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1、低硫燃油对排放影响及供给可行性分析摘要：本文简要介绍了国内外车用燃油标准中硫含量限值发展进程，综述了国内外研究硫含 量对排放的影响，及燃油硫含量对排放控制技术 、氧化催化转化器和 NOx 催化剂的影响， 以及低硫燃油的成本分析和我国的可行性方案，为国内进行相关研究提供参考及借鉴。 关键词： 低硫燃油，排放控制技术，成本，可行性分析Abstract: In this paper, the changes of sulfur content in diesel fuel of some countries and regions wereintroduced. The influences of
2、sulfur content on diesel exhaust emissions were summarized. And theinfluences of diesel sulfur content on emission control technologies, such as diesel particulate filter, dieseloxidation catalysts and NOx catalysts, were analyzed. And low-sulfur fuel cost analysis and feasibility of the program in
3、China .This may provide suggestion for domestic research ondiesel exhaust emission.Key words: Low sulfur fuel, emissions control technology, cost, feasibility analysis1 引言中国机动车排放标准不断加严，我国已实施机动车排放国一、国二标准，并已 发布中国三、四标准。北京等城市标准实施较全国提前一步。燃油硫含高硫含量 会加速催化剂的老化，降低催化剂的效率。并且增加co、hc、NOx和有毒有害物 质的排放，机动车超细颗粒物的产生与硫含
4、量有显著的关系，硫含量为 350ppm 和 40ppm 的燃油相比，前者会生成粒径小于 20 纳米的二次颗粒物，对健康产生 不利影响。丹麦的车用燃油硫含量从500ppm降至50ppm时，超细颗粒物浓度与NOx浓 度的比值有较大的降低。 国际上许多国家已开展车用燃油低硫化工作部分国家 的车用燃油硫含量限制在50ppm, 些国家限制在lOppm。中国车用油品质量标 准在油品质量控制方面，我国已经发布了车用无铅汽油17930-1999轻燃油 252-2000车用汽油有害物质控制标准 GWKBl-l999（2000 年 l 月 l 日实施） 北京等部分城市提前进行了燃油低硫化的工作，随着经济的发展，汽
5、车保有量强劲增长，发动机作为主要动力的各种机动车 辆日益增多。与此同时，发动机排放所带来的环境污染也日益引起人们的关注。发动机有害排放物中， CO 和 HC 比汽油机少得多， NOx 的排放与汽油机 相当,颗粒物的排放则较汽油机高许多。发动机的排放与燃油中十六烷值、密度、 粘度、芳烃含量、馏程和硫含量等有密切关系，其中硫含量直接影响燃油机的烟 度与颗粒物排放浓度,也影响发动机排气催化净化器的净化效果。燃油中其他杂 质对车辆的影响都没有硫的大。脱硫与在汽油中禁铅很相似，可以让催化器发挥 最大功效本文分析了国内外车用发动标准中对硫含量限值发展进程，综述了国内外关 于燃油硫含量对排放和后处理技术影响
6、的研究成果，同时分析了低硫燃油的成本 控制和售价，以及我国低硫燃油供给日程可行性分析，为国内进行相关研究提供 参考及借鉴。2 硫对排放控制技术影响分析从 20 世纪 60 年代到 80 年代，美国燃油标准一直比较稳定，硫含量在 0.22%0.3%之间波动。90年代初，EPA要求燃油硫含量从3000pg/g （平均值） 降到500pg/g,从1993年10月1日起实施。继而美国燃油质量标准中硫含量 直接从1993年的500pg/g降至2006年的15pg/g。20世纪90年代初，当 美国引领世界汽油向着 RFG 汽油、向着更加清洁的汽油方向发展的时候，欧洲 国家，尤其是北欧几个国家开始关注本国未
7、来燃油的发展方向。欧盟 EN590-2002 标准中规定燃油硫含量不大于50pg/g，西欧等欧盟先进发达国家的燃油标准走 在世界前列，例如瑞典、德国、英国等燃油通过税收优惠政策，在 2005 年就已 实施硫含量10pg/g的标准。为适应燃油低硫化发展的世界趋势，日本石油联盟 早在 1989 年 6 月就提出燃油低硫化目标和炼油工业应该采用的相应措施，并 分两步走。第一步1993年燃油硫含量降到2000pg/g,第二步从1995年起要求 燃油硫含量降到500pg/g以下，2005年日本燃油标准中硫含量已经将到了 50pg/g 以下。我国长期以来没有专门的车用燃油品质标准,一直沿用轻燃油的品质标准
8、， 2002年起实施的国家轻燃油标准GB252-2000，将轻燃油等级分为优级品、一 级品和合格品，其中硫含量要求不大于 0.2%，大大高于发达国家车用燃油的标 准。我国2003年参考欧盟车用燃油品质标准EN590-1998，制定了国家标准车 用燃油GB/T19147-2003,该标准将车用，特别是城市车用燃油和轻燃油进行了 区分，设定了比一般轻燃油更高的品质要求，目标是与我国第二阶段汽车排放标 准（相当于欧II水平）适应。一些国家与地区的车用燃油标准中规定的硫含量见表 1。美、欧、日等国家车用燃油标准正向着无硫的方向发展（小于10pg/g）,我 国车用燃油标准中对硫的控制落后于欧洲、美、日等
9、发达国家和香港地区，目前 市场供给的车用燃油还是采用轻燃油标准，不能与我国 2003年 9 月 1 日开始 实施的燃油车第 2 阶段排放标准相适应。表 1 各国和地区燃油硫含量限值标准硫含量，% （ m/m）备注美国 USA2, 19930.05美国 USA2, 20060.0015高速公路用燃油EN 590-930.2满足欧I排放标准EN 590-980.05满足欧II排放标准EN 590-990.035满足欧III排放标准EN 590-20020.005满足欧IV排放标准日本燃油标准JIS K22040.0052005年实施中国轻燃油GB25220000.22002年实施中国车用燃油GB/
10、T1914720030.052003年颁布2.1 燃油硫含量对排放的影响燃油中的硫98%在燃烧过程中转化为SO2，其余2%作为硫酸盐排放，SO2通过排气催化剂会转化为硫酸盐，最终成为 PM 的一部分。按照美国环境保护 局的定义，燃油机排气PM包含以C为主的碳烟、未氧化或未完全氧化的HC、 硫酸盐以及与硫酸盐结合的水和其杂质。因此降低燃油中硫的含量就相应降低了 PM 的排放，也降低了排气的烟度。欧洲的汽车油料研究表明，燃油中硫的质量分数从500pg/g减少到 30pg/g，将使得轻型车PM排放降低了 7%，重型车PM排放降低了 4%1。燃油含硫量在2003年轻型车上对PM和NOx的排放的影响见图
11、1和图22. PM 排放在 EUDC 循环阶段， NOx 排放在 UDC、 EUDC 和 NEDC 循环阶段 均随油品硫含量增加而增加。0.030冒eBJ nd0闰G.C20图 1 硫含量对 PM 排放影响 图 2 硫含量对 NOx 排放影响JCAP 研究结果发现，减少燃油的硫含量，同时车辆使用 DPF 系统和高氧 化性能的催化剂，可有效减少 PM、NOx 和 CO 及非常规排放6。为了测试燃 料 硫含 量对 排放 的累 积影 响 JCAP 使 用硫含 量分 别 为 10ppm、 50ppm 和 100ppm 的油品进行了 30000km 行车试验和发动机试验7，研究结果发现，随 行驶里程的增
12、加 CO、NOx 排放也增加，并且硫含量越大排放增加得越多。2.2 燃油硫含量对排气后处理技术的影响 随着排放法规的日益严格，燃油机单靠燃烧改进等机内净化技术已很难满足 排放法规的要求，排气后处理技术日益显示出重要作用。目前燃油机中使用的排 放控制技术主要有：废气再循环装置（EGR）、氧化催化转化器（DOC）、燃油颗 粒过滤器（DPF）、和NOx催化转化器等。先进的排放控制技术可有效减少燃油 机排放，特别是 PM 和 NOx 排放，但燃油中的硫会使催化剂中毒，严重影响 了排气后处理技术的效率。2.2.1 硫含量对燃油颗粒过滤器的影响 目前，燃油颗粒过滤器是公认的最有效的后处理技术，常用的燃油颗
13、粒过滤 器有连续再生型燃油颗粒过滤器（CR-DPF）和催化型颗粒过滤器（CDPF）两种。 燃油机排气中绝大部分是固体炭粒和吸附了可溶性有机成分的碳烟，使用颗粒过 滤器可使排气中碳颗粒的过滤效果达到 60%以上。燃油中硫含量对 DPF 装置 效率有很大影响。研究发现8，当油品硫含量为 3ppm 时，燃油颗粒过滤器使 得PM排放下降率为95%,而当燃油中硫含量增至30ppm后，PM排放下降 率仅为 70%左右。当燃油硫含量达到 150ppm 时， PM 排放下降率为 0，此时 燃油颗粒过滤器已失效。当燃油硫含量大于 150ppm 时，使用 DPF 装置后 PM 排放甚至远大于发动机直接排放。硫含量
14、对 DPF 装置影响见表 2。表 2 硫含量对 PM 排放下降率影响硫含量，ppm装置PM排放下降率OICA循环Peak torqueRoad load3CDPF959394CR-DPF95919730CDPF747280CR-DPF727381150CDPF018-25CR-DPF-3-19-38350CDPF-122-211-327CR-DPF-155-139-401DPF装置中配备有金属催化剂，可有效减少固体物质及氧化SOF，也可将 废气中的 SO2 氧化为硫酸盐，随油品中硫含量的增加，硫酸盐组分增加，导致 PM增加。同时DPF装置可使HC排放下降70%80%，使CO排放下降 90%99
15、%,并且燃油颗粒过滤器对THC、CO排放的降低率与油品硫含量无关。2.2.2 硫含量对氧化催化转化器的影响氧化催化转化器（DOC）主要用于消除排气中的可燃气体和可溶性有机组分，它可将排放物中的CO、HC、芳烃类和醛类排放物氧化为CO2和水，有效减少有害物排放。在重型燃油机上燃用含硫量为 0.01%的燃油，使用氧化催化转化器可使 HC 排放减少 60%70%， PM 减少 27%54%。但由于氧化催化剂可将SO2氧化为SO3，生成硫酸或硫酸盐，额外增加PM排放量，所以加装氧化催化转化器的燃油机应燃用含硫量低的燃油。国外研究发现 9，在稳态工况下，当排气温度较高时，经过氧化催化剂后 PM 排放高于发动机排放 PM（图4），主要是由于氧化催化剂将SO2氧化为SO3,使得硫酸盐排放增加，硫含量越高影响越明显。催化剂经 250hours 老化后，燃油硫含量较低时，催化剂老化对 PM 排放影响较小，而当硫含量大于 150ppm 时，老化后 PM 排放远大于新鲜催化剂及发动机排放。 Non-Sulfate Sulfate图 4 硫含量对氧化催化转化器的影响131*Foel SuEfur Level (亠翌E亘“E山11.2巴畧舍O
