世界各地都在尋求各種手段來降低交通運輸行業的碳排放，并提高可再生能源的使用，監管機構也在引入并縮緊生物能源和二氧化碳排放的目標。在本期微課堂，我們特邀潤英聯燃料技術銷售客戶經理JavierMontes暢談歐洲石油公司所面臨的挑戰。在歐洲，生物燃料（如加氫處理后的植物油）有望在未來的運輸燃料組合中扮演越來越重要的角色。

 

世界各地的政府和監管機構都正在立法來降低溫室氣體（GHG）的排放，以減緩全球變暖的速度。同時，隨著人們對可持續發展的渴望日益增長，官方機構、公司和個人都在尋找可再生能源，以替代基于化石的石油和天然氣。

 

在歐洲，運輸行業是一個主要的能源消費領域，也是溫室氣體排放的重要來源。在未來十年，基于GDP增長預期，運輸活動預計會大大增加，這將導致能源消耗激增。歐盟（EU）委員會的參考情景項目預測到2030年，交通運輸行業的能源需求將增加到總能源需求的32％左右。這主要受到貨運量增加的推動，而客運量預計將穩步下降。

 

乘用車對能源需求的下降、替代性動力總成方案在市場內的引入、以及發動機能源效率的改善，都將在未來十年導致對汽油需求的穩定下降。相反，貨運活動的增加，特別是公路上重型柴油車輛的運輸活動，意味著車用柴油（ADO）或柴油燃料的需求預計將保持其市場份額，從而抵消客運對柴油預期需求的減少。到2030年，用于運輸的能源消耗中約90％預計是石油產品，其中55％將是柴油（包括船用燃料）。

 

歐洲委員會（EC）已為全球氣候行動制定了一項長期戰略，并認識到低碳燃料（尤其是生物燃料）必須在交通運輸行業降低碳排放中發揮重要作用。

 

2009年出臺的《可再生能源指令》（REDI）要求會員國制定具體的國家性可再生能源目標，可再生能源到2020年在公路和鐵路運輸中至少實現10％的份額。然而，進展情況喜憂參半，整體看來，相較于2020年的10％目標，歐盟仍低約2％。

 

 

基于《巴黎協定》的氣候目標，在二氧化碳減排方面，《可再生能源指令》（REDII）第二階段規定已經發布，為2030年的公路和鐵路運輸設定了更高的可再生能源份額目標，即14％。在這14％的范圍內，設有專門針對高級生物燃料的子目標（3.5％）。這種高級的生物燃料可從大約20種預先設定的原料中生產獲得–這些原料大部分以生物質殘渣和廢物為基礎，但不包括用過的食用油以及1類和2類動物脂肪。

 

REDII生物能源目標針對柴油這一細分領域，為石油公司帶來新的挑戰。

 

迄今為止，煉油廠主要通過將化石柴油與來自棕櫚、菜籽油和豆油等農作物原料的第一代脂肪酸甲酯（FAME）混合，來應對REDI規定的生物能源目標。

 

近年來，在歐盟，基于非農作物的第二代生物柴油的使用在顯著增加，例如，來自廢料的FAME、基于用過的食用油甲酯（UCOME）和牛脂甲酯（TME）生成的動物脂肪。這一趨勢受以下事實驅動：即，由于較低的殘渣原料價格和雙積分制（１）影響，這些生物柴油極可能會以較低的成本增加溫室氣體減排量，從而確保許多歐盟成員國的煉油廠可以為實現其生物能源目標而減少一半的生物柴油數量。

 

但是，就總體生物能源和基于高級原料的能源而言，僅僅通過生物柴油不可能實現更具挑戰的REDII生物能源份額目標，主要有以下幾個原因。

 

首先，這與FAME的化學成分有關。FAME與化石柴油不同，其與化石燃料調和比的最大限值為7％v/v，以此來保護發動機不受損壞。FAME的能含量（即使在使用重復計算的原料生物柴油時）也無法在最大的調和限值內提供所需的14％生物能份額。第二個原因與人們所稱的第三代高級生物燃料生產的技術準備程度有關。可從大多數高級原料中生產生物燃料的可用技術途徑不適合于生產FAME，而可用來生產鏈烷烴生物燃料。

 

兩種最相關的正構烷烴生物燃料是加氫處理的植物油（HVO）和生物質液化（BTL）。

 

HVO可以通過加氫處理和異構化，從植物油和動物脂肪（脂質）中產生，而BTL是通過FischerTropsch合成產生。它們既可以由農作物原料制成，也可以由多種高級的可再生原料制成，例如木材，肥料和木質纖維素材料。制得產品為鏈烷烴可再生柴油，與FAME不同，其可與化石柴油混合，不受EN590標準的限制，因為它們在化學上具有可比性。因此，使用正構烷烴可再生柴油對實現REDII設定的總生物能和高級生物能目標而言是適當的。

 

雖然尚沒有以工業規模生產BTL的技術，但HVO已在市場上銷售，其全球產量有所增加，其中大部分消費來自歐盟和美國。根據REDII目標，HVO在滿足煉油領域對有溫室氣體高減排潛力的液態生物燃料不斷增長的需求方面發揮著重要作用。

 

HVO正成為唯一可用的替代方案，使煉油廠能夠在FAME可以提供和REDII要求之間滿足生物能源份額的差距。

 

重要的是，要注意煉油廠需要在柴油和汽油燃料中都滿足REDII目標。與用于柴油的生物燃料相比，用于汽油的生物乙醇提供的能量貢獻較低。因此，為實現REDII目標，需要在汽油中使用更高的生物乙醇混合比例。

 

但是，由于技術上的限制，汽油中的生物乙醇混合比（即使以ETBE的形式加入）也受到限制，根據燃料質量指令規定，最大混合比設置為10％v/v份額（E10）。在許多國家，由于現有車輛無法使用更高的生物乙醇含量，因此使用5％v/v乙醇（E5）作為防護等級。結果，在煉油廠一級，石蠟型生物燃料（例如HVO）不僅可以彌補FAME的不足，而且可以抵消汽油庫中的生物能源支出。

 

 

在整個歐洲，對HVO的使用并不一致，北歐國家在其雄心勃勃的溫室氣體減排目標和稅收優惠政策的推動下處于領先地位。但是，歐洲煉油廠將HVO作為添加組分的使用預計會繼續增長，將從占2019年公路用柴油總量的約1.4％（注2）增至2030年的約2-6％。盡管更為雄心勃勃的特定國家的生物能源目標或較低的可再生能源發電量的引入可能導致更高的HVO使用份額，在REDII規定的期限內，HVO份額不可能達到兩位數。

 

100％HVO燃料的廢氣排放量低，并且與現有的燃料供應基礎設施和車隊完全兼容。這些因素意味著，根據EN15940標準要求，HVO已被用作重型和公共汽車車隊的化石柴油的替代品（主要在北歐國家，最近在荷蘭）。此外，近年來，根據EN590標準，高HVO含量的燃料已可商用，例如R33柴油（7％FAME+26％HVO+67％化石柴油）或柴油+15％HVO。為滿足對HVO不斷增長的需求，預計全球的裝機容量將會增加。

 

據預測，到2030年，估計全球產能可能會從目前的每年約700萬噸增加三倍，這主要集中在歐洲和北美對HVO消費量最高的地區。

 

但是，也存在一些障礙，阻礙了煉油廠更進一步、更快地引入HVO-特別是與FAME相比，HVO的生產成本和零售價格更高。另一個可能抑制HVO消耗的因素是REDII規定中與可再生電力相關的生物能源“乘數”-在用于公路運輸中時，被視為其實際能源含量的四倍。由于運輸部門的可再生能源目標是在國家一級定義的，這意味著隨著可再生電力的貢獻越來越重要，歐盟國家可以為液態生物燃料設定較低的生物能源份額目標，從而降低了煉油廠對生物燃料的需求。

 

 

油公司需要根據每個歐盟成員國設定的特定生物能源目標，來定義如何滿足REDII的規定要求。他們還必須考慮在其方案中可再生能源發電方式組合（沼氣，可再生電力及其乘數）的策略，以及與提高生物燃料量份額有關的技術限制。因此，煉油廠將確定到2030年滿足生物能源目標所需使用的FAME/HVO或一起加工的植物油的混合量和質量。

 

HVO是煉油廠對柴油的重要添加成分。它的低密度使重分子得以升級-盡管在某些情況下，HVO混合比可能會受到一定限制，以防止最終燃料降至EN590最低密度要求以下。它的十六烷值高，蒸餾范圍適當，硫含量低，芳烴含量為零，穩定性好和粘度合適，這些都意味著HVO可以幫助獲得所需的生物能含量，同時對柴油質量也有積極影響。

 

但是，不利的一面是，對于使用HVO燃料的應用，存在潤滑問題。通過使用有效的潤滑性改進劑，可以在100％HVO燃料和含低于2-3％FAME的超低硫化石燃料混合燃料中恢復這種狀態。

 

HVO最具挑戰性的技術特征之一（通常被視為是限制煉油廠使用的主要因素）是其低溫流動性，其特征在于濁點（CP）和低溫過濾器堵塞點（CFPP）。

 

生產商可以通過異構化過程將HVO的濁點降低到足夠低的數字，使其甚至適用于極寒的冬季北極等級。但是，高異構化涉及反應器內的高苛刻條件，這會縮短催化劑壽命，促進裂化而不是異構化（導致石腦油和氣體產率更高，主產物產率更低），所有這些都意味著生產低濁點HVO的成本更高。

 

限制市場上極低濁點HVO供應性的另一個因素是，歐洲一些現有的HVO生產設施從煉油廠的改造項目發展而來，而異構化反應器可能沒有進行改造。

 

將HVO摻入柴油實質上意味著添加正構烷烴，即蠟。HVO的濁點越高、HVO含量越高，則添加的蠟越多。

 

此外，與基礎的柴油相比，HVO的蠟分布（正構烷烴）非常狹窄，這也會改變添加至最終燃料的蠟分布。蠟含量和蠟分布這兩個因素不僅影響了柴油的特性，還有其對低溫流動性添加劑的反應。因此，當使用HVO作為柴油的添加成分時，選擇合適的HVO濁點非常重要。另外，應考慮使用專門用于處理窄沸程燃料的低溫流動性添加劑，以確保無故障運行，這是一種經濟有效的方式（通過降低加劑量）。

 

HVO濁點、HVO混合量和低溫流動性添加劑技術之間的適當平衡是成本有效地實現生物能源目標的關鍵。同樣，應考慮FAME對柴油低溫流動性和添加劑反應的協同作用。

 

煉油廠需要考慮以下幾個因素，來仔細評估如何使用HVO。

 

HVO不僅適合作為道路運輸的化石柴油替代品，而且還可以為船運部門帶來諸多好處，當前，船運部門正經歷著巨大的變化和不確定性。國際海事組織的新規定從2020年1月起將燃料的硫含量從3.5％降低至0.50％，并從2021年開始引入更廣泛的III級NOx限值，再加上未來的溫室氣體限制，所有這些都推動了燃料選擇和操作的變化。在這里，HVO可以提供一種低硫含量，高十六烷值和可再生的替代品，以替代常規的低硫和高硫船用燃料。例如，當前，阿姆斯特丹港可提供含50％HVO的生物餾分的船用燃料（MGO）和生物殘留燃料（HFO/LSFO）。

 

航空運輸也設定了具體的溫室氣體減排目標，預計這將增加短到中期對液態生物燃料的需求。在具有ASTM認證的幾種用于商業飛行的替代性噴氣燃料生產途徑中，一種高度異構化且加氫裂化的HVO噴氣燃料（稱為HEFA）因其已經成熟的技術，而處于領先地位。

 

隨著公路、船用和航空運輸方式在未來幾年內對液態生物燃料的使用將不斷增加，對可用燃料的供應競爭將會加劇。

 

預計這種趨勢將對可持續的原料供應可用性和價格波動造成更大的壓力，這一話題在歐洲備受爭論。

 

從長遠來看，我們可以預期，在REDII的推動下，不同類型生物燃料的份額將會增加，對加氫處理的進一步需求（用于超低硫燃料，以及增加船用中間餾分的產量），噴氣燃料（意味著較少的中間餾分煤油）和低的汽油需求。所有這些因素將導致車用柴油中分子組成的復雜性和可變性增加。專為窄沸程燃料設計的潤滑性改進劑和專用的低溫流動添加劑，對于經濟有效地處理這些更復雜的未來燃料可能是必需的。