世界各地都在尋求各種手段來降低交通運(yùn)輸行業(yè)的碳排放，并提高可再生能源的使用，監(jiān)管機(jī)構(gòu)也在引入并縮緊生物能源和二氧化碳排放的目標(biāo)。在本期微課堂，我們特邀潤英聯(lián)燃料技術(shù)銷售客戶經(jīng)理JavierMontes暢談歐洲石油公司所面臨的挑戰(zhàn)。在歐洲，生物燃料（如加氫處理后的植物油）有望在未來的運(yùn)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(jiān)管機(jī)構(gòu)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(shí)，隨著人們對(duì)可持續(xù)發(fā)展的渴望日益增長，官方機(jī)構(gòu)、公司和個(gè)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(yùn)輸行業(yè)是一個(gè)主要的能源消費(fèi)領(lǐng)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(yù)期，運(yùn)輸活動(dòng)預(yù)計(jì)會(huì)大大增加，這將導(dǎo)致能源消耗激增。歐盟（EU）委員會(huì)的參考情景項(xiàng)目預(yù)測到2030年，交通運(yùn)輸行業(yè)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(yùn)量增加的推動(dòng)，而客運(yùn)量預(yù)計(jì)將穩(wěn)步下降。
乘用車對(duì)能源需求的下降、替代性動(dòng)力總成方案在市場內(nèi)的引入、以及發(fā)動(dòng)機(jī)能源效率的改善，都將在未來十年導(dǎo)致對(duì)汽油需求的穩(wěn)定下降。相反，貨運(yùn)活動(dòng)的增加，特別是公路上重型柴油車輛的運(yùn)輸活動(dòng)，意味著車用柴油（ADO）或柴油燃料的需求預(yù)計(jì)將保持其市場份額，從而抵消客運(yùn)對(duì)柴油預(yù)期需求的減少。到2030年，用于運(yùn)輸?shù)哪茉聪闹屑s90％預(yù)計(jì)是石油產(chǎn)品，其中55％將是柴油（包括船用燃料）。
歐洲委員會(huì)（EC）已為全球氣候行動(dòng)制定了一項(xiàng)長期戰(zhàn)略，并認(rèn)識(shí)到低碳燃料（尤其是生物燃料）必須在交通運(yùn)輸行業(yè)降低碳排放中發(fā)揮重要作用。
2009年出臺(tái)的《可再生能源指令》（REDI）要求會(huì)員國制定具體的國家性可再生能源目標(biāo)，可再生能源到2020年在公路和鐵路運(yùn)輸中至少實(shí)現(xiàn)10％的份額。然而，進(jìn)展情況喜憂參半，整體看來，相較于2020年的10％目標(biāo)，歐盟仍低約2％。
《可再生能源指令》REDII-新的挑戰(zhàn)
基于《巴黎協(xié)定》的氣候目標(biāo)，在二氧化碳減排方面，《可再生能源指令》（REDII）第二階段規(guī)定已經(jīng)發(fā)布，為2030年的公路和鐵路運(yùn)輸設(shè)定了更高的可再生能源份額目標(biāo)，即14％。在這14％的范圍內(nèi)，設(shè)有專門針對(duì)高級(jí)生物燃料的子目標(biāo)（3.5％）。這種高級(jí)的生物燃料可從大約20種預(yù)先設(shè)定的原料中生產(chǎn)獲得–這些原料大部分以生物質(zhì)殘?jiān)蛷U物為基礎(chǔ)，但不包括用過的食用油以及1類和2類動(dòng)物脂肪。
REDII生物能源目標(biāo)針對(duì)柴油這一細(xì)分領(lǐng)域，為石油公司帶來新的挑戰(zhàn)。
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(nóng)作物原料的第一代脂肪酸甲酯（FAME）混合，來應(yīng)對(duì)REDI規(guī)定的生物能源目標(biāo)。
近年來，在歐盟，基于非農(nóng)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(dòng)物脂肪。這一趨勢受以下事實(shí)驅(qū)動(dòng)：即，由于較低的殘?jiān)蟽r(jià)格和雙積分制（１）影響，這些生物柴油極可能會(huì)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(shí)現(xiàn)其生物能源目標(biāo)而減少一半的生物柴油數(shù)量。
但是，就總體生物能源和基于高級(jí)原料的能源而言，僅僅通過生物柴油不可能實(shí)現(xiàn)更具挑戰(zhàn)的REDII生物能源份額目標(biāo)，主要有以下幾個(gè)原因。
首先，這與FAME的化學(xué)成分有關(guān)。FAME與化石柴油不同，其與化石燃料調(diào)和比的最大限值為7％v/v，以此來保護(hù)發(fā)動(dòng)機(jī)不受損壞。FAME的能含量（即使在使用重復(fù)計(jì)算的原料生物柴油時(shí)）也無法在最大的調(diào)和限值內(nèi)提供所需的14％生物能份額。第二個(gè)原因與人們所稱的第三代高級(jí)生物燃料生產(chǎn)的技術(shù)準(zhǔn)備程度有關(guān)?？蓮拇蠖鄶?shù)高級(jí)原料中生產(chǎn)生物燃料的可用技術(shù)途徑不適合于生產(chǎn)FAME，而可用來生產(chǎn)鏈烷烴生物燃料。
兩種最相關(guān)的正構(gòu)烷烴生物燃料是加氫處理的植物油（HVO）和生物質(zhì)液化（BTL）。
HVO可以通過加氫處理和異構(gòu)化，從植物油和動(dòng)物脂肪（脂質(zhì)）中產(chǎn)生，而BTL是通過FischerTropsch合成產(chǎn)生。它們既可以由農(nóng)作物原料制成，也可以由多種高級(jí)的可再生原料制成，例如木材，肥料和木質(zhì)纖維素材料。制得產(chǎn)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(biāo)準(zhǔn)的限制，因?yàn)樗鼈冊(cè)诨瘜W(xué)上具有可比性。因此，使用正構(gòu)烷烴可再生柴油對(duì)實(shí)現(xiàn)REDII設(shè)定的總生物能和高級(jí)生物能目標(biāo)而言是適當(dāng)?shù)摹?/div>
雖然尚沒有以工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)BTL的技術(shù)，但HVO已在市場上銷售，其全球產(chǎn)量有所增加，其中大部分消費(fèi)來自歐盟和美國。根據(jù)REDII目標(biāo)，HVO在滿足煉油領(lǐng)域?qū)τ袦厥覛怏w高減排潛力的液態(tài)生物燃料不斷增長的需求方面發(fā)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(biāo)。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(xiàn)較低。因此，為實(shí)現(xiàn)REDII目標(biāo)，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(shù)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(jù)燃料質(zhì)量指令規(guī)定，最大混合比設(shè)置為10％v/v份額（E10）。在許多國家，由于現(xiàn)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(hù)等級(jí)。結(jié)果，在煉油廠一級(jí)，石蠟型生物燃料（例如HVO）不僅可以彌補(bǔ)FAME的不足，而且可以抵消汽油庫中的生物能源支出。
HVO需求增長
在整個(gè)歐洲，對(duì)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(biāo)和稅收優(yōu)惠政策的推動(dòng)下處于領(lǐng)先地位。但是，歐洲煉油廠將HVO作為添加組分的使用預(yù)計(jì)會(huì)繼續(xù)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(biāo)或較低的可再生能源發(fā)電量的引入可能導(dǎo)致更高的HVO使用份額，在REDII規(guī)定的期限內(nèi)，HVO份額不可能達(dá)到兩位數(shù)。
100％HVO燃料的廢氣排放量低，并且與現(xiàn)有的燃料供應(yīng)基礎(chǔ)設(shè)施和車隊(duì)完全兼容。這些因素意味著，根據(jù)EN15940標(biāo)準(zhǔn)要求，HVO已被用作重型和公共汽車車隊(duì)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(jù)EN590標(biāo)準(zhǔn)，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(duì)HVO不斷增長的需求，預(yù)計(jì)全球的裝機(jī)容量將會(huì)增加。
據(jù)預(yù)測，到2030年，估計(jì)全球產(chǎn)能可能會(huì)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(duì)HVO消費(fèi)量最高的地區(qū)。
但是，也存在一些障礙，阻礙了煉油廠更進(jìn)一步、更快地引入HVO-特別是與FAME相比，HVO的生產(chǎn)成本和零售價(jià)格更高。另一個(gè)可能抑制HVO消耗的因素是REDII規(guī)定中與可再生電力相關(guān)的生物能源“乘數(shù)”-在用于公路運(yùn)輸中時(shí)，被視為其實(shí)際能源含量的四倍。由于運(yùn)輸部門的可再生能源目標(biāo)是在國家一級(jí)定義的，這意味著隨著可再生電力的貢獻(xiàn)越來越重要，歐盟國家可以為液態(tài)生物燃料設(shè)定較低的生物能源份額目標(biāo)，從而降低了煉油廠對(duì)生物燃料的需求。
煉油廠確保使用適用的燃料
油公司需要根據(jù)每個(gè)歐盟成員國設(shè)定的特定生物能源目標(biāo)，來定義如何滿足REDII的規(guī)定要求。他們還必須考慮在其方案中可再生能源發(fā)電方式組合（沼氣，可再生電力及其乘數(shù)）的策略，以及與提高生物燃料量份額有關(guān)的技術(shù)限制。因此，煉油廠將確定到2030年滿足生物能源目標(biāo)所需使用的FAME/HVO或一起加工的植物油的混合量和質(zhì)量。
HVO是煉油廠對(duì)柴油的重要添加成分。它的低密度使重分子得以升級(jí)-盡管在某些情況下，HVO混合比可能會(huì)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(dāng)，硫含量低，芳烴含量為零，穩(wěn)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(shí)對(duì)柴油質(zhì)量也有積極影響。
但是，不利的一面是，對(duì)于使用HVO燃料的應(yīng)用，存在潤滑問題。通過使用有效的潤滑性改進(jìn)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(fù)這種狀態(tài)。
HVO最具挑戰(zhàn)性的技術(shù)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(dòng)性，其特征在于濁點(diǎn)（CP）和低溫過濾器堵塞點(diǎn)（CFPP）。
生產(chǎn)商可以通過異構(gòu)化過程將HVO的濁點(diǎn)降低到足夠低的數(shù)字，使其甚至適用于極寒的冬季北極等級(jí)。但是，高異構(gòu)化涉及反應(yīng)器內(nèi)的高苛刻條件，這會(huì)縮短催化劑壽命，促進(jìn)裂化而不是異構(gòu)化（導(dǎo)致石腦油和氣體產(chǎn)率更高，主產(chǎn)物產(chǎn)率更低），所有這些都意味著生產(chǎn)低濁點(diǎn)HVO的成本更高。
限制市場上極低濁點(diǎn)HVO供應(yīng)性的另一個(gè)因素是，歐洲一些現(xiàn)有的HVO生產(chǎn)設(shè)施從煉油廠的改造項(xiàng)目發(fā)展而來，而異構(gòu)化反應(yīng)器可能沒有進(jìn)行改造。
將HVO摻入柴油實(shí)質(zhì)上意味著添加正構(gòu)烷烴，即蠟。HVO的濁點(diǎn)越高、HVO含量越高，則添加的蠟越多。
此外，與基礎(chǔ)的柴油相比，HVO的蠟分布（正構(gòu)烷烴）非常狹窄，這也會(huì)改變添加至最終燃料的蠟分布。蠟含量和蠟分布這兩個(gè)因素不僅影響了柴油的特性，還有其對(duì)低溫流動(dòng)性添加劑的反應(yīng)。因此，當(dāng)使用HVO作為柴油的添加成分時(shí)，選擇合適的HVO濁點(diǎn)非常重要。另外，應(yīng)考慮使用專門用于處理窄沸程燃料的低溫流動(dòng)性添加劑，以確保無故障運(yùn)行，這是一種經(jīng)濟(jì)有效的方式（通過降低加劑量）。
HVO濁點(diǎn)、HVO混合量和低溫流動(dòng)性添加劑技術(shù)之間的適當(dāng)平衡是成本有效地實(shí)現(xiàn)生物能源目標(biāo)的關(guān)鍵。同樣，應(yīng)考慮FAME對(duì)柴油低溫流動(dòng)性和添加劑反應(yīng)的協(xié)同作用。
煉油廠需要考慮以下幾個(gè)因素，來仔細(xì)評(píng)估如何使用HVO。
HVO的更廣泛使用
HVO不僅適合作為道路運(yùn)輸?shù)幕裼吞娲?，而且還可以為船運(yùn)部門帶來諸多好處，當(dāng)前，船運(yùn)部門正經(jīng)歷著巨大的變化和不確定性。國際海事組織的新規(guī)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(jí)NOx限值，再加上未來的溫室氣體限制，所有這些都推動(dòng)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(guī)的低硫和高硫船用燃料。例如，當(dāng)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(yùn)輸也設(shè)定了具體的溫室氣體減排目標(biāo)，預(yù)計(jì)這將增加短到中期對(duì)液態(tài)生物燃料的需求。在具有ASTM認(rèn)證的幾種用于商業(yè)飛行的替代性噴氣燃料生產(chǎn)途徑中，一種高度異構(gòu)化且加氫裂化的HVO噴氣燃料（稱為HEFA）因其已經(jīng)成熟的技術(shù)，而處于領(lǐng)先地位。
隨著公路、船用和航空運(yùn)輸方式在未來幾年內(nèi)對(duì)液態(tài)生物燃料的使用將不斷增加，對(duì)可用燃料的供應(yīng)競爭將會(huì)加劇。
預(yù)計(jì)這種趨勢將對(duì)可持續(xù)的原料供應(yīng)可用性和價(jià)格波動(dòng)造成更大的壓力，這一話題在歐洲備受爭論。
從長遠(yuǎn)來看，我們可以預(yù)期，在REDII的推動(dòng)下，不同類型生物燃料的份額將會(huì)增加，對(duì)加氫處理的進(jìn)一步需求（用于超低硫燃料，以及增加船用中間餾分的產(chǎn)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(dǎo)致車用柴油中分子組成的復(fù)雜性和可變性增加。專為窄沸程燃料設(shè)計(jì)的潤滑性改進(jìn)劑和專用的低溫流動(dòng)添加劑，對(duì)于經(jīng)濟(jì)有效地處理這些更復(fù)雜的未來燃料可能是必需的。
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