5月24日
【资料图】
专 家 简 介
曹湘洪
中国工程院院士、美国国家工程院外籍院士，中国石化科技委资深委员。
石油化工专家，长期从事石油化工技术开发与技术管理工作，组织实施过三十多项石油化工装置的重大技术攻关和重大技术改造。现任全国石油产品和润滑剂标准化技术委员会主任。
近日，欧盟理事会批准了一项燃油车禁令，决定从2035年起禁止销售、使用传统燃料的新车。中国作为全球最大的汽车消费市场，也正积极推动燃油汽车的退出计划。
伴随新能源汽车的崛起、燃油汽车的退出，成品油市场逐步萎缩的大势难以扭转。在此背景下，油品质量还要不要继续提升？要怎么提升？这是我们面临的一个现实问题，也是一个战略性问题。
中国工程院院士曹湘洪认为，燃油汽车在道路上消失至少要到2045年以后。为促进“双碳”目标实现，开发和推广应用新技术，进一步提高汽柴油品质，以此减少污染物和二氧化碳排放，必须引起炼油行业的高度重视。
01
油品质量必须继续提升
中国石油石化：曹院士，您好！2023年7月1日开始，我国将全面实行国六B排放标准。而伴随新能源汽车的崛起、燃油汽车的退出，成品油市场逐步萎缩的大势难以扭转。在此背景下，油品质量继续提升的价值何在？
曹湘洪：多方面原因决定了我们的油品质量必须继续提升。
第一，提升油品质量是实现“双碳”目标的必然要求。“双碳”目标提出后，每个行业、各个领域都在研究实现这一重大战略目标的措施。交通运输行业是碳排放大户。2021年，我国成品油消费量3.41亿吨，由此产生的碳排放约为10.5亿吨。其中，因交通运输消耗汽油、柴油造成的陆上交通碳排放为9.56亿吨，分别占全国碳排放的10%和9.1%。通过油品质量提升降低碳排放，对交通运输行业实现“双碳”目标意义重大。
第二，实现碳达峰、碳中和的战略目标，围绕减少汽车碳排放，以电动汽车为代表的新能源汽车将加快发展，但电动汽车和氢燃料电池汽车在未来的发展过程中存在诸多挑战。
一是，发展电动乘用车相对容易，重型柴油货车用新能源替代难度很大。交通运输部规划研究院环境资源所的李晓易等研究认为，基于我国新能源汽车发展现状，若要实现交通领域2030年前碳排放达峰，重型货车新能源替代量要接近100万辆，以现有技术发展趋势来看，这一规模应用存在很大不确定性。
二是，生产一辆电动汽车的电池需要的铜、锂、镍、钴、锰、镝、钕等资源约是生产一辆传统燃油汽车的5~6倍。只有依靠风电、光伏发电供电的电动汽车才具有减碳功能，但以目前我国的电力结构，电动汽车并不减碳。全世界都在加快发展风电、光伏发电和电动汽车，资源国正在对具有战略意义的资源矿产加强控制。我国生产动力电池需要的锂、钴、铜等矿产资源高度依赖国际市场，将会面临相关资源供应短缺的挑战。风电、光伏发电、电动汽车发展到一定程度，需要的矿产资源出现危机是大概率事件。伍德麦肯兹的相关研究报告指出，到本世纪20年代中期，电池原料可能面临供应短缺，进而出现新的能源陷阱。
三是，随着电动汽车的快速发展，退役电池量迅速增加，废电池处理过程的安全环境风险进一步加大。同时，电动汽车的充电焦虑、电池的安全性、低温/高温条件下的适用性以及居住条件等都会影响消费者的购买意愿。这对发展电动汽车的制约也不容忽视。
四是，氢燃料电池车也正在进入市场，发展态势不错。但是，目前氢能还处于市场培育阶段。绿电制氢的成本高、储运难，高压储氢、运输成本高，制造氢燃料电池的材料价格高，造成氢燃料电池汽车的成本高。氢燃料电池汽车的大面积推广应用存在着经济性的挑战。认真分析氢气和天然气的物理性能与化学性能，像管理天然气一样管理氢气，做到不泄漏、泄漏后及时发现、不积聚，氢能开发利用中的安全风险是可以控制的。但氢气作为汽车动力使用时，经济性好的高压压缩氢气的运输、储存、加注、使用，给安全风险管控带来了许多新的挑战和新的问题。而我国与之相关的安全技术准备明显不足，解决问题尚需时间。
第三，燃油汽车不可能很快被替代，还将存在较长一段时间。有些应用场景，目前看无法被替代。
汽柴油的优势明显，比如能量密度高、易储存、易运输，内燃机功率强劲、使用方便灵活，能适用于各种不同场景。其中有些场景是电动汽车无法企及的，如低温环境和电网受损的自然灾害场景。
为了推进交通领域的碳达峰、碳中和，不少国家提出了停止销售内燃机汽车的时间表。例如，欧盟正式宣布2035年全面禁止销售燃油车。但是，全面禁止销售燃油车这一美好的愿望能否实现挑战巨大。即使这个目标实现了，道路上还会有相当数量的存量燃油车在行驶。2020年我国发布的新能源汽车产业发展规划（2021—2035年）提出，到2035年纯电动汽车成为新销售车辆的主流，意味着2035年我国不会全面停止销售燃油车。按车辆的使用寿命预测，燃油车在道路上消失要在2045年以后。
汽车减碳要从实际出发，有序推进。从现阶段我国电力结构看，全生命周期内电动汽车并不减碳，而油电混合动力汽车的社会投入成本最低，能很快显现出减碳和减少污染物排放的效果。在可以预期的较长时间内，汽车动力是电、氢、油共存的格局。
我在2021年主持了中国工程院咨询研究课题《我国炼油石化产品消费规律、产能发展规模及布局战略研究》。该研究在认真分析我国汽车保有量及新能源汽车发展趋势、技术进步对燃油车油耗的影响、交通运输结构变化趋势等因素的基础上，预测在碳约束消费情景下，2035年我国汽、柴、煤油的消费量分别是9270万吨、11000万吨、7180万吨。
鉴于上述分析，我认为我们炼油行业应该为保有的燃油汽车和正在发展中的油电混合动力汽车提供高效高清洁的油品，支持车用内燃机实现碳减排和污染物近零排放。
02
供应高效高清洁汽柴油
中国石油石化：您认为我们应如何着手提升油品质量？
曹湘洪：结合国际趋势和我国的国情，认真研究我国未来车用动力的演进趋势，针对会长期存在的内燃机动力，有序有度地实施“油转化”“油转特”，生产高效高清洁油品，既保数量，确保油品市场的供应，又保质量，推动陆上交通降碳减污，炼油行业责无旁贷，责任重大。
汽柴油是种类繁多的不同结构烃分子的混合物。混合物中烃分子的结构决定其物理化学性质，影响其在内燃机中的燃烧行为。内燃机的热效率与燃料的性质、燃烧行为和内燃机的设计高度相关，还会影响内燃机的污染物排放水平。优化汽柴油中的烃分子结构，寻找合适的添加物，生产高效高清洁油品，我们的炼油企业要主动担当、有所作为。
炼油行业与汽车行业技术专家要围绕燃油汽车的高效率即低碳排放、高清洁即污染物超低排放，开展紧密合作、协同创新。生产高效高清洁的汽柴油要成为炼油行业新的追求。
中国石油石化：具体来说，您认为生产高效高清洁汽柴油，哪些指标应该提升？
曹湘洪：汽油高效的核心是提高汽油的辛烷值，即高牌号汽油，支持提高汽油机的设计压缩比，降低油耗。汽油高清洁的关键是在控烯、控芳、超低硫化的基础上进一步降低汽油中的烯烃和芳烃含量，通过馏程指标的调控，禁止将C9以上重芳烃调进汽油，进一步降低尾气中的颗粒污染物和氮氧化物含量。
随着汽油机技术的进步以及对爆震与汽油抗爆特性相关性研究的深入，为防止汽油机爆震，对汽油辛烷值的要求也有了新的认识，主要要提高汽油的RON，不必苛求MON同步提高。我国炼油企业提高汽油辛烷值面临的突出问题是高辛烷值汽油调合组分的资源不足。但是，提高汽油辛烷值的资源条件正在改善，经过努力会进一步改善。
根据汽车行业的要求和期望，结合资源条件，我认为高效高清洁汽油的主要质量指标应在国六Ｂ的基础上做出三方面的提升。
一是提高我们的汽油牌号。淘汰89号、92号汽油，将98号汽油不再放在附录中，形成95号、98号２个牌号。各个牌号汽油只设RON指标，取消MON指标。市场上销售的汽油实现以95号为主，逐步过渡到以98号为主，在标准附录中引入101号汽油。
二是改变汽油组成，将汽油中烯烃含量限值控制在体积分数不大于10%，芳烃含量最高限值控制在体积分数不大于30%，C9以上芳烃体积分数不大于1.5%，汽油中的氧含量由2.7%提升到3.7%。
三是改进汽油馏程，T50降低到不大于100℃，增设T70不大于140℃，汽油终馏点调整为不大于190℃。
柴油车与汽油车相比有油耗和碳排放低的突出优势，但也有NOx、颗粒污染物排放高的明显劣势。高效高清洁柴油要把减少颗粒物及NOx排放放在首要位置。研究认为，柴油车使用高十六烷值柴油可以减少PM、NOx、HC、CO的排放，柴油中总芳烃和多环芳烃含量是NOx、PM排放的主要影响因素。
结合我国生产优质柴油的有利条件，高效高清洁柴油主要质量指标应在国六柴油标准的基础上，将十六烷值由不小于51修改为不小于55，密度由810~845千克/立方米修改为810~840千克/立方米，增加总芳烃质量分数不大于15%，多环芳烃质量分数由7%修改为不大于2%；50%回收温度修改为不大于290℃，90%回收温度由不大于355℃修改为不大于330℃，95%回收温度由不大于365℃修改为不大于340℃，增加终馏点为不大于350℃。
03
科学制定推进新标准实施
中国石油石化：如何确保高效高清洁汽柴油得以实现？
曹湘洪：可以通过两项措施来实现。
一是开展高效高清洁汽柴油标准研究。
首先，开展制定标准的基础研究，包括汽柴油中典型组分燃烧反应路径、燃烧动力学、燃烧中污染物产生机理，汽柴油组分分子结构、燃烧特征和内燃机新技术的匹配性，燃烧过程汽柴油组成与污染物排放的控制机制与应对策略等。
其次，进行制定标准的试验研究，包括汽油中乙醇和ETBE不同比例混合添加对汽油RON、馏程、蒸气压的相关性研究及发动机系统材料相容性研究，汽柴油主要质量指标与发动机/整车污染物排放及碳排放试验，高效高清洁汽柴油中清净剂类型和添加量与发动机/整车污染物、碳排放试验，高效高清洁汽柴油配套的润滑油基础油与配方研究。
二是开展高效高清洁汽柴油生产技术研究。
生产高效高清洁汽油要从改变汽油池调合组分结构的总体思路出发，重点开发高液化气收率的新型催化裂化催化剂和新结构反应器技术，优化工艺条件，力争将催化裂化装置的液化气收率提高到25%左右甚至更高的水平，为建设碳四烷基化装置提供更多的原料。此外，要开发合理控制催化裂化汽油中烯烃含量和提高异构烷烃含量的选择性催化裂化技术、催化裂化汽油中烯烃异构加氢技术，适用不同碳四烷基化工艺的原料质量指标及控制技术，能耗低、废酸生成少、产品RON高的硫酸法碳四烷基化微界面反应强化技术，能耗低、固渣生成少、产品RON高的离子液体碳四烷基化微界面反应强化及固渣循环利用技术，等等。
生产高效高清洁柴油要从优化柴油加氢精制原料和开发更高效的芳烃饱和催化剂及工艺入手，要研究开发的主要技术有：高芳烃含量柴油吸附分离或萃取分离抽出芳烃技术，柴油加氢生产低芳烃超低多环芳烃柴油的新型催化剂及工艺技术；蜡油加氢裂化直接生产低芳烃超低多环芳烃柴油技术；微界面传质强化在低芳烃超低多环芳烃柴油生产装置中的应用技术；二次加工劣质柴油生产对二甲苯等化工原料技术。
中国石油石化：一步到位直接制定并实施高效高清洁汽柴油国家标准，让全国所有炼油企业都同时执行有很大难度。应如何来推进呢？
曹湘洪：第一个方案是通过团体标准引领。可以考虑成立以炼油企业和汽车生产企业为主要成员的高效高清洁汽柴油创新联盟，研究制定高效高清洁汽柴油团体标准和配套的机动车排放标准。参加创新联盟的炼油企业执行高效高清洁汽柴油标准，参加创新联盟的汽车企业执行配套的低碳污染物近零排放机动车排放标准。
第二个方案是按制定和实施国六汽柴油标准的做法分两步走。先制定实施一个过渡性标准，实施三四年后，正式实施高效高清洁汽柴油标准。根据国家推进标准化制度改革的精神，我倾向于采用团体标准引领的推进策略，根据团体标准实施情况，总结团体标准执行中的经验和存在的问题，适时制定我国高效高清洁汽柴油国家标准和低碳污染物超低排放的机动车排放标准。
为了提高企业生产高效高清洁汽柴油的积极性，建议国家制定激励政策。国家有关部门明确高效高清洁团体标准汽柴油允许优质优价。执行高效高清洁团体标准后机动车减少的碳排放，经过专业机构核算后允许进行碳交易。
