岳欣，龐媛，馬遙，鮑曉峰，王鳴宇，黃憲江

1.清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院，北京 100084

2.中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院大氣環(huán)境研究所，北京 100012

3.濟(jì)南市環(huán)境保護(hù)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，山東濟(jì)南 250001

我國(guó)車用汽油、柴油有害物質(zhì)和環(huán)保指標(biāo)研究

岳欣1，2，龐媛2，馬遙2，鮑曉峰2，王鳴宇2，黃憲江3

1.清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院，北京 100084

2.中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院大氣環(huán)境研究所，北京 100012

3.濟(jì)南市環(huán)境保護(hù)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，山東濟(jì)南 250001

車用汽油、柴油有害物質(zhì)是車用燃料品質(zhì)的重要指標(biāo)，而車用燃料品質(zhì)直接關(guān)系到汽車污染物排放和大氣污染狀況，直接關(guān)系到我國(guó)第四、五階段及更嚴(yán)格汽車排放標(biāo)準(zhǔn)能否有效實(shí)施和所有在用車的有效減排。研究車用汽油、柴油有害物質(zhì)控制指標(biāo)與控制途徑對(duì)開(kāi)展大氣污染聯(lián)防聯(lián)控，有效控制我國(guó)城市和城市群大氣污染有著重要意義。介紹了我國(guó)車用汽油、柴油有害物質(zhì)控制指標(biāo)制定的背景、國(guó)內(nèi)外現(xiàn)行油品標(biāo)準(zhǔn)情況，提出了車用油品環(huán)境管理建議。

車用汽油;車用柴油;有害物質(zhì);環(huán)保指標(biāo)

近年來(lái)，我國(guó)汽車工業(yè)發(fā)展迅猛，產(chǎn)銷量躍居世界首位［1］，為應(yīng)對(duì)汽車排放造成的大氣污染，環(huán)境保護(hù)部不斷提升排放標(biāo)準(zhǔn)，先后制定了五個(gè)階段的汽車和發(fā)動(dòng)機(jī)排放標(biāo)準(zhǔn)，目前第三階段排放標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)全面實(shí)施，第四階段排放標(biāo)準(zhǔn)也已開(kāi)始實(shí)施。然而，我國(guó)油品清潔化進(jìn)程遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于汽車排放污染控制水平提高的速度，削弱了汽車排放標(biāo)準(zhǔn)不斷提高的效果，影響了國(guó)家和地方“節(jié)能減排”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)以及“聯(lián)防聯(lián)控”機(jī)制的實(shí)施。為此，環(huán)境保護(hù)部根據(jù)國(guó)家第四、五階段機(jī)動(dòng)車排放標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施的進(jìn)度和環(huán)境保護(hù)要求，發(fā)布實(shí)施了GWKB 1.1—2011《車用汽油有害物質(zhì)控制標(biāo)準(zhǔn)(第四、五階段)》［2］、GWKB 1.2—2011《車用柴油有害物質(zhì)控制標(biāo)準(zhǔn)(第四、五階段)》［3］，明確了實(shí)施國(guó)家第四、五階段排放標(biāo)準(zhǔn)要求的車用汽油、柴油有害物質(zhì)和環(huán)保指標(biāo)。兩項(xiàng)國(guó)家環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)的制定實(shí)施，對(duì)于推動(dòng)油品質(zhì)量升級(jí)，有效應(yīng)對(duì)汽車排放污染發(fā)揮了重要作用。

1 背景

1.1 車用汽油、柴油有害物質(zhì)帶來(lái)的問(wèn)題

車用汽油、柴油有害物質(zhì)是汽車常規(guī)污染物NOx、HC、CO 和顆粒物的主要來(lái)源。HC、CO、NOx在陽(yáng)光作用下形成臭氧、光化學(xué)煙霧、二次顆粒物等空氣污染物［4-5］。在聯(lián)防聯(lián)控重點(diǎn)地區(qū)［6］，柴油車對(duì)NOx和PM2.5的排放分擔(dān)率較大。我國(guó)機(jī)動(dòng)車產(chǎn)銷量和保有量快速增長(zhǎng)，污染物排放量和排放強(qiáng)度迅速增加。在機(jī)動(dòng)車保有量大的城市，機(jī)動(dòng)車排放的CO、HC、NOx、細(xì)顆粒物在大氣污染物中所占比例平均值已經(jīng)分別達(dá)到80%、75%、68%和50%。

現(xiàn)代汽車技術(shù)極大地削減了污染物排放，而這些技術(shù)的應(yīng)用和效果與油品質(zhì)量密切相關(guān)。車用油品對(duì)汽車排放的影響，包括:1)影響發(fā)動(dòng)機(jī)的正常工作，如雜質(zhì)和結(jié)焦堵塞過(guò)濾器甚至噴嘴，膠質(zhì)污染進(jìn)氣閥;一些金屬添加劑使火花塞、氧傳感器、電控單元失效等。2)影響排氣后處理裝置，如燃油中的硫化物和金屬添加劑經(jīng)燃燒后的產(chǎn)物會(huì)附著在催化劑的表面，影響其轉(zhuǎn)化效率，致使其中毒而損壞［7］。

1.2 國(guó)內(nèi)外相關(guān)油品法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)

目前GB 17930—2011《車用汽油》的問(wèn)題是其有害物質(zhì)控制指標(biāo)的實(shí)施嚴(yán)重落后于國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)。輕型汽油車國(guó)家第四階段排放標(biāo)準(zhǔn)(GB 18352.3—2005)已于2011年7月1日開(kāi)始實(shí)施，而《車用汽油》第四階段限值將從2014年1月1日起實(shí)施，滯后排放標(biāo)準(zhǔn)2年半之久。同時(shí)，《車用汽油》的蒸氣壓規(guī)定不盡合理，沒(méi)有考慮到我國(guó)幅員遼闊，地域、冬夏氣溫差別大的情況。GB 19147—2009《車用柴油》只能滿足國(guó)家第三階段排放標(biāo)準(zhǔn)需求。現(xiàn)行的車用汽油、柴油標(biāo)準(zhǔn)都沒(méi)有清凈性要求。

美國(guó)依據(jù)其《清潔空氣法案》，授權(quán)美國(guó)國(guó)家環(huán)境保護(hù)局(US EPA)制定車用汽油、柴油有害物質(zhì)控制的標(biāo)準(zhǔn)、計(jì)劃和管理規(guī)定，而這些標(biāo)準(zhǔn)、計(jì)劃和管理規(guī)定也會(huì)在清潔空氣法案修訂時(shí)成為法案的內(nèi)容。美國(guó)國(guó)家環(huán)境保護(hù)局法規(guī)要求所有車用燃料、添加劑的生產(chǎn)商和進(jìn)口商都必須注冊(cè)其產(chǎn)品，必要時(shí)會(huì)測(cè)試其健康效應(yīng)。美國(guó)國(guó)家環(huán)境保護(hù)局還要求汽油中必須含有認(rèn)證過(guò)的清凈劑以降低排放。美國(guó)的車用汽油有害物質(zhì)管理體系非常復(fù)雜，簡(jiǎn)要來(lái)看，美國(guó)目前主要使用兩種汽油:常規(guī)汽油和新配方汽油。美國(guó)對(duì)車用汽油有害物質(zhì)和環(huán)保指標(biāo)的強(qiáng)制性規(guī)定項(xiàng)目不多，除幾種主要的有害物質(zhì)和環(huán)保指標(biāo)外，其他指標(biāo)通過(guò)模型計(jì)算的方法進(jìn)行確認(rèn)，只要總體排放水平能夠得到滿足，其他指標(biāo)可以靈活變化。對(duì)于常規(guī)汽油，主要規(guī)定了苯、硫、鉛含量和蒸氣壓要求，新配方汽油除此之外還要求芳烴不得超過(guò)25%，必須添加可防止積碳生成的清凈劑，此外還規(guī)定了VOC排放的性能標(biāo)準(zhǔn)［8］。加利福尼亞州目前規(guī)定了硫、芳烴、氧、苯、烯烴濃度及T50、T90和蒸氣壓要求，其他指標(biāo)也是通過(guò)模型計(jì)算確定，有一定的靈活度［9］。

美國(guó)于1993年10月開(kāi)始使用清潔柴油。從1993年起要求柴油的硫濃度低于500 mg/kg，2001年柴油的硫濃度平均約為350 mg/kg。2006年起開(kāi)始實(shí)施新標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定柴油中硫濃度不大于15 mg/kg，在2006年6月前煉油廠生產(chǎn)的柴油80%達(dá)到新標(biāo)準(zhǔn)要求，到2010年全部達(dá)到新標(biāo)準(zhǔn)要求。美國(guó)加利福尼亞州已于2002年7月提前實(shí)施柴油中硫濃度不大于 15 mg/kg 的標(biāo)準(zhǔn)［10-12］。

歐盟要求，2005年1月1日起必須開(kāi)始供應(yīng)硫濃度不大于10 mg/kg的車用無(wú)鉛汽油，2009年1月1日起，車用無(wú)鉛汽油硫濃度均不得超過(guò)10 mg/kg［10，13-14］。1998 年起 執(zhí) 行 柴 油 硫 濃 度 不 大 于500 mg/kg的標(biāo)準(zhǔn)，要求2000年降低到350 mg/kg，2005年降低到50 mg/kg以下，且要求從2005年1月1日開(kāi)始必須有部分柴油的硫濃度達(dá)到10 mg/kg以下。歐盟在2000年和2005年執(zhí)行的柴油標(biāo)準(zhǔn)中要求柴油多環(huán)芳烴濃度不大于11%。

日本設(shè)定了10項(xiàng)強(qiáng)制性車用汽油有害物質(zhì)控制標(biāo)準(zhǔn)，包括鉛、硫、苯、甲醇、乙醇、MTBE、煤油、膠質(zhì)含量和顏色，除此之外，日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)還規(guī)定了辛烷值、密度、餾程、銅片腐蝕、蒸氣壓和氧化安定性。2008年，日本《汽油和其他燃料質(zhì)量控制法》修訂，強(qiáng)制要求車用汽油硫濃度降至10 mg/kg以下，而日本石油工業(yè)2005年起已自愿將硫濃度降低至10 mg/kg以下。日本柴油標(biāo)準(zhǔn)在20世紀(jì)90年代就已經(jīng)達(dá)到比較先進(jìn)的水平。1992年日本要求柴油硫濃度低于5 000 mg/kg，1996年降至2 000 mg/kg，1997年5月降至500 mg/kg，是最先要求將柴油中的硫濃度降低到500 mg/kg的亞洲國(guó)家。目前要求硫濃度不大于 10 mg/kg［12，15-17］。

《世界燃油規(guī)范》(WWFC)［18］是汽車行業(yè)主導(dǎo)的車用汽油、柴油有害物質(zhì)和環(huán)保指標(biāo)規(guī)范，是體現(xiàn)汽車行業(yè)要求的，指標(biāo)較為全面的車用汽油、柴油有害物質(zhì)和環(huán)保指標(biāo)規(guī)范。對(duì)應(yīng)不同的排放控制水平要求，《世界燃油規(guī)范》把車用燃油品質(zhì)分為四類:第一類對(duì)應(yīng)基本的排放控制和發(fā)動(dòng)機(jī)性能要求，如美國(guó)US Tier 0和歐1排放控制水平;第二類對(duì)應(yīng)較為嚴(yán)格的排放控制水平，如US Tier 1、歐2或歐3排放控制水平;第三類對(duì)應(yīng)更高級(jí)排放控制要求和市場(chǎng)需求，如加州LEV/ULEV、歐3或日本JP2005排放控制水平;第四類對(duì)應(yīng)進(jìn)一步嚴(yán)格的排放控制需求，如加州LEV-Ⅱ、歐4、歐5排放控制水平等。主要差異見(jiàn)表1和表2。

表1 《世界燃油規(guī)范》四類車用汽油主要指標(biāo)的差異Table 1 Major parameters of the four categories of gasoline in WWFC

表2 《世界燃油規(guī)范》四類車用柴油主要指標(biāo)的差異Table 2 Major parameters of the four categories of diesel fuel in WWFC

2 我國(guó)車用汽油、柴油有害物質(zhì)控制項(xiàng)目和環(huán)保指標(biāo)

2.1 車用汽油

GWKB 1.1—2011《車用汽油有害物質(zhì)控制標(biāo)準(zhǔn)(第四、五階段)》是在GWKB 1—1999的基礎(chǔ)上，根據(jù)國(guó)四汽車排放標(biāo)準(zhǔn)和未來(lái)國(guó)五階段排放的需求，主要參考?xì)W盟［19］和《世界燃油規(guī)范》車用汽油的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)提出的。具體限值設(shè)置及其與GWKB 1—1999的主要技術(shù)差異見(jiàn)表3。

表3 GWKB 1.1—2011《車用汽油有害物質(zhì)控制標(biāo)準(zhǔn)(第四、五階段)》與GWKB 1—1999的主要技術(shù)差異對(duì)比Table 3 Major differences between GWKB 1.1-2011 and GWKB 1-1999

車用汽油有害物質(zhì)主要指標(biāo)設(shè)置考慮及其對(duì)機(jī)動(dòng)車排放污染控制的作用如下。

2.1.1 金屬元素和磷

含鉛汽油對(duì)環(huán)境的污染和人體健康危害很大，我國(guó)早已停止使用，汽油中不得人為加入含鉛物質(zhì)。鐵元素會(huì)在尾氣催化轉(zhuǎn)化器中沉積，降低催化劑活性。氧化鐵沉積到火花塞上可降低火花塞90%的壽命，因此汽油中禁止加入含鐵添加劑。甲基環(huán)戊二烯三羰基錳(MMT)是在汽油無(wú)鉛化進(jìn)程中發(fā)展出的一種代替含鉛添加劑的汽油抗爆劑。對(duì)煉廠調(diào)研表明，在辛烷值欠缺的煉廠，有使用MMT的需求，相對(duì)其他提高辛烷值的方法，使用MMT簡(jiǎn)單易行，成本低。部分煉廠表示對(duì)MMT的需求一般不超過(guò)0.008 g/L。汽車行業(yè)和一些研究機(jī)構(gòu)懷疑MMT可能對(duì)汽車尾氣催化轉(zhuǎn)化裝置和氧傳感器有影響，并可能具有潛在的健康和環(huán)境危害，但目前尚無(wú)政府或中立科研機(jī)構(gòu)開(kāi)展的研究能夠證明上述不良影響。因此，綜合考慮環(huán)境和健康影響的可能性，我國(guó)石化行業(yè)的實(shí)際需求，以及提高辛烷值的成本和便利性等因素，應(yīng)逐步降低MMT的使用量，但同時(shí)留有較大的空間。應(yīng)密切跟蹤有關(guān)錳對(duì)人體健康和環(huán)境影響的研究進(jìn)展，如果發(fā)現(xiàn)MMT等對(duì)人體健康和環(huán)境造成不利影響，應(yīng)立即修訂該項(xiàng)要求。

銅可導(dǎo)致汽油迅速變質(zhì)，能附著在氧傳感器、火花塞等表面，造成設(shè)備失效，引起排放增加。磷主要來(lái)自磷基抗爆劑，其抗暴效果不好，且對(duì)排放后處理裝置有毒化作用，應(yīng)予以禁止使用。

2.1.2 蒸氣壓

蒸氣壓是衡量汽油在燃料供給系統(tǒng)中是否易于產(chǎn)生氣阻的指標(biāo)，還可以衡量汽油的蒸發(fā)損耗傾向，蒸氣壓與汽油蒸發(fā)排放和發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)性能有著密切關(guān)系。GWKB 1.1—2011在蒸氣壓設(shè)置上相比GWKB 1—1999有了明顯的進(jìn)步，參考?xì)W盟等按溫度劃分蒸氣壓的方法，根據(jù)我國(guó)不同地區(qū)氣候特點(diǎn)，分兩個(gè)區(qū)域做了不同的規(guī)定，有利于控制氣候溫暖地區(qū)的汽油蒸發(fā)排放。廣西、廣東、海南全年執(zhí)行夏季蒸氣壓指標(biāo);其余省、直轄市和自治區(qū)5月1日—10月31日?qǐng)?zhí)行夏季蒸氣壓指標(biāo)，其他時(shí)間執(zhí)行冬季蒸氣壓指標(biāo)。

2.1.3 硫

硫濃度是汽油質(zhì)量的重要參數(shù)之一。當(dāng)汽油中硫濃度過(guò)高時(shí)，會(huì)導(dǎo)致汽車尾氣催化轉(zhuǎn)化器轉(zhuǎn)化效率降低，氧傳感器靈敏度下降，增加排放。國(guó)內(nèi)外的研究結(jié)果表明，降低汽油中的硫濃度有助于汽車尾氣處理裝置的正常運(yùn)行，有利于控制汽車排放。世界各國(guó)都采取措施降低汽油中的硫濃度，為先進(jìn)的汽車尾氣處理裝置在汽車上的使用提供保障。

2.1.4 苯

苯對(duì)人體有不利影響，對(duì)地下水質(zhì)也有污染，因此必須限制汽油中的苯濃度。長(zhǎng)期接觸苯會(huì)對(duì)血液造成極大傷害，引起慢性中毒;苯還可以導(dǎo)致白血病;苯對(duì)皮膚、黏膜有刺激作用;吸入2%(體積分?jǐn)?shù))的苯蒸氣5～10 min便會(huì)有致命危險(xiǎn)［20］。苯已被國(guó)際癌癥研究中心(IARC)確認(rèn)為致癌物［21］。

2.1.5 烯烴和芳烴

烯烴和芳烴是汽油中辛烷值的主要貢獻(xiàn)者。烯烴是熱不穩(wěn)定的物質(zhì)，在發(fā)動(dòng)機(jī)燃料系統(tǒng)和進(jìn)氣系統(tǒng)形成沉積物的傾向較大，是進(jìn)氣閥沉積物形成的主要原因;芳烴會(huì)增加發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)和燃燒室沉積物的形成，是燃燒室沉積物形成的主要原因。因此，必須控制汽油中烯烴、芳烴濃度，減少它們對(duì)機(jī)動(dòng)車排放、人體健康和生態(tài)環(huán)境的影響。

由于我國(guó)早期建設(shè)的煉油企業(yè)的二次加工能力主要以催化裂化為主，催化重整比例偏低，國(guó)內(nèi)煉油的加氫能力和重整加工能力在短期內(nèi)難以滿足需求。因此，應(yīng)在滿足國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)的前提下，同時(shí)考慮到現(xiàn)階段的煉油工藝水平，降低烯烴和芳烴濃度。

2.1.6 清凈性

清凈性是衡量車用汽油燃燒后對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)沉積物影響的重要指標(biāo)。清凈性好的車用汽油可以保持發(fā)動(dòng)機(jī)清潔，保證發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作，有利于保持排放耐久性。而清凈性差的車用汽油則會(huì)在發(fā)動(dòng)機(jī)各部位產(chǎn)生沉積物，影響發(fā)動(dòng)機(jī)工作和排放性能。因此，非常有必要對(duì)車用汽油的清凈性提出技術(shù)要求，明確檢測(cè)方法。

2.1.6.1 進(jìn)氣閥和燃燒室沉積物質(zhì)量

發(fā)動(dòng)機(jī)沉積物會(huì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)的工作性能，使排放增加。進(jìn)氣閥沉積物會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)困難，怠速不穩(wěn)，加速無(wú)力，甚至造成發(fā)動(dòng)機(jī)熄火。各缸進(jìn)氣閥沉積物不均勻會(huì)降低汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性和壽命。進(jìn)氣閥沉積物還會(huì)使汽車的HC、CO、NOx排放增加。燃燒室沉積物的存在使點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)更易產(chǎn)生爆震。燃燒室沉積物的絕熱性質(zhì)和減少燃燒室容積的作用，在某些情況下使NOx排放增加。沉積物的積累還可能產(chǎn)生燃燒室沉積物的撞擊現(xiàn)象。

2.1.6.2 模擬進(jìn)氣閥沉積物質(zhì)量和貧氧膠質(zhì)法沉積物質(zhì)量

國(guó)內(nèi)外主要采用發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)和整車試驗(yàn)來(lái)評(píng)價(jià)汽油清凈性，但臺(tái)架和整車試驗(yàn)設(shè)備昂貴，測(cè)試程序復(fù)雜。為降低檢測(cè)和管理成本，提高檢測(cè)速度，有必要采用非發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)的模擬方法和設(shè)備。

(1)模擬進(jìn)氣閥沉積物方法。該法是在一個(gè)強(qiáng)制通風(fēng)的罩子內(nèi)，汽油與恒壓、恒流的空氣一起由噴嘴噴向一個(gè)已稱重并加熱到特定試驗(yàn)溫度的鋁制沉積物收集器上，在收集器表面會(huì)形成油膜，油膜被不斷地加熱、烘烤以及被霧化試油沖刷，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，收集器表面逐步形成沉積物。試驗(yàn)前后對(duì)收集器進(jìn)行稱重，其差值即為沉積物質(zhì)量。根據(jù)沉積物質(zhì)量與形貌，判斷汽油清凈性。

(2)貧氧膠質(zhì)法。在貧氧狀態(tài)下，將車用汽油進(jìn)行蒸發(fā)，獲得車用汽油中的貧氧膠質(zhì)，并用異辛烷進(jìn)行萃取。洗后殘余物(洗后膠質(zhì))為試驗(yàn)中所生成的瀝青質(zhì)和碳青質(zhì)，反映了汽油生成沉積物的傾向，所以洗后膠質(zhì)是汽油清凈性的主要判斷標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，由于清凈劑主要成分在蒸發(fā)中不會(huì)揮發(fā)，但會(huì)被異辛烷清洗掉，且是被洗去的主要組分，因此洗前與洗后膠質(zhì)質(zhì)量之差可以反映汽油中是否加入了清凈劑以及加劑量，如果洗前洗后差值較大，則說(shuō)明加入了清凈劑，如果差值較小，則可能是未加劑或加劑量不足;而未洗膠質(zhì)反映了汽油中膠質(zhì)和清凈劑的含量，如洗后和未洗膠質(zhì)均過(guò)大則說(shuō)明膠質(zhì)過(guò)多，加入清凈劑以后效果也不會(huì)太理想。這些指標(biāo)可以幫助判斷清凈性。

2.2 車用柴油

GWKB 1.2—2011《車用柴油有害物質(zhì)控制標(biāo)準(zhǔn)(第四、五階段)》［3］是根據(jù)國(guó)四、五階段汽車排放標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施需求，主要結(jié)合歐盟和《世界燃油規(guī)范》車用柴油的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，綜合考慮提出的。主要指標(biāo)包括硫濃度、多環(huán)芳烴和清凈性。車用柴油有害物質(zhì)控制指標(biāo)和限值設(shè)置見(jiàn)表4。

表4 GWKB 1.2—2011《車用柴油有害物質(zhì)控制標(biāo)準(zhǔn)(第四、五階段)》主要指標(biāo)限值Table 4 Major parameters of hazardous materials control standard GWKB 1.2-2011

具體限值設(shè)置和對(duì)柴油車排放影響機(jī)制如下。

2.2.1 硫

硫會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的腐蝕和磨損。隨著燃料中硫濃度的增加，一些排氣后處理系統(tǒng)的轉(zhuǎn)化效率會(huì)降低，甚至?xí)捎诹蛑卸径耆?。?guó)外的研究預(yù)測(cè)，如果柴油的硫濃度從500 mg/kg降低到300mg/kg，輕型柴油車的顆粒物排放將減少7%，重型柴油車將減少4%［20］。

在柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中大部分硫形成氣態(tài)SO2后排出發(fā)動(dòng)機(jī)，小部分被繼續(xù)氧化成硫酸鹽，硫酸鹽和吸附水一起以碳核為中心結(jié)合為顆粒物，增加了顆粒物的質(zhì)量。通常硫轉(zhuǎn)化為硫酸鹽的比例僅為1%，因此對(duì)顆粒物的排放量影響較小，但是當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)采用氧化型后處理系統(tǒng)時(shí)，這種轉(zhuǎn)化有時(shí)會(huì)達(dá)到100%，因此采用氧化型后處理系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)顆粒物排放與燃油中的硫濃度有很大關(guān)系。

歐Ⅳ排放階段對(duì)柴油機(jī)的顆粒物和NOx限值進(jìn)一步降低，將逐步采用后處理技術(shù)以滿足排放法規(guī)的嚴(yán)格要求，如NOx吸附器、選擇性催化還原(SCR)、柴油機(jī)微粒捕集器(DPF)等，但這些先進(jìn)的后處理器都對(duì)硫十分敏感。

硫可以使NOx吸附器的吸附劑(如金屬鋇)中毒，導(dǎo)致催化效率下降;硫燃燒后形成的SO2會(huì)與吸附劑發(fā)生反應(yīng)而生成硫酸鹽，使吸附催化劑失去活性。在SCR的催化過(guò)程中，燃油中的硫經(jīng)過(guò)S→SO2→ SO3→ NH4HSO4或(NH4)2SO4的途徑生成NH4HSO4或(NH4)2SO4，它們沉積在催化劑表面使其失活。柴油機(jī)顆粒捕集器(DPF)被公認(rèn)是柴油機(jī)顆粒排放后處理的主要方式，由于燃油中硫的存在，硫在氧化條件下轉(zhuǎn)變?yōu)榱蛩猁}顆粒物，造成DPF捕集效率降低，加速DPF的堵塞，縮短顆粒捕集器的使用壽命。

2.2.2 多環(huán)芳烴

多環(huán)芳烴(PAHs)是指分子中含有兩個(gè)或兩個(gè)以上苯環(huán)的碳?xì)浠衔?。多環(huán)芳烴燃燒時(shí)易形成顆粒物，造成排放污染，當(dāng)多環(huán)芳烴濃度從7%降到1%時(shí)，顆粒物可減少4%～6%。國(guó)外有研究表明，柴油中三環(huán)以上PAHs濃度與汽車尾氣中的PAHs排放有直接關(guān)系［21］。

多環(huán)芳烴主要是通過(guò)呼吸道和皮膚對(duì)人體造成危害。其毒性很大，對(duì)中樞神經(jīng)、血液作用很強(qiáng)，尤其是帶烷基側(cè)鏈的PAHs，對(duì)黏膜的刺激性及麻醉性極強(qiáng)。長(zhǎng)期處于受多環(huán)芳烴污染的環(huán)境中，可引起急性或慢性傷害。多環(huán)芳烴也是導(dǎo)致肺癌發(fā)病率上升的重要原因。還有研究表明，多環(huán)芳烴的真正危險(xiǎn)在于它們暴露于太陽(yáng)光中紫外光輻射時(shí)的光致毒效應(yīng)。PAHs很容易吸收太陽(yáng)光中的可見(jiàn)(400～760 nm)和紫外(290～400 nm)區(qū)的光，同時(shí)暴露于PAHs和紫外光照射會(huì)加速具有損傷細(xì)胞組織能力的自由基形成。因此，有必要限制柴油中多環(huán)芳烴濃度。歐盟法規(guī)2003/17/EC中規(guī)定柴油中多環(huán)芳烴不高于11%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，北京市地方標(biāo)準(zhǔn) DB 11/239—2007《車用柴油》中也有相同的規(guī)定。

2.2.3 噴嘴清潔性

柴油機(jī)的燃油噴嘴是高精度計(jì)量燃油的精密部件。在柴油機(jī)運(yùn)行時(shí)噴嘴頭部會(huì)直接接觸燃燒過(guò)程，所處環(huán)境非常惡劣。燃燒產(chǎn)生的固態(tài)物質(zhì)會(huì)沉積在噴嘴頭部并顯著影響噴嘴的正常工作。如果燃油噴嘴被污染，工作不正常，柴油機(jī)會(huì)在噪聲和排放方面出現(xiàn)問(wèn)題。為避免噴嘴堵塞，通常在柴油中加入清凈劑，保證清凈性。

3 車用汽油、柴油有害物質(zhì)環(huán)境管理的建議

車用燃料是汽車排放污染的源頭，控制汽車排放污染必須從源頭抓起。國(guó)內(nèi)外汽車污染防治的實(shí)踐證明，將車和油作為一個(gè)整體考慮，共同提高，是控制汽車排放污染最經(jīng)濟(jì)有效的途徑。美國(guó)、歐洲、日本在車用油品環(huán)境管理方面具備較為完善的法律法規(guī)體系，開(kāi)展了大量的油品有害物質(zhì)和環(huán)保指標(biāo)監(jiān)管工作。我國(guó)車用油品環(huán)境管理相對(duì)滯后于汽車排放污染控制的進(jìn)度，相關(guān)法律法規(guī)有待進(jìn)一步完善，體系和隊(duì)伍建設(shè)有待加強(qiáng)。

3.1 加快大氣法修訂和相關(guān)管理辦法出臺(tái)，明確車用油品環(huán)境管理職責(zé)

應(yīng)結(jié)合《中華人民共和國(guó)大氣污染防治法》(《大氣法》)修訂工作，制定和發(fā)布實(shí)施《機(jī)動(dòng)車船用油品環(huán)境管理規(guī)定》，明確環(huán)保部門在車用油品有害物質(zhì)管理中的職責(zé)和監(jiān)管措施，明確環(huán)保部門開(kāi)展車用油品有害物質(zhì)監(jiān)管的依據(jù)，分清國(guó)家和地方環(huán)保部門各自的職責(zé)權(quán)力，將GWKB 1.1—2011《車用汽油有害物質(zhì)控制標(biāo)準(zhǔn)(第四、五階段)》、GWKB 1.2—2011《車用柴油有害物質(zhì)控制標(biāo)準(zhǔn)(第四、五階段)》的規(guī)定前置于車用汽油、柴油國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和地方車用汽油、柴油標(biāo)準(zhǔn)，制定違反標(biāo)準(zhǔn)的處罰辦法等。

3.2 開(kāi)展車用油品有害物質(zhì)環(huán)境管理技術(shù)支撐體系研究

在規(guī)范了車用油品有害物質(zhì)控制指標(biāo)后，車用油品生產(chǎn)、進(jìn)口、銷售等環(huán)節(jié)的環(huán)境管理將是落實(shí)具體車用油品有害物質(zhì)控制的重要措施，如何分層次開(kāi)展環(huán)境管理，各部門間的職責(zé)權(quán)力義務(wù)如何分配與協(xié)調(diào)，車用油品有害物質(zhì)環(huán)境管理信息如何統(tǒng)計(jì)、匯總、利用并發(fā)揮更大作用，如何建立有效支撐車用油品有害物質(zhì)環(huán)境管理的技術(shù)管理機(jī)構(gòu)和技術(shù)隊(duì)伍，車用油品有害物質(zhì)檢測(cè)機(jī)構(gòu)的資質(zhì)和委托方式等諸多問(wèn)題有待回答和落實(shí)。隨著《大氣法》修訂完成并發(fā)布實(shí)施，相關(guān)管理規(guī)定發(fā)布實(shí)施，“十二五”期間車用油品有害物質(zhì)環(huán)境管理需要解決大量的技術(shù)和管理問(wèn)題，“十三五”期間車用油品有害物質(zhì)環(huán)境管理將趨于完善并開(kāi)展常態(tài)的環(huán)境管理，技術(shù)支撐需求十分巨大。建議開(kāi)展有關(guān)車用油品有害物質(zhì)環(huán)境管理技術(shù)支撐體系的研究。

3.3 開(kāi)展汽車排放環(huán)境管理與環(huán)境影響綜合評(píng)估研究

控制車用油品有害物質(zhì)，改善車用油品品質(zhì)，降低汽車排放污染，是涉及到石化、汽車、環(huán)保的系統(tǒng)工程，也是改善民生和促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)和諧發(fā)展的重要領(lǐng)域之一。車用油品有害物質(zhì)控制和汽車排放標(biāo)準(zhǔn)之間多年來(lái)存在的不匹配、不協(xié)調(diào)問(wèn)題，究其原因，主要是沒(méi)有搞清楚環(huán)境和健康成本與石化、汽車行業(yè)投入的關(guān)系，沒(méi)有搞清楚石化、汽車和環(huán)保在降低汽車排放污染，改善空氣質(zhì)量等過(guò)程中的職責(zé)和作用，沒(méi)有搞清楚環(huán)境、發(fā)展、民生之間的關(guān)系。

為搞清這些關(guān)系，達(dá)成共識(shí)，有必要啟動(dòng)環(huán)保、汽車、石化等多部門、跨行業(yè)的汽車排放綜合影響評(píng)估研究。研究空氣污染造成的環(huán)境健康損失情況和石化、汽車行業(yè)降低汽車排放污染的投入情況，開(kāi)展汽車排放污染控制在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展中的作用、影響、切入點(diǎn)等研究，提高機(jī)動(dòng)車污染防治工作的主動(dòng)性、前瞻性和預(yù)見(jiàn)性，提高環(huán)保在石化、汽車行業(yè)及經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展中的助推、擴(kuò)容、增值作用，體現(xiàn)環(huán)保參與宏觀調(diào)控和經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式轉(zhuǎn)變、經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整中的作用。研究綜合經(jīng)濟(jì)和社會(huì)成本最低的汽車排放污染控制途徑，開(kāi)展綜合的影響評(píng)估，提高環(huán)境管理決策的科學(xué)性和可持續(xù)性。

3.4 成立國(guó)家車用油品有害物質(zhì)環(huán)境監(jiān)管中心，謀劃國(guó)家車用油品有害物質(zhì)環(huán)境監(jiān)管體系和隊(duì)伍建設(shè)

車用油品有害物質(zhì)環(huán)境管理是為降低汽車排放污染，開(kāi)展聯(lián)防聯(lián)控，改善區(qū)域空氣質(zhì)量，保護(hù)環(huán)境開(kāi)展的行政行為。車用油品的環(huán)保屬性是公益屬性，必須由政府主導(dǎo)開(kāi)展環(huán)境監(jiān)管，車用油品有害物質(zhì)環(huán)境管理實(shí)施主體是環(huán)境保護(hù)主管部門。“十二五”、“十三五”以及未來(lái)更長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)車用油品有害物質(zhì)環(huán)境管理將有巨大的需求。由于環(huán)保部門此前未開(kāi)展過(guò)車用油品有害物質(zhì)環(huán)境管理，從中央到地方，沒(méi)有一個(gè)完整的監(jiān)管體系和隊(duì)伍，機(jī)構(gòu)、技術(shù)力量、人員等均比較薄弱。

建議成立“國(guó)家車用油品有害物質(zhì)環(huán)境監(jiān)管中心”，在中央層面上率先建立車用油品有害物質(zhì)環(huán)境監(jiān)管技術(shù)支持機(jī)構(gòu)。通過(guò)開(kāi)展全國(guó)性的車用油品有害物質(zhì)環(huán)境監(jiān)管和地方試點(diǎn)，逐步完善監(jiān)管能力、體系和隊(duì)伍建設(shè)，為今后開(kāi)展車用油品有害物質(zhì)環(huán)境監(jiān)管打下基礎(chǔ)。

3.5 開(kāi)展替代燃料有害物質(zhì)控制和環(huán)境管理研究

除了常規(guī)車用汽油、柴油有害物質(zhì)對(duì)汽車排放造成影響以外，其他替代燃料本身及其有害物質(zhì)也會(huì)對(duì)汽車常規(guī)和非常規(guī)污染物排放造成影響，如各種混合比例的甲醇汽油、氣體燃料、生物柴油等。建議適時(shí)開(kāi)展其他替代車用燃料有害物質(zhì)控制和環(huán)境管理研究，開(kāi)展其生命周期能耗和排放評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)研究。

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Study on Hazardous Materials and Environmental Protection Parameters of Vehicle Gasoline and Diesel Fuels in China

YUE Xin1，2，PANG Yuan2，MA Yao2，BAO Xiao-feng2，WANG Ming-yu2，HUANG Xian-jiang3
1.School of Environment，Tsinghua University，Beijing 100084，China
2.Institute of Atomospheric Environment，Chinese Research Academy of Environmental Sciences，Beijing 100012，China
3.Jinan Environmental Planning and Design Institute，Jinan 250001，China

Hazardous material contents of vehicle gasoline and diesel are important fuel quality parameters.Fuel quality is of great importance to vehicle emissions and air pollution，and in turn is directly linked to the effective implementation of China 4，China 5 and stricter vehicle emission control standards，as well as the emission reduction of all in-use vehicles.It is necessary to study hazardous material control parameters and work out the control approaches in order to carry out the joint prevention and effective control of air pollution and to mitigate air pollution in cities and city clusters.The background of hazardous material control parameters formulation and the international fuel quality standards were introduced，and the proposals on environmental management of fuel quality presented.

vehicle gasoline;vehicle diesel fuel;harzardous material;environmental protection parameter

X701

A

10.3969/j.issn.1674-991X.2012.04.051

1674-991X(2012)04-0325-08

2012-02-14

國(guó)家環(huán)境保護(hù)公益性科研專項(xiàng)(20090915);國(guó)家環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)制修訂專項(xiàng)計(jì)劃(2010-1678.16);國(guó)家國(guó)際科技合作與交流專項(xiàng)(2012DFA91570)

岳欣(1971—)，男，副研究員，主要從事移動(dòng)源污染控制研究，yuexin@craes.org.cn