柴油是什么？

 

       柴油是烴類（碳原子數約10～22）混合物，與汽油相比，有不易揮發、著火點高的特點，主要用作柴油發動機的燃料。柴油發動機一般采用的是壓燃式點火方式。也就是說，在氣缸內壓縮含有露狀柴油的空氣，使其溫度上升至柴油的燃燒點，使柴油燃燒做功。而汽油發動機是采用點燃式點火方式，含有露狀汽油的空氣在壓縮后還沒有達到其燃燒點，用電流產生電火花的方式點燃汽油，使其燃燒做功。

 

       由于工作原理不同，柴油發動機比汽油發動機具有更高的能量轉換比，能量消耗為汽油發動機的45%～60%。還有，柴油發動機的低速扭矩比汽油車大，在排量相同的情況下，柴油車在發動和爬坡時給人的感覺是動力強勁，在國內多被用于非承載SUV或大型車輛。不過，現代柴油機必須與清潔的柴油相匹配才能充分發揮節能減排效果。所以，柴油的質量對柴油車的性能影響很大。

 

       柴油從哪里來？

       頁巖油和煤炭液化也可以制得柴油，但目前我國的成品柴油都是由石油提煉而成。沒有經過煉制和加工的石油，就是人們所謂的原油。原油是一種黑褐色的流動或半流動粘稠液，比重略輕于水，含有多種不同類型的烴。原油中，碳元素占83%～87%，氫元素占11%～14%，其他部分則是硫、氮、氧及金屬等雜質。碳和氫燃燒后都會釋放出熱量，所以原油主要被用作燃油和汽油的原料，是世界上最重要的一次能源之一。原油的成分復雜，并且這些物質全部混合在一起。把這些黑黑乎乎的原油變成純清的柴油或燃料油，一般需要經過以下4個基本過程。

 

       （1）先將原油脫鹽、脫水，再進行常壓蒸餾（隨著烴鏈長度的增加，其沸點也會逐漸升高，因此可以通過蒸餾法將其分離），分割出適宜作為汽油、柴油的餾分。這種餾叫做直餾餾分，如石腦油、常一線柴油、常二線柴油等。

 

       （2）以煉制過程中產生的常、減壓重油等為原料，用熱裂化、催化裂化、加氫裂化和延遲焦化等二次加工方法，將高沸點餾分裂解為適宜作燃料的低分子烴，經過分餾得到汽、柴油的熱裂化、催化裂化和焦化組份。生產高辛烷值的汽油時，還需要采用催化重整和烷基化等方法，制得重整汽油組份和輕烷基化油。

 

       （3）將直餾和二次加工方法得到的餾分油分別進行電化學精制、加氫精制、脫硫醇和脫蠟，除去其中的有害物質，提高油品質量。

 

       （4）以上述各種餾份油為組份，根據不同牌號汽油、柴油的質量要求，按比例加入適量的各種添加劑進行調和，即可得到符合國家標準的產品。經過上述4個步驟后，含有硫、鈣等雜質的黑色黏稠的原油，最終會變為透徹清亮的清潔汽油和柴油。理論上，原油煉化之后，產出的汽油約為25%、柴油約為30%，柴油的產量要高于汽油。而我國的柴油車也比較少，所以冬季易發的“柴油荒”也從側面說明，柴油在社會經濟中的作用要高于汽油。

 

       制約柴油質量的因素有哪些？

 

       國內外市場上柴油品質的差異主要在于其中硫含量的高低，而造成這種差距的原因主要有兩個。原料的問題從地下開采出來的原油基本成分類似，但在不同產區和不同地層，原油的物理性質差別很大，品種也是紛繁眾多。國內加工的原油主要來自中東和國內自產的高硫中質原油（價格便宜），而歐美汽油的主要來自北海和美國西德克薩斯原油，低硫輕質甜原油（價格較高）。

 

       作為原油的產出品，柴油的質量在很大程度上是受制于原油的，比如凝固點。而影響原油凝固點的主要因素是其中的含蠟量，含蠟量多的原油凝點高。例如：南陽原油含蠟量為30.3%，凝固點高達45℃；含蠟量僅1.5%的新疆低凝原油凝固點低至-58℃。按凝固點不同，柴油可以分為5#柴油、0#柴油、-10#柴油、-20#柴油、-35#柴油等標號。如果在不適合的使用溫度區間，柴油發動機中的燃油系統就可能結蠟、堵塞油路，影響發動機的正常工作。

 

       我國原油的質量總體不高。例如，大慶油田的原油有含蠟量高（約26%～30%）、凝固點高（約30℃）、硫含量低（0.10%）的特點，屬于典型的低硫石蠟基原油。由其加工的直餾餾分性質特點如下：

 

       1）200℃以前的餾分占原油的10.0%～11.3%（重量比），直餾汽油的收率和辛烷值都較低；

       2）煤柴油餾分（200～300℃）的收率為20%左右（重量比），柴油餾分的柴油指數一般大于70，有良好的燃燒性能，但其收率受凝固點限制；

       3）減壓蠟油餾分（350～500℃）收率為26%（重量比）左右，潤滑油含量約占原油的15%；

       4）500℃的減壓渣油（VR）收率為43%（重量比）左右。這些數據表明，大慶原油是生產優質潤滑油和各種蠟的良好原料，采用燃料—潤滑油型加工方案最為理想，或者采用燃料—潤滑油—化工型加工方案。

 

       煉化工藝問題加氫裂化和催化裂化都是石油煉制的方式，加氫裂化的液體產品收率達98%以上，質量也比催化裂化要高很多。但是，在常規加氫脫硫過程中，烯烴容易被飽和成烷烴，汽油辛烷值損失，導致油品達不到國Ⅳ、國Ⅴ要求。還有，加氫裂化是在高壓下操作，條件較苛刻，需較多的合金鋼材，耗氫較多，所以國內煉油業多采用催化裂化的方式，而一些發達國家則主要以加氫裂化為主。

 

       由于我國煉油裝置結構不同于國外，重油催化裂化占比較大（我國車用汽油組分中催化裂化汽油占比約為74%）。而催化裂化汽油中烯烴含量達45%左右，硫含量在100～1000ppm之間，使得催化裂化汽油需要脫硫和降烯烴同時進行才能達到清潔油品標準。

 

       柴油升級去硫是關鍵

 

       美國家催化汽油占比僅為30%左右，烷基化、重整等清潔高辛烷值調和組分比例高，升級僅需降低硫含量。中國催化汽油占比達74%，調和手段相對較少，升級需要降硫、降烯烴且保證高辛烷值，難度更大。不過，油品質量提升將大幅降低車輛尾氣污染物排放，是一項有利于人們生活健康的藍天工程。事關國計民生，國家迫切需要改善油品質量、提供經濟高效的柴油、汽油質量升級技術。在過去的10多年時間里，我國走過發達國家用20多年時間走過的油品升級歷程，開發出“全餾分催化汽油預加氫—輕重汽油切割—重汽油選擇性加氫脫硫—接力脫硫”分段加氫脫硫工藝以及超低硫柴油生產技術（PHF技術）等，實現了從“低硫”柴油向“超低硫”柴油邁進。目前，PHF技術已經覆蓋了中國石油公司的全部煉化單位，FDS系列柴油加氫精制催化劑在大港石化、長慶石化等3套裝置成功應用，開工用時由72個小時縮短到24個小時，不僅提高油品質量，還提高了生產效率、降低了環保風險。

 

       目前，中國石油現有38套柴油加氫精制裝置，在建14套，對清潔柴油升級技術需求高。石化院開發出柴油加氫精制、加氫改質和異構降凝等3類6種催化劑制備技術。催化劑有活性高、空速高、原料適應性強、性能優異等特點，可有效降低產品硫含量，是國家柴油質量升級到第四階段標準的首選主體技術。隨著柴油質量的升級，將有效削減大氣流動源污染物排放，單位油耗可削減硫氧化物約85%、氮氧化物和顆粒物約3%到5%，同時對降低PM2.5濃度也有一定的協同作用。同時，也將徹底改變柴油在人們心中的“冒黑煙”“噪音大”等印象。