曹?chē)?guó)慶,曹東學(xué),黃順賢
(中國(guó)石化股份公司煉油事業(yè)部,北京 100728)
為充分發(fā)揮生物燃料乙醇產(chǎn)業(yè)對(duì)優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、改善生態(tài)環(huán)境、促進(jìn)農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要作用,2017年9月,國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)家能源局、財(cái)政部等十五部委聯(lián)合印發(fā)了《關(guān)于擴(kuò)大生物燃料乙醇生產(chǎn)和推廣使用車(chē)用乙醇汽油的實(shí)施方案》(發(fā)改能源﹝2017﹞1508號(hào))。該方案要求,到2020年,全國(guó)范圍基本實(shí)現(xiàn)車(chē)用乙醇汽油全覆蓋,這將對(duì)我國(guó)煉油行業(yè)產(chǎn)生重大影響,需要提前謀劃、統(tǒng)籌應(yīng)對(duì)。
一是實(shí)施能源發(fā)展戰(zhàn)略行動(dòng)計(jì)劃、提高能源自給能力的需要?!赌茉窗l(fā)展戰(zhàn)略行動(dòng)計(jì)劃(2014—2020)》指出:“積極發(fā)展交通燃油替代。加強(qiáng)先進(jìn)生物質(zhì)能技術(shù)攻關(guān)和示范,重點(diǎn)發(fā)展新一代非糧燃料乙醇和生物柴油”。推廣車(chē)用乙醇汽油,可替代部分石油,提高非化石能源比重,有利于轉(zhuǎn)變能源發(fā)展方式,調(diào)整優(yōu)化能源結(jié)構(gòu),提高能源自給水平,保障國(guó)家能源安全。
二是促進(jìn)農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革、提高糧食安全水平的需要。近年來(lái),我國(guó)糧食生產(chǎn)連年豐收,在有力保障市場(chǎng)供應(yīng)的同時(shí),帶來(lái)了政策性庫(kù)存高等問(wèn)題,擴(kuò)大生物燃料乙醇生產(chǎn)消費(fèi),可調(diào)節(jié)糧食市場(chǎng)供求,有效處置臨期、超期、超標(biāo)等糧食,為大宗農(nóng)產(chǎn)品建立長(zhǎng)期、穩(wěn)定、可控的加工轉(zhuǎn)化調(diào)節(jié)渠道,提高國(guó)家對(duì)糧食生產(chǎn)、庫(kù)存、價(jià)格等方面的市場(chǎng)調(diào)控能力,促進(jìn)糧食供求平衡。
三是減少汽車(chē)燃油污染物排放、持續(xù)改善生態(tài)環(huán)境的需要。推廣使用車(chē)用乙醇汽油,可以減少二氧化碳以及機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣中的顆粒物、一氧化碳、碳?xì)浠衔锏扔泻ξ镔|(zhì)排放。發(fā)展生物燃料乙醇,可解決秸稈等農(nóng)林廢棄物焚燒問(wèn)題,改善大氣環(huán)境質(zhì)量。另外與車(chē)用汽油相比,乙醇汽油可進(jìn)一步規(guī)避MTBE組分造成地下水污染的風(fēng)險(xiǎn)。
四是推動(dòng)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展、培育農(nóng)業(yè)農(nóng)村發(fā)展新動(dòng)能的需要。東北等生物質(zhì)資源豐富地區(qū)具有發(fā)展生物燃料乙醇的優(yōu)勢(shì)和產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ),加快發(fā)展生物燃料乙醇,是深入實(shí)施黨中央、國(guó)務(wù)院關(guān)于全面振興東北地區(qū)等老工業(yè)基地戰(zhàn)略部署的重要舉措,有利于加快培育綠色經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn),促進(jìn)新舊動(dòng)能接續(xù)轉(zhuǎn)換,推進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整。發(fā)展生物燃料乙醇,是提高農(nóng)產(chǎn)品深加工水平的重要途徑,有利于穩(wěn)定農(nóng)業(yè)生產(chǎn),進(jìn)一步夯實(shí)糧食主產(chǎn)區(qū)地位,帶動(dòng)農(nóng)業(yè)增效和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展[1]。
1.2.1 國(guó)外
2005年以來(lái),世界生物燃料乙醇生產(chǎn)消費(fèi)規(guī)??焖僭鲩L(zhǎng),2017年全球生物燃料乙醇產(chǎn)量已達(dá)7 900萬(wàn)噸,與2005年的3 628萬(wàn)噸相比,翻了一番多,年均增速約7%。據(jù)統(tǒng)計(jì),目前已有超過(guò)40個(gè)國(guó)家和地區(qū)推廣生物燃料乙醇和車(chē)用乙醇汽油,年消費(fèi)乙醇汽油約6億噸,占世界汽油總消費(fèi)的60%左右。
美國(guó)是世界最大的生物燃料乙醇生產(chǎn)國(guó),主要原料為玉米。據(jù)美國(guó)可再生燃料協(xié)會(huì)數(shù)據(jù),2017年全美生物燃料乙醇總產(chǎn)量達(dá)4 740萬(wàn)噸,超過(guò)世界總產(chǎn)量的50%。美國(guó)乙醇汽油分為E10、E15、E85三種類型,E10汽油占比最大。通過(guò)立法,車(chē)用乙醇汽油在美國(guó)應(yīng)用已實(shí)現(xiàn)全覆蓋。
巴西是全球生物燃料乙醇第二大生產(chǎn)消費(fèi)國(guó),主要原料為甘蔗,2017年,巴西生物燃料乙醇產(chǎn)量2 128萬(wàn)噸,產(chǎn)業(yè)規(guī)模僅次于美國(guó)。巴西從2007年實(shí)現(xiàn)100%汽油添加乙醇,是最早實(shí)現(xiàn)車(chē)用乙醇汽油全覆蓋的國(guó)家。目前,巴西生物燃料乙醇已替代了國(guó)內(nèi)50%的汽油,為全球最高水平。
歐盟早在1985年開(kāi)始使用乙醇含量5%的車(chē)用乙醇汽油,2017年歐盟生物燃料乙醇產(chǎn)量為423萬(wàn)噸,2020年規(guī)劃生物燃料在歐盟交通燃料比例不低于10%。
1.2.2 國(guó)內(nèi)
2000年9月,我國(guó)正式啟動(dòng)變性燃料乙醇及車(chē)用乙醇汽油的試驗(yàn)與推廣工作。2001年4月,國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局頒布車(chē)用乙醇汽油和變性燃料乙醇國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。2002年6月,河南省鄭州、洛陽(yáng)、南陽(yáng)以及黑龍江哈爾濱、肇東五個(gè)城市成為首先進(jìn)行車(chē)用乙醇汽油的使用試點(diǎn)城市。2004年2月,車(chē)用乙醇汽油擴(kuò)大試點(diǎn)方案執(zhí)行,黑龍江、吉林、遼寧、河南、安徽五省封閉推廣,并新增湖北9市、山東7市、江蘇5市、河北6市局部試點(diǎn)。
目前全國(guó)已有12個(gè)省區(qū)推廣使用乙醇汽油,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省份所有加油站全部提供乙醇汽油,不得混雜普通汽油;而湖北9個(gè)地市、山東8個(gè)地市、河北6個(gè)地市、江蘇5個(gè)地市、內(nèi)蒙古3個(gè)地市和廣東1個(gè)市共6省32個(gè)地市則是“半封閉式”推廣,有些區(qū)域加油站同時(shí)提供普通汽油和乙醇汽油,乙醇汽油消費(fèi)量占當(dāng)年全國(guó)汽油總消費(fèi)量的20%[2]。
國(guó)內(nèi)生物燃料乙醇生產(chǎn)企業(yè)有8家,產(chǎn)能總計(jì)256萬(wàn)噸/年,基本滿足上述目前乙醇汽油推行區(qū)域燃料乙醇供應(yīng)需求。從技術(shù)路線看,采用以玉米、小麥為原料的1.0代技術(shù)的乙醇產(chǎn)能為206萬(wàn)噸/年,占總產(chǎn)能的80.5%;采用以木薯、甜高粱為原料的1.5代技術(shù)的乙醇產(chǎn)能為45萬(wàn)噸/年,占總產(chǎn)能的17.6%;采用以秸稈為原料的2.0代技術(shù)的乙醇產(chǎn)能為5萬(wàn)噸/年,占總產(chǎn)能的1.9%。我國(guó)生物燃料乙醇年消費(fèi)量近260萬(wàn)噸,產(chǎn)業(yè)規(guī)模居世界第三位??傮w上看,我國(guó)車(chē)用乙醇汽油試點(diǎn)工作取得了預(yù)期效果,形成了以“核準(zhǔn)生產(chǎn)、定向流通、封閉推廣”為特征的可再生燃料推廣模式,為進(jìn)一步推廣使用車(chē)用乙醇汽油奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
根據(jù)現(xiàn)行《車(chē)用乙醇汽油(E10)》(GB 18351—2017)要求,“在不添加含氧化合物的車(chē)用乙醇汽油調(diào)合組分油中加入10%(φ)變性燃料乙醇及改善性能添加劑組成車(chē)用乙醇汽油(E10)”、車(chē)用乙醇汽油“不得人為加入其他有機(jī)含氧化合物”。
根據(jù)發(fā)改委和統(tǒng)計(jì)局預(yù)測(cè),“十三五”期間,國(guó)內(nèi)汽油消費(fèi)量年均增速分別為2.9%和3.1%,2020年全國(guó)汽油消費(fèi)量分別為1.37億噸和1.53億噸,乙醇汽油全面推廣需要近1 400萬(wàn) ~1 500萬(wàn)噸燃料乙醇調(diào)入汽油。E10乙醇汽油意味著煉廠汽油組分需要減產(chǎn)10%,在目前汽油消費(fèi)增速放緩、成品油出口空間受限、地方煉廠原油進(jìn)口量不斷加大、大型煉化項(xiàng)目陸續(xù)投產(chǎn)的情況下,市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)進(jìn)入白熱化[3]。
目前國(guó)內(nèi)汽油池是以催化汽油為主體,其他組分占比較低。催化汽油占73.2%,重整汽油占16.4%,甲基叔丁基醚(MTBE)占2.0%,直餾汽油占1.1%,烷基化汽油占1.0%,其他組分占6.4%[4]。
國(guó)Ⅵ車(chē)用汽油和車(chē)用乙醇汽油調(diào)合組分油的辛烷值、抗爆指數(shù)、芳烴、烯烴、蒸汽壓、誘導(dǎo)期、氧含量等主要控制指標(biāo)有較大變化,車(chē)用乙醇汽油組分油對(duì)蒸氣壓、含氧化合物、誘導(dǎo)期、水分等方面有特殊要求,對(duì)辛烷值、烯烴、芳烴等指標(biāo)有所放寬,見(jiàn)表1。屆時(shí)MTBE、醚化汽油等含氧組分將無(wú)法調(diào)入汽油,給汽油池辛烷值桶造成一定損失;同時(shí)由于蒸氣壓指標(biāo)更加嚴(yán)格,對(duì)于汽油池中含異構(gòu)化油的煉油企業(yè)調(diào)合出廠產(chǎn)生較大影響。因此,煉油企業(yè)生產(chǎn)乙醇汽油調(diào)合組分油,需調(diào)入更多的烷基化油,彌補(bǔ)辛烷值桶的損失。
表1 國(guó)Ⅵ車(chē)用汽油和乙醇汽油調(diào)合組分油的 主要控制指標(biāo)
據(jù)統(tǒng)計(jì),我國(guó)MTBE裝置總產(chǎn)能達(dá)到1 800萬(wàn)噸/年,主要分布在山東、東北和華東地區(qū),其中山東地區(qū)產(chǎn)能占據(jù)半壁江山[5]。另輕汽油醚化裝置總產(chǎn)能已超過(guò)500萬(wàn)噸/年。車(chē)用乙醇汽油推廣后,MTBE及其他醚化汽油無(wú)法調(diào)合生產(chǎn)汽油,現(xiàn)有MTBE裝置和汽油醚化裝置將只能被迫停運(yùn)或轉(zhuǎn)產(chǎn),造成資產(chǎn)閑置風(fēng)險(xiǎn)。
一是對(duì)碳四組分加工的影響。對(duì)已有烷基化裝置的煉油企業(yè),由于MTBE裝置停運(yùn),烷基化裝置設(shè)計(jì)原料基本上是醚后碳四,反應(yīng)烷烯比為(1.0~1.1):1,催化裂化裝置產(chǎn)出碳四中烷烯比為(0.6~0.7):1,取消MTBE后,烷基化的原料量和原料組成會(huì)發(fā)生顯著變化,未經(jīng)MTBE反應(yīng)掉的異丁烯若直接進(jìn)烷基化則會(huì)使得烷基化汽油干點(diǎn)升高,影響汽油品質(zhì)。
二是對(duì)化工原料的影響。對(duì)于某些煉化一體化企業(yè),MTBE裝置生產(chǎn)的高純度丁烯-1產(chǎn)品作為聚烯烴的反應(yīng)原料,MTBE裂解產(chǎn)生的異丁烯作為合成橡膠反應(yīng)原料,MTBE裝置停運(yùn)會(huì)在一定程度上影響化工原料的保質(zhì)足量供應(yīng)。若MTBE裝置繼續(xù)運(yùn)行,則需考慮MTBE出廠途徑或后續(xù)加工方案。
現(xiàn)行《車(chē)用乙醇汽油儲(chǔ)運(yùn)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB/T 50610—2010)和《使用乙醇汽油車(chē)輛燃料供給系統(tǒng)清洗工藝規(guī)范》(GB/T 25350—2010)等國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)乙醇汽油的運(yùn)輸、存儲(chǔ)、調(diào)合、加油、清洗等明確相關(guān)要求,現(xiàn)有設(shè)施必須進(jìn)行投資改造或重新建設(shè)。根據(jù)《方案》中各區(qū)域各時(shí)間節(jié)點(diǎn)的要求,2018—2019年京津冀及周邊、長(zhǎng)三角、珠三角等重點(diǎn)區(qū)域開(kāi)始推廣乙醇汽油,2019年實(shí)現(xiàn)全覆蓋,2020年全國(guó)范圍基本全覆蓋,分期分區(qū)域?qū)嵤?duì)油品銷售環(huán)節(jié)的管道儲(chǔ)運(yùn)、油品調(diào)運(yùn)也會(huì)產(chǎn)生影響。
盡管我國(guó)經(jīng)濟(jì)長(zhǎng)期向好的態(tài)勢(shì)沒(méi)有改變,但經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)動(dòng)力偏弱,成品油需求缺乏強(qiáng)力拉動(dòng),在當(dāng)前煉廠主要產(chǎn)品中,柴油消費(fèi)已經(jīng)進(jìn)入平臺(tái)期、甚至進(jìn)入下降通道,汽油消費(fèi)量增速大幅放緩,對(duì)于以催化裂化為主流配置的我國(guó)煉油企業(yè)來(lái)說(shuō),雖然過(guò)去十余年歷經(jīng)高柴汽比、低柴汽比的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換,但新形勢(shì)下受到大型民營(yíng)煉化項(xiàng)目能力陸續(xù)釋放、電動(dòng)革命步伐提速、“雙權(quán)”不斷放開(kāi)等多重因素疊加影響,乙醇汽油推廣進(jìn)一步加劇煉油企業(yè)承壓態(tài)勢(shì)。
結(jié)合我國(guó)航空事業(yè)快速發(fā)展、化工原料需求旺盛,煉油業(yè)務(wù)亟需及早制定應(yīng)對(duì)措施,深化裝置和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整,增產(chǎn)航煤、化工原料,走油化一體之路,提高自身競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力。
2019年1月1日,全國(guó)范圍內(nèi)清潔汽油已升級(jí)執(zhí)行國(guó)ⅥA階段標(biāo)準(zhǔn),同時(shí)乙醇汽油推廣亦在今明兩年陸續(xù)在全國(guó)范圍內(nèi)推廣,煉油企業(yè)需統(tǒng)籌政策實(shí)施節(jié)點(diǎn),優(yōu)化調(diào)整國(guó)Ⅵ汽油(乙醇汽油組分油)的生產(chǎn)方案和配套改造項(xiàng)目。
由于MTBE、醚化汽油等含氧的高辛烷值汽油組分無(wú)法調(diào)入汽油,汽油池辛烷值桶不足,煉油企業(yè)需要自產(chǎn)或外購(gòu)更大量的烷基化油以滿足升級(jí)需要。在醚化裝置無(wú)法運(yùn)行情況下,為滿足汽油烯烴含量要求,催化裂化裝置、汽油脫硫裝置需實(shí)施降烯烴改造,如更換催化劑、采用低烯烴收率的催化裂化工藝等。為滿足乙醇汽油組分油蒸汽壓要求,一方面減少異構(gòu)化油調(diào)入比例,另一方面汽油生產(chǎn)主要裝置的分餾單元需實(shí)施技術(shù)改造,減少汽油中輕組分含量,適應(yīng)性調(diào)整汽油組分的餾程。
總之,在國(guó)Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)汽油生產(chǎn)的基礎(chǔ)上,煉油企業(yè)通過(guò)適度投入,實(shí)施裝置局部?jī)?yōu)化改造,滿足汽油烯烴、蒸氣壓指標(biāo)新要求,實(shí)現(xiàn)汽油生產(chǎn)平穩(wěn)過(guò)渡。
一是零投入方案。對(duì)于有烷基化裝置、且有一定設(shè)計(jì)彈性的企業(yè),將醚前碳四直接進(jìn)烷基化裝置處理,不僅不需額外增加投資,且生產(chǎn)更多烷基化油,可調(diào)合汽油優(yōu)化汽油池結(jié)構(gòu)或產(chǎn)品批號(hào),也可作為高辛烷值汽油組分外銷,增加企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。
二是低投入方案。結(jié)合停用MTBE后烷基化原料優(yōu)化、兼顧化工原料需求等,對(duì)現(xiàn)有MTBE裝置實(shí)施異丁烯選擇性疊合改造。對(duì)于無(wú)烷基化裝置的企業(yè),則可考慮對(duì)現(xiàn)有MTBE裝置進(jìn)行異丁烯非選擇性改造。目前主要專利技術(shù)有IFP的Selectopol工藝、UOP的InAlk工藝、CDtech的CD Isoether工藝、Exxon Mobil的MOGD工藝、KBR的NEXOctane工藝等,國(guó)內(nèi)石油化工科學(xué)研究院、上海石油化工研究院等單位也開(kāi)展了相關(guān)技術(shù)研發(fā)工作[6-7]。與直接烷基化工藝相比,上述間接烷基化工藝具有原料適應(yīng)性強(qiáng)、產(chǎn)品質(zhì)量好、裝置不受FCC規(guī)模制約、生產(chǎn)總成本較低等優(yōu)點(diǎn),原MTBE裝置設(shè)備利舊率可達(dá)50%~80%,技術(shù)經(jīng)濟(jì)性方面有一定競(jìng)爭(zhēng)力。2018年7月2日,由石油化工科學(xué)研究院與石家莊煉化分公司等單位合作開(kāi)發(fā)的碳四烯烴選擇性疊合工業(yè)試驗(yàn)裝置投料試車(chē)成功并產(chǎn)出合格產(chǎn)品[8]。
三是高投入方案??紤]煉化一體化企業(yè)總體平衡,為滿足合成樹(shù)脂、橡膠等裝置原料需求,維持現(xiàn)有MTBE裝置運(yùn)行,則需為MTBE尋找后續(xù)出路,如建設(shè)MTBE裂解裝置,還應(yīng)統(tǒng)籌考慮高純度異丁烯的高效利用,建設(shè)下游MMA、聚異丁烯、丁基橡膠、叔丁醇或異戊二烯等項(xiàng)目。
上述三個(gè)方案對(duì)比情況見(jiàn)表2。
車(chē)用乙醇汽油推廣是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程,涉及經(jīng)濟(jì)、能源、農(nóng)業(yè)、環(huán)保、財(cái)政、科技等多個(gè)領(lǐng)域,需要多部門(mén)跨專業(yè)通力合作,建議國(guó)家層面加強(qiáng)頂層設(shè)計(jì)和宏觀調(diào)控,做好產(chǎn)業(yè)規(guī)劃引導(dǎo),穩(wěn)步推進(jìn)實(shí)施。一是在目前國(guó)內(nèi)燃料乙醇汽油產(chǎn)能較全面推廣存在較大缺口的情況下,各地方應(yīng)按照國(guó)家制定時(shí)間節(jié)點(diǎn)執(zhí)行乙醇汽油標(biāo)準(zhǔn),避免提前升級(jí),造成燃料乙醇依賴進(jìn)口或遠(yuǎn)途調(diào)運(yùn)。二是大力實(shí)施技術(shù)攻關(guān),深入研發(fā)燃料乙醇先進(jìn)生產(chǎn)工藝、煉油碳四烯烴組分高價(jià)值利用技術(shù)等,提升資源綜合利用效率,降低生物燃料乙醇和成品油生產(chǎn)企業(yè)成本,促進(jìn)生物、石化協(xié)同可持續(xù)發(fā)展。三是加強(qiáng)市場(chǎng)監(jiān)管,對(duì)燃料乙醇生產(chǎn)、儲(chǔ)運(yùn)、銷售環(huán)節(jié),乙醇汽油組分油生產(chǎn)環(huán)節(jié),乙醇汽油調(diào)合、銷售環(huán)節(jié)全程閉環(huán)管理,嚴(yán)格資質(zhì)把關(guān)、質(zhì)量檢驗(yàn)、流向監(jiān)督,維護(hù)公平的市場(chǎng)秩序。
表2 MTBE裝置轉(zhuǎn)產(chǎn)利用情況對(duì)比
隨著乙醇汽油推廣方案的落地實(shí)施,煉油企業(yè)應(yīng)統(tǒng)籌產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、轉(zhuǎn)型升級(jí),充分把握當(dāng)前我國(guó)煉油行業(yè)由大轉(zhuǎn)強(qiáng)的歷史機(jī)遇,積極實(shí)施轉(zhuǎn)方式、調(diào)結(jié)構(gòu),應(yīng)對(duì)乙醇汽油推廣與國(guó)際國(guó)內(nèi)能源和石化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變化等疊加因素的巨大挑戰(zhàn),既要按照既定時(shí)間節(jié)點(diǎn)完成油品升級(jí),又要推動(dòng)實(shí)現(xiàn)提質(zhì)增效,降低升級(jí)成本,不斷提升自身綜合競(jìng)爭(zhēng)力。