FCC汽油后加工技術滯后與MTG的發展機遇

葛志穎

（鄂爾多斯市蒙華能源有限公司，內蒙古鄂爾多斯 017000）

隨著全球經濟和汽車業的快速發展，世界石油需求量和汽車燃料消耗不斷攀升，大氣污染日益嚴重，公眾節能減排和環保意識也在不斷加強。為應對全球氣候變暖對人類生存和發展的嚴峻挑戰，世界各國汽車尾氣排放標準及燃油質量標準日趨嚴格。我國也制定了環保質量更加嚴格的國Ⅳ、國Ⅴ標準（其中國Ⅳ標準已報批，預計2012～2015年執行），汽油環保質量比2003年1月1日起執行的GB17930－1999車用無鉛汽油標準和2010年7月1日起開始執行的國Ⅲ汽油標準都有大幅度提高，對汽油中烯烴含量、苯含量和硫含量作了更加嚴格的限制，見表1。與國外不同的是，我國汽油大部分來自重油催化裂化過程（FCC），其特點是高硫、高烯烴、低芳烴和高辛烷值組分不足，尤其烯烴含量高達40%～60%。一方面，FCC汽油欲滿足國Ⅲ進而滿足國Ⅳ、國Ⅴ標準的要求，需大幅降低硫含量和烯烴含量，不僅技術難度較大、工藝過程復雜，同時又伴隨辛烷值的損失而加劇煉廠辛烷值不足的矛盾；另一方面，FCC汽油后加工處理新技術的研究與應用又相對滯后，因此，我國汽油環保質量升級面臨的任務更加艱巨。分析、比較表1數據可見，推廣和應用MTG技術或許能為解決這一問題起到一定的保駕護航作用。故本文擬從分析現階段后加工先進技術研究與應用相對滯后，甲醇產能嚴重過剩以及甲醇制汽油優于煤液化的實際談起，企圖得出MTG發展機遇的結論和建議，供同業參考。

表1 GB17930－1999、國Ⅲ、國Ⅳ汽油標準與MTG汽油比較

1 FCC汽油先進的后加工技術研究與應用相對滯后

1.1 國外FCC汽油后加工技術

國外有代表性的選擇性加氫脫硫技術主要包括以下：①Axens公司開發的Prime－G＋技術，市場占有率最高，中石油已先后引進三套裝置；②美國CDTECH公司開發的CDHydro／CDHDS技術，脫硫水平較高，但因其設備結構相對復雜，催化劑裝量小、裝卸困難，催化蒸餾與加氫脫硫兩反應塔調整復雜，不適合加工原料切換頻繁的企業，推廣和應用受到一定限制；③加氫處理－辛烷值恢復技術，如ISAL技術、OCTGAIN技術等，可生產低烯烴、高辛烷值的清潔汽油，但由于操作溫度和氫耗相對較高、收率相對較低等問題，工業應用不多；④ 臨氫吸附脫硫技術（S－Zorb），具有脫硫率高、辛烷值損失小、操作費用低、氫耗少等特點，但應用業績最少。該技術2007年被中國石化整體收購，并通過自主開發，形成了新一代國產化S－Zorb工藝與工程技術。

中國石化工程建設公司曾對Prime－G＋技術、CDHydro／CDHDS技術和S－Zorb技術進行經濟和技術比較，比較基準為處理的原料硫質量分數400μg／g、烯烴體積分數36%，氫氣體積分數（純度）91.56%。結果三種技術脫硫均可以滿足歐Ⅴ標準要求，烯烴（體積分數）則分別由36%下降至27%、33%、32%，不夠理想，與國Ⅲ、國Ⅳ標準相比尚有距離。

1.2 國內FCC汽油后加工技術的研究和應用進展

由于國內外油品組成、裝置結構及產品需求差異較大，國內煉化企業很難效仿國外加工路線，國外先進技術在國內應用還有待進一步研究。近年來，國內各大研究機構從我國國情出發，相繼開發了一系列FCC汽油后加工技術，如選擇性加氫脫硫技術、選擇性加氫脫硫－辛烷值恢復組合技術、催化裂化汽油醚化技術以及碳四烴低溫芳構化生產高辛烷值汽油技術等。

1.2.1 選擇性加氫脫硫技術

中石油開發的選擇性加氫脫硫技術2007年首次在中石油玉門煉化總廠進行工業試驗，2009年在大連石化進行工業試驗，并成功完成兩套裝置的工業試驗標定。工業試驗結果表明，針對處理高硫、高烯烴的催化汽油（玉門FCC汽油烯烴體積分數為53.9%），采用切割分餾工藝流程，可直接生產硫質量分數小于50μg／g的清潔汽油，RON損失1.2個單位；針對低硫、低烯烴含量的FCC汽油（大連FCC汽油），采用全餾分加氫工藝流程處理，可直接生產硫質量分數小于50μg／g的清潔汽油。

1.2.2 選擇性加氫脫硫－辛烷值恢復組合技術

由中國石油石油化工研究院和撫順石化公司共同開發。通過辛烷值恢復技術（芳構化）和選擇性加氫脫硫技術串聯，使生成油中硫和烯烴含量下降的同時，異構烴和芳烴相應得到增加，從而使汽油辛烷值不損失或有小幅提高，提高煉廠經濟效益。該組合技術于2009年用于大連石化公司200kt／a加氫改質裝置，硫的平均質量分數由158μg／g下降到44μg／g，烯烴的平均體積分數由48%降至28.8%，RON平均損失0.7個單位，MON上升0.6個單位，芳烴體積分數由17.0%增加到20.9%，取得了較好的工業試驗結果。

1.2.3 催化裂化汽油醚化技術

汽油醚化技術是提高汽油質量的重要手段，不僅可以降低FCC汽油的烯烴含量，而且可以增加提高辛烷值的含氧組分，對改善汽油結構很有效，對FCC汽油烯烴含量較高且催化裂化能力較大的裝置較為適用。醚化技術一般在氧達到1.2%～1.4%時，可使汽油中烯烴降低8%～10%，RON增加1.0，MON增加2.0，并可增加汽油的蒸氣壓。醚化產物主要包括甲基叔丁基醚（MTBE）、乙基叔丁基醚（ETBE）和叔戊基甲醚（TAME）等。

在地下水和地表水中發現MTBE后，美國加州空氣資源委員會從2002年12月31日起，禁止新配方汽油使用MTBE作為調和組分。但是我國還沒有明令禁止加入醚類含氧化合物的法規，資料［3］認為，只要經濟上合理，開發煉油型醚化技術用于改進FCC汽油質量在我國仍有一定的應用前景。但由于對汽油中氧含量的限制，該技術的發展會受到一定程度的制約。

（1）催化輕汽油醚化技術

由中國石油石油化工研究院與中國石油大學合作開發。該技術首先將催化裂化全餾分汽油分成輕重兩餾分，輕汽油中的叔碳烯烴與甲醇進行醚化反應，生成高辛烷值的醚類化合物，然后與重汽油調和得到所需產品。試驗結果表明，采用催化輕汽油醚化技術處理不同的催化汽油，烯烴體積分數降低9～12.5個百分點，RON提高1～1.5個單位，調和汽油的質量收率為103%～104.4%。該技術工藝條件溫和，易于工業實施，催化劑具有使用溫度低、進料空速高、選擇性高的優點，既可降低FCC汽油中的烯烴含量，提高FCC汽油辛烷值，又將低價值的甲醇轉化為高價值的汽油，增加汽油收率，工業應用前景廣闊，但尚待工業試驗裝置進一步驗證。

（2）FCC汽油二烯烴硫醚化技術

由中國石油石油化工研究院開發，包括低碳數硫醇與二烯烴反應生成高碳數的硫醚類物質，二烯烴的飽和，烯烴的雙鍵異構三個反應。經過720h的運轉試驗，證明該技術可大幅降低輕汽油的硫含量，將輕汽油的硫質量分數控制在10μg／g以內，全餾分汽油辛烷值略有增加。

1.2.4 碳四烴低溫芳構化生產高辛烷值汽油技術

由中國石油化工研究院與大連理工大學合作開發，旨在解決煉化企業碳四資源的有效利用問題。該技術采用納米ZSM－5分子篩新材料催化劑，適合于碳四芳構化長周期運行和固定床催化反應工藝，使碳四烴通過烯烴芳構化生產高辛烷值清潔汽油調和組分，聯產乙烯裂解原料，是最大規模有效利用碳四烴的煉化一體化新技術，具有良好的工業化應用前景。

1.3 FCC汽油后加工新技術研究與應用相對滯后

綜上所述，國內FCC汽油后加工先進技術大多還處于試驗或工業化推廣應用階段，也即短期內FCC汽油滿足國Ⅳ、國Ⅴ標準的要求還有一定的難度，其研究與應用相對滯后。

1.4 應用目前已有后加工技術，會直接導致煉廠效益下降

應用目前國內外已有的后加工技術，提高汽油產品的質量標準則會直接導致煉廠效益的下降。據報道，我國沿海地區一座煉油廠，原油處理量為7.5Mt／a，擬通過技術改造和擴建達到10Mt／a。在分別按汽、柴油質量《國家2000年標準》（方案1）和《世界燃油規范》Ⅱ、Ⅲ類標準（方案2）進行財務評價后發現，方案2比方案1銷售收入每年減少8 156萬元，利潤總額減少21 979萬元，內部收益率方案1為13.11%，方案2為11.38%（低于煉油行業基準收益率12%）。

表2為汽油 《世界燃油規范》Ⅱ、Ⅲ類標準質量指標，比較可見該Ⅱ、Ⅲ類標準高于 《國家2000年標準》，甚至高于國Ⅲ、國Ⅳ汽油標準。說明隨著汽、柴油質量的提高，應用現有后加工技術，煉化企業效益將大幅下降。

2 MTG的發展機遇

我國FCC汽油高硫、高烯烴、低芳烴和高辛烷值組分不足，現階段后加工技術研究與應用相對滯后，甲醇產能嚴重過剩以及甲醇制汽油優于煤液化的實際，為MTG工藝提供了推廣和發展機遇。

2.1 MTG概念

甲醇制汽油工藝，簡稱MTG（Methanol To Gasoline）工藝。該工藝系甲醇經脫水得到C2～C5烯烴，C2～C5烯烴在ZSM－5擇形催化劑作用下發生縮合、環化、芳構化等反應，最終生成汽油沸程內的烴類混合物。

2.2 低成本解決汽油品質問題的有效措施

從表1可見MTG汽油具有以下優勢：①MTG汽油研究法辛烷值為92～93，完全可以參與汽油調和或直接出廠；② 原料無硫帶入，產品硫含量基本為0；③典型產品的芳烴含量、烯烴含量和苯含量均遠遠優于國Ⅲ、國Ⅳ汽油標準要求，可以用來調和煉廠芳烴含量較高的重整汽油和烯烴含量較高的催化汽油；④ 蒸氣壓不大于70kPa，順應蒸氣壓上限不斷下調的質量升級趨勢；⑤ 膠質含量、機械雜質及水分、氧含量均為0；⑥ 誘導期優于國Ⅲ、國Ⅳ汽油標準要求，表明合成汽油氧化安定性好。綜合看，MTG汽油既是一種理想的FCC汽油優質調和組分，也可以單獨出廠，可作為低成本解決汽油品質問題的有效措施之一。

表2 汽油 《世界燃油規范》Ⅱ、Ⅲ類標準

2.3 優于通常意義的煤制油，可降低對石油的依賴程度

煤制油（Coal to Liquid，縮寫為CTL）即煤液化。其工藝有兩大類：即煤直接液化（DCL）和間接液化（ICL）。

煤的直接液化即原煤加氫。其工藝過程為油煤漿在高溫、高壓、催化劑作用下，煤的大分子鏈首先被打斷，然后外供氫加到碳原子上而成液體油，再通過催化加H2提質工藝，得到合格的汽油、柴油、液化氣。

煤的間接液化通常指費托合成油的過程，最早由德國皇家煤炭研究所的F.Ficher和 H.Tropsch兩個化學家于1923年首先提出，所以又稱為F.Ficher－H.Tropsch（簡稱為F－T）合成或者費托合成。

有資料綜合分析表明，直接液化對煤質要求嚴格，可選擇范圍小；F－T合成工藝得到的烴類主要是直鏈的烯烴和烷烴，適合作為柴油、蠟和潤滑油等產品，所產汽油辛烷值很低。而MTG工藝可以直接生產高辛烷值的清潔汽油，作為石油替代產品，MTG無論從工藝路線、工程投資、投資利潤率等方面（表3）與通常所說的煤制油相比均存在優勢。推廣和應用MTG技術，可以降低對石油的依賴程度。

表3 我國典型石油替代產品主要經濟指標一覽表

2.4 可以緩解甲醇產能過剩的矛盾

煤化工行業長期粗放型發展、低水平重復建設，導致我國甲醇產能嚴重過剩。表4列出了國內近十年甲醇產能、產量與表觀消費量。從表4可見，2009年我國甲醇產能已達到32.52Mt，而表觀消費量只有16.6Mt，開工率僅為38.36%。2010年又是甲醇新增裝置投產比較多的一年，上半年有青海中浩600kt／a天然氣制甲醇項目、寧夏寶豐200kt／a、貴州畢節220kt／a、神華寧煤集團600kt／a等項目投產。下半年有內蒙古鄂爾多斯久泰能源1Mt／a甲醇工程于10月15日投產，以及貴州鑫晟300kt／a煤制單醇項目、貴州天福煤化工200kt／a煤制甲醇、中海化學800kt／a天然氣制甲醇裝置、神華集團烏海能源西來峰煤化工公司300kt／a焦爐氣制甲醇等裝置投產，使本來已經嚴重過剩的甲醇產能更顯雪上加霜。而2010年全年表觀需求量僅為20Mt左右，開工率42.85%。

表4 國內近年甲醇產量與表觀消費量

除了落后產能占比偏高，經濟效益差導致開工率不足外，下游新型化工材料和精細化學品結構性短缺尤其是高端品種短缺、產品差異化程度低、進口依賴程度高、部分科技含量高的產品目前尚處于空白，也是導致開工率不足的一個直接原因。而落后產能的淘汰和下游化學品的結構性調整有一個漸進的過程，產能過剩的狀況短期內不會得到緩解；直接作為汽車燃料，尚存在甲醇熱值低動力不足、冷起動難、熱氣阻、遇水分層、穩定性差、腐蝕溶脹、高溫潤滑等七大難題。因此推廣MTG工藝，鼓勵和發展甲醇制汽油，不僅符合我國近期以彌補石油短缺為主要目標、重點發展車用替代燃料、解決車用燃料不足的發展戰略，降低對石油的依賴程度，還可以緩解甲醇產能嚴重過剩的矛盾。

2.5 可規避或降低投資風險

煤基甲醇作為煤化工產業最成熟的技術，工藝過程與F－T合成類似，說明煤基MTG投資重頭在甲醇。表3告訴我們，利用產能已經嚴重過剩的甲醇裝置，或者直接購買甲醇，一套200kt／a MTG裝置投資估算在7.6～8.1億元人民幣，若利用國內技術和設備，實際投資還要低于該額度，這是其一。其二，MTG工藝核心技術是催化劑的研制，相關和后續部分均有成熟的技術匹配。其三，對于企業關心的MTG項目效益的問題，文獻［4］給出了測算后的答案，結論如下：①在目前的汽油價格下，MTG項目投資回報接近基準收益率水平；②以煤為原料，采用MTG工藝生產汽油，具有一定的盈利和抗價格風險能力。也即MTG項目，投資風險相對CTL生產10kt油就需要1億元的投資要小得多，技術也要成熟得多，可規避或降低投資風險。表5為文獻［4］給出的MTG項目達到基準收益率盈利水平時推算對應的原油價格、甲醇接受價格和煤價。

表5 不同原油價格、甲醇接受價格及對應的煤價

2.6 可以減輕水資源和交通、物流的壓力

煤制油項目耗水非常嚴重，每獲得1t液體產品，需要消耗10t左右新鮮水，是傳統石油煉制耗水的20倍以上。我國煤與水資源呈逆向分布，富煤的地方水資源很少，煤制油項目向原料產地集中面臨水資源短缺或枯竭的困擾。利用產能已經嚴重過剩的甲醇裝置，投資MTG項目，不僅本身耗水量很少，還可以將甲醇脫出來的水（脫水量56%）經生化處理后作為循環水補充水加以利用，以減輕水資源的壓力。

同時，MTG工藝，1t汽油約耗2.6t甲醇。即煤基MTG產成品的運輸量至少減少56%以上，可以減輕交通和物流的壓力。

2.7 可以減少二氧化碳排放

煤化工過程中，煤中的碳一部分以CO2形式排出，另一部分自己消化，存在于產品中。不同產品煤化工過程排入大氣中碳的比例不同，煤液化過程中CO2排放量是排在前面的。如果碳捕獲和收集技術跟不上的話，發展煤液化對碳減排和控制溫室氣體排放將是十分嚴峻的挑戰；MTG則是將甲醇中的碳絕大部分保留在產成品的烴類之中，排放量是最少的。所以，利用過剩的甲醇產能發展MTG作為汽油調和組分或直接作為汽油出售，可以減少CO2的排放，有利于碳的減排和溫室氣體的控制。表6是部分石油替代產品生產過程排入大氣中碳的比例。

表6 部分石油替代產品排入大氣中碳的比例 %

3 結論與建議

（1）推廣和發展MTG間接汽油生產技術，符合我國FCC汽油提質以及提質技術研究和應用相對滯后的實際；可以緩解甲醇產能嚴重過剩、裝置開工率不足的矛盾，發揮現有裝置的潛能和應有的效益。

（2）由于國內外油品組成、裝置結構及產品需求差異較大，國內煉化企業很難效仿國外加工路線，其先進技術在國內應用還有待進一步研究；全面落實科學發展觀，提高自主創新能力，探索、研究適合我國國情的FCC汽油后加工先進技術則勢在必行。

（3）煤制油屬高投入、高消耗、高排放項目，投資風險巨大，投資回收期限跨度大，不確定性因素多；產業發展面臨資源、環境的約束和節能減排的壓力；近期只能作為國家應對不時之需的戰略性技術儲備，不宜作為產業化發展方向。

（4）MTG工藝可以直接生產高辛烷值的清潔汽油，作為石油替代產品，MTG無論從工藝路線、工程投資、投資利潤率等方面與通常所說的煤制油相比均存在優勢，符合我國近期以彌補石油短缺為主要目標、重點發展車用替代燃料、解決車用燃料不足的發展戰略。結合國家能源戰略的需要及資源和環保制約的實際，目前我國應該提倡和推廣MTG技術、鼓勵甲醇制汽油產業健康發展；甲醇生產企業，在技術經濟分析和可行性研究的基礎上，以MTG技術延長產業鏈，或許也是一個不錯的選擇。

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