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陈赓良 的个人博客

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对修订GB17820的认识与建议

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强制性国家标准“天然气”(GB17820)首次发布于1999年,2012年进行了第一次修订。为适应天然气工业发展迅速的大好形势,全国天然气标准化技术委员会决定对该标准再次修订,并于今年8月发布了征求意见稿及其编制说明。

一.制定气质指标的原则

1998年国际标准化组织天然气技术委员会(ISO/TC193)发布了一份标题为“天然气质量指标”的国际标准(ISO 13686),提出管输商品天然气必须控制的若干个气质指标。但商品天然气不同于石油炼制产品,不可能通过加工工艺严格地定量规定产品质量指标。原料天然气处理与加工的目的仅是脱除对环境和生产有害的组分(如H2S、CO2和有机硫化合物),并回收有经济价值的组分(如乙烷、LPG和氦)。同时,由于各国所产天然气的组成相差甚大,即使同一国家不同地区生产的天然气也可能如此,且天然气的用途不同对气质的要求也不同,因此不可能以一个国际标准来统一。鉴此,ISO 13686只是列出了制定管输商品天然气质量标准必须予以考虑的典型指标,以及定量确定指标量值的总体原则。简而言之,总体原则根据其重要性可以依次归纳为以下3项;在保证满足前两项指标要求的前提下才考虑第(3)项:

(1)充分发挥环境效益(环境保护);

(2)保证输配系统稳定运行(安全卫生);

(3)达到最佳成本与效益(经济效益)。

世界各国(地区)在遵循以上原则的基础上根据本国国情确定气质指标量值,故根据“本国国情”实际上就成为制定气质指标的第4项原则。表1列出了欧盟、美国、俄罗斯与欧美几个协会制定的商品天然气(最主要的)4项气质指标。


分析表1所示数据可以得出如下认识:

(1)EASEE-gas的气质指标是在调查了欧洲73个进口天然气(包括管输气和LNG)的交接点后提出的,其规定的发热量范围相当宽,但总硫指标较严格,因为所有进口天然气的H2S+COS含量均≤6mg/m3,而硫醇含量均≤16mg/m3,故将总硫指标定为≤30mg/m3不仅不需要进一步处理原料气,还留有一定余地。

(2)欧洲标准的指标基本上是根据EASEE-gas提出的指标制定,但由于欧洲少数气田生产的天然气CO2含量可能达到4%,因而放宽了对这项指标的限值。

(3)德国生产的部分天然气中含有较多的氧气,故德国燃气与水工协会制定的DVGW标准中,对干气输气管网将此项指标放宽至3%,但并不影响安全生产。

(4)美国天然气协会(AGA)4号报告提出的气质标准,对总硫指标规定的范围很宽,上限达到460 mg/m3;但硫醇含量限值则为23 mg/m3,这是因为硫醇(特别是乙硫醇)的腐蚀性较强。

(5)俄罗斯很多气田生产的天然气中基本上不含CO2,故其国家标准中没有CO2含量指标;但其生产的部分天然气中含有较多硫醇,1990年代规定的硫醇含量上限值为36mg/m3,目前输往欧洲的天然气中已经降至16mg/m3。

   综上所述可以看出,制定气质指标不仅要考虑其先进性,也要结合考虑技术经济等方面的可行性与合理性。


二.我国气质标准的发展历程

与ISO/TC193首次发布气质标准同步,1988年原石油工业部发布了商品天然气气质行业标准(SY7514-88)以来,我国气质标准发展已经历了30年的历程。30年来的实践证明,选定发热量、H2S含量、总硫含量、CO2含量与水露点等5项指标、并以H2S与总硫含量进行分类,以及在早期按发热量进行分组都是符合我国国情的。1999年我国首次发布强制性国家标准“天然气”(GB17820),取消了指标相对落后的四类气,提高了进入长输管道的一类气质量要求,对推动我国西气东输工程的实现及保持长输管道的安全、稳定运行起到重要的保障作用。近年来随着天然气工业迅速发展,以气代煤的环境效益得以充分发挥。2016年中国石油天然气集团公司供应天然气1314.5亿m3,按发热量计算相当于2.7亿t标准煤[2],在燃气过程中可以实现减排CO2 4.9亿t,减排SO2 337万t。

1990年代中期以来,我国不仅进口大量LNG,也从周边国家大量进口管输天然气。为了与国外先进气质标准全面接轨,2012年发布了经修订的GB17820(第二版)。对比表1与表2的数据可以明显看出,30年来我国在改善商品天然气气质指标方面已经取得长足的进步,第二版GB17820中一类气的4项主要技术指标除总硫含量稍高于先进的欧洲标准,其它3项已经达到国际先进水平。


三.对征求意见稿的认识

在天然气发展“十三五”规划引领下,当前我国天然气工业已重回快速发展轨道。2016年表观消费量达到2058亿m3,同比增长6.6%;预计2017年有可能达到2343亿m3 。2016年天然气产量达到1369亿m3,其中页岩气产量79亿m3,同比增长72%;煤制天然气(SNG)产量21.6亿m3,同比增长15%。随着页岩气、煤层气和SNG等新品种进入长输管道及商品气市场,面临大好发展形势,适时地修订强制性国家标准GB17820是非常必要的。但综观征求意见稿及其编制说明,笔者提出以下几点认识求教于广大读者,不当之处敬请批评指正。

(1)控制商品天然气中总硫含量是否是本次修订的主要任务?

(2)天然气作为清洁燃料对我国SO2减排起了关键性的作用,而由商品天然气降低总硫含量产生的SO2减排效果有多大?

(3)对于硫醇含量较高的原料气,目前我国尚未掌握、国外正在开发的(胺法+分子筛法)组合工艺只能将硫醇含量降到16 mg/m3的水平,征求意见稿将一类气的总硫含量规定为20 mg/m3,是否有依据?至于将总硫含量的未来发展目标定为8 mg/m3更是难以理解,对于含有机硫的原料气如何实现此先进指标?

(4)我国有机硫含量较高的天然气皆产自川渝地区的高含硫气田,而当前高含硫天然气净化厂的综合能耗已经远高于低含硫天然气净化厂,最大可相差达10倍以上(参见表3)。因此,在进一步考虑降低净化气中有机硫含量(硫减排)时,是否有必要仔细衡量其与碳减排之间的得失与利弊?

(5)国五标准是一项针对轻型汽车的尾气排放限值标准,且其适用范围仅为使用点燃式发动机的轻型汽车,它与商品天然气总硫含量有何内在联系?


(6)进行此次修订前,是否应在肯定成绩的基础上全面总结GB17820实施以来(技术指标及检验方法)存在的不足之处?

四.大气SO2污染源分析

我国是全球煤炭生产与消费最多的国家,2013年生产量达到73亿t的峰值。虽然2014年后连续3年消费量为负增长,但2016年消费量仍高达71亿t。我国煤炭资源中含硫量低于0.5%的特低硫煤资源极其有限,目前生产的大部分煤炭含硫量为(质量分数)0.5~3.0%,平均含硫量为1.72%。因此,排入大气的SO2问题中有90%来自燃煤过程,故燃煤锅炉是主要污染源。

2013年6月国务院发布大气污染防治十条措施以来,SO2减排取得显著成果。尤其火电行业,通过FGD脱硫系统大规模技术改造,SO2排放量从2010年的1013.9万t降至2015年的528.1万t,年均减排量达到97万t以上(参见表4)。


由于火电行业SO2排放量的大幅度下降,大气中SO2年均浓度也不断下降。如图1所示,2013年还有2个省份SO2年均浓度超过国家标准(60μg/m3),2015年则28省市大气中SO2年均浓度都低于45μg/m3。特别在北京、上海这样的国际性大城市,SO2年均浓度都达到低于20μg/m3


图1   28省市2013~2015年大气中SO2年均浓度变化


按征求意见稿编制说明提供的数据,目前我国有机硫化合物含量较高原料气的年产量约为200亿m3,如果将净化气总硫含量从200 mg/m3降到20 mg/m3,每年可减排SO2约3600t,仅相当于我国2015年SO2减排总量的0.31%!

五.对国五标准的认识

国五标准是强制性国家标准“轻型汽车污染物排放限值及测量方法(中国第五阶段)”(GB18352.5-2013)的简称,它大致相当于目前欧洲正在实施的第五阶段(汽车尾气污染物)排放法规。

(1)从标题即可看出,国五标准是一项(适用于使用点燃式发动机)轻型汽车的尾气排放限值标准;为了达到该标准规定的污染物排放限值,同时还发布了强制性国家标准“车用汽油”(GB17930-2016)和“车用柴油” (GB19147-2016)。

(2)国五标准是涉及汽车制造与石油炼制两大工业的强制性国家标准;就本质而言,国五标准是上述3个标准组成的族标准,符合国五标准的轻型汽车只有在使用符合国五标准油品的前提下,才能全面达到汽车尾气排放的国五标准。

(3)国四标准油品向国五标准升级时,要求将硫含量从50mg/kg降到10mg/kg,但今后再向国六标准发展时,硫含量不再进一步降低,表明从加氢脱硫工艺角度此限值已接近极限。但此值仍高于商品气中6 mg/m3的硫含量指标。

(4)在车用汽油国四标准中尚有硫醇含量质量分数不大于0.001%的规定(相当于硫醇含量60.5 mg/kg),但在国五标准中则仅规定了定性的博士试验一项(参见表5)。国四和国五标准的柴油则均未对硫醇含量作出规定这表明油品中的微量硫醇不会对汽缸的腐蚀产生影响。同时,在GB18352.5规定的Ⅰ型试验列出排放限值的污染物中也不包括SO2。

(5)中石化高桥分公司的工业试验证明,在加氢脱硫过程中当汽油的硫含量降到小于10mg/kg时,绝大部分汽油中硫醇含量都降到2.6mg/kg以下;因此,在升级的过程中并未采用特殊的工艺来脱除油品中硫醇。


六.结论与建议

1.此次修订工作,建议进一步与国际接轨,保留原有的先进指标;取消以含硫量进行分类,代之以规定气质指标的范围。具体建议如下:

高位发热量    31.4~36.0 MJ/m3

H2S含量      6.0~20mg/m3

CO2含量      2.0~3.0%

总硫含量      30~150mg/m3。

2.水含量/水露点是必须保留的重要指标;按国际惯例,水含量指标以特定压力下的水露点表征:在交接点压力下,水露点应比输送条件下最低环境温度低50C。但GB/T17283但规定的冷却镜面法是一种测定物性的方法,不能溯源至SI制单位,故不能作为仲裁方法。并且从西气东输工程的实践情况看,在烃露点高于或接近水露点时,由在线微水仪测定结果换算为水露点时偏差经常达到50C以上。建议从GB/T27896-2011中选择应用较方便的电解法作为仲裁方法。

3.GB/T11060.4规定的氧化微库仑法是为数甚少的基准测量方法(PPM),其不确定度可以SI制单位表达,且已积累了丰富的操作经验。因此,决不能以刚建立的标准方法(RMM)——紫外萤光法来取代。