我国车用汽油标准发展趋势的研究

我国车用汽油标准发展趋势的研究

周刚

瀚蓝生物环保科技有限公司 佛山市南海区 528000

摘要：随着全球工业经济日新月异地发展，车用汽油消耗量不断增长，汽油燃烧后的产物如NOx、CO、SOx的排放量也随之增加，环境污染问题凸显，为了保护人类赖以生存的大气环境，世界各国纷纷提倡清洁能源，将车用汽油标准不断升级，同时对环保技术指标的要求也日益趋于严格。为顺应车用汽油清洁化发展趋势，我国加大步伐，同等参照欧盟标准，近年来根据自身国情多次修订了车用汽油标准。

关键词：车用汽油；质量标准；烯烃含量；低碳

引言

我国汽车的保有量在不断增加，到2020年第三季度，我国汽车保有量为2.75亿辆，其中新能源汽车的保有量仅为417万辆，约占1.5%，汽车数量的不断增加，导致大量的燃料油被消耗，汽车尾气带来的环境问题也日益严重。因此燃料乙醇作为一种可降低环境污染和取代石油燃料的新型能源应运而生。燃料乙醇是绿色、低碳清洁的可再生燃料，与汽油有很好的相溶性，含氧量高达35%，高辛烷值且燃烧速度快，物理性质与汽油接近，在汽油发动机中掺烧少量燃料乙醇，发动机结构不需改动。燃料乙醇加入变性剂(2%～5%)后与汽油混合就是现在普遍使用的车用乙醇汽油。乙醇汽油能有效降低汽车尾气有害物的排放，改善空气质量，帮助解决大气环境污染等问题，同时缓解能源压力，对国民经济的可持续发展具有重要的战略意义。

1油品质量升级标准

汽车消耗汽油产生尾气排放，从而污染大气环境，因此汽油质量水平的高低与污染程度密切相关，全球都在通过提高汽油质量标准有效削减有害气体排放。近10年来，中国快速实现了成品油（汽油、柴油、燃料油）质量升级，车用汽油、柴油质量标准在全球处于领先地位。为了进一步减轻因使用汽油、柴油对环境造成的污染，中国政府仍在积极主导推动汽油、柴油质量升级，确定新的升级目标，制定新的油品质量标准。目前，中国的国ⅥA汽油质量标准已经达到世界领先水平，计划2023年实施更高标准的国ⅥB。针对新标准修订的指标，结合业内对汽油品质与污染关系的研究，笔者认为，国ⅥA至国ⅥB汽油质量标准升级的必要性值得探讨。基于碳排放达峰、碳中和的全球目标和中国的行动部署，预测目前中国的成品油消费需求已接近峰值，未来，大幅削减以至消灭汽油、柴油消费是实现碳中和的主要路径。在减少温室气体排放、抑制其他有害物质污染环境的过程中，业界有识之士认为，除减少汽油、柴油消费数量外，绿色低碳是未来汽油、柴油质量升级的方向。汽油、柴油质量升级无疑要增加炼厂的加工成本，尤其是在高质量标准下进一步升级，将使炼厂付出更大代价。因此，如何协调推进油品的质量升级与低碳排放，以最合理的投入实现绿色低碳发展，制定科学的油品质量升级标准极其重要。

2发展历程

我国最早的汽油标准是SYB1002-1959《普通车用汽油》，随着工业的发展和汽油消耗量的增长，1989年国家质检总局批准发布了GB484-1989《车用汽油》，此标准按照国际惯例，将汽油标号的分类依据定为研究法辛烷值。1993年，我国发布了无铅车用汽油行业标准SH0041-1993并首次对车用汽油的铅含量作了具体要求。为了应对环保部门的要求，减少污染物的排放，进一步实现车用汽油无铅化，GB17930-1999《车用无铅汽油》标准(国Ⅰ)于2000年1月1日起正式实施，该标准降低了铅含量和硫含量限值并首次对苯、芳烃、烯烃含量等环保指标进行了严格限定。GB17930-2006《车用汽油》(国Ⅱ、Ⅲ)则在原来标准的基础上，进一步降低了硫含量限值，并增加了对氧、甲醇、锰、铁含量等指标的具体要求。GB17930-2011《车用汽油》标准(国Ⅳ)规定自2014年1月1日起将车用汽油标准正式过渡到国Ⅳ阶段，2013年GB17930-2013替代GB17930-2011，并规定自2018年1月1日起在全国范围内供应第五阶段(国Ⅴ)车用汽油。GB17930-2016车用汽油(国Ⅵ)标准则参照欧Ⅵ相关环保技术指标要求，分步实施，自2019年和2023年起分别在全国范围内供应国Ⅵ(A)和Ⅵ(B)车用汽油。从此，车用汽油的清洁化进程迈上了一个新的台阶。

3乙醇汽油存在的问题

根据国家标准GB18351－2017车用乙醇汽油对蒸气压的要求，发现在实际调合组分油时存在蒸气压控制困难，常出现蒸气压卡边或超上限的状况。研究结果表明:富含芳烃的重整汽油E10的蒸气压增幅达到17.5kPa，富含饱和烃的加氢裂化重汽油E10、直馏汽油E10、烷基化汽油E10、异构化汽油E10的蒸气压增幅为1.5～10kPa，富含烯烃的催化裂化汽油E10的蒸气压基本不变，优化乙醇汽油调合组分油的组成(尤其是控制芳烃含量)是控制乙醇汽油蒸气压不超上限的重要措施。针对乙醇具有亲水性，车用乙醇汽油容易出现分层的问题，以92号乙醇汽油(E10)为例进行了研究，结果表明:对于含水量小于0.404%的92号乙醇汽油，无论静置储存于室温还是低温环境中，水与乙醇汽油充分互溶，几乎不存在水分析出;在相同条件下，含水量大于等于0.404%的92号乙醇汽油，含水量越高，随静置储存时间的增加，水分沉降析出越明显，并且储存环境温度越低，水分析出量越多，越容易发生分层现象;储存在低温环境中的含水量大于等于0.404%的样品中有乙醇随水分一起析出，即低温环境不仅促进水分的析出，也会促进乙醇的析出。

4我国车用汽油标准发展建议

4.1基于原标准的汽油质量进一步升级应慎重

纵观全球炼油技术发展及环境保护要求，汽油的绿色清洁标准已达到较高水平，中国汽油质量标准在全球也处于领先地位，传统的有害物质已经不是主要污染源，进一步降低有害物质含量对环境改善作用不大，但在技术、设备和运行方面的投入是巨大的。因此，改进汽油质量指标应在借鉴外部经验的基础上，综合考虑当前中国炼厂的技术水平和经济性。

4.2轻烃芳构化

LPG、轻烯烃、重整抽余油等轻烃原料经芳构化均可转化成芳烃。芳构化生产芳烃技术按反应器形式分为固定床工艺和移动床工艺。而按照所用催化剂类型又可分为2条工艺路线：一条是采用金属改性的ZSM-5分子筛酸性催化剂技术，加工原料以C2~C5轻烃组分为主，具有工艺流程简单、原料适用性广且无需严格精制、建设费用低等优点，芳烃收率可达60%以上；另一条则是采用Pt/KL的碱性分子筛催化剂技术，主要加工C6~C7烷烃，芳烃收率比传统重整工艺高，但对原料精制要求苛刻，尤其对原料脱硫要求很高，因此未得到广泛应用。轻烃芳构化技术主要包括：（1）中国石油开发的C4临氢芳构化生产高辛烷值汽油组分技术（LAG）。该技术采用固定床C4芳构化工艺，使C4通过烯烃芳构化反应转化为富含芳烃的生产原料，或用作高辛烷值汽油调和组分，实现C4资源的有效利用。（2）日本旭化成（Asahi）与三洋（Sanyo）公司联合开发的Alpha工艺。以热裂化和催化裂化的C4~C5馏分（烯烃质量分数为30%~80%）为原料，选用改性的ZSM-5分子筛催化剂，在高于480℃的操作条件下经固定床反应器生产芳烃。（3）美国UOP公司与英国BP公司合作开发的Cyclar工艺。该工艺是世界上最早实现工业化生产的芳构化技术，采用Zn改性的ZSM-5分子筛催化剂移动床连续再生技术，以丙烷、丁烷或液化石油气为原料，经齐聚-环化-脱氢反应后生成芳烃，同时副产大量氢气。

4.3调合规则参数优化

为保持调合规则的精度，在线调合过程中需使用偏差更新方法，对调合规则的参数进行实时校正，以消除测量误差、组分质量波动等因素的影响。常规的偏差更新方法是通过实时修改调合模型预测值与实测值之间的偏差对优化过程予以校正，以维持调合模型的精度。如基于辛烷值调合效应模型，通过递推最小二乘算法实现辛烷值性质的实时更新，即根据实际调合配方，自动计算组分油辛烷值的偏差补偿，保证模型的适用范围。但在组分油性质波动的情况下，偏差补偿的方法无论采用线性规划算法还是非线性规划算法求解，均难以准确获得最优配方，适用范围受限调合规则模型参数可通过机器学习算法实现在线优化。沈阳自动化研究所基于陈新志提出的辛烷值模型，通过比较实际辛烷值与计算辛烷值的误差，用机器学习算法对模型参数进行智能化调整，以取得调合生产最大利润率，但调合规则模型参数在线优化的准确性和实用性还有待验证。

4.2坚持可持续发展理念

目前我国大力倡导能源的可持续发展，比发展速度更重要的是发展的长久性。地球上的能源数量是恒定的，无论有多少，只要一直使用就会有用完的一天，不同之处在于这一天到来的时间早晚而已，依照目前世界上对汽油能源的使用情况来看，如果长久以往的这样进行下去，那么地球上的汽油能源将很快被用完，而且随着社会的不断进步发展，未来汽车、生产等各种行业对汽油的使用量只会越来越大，所以如果不及时寻找新能源，利用新能源来代替汽油的话，地球上的汽油能源会飞速减少。如果将地球比作人体，那么能源就是供给人类活下去的根本，汽油就是其有限的食物，而风能、太阳能、水能等则是相对无限的食物，如果人类只吃有限的食物，那么食物迟早就会被吃完，有限食物被吃完之后就再也没有了；但是如果人类去吃相对无限的食物，不仅可以节约大量的有限食物，也可以更加长久的去吃相对无限的食物，也就是说通过对相对无限食物的有效利用，可以达到更加长久的人类存活期限。地球也是如此，通过对相对无限的风能、水能、太阳能等新能源的利用，可以减少对汽油等有限能源的使用，既可以长久的使用无限的新能源，也可以节约大量的有限能源，保证生态环境的正常运转，延长地球的生命。能源的过度开采会对地球带来

4.5调合过程模型求解优化

汽油调合优化是一个涉及物料平衡约束、非线性指标约束（如辛烷值调合规则）的复杂非线性规划问题，快速求取调合过程模型全局最优解对实现在线调合过程效益最大化至关重要。调合过程模型求解实质上为约束非线性规划求解问题，目前主要基于迭代法求解，逐步逼近最优解。常用方法是将有约束优化问题无约束化，如Lagrange-Newton法、逐步二次规划法（SQP算法）、惩罚函数法等；但将有约束优化问题转化成一系列无约束优化问题，计算量大且收敛速度慢，难以得到精确解。SQP算法存在相容性问题，即原问题有解，转化为二次规划子问题却无解；惩罚函数法的惩罚因子值在非常大的情况下才能够很好地逼近原问题的最优解，但由于存在误差，这样的计算在理论上无法达到收敛值。

4.6新能源的开发利用

在汽车中应用新能源时，首先要注意新能源的开发问题，目前为汽车提供能量的新型能源主要是电能，虽然电能并不是新奇能源，但是在汽车能源中电能的应用算是新能源，除了普通的插头充电方法以外，还要充分的利用好太阳能等自然能源发电的技术，保证能量来源的多样性。还可以使用轻便的蓄电池来作为新能源汽车行驶的备用能源，应对可能出现的突发情况。还要注意新能源的利用问题，有时候单一的使用新能源来供给汽车形式并不是最好的能源使用方式，可以将新能源与汽油能源相结合应用到汽车中。比如说电汽结合，就是汽车既可以使用汽油来供能，也可以使用电力来供能，这样的功能方式既可以保证汽车的各种功效不受影响，也可以做到对能源的节约，是应用汽车新能源和节能技术的有效方式。

4.7裂解汽油加氢

裂解汽油作为芳烃抽提原料生产高纯度芳烃产品时，必须先进行选择性加氢和加氢精制处理，除去双烯烃、烯芳烃、烯烃以及硫、氮、氧等杂质。目前，工业上普遍采用二段加氢工艺：一段加氢主要脱除双烯烃和烯芳烃，以低温液相选择性加氢技术为主；二段加氢主要脱除单烯烃及硫、氮、氧等杂质，通常采用高温、气相加氢精制技术，工艺条件相对苛刻。

结束语

为了适应更为严格的机动车排放标准的要求，促进车用汽油产品质量不断升级，环保技术质量指标不断趋于严格是我国车用汽油标准的发展趋势。降低汽油中苯、硫、烯烃等有害物质含量势在必行，为此，炼油生产企业也将迎来巨大的挑战，近年来不断改进车用汽油产品生产过程中涉及的催化裂化、催化重整、吸附脱硫等工艺装置流程，以满足国Ⅵ(A)、Ⅵ(B)阶段硫含量等指标限量要求。同时，质量监管部门也应当督促生产企业按照新阶段标准严格过程质量控制和质量管理，为其提供第三方检验检测技术服务，以达到进一步全面提升车用汽油产品质量的目的。

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