柴油車尾氣處理液儲運問題的探討

朱宗敏

〔天津悅泰石化科技有限公司 天津 300384〕

防治污染作為我國三大攻堅戰(zhàn)之一，涉及多個行業(yè)。在國家有關(guān)政策支持下，我國柴油車排放NOx治理已取得很大進(jìn)展，成績顯著[1,2]。但是，2018年我國移動源所排放的562.9萬t氮氧化物(NOx)中，占汽車保有量7.9 %的柴油貨車，排放了60.0 %[3]。目前，SCR技術(shù)(選擇性催化還原技術(shù))是世界各國普遍采用的柴油車尾氣治理技術(shù)。在我國，從應(yīng)用國Ⅳ油開始，治理柴油貨車尾氣排放NOx也普遍采用了SCR技術(shù)。采用SCR技術(shù)需要在柴油車上加裝SCR后處理系統(tǒng)，并且要在加油站等場所配套相應(yīng)的柴油車尾氣處理液[柴油發(fā)動機氮氧化物還原劑 尿素水溶液(AUS32)]供應(yīng)體系。

研究顯示，一輛國Ⅵ排放標(biāo)準(zhǔn)的柴油車，在沒有柴油車尾氣處理液配合時，尾氣中的NOx排放量是正常行駛情況下的4～13倍。由此可見，柴油車尾氣處理液是目前我國重型柴油車達(dá)標(biāo)排放的必備消耗品。我國的柴油車尾氣處理液從2013年開始起步，逐步形成了一個新的綠色環(huán)保新產(chǎn)業(yè)。

1 柴油車尾氣處理液產(chǎn)品的特點

1.1 產(chǎn)品質(zhì)量要求極為嚴(yán)格

從ISO、日本、德國以及我國柴油車尾氣處理液國家標(biāo)準(zhǔn)看，雖然產(chǎn)品名稱不同，但均是約含32.5 %尿素的水溶液。在技術(shù)指標(biāo)的要求上，我國國家標(biāo)準(zhǔn)與ISO標(biāo)準(zhǔn)、日本標(biāo)準(zhǔn)(JISK 2247)、德國標(biāo)準(zhǔn)(DIN 70070)幾乎一致。對產(chǎn)品質(zhì)量要求都極其嚴(yán)格。之所以有這樣嚴(yán)格的要求，是要保證SCR催化反應(yīng)器與柴油車使用同壽命。上述標(biāo)準(zhǔn)中均對金屬離子、縮二脲、水不溶物等雜質(zhì)提出了非常嚴(yán)格的要求，看似簡單的尿素液卻是個典型的精細(xì)化工品。

特定的金屬離子、縮二脲等雜質(zhì)在SCR催化劑上的積聚會覆蓋催化劑活性中心、使催化劑中毒、堵塞催化劑孔道，阻礙尾氣中的NOx與氨氣進(jìn)行反應(yīng)，并降低催化劑壽命。一定的尿素含量能保證系統(tǒng)水解出足夠的氨氣以還原尾氣中的NOx，而過量的尿素會造成尿素液噴嘴和尾氣管堵塞。在研究分析SCR系統(tǒng)沉積物的組成中發(fā)現(xiàn)，尿素、縮二脲和三聚氰酸(未分解的尿素在高溫下縮合的產(chǎn)物)的混合物，在排氣管壁處的沉積物主要為三聚氰酸[4]。

為保證柴油車尾氣處理液的尿素含量符合標(biāo)準(zhǔn)要求，除了生產(chǎn)商在生產(chǎn)過程中進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)控外，國Ⅵ排放標(biāo)準(zhǔn)的重型柴油車要求在車輛上加裝尿素濃度傳感器，但目前市場上該類傳感器產(chǎn)品的精度普遍不高，限制了這項技術(shù)的廣泛應(yīng)用。近期文獻(xiàn)報道，有研究機構(gòu)開發(fā)的超聲波檢測法測量尿素含量的精度由原來的1.2 %左右提升至0.3 %[5]，可以滿足車輛的正常運營需求。

ISO、日本、德國及我國柴油發(fā)動機氮氧化物還原劑 尿素水溶液(AUS32)(柴油車尾氣處理液)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)要求詳見表1。

表1 ISO、日本、德國及我國柴油發(fā)動機氮氧化物還原劑 尿素水溶液(AUS32)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)要求

1.2 儲運方式與包裝形式密切相關(guān)

2008年北京最早引進(jìn)5 000臺國Ⅳ標(biāo)準(zhǔn)柴油公交車，需要配套使用柴油車尾氣處理液。當(dāng)時市場需求很少，為保證這些車輛順利運營，北京公交公司的供應(yīng)商采用化學(xué)試劑級的固體尿素為原料生產(chǎn)柴油車尾氣處理液，然后用10 L塑料桶包裝。后來為降低成本陸續(xù)出現(xiàn)20 L桶包裝，但包裝成本降低只有約2 %。市場發(fā)展初期，產(chǎn)品單價較高，從儲運輸過程保證產(chǎn)品質(zhì)量的角度考慮，采用纏繞膜集裝小包裝桶的模式，可以將產(chǎn)品受到污染的風(fēng)險降到最低。

隨著市場容量的越來越大，市場競爭日趨激烈，小包裝缺乏降低成本的空間，影響產(chǎn)品在市場上的競爭力。特別是大量分散的舊包裝桶被廢品站就地收購，再被轉(zhuǎn)賣到小作坊生產(chǎn)假冒產(chǎn)品，嚴(yán)重侵害了正規(guī)企業(yè)的品牌形象。于是市場上出現(xiàn)了集裝箱桶(IBC)包裝。初次包裝成本約和同噸位小包裝相近，但I(xiàn)BC可循環(huán)使用10次左右，可計入折舊及集裝桶返程運費等，分?jǐn)偟矫繃嵁a(chǎn)品的包裝費約為20 L桶包裝的58 %，降低包裝成本的效果較為顯著。但這種包裝的弊端是IBC桶清洗困難，經(jīng)常發(fā)生運輸損壞和桶內(nèi)雜質(zhì)污染產(chǎn)品等事故，在有些情況下反而推高了產(chǎn)品成本。

隨著我國重型柴油車排放標(biāo)準(zhǔn)的密集實施，國Ⅳ、國Ⅴ及國Ⅵ柴油車大量入市，柴油車尾氣處理液市場迅速擴(kuò)大，對生產(chǎn)和銷售企業(yè)來說，開發(fā)大規(guī)模的槽車運輸配合散裝加注模式越來越重要。從歐美發(fā)達(dá)國家的市場情況看，從2005年發(fā)展至今，歐盟和北美地區(qū)的柴油車尾氣處理液產(chǎn)業(yè)已經(jīng)形成了以散裝儲運配合加注機銷售為主，小包裝產(chǎn)品為輔的營銷模式，其中加注機加注量占40 %，大客戶散裝供應(yīng)量占40 %(也是加注機加注模式)，其他如小包裝、集裝箱桶等形式約占20 %。

柴油車尾氣處理液散裝儲運在我國是一項新業(yè)務(wù)，需要投入專用運輸槽車、建設(shè)二次配送中心、在加油站配套加注機等基礎(chǔ)設(shè)施。同時，柴油車尾氣處理液與汽柴油不同，它的質(zhì)量要求主要體現(xiàn)在污染物雜質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)上，鈣、鈉、鎂等10種離子的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均要求小于0.5 mg/kg，水不溶物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)要求小于20 mg/kg，在散裝儲運輸過程的裝、運、卸等環(huán)節(jié)產(chǎn)品被污染的質(zhì)量風(fēng)險比較大。

1.3 各國標(biāo)準(zhǔn)對儲運均有要求

目前，歐美等國家和地區(qū)的柴油車尾氣處理液市場已進(jìn)入平臺期，形成了完備的銷售體系，絕大部分產(chǎn)品以散裝模式銷售，小包裝僅作為在偏遠(yuǎn)地區(qū)或高寒地區(qū)的補充。由于散裝運輸過程更易受污染，產(chǎn)品的儲運專門制定了相應(yīng)的規(guī)范。

歐洲執(zhí)行的ISO22241-3標(biāo)準(zhǔn)中明確規(guī)定了柴油車尾氣處理液在儲運過程中應(yīng)該注意的事項，包括可與之接觸的材料，儲運過程中的溫度要求、轉(zhuǎn)運和接收過程中的清潔度要求等。歐洲化學(xué)工業(yè)委員會(CEFIC)認(rèn)為該標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的柴油車尾氣處理液質(zhì)量保障措施并不足以解決如何保證產(chǎn)品從生產(chǎn)商到終端用戶的儲運過程中由于極端溫度和污染物而造成的質(zhì)量下降問題。所以該機構(gòu)單獨起草了一個質(zhì)量指導(dǎo)文件《AUS32 Quality Assurance Guidance Document》，詳細(xì)敘述了在生產(chǎn)、儲存、運輸過程中如何保證柴油車尾氣處理液的質(zhì)量。

北美地區(qū)銷售的柴油車尾氣處理液也執(zhí)行ISO 22241系列標(biāo)準(zhǔn)。和歐洲情況類似，美國石油協(xié)會發(fā)布了與歐洲化學(xué)工業(yè)委員會相似的質(zhì)量保證文件《Recommended Practices for the Storage and Dispensing of Diesel Exhaust Fluid(DEF)》。

在我國制定《GB 29518—2013柴油發(fā)動機氮氧化物還原劑尿素水溶液(AUS32)》國家標(biāo)準(zhǔn)時，國內(nèi)市場剛啟動，有關(guān)儲運部分沒有作為獨立的標(biāo)準(zhǔn)。有關(guān)儲運內(nèi)容在《GB 29518的第3部分：處理、運輸和儲存》以及《第4部分：加注接口》中進(jìn)行了規(guī)定。其具體規(guī)定與ISO22241-3：2008《Diesel engines—NOxreduction agent AUS32，Part 3: Handling, Transportation and storage》相似。

2 我國散裝柴油車尾氣處理液儲運模式的探討

由柴油車尾氣處理液生產(chǎn)廠直接配送到加油站的加注機，在實際操作中難以實現(xiàn)，主要表現(xiàn)在：大噸位專用槽車(如30 t/車)運輸距離長，導(dǎo)致運輸費用成倍增加；加油站內(nèi)的數(shù)質(zhì)量手續(xù)交接復(fù)雜，不易實現(xiàn)等。較為合理的儲運模式是：柴油車尾氣處理液生產(chǎn)廠生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品后，用專用槽車運輸?shù)绞∈惺凸镜亩闻渌椭行倪M(jìn)行儲存，再由二次配送中心進(jìn)行二次物流配送到加油站或大客戶的加注機中。這也與歐美國家的散裝柴油車尾氣處理液儲運模式相同。

2.1 建立散裝柴油車尾氣處理液儲運的難點

散裝柴油車尾氣處理液的儲運首先是優(yōu)化儲運和改變銷售模式。在確保產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，優(yōu)化生產(chǎn)布局，逐步從小包裝銷售模式過渡到散裝加注模式，降低產(chǎn)品成本，提高產(chǎn)品競爭力。

第二是要保障產(chǎn)品質(zhì)量。由于柴油車尾氣處理液是質(zhì)量要求比較苛刻的大宗精細(xì)化工品，如何在儲運環(huán)節(jié)全過程中防止污染，確保產(chǎn)品質(zhì)量是一個急需解決的問題。

最后是建立適應(yīng)實際需要、有可操作性的管理體系。柴油車尾氣處理液從出廠到進(jìn)入柴油車尿素箱，要經(jīng)過一次運輸和二次運輸過程中的槽車、中間站、加注站，多次入庫、出庫，需要建立相應(yīng)的數(shù)質(zhì)量管理、生產(chǎn)管理等體系。

2.2 生產(chǎn)廠合理布局，從根本上降低成本

生產(chǎn)廠合理布局是實現(xiàn)最短運輸路徑的前提。影響生產(chǎn)基地布局的因素很多，最主要的是市場需求的分布和原料尿素的供應(yīng)。

柴油車尾氣處理液的銷售與柴油銷售密不可分，可通過柴油的銷量分布間接測算柴油車尾氣處理液的市場需求分布。2018年某公司在全國各地的柴油銷量分布排位前10的省、區(qū)及所占比例如表2所示。

表2 某公司前10省(自治區(qū))柴油消費分布

從表2可以看出，各省(自治區(qū))銷售量分布非常不均，前3位省的銷量占比高達(dá)24.28 %，前10位銷量占56.16 %。根據(jù)國內(nèi)外市場調(diào)研，柴油車尾氣處理液消耗量是柴油消耗量的5 %，可根據(jù)柴油銷售量來規(guī)劃生產(chǎn)廠的位置和產(chǎn)能，使產(chǎn)品盡量貼近市場需求，以節(jié)省運輸費用。

原料尿素供應(yīng)具有很強的地域性。從全國看，尿素資源豐富。2018年尿素產(chǎn)能6 954萬t，產(chǎn)量5 200萬t[6]。但地區(qū)分布不均，尿素產(chǎn)能主要集中在山東、山西、河南、內(nèi)蒙古、新疆等省(自治區(qū))區(qū)，如表3所示。2017年上述區(qū)域產(chǎn)量合計3 364萬t，占全國總產(chǎn)量的60.72%。

表3 我國前10省(自治區(qū))的尿素產(chǎn)能

原料尿素廠與產(chǎn)品市場應(yīng)盡量相鄰，最好在需求市場的中心地帶，選出高水平大型尿素生產(chǎn)企業(yè)以滿足儲運路徑合理的要求。同時，還要考察備選廠的工藝和質(zhì)量控制水平，避開存在三聚氰胺聯(lián)產(chǎn)裝置、低溫甲醇洗合成氣等工藝的企業(yè)，從源頭杜絕質(zhì)量風(fēng)險。

2.3 建設(shè)二次配送示范中心，打通散裝儲運的關(guān)鍵環(huán)節(jié)

到2019年底，中國石化浙江石油分公司共建柴油車尾氣處理液加注機260臺，原來都是采用IBC包裝形式進(jìn)行配送，降本效果不明顯。通過考察市場需求量和加注機地域分布，2019年6月，悅泰公司與浙江石油公司的溫州投建了一個儲量為80 t的二次配送中心，用以摸索散裝柴油車尾氣處理液儲運技術(shù)細(xì)節(jié)。該中心為溫州、臺州、麗水三家公司的80余座加注站及大客戶提供散裝尾液，可以實現(xiàn)IBC桶和槽罐車兩種運載工具配送，年配送量預(yù)計5 000 t。經(jīng)測算，散裝柴油車尾氣處理液儲運配合加注機銷售模式，可以使產(chǎn)品成本降低1 024元/t，當(dāng)?shù)夭裼蛙囄矚馓幚硪旱匿N售量增長了43 %，加油站門店的零售量增長了29 %，大大提升了企業(yè)效益和產(chǎn)品競爭力。

2020年3月，浙江石油公司又在杭州城廂油庫投產(chǎn)了第二個二次配送中心，承擔(dān)另外180座加注站及周邊大客戶散裝柴油車尾氣處理液的供應(yīng)，計劃年銷售1.4萬t。2020年計劃在金華和寧波繼續(xù)建造兩個二次配送中心，進(jìn)一步降低產(chǎn)品成本。

2.4 落實嚴(yán)格的質(zhì)量保證措施

按照GB 29518《柴油發(fā)動機氮氧化物還原劑 尿素水溶液(AUS32)》中的第3部分：《處理、運輸和儲存》，參考?xì)W美國家制定的儲運質(zhì)量保證指引，對溫州二次配送中心運行過程進(jìn)行了質(zhì)量跟蹤實驗。部分實驗結(jié)果見表4，只要認(rèn)真落實GB29518標(biāo)準(zhǔn)中的第3部分即可以完全保證柴油車尾氣處理液的質(zhì)量。

表4 某批次散裝柴油車尾氣處理液儲運質(zhì)量跟蹤表

在實際建設(shè)方面，應(yīng)注意以下幾點：

(1)儲罐、運輸車輛罐體、管道等使用的材料要選擇標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的材料，杜絕不合格材料接觸柴油車尾氣處理液。例如，儲罐罐體采用的是HDPE材質(zhì)，在使用前經(jīng)過了50 ℃下的兩星期浸泡實驗，浸泡溶液的金屬離子含量變化符合標(biāo)準(zhǔn)要求；不銹鋼需要選用304以上級別等等。

(2)設(shè)備要專用，在使用前要進(jìn)行徹底清洗。所有與柴油車尾氣處理液直接接觸的表面上都不能有其他物質(zhì)，包括燃油、機油、潤滑脂、洗滌劑、灰塵等。所有設(shè)備在使用前要用去離子水清洗，直至最后一遍清洗后的去離子水中的金屬離子滿足GB 29518-2013中1的金屬離子含量要求。

(3)根據(jù)當(dāng)?shù)氐淖畹蜌鉁?，確定保溫措施，使柴油車尾氣處理液在儲運過程中保持在-5 ℃至25 ℃之間。

2.5 建立具有可操作性的管理體系

在溫州二次配送中心運營的半年時間里，還制定了《柴油車尾氣處理液儲罐及運輸定期清洗規(guī)程》、《柴油車尾氣處理液接卸規(guī)程》等文件。但由于運營時間短，有些方面需要根據(jù)運營時間的增長，積累更多數(shù)據(jù)，對管理體系進(jìn)行適當(dāng)修訂。例如溫州二次配送中心在運營的開始階段損耗較大，第一次盤點損耗比例達(dá)到0.6 %，而生產(chǎn)廠損耗率僅為0.25 %，遠(yuǎn)超中國石化非油品中央倉規(guī)定的損耗(0.03 %)。這主要是由于目前二次配送中心運營時間只有6個月，對于儲罐儲液計量標(biāo)準(zhǔn)還不夠精確，需要對柴油車尾氣處理液自然蒸發(fā)量及溫度變化導(dǎo)致的容量波動進(jìn)行長期監(jiān)測，積累數(shù)據(jù)才能制定適合該產(chǎn)品的數(shù)質(zhì)量管理規(guī)程。

3 前景展望

根據(jù)中國內(nèi)燃機工業(yè)協(xié)會車用尿素水溶液分會的統(tǒng)計，2019年我國柴油車尾氣處理液銷售量約250～280萬t。參照國外每車消耗1.5～2t/年估算[7]，2018年底全國重型柴油車保有量約685萬輛，柴油車尾氣處理液的市場規(guī)?？蛇_(dá)1027～1370萬t。隨著我國更嚴(yán)格排放標(biāo)準(zhǔn)的實施，國Ⅲ及以下排放車輛陸續(xù)被淘汰，市場前景十分廣闊。在目前國內(nèi)石化產(chǎn)品產(chǎn)能過剩的形勢下，難得有這樣市場潛力的產(chǎn)品，推廣這一涉及環(huán)保事業(yè)的新產(chǎn)品具有重要現(xiàn)實意義。

推動柴油車尾氣處理液散裝儲運和加注機銷售模式，是中國石化降低產(chǎn)品成本、提高市場競爭力、體現(xiàn)規(guī)模優(yōu)勢的必然選擇，散裝儲運是承上啟下的重要環(huán)節(jié)，關(guān)系到中國石化柴油車尾氣處理液今后能否牢牢占據(jù)市場份額第一的關(guān)鍵因素。