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科普:关于柴油的事,这篇文章颠覆你的认知!
  • 发布日期:2019-12-11      浏览次数:698
    • 一般来说,柴油车比汽油车可以节省至少20%的油耗。在欧洲市场,柴油车的平均占有率超过了50%,在法国柴油车占比甚至达到了80%~90%。就连亚洲近邻日本,近年来柴油车的保有量也在飞速增长。

         不过,柴油车并未在我国“生根发芽”。目前,柴油车在我国发展不起来的公认原因主要有两个:柴油品质差和供应短缺

      柴油是什么?

         柴油是烃类(碳原子数约10~22)混合物,与汽油相比,有不易挥发、着火点高的特点,主要用作柴油发动机的燃料。柴油发动机一般采用的是压燃式点火方式。也就是说,在气缸内压缩含有露状柴油的空气,使其温度上升至柴油的燃烧点,使柴油燃烧做功。而汽油发动机是采用点燃式点火方式,含有露状汽油的空气在压缩后还没有达到其燃烧点,用电流产生电火花的方式点燃汽油,使其燃烧做功。

         由于工作原理不同,柴油发动机比汽油发动机具有更高的能量转换比,能量消耗为汽油发动机的45%~60%。还有,柴油发动机的低速扭矩比汽油车大,在排量相同的情况下,柴油车在发动和爬坡时给人的感觉是动力强劲,在国内多被用于非承载SUV或大型车辆。

         不过,现代柴油机必须与清洁的柴油相匹配才能充分发挥节能减排效果。所以,柴油的质量对柴油车的性能影响很大。

      柴油从哪里来?

         页岩油和煤炭液化也可以制得柴油,但目前我国的成品柴油都是由石油提炼而成。没有经过炼制和加工的石油,就是人们所谓的原油。

         原油是一种黑褐色的流动或半流动粘稠液,比重略轻于水,含有多种不同类型的烃。原油中,碳元素占83%~87%,氢元素占11%~14%,其他部分则是硫、氮、氧及金属等杂质。碳和氢燃烧后都会释放出热量,所以原油主要被用作燃油和汽油的原料,是世界上zui重要的一次能源之一。

         原油的成分复杂,并且这些物质全部混合在一起。把这些黑黑乎乎的原油变成纯清的柴油或燃料油,一般需要经过以下4个基本过程。

         (1)先将原油脱盐、脱水,再进行常压蒸馏(随着烃链长度的增加,其沸点也会逐渐升高,因此可以通过蒸馏法将其分离),分割出适宜作为汽油、柴油的馏分。这种馏叫做直馏馏分,如石脑油、常一线柴油、常二线柴油等。

      编辑搜图

       

      ​   (2)以炼制过程中产生的常、减压重油等为原料,用热裂化、催化裂化、加氢裂化和延迟焦化等二次加工方法,将高沸点馏分裂解为适宜作燃料的低分子烃,经过分馏得到汽、柴油的热裂化、催化裂化和焦化组份。生产高辛烷值的汽油时,还需要采用催化重整和烷基化等方法,制得重整汽油组份和轻烷基化油。

         (3)将直馏和二次加工方法得到的馏分油分别进行电化学精制、加氢精制、脱硫醇和脱蜡,除去其中的有害物质,提高油品质量。

         (4)以上述各种馏份油为组份,根据不同牌号汽油、柴油的质量要求,按比例加入适量的各种加剂进行调和,即可得到符合国家标准的产品。

         经过上述4个步骤后,含有硫、钙等杂质的黑色黏稠的原油,zui终会变为透彻清亮的清洁汽油和柴油。理论上,原油炼化之后,产出的汽油约为25%、柴油约为30%,柴油的产量要高于汽油。而我国的柴油车也比较少,所以冬季易发的“柴油荒”也从侧面说明,柴油在社会经济中的作用要高于汽油。

      制约柴油质量的因素有哪些?

         国内外市场上柴油品质的差异主要在于其中硫含量的高低,而造成这种差距的原因主要有两个。

      原料的问题

         从地下开采出来的原油基本成分类似,但在不同产区和不同地层,原油的物理性质差别很大,品种也是纷繁众多。国内炼治的原油主要来自中东和国内自产的高硫中质原油(价格便宜),而欧美汽油的主要来自北海和美国西德克萨斯原油,低硫轻质甜原油(价格较高)。

         作为原油的产出品,柴油的质量在很大程度上是受制于原油的,比如凝固点。而影响原油凝固点的主要因素是其中的含蜡量,含蜡量多的原油凝点高。例如:南阳原油含蜡量为30.3%,凝固点高达45℃;含蜡量仅1.5%的新疆低凝原油凝固点低至-58℃。按凝固点不同,柴油可以分为5#柴油、0#柴油、-10#柴油、-20#柴油、-35#柴油等标号。如果在不适合的使用温度区间,柴油发动机中的燃油系统就可能结蜡、堵塞油路,影响发动机的正常工作。

         我国原油的质量总体不高。例如,大庆油田的原油有含蜡量高(约26%~30%)、凝固点高(约30℃)、硫含量低(0.10%)的特点,属于典型的低硫石蜡基原油。由其加工的直馏馏分性质特点如下:①200℃以前的馏分占原油的10.0%~11.3%(重量比),直馏汽油的收率和辛烷值都较低;②煤柴油馏分(200~300℃)的收率为20%左右(重量比),柴油馏分的柴油指数一般大于70,有良好的燃烧性能,但其收率受凝固点限制;③减压蜡油馏分(350~500℃)收率为26%(重量比)左右,润滑油含量约占原油的15%;④500℃的减压渣油(VR)收率为43%(重量比)左右。这些数据表明,大庆原油是生产优质润滑油和各种蜡的良好原料,采用燃料—润滑油型加工方案zui为理想,或者采用燃料—润滑油—化工型加工方案。

      炼化工艺问题

         加氢裂化和催化裂化都是石油炼制的方式,加氢裂化的液体产品收率达98%以上,质量也比催化裂化要高很多。但是,在常规加氢脱硫过程中,烯烃容易被饱和成烷烃,汽油辛烷值损失,导致油品达不到国Ⅳ、国Ⅴ要求。还有,加氢裂化是在高压下操作,条件较苛刻,需较多的合金钢材,耗氢较多,所以国内炼油业多采用催化裂化的方式,而一些发达国家则主要以加氢裂化为主。

         由于我国炼油装置结构不同于国外,重油催化裂化占比较大(我国车用汽油组分中催化裂化汽油占比约为74%)。而催化裂化汽油中烯烃含量达45%左右,硫含量在100~1000ppm之间,使得催化裂化汽油需要脱硫和降烯烃同时进行才能达到清洁油品标准。

      柴油升级去硫是关键

         欧美国家催化汽油占比仅为30%左右,烷基化、重整等清洁高辛烷值调和组分比例高,升级仅需降低硫含量。中国催化汽油占比达74%,调和手段相对较少,升级需要降硫、降烯烃且保证高辛烷值,难度更大。

         不过,油品质量提升将大幅降低车辆尾气污染物排放,是一项有利于人们生活健康的蓝天工程。事关国计民生,国家迫切需要改善油品质量、提供经济高效的柴油、汽油质量升级技术。

         在过去的10多年时间里,我国走过发达国家用20多年时间走过的油品升级历程,开发出“全馏分催化汽油预加氢—轻重汽油切割—重汽油选择性加氢脱硫—接力脱硫”分段加氢脱硫工艺以及超低硫柴油生产技术(PHF技术)等,实现了从“低硫”柴油向“超低硫”柴油迈进。目前,PHF技术已经覆盖了中国石油公司的全部炼化单位,FDS系列柴油加氢精制催化剂在大港石化、长庆石化等3套装置成功应用,开工用时由72个小时缩短到24个小时,不仅提高油品质量,还提高了生产效率、降低了环保风险。

         目前,中国石油现有38套柴油加氢精制装置,在建14套,对清洁柴油升级技术需求高。石化院开发出柴油加氢精制、加氢改质和异构降凝等3类6种催化剂制备技术。催化剂有活性高、空速高、原料适应性强、性能优异等特点,可有效降低产品硫含量,是国家柴油质量升级到第四阶段标准的shouxuan主体技术。

      我国柴油真的短缺吗?

         柴油发动机的扭矩比汽油发动机大得多,在国内多被用于非承载SUV或大型车辆,还有就是拖拉机、收割机等农用机械和货轮、坦克、军舰等国家战略需求。因此,在我国,柴油要优先提供给轮船、重卡、农用车等使用,然后才能排到乘用车。

         中石油经济技术研究院在2016年1月26日发布的《2015年国内外油气行业发展报告》中披露,截止2015年底,我国炼油总能力为7.1亿吨/年,其中新增炼油能力3020万吨/年,淘汰落后产能4057万吨/年。按照85%的合理开工率计算,国内炼油能力过剩1亿吨/年,全国原油加工量预计为5.22亿吨,增长3.8%。这同时也说明,我国市场上柴油供应充足,“柴油荒”只是暂时现象。

         2016年1月1日起,我国开始在东部地区重点城市供应与国IV标准车用柴油相同硫含量的普通柴油;2017年7月1日,全国将全面供应国IV标准普通柴油,同时停止国内销售低于国IV标准的普通柴油;2018年1月1日起,全国供应与国Ⅴ标准车用柴油相同硫含量的普通柴油(含B5生物柴油),停止国内销售低于国Ⅴ标准普通柴油。随着柴油质量的升级,将有效削减大气流动源污染物排放,单位油耗可削减硫氧化物约85%、氮氧化物和颗粒物约3%到5%,同时对降低PM2.5浓度也有一定的协同作用。同时,也将彻底改变柴油在人们心中的“冒黑烟”“噪音大”等印象。

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