曾宿主，解增忠，許友好

(中國石化石油化工科學(xué)研究院，北京 100083)

生產(chǎn)滿足國Ⅴ排放標(biāo)準(zhǔn)汽油的技術(shù)路線及其效益分析

曾宿主，解增忠，許友好

(中國石化石油化工科學(xué)研究院，北京 100083)

考察了2.0 Mt/a蠟油FCC裝置采用MIP工藝/常規(guī)FCC工藝結(jié)合S Zorb、烷基化與MTBE工藝生產(chǎn)滿足國Ⅴ排放標(biāo)準(zhǔn)汽油時(shí)的成本與效益。結(jié)果表明：MIP工藝相比常規(guī)FCC工藝可以增產(chǎn)汽油，顯著降低成本，提升經(jīng)濟(jì)效益；煉油企業(yè)在汽油質(zhì)量升級過程中雖然增加了大量成本，但是由于技術(shù)進(jìn)步帶來的成本經(jīng)濟(jì)效益優(yōu)勢的增加可以很大程度上彌補(bǔ)成本的增加。

汽油升級 MIP FCC S Zorb 烷基化 成本 效益

我國汽油質(zhì)量升級按照汽油標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展以及相應(yīng)的生產(chǎn)工藝不同可以分為4個(gè)階段。第一個(gè)階段：低辛烷值含鉛汽油階段。1959—1991年，F(xiàn)CC裝置作為主要的汽油生產(chǎn)裝置，主要加工直餾蠟油餾分，直接生產(chǎn)合格汽油，汽油池辛烷值低(研究法辛烷值大于66即可滿足要求)，對硫含量與烯烴含量以及芳烴含量不作要求，此階段主要以提高汽油辛烷值為主。第二階段：無鉛化汽油階段。1991—1999年，1999 年制定了“GB 17930—1999車用無鉛汽油”強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)，對硫、烯烴、芳烴和苯等有害物質(zhì)的含量規(guī)定了限值。此階段由于對汽油硫含量、烯烴含量等指標(biāo)限制較寬松，F(xiàn)CC汽油不需要經(jīng)過加氫處理即可直接作為汽油調(diào)合組分。第三階段：FCC汽油加氫與降烯烴階段。2000—2009年，對“GB 17930—1999”標(biāo)準(zhǔn)陸續(xù)進(jìn)行3次修改，主要要求降低硫含量和控制烯烴含量。從2005年7月1日起實(shí)施的標(biāo)準(zhǔn)已將指標(biāo)修改為硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)不大于500 μg/g，烯烴體積分?jǐn)?shù)不大于35%。2006年我國又頒布了“GB 17930—2006車用汽油”國家標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定從2009年12月31日起車用汽油硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低到150 μg/g以下，烯烴體積分?jǐn)?shù)不大于30%。由于進(jìn)一步對汽油硫含量與烯烴含量提出較嚴(yán)格要求，F(xiàn)CC汽油加氫技術(shù)逐步推廣，典型的FCC降烯烴降硫工藝如多產(chǎn)異構(gòu)烷烴的FCC工藝(Maximizing Iso-Paraffins Process，簡稱MIP工藝)獲得長足發(fā)展，此階段由于FCC汽油加氫處理過程中辛烷值損失，汽油池辛烷值不足問題開始顯現(xiàn)，汽油生產(chǎn)企業(yè)開始關(guān)注FCC-汽油加氫工藝組合以降低辛烷值損失，同時(shí)大量的MTBE工藝裝置開始建成投產(chǎn)。第四階段：FCC-汽油加氫組合工藝階段。2011年5月頒布的“GB 17930—2011車用汽油”國家標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定從2012年1月31日起，車用汽油硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低到50 μg/g以下，烯烴體積分?jǐn)?shù)不大于25%；2013年12月頒布的“GB 17930—2013車用汽油”國家標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定從2018年1月1日起全國實(shí)行國Ⅴ汽油排放標(biāo)準(zhǔn)，要求車用汽油硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低到10 μg/g以下，烯烴體積分?jǐn)?shù)不大于24%。對硫含量的嚴(yán)格要求對FCC汽油處理工藝提出了很高的要求，F(xiàn)CC汽油吸附脫硫(S Zorb)工藝[1-2]因其操作成本與能耗低以及出色的辛烷值保持能力在諸多具備生產(chǎn)滿足國Ⅴ排放標(biāo)準(zhǔn)汽油的FCC汽油處理技術(shù)中具有領(lǐng)先優(yōu)勢。大量研究結(jié)果表明，F(xiàn)CC汽油烯烴含量低可以顯著降低加氫處理過程辛烷值損失，MIP工藝[3-4]因其較高的重油轉(zhuǎn)化深度和較高的汽油辛烷值、較低的汽油烯烴含量，相比常規(guī)FCC工藝在應(yīng)對滿足國Ⅴ排放標(biāo)準(zhǔn)汽油生產(chǎn)中體現(xiàn)出顯著技術(shù)優(yōu)勢[5-6]。煉油企業(yè)在降低成本與獲取更大經(jīng)濟(jì)利益的驅(qū)動下，紛紛采用MIP與S Zorb相結(jié)合的工藝形式進(jìn)行滿足國Ⅴ排放標(biāo)準(zhǔn)汽油的生產(chǎn)。當(dāng)汽油硫含量標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)提高到質(zhì)量分?jǐn)?shù)不大于10 μg/g時(shí)，未來汽油標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展重在烴類組成的控制與調(diào)變上，烷基化技術(shù)、芳構(gòu)化技術(shù)等氣體深加工技術(shù)將會得到迅速發(fā)展。煉油企業(yè)為了汽油質(zhì)量升級，一方面不斷研發(fā)并改進(jìn)新技術(shù)，一方面投入資金針對FCC裝置實(shí)施MIP改造并新建一系列S Zorb裝置、汽油選擇性加氫裝置、MTBE裝置、烷基化裝置等，有必要針對汽油質(zhì)量升級的成本與技術(shù)進(jìn)步帶來的經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行分析。

1 車用汽油生產(chǎn)技術(shù)路線及其工業(yè)應(yīng)用

MIP工藝將常規(guī)的FCC工藝的直管提升管改為串聯(lián)變徑提升管反應(yīng)器，分為兩個(gè)反應(yīng)區(qū)：第一反應(yīng)區(qū)以裂化反應(yīng)為主，反應(yīng)溫度高，油氣和催化劑接觸時(shí)間短，生成較多的烯烴，第一反應(yīng)區(qū)的結(jié)構(gòu)以及預(yù)提升段的結(jié)構(gòu)與常規(guī)的提升管反應(yīng)器相似；第二反應(yīng)區(qū)增加異構(gòu)化和選擇性氫轉(zhuǎn)移反應(yīng)，從而提高汽油中的異構(gòu)烷烴含量，或者將來自第一反應(yīng)區(qū)油氣中的烯烴裂化為低碳烯烴[7-8]。MIP工藝已大范圍地推廣應(yīng)用，目前共有67套工業(yè)裝置正常運(yùn)轉(zhuǎn)，總加工能力為105.05 Mt/a，全國MIP和FCC裝置數(shù)(含在建裝置)和加工量對比列于表1。從表1可以看出，中國石化FCC汽油約有69.95%來自MIP裝置，中國石油FCC汽油約有33.13%來自MIP裝置。

表1 中國FCC裝置數(shù)量和加工能力統(tǒng)計(jì)

2007年，中國石化從美國康菲公司買斷了S Zorb技術(shù)，并進(jìn)行消化吸收再開發(fā)，形成了新一代S Zorb技術(shù)，生產(chǎn)周期和運(yùn)行穩(wěn)定性均大幅度提高。S Zorb吸附脫硫工藝因其操作成本與能耗低以及出色的辛烷值保持能力，在諸多具備生產(chǎn)滿足國Ⅴ排放標(biāo)準(zhǔn)汽油的FCC汽油處理技術(shù)中具有優(yōu)勢。國內(nèi)首套S Zorb裝置于2007年6月建成，到2013年，國內(nèi)在建及投用的裝置共計(jì)26套。S Zorb裝置在各煉油企業(yè)分布及加工能力列于表2。2013年，中國石化S Zorb裝置實(shí)際處理量為12.21 Mt/a，占中國石化總的汽油脫硫率的67.42%。

表2 S Zorb裝置在各煉油企業(yè)的分布及加工能力

2 汽油生產(chǎn)方案設(shè)計(jì)

由于我國車用汽油池中FCC汽油約占70%左右，在探討車用汽油生產(chǎn)途徑時(shí)一定要以FCC裝置為基礎(chǔ)，由此車用汽油生產(chǎn)可分成兩條途徑：一是MIP、汽油脫硫、烷基化和醚化工藝組合；二是FCC、汽油脫硫、烷基化和醚化工藝組合。為了比較不同汽油生產(chǎn)方案的經(jīng)濟(jì)效益，設(shè)計(jì)5種方案進(jìn)行研究。

方案1：FCC-S Zorb。以2.0 Mt/a直餾蠟油為原料，采用常規(guī)FCC工藝生產(chǎn)汽油，F(xiàn)CC汽油經(jīng)過S Zorb裝置處理生產(chǎn)滿足國Ⅴ排放標(biāo)準(zhǔn)汽油的調(diào)合組分，液化氣經(jīng)過氣體分離裝置分離得到丙烯后，剩下的液化氣外銷，F(xiàn)CC柴油經(jīng)過加氫處理調(diào)合普通柴油。

方案2：FCC-S Zorb-烷基化。在方案1的基礎(chǔ)上，液化氣經(jīng)過氣體分離裝置分離得到丙烯后，剩下的混合C4液化氣作為烷基化裝置原料。

方案3：FCC-S Zorb-烷基化-MTBE。在方案1的基礎(chǔ)上，經(jīng)過氣體裝置剩余的混合C4液化氣作為MTBE裝置原料，其未反應(yīng)的液化氣作為烷基化裝置原料。

方案4：MIP-S Zorb-烷基化。在方案2的基礎(chǔ)上，采用MIP工藝加工2.0 Mt/a直餾蠟油，混合C4液化氣采用烷基化技術(shù)生產(chǎn)烷基化汽油。

方案5：MIP-S Zorb-烷基化-MTBE。在方案3的基礎(chǔ)上，采用MIP工藝加工2.0 Mt/a直餾蠟油，混合C4液化氣采用MTBE與烷基化技術(shù)進(jìn)行深加工以增產(chǎn)汽油。

分別針對以上5種方案，采用工藝裝置長期運(yùn)行可靠數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬計(jì)算，依據(jù)原油價(jià)格80美元/bbl(1 bbl≈159 L)、100美元/bbl以及2013年上半年市場均價(jià)3個(gè)價(jià)格體系分別計(jì)算各方案的經(jīng)濟(jì)效益，其中80美元/bbl、100美元/bbl價(jià)格為石化行業(yè)工程評估價(jià)格。

3 MIP和FCC工藝產(chǎn)物分布及汽油性質(zhì)

MIP技術(shù)改造前后的FCC產(chǎn)物分布及汽油性質(zhì)變化見表3。從表3可以看出，MIP工藝可以顯著提高總液體收率，提高FCC汽油產(chǎn)量，其汽油也具有更高的辛烷值、更低的烯烴含量與硫含量。

表3 采用MIP技術(shù)改造前后的FCC產(chǎn)物分布及汽油性質(zhì)的變化

相對于FCC汽油，MIP汽油在烯烴含量大幅降低的情況下，RON有所增加(除個(gè)別裝置外)，MON明顯地增加，尤其在以多產(chǎn)丙烯和汽油方案生產(chǎn)時(shí)，MIP汽油的RON和MON均增加近2個(gè)單位，產(chǎn)物硫含量與原料硫含量之比降低約為30%～50%，且苯含量較低[5，9]。

MIP和FCC工藝的氣體產(chǎn)物作為烷基化裝置、MTBE裝置和疊合裝置的原料，可以生產(chǎn)更多高辛烷值、低烯烴含量的汽油，以滿足對更高品質(zhì)汽油的需求。MIP和FCC工藝產(chǎn)物液化氣組成和產(chǎn)率、烷基化汽油產(chǎn)率和MTBE產(chǎn)率列于表4。采用S Zorb技術(shù)處理MIP和FCC汽油后的辛烷值與烯烴含量預(yù)測值見表5。由于MIP汽油具有烯烴含量與硫含量低的特性，在經(jīng)過S Zorb工藝處理生產(chǎn)滿足國Ⅴ排放標(biāo)準(zhǔn)汽油時(shí)，辛烷值損失更小。

表4 MIP和FCC產(chǎn)物液化氣組成和產(chǎn)率、烷基化汽油產(chǎn)率和MTBE產(chǎn)率

表5 MIP和FCC汽油經(jīng)S Zorb工藝處理后的辛烷值及烯烴含量預(yù)測

將表3和表4不同工藝所生產(chǎn)的汽油量進(jìn)行累加，同時(shí)對其烯烴和辛烷值進(jìn)行簡單地加和計(jì)算，可以推導(dǎo)出途徑一(MIP+S Zorb+烷基化+MTBE)和途徑二(FCC+S Zorb+烷基化+MTBE)的調(diào)合汽油產(chǎn)率和性質(zhì)，結(jié)果見表6。從表6可以看出，途徑一可以直接生產(chǎn)95號滿足國Ⅴ排放標(biāo)準(zhǔn)車用汽油，且汽油產(chǎn)率高，而途徑二只能生產(chǎn)92號國Ⅴ排放標(biāo)準(zhǔn)車用汽油，且汽油產(chǎn)率低。同時(shí)要開發(fā)更先進(jìn)的烷基化技術(shù)滿足未來車用汽油質(zhì)量升級的需求。

4 不同汽油生產(chǎn)方案經(jīng)濟(jì)效益分析

分別針對5種方案進(jìn)行模擬計(jì)算，各方案的物料衡算結(jié)果見表7，不同汽油生產(chǎn)方案裝置加工能力見表8。由表7和表8中方案1～方案3的對比可知，烷基化與MTBE工藝可大幅增產(chǎn)汽油，提高汽油池辛烷值，降低汽油池烯烴與芳烴含量；對比方案2和方案4可知，MIP工藝相比常規(guī)FCC工藝可以增產(chǎn)汽油，其液化氣烴類組成有利于提高烷基化汽油產(chǎn)量；對比方案3與方案5可知，在FCC工藝、烷基化工藝以及MTBE工藝生產(chǎn)汽油時(shí)，MIP工藝相對于常規(guī)FCC工藝，可以增產(chǎn)汽油77.6 kt/a，增產(chǎn)丙烯36.1 kt/a，增產(chǎn)高附加值產(chǎn)品38.0 kt/a。

表7 不同汽油生產(chǎn)方案的物料衡算結(jié)果 kt

表8 不同汽油生產(chǎn)方案的裝置加工能力 kt/a

采用80美元/bbl、100美元/bbl以及2013年上半年市場均價(jià)3個(gè)價(jià)格體系分別計(jì)算各方案的經(jīng)濟(jì)效益，結(jié)果見表9。對比方案1、方案2以及方案3可知，針對FCC液化氣采用烷基化工藝與MTBE工藝，可以增加經(jīng)濟(jì)效益，其中MTBE裝置對經(jīng)濟(jì)效益的貢獻(xiàn)高于烷基化裝置；對比方案2與方案4可知，MIP-S Zorb-烷基化方案相比FCC-S Zorb-烷基化方案經(jīng)濟(jì)效益高出約191元/t；對比方案3與方案5可知，F(xiàn)CC結(jié)合烷基化與MTBE工藝生產(chǎn)汽油時(shí)，MIP相對于常規(guī)FCC經(jīng)濟(jì)效益高出約195元/t，說明技術(shù)進(jìn)步在汽油質(zhì)量升級過程中可大幅度提升煉油企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

表9 不同汽油生產(chǎn)方案下的經(jīng)濟(jì)效益

5 汽油生產(chǎn)成本分析

以方案3與方案5為例說明汽油質(zhì)量升級過程的成本。汽油質(zhì)量升級成本主要包括S Zorb裝置、MTBE裝置、烷基化裝置操作費(fèi)用、投資折舊、其它成本(人力、維修、社區(qū)服務(wù)、排污以及技術(shù)許可等)、S Zorb處理FCC汽油辛烷值損失成本等，具體情況如表10所示。在汽油質(zhì)量升級過程中，以常規(guī)FCC為例，需要增加成本232.46元/t，而采用MIP改造可降低成本61.70元/t。方案5比方案3的經(jīng)濟(jì)效益高出約195元/t，除了因?yàn)榻档统杀精@利61.71元/t外，由于MIP工藝總的液體收率高，生產(chǎn)汽油產(chǎn)量高、汽油辛烷值較高，其液化氣產(chǎn)量高且組成更適合生產(chǎn)烷基化汽油等方面因素可獲利約133元/t。

表10 汽油質(zhì)量升級成本分析

6 結(jié) 論

MIP工藝結(jié)合S Zorb工藝在生產(chǎn)滿足國Ⅴ排放標(biāo)準(zhǔn)汽油時(shí)，相比常規(guī)FCC工藝可以顯著增加汽油產(chǎn)量與提高經(jīng)濟(jì)效益，烷基化與MTBE等液化氣深加工工藝可以進(jìn)一步增產(chǎn)汽油與提升經(jīng)濟(jì)效益。汽油質(zhì)量升級過程也是不斷增加成本的過程，針對常規(guī)FCC汽油采用S Zorb工藝處理，結(jié)合烷基化以及MTBE工藝需要付出約232元/t的成本，而采用MIP工藝可以降低成本61.71元/t，因?yàn)榧夹g(shù)的進(jìn)步相對常規(guī)FCC可以多獲利約195元/t。這充分說明在汽油質(zhì)量升級過程中雖然增加了大量成本，但技術(shù)進(jìn)步創(chuàng)造的效益大幅度彌補(bǔ)了成本的增加，如果考慮S Zorb工藝在生產(chǎn)滿足國Ⅴ排放標(biāo)準(zhǔn)汽油時(shí)相比其它汽油選擇性加氫工藝具有的成本優(yōu)勢與辛烷值保持優(yōu)勢，技術(shù)進(jìn)步創(chuàng)造的效益還將進(jìn)一步提升。

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TECHNICAL ROADMAP AND BENEFIT ANALYSIS FOR NATIONAL PHASE V GASOLINE PRODUCTION

Zeng Suzhu， Xie Zengzhong， Xu Youhao

(SINOPEC Research Institute of Petroleum Processing， Beijing 100083)

The cost and benefit of producing national phase V gasoline in a 2 Mt/a VGO FCC unit using MIP or conventional catalytic cracking technology with S Zorb， alkylation and MTBE technologies are analyzed. Compared with the conventional catalytic cracking， MIP technology has higher gasoline yield， lower production cost， resulting in a better benefit. Although gasoline quality upgrading increases the cost of refinery， it can be compensated through technological advances largely.

gasoline quality upgrades； MIP； catalytic cracking； S Zorb； alkylation； cost； benefit

2015-01-19； 修改稿收到日期： 2015-03-21。

曾宿主，碩士，高級工程師，主要從事煉油廠流程優(yōu)化與評估工作。

解增忠，E-mail：xiezz.ripp@sinopec.com。