為實現(xiàn)“雙碳”目標提供更優(yōu)質(zhì)油品

促進“雙碳”目標實現(xiàn)，必須開發(fā)和推廣應用新技術，進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開發(fā)與技術管理工作，組織實施過三十多項石油化工裝置的重大技術攻關和重大技術改造。現(xiàn)任全國石油產(chǎn)品和潤滑劑標準化技術委員會主任。

近日，歐盟理事會批準了一項燃油車禁令，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市場，也正積極推動燃油汽車的退出計劃。

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)實問題，也是一個戰(zhàn)略性問題。

中國工程院院士曹湘洪認為，燃油汽車在道路上消失至少要到2045年以后。為促進“雙碳”目標實現(xiàn)，開發(fā)和推廣應用新技術，進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，我國將全面實行國六B排放標準。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)量是實現(xiàn)“雙碳”目標的必然要求。“雙碳”目標提出后，每個行業(yè)、各個領域都在研究實現(xiàn)這一重大戰(zhàn)略目標的措施。交通運輸行業(yè)是碳排放大戶。2021年，我國成品油消費量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，對交通運輸行業(yè)實現(xiàn)“雙碳”目標意義重大。

第二，實現(xiàn)碳達峰、碳中和的戰(zhàn)略目標，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。交通運輸部規(guī)劃研究院環(huán)境資源所的李曉易等研究認為，基于我國新能源汽車發(fā)展現(xiàn)狀，若要實現(xiàn)交通領域2030年前碳排放達峰，重型貨車新能源替代量要接近100萬輛，以現(xiàn)有技術發(fā)展趨勢來看，這一規(guī)模應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構，電動汽車并不減碳。全世界都在加快發(fā)展風電、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，將會面臨相關資源供應短缺的挑戰(zhàn)。風電、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)危機是大概率事件。伍德麥肯茲的相關研究報告指出，到本世紀20年代中期，電池原料可能面臨供應短缺，進而出現(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)境風險進一步加大。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、儲運難，高壓儲氫、運輸成本高，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用存在著經(jīng)濟性的挑戰(zhàn)。認真分析氫氣和天然氣的物理性能與化學性能，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)利用中的安全風險是可以控制的。但氫氣作為汽車動力使用時，經(jīng)濟性好的高壓壓縮氫氣的運輸、儲存、加注、使用，給安全風險管控帶來了許多新的挑戰(zhàn)和新的問題。而我國與之相關的安全技術準備明顯不足，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、易運輸，內(nèi)燃機功率強勁、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)受損的自然災害場景。

為了推進交通領域的碳達峰、碳中和，不少國家提出了停止銷售內(nèi)燃機汽車的時間表。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現(xiàn)挑戰(zhàn)巨大。即使這個目標實現(xiàn)了，道路上還會有相當數(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測，燃油車在道路上消失要在2045年以后。

汽車減碳要從實際出發(fā)，有序推進。從現(xiàn)階段我國電力結構看，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》。該研究在認真分析我國汽車保有量及新能源汽車發(fā)展趨勢、技術進步對燃油車油耗的影響、交通運輸結構變化趨勢等因素的基礎上，預測在碳約束消費情景下，2035年我國汽、柴、煤油的消費量分別是9270萬噸、11000萬噸、7180萬噸。

鑒于上述分析，我認為我們煉油行業(yè)應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)燃機實現(xiàn)碳減排和污染物近零排放。

供應高效高清潔汽柴油

中國石油石化：您認為我們應如何著手提升油品質(zhì)量？

曹湘洪：結合國際趨勢和我國的國情，認真研究我國未來車用動力的演進趨勢，針對會長期存在的內(nèi)燃機動力，有序有度地實施“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，又保質(zhì)量，推動陸上交通降碳減污，煉油行業(yè)責無旁貸，責任重大。

汽柴油是種類繁多的不同結構烴分子的混合物。混合物中烴分子的結構決定其物理化學性質(zhì)，影響其在內(nèi)燃機中的燃燒行為。內(nèi)燃機的熱效率與燃料的性質(zhì)、燃燒行為和內(nèi)燃機的設計高度相關，還會影響內(nèi)燃機的污染物排放水平。優(yōu)化汽柴油中的烴分子結構，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)要主動擔當、有所作為。

煉油行業(yè)與汽車行業(yè)技術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，您認為生產(chǎn)高效高清潔汽柴油，哪些指標應該提升？

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，支持提高汽油機的設計壓縮比，降低油耗。汽油高清潔的關鍵是在控烯、控芳、超低硫化的基礎上進一步降低汽油中的烯烴和芳烴含量，通過餾程指標的調(diào)控，禁止將C9以上重芳烴調(diào)進汽油，進一步降低尾氣中的顆粒污染物和氮氧化物含量。

隨著汽油機技術的進步以及對爆震與汽油抗爆特性相關性研究的深入，為防止汽油機爆震，對汽油辛烷值的要求也有了新的認識，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)過努力會進一步改善。

根據(jù)汽車行業(yè)的要求和期望，結合資源條件，我認為高效高清潔汽油的主要質(zhì)量指標應在國六Ｂ的基礎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RON指標，取消MON指標。市場上銷售的汽油實現(xiàn)以95號為主，逐步過渡到以98號為主，在標準附錄中引入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數(shù)不大于10%，芳烴含量最高限值控制在體積分數(shù)不大于30%，C9以上芳烴體積分數(shù)不大于1.5%，汽油中的氧含量由2.7%提升到3.7%。

三是改進汽油餾程，T50降低到不大于100℃，增設T70不大于140℃，汽油終餾點調(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)量指標應在國六柴油標準的基礎上，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)量分數(shù)不大于15%，多環(huán)芳烴質(zhì)量分數(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℃，增加終餾點為不大于350℃。

科學制定推進新標準實施

中國石油石化：如何確保高效高清潔汽柴油得以實現(xiàn)？

曹湘洪：可以通過兩項措施來實現(xiàn)。

一是開展高效高清潔汽柴油標準研究。

首先，開展制定標準的基礎研究，包括汽柴油中典型組分燃燒反應路徑、燃燒動力學、燃燒中污染物產(chǎn)生機理，汽柴油組分分子結構、燃燒特征和內(nèi)燃機新技術的匹配性，燃燒過程汽柴油組成與污染物排放的控制機制與應對策略等。

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

二是開展高效高清潔汽柴油生產(chǎn)技術研究。

生產(chǎn)高效高清潔汽油要從改變汽油池調(diào)合組分結構的總體思路出發(fā)，重點開發(fā)高液化氣收率的新型催化裂化催化劑和新結構反應器技術，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烷烴含量的選擇性催化裂化技術、催化裂化汽油中烯烴異構加氫技術，適用不同碳四烷基化工藝的原料質(zhì)量指標及控制技術，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強化技術，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強化及固渣循環(huán)利用技術，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)的主要技術有：高芳烴含量柴油吸附分離或萃取分離抽出芳烴技術，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；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；微界面?zhèn)髻|(zhì)強化在低芳烴超低多環(huán)芳烴柴油生產(chǎn)裝置中的應用技術；二次加工劣質(zhì)柴油生產(chǎn)對二甲苯等化工原料技術。

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

曹湘洪：第一個方案是通過團體標準引領。可以考慮成立以煉油企業(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體標準和配套的機動車排放標準。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準，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動車排放標準。

第二個方案是按制定和實施國六汽柴油標準的做法分兩步走。先制定實施一個過渡性標準，實施三四年后，正式實施高效高清潔汽柴油標準。根據(jù)國家推進標準化制度改革的精神，我傾向于采用團體標準引領的推進策略，根據(jù)團體標準實施情況，總結團體標準執(zhí)行中的經(jīng)驗和存在的問題，適時制定我國高效高清潔汽柴油國家標準和低碳污染物超低排放的機動車排放標準。

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。國家有關部門明確高效高清潔團體標準汽柴油允許優(yōu)質(zhì)優(yōu)價。執(zhí)行高效高清潔團體標準后機動車減少的碳排放，經(jīng)過專業(yè)機構核算后允許進行碳交易。

責任編輯：陸曉如