全面推廣乙醇汽油對(duì)煉廠的影響與應(yīng)對(duì)探討

花 飛 曹孫輝 龔朝兵 魏然波

(中海油惠州石化有限公司，廣東 惠州 516086)

我國(guó)車用乙醇汽油是用體積分?jǐn)?shù)為90%的普通汽油、10%的變性燃料乙醇及改善使用性能的添加劑調(diào)合而成，一般稱為E10乙醇汽油。發(fā)展乙醇汽油在緩解石油資源短缺、解決陳糧轉(zhuǎn)化、調(diào)整農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)、減輕環(huán)境污染、促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展等方面具有重要的戰(zhàn)略意義和良好的發(fā)展前景[1]。

與普通汽油相比，雖然E10乙醇汽油氮氧化物(NOx)的排放量略有升高，但可以有效減少一氧化碳、碳?xì)浠衔?HC)和非甲烷總烴(NMHC)的排放[1-3]。文章就全面推廣乙醇汽油對(duì)煉廠的影響及應(yīng)對(duì)措施進(jìn)行探討。

1 乙醇汽油在我國(guó)的應(yīng)用情況

從2001年之后，E10乙醇汽油開始在全國(guó)各地陸續(xù)推廣。在東北三省、河南、安徽、廣西以及山東部分地區(qū)，乙醇汽油得到近乎強(qiáng)制性的推廣。2015年，全國(guó)乙醇汽油消費(fèi)量約為10.20 Mt，占全國(guó)汽油總消費(fèi)量的20%。2017年9月經(jīng)國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)，國(guó)家發(fā)展改革委員會(huì)等15個(gè)部委聯(lián)合下發(fā)了《關(guān)于擴(kuò)大生物燃料乙醇生產(chǎn)和推廣使用車用乙醇汽油的實(shí)施方案》，要求到2020年，在全國(guó)范圍內(nèi)推廣使用車用乙醇汽油，基本實(shí)現(xiàn)全覆蓋，市場(chǎng)化運(yùn)行機(jī)制初步建立。

截至目前，我國(guó)共有12個(gè)省份使用E10乙醇汽油(見表1)。其中，遼寧、吉林、黑龍江、河南、安徽和廣西6個(gè)省份為“全封閉式”推廣，原則上6個(gè)省份內(nèi)所有加油站全部提供乙醇汽油，不得混雜普通汽油；而江蘇、湖北、河北、山東、內(nèi)蒙古和廣東6個(gè)省份的32個(gè)地市則是“半封閉式”推廣，有些區(qū)域的加油站同時(shí)提供普通汽油和乙醇汽油。從2016年開始，廣東成為全國(guó)第12個(gè)實(shí)行乙醇汽油的地區(qū)，湛江成為廣東第一個(gè)封閉實(shí)行乙醇汽油的地級(jí)市。

表1 我國(guó)乙醇汽油推廣區(qū)域

2 乙醇汽油推廣對(duì)煉廠的影響

根據(jù)專家解讀，2020年市場(chǎng)上基本為車用乙醇汽油，煉廠不再生產(chǎn)車用汽油產(chǎn)品，轉(zhuǎn)為生產(chǎn)車用乙醇汽油調(diào)和組分油，乙醇在銷售渠道添加。調(diào)合車用乙醇汽油所需的燃料乙醇屬于國(guó)家指令性計(jì)劃產(chǎn)品，國(guó)家對(duì)生物燃料乙醇實(shí)行“核準(zhǔn)生產(chǎn)、政府定價(jià)、定向流通、封閉運(yùn)行、有序發(fā)展”。

2.1 普通汽油與乙醇汽油調(diào)合組分油指標(biāo)對(duì)比

乙醇汽油標(biāo)準(zhǔn)要求乙醇汽油中除乙醇外的其他含氧化合物質(zhì)量分?jǐn)?shù)不得超過(guò)0.5%，且不得人為添加(對(duì)比見表2)。這意味著甲基叔丁基醚(MTBE)和醚化汽油等將不能作為汽油高辛烷值調(diào)合組分使用。

表2 車用汽油與車用乙醇汽油調(diào)合組分油標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)對(duì)比

從表2可知：車用乙醇汽油調(diào)合組分油與車用汽油的指標(biāo)相近，除誘導(dǎo)期、氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)、蒸汽壓和苯體積分?jǐn)?shù)的指標(biāo)控制較嚴(yán)外，其余指標(biāo)稍微放寬。根據(jù)研究結(jié)果，汽油中添加10%乙醇后，其研究法辛烷值提高2個(gè)單位，所以在乙醇汽油調(diào)合組分油中對(duì)辛烷值有1.5～2個(gè)單位的下調(diào)。

2.2 燃料乙醇的可獲得性分析

據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，我國(guó)目前已投產(chǎn)的生物乙醇廠家共9家，產(chǎn)能約2 445 kt/a，主要原料為玉米、小麥和木薯；已投產(chǎn)的煤制乙醇產(chǎn)能約845 kt/a。預(yù)計(jì)未來(lái)1～2年內(nèi)投產(chǎn)的生物乙醇產(chǎn)能為1 745 kt/a，煤制乙醇產(chǎn)能為520 kt/a。我國(guó)2016年汽油表觀消費(fèi)量為119 830 kt，按照10%的添加比例，乙醇需求量為11 983 kt，需求缺口較大。使用乙醇汽油需要對(duì)全國(guó)的油品生產(chǎn)儲(chǔ)存輸送體系包括儲(chǔ)罐、調(diào)合系統(tǒng)、管道、油罐車等進(jìn)行改造。據(jù)亞洲清潔燃料協(xié)會(huì)(ACFA)的專家估算，改造費(fèi)用可能高達(dá)數(shù)百億美元，且調(diào)合設(shè)施的投用也需要較長(zhǎng)的建設(shè)周期。有文獻(xiàn)報(bào)道，普通汽油與E10乙醇汽油的交叉使用更易導(dǎo)致油品泄露和排放超標(biāo)現(xiàn)象的發(fā)生，造成發(fā)動(dòng)機(jī)部件和廢氣再循環(huán)(EGR)系統(tǒng)故障[4]，并且用戶普遍對(duì)乙醇汽油接受程度不高。從可行性來(lái)說(shuō)，分步實(shí)施的可能性較大。

從廣東周邊地區(qū)來(lái)看，按照汽油平均月產(chǎn)量估算，廣東850 kt，廣西400 kt，海南200 kt，福建350 kt，四省區(qū)年產(chǎn)汽油約21 600 kt。如果全面推廣乙醇汽油，按照摻加10%乙醇計(jì)算，每年需要乙醇2 160 kt。廣東周邊地區(qū)目前已投用的生物燃料乙醇產(chǎn)能為650 kt/a，在建300 kt/a，乙醇產(chǎn)能缺口較大(見表3)。

如果采用進(jìn)口乙醇方式彌補(bǔ)國(guó)內(nèi)產(chǎn)能的不足，可能會(huì)對(duì)國(guó)內(nèi)纖維素制乙醇產(chǎn)業(yè)造成打壓，建議考慮參照國(guó)外乙醇汽油實(shí)施經(jīng)驗(yàn)，分步實(shí)施，大城市可延后實(shí)施。

表3 廣東周邊生物燃料乙醇生產(chǎn)企業(yè)及產(chǎn)能

3 煉廠應(yīng)對(duì)乙醇汽油推廣的間接烷基化技術(shù)

車用乙醇汽油全面推廣后，醚類汽油組分(MTBE和醚化輕汽油)限制加入，高辛烷值調(diào)合組分減少，汽油池結(jié)構(gòu)相對(duì)脆弱，汽油指標(biāo)可能存在卡邊的危險(xiǎn)。對(duì)于碳四的綜合利用以及汽油的質(zhì)量升級(jí)[5-8]，一般的應(yīng)對(duì)路徑有：

(1)催化裂化裝置進(jìn)行催化劑調(diào)變，減少異丁烯產(chǎn)量，F(xiàn)CC產(chǎn)品結(jié)構(gòu)或流程調(diào)整；

(2)碳四烯烴疊合技術(shù)(疊合+加氫)；

(3)MTBE分解制高純度異丁烯，作為甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丁基橡膠和聚異丁烯的原料；

(4)烯烴歧化技術(shù)，如利用乙烯與丁烯歧化生產(chǎn)丙烯等；

(5)液化氣/汽油芳構(gòu)化技術(shù)，芳構(gòu)化產(chǎn)生的三苯進(jìn)行分離。

3.1 國(guó)外間接烷基化技術(shù)

國(guó)外將碳四中的異丁烯二聚再加氫生產(chǎn)異辛烷，稱為間接烷基化技術(shù)，以與異丁烷為原料生產(chǎn)烷基化油的直接烷基化技術(shù)相區(qū)別。間接烷基化可分為選擇性間接烷基化(適用于下游有甲乙酮等)和非選擇性間接烷基化(適用于下游直接烷基化)。間接烷基化通常采用大孔磺酸型陽(yáng)離子交換樹脂作為催化劑，生產(chǎn)過(guò)程環(huán)境友好，投資少，產(chǎn)品質(zhì)量高(異辛烯和異辛烷產(chǎn)物的研究法辛烷值與馬達(dá)法辛烷值高于烷基化油，蒸汽壓低于烷基化油，見表4)，還可以利用現(xiàn)有的MTBE裝置，已成為國(guó)外現(xiàn)有MTBE裝置轉(zhuǎn)產(chǎn)的主要途徑。

表4 汽油高辛烷值調(diào)合組分性質(zhì)比較

國(guó)外主要的烯烴疊合工藝包括：(1)美國(guó)UOP公司的非選擇性疊合工藝(InAIK)，將異丁烯進(jìn)行二聚或異丁烯與C3～C5烯烴進(jìn)行疊合再加氫飽和，得到高辛烷值的烷烴類汽油調(diào)合組分；采用樹脂催化劑或固體磷酸(SPAC)催化劑，樹脂催化劑主要轉(zhuǎn)化異丁烯，固體磷酸催化劑可轉(zhuǎn)化正丁烯。(2)法國(guó)IFP的選擇性疊合工藝(Selectopol)，采用鎳絡(luò)合物催化劑體系。(3)CD Tech公司的二聚技術(shù)(CD Isoether，添加有降低樹脂酸度的氧化物助劑)，采用酸性樹脂催化劑。(4)美國(guó)原Mobil公司的非選擇性疊合工藝(MOGD)，采用ZSM-5分子篩作催化劑。國(guó)外間接烷基化相關(guān)工藝的技術(shù)特點(diǎn)見表5。

表5 國(guó)外幾種間接烷基化工藝技術(shù)特點(diǎn)

3.2 國(guó)內(nèi)間接烷基化技術(shù)

國(guó)內(nèi)間接烷基化技術(shù)有中國(guó)石油化工股份有限公司旗下的齊魯分公司研究院的間接烷基化技術(shù)、上海石油化工研究院OilHyd技術(shù)、石油化工科學(xué)研究院疊合-醚化技術(shù)和凱瑞環(huán)?？萍脊煞萦邢薰镜腒R-IA間接烷基化技術(shù)(見表6)。但僅石油化工科學(xué)研究院疊合-醚化技術(shù)和凱瑞環(huán)?？萍脊煞萦邢薰镜腒R-IA間接烷基化技術(shù)實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化，如山東玉皇化工(集團(tuán))有限公司采用凱瑞技術(shù)的130 kt/a疊合裝置于2016年12月投產(chǎn)。

表6 國(guó)內(nèi)幾種間接烷基化工藝技術(shù)特點(diǎn)

4 結(jié)語(yǔ)

推廣乙醇汽油對(duì)于減輕環(huán)境污染，改善大氣質(zhì)量具有較好的效果。全面推廣乙醇汽油，需要解決國(guó)內(nèi)燃料乙醇供應(yīng)不足和醚類裝置轉(zhuǎn)產(chǎn)的問(wèn)題。將異丁烯疊合生成異辛烯，再加氫成為異辛烷的間接烷基化工藝，其產(chǎn)物辛烷值高，可利用原有的MTBE裝置，改造費(fèi)用較低；對(duì)于燃料型煉廠來(lái)說(shuō)，可考慮作為現(xiàn)有MTBE裝置轉(zhuǎn)產(chǎn)的工藝路線。

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