在今年的“兩會”上,空氣環境和節能減排議題受到高度關注。《政府工作報告》指出,2014年政府要出重拳強化污染防治,年內要在全國供應國四標準車用柴油。報告稱:“我國政府將以霧霾頻發的特大城市和區域為重點,以細顆粒物(PM2.5)和可吸入顆粒物(PM10)治理為突破口,抓住產業結構、能源效率、尾氣排放和揚塵等關鍵環節,健全政府、企業、公眾共同參與新機制,實行區域聯防聯控,深入實施大氣污染防治行動計劃。”
沒有國四油就沒有商用車的排放升級
可見,國四標準車用柴油與國四排放標準升級緊密聯系,而排放標準升級又與大氣污染防治密不可分,而要真正實施國四排放標準,國四柴油必須先到位。如果車油分離,即只有車本身到達國四標準,油卻到不了位,不僅不能減少顆粒物排放,還會對車輛造成嚴重損害。
防治空氣污染亟需國四柴油
“政府工作報告”在防治空氣污染的背景下提出年內普及國四柴油,反映了防治空氣污染的緊迫性。近兩年,包括北京在內的一些地區遭遇霧霾、酸雨等區域性大氣污染問題。這與車輛尾氣排放有關聯,引發社會各界對提高油品質量的廣泛呼聲,車用柴油質量升級的呼聲也日漸高漲。
其實,這一工作,我國早已在做。資料顯示,為降低機動車污染物排放量,改善大氣環境,合理利用資源,根據柴油的不同用途和不同應用,2003年我國首次制定了車用柴油標準。車用柴油標準從輕柴油標準中獨立出來,開創了我國分用途執行不同標準的先河,既滿足了柴油的多用途需要,又降低了生產成本,對我國提高柴油質量具有重要意義。由于諸多原因,GB/T19147-2003《車用柴油(Ⅱ)》標準并未真正落實。
在接下來的修訂中,為保證車用柴油標準的有效實施,故將推薦性標準改為強制性標準,先后發布并實施了車用柴油標準GB19147-2009《車用柴油(Ⅲ)》、GB19147-2013《車用柴油(Ⅳ)》和GB19147-2013《車用柴油(Ⅴ)》。GB19147-2009《車用柴油(Ⅲ)》于2011年7月1日起在全國范圍內實施,至2015年1月1日廢止。
在開展“滿足國家第五階段排放要求的清潔燃油組成與排放關系研究”的工作中,結合煉油實況及環保要求,在參考歐盟標準EN590:2004《汽車燃油-柴油-要求和試驗方法》的基礎上,我國制定出符合第四、第五階段排放要求的GB19147-2013《車用柴油(Ⅳ)》標準,在2013年2月7日發布并實施,過渡期至2014年12月31日,于2015年1月1日起全面執行,至2018年1月1日廢止。
從法規層面來說,我國的車用柴油標準已較完備,但在實際操作層面還存在問題。記者在調查走訪中發現,個別地區甚至至今連國三柴油還沒到位。所以,《政府工作報告》提出的年內普及國四柴油很有針對性,為國四排放標準升級準備了前提。
兩種技術路線都離不開國四油
近年來,我國汽車工業發展迅猛,柴油的需求量隨汽車的大量使用而不斷增加,大量柴油消耗造成的空氣污染日益嚴重,直接威脅著人民的健康。圍繞尾氣治理,除了采用先進的尾氣后處理技術外,最直接的辦法就是提高油品質量。而將這兩者結合起來才能真正實現排放標準升級。
重型柴油機從國三到國四,顆粒物排放限值從0.1g/kWh降低到0.02g/kWh,NOx排放限值從5g/kWh降低到3.5g/kWh。在國三的基礎上僅僅對發動機內部參數進行優化雖然可以繼續降低污染物排放,但是不足以滿足國四標準,還需要增加其他技術。
要使得NOx和顆粒物的排放達到法規要求,現有兩種方案可以選擇:
第一種是EGR(廢氣再循環)+DPF(柴油微粒過濾器)系統,通過EGR降低NOx,用DPF捕集顆粒物并通過再生技術除去顆粒物。或者采用E-GR+POC(顆粒物氧化催化劑),其工作原理和EGR+DPF相似,只是顆粒物轉化效率較低;
第二種是改變發動機技術,使顆粒物排放達到法規要求,但是同時會增加NOx的排放,所以在排氣管中安裝SCR(選擇性還原催化器)系統來降低NOx的排放。歸結起來,重型柴油機達到國四標準的技術路線有兩條,即俗稱的EGR和SCR。
但不管是EGR還是SCR,離開國四油都無法真正實現國四排放標準,自然也無法實現節能減排、防治污染的目標,特別是減排PM,即顆粒物更無從實現。中石油蘭州研發中心燃料油與燃料油添加劑工程師董紅霞對這一問題作了解釋。
她表示,柴油中硫化物對NOx和PM能產生明顯促進作用,并可使汽車尾氣催化轉化器催化劑中毒,因此硫含量在柴油中作為一項比較重要的指標予以限制。柴油中的硫98%在燃燒過程中轉化成二氧化硫,其余2%作為硫酸鹽排放,二氧化硫通過排氣催化劑會轉化為硫酸鹽,最終成為PM的一部分。
按照美國環境保護局的定義,柴油機排放的顆粒物PM包含以碳為主的碳煙、未氧化或未完全氧化的HC、硫酸鹽、與硫酸鹽結合的水和其他雜質。因此降低柴油中的含硫量就相應地降低了PM排放量,也降低了排氣煙度。
歐洲汽車油料研究也表明,柴油中硫的含量從500ppm減少到30ppm將使得輕型車PM排放降低7%,重型車PM排放降低4%。國四排放法規要求更低的PM和Nox排放,柴油機后處理技術如NOx選擇催化還原器(SCR)、顆粒捕集器(DPF)等遂得到廣泛應用。但隨著燃料硫含量的增加,一些排氣后處理系統的轉化效率會降低甚至會發生硫中毒而永久失效。
當油品硫含量為3ppm時,柴油顆粒過濾器使得PM排放下降率為95%,而當柴油中硫含量增至30ppm后,PM排放下降率僅為70%左右。當柴油硫含量達到350ppm時,PM排放下降率為0,此時柴油顆粒過濾器已失效。當燃油硫含量大于350ppm時,使用DPF裝置后PM排放甚至大于發動機直接排放。
而國三油硫含量恰恰為350ppm,所以無論如何,要實施國四排放標準,國四油必須到位。
不使用國四油會對國四車造成損害
由于國四柴油遲遲不到位,重型柴油機國四排放標準實施的時間一推再推。但也有人提出“車油分離”的觀點,認為車可先于油品進入國四,遭到汽車行業的反對。因為這樣做會對車輛產生損害。
那么,不使用國四油會對國四車產生何種損害呢?董紅霞稱,EGR帶有貴金屬涂層的顆粒物后處理系統的一個弱點是,如果廢氣中有硫的話會將硫轉化為硫酸鹽。只有燃油中的硫含量低于20ppm時(假設不包括燃油中所含的硫的情況下,發動機排放的微粒物不超過0.01g/kWh)才可能達到國四要求的顆粒物排放限值,所以如果采用此方案,肯定不能使用燃油中硫含量高達350ppm的國三油。
因為如果使用了,不僅達不到顆粒物排放限值,而且可能使EGR系統受到損害。例如:發動機可能會受EGR系統產生的硫酸的腐蝕;DPF再生會被硫酸鹽鈍化;過濾器會被堵塞并不可恢復。
SCR系統對油品的要求不如EGR高,這也是中國商用車廠家,特別是重卡企業廣泛使用SCR系統的重要原因。但即便如此,SCR系統對油品硫含量的最高容忍度也只有200ppm,依然低于國三油的硫含量,所以要使SCR系統順利運轉也需要國四油。勉強使用國三油雖然不會產生像EGR系統那樣嚴重的問題,但對SCR系統來說也相當于“慢性自殺”,會降低商用車發動機的使用壽命,并增加其故障率。----商用車