司云航 朱玉琴 鄒蓉梅 郭 凡 王嘉春
(1.西安石油大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院)(2.中國石油集團工程設(shè)計有限責(zé)任公司西南分公司)(3.新疆獨山子天利高新技術(shù)股份有限公司)
分析計量與標(biāo)準(zhǔn)化
我國車用柴油標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
司云航1朱玉琴1鄒蓉梅2郭 凡1王嘉春3
(1.西安石油大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院)(2.中國石油集團工程設(shè)計有限責(zé)任公司西南分公司)(3.新疆獨山子天利高新技術(shù)股份有限公司)
描述了我國車用柴油標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展歷程,簡要分析了其現(xiàn)狀,總結(jié)了我國車用柴油標(biāo)準(zhǔn)7項重要技術(shù)指標(biāo)的發(fā)展趨勢,并分析了其不斷改進的原因。車用柴油標(biāo)準(zhǔn)一直向著油品清潔化的方向趨嚴(yán)發(fā)展,相比歐美日,中國車用柴油標(biāo)準(zhǔn)相對滯后,提高我國油品質(zhì)量勢在必行。所加工原油性質(zhì)重質(zhì)化、劣質(zhì)化,裝置生產(chǎn)能力低,催化劑競爭力不足是影響我國柴油質(zhì)量升級的主要因素?;诖?,展望了我國車用柴油新標(biāo)準(zhǔn):制定符合國情的車用柴油標(biāo)準(zhǔn)、給予煉廠適當(dāng)?shù)呢斦a貼、嚴(yán)格落實對車用柴油的實施監(jiān)管、研發(fā)并普及具有自主知識產(chǎn)權(quán)的清潔柴油生產(chǎn)核心技術(shù)。
車用柴油 技術(shù)指標(biāo) 現(xiàn)狀 發(fā)展趨勢 展望
近年來,我國汽車工業(yè)發(fā)展迅猛,產(chǎn)銷量連續(xù)3年居世界首位[1],國家統(tǒng)計局?jǐn)?shù)據(jù)顯示,2012年我國汽車保有量超過1.2×108輛。柴油的需求量隨汽車的大量使用而不斷增加,統(tǒng)計表明,2012年我國柴油的表觀消費量高達(dá)1.69×108t,同比上漲1.49%。大量柴油消耗造成的空氣污染日益嚴(yán)重,直接威脅著人類的健康。圍繞尾氣治理,除了采用先進的尾氣后處理技術(shù)外,最直接的辦法就是提高油品質(zhì)量。相比國外,我國柴油質(zhì)量,尤其是車用柴油質(zhì)量存有差距。因而,應(yīng)加快車用柴油質(zhì)量升級進程,滿足不斷嚴(yán)格的排放要求。
1.1我國車用柴油標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展歷程
一些地區(qū)頻發(fā)的霧霾、酸雨和光化學(xué)煙霧等區(qū)域性大氣污染問題與車輛尾氣排放密切相關(guān),引發(fā)社會各界對提高油品質(zhì)量的廣泛關(guān)注,車用柴油質(zhì)量升級的社會呼聲日漸高漲[2]。為了降低機動車排放污染物,改善大氣環(huán)境,合理利用資源,根據(jù)柴油的不同用途和不同應(yīng)用,2003年我國首次制定了車用柴油標(biāo)準(zhǔn)。車用柴油標(biāo)準(zhǔn)從輕柴油標(biāo)準(zhǔn)中獨立出來,開創(chuàng)了我國分用途執(zhí)行不同標(biāo)準(zhǔn)的先河,既滿足了柴油的多用途需要,又降低了生產(chǎn)成本,對我國提高柴油質(zhì)量具有重要意義。由于諸多原因,GB/T 19147-2003《車用柴油(Ⅱ)》標(biāo)準(zhǔn)并未真正地落實。在接下來的修訂中,為保證車用柴油標(biāo)準(zhǔn)的有效實施,故將推薦性標(biāo)準(zhǔn)改為強制性標(biāo)準(zhǔn),先后發(fā)布并實施的車用柴油標(biāo)準(zhǔn)有GB 19147-2009《車用柴油(Ⅲ)》、GB 19147-2013《車用柴油(Ⅳ)》和GB 19147-2013《車用柴油(Ⅴ)》。GB 19147-2009《車用柴油(Ⅲ)》于2011年7月1日起在全國范圍內(nèi)實施,至2015年1月1日廢止。在開展“滿足國家第Ⅴ階段排放要求的清潔燃油組成與排放關(guān)系研究”工作,結(jié)合煉油實況及環(huán)保要求,參考?xì)W盟標(biāo)準(zhǔn)EN 590:2004《汽車燃油-柴油-要求和試驗方法》的基礎(chǔ)上,我國制定的符合第Ⅳ、Ⅴ階段排放要求的GB 19147-2013《車用柴油(Ⅳ)》標(biāo)準(zhǔn)在2013年2月7日發(fā)布并實施,過渡期至2014年12月31日,于2015年1月1日起全面執(zhí)行,至2018年1月1日廢止。
1.2我國車用柴油標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀
為了緩解大氣污染相對嚴(yán)重的壓力,結(jié)合歐美日等國外車用柴油標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展趨勢,更好地保證先進柴油車技術(shù)在道路車輛上的應(yīng)用,我國目前正在實施的是2013年6月8日發(fā)布的滿足第Ⅳ、Ⅴ階段排放要求的GB 19147-2013《車用柴油(Ⅴ)》標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)滿足柴油中硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10 μg/g以下,過渡期至2017年12月31日,將自2018年1月1日起強制性全面實施。截止到2015年1月1日之前,同時供應(yīng)符合GB 19147-2009《車用柴油(Ⅲ)》、GB 19147-2013《車用柴油(Ⅳ)》和GB 19147-2013《車用柴油(Ⅴ)》三個標(biāo)準(zhǔn)的車用柴油都是合法的,這是由各個標(biāo)準(zhǔn)的過渡期所決定的。據(jù)報道[3],2012年,我國只有少數(shù)地區(qū)市售車用柴油能達(dá)到第Ⅲ、Ⅳ階段控制要求,多數(shù)地區(qū)還在銷售第Ⅱ甚至第Ⅰ階段的車用柴油,這表明我國車用柴油供應(yīng)嚴(yán)重滯后車輛排放標(biāo)準(zhǔn)。清潔的排放技術(shù)需要同樣清潔的燃油來保證,只有實現(xiàn)車油同步,車輛減排才能走向良性軌道。
2.1硫含量
如表1所列,車用柴油質(zhì)量升級的重點都是脫硫,未來將向著超低硫、零硫的趨勢發(fā)展。這主要是因為柴油硫含量高,不僅加劇發(fā)動機系統(tǒng)的腐蝕與磨損,降低尾氣后處理系統(tǒng)的轉(zhuǎn)化率,而且還增加尾氣顆粒物排放。歐洲汽車燃料項目的油料研究顯示,柴油中硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)從500 μg/g降到30 μg/g,輕型車PM排放量減少7%,重型車PM排放量減少4%[4]。
2.2芳烴含量、多環(huán)芳烴含量
如表1所列,我國逐步設(shè)置了車用柴油多環(huán)芳烴含量限值,今后將趨嚴(yán)調(diào)整。柴油芳烴、多環(huán)芳烴含量高是影響NOX和顆粒物排放的原因之一。研究表明,當(dāng)柴油中芳烴體積分?jǐn)?shù)從30%降至10%時,NOX排放量可減少4%~5%[16];當(dāng)柴油中多環(huán)芳烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)從7%降至1%時,輕負(fù)荷柴油機的PM排放量降低約6%,重負(fù)荷柴油機的PM排放量降低約4%[17]。
2.3十六烷值、十六烷指數(shù)
如表1所示,我國不斷調(diào)高車用柴油十六烷值和十六烷指數(shù)的限值,今后這一趨勢將更加明顯。原因是柴油十六烷值影響發(fā)動機的冷啟動、排放、油耗及燃燒噪音:當(dāng)柴油十六烷值從50增加到58時,發(fā)動機冷啟動時間降幅高達(dá)40%,低負(fù)荷柴油機的NOX排放量至少降低9%,HC、CO排放量降低約26%[18];油耗和燃燒噪音均會隨著柴油十六烷值或十六烷指數(shù)的增加而降低[19]。
表1 歐盟、美國、日本、中國車用柴油重要技術(shù)指標(biāo)發(fā)展趨勢[5-15]Table1 DevelopmenttrendofimportanttechnicalindexesforautomotivedieselfuelsinEU,USA,JapanandChina[5-15]項目歐盟EN590美國ASTMD9751993年1998年1999年2004年2009年2000~2004年2005~2013年w(硫)/(μg·g-1)≤200050035050/101050015φ(芳烴)/%≤3535w(多環(huán)芳烴)/%≤111111十六烷值≥49495151514040十六烷指數(shù)≥46464646464040密度①/(kg·m-3),15℃820~860820~860820~845820~845820~845潤滑性(磨痕直徑)/μm,60℃≤460460460460520φ(脂肪酸甲酯)/%≤57項目日本JISK2204中國GB19147199219961997200420072003②2009③2013④2013w(硫)/(μg·g-1)≤2000200050050105003505010φ(芳烴)/%≤w(多環(huán)芳烴)/%≤111111十六烷值≥505050505049494951十六烷指數(shù)≥46464646密度①/(kg·m-3),15℃860以下860以下820~860810~850810~850810~850潤滑性(磨痕直徑)/μm,60℃≤460460460460φ(脂肪酸甲酯)/%≤0.511 注:①中國車用柴油密度的測定溫度是20℃;②GB/T19147-2003《車用柴油(Ⅱ)》;③GB19147-2009《車用柴油(Ⅲ)》;④GB19147-2013《車用柴油(Ⅳ)》。
2.4密度、潤滑性、脂肪酸甲酯
為了改善尾氣排放和提高發(fā)動機性能,我國通過車用柴油標(biāo)準(zhǔn)的升級更替,逐步把柴油密度控制在一個窄而合理的范圍內(nèi)[19]。這是因為柴油密度影響柴油機的排放和油耗:當(dāng)柴油密度從820 kg/m3增至855 kg/m3時,PM、NOX排放量呈上升趨勢但增幅很小[20];當(dāng)柴油密度超過860 kg/m3時,PM排放量驟增[21];柴油密度降低,黏度下降,泄漏發(fā)生率增加,油耗增加。
如表1所列,各國對車用柴油潤滑性的重視相對較晚。這是因為20世紀(jì)80年代前,柴油精制程度普遍較淺,抗磨組分含量較高,潤滑性較好;20世紀(jì)90年代初,隨著低硫柴油的應(yīng)用,許多國家的柴油機高壓油泵和噴油器磨損事故倍增[22],低硫柴油的潤滑性問題才引起了特別關(guān)注。由于,柴油發(fā)動機的燃油噴射泵沒有外部潤滑系統(tǒng),需要借助柴油自身的潤滑性來維持,精制過程中脫硫到一定程度的同時也脫除了抗磨組分,潤滑性大幅降低。研究表明,使用硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)500 μg/g以下的柴油就可能導(dǎo)致發(fā)動機磨損[23]。
我國車用柴油添加了脂肪酸甲酯,其含量呈遞增趨勢,這是為了保證低硫柴油擁有足夠的潤滑性。研究表明,脂肪酸甲酯添加量為500~1 500 μg/g時,能改善低硫柴油的潤滑性,更多的添加量對潤滑性沒有明顯的改善效果[24]。
從表1看出,盡管各國車用柴油標(biāo)準(zhǔn)存有差異,但整體上都是向著柴油清潔化的方向趨嚴(yán)發(fā)展。相比歐美日,我國車用柴油標(biāo)準(zhǔn)相對滯后,提高我國油品質(zhì)量勢在必行,而所加工原油性質(zhì)、裝置生產(chǎn)能力及催化劑性能是影響柴油質(zhì)量升級的主要因素[25]。當(dāng)前,我國自產(chǎn)原油趨于重質(zhì)化、劣質(zhì)化,進口含硫、高含硫原油逐年增加,重劣質(zhì)原油對我國清潔柴油生產(chǎn)及其質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)升級構(gòu)成了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)[26]。柴油加氫精制能力不足、加氫裂化柴油比例低、催化裂化柴油比例高(見表2)、硫含量高、多環(huán)芳烴含量高、十六烷值低及密度范圍寬等(見表3)成為制約我國車用柴油質(zhì)量升級的短板。雖然,國產(chǎn)催化劑和加氫處理技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用基本滿足近期柴油生產(chǎn)需求,但生產(chǎn)超低硫柴油和處理重劣質(zhì)原油仍有困難,與國外先進技術(shù)差距大,競爭力不足[25,29]。我國應(yīng)借鑒歐美主要依靠不斷改進加氫處理技術(shù),新建裝置和改造原有裝置并重的成功經(jīng)驗來升級柴油質(zhì)量[30]。
表2 我國原油二次加工能力[27]Table2 SecondaryprocessingabilityofcrudeoilinChina[27](104t/a)裝置2000年2011年2012年能力占比/%能力占比/%能力占比/%一次加工274005395057450加氫精制426115.551739532.241893532.96加氫裂化11474.1943548.0747948.34催化裂化990036.131632130.251762630.68延遲焦化21147.71862115.98898115.63
表3 我國柴油餾分組成及性質(zhì)[28]Table3 CompositionandpropertiesofdieselfractioninChina[28]項目及占比直餾柴油催化裂化柴油焦化柴油加氫裂化柴油w(硫)/(μg·g-1)600~150001000~200002000~300005~50φ(芳烴)/%15~3045~8030~501~20w(多環(huán)芳烴)/%5~1530~5515~250.5~5十六烷指數(shù)40~5620~3536~4650~65密度/(kg·m-3),15℃0.82~0.860.87~0.920.84~0.870.82~0.86占比(約數(shù))/%5030155
3.1制定符合國情的車用柴油標(biāo)準(zhǔn)
GB 19147-2013《車用柴油(Ⅴ)》未設(shè)置色度、芳烴含量、噴嘴清潔性等技術(shù)指標(biāo)。柴油色度通過顏色深淺反映餾分的輕重,柴油芳烴含量是影響柴油機排放的主要因素之一,燃燒產(chǎn)生的固體雜質(zhì)聚積物影響噴嘴的暢通性。盡管,目前市售車用柴油并沒有凸顯出上述指標(biāo)引發(fā)的尖銳性問題,鑒于國外柴油潤滑性帶來的教訓(xùn),建議未來我國出臺的車用柴油標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)逐步完善技術(shù)指標(biāo)。同時,借鑒和參考?xì)W美制定柴油標(biāo)準(zhǔn)的實驗數(shù)據(jù)、方法及經(jīng)驗,充分考慮我國幅員遼闊、區(qū)域差別及氣候差異大的現(xiàn)實,結(jié)合煉油結(jié)構(gòu),市場需求,汽車工業(yè)發(fā)展水平及道路、交通建設(shè)的特點,在一系列大量臺架實驗的基礎(chǔ)上,制定符合我國國情的車用柴油標(biāo)準(zhǔn)并分地區(qū)分階段執(zhí)行[31,32]。
3.2給予煉廠適當(dāng)?shù)呢斦a貼
由于承擔(dān)原油價格上漲、成本增加、利潤減少的壓力,我國部分煉化行業(yè)虧損,這不可避免地阻礙了生產(chǎn)清潔車用柴油的積極性,減緩了我國推行燃料清潔化的進程。為此,應(yīng)出臺適當(dāng)?shù)膬?yōu)惠政策,調(diào)動煉化企業(yè)生產(chǎn)清潔柴油的積極性,刺激消費[33]。建議對優(yōu)先生產(chǎn)符合車用柴油新國標(biāo)的煉化企業(yè)給予財政扶持:①稅收方面,建議將生產(chǎn)型增值稅改為消費型增值稅,也可適當(dāng)降低消費稅;②貸款方面,建議對生產(chǎn)清潔燃料的建設(shè)與改造項目給予政府貼息或無息貸款[34];③價格方面,建議確立成品油“合理補償成本、優(yōu)質(zhì)優(yōu)價和污染者買單”的方案[35]。
3.3嚴(yán)格落實對車用柴油的實施監(jiān)管
首先,非常有必要通過質(zhì)檢、環(huán)保、工商等多部門合作,加大對市場上供應(yīng)車用柴油質(zhì)量的抽檢,落實對油品質(zhì)量的監(jiān)測,保證供應(yīng)達(dá)標(biāo)[36]。其次,確保車用柴油供應(yīng)過渡期實際供應(yīng),過渡期不是空白期,體現(xiàn)設(shè)置過渡期的初衷和實際意義,建議制定過渡期車用油品供應(yīng)和排放標(biāo)準(zhǔn)實施方案[35]。最后,推動車用柴油國家標(biāo)準(zhǔn)、車用柴油有害物質(zhì)控制標(biāo)準(zhǔn)和機動車排放標(biāo)準(zhǔn)協(xié)調(diào)一致,保障“車油一體”[37]。
3.4研發(fā)并普及具有自主知識產(chǎn)權(quán)的清潔柴油生產(chǎn)核心技術(shù)
國Ⅲ、國Ⅳ及國Ⅴ車用柴油標(biāo)準(zhǔn)的過渡期相對較長,在全國范圍內(nèi)推遲強制實施的原因眾多,但油品質(zhì)量升級的整體生產(chǎn)技術(shù)滯后是其主要原因。盡管國內(nèi)部分煉廠掌握了相關(guān)脫硫技術(shù),如:重油加氫處理、汽煤柴加氫精制、蠟油加氫裂化等,少數(shù)地區(qū)能夠供應(yīng)基本符合第Ⅳ、Ⅴ階段排放標(biāo)準(zhǔn)要求的車用柴油,但不能依靠部分地區(qū)生產(chǎn)的高質(zhì)量燃油來供應(yīng)全國使用。盡管,我國以二次加工柴油為主的現(xiàn)狀短期內(nèi)無法改變,但在經(jīng)濟能力允許的條件下應(yīng)適當(dāng)提高柴油加氫處理能力,增加加氫裂化裝置。優(yōu)化組合生產(chǎn)工藝、改造及升級現(xiàn)有裝置和采用經(jīng)濟且行之有效的新型高效催化劑,對我國柴油質(zhì)量升級尤為重要。財政補貼只是短暫的,部門監(jiān)管不是一蹴而就的,研發(fā)并普及具有自主知識產(chǎn)權(quán)的清潔柴油生產(chǎn)核心技術(shù)才是關(guān)鍵。建議我國堅持自主創(chuàng)新,加快研發(fā)生產(chǎn)高質(zhì)量油品的核心技術(shù),著眼中長期技術(shù)戰(zhàn)略儲備,整合現(xiàn)有高新技術(shù)并推廣到大多數(shù)煉廠應(yīng)用;同時加強國際技術(shù)合作,推動發(fā)達(dá)國家先進技術(shù)轉(zhuǎn)讓并充分利用[38]。
隨著環(huán)保法規(guī)的不斷嚴(yán)格,降低柴油中硫含量、多環(huán)芳烴含量,提高十六烷值,保證潤滑性,控制密度范圍等已成為今后車用柴油發(fā)展的主要趨勢。面對當(dāng)前我國車用柴油標(biāo)準(zhǔn)相對滯后的現(xiàn)狀,研發(fā)并大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用清潔柴油生產(chǎn)核心技術(shù)來提高油品質(zhì)量才是推動車用柴油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)升級的關(guān)鍵。我國車用柴油新國標(biāo)的實施,雖然對煉廠的技術(shù)改造和升級帶來了一定的挑戰(zhàn),而且飆升的生產(chǎn)成本對油價產(chǎn)生了壓力;然而,人們更容易接受的是隨之而來的節(jié)能減排與低碳環(huán)保[39]。
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CurrentsituationanddevelopmenttrendofautomobiledieselstandardsinChina
SiYunhang1,ZhuYuqin1,ZouRongmei2,GuoFan1,WangJiachun3
(1.Xi'anShiyouUniversity,Xi'an710065,Shaanxi,China; 2.ChinaPetroleumEngineeringCo.,Ltd,SouthwestCompany,Chengdu610041,Sichuan,China; 3.XinjiangDushanziTianliHigh&NewTechCo.,Ltd,Dushanzi833600,Xinjiang,China)
This paper describes the evolution course of automotive diesel standards in China, and briefly analyzes the current situation, then summarizes the development trend of their seven important technical indexes, finally analyzes the reasons of their continuous improvement. Automotive diesel standards have been developing straight forward the direction of clean oil. Compared with EU, USA and Japan, automotive diesel standards relatively lag behind others in China, so it is imperative to improve the quality of the product. The heavy and inferior properties of the crude oil process, the low production capacity of installations, and the lack of competitive catalysts have limited the upgrading of diesel quality in China. Based on the above reasons, a new automotive diesel standard will be prospected, namely formulating automotive diesel standard in line with China's national conditions, giving appropriate financial subsidies to refineries, supervising the implementation of automotive diesel fuel in China, developing and popularizing the core technology of diesel production.
automotive diesel fuels, technical index, current situation, prospect
TQ517.2
:ADOI: 10.3969/j.issn.1007-3426.2014.01.017
2013-08-18;
2013-11-18;編輯:鐘國利
陜西省自然科學(xué)基礎(chǔ)研究計劃項目“柴油深度脫硫新型無負(fù)載催化劑特性研究”(2012JM2011)。
司云航(1986-),男,在讀碩士研究生,從事石油加工及化工工藝優(yōu)化的學(xué)習(xí)與研究。地址:(710065)陜西省西安市雁塔區(qū)電子二路東段18號西安石油大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院。E-mail:siyunhang@163.com