柴油車尾氣處理液儲運問題的探討

朱宗敏

〔天津悅泰石化科技有限公司 天津 300384〕

防治污染作為我國三大攻堅戰之一，涉及多個行業。在國家有關政策支持下，我國柴油車排放NOx治理已取得很大進展，成績顯著[1,2]。但是，2018年我國移動源所排放的562.9萬t氮氧化物(NOx)中，占汽車保有量7.9 %的柴油貨車，排放了60.0 %[3]。目前，SCR技術(選擇性催化還原技術)是世界各國普遍采用的柴油車尾氣治理技術。在我國，從應用國Ⅳ油開始，治理柴油貨車尾氣排放NOx也普遍采用了SCR技術。采用SCR技術需要在柴油車上加裝SCR后處理系統，并且要在加油站等場所配套相應的柴油車尾氣處理液[柴油發動機氮氧化物還原劑 尿素水溶液(AUS32)]供應體系。

研究顯示，一輛國Ⅵ排放標準的柴油車，在沒有柴油車尾氣處理液配合時，尾氣中的NOx排放量是正常行駛情況下的4～13倍。由此可見，柴油車尾氣處理液是目前我國重型柴油車達標排放的必備消耗品。我國的柴油車尾氣處理液從2013年開始起步，逐步形成了一個新的綠色環保新產業。

1 柴油車尾氣處理液產品的特點

1.1 產品質量要求極為嚴格

從ISO、日本、德國以及我國柴油車尾氣處理液國家標準看，雖然產品名稱不同，但均是約含32.5 %尿素的水溶液。在技術指標的要求上，我國國家標準與ISO標準、日本標準(JISK 2247)、德國標準(DIN 70070)幾乎一致。對產品質量要求都極其嚴格。之所以有這樣嚴格的要求，是要保證SCR催化反應器與柴油車使用同壽命。上述標準中均對金屬離子、縮二脲、水不溶物等雜質提出了非常嚴格的要求，看似簡單的尿素液卻是個典型的精細化工品。

特定的金屬離子、縮二脲等雜質在SCR催化劑上的積聚會覆蓋催化劑活性中心、使催化劑中毒、堵塞催化劑孔道，阻礙尾氣中的NOx與氨氣進行反應，并降低催化劑壽命。一定的尿素含量能保證系統水解出足夠的氨氣以還原尾氣中的NOx，而過量的尿素會造成尿素液噴嘴和尾氣管堵塞。在研究分析SCR系統沉積物的組成中發現，尿素、縮二脲和三聚氰酸(未分解的尿素在高溫下縮合的產物)的混合物，在排氣管壁處的沉積物主要為三聚氰酸[4]。

為保證柴油車尾氣處理液的尿素含量符合標準要求，除了生產商在生產過程中進行質量監控外，國Ⅵ排放標準的重型柴油車要求在車輛上加裝尿素濃度傳感器，但目前市場上該類傳感器產品的精度普遍不高，限制了這項技術的廣泛應用。近期文獻報道，有研究機構開發的超聲波檢測法測量尿素含量的精度由原來的1.2 %左右提升至0.3 %[5]，可以滿足車輛的正常運營需求。

ISO、日本、德國及我國柴油發動機氮氧化物還原劑 尿素水溶液(AUS32)(柴油車尾氣處理液)產品標準技術要求詳見表1。

表1 ISO、日本、德國及我國柴油發動機氮氧化物還原劑 尿素水溶液(AUS32)產品標準技術要求

1.2 儲運方式與包裝形式密切相關

2008年北京最早引進5 000臺國Ⅳ標準柴油公交車，需要配套使用柴油車尾氣處理液。當時市場需求很少，為保證這些車輛順利運營，北京公交公司的供應商采用化學試劑級的固體尿素為原料生產柴油車尾氣處理液，然后用10 L塑料桶包裝。后來為降低成本陸續出現20 L桶包裝，但包裝成本降低只有約2 %。市場發展初期，產品單價較高，從儲運輸過程保證產品質量的角度考慮，采用纏繞膜集裝小包裝桶的模式，可以將產品受到污染的風險降到最低。

隨著市場容量的越來越大，市場競爭日趨激烈，小包裝缺乏降低成本的空間，影響產品在市場上的競爭力。特別是大量分散的舊包裝桶被廢品站就地收購，再被轉賣到小作坊生產假冒產品，嚴重侵害了正規企業的品牌形象。于是市場上出現了集裝箱桶(IBC)包裝。初次包裝成本約和同噸位小包裝相近，但IBC可循環使用10次左右，可計入折舊及集裝桶返程運費等，分攤到每噸產品的包裝費約為20 L桶包裝的58 %，降低包裝成本的效果較為顯著。但這種包裝的弊端是IBC桶清洗困難，經常發生運輸損壞和桶內雜質污染產品等事故，在有些情況下反而推高了產品成本。

隨著我國重型柴油車排放標準的密集實施，國Ⅳ、國Ⅴ及國Ⅵ柴油車大量入市，柴油車尾氣處理液市場迅速擴大，對生產和銷售企業來說，開發大規模的槽車運輸配合散裝加注模式越來越重要。從歐美發達國家的市場情況看，從2005年發展至今，歐盟和北美地區的柴油車尾氣處理液產業已經形成了以散裝儲運配合加注機銷售為主，小包裝產品為輔的營銷模式，其中加注機加注量占40 %，大客戶散裝供應量占40 %(也是加注機加注模式)，其他如小包裝、集裝箱桶等形式約占20 %。

柴油車尾氣處理液散裝儲運在我國是一項新業務，需要投入專用運輸槽車、建設二次配送中心、在加油站配套加注機等基礎設施。同時，柴油車尾氣處理液與汽柴油不同，它的質量要求主要體現在污染物雜質的質量分數上，鈣、鈉、鎂等10種離子的質量分數均要求小于0.5 mg/kg，水不溶物的質量分數要求小于20 mg/kg，在散裝儲運輸過程的裝、運、卸等環節產品被污染的質量風險比較大。

1.3 各國標準對儲運均有要求

目前，歐美等國家和地區的柴油車尾氣處理液市場已進入平臺期，形成了完備的銷售體系，絕大部分產品以散裝模式銷售，小包裝僅作為在偏遠地區或高寒地區的補充。由于散裝運輸過程更易受污染，產品的儲運專門制定了相應的規范。

歐洲執行的ISO22241-3標準中明確規定了柴油車尾氣處理液在儲運過程中應該注意的事項，包括可與之接觸的材料，儲運過程中的溫度要求、轉運和接收過程中的清潔度要求等。歐洲化學工業委員會(CEFIC)認為該標準中規定的柴油車尾氣處理液質量保障措施并不足以解決如何保證產品從生產商到終端用戶的儲運過程中由于極端溫度和污染物而造成的質量下降問題。所以該機構單獨起草了一個質量指導文件《AUS32 Quality Assurance Guidance Document》，詳細敘述了在生產、儲存、運輸過程中如何保證柴油車尾氣處理液的質量。

北美地區銷售的柴油車尾氣處理液也執行ISO 22241系列標準。和歐洲情況類似，美國石油協會發布了與歐洲化學工業委員會相似的質量保證文件《Recommended Practices for the Storage and Dispensing of Diesel Exhaust Fluid(DEF)》。

在我國制定《GB 29518—2013柴油發動機氮氧化物還原劑尿素水溶液(AUS32)》國家標準時，國內市場剛啟動，有關儲運部分沒有作為獨立的標準。有關儲運內容在《GB 29518的第3部分：處理、運輸和儲存》以及《第4部分：加注接口》中進行了規定。其具體規定與ISO22241-3：2008《Diesel engines—NOxreduction agent AUS32，Part 3: Handling, Transportation and storage》相似。

2 我國散裝柴油車尾氣處理液儲運模式的探討

由柴油車尾氣處理液生產廠直接配送到加油站的加注機，在實際操作中難以實現，主要表現在：大噸位專用槽車(如30 t/車)運輸距離長，導致運輸費用成倍增加；加油站內的數質量手續交接復雜，不易實現等。較為合理的儲運模式是：柴油車尾氣處理液生產廠生產出合格的產品后，用專用槽車運輸到省市石油公司的二次配送中心進行儲存，再由二次配送中心進行二次物流配送到加油站或大客戶的加注機中。這也與歐美國家的散裝柴油車尾氣處理液儲運模式相同。

2.1 建立散裝柴油車尾氣處理液儲運的難點

散裝柴油車尾氣處理液的儲運首先是優化儲運和改變銷售模式。在確保產品質量的前提下，優化生產布局，逐步從小包裝銷售模式過渡到散裝加注模式，降低產品成本，提高產品競爭力。

第二是要保障產品質量。由于柴油車尾氣處理液是質量要求比較苛刻的大宗精細化工品，如何在儲運環節全過程中防止污染，確保產品質量是一個急需解決的問題。

最后是建立適應實際需要、有可操作性的管理體系。柴油車尾氣處理液從出廠到進入柴油車尿素箱，要經過一次運輸和二次運輸過程中的槽車、中間站、加注站，多次入庫、出庫，需要建立相應的數質量管理、生產管理等體系。

2.2 生產廠合理布局，從根本上降低成本

生產廠合理布局是實現最短運輸路徑的前提。影響生產基地布局的因素很多，最主要的是市場需求的分布和原料尿素的供應。

柴油車尾氣處理液的銷售與柴油銷售密不可分，可通過柴油的銷量分布間接測算柴油車尾氣處理液的市場需求分布。2018年某公司在全國各地的柴油銷量分布排位前10的省、區及所占比例如表2所示。

表2 某公司前10省(自治區)柴油消費分布

從表2可以看出，各省(自治區)銷售量分布非常不均，前3位省的銷量占比高達24.28 %，前10位銷量占56.16 %。根據國內外市場調研，柴油車尾氣處理液消耗量是柴油消耗量的5 %，可根據柴油銷售量來規劃生產廠的位置和產能，使產品盡量貼近市場需求，以節省運輸費用。

原料尿素供應具有很強的地域性。從全國看，尿素資源豐富。2018年尿素產能6 954萬t，產量5 200萬t[6]。但地區分布不均，尿素產能主要集中在山東、山西、河南、內蒙古、新疆等省(自治區)區，如表3所示。2017年上述區域產量合計3 364萬t，占全國總產量的60.72%。

表3 我國前10省(自治區)的尿素產能

原料尿素廠與產品市場應盡量相鄰，最好在需求市場的中心地帶，選出高水平大型尿素生產企業以滿足儲運路徑合理的要求。同時，還要考察備選廠的工藝和質量控制水平，避開存在三聚氰胺聯產裝置、低溫甲醇洗合成氣等工藝的企業，從源頭杜絕質量風險。

2.3 建設二次配送示范中心，打通散裝儲運的關鍵環節

到2019年底，中國石化浙江石油分公司共建柴油車尾氣處理液加注機260臺，原來都是采用IBC包裝形式進行配送，降本效果不明顯。通過考察市場需求量和加注機地域分布，2019年6月，悅泰公司與浙江石油公司的溫州投建了一個儲量為80 t的二次配送中心，用以摸索散裝柴油車尾氣處理液儲運技術細節。該中心為溫州、臺州、麗水三家公司的80余座加注站及大客戶提供散裝尾液，可以實現IBC桶和槽罐車兩種運載工具配送，年配送量預計5 000 t。經測算，散裝柴油車尾氣處理液儲運配合加注機銷售模式，可以使產品成本降低1 024元/t，當地柴油車尾氣處理液的銷售量增長了43 %，加油站門店的零售量增長了29 %，大大提升了企業效益和產品競爭力。

2020年3月，浙江石油公司又在杭州城廂油庫投產了第二個二次配送中心，承擔另外180座加注站及周邊大客戶散裝柴油車尾氣處理液的供應，計劃年銷售1.4萬t。2020年計劃在金華和寧波繼續建造兩個二次配送中心，進一步降低產品成本。

2.4 落實嚴格的質量保證措施

按照GB 29518《柴油發動機氮氧化物還原劑 尿素水溶液(AUS32)》中的第3部分：《處理、運輸和儲存》，參考歐美國家制定的儲運質量保證指引，對溫州二次配送中心運行過程進行了質量跟蹤實驗。部分實驗結果見表4，只要認真落實GB29518標準中的第3部分即可以完全保證柴油車尾氣處理液的質量。

表4 某批次散裝柴油車尾氣處理液儲運質量跟蹤表

在實際建設方面，應注意以下幾點：

(1)儲罐、運輸車輛罐體、管道等使用的材料要選擇標準規定的材料，杜絕不合格材料接觸柴油車尾氣處理液。例如，儲罐罐體采用的是HDPE材質，在使用前經過了50 ℃下的兩星期浸泡實驗，浸泡溶液的金屬離子含量變化符合標準要求；不銹鋼需要選用304以上級別等等。

(2)設備要專用，在使用前要進行徹底清洗。所有與柴油車尾氣處理液直接接觸的表面上都不能有其他物質，包括燃油、機油、潤滑脂、洗滌劑、灰塵等。所有設備在使用前要用去離子水清洗，直至最后一遍清洗后的去離子水中的金屬離子滿足GB 29518-2013中1的金屬離子含量要求。

(3)根據當地的最低氣溫，確定保溫措施，使柴油車尾氣處理液在儲運過程中保持在-5 ℃至25 ℃之間。

2.5 建立具有可操作性的管理體系

在溫州二次配送中心運營的半年時間里，還制定了《柴油車尾氣處理液儲罐及運輸定期清洗規程》、《柴油車尾氣處理液接卸規程》等文件。但由于運營時間短，有些方面需要根據運營時間的增長，積累更多數據，對管理體系進行適當修訂。例如溫州二次配送中心在運營的開始階段損耗較大，第一次盤點損耗比例達到0.6 %，而生產廠損耗率僅為0.25 %，遠超中國石化非油品中央倉規定的損耗(0.03 %)。這主要是由于目前二次配送中心運營時間只有6個月，對于儲罐儲液計量標準還不夠精確，需要對柴油車尾氣處理液自然蒸發量及溫度變化導致的容量波動進行長期監測，積累數據才能制定適合該產品的數質量管理規程。

3 前景展望

根據中國內燃機工業協會車用尿素水溶液分會的統計，2019年我國柴油車尾氣處理液銷售量約250～280萬t。參照國外每車消耗1.5～2t/年估算[7]，2018年底全國重型柴油車保有量約685萬輛，柴油車尾氣處理液的市場規模可達1027～1370萬t。隨著我國更嚴格排放標準的實施，國Ⅲ及以下排放車輛陸續被淘汰，市場前景十分廣闊。在目前國內石化產品產能過剩的形勢下，難得有這樣市場潛力的產品，推廣這一涉及環保事業的新產品具有重要現實意義。

推動柴油車尾氣處理液散裝儲運和加注機銷售模式，是中國石化降低產品成本、提高市場競爭力、體現規模優勢的必然選擇，散裝儲運是承上啟下的重要環節，關系到中國石化柴油車尾氣處理液今后能否牢牢占據市場份額第一的關鍵因素。