全面推廣乙醇汽油對煉廠的影響與應對探討

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)

我國車用乙醇汽油是用體積分數為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合而成，一般稱為E10乙醇汽油。發展乙醇汽油在緩解石油資源短缺、解決陳糧轉化、調整農業結構、減輕環境污染、促進國民經濟發展等方面具有重要的戰略意義和良好的發展前景[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、碳氫化合物(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煉廠的影響及應對措施進行探討。

1 乙醇汽油在我國的應用情況

從2001年之后，E10乙醇汽油開始在全國各地陸續推廣。在東北三省、河南、安徽、廣西以及山東部分地區，乙醇汽油得到近乎強制性的推廣。2015年，全國乙醇汽油消費量約為10.20 Mt，占全國汽油總消費量的20%。2017年9月經國務院批準，國家發展改革委員會等15個部委聯合下發了《關于擴大生物燃料乙醇生產和推廣使用車用乙醇汽油的實施方案》，要求到2020年，在全國范圍內推廣使用車用乙醇汽油，基本實現全覆蓋，市場化運行機制初步建立。

截至目前，我國共有12個省份使用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個省份為“全封閉式”推廣，原則上6個省份內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、內蒙古和廣東6個省份的32個地市則是“半封閉式”推廣，有些區域的加油站同時提供普通汽油和乙醇汽油。從2016年開始，廣東成為全國第12個實行乙醇汽油的地區，湛江成為廣東第一個封閉實行乙醇汽油的地級市。

表1 我國乙醇汽油推廣區域

2 乙醇汽油推廣對煉廠的影響

根據專家解讀，2020年市場上基本為車用乙醇汽油，煉廠不再生產車用汽油產品，轉為生產車用乙醇汽油調和組分油，乙醇在銷售渠道添加。調合車用乙醇汽油所需的燃料乙醇屬于國家指令性計劃產品，國家對生物燃料乙醇實行“核準生產、政府定價、定向流通、封閉運行、有序發展”。

2.1 普通汽油與乙醇汽油調合組分油指標對比

乙醇汽油標準要求乙醇汽油中除乙醇外的其他含氧化合物質量分數不得超過0.5%，且不得人為添加(對比見表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合組分使用。

表2 車用汽油與車用乙醇汽油調合組分油標準指標對比

從表2可知：車用乙醇汽油調合組分油與車用汽油的指標相近，除誘導期、氧質量分數、蒸汽壓和苯體積分數的指標控制較嚴外，其余指標稍微放寬。根據研究結果，汽油中添加10%乙醇后，其研究法辛烷值提高2個單位，所以在乙醇汽油調合組分油中對辛烷值有1.5～2個單位的下調。

2.2 燃料乙醇的可獲得性分析

據資料統計，我國目前已投產的生物乙醇廠家共9家，產能約2 445 kt/a，主要原料為玉米、小麥和木薯；已投產的煤制乙醇產能約845 kt/a。預計未來1～2年內投產的生物乙醇產能為1 745 kt/a，煤制乙醇產能為520 kt/a。我國2016年汽油表觀消費量為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全國的油品生產儲存輸送體系包括儲罐、調合系統、管道、油罐車等進行改造。據亞洲清潔燃料協會(ACFA)的專家估算，改造費用可能高達數百億美元，且調合設施的投用也需要較長的建設周期。有文獻報道，普通汽油與E10乙醇汽油的交叉使用更易導致油品泄露和排放超標現象的發生，造成發動機部件和廢氣再循環(EGR)系統故障[4]，并且用戶普遍對乙醇汽油接受程度不高。從可行性來說，分步實施的可能性較大。

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

如果采用進口乙醇方式彌補國內產能的不足，可能會對國內纖維素制乙醇產業造成打壓，建議考慮參照國外乙醇汽油實施經驗，分步實施，大城市可延后實施。

表3 廣東周邊生物燃料乙醇生產企業及產能

3 煉廠應對乙醇汽油推廣的間接烷基化技術

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，高辛烷值調合組分減少，汽油池結構相對脆弱，汽油指標可能存在卡邊的危險。對于碳四的綜合利用以及汽油的質量升級[5-8]，一般的應對路徑有：

(1)催化裂化裝置進行催化劑調變，減少異丁烯產量，FCC產品結構或流程調整；

(2)碳四烯烴疊合技術(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，如利用乙烯與丁烯歧化生產丙烯等；

(5)液化氣/汽油芳構化技術，芳構化產生的三苯進行分離。

3.1 國外間接烷基化技術

國外將碳四中的異丁烯二聚再加氫生產異辛烷，稱為間接烷基化技術，以與異丁烷為原料生產烷基化油的直接烷基化技術相區別。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離子交換樹脂作為催化劑，生產過程環境友好，投資少，產品質量高(異辛烯和異辛烷產物的研究法辛烷值與馬達法辛烷值高于烷基化油，蒸汽壓低于烷基化油，見表4)，還可以利用現有的MTBE裝置，已成為國外現有MTBE裝置轉產的主要途徑。

表4 汽油高辛烷值調合組分性質比較

國外主要的烯烴疊合工藝包括：(1)美國UOP公司的非選擇性疊合工藝(InAIK)，將異丁烯進行二聚或異丁烯與C3～C5烯烴進行疊合再加氫飽和，得到高辛烷值的烷烴類汽油調合組分；采用樹脂催化劑或固體磷酸(SPAC)催化劑，樹脂催化劑主要轉化異丁烯，固體磷酸催化劑可轉化正丁烯。(2)法國IFP的選擇性疊合工藝(Selectopol)，采用鎳絡合物催化劑體系。(3)CD Tech公司的二聚技術(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。國外間接烷基化相關工藝的技術特點見表5。

表5 國外幾種間接烷基化工藝技術特點

3.2 國內間接烷基化技術

國內間接烷基化技術有中國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、上海石油化工研究院OilHyd技術、石油化工科學研究院疊合-醚化技術和凱瑞環保科技股份有限公司的KR-IA間接烷基化技術(見表6)。但僅石油化工科學研究院疊合-醚化技術和凱瑞環保科技股份有限公司的KR-IA間接烷基化技術實現了工業化，如山東玉皇化工(集團)有限公司采用凱瑞技術的130 kt/a疊合裝置于2016年12月投產。

表6 國內幾種間接烷基化工藝技術特點

4 結語

推廣乙醇汽油對于減輕環境污染，改善大氣質量具有較好的效果。全面推廣乙醇汽油，需要解決國內燃料乙醇供應不足和醚類裝置轉產的問題。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，其產物辛烷值高，可利用原有的MTBE裝置，改造費用較低；對于燃料型煉廠來說，可考慮作為現有MTBE裝置轉產的工藝路線。

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