(yè)應(yīng)該為保有的燃油汽車和正在發(fā)展中的油電混合動力汽車提供高效高清潔的油品，支持車用內(nèi)燃機(jī)實(shí)現(xiàn)碳減排和污染物近零排放。

供應(yīng)高效高清潔汽柴油

中國石油石化：您認(rèn)為我們應(yīng)如何著手提升油品質(zhì)量？

曹湘洪：結(jié)合國際趨勢和我國的國情，認(rèn)真研究我國未來車用動力的演進(jìn)趨勢，針對會長期存在的內(nèi)燃機(jī)動力，有序有度地實(shí)施“油轉(zhuǎn)化”“油轉(zhuǎn)特”，生產(chǎn)高效高清潔油品，既保數(shù)量，確保油品市場的供應(yīng)，又保質(zhì)量，推動陸上交通降碳減污，煉油行業(yè)責(zé)無旁貸，責(zé)任重大。

汽柴油是種類繁多的不同結(jié)構(gòu)烴分子的混合物?；旌衔镏袩N分子的結(jié)構(gòu)決定其物理化學(xué)性質(zhì)，影響其在內(nèi)燃機(jī)中的燃燒行為。內(nèi)燃機(jī)的熱效率與燃料的性質(zhì)、燃燒行為和內(nèi)燃機(jī)的設(shè)計(jì)高度相關(guān)，還會影響內(nèi)燃機(jī)的污染物排放水平。優(yōu)化汽柴油中的烴分子結(jié)構(gòu)，尋找合適的添加物，生產(chǎn)高效高清潔油品，我們的煉油企業(yè)要主動擔(dān)當(dāng)、有所作為。

煉油行業(yè)與汽車行業(yè)技術(shù)專家要圍繞燃油汽車的高效率即低碳排放、高清潔即污染物超低排放，開展緊密合作、協(xié)同創(chuàng)新。生產(chǎn)高效高清潔的汽柴油要成為煉油行業(yè)新的追求。

中國石油石化：具體來說，您認(rèn)為生產(chǎn)高效高清潔汽柴油，哪些指標(biāo)應(yīng)該提升？

曹湘洪：汽油高效的核心是提高汽油的辛烷值，即高牌號汽油，支持提高汽油機(jī)的設(shè)計(jì)壓縮比，降低油耗。汽油高清潔的關(guān)鍵是在控烯、控芳、超低硫化的基礎(chǔ)上進(jìn)一步降低汽油中的烯烴和芳烴含量，通過餾程指標(biāo)的調(diào)控，禁止將C9以上重芳烴調(diào)進(jìn)汽油，進(jìn)一步降低尾氣中的顆粒污染物和氮氧化物含量。

隨著汽油機(jī)技術(shù)的進(jìn)步以及對爆震與汽油抗爆特性相關(guān)性研究的深入，為防止汽油機(jī)爆震，對汽油辛烷值的要求也有了新的認(rèn)識，主要要提高汽油的RON，不必苛求MON同步提高。我國煉油企業(yè)提高汽油辛烷值面臨的突出問題是高辛烷值汽油調(diào)合組分的資源不足。但是，提高汽油辛烷值的資源條件正在改善，經(jīng)過努力會進(jìn)一步改善。

根據(jù)汽車行業(yè)的要求和期望，結(jié)合資源條件，我認(rèn)為高效高清潔汽油的主要質(zhì)量指標(biāo)應(yīng)在國六Ｂ的基礎(chǔ)上做出三方面的提升。

一是提高我們的汽油牌號。淘汰89號、92號汽油，將98號汽油不再放在附錄中，形成95號、98號２個牌號。各個牌號汽油只設(shè)RON指標(biāo)，取消MON指標(biāo)。市場上銷售的汽油實(shí)現(xiàn)以95號為主，逐步過渡到以98號為主，在標(biāo)準(zhǔn)附錄中引入101號汽油。

二是改變汽油組成，將汽油中烯烴含量限值控制在體積分?jǐn)?shù)不大于10%，芳烴含量最高限值控制在體積分?jǐn)?shù)不大于30%，C9以上芳烴體積分?jǐn)?shù)不大于1.5%，汽油中的氧含量由2.7%提升到3.7%。

三是改進(jìn)汽油餾程，T50降低到不大于100℃，增設(shè)T70不大于140℃，汽油終餾點(diǎn)調(diào)整為不大于190℃。

柴油車與汽油車相比有油耗和碳排放低的突出優(yōu)勢，但也有NOx、顆粒污染物排放高的明顯劣勢。高效高清潔柴油要把減少顆粒物及NOx排放放在首要位置。研究認(rèn)為，柴油車使用高十六烷值柴油可以減少PM、NOx、HC、CO的排放，柴油中總芳烴和多環(huán)芳烴含量是NOx、PM排放的主要影響因素。

結(jié)合我國生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)柴油的有利條件，高效高清潔柴油主要質(zhì)量指標(biāo)應(yīng)在國六柴油標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，將十六烷值由不小于51修改為不小于55，密度由810～845千克/立方米修改為810～840千克/立方米，增加總芳烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)不大于15%，多環(huán)芳烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)由7%修改為不大于2%；50%回收溫度修改為不大于290℃，90%回收溫度由不大于355℃修改為不大于330℃，95%回收溫度由不大于365℃修改為不大于340℃，增加終餾點(diǎn)為不大于350℃。

科學(xué)制定推進(jìn)新標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施

中國石油石化：如何確保高效高清潔汽柴油得以實(shí)現(xiàn)？

曹湘洪：可以通過兩項(xiàng)措施來實(shí)現(xiàn)。

一是開展高效高清潔汽柴油標(biāo)準(zhǔn)研究。

首先，開展制定標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)研究，包括汽柴油中典型組分燃燒反應(yīng)路徑、燃燒動力學(xué)、燃燒中污染物產(chǎn)生機(jī)理，汽柴油組分分子結(jié)構(gòu)、燃燒特征和內(nèi)燃機(jī)新技術(shù)的匹配性，燃燒過程汽柴油組成與污染物排放的控制機(jī)制與應(yīng)對策略等。

其次，進(jìn)行制定標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)研究，包括汽油中乙醇和ETBE不同比例混合添加對汽油RON、餾程、蒸氣壓的相關(guān)性研究及發(fā)動機(jī)系統(tǒng)材料相容性研究，汽柴油主要質(zhì)量指標(biāo)與發(fā)動機(jī)/整車污染物排放及碳排放試驗(yàn)，高效高清潔汽柴油中清凈劑類型和添加量與發(fā)動機(jī)/整車污染物、碳排放試驗(yàn)，高效高清潔汽柴油配套的潤滑油基礎(chǔ)油與配方研究。

二是開展高效高清潔汽柴油生產(chǎn)技術(shù)研究。

生產(chǎn)高效高清潔汽油要從改變汽油池調(diào)合組分結(jié)構(gòu)的總體思路出發(fā)，重點(diǎn)開發(fā)高液化氣收率的新型催化裂化催化劑和新結(jié)構(gòu)反應(yīng)器技術(shù)，優(yōu)化工藝條件，力爭將催化裂化裝置的液化氣收率提高到25%左右甚至更高的水平，為建設(shè)碳四烷基化裝置提供更多的原料。此外，要開發(fā)合理控制催化裂化汽油中烯烴含量和提高異構(gòu)烷烴含量的選擇性催化裂化技術(shù)、催化裂化汽油中烯烴異構(gòu)加氫技術(shù)，適用不同碳四烷基化工藝的原料質(zhì)量指標(biāo)及控制技術(shù)，能耗低、廢酸生成少、產(chǎn)品RON高的硫酸法碳四烷基化微界面反應(yīng)強(qiáng)化技術(shù)，能耗低、固渣生成少、產(chǎn)品RON高的離子液體碳四烷基化微界面反應(yīng)強(qiáng)化及固渣循環(huán)利用技術(shù)，等等。

生產(chǎn)高效高清潔柴油要從優(yōu)化柴油加氫精制原料和開發(fā)更高效的芳烴飽和催化劑及工藝入手，要研究開發(fā)的主要技術(shù)有：高芳烴含量柴油吸附分離或萃取分離抽出芳烴技術(shù)，柴油加氫生產(chǎn)低芳烴超低多環(huán)芳烴柴油的新型催化劑及工藝技術(shù)；蠟油加氫裂化直接生產(chǎn)低芳烴超低多環(huán)芳烴柴油技術(shù)；微界面?zhèn)髻|(zhì)強(qiáng)化在低芳烴超低多環(huán)芳烴柴油生產(chǎn)裝置中的應(yīng)用技術(shù)；二次加工劣質(zhì)柴油生產(chǎn)對二甲苯等化工原料技術(shù)。

中國石油石化：一步到位直接制定并實(shí)施高效高清潔汽柴油國家標(biāo)準(zhǔn)，讓全國所有煉油企業(yè)都同時執(zhí)行有很大難度。應(yīng)如何來推進(jìn)呢？

曹湘洪：第一個方案是通過團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)引領(lǐng)?？梢钥紤]成立以煉油企業(yè)和汽車生產(chǎn)企業(yè)為主要成員的高效高清潔汽柴油創(chuàng)新聯(lián)盟，研究制定高效高清潔汽柴油團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)和配套的機(jī)動車排放標(biāo)準(zhǔn)。參加創(chuàng)新聯(lián)盟的煉油企業(yè)執(zhí)行高效高清潔汽柴油標(biāo)準(zhǔn)，參加創(chuàng)新聯(lián)盟的汽車企業(yè)執(zhí)行配套的低碳污染物近零排放機(jī)動車排放標(biāo)準(zhǔn)。

第二個方案是按制定和實(shí)施國六汽柴油標(biāo)準(zhǔn)的做法分兩步走。先制定實(shí)施一個過渡性標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)施三四年后，正式實(shí)施高效高清潔汽柴油標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)國家推進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化制度改革的精神，我傾向于采用團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)引領(lǐng)的推進(jìn)策略，根據(jù)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施情況，總結(jié)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行中的經(jīng)驗(yàn)和存在的問題，適時制定我國高效高清潔汽柴油國家標(biāo)準(zhǔn)和低碳污染物超低排放的機(jī)動車排放標(biāo)準(zhǔn)。

為了提高企業(yè)生產(chǎn)高效高清潔汽柴油的積極性，建議國家制定激勵政策。國家有關(guān)部門明確高效高清潔團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)汽柴油允許優(yōu)質(zhì)優(yōu)價。執(zhí)行高效高清潔團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)后機(jī)動車減少的碳排放，經(jīng)過專業(yè)機(jī)構(gòu)核算后允許進(jìn)行碳交易。

責(zé)任編輯：陸曉如