机动车污染控制与燃油质量

机动车污染控制与燃油质量贺克斌教授清华大学2005年10月22日北京主要内容•背景•需要回答的问题•分析方法•方案设计及分析•结论1.背景本工作旨在为国家政府部门制定相关油品质量改善计划和政策提供技术支持合作单位：•清华大学•中国环境科学研究院•中国石化科学研究院机动车保有量不断增加•机动车产业发展迅速–2004年汽车产量507万辆–摩托车1900万辆–农用车产量209万辆•汽车保有量大–2004年汽车保有量2747万–摩托车7675万–农用车2256万辆05101520251990199319961999200204812TotalVehiclePrivateVehicleAnnualGrowthRate11.6%AnnualGrowthRate23.0%机动车对城市空气污染影响严重•污染物排放量大–2004年全国机动车碳氢化合物、一氧化碳和氮氧化物排放量已分别达到836.1、3639.8和549.2万吨。–我国单车排放量高于国外。为美国同类型在用车排放因子的8-10倍。机动车对城市空气污染影响严重•机动车污染贡献率大–在大城市，80%以上的CO和40%以上的NOX都来自汽车源的排放。机动车排放已经成为城市大气污染的一个主要来源。•城市氮氧化物浓度均在上升–城市NO2的浓度高、超过国家标准主要是由于机动车排放造成的。•道路两侧CO浓度超过国家标准–城市市区主要道路两侧CO的平均浓度超标严重，小时浓度超标频率和超标浓度相当惊人。城市氮氧化物浓度均在上升0.000.020.040.060.080.100.120.140.160.180.2019901991199219931994199519961997199819992000200120022003年份年均NOx/NO2度浓(mg/m3)广州北京上海武汉国家三准级标国家二准级标NOxNO2BeijingGuangzhouShanghaiWuhanStateStandardofGradeⅢStateStandardofGradeⅡ机动车对城市空气污染影响严重•机动车带来颗粒污染危害大–2/3的城市空气质量不达标，颗粒物超标严重，机动车排放占颗粒物污染20-30%，机动车排放细颗粒物在人们的呼吸带，可以到达肺的深部，对人体危害大。•光化学烟雾的危险性–光化学烟雾的问题将日益突出，城市中O3的浓度和超标频率都将增加，引发更多的城市环境问题。机动车是可吸入颗粒物的主要来源可吸入颗粒物所占比例工业29.7%民用10.8%扬尘30.5%机动车23.3%其它5.7%主要指尾气排放主要指餐饮、干洗等排放主要指燃煤排放和生产中产生的尘及有机物主要来自道路交通、施工、裸露地面等主要指采暖小煤炉及采暖锅炉的燃煤排放中国如何控制机动车污染•新车排放标准：国I→国II→国III→国Ⅳ•燃油标准:•燃油经济性•燃油质量•燃油多样化•改善交通状况：•土地利用•交通流控制•出行方式中国机动车排放标准不断加严Euro5Euro4Euro3Euro2Euro1欧盟国4国3国2国11北京国4国3国2国1中国1110090807060504030201009998979695年份„我国已实施机动车排放国一、国二标准，并已发布中国三、四标准。„北京等城市标准实施较全国提前一步。中国车用油品质量标准•在油品质量控制方面，我国已经发布了–《车用无铅汽油17930-1999》–《轻柴油252-2000》–《车用汽油有害物质控制标准GWKB1-1999》(2000年1月1日实施)•北京等部分城市提前进行了燃油低硫化的工作指标单位3号修改单Euro-IEuro-IIEuro-IIIEuro-IV硫mg/kg50050050015050指标单位GB19147Euro-IEuro-IIEuro-IIIEuro-IV硫mg/kg50050050035050中国第Ⅱ阶段排放标准（第3号修改单）：汽油GB19147-2003车用柴油标准我国车用油品标准vs.欧洲标准柴油硫含量0300600美国2006欧洲2005欧洲2005-9中国2005日本2004日本2005-7澳大利亚2006澳大利亚2009中国台北中国香港泰国2010韩国2006瑞典1阶段德国2003PPM„国际上许多国家已开展车用燃油低硫化工作„部分国家的车用柴油硫含量限制在50ppm，一些国家限制在10ppm世界范围内的燃油低硫化情况世界范围车用油品标准502006柴油1502005汽油澳大利亚1502001标准–汽油502000鼓励–柴油香港50东京现有低硫油502004全国标准日本102009Amendmentto98/70/EC50200598/70/ECEURO4欧洲350(D)150(G)2002152006重型车用柴油美国80(30ppmavg.)2006Tier2–汽油1202004汽油硫含量(ppm)年份标准国家燃油低硫化的意义•减少机动车污染物排放–汽油车：提高催化剂的效率，减少气态污染物排放–柴油车：直接减少颗粒物生成；直接减少超级颗粒物生成；•与新车排放标准相匹配，保证污染控制新技术的应用–汽油车：稀燃直喷技术需要使用低硫汽油–柴油车：新的后处理技术需要配套使用低硫柴油SulfurEffectsonTier0Technology汽油车：减少气态污染物排放汽油硫含量从900ppm降至30ppm，安装有三元催化器的车辆排放因子降低来源：世界燃油宪章等EffectsofFuelSulfuronEmissions(relativeto30ppmsulfurfuels)汽油硫含量从600ppm降至30ppm，低排放/超低排放车的排放因子降低汽油车：减少气态污染物排放Effectsofultra-lowsulfurlevelsonemissionsofNOxandNMHC汽油车：减少气态污染物排放汽油硫含量降至100ppm以下后，随着硫含量的降低，排放因子进一步降低EffectofFuelSulfuronLeanNOxTrapsFlowReactorStudy汽油车：保证新技术能够发挥作用较低的汽油硫含量，可以保证稀燃直喷汽油车的NOx转化发挥作用EffectofDieselFuelSulfurLevelonPMEmissionsHeavyDutyEngines(PM=0,10g/kWh)无后处理装置的柴油车硫酸盐排放与柴油硫含量呈线性关系。柴油车：直接减少颗粒物生成柴油车：新的后处理技术需要配套使用低硫柴油„无后处理时，约1%的硫转化为硫酸盐排放；„使用氧化催化后处理后，硫酸盐的转化率可以达到100%；„因此，带有氧化催化后处理装置的柴油车，要求必须降低柴油硫含量。FueleffectonDieselParticulate–CR(ContinuousRegeneration)-DPFJapandiesel13mode柴油车：新的后处理技术需要配套使用低硫柴油日本的研究表明，随硫含量的降低，带有颗粒捕集器的柴油车颗粒物排放因子显著降低EffectofFuelSulfurLevelonNOxConversionEfficiency(150hoursaging)柴油车：新的后处理技术需要配套使用低硫柴油随硫含量的降低，NOx的转化效率有所提高2.需要回答的问题•可能性–中国的车用燃油低硫化分几步走？–各步骤的实施时间和实施范围如何确定？•可行性–各方案的减排效果，健康效益和经济效益评估–各方案的石油炼制成本评估–各方案管理和操作的可行性分析方法分省保有量预测分车型预测机动车清单分技术类型预测排放因子排放因子清单劣化率不同硫含量油品方案设计不同方案的减排效果费效分析基准方案排放量输出分析模型基本构成3.分析方法开发了一套模型，可：•计算至2020年，全国各省的逐年不同技术类型（——国5）的车辆保有量•模拟各种低硫化计划情景下的逐年机动车污染物排放量–不同实施时间表–不同实施地域–不同目标车型模型基础–Autooil1,2–CATARC–Thailand–AQIRP–AAMA/AIAM–CRC–JARI–Alliance/AIAM–JCAP车用燃油硫含量与排放因子定量关系的获得：车用燃油硫含量与排放因子定量关系的获得：模型基础车用燃油硫含量与排放因子定量关系的获得：模型基础NOxReductionrate(=Euro2)0.2000.4000.6000.8001.0001.2001.4001.6000200400600800数对(Catarc-Euro2)数对(Mobile-Euro2)数对(Mobile-Euro1)性线(Dr.SupatWangwongwatana-Euro2)性线(1978Regulations)性线(德国邦境机构联环，)性线(ACEA(EuropeanAutomobileManufacturersAssociation))性线(AQIRP-Tier0)性线(EPEFE-composite)性线(EPEFE-EUDC)性线(Toyota)车用燃油硫含量与排放因子定量关系的获得：模型基础NOxReductionrate(Euro3,4,5)0.2000.4000.6000.8001.0001.2001.4001.6000200400600800数对(Mobile-Euro3)性线(Dr.SupatWangwongwatana-Euro3)性线(CRC-LEV)性线(AAMA/AIAM-LEV&ULEV)性线(Alliance/AIAM-LEV&ULEV)数对(Mobile-Euro4,5)性线(UKDepartmentofEnvironment,TransportandtheRegions(DETR)-EURO3/4)车用燃油硫含量与排放因子定量关系的获得：模型基础COReductionrate(=Euro2)0.2000.4000.6000.8001.0001.2001.4001.6000200400600800数对(Catarc-Euro2)数对(Mobile-Euro2)数对(Mobile-Euro1)性线(Dr.SupatWangwongwatana-Euro2)性线(1978Regulations)性线(AQIRP-Tier0)性线(EPEFE-composite)性线(EPEFE-EUDC)车用燃油硫含量与排放因子定量关系的获得：模型基础COReductionrate(Euro3,4,5)0.2000.4000.6000.8001.0001.2001.4001.6000200400600800数对(Mobile-Euro3)性线(Dr.SupatWangwongwatana-Euro3)性线(CRC-LEV)性线(AAMA/AIAM-LEV&ULEV)性线(Alliance/AIAM-LEV&ULEV)数对(Mobile-Euro4,5)车用燃油硫含量与排放因子定量关系的获得：模型基础HCReductionrate(=Euro2)0.2000.4000.6000.8001.0001.2001.4001.6000200400600800数对(Catarc-Euro2)数对(Mobile-Euro2)数对(Mobile-Euro1)性线(Dr.SupatWangwongwatana-Euro2)性线(1978Regulations)性线(AQIRP-Tier0)性线(EPEFE-composite)性线(EPEFE-EUDC)车用燃油硫含量与排放因子定量关系的获得：模型基础HCReductionrate(Euro3,4,5)0.2000.4000.6000.8001.0001.2001.4001.6000200400600800数对(Mobile-Euro3)性线(Dr.SupatWangwongwatana-Euro3)性线(CRC-LEV)性线(AAMA/AIAM-LEV&ULEV)性线(Alliance/AIAM-LEV&ULEV)数对(Mobile-Euro4,5)4.方案设计及分析