中国第五阶段汽柴油质量升级路线图分析

柯晓明，王丽敏( 中国石油化工集团公司经济技术研究院 )



中国第五阶段汽柴油质量升级路线图分析

柯晓明，王丽敏
( 中国石油化工集团公司经济技术研究院 )

摘 要：为了实现第五阶段汽柴油质量升级目标，我国炼厂纷纷采取措施调整装置结构，确保目标任务按时完成。通过对比欧美国家的汽柴油质量标准升级过程，认为中国油品升级的投入相对均衡，汽油中高辛烷值组分比例仍然偏低，催化裂化装置前加氢比重不足。为满足今后进一步提高的油品标准要求，我国油品质量升级技术还要不断创新。除了装置建设改造外，质量升级工作还要完善相应的配套设施，实现清洁生产。同时需要政府加强对油品消费税的征收监管，实现市场的公平竞争，以确保质量升级过程顺利实施。

关键词：汽油柴油；第五阶段标准；质量升级；路线图；欧盟；美国；中国

推进清洁燃料升级工程是环境所迫，更是全球大势所趋。俄罗斯宣布从2015年底开始执行欧Ⅴ清洁燃料标准；美国将从2017年起，将汽油中的硫含量从目前的不超过30ppm降至不超过10ppm；欧盟要求生产硫含量接近于“零”的汽油。亚洲的中国和印度、南美洲的巴西等国家也纷纷绘制清洁燃料升级路线图[1]。

1　中国的油品质量升级步伐加快

中国的油品质量与发达国家相比有差距，但是升级步伐在加快。美国从20世纪70年代开始对车用汽油禁铅，到1996年全面禁铅用了21年时间。欧洲汽油市场1987年开始对车用汽油禁铅，到2005年才完全废除含铅汽油的使用。日本1975年推行无铅汽油，彻底无铅化大约用了17年。中国自2000年实行无铅化汽油以来，用了不到15年的时间完成了第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ阶段车用汽油的质量升级；从2003年到2014年也用了不到15年的时间完成了第Ⅱ、第Ⅲ和第Ⅳ阶段的车用柴油质量升级。

2015年4月28日，国务院第90次常务会议审议通过了《加快成品油质量升级工作方案》。会议确定提前供应国Ⅴ标准油品的范围：首先将自2016年1月起供应国Ⅴ标准车用汽柴油（含乙醇汽油调和组分油）的区域，由原定的京津冀、长三角、珠三角等区域内重点城市扩大到整个东部地区11个省市全境；将全国供应国Ⅴ标准车用汽柴油的时间由原定的2018年1月提前至2017年1月。

中国部分地区已经提前实施国Ⅴ油品标准。例如，北京、上海、江苏沿江8市分别于2012年5月31日、2013年9 月1日和2013年10月1日起实施汽柴油国V质量标准；广东地区于2014年实施汽油国V标准，于2015年7月1日实施车用柴油国V标准；天津市、陕西省、浙江省的杭嘉湖地区分别于2015年1月1日、2014年10月1日和2014年11月1日起实施车用汽柴油国V标准。

中国汽柴油质量标准及升级历程分别见表1、表2。

表1　中国汽油质量标准及升级历程

表2　中国柴油质量标准及升级历程

为了实现第五阶段汽柴油质量升级目标，中国炼油企业已经增加投入，进行装置改造，力争按时完成政府的要求；有关院所也开发了相关质量升级技术。

2　中国已拥有的汽柴油质量升级技术

2.1汽油质量升级技术

中国的汽油池以催化汽油为主（约占60%），高辛烷值组分相对较少。催化裂化汽油的硫和烯烃含量高，是汽油池中硫和烯烃的主要来源。重整汽油、烷基化汽油和异构化汽油的辛烷值高，几乎不含硫和烯烃，是理想的汽油调合组分。MTBE（甲基叔丁基醚）是理想的高辛烷值调合组分，含硫，但在汽油池中比例较低。催化轻汽油醚化产物TAME和HXME是理想的高辛烷值调合组分（见表3）。

因此，汽油质量升级的主要手段[2]一是通过吸附脱硫和加氢脱硫等工艺，降低汽油的硫含量；二是适度增加催化重整和芳烃抽提能力，在控制最大芳烃含量的同时，对于仍有富余量的企业，可以调合降低硫和烯烃的含量；三是建设烷基化、异构化、MTBE和轻汽油醚化装置，可提高辛烷值，并降低杂质含量。

2.1.1催化汽油吸附脱硫技术

中国石化买断了美国康菲公司的催化汽油吸附脱硫生产工艺以后，已开发出专有吸附脱硫剂（FCAS）和工程设计的第二代汽油吸附脱硫技术（S Zorb）。目前中国多数已建装置的精制汽油的硫含量不大于7µg/g，辛烷值损失小于0.5～1.3个单位。

表3　常见汽油组分及其主要性质

2.1.2催化汽油加氢脱硫技术

中国石化生产国Ⅴ汽油的RSDS-Ⅲ技术采用了催化剂选择性调控（RSAT）技术和专用的高活性催化剂（RSDS-31），对于硫含量较高的催化汽油，加氢后汽油的硫含量降低到7～9µg/g，RON损失0.9～1.0个单位；对于硫含量较低的MIP-2汽油，加氢后产品的硫含量降低到10µg/g，RON损失为0.6个单位。

中国石化生产国Ⅴ汽油的OCT-M系列技术采用OCTDM技术，可生产硫含量≯10µg/g的国Ⅴ汽油，辛烷值损失为1.7个单位。采用OCT-ME技术是将FCC汽油先分馏为轻馏分和重馏分，分别经无碱脱臭，在高选择性ME-1催化剂下进行加氢脱硫，汽油的硫含量小于10µg/g，RON损失为1.6～1.9个单位，烯烃含量降低9.5个百分点。

中国石油的汽油选择性加氢脱硫（DSO）和加氢改质（GARDES）技术可以使催化汽油的硫含量从108µg/g降到10µg/g以下，液体收率高，辛烷值损失指标领先于国外同类技术，产品质量达到国Ⅴ清洁汽油标准。

2.1.3轻汽油醚化技术

该技术是将FCC轻汽油中的活性烯烃转化为叔烷基醚，不但降低了汽油中的烯烃含量，还可提高汽油的辛烷值和氧含量，并可降低汽油的蒸汽压。

中国石油的轻汽油醚化（LNE）技术，醚化后烯烃含量可下降10个百分点以上，辛烷值提高2～3个单位。中国石化齐鲁研究院也开发了相应的轻汽油醚化技术。

2.2柴油质量升级技术

中国的柴油池中，催化柴油和焦化柴油占40%左右，其余主要是直馏柴油和部分加氢裂化柴油。柴油的质量特点是高硫、高芳烃、高密度、低十六烷值、高凝点。因此，加氢降低硫含量，提高十六烷值是柴油质量升级的关键。根据加工过程，加氢技术可分为三类[3]：加氢精制技术、加氢改质/加氢裂化技术、组合工艺技术等。

2.2.1加氢精制技术

1）中国石化的柴油深度加氢脱硫（RTS）技术。对于中东的高硫直馏柴油，或者直馏柴油掺少量催化柴油的混合料，采用RS-2000催化剂加氢，可生产硫含量低于10µg/g的超低硫柴油。使用RTS技术改造现有装置，只需增加—个反应器，改造过程简单，投资低。

2）中国石化的柴油深度加氢处理脱芳烃技术。催化柴油通过SSHT技术加工后，产品硫含量为0.6µg/g，多环芳烃含量低达4.9%，十六烷值提高13.3个单位。采用两段深度脱芳烃DDA／DDA-Ⅱ技术加工催化柴油，可生产硫含量低于10µg/g，多环芳烃含量小于11%的清洁柴油调合组分。

3）中国石化生产超低硫柴油的S-RASSG技术，针对不同原料分别采用以Mo-Ni、Mo-Co为活性金属的FHUDS系列催化剂进行匹配装填。加工直馏柴油掺兑20%催化柴油的混合油，可生产硫含量小于10µg/g、满足国Ⅴ标准的清洁柴油。

4）中国石油生产超低硫柴油的加氢精制（PHF）技术和FDS技术。PHF技术可实现超深度脱硫，同时对氮、多环芳烃可同步深度脱除；FDS技术具有催化剂生产成本低、开工时无需预硫化等特点，产品硫含量小于10μg/g，能满足国Ⅴ柴油标准。

2.2.2加氢改质/加氢裂化技术

1）以中国石化为主开发的SHEER技术，以催化柴油、焦化柴油和加氢处理柴油为原料，生产石脑油以及能满足国Ⅴ车用柴油标准的产品，硫含量小于4µg/g，十六烷值提高9.4个单位，密度小于50kg/m3。

2）中国石化生产清洁低凝柴油的加氢技术。FHDW加氢降凝技术既能脱除柴油中的硫、氮等杂质，又能改善低温流动性，能满足国Ⅳ或国Ⅴ清洁柴油标准的要求。FHUG-DW技术不仅能起到降凝作用，还能提高柴油的十六烷值。FHIDW技术通过临氢降凝和异构降凝催化剂的协同作用，大幅度降低柴油凝点又保持较高的产率。FHI加氢改质异构降凝技术结合了MCI和MHUG技术的优势，可灵活多效地生产清洁柴油。

3）中国石化的催化柴油加氢转化FD2G技术。催化柴油富集了60%～80%的芳烃，密度大，十六烷值低。采用FD2G技术，加氢转化可生产高辛烷值汽油（RON大于96），且硫含量小于10µg/g，可作为国Ⅴ汽油调合组分；柴油密度可降低57kg/m3左石，十六烷值提高10个单位左右，硫含量降至10μg/g。

4）中国石化的加氢改质系列技术。中压加氢改质MHUG技术适用范围广，十六烷值提高15～20个单位以上，可由劣质原料生产满足国Ⅴ标准的柴油。分区进料灵活的加氢改质MHUG-Ⅱ技术改善了加氢反应的选择性，使得柴油收率增加8个百分点以上，氢耗降低10%以上，可满足不同规格柴油产品的生产要求。用催化柴油深度加氢处理（RICH）技术加工劣质催化柴油，可降低密度0.035g/cm3以上，十六烷值提高10个单位以上；多产重整料加氢改质技术可生产25%～45%的优质重整料，柴油满足国Ⅴ标准的要求。加氢改质降凝技术可生产-35号低凝柴油，十六烷值提高5～7个单位。

5）中国石化通过加氢裂化生产高辛烷值汽油调合组分的RLG技术。针对催化柴油，RLG技术控制精制段芳烃的适度加氢，促进单环芳烃在改质段的侧链断裂反应，汽油产品RON为94～99，柴油产品硫含量小于10µg/g，十六烷值提高8～19个单位，可以作为清洁柴油调合组分。

2.2.3加氢处理－催化裂化组合工艺技术

中国石化的LTAG技术通过加氢处理－催化裂化生产高辛烷值汽油。该技术将一部分重质LCO返回加氢处理单元，进一步加氢饱和生成单环芳烃或饱和烃后，再返回催化裂化进—步催化转化，达到提高汽油产率，降低低价值LCO产量的目的。

3　国内外油品质量升级路线对比分析

表4　欧盟车用汽油标准EN 228主要指标变化

3.1欧洲油品升级技术路线

2009年，欧盟开始实施欧Ⅴ油品标准，汽柴油的硫含量由50mg/kg降至10mg/kg；柴油的多环芳烃含量降至8%。2013年，欧盟执行欧Ⅵ汽油标准，增加氧含量及乙醇添加量的规定，除甲醇、乙醇外，其余氧化物总和的最大氧含量为2.7%，最大乙醇添加量为5.0v%；其余汽车使用最大氧含量为3.7%（见表4），最大乙醇添加量为10.0v%。2014年，欧盟执行欧Ⅵ柴油标准，降低柴油车的HC+ NOx、氮氧化物排放指标，分别降至0.17g/km、0.08g/km，其余油品指标无变化。表5为欧盟柴油标准主要指标变化情况。

表5　欧盟车用柴油标准EN 590主要指标变化

以德国和法国为例，对比2000年和2015年的数据可见，实施欧Ⅴ汽油标准前后，芳烃含量限值不变，因此重整能力占比变化不大，保持在38.7%。由于欧洲的汽油需求量小，许多炼厂采用切低汽油干点的做法增产柴油，降低汽油的硫含量，汽油加氢能力占比也从2000年的34.3%大幅下降至2015年的8.8%，下降约25个百分点；2015年异构化能力占比超过10%，明显高于中国。欧洲的柴油需求量大，实施欧Ⅴ柴油标准，为降低硫含量，柴油加氢装置能力占比由2000年的21%左右上升至2015年的47%左右，加氢裂化装置能力占比也由25.5%左右上升至30%左右（见表6）。

表6　德国和法国主要炼油装置结构及其变化

3.2美国油品升级技术路线

以美国加利福尼亚州为例。加州自2003年开始执行CaRFG3汽油标准，硫含量、烯烃含量限值分别降至10mg/ kg、0.70%（见表7）。加州自2006年开始执行新的柴油标准（见表8），其中硫含量降至15mg/kg，规定大炼厂生产的柴油多环芳烃含量、芳烃总含量分别为1.4%、10%，显著低于小炼厂。

表7　美国加州车用汽油标准

对比2000年和2015年美国加州的炼油装置数据可见，为降低汽油的硫含量，汽油加氢装置占比上升了5.2个百分点；由于加州的汽油芳烃限值不变，催化重整能力占比小幅减少，但是烷基化装置占比下降较多，异构化小幅增加，同期乙醇汽油数量明显上升，保证了汽油辛烷值不降低。为改善汽柴油质量，重瓦斯油脱硫（催化裂化前加氢）装置能力占比明显提升，由35.7%增加到56.7%，加氢裂化装置能力的占比变化不大；为降低柴油的硫含量，柴油加氢占比升至近27%，提高了6.5个百分点（见表9）。

表8　美国加州车用柴油标准

表9　美国加州主要炼油装置结构及其变化

3.3中国油品升级技术路线

为了推动中国的油品质量升级，国家能源局建设了“我国汽柴油质量升级台帐”系统，结合对主要石油公司（中国石油、中国石化、中国海油、中国中化、陕西延长、中国化工、中国兵器七大集团公司）的信息采集，初步统计到2018年将完成128个国Ⅴ标准油品质量升级项目，包括大连石化加工俄油扩建、华北石化扩建和云南昆明石化建设、惠州二期建设、中化泉州扩建等。中国七大集团公司的国Ⅴ汽柴油质量升级主要内容如下。

国Ⅴ汽油质量标准主要是要求“降硫、降锰、降烯烃”，采用的技术路线是以催化汽油选择性加氢、催化重整、烷基化、MTBE等为主。其中，新建汽油加氢装置15套，改造20套；新建催化重整装置20套，改造5套；新建烷基化装置17套，改造2套；新建MTBE装置10套，改造5套。另外，新建轻汽油醚化装置8套，改造2套；新建催化汽油吸附脱硫（S Zorb）8套，改造1套；新建异构化装置6套。

国Ⅴ柴油质量标准主要是要求“降硫、降芳烃、提高十六烷值”，采用的技术路线是柴油深度加氢脱硫、加氢改质等。其中，新建柴油加氢脱硫装置11套，改造28套；新建柴油加氢改质装置12套，改造8套；新建柴油加氢转化装置1套，改造2套；新建汽柴油加氢和煤柴油加氢装置各1套，并改造各1套；改造柴油液相加氢装置2套。另外，新建加氢裂化装置3套，改造1套；新建蜡油加氢装置3套；新建催化原料预处理装置2套，改造1套；新建3套渣油加氢装置。

表10显示了中国七大集团公司炼油装置结构变化。

表10　中国七大主营企业的炼油装置结构及其变化

从装置结构的变化对比看，中国的汽柴油质量升级各种技术路线的投入比较均衡，重点并不明显，装置比重变化幅度也较小，其中改进催化剂、达到产品质量要求起到了重要作用。汽油方面，主要是增加催化重整装置能力，中国的催化重整、烷基化、异构化装置占比仍然较欧美国家低，汽油仍然以催化裂化为主，汽油池的构成变化不大。柴油方面，主要是增加柴油加氢/柴油改质装置能力，但是加氢裂化和催化原料前加氢的比重依然较低。

4　结论与建议

1）截至2018年底，中国将形成以七大主营单位为主的国Ⅴ以上汽油生产能力1.18亿吨/年、柴油生产能力1.58亿吨/年，基本可以满足中国第五阶段汽柴油的市场需求。据初步调研，山东地炼80%的企业将具备国Ⅴ汽油生产能力，30%的企业将具备国Ⅴ柴油生产能力，但地炼根据市场销售情况，仍然安排国Ⅲ和国Ⅳ汽柴油的生产，导致国Ⅴ汽柴油的实际产量偏低。

2）从质量升级路线看，与欧美国家相比，中国的催化重整、烷基化、异构化等高辛烷值组分比例偏低，催化裂化装置前加氢比重不足，在今后质量升级过程中需要进一步解决和完善。另外，发展乙醇汽油也是解决汽油质量升级的办法之一，关键是要降低成本。

3）从相关技术研发看，国Ⅴ标准的汽柴油生产技术多数是从国Ⅳ标准汽柴油生产技术改进而来的，目前相关机构正在研究并计划推出国Ⅵ汽柴油标准，今后必须不断研发新的、更加有效的清洁燃料生产技术，质量升级技术还要不断创新。

4）汽柴油质量升级工作除了建设改造相应的炼油装置外，还需要完善相应的配套设施，包括制氢、硫磺回收、烟气脱硫脱硝、污水处理等。产品质量达到国Ⅴ标准，生产过程也要清洁环保。

5）政府在推出国Ⅴ汽柴油标准的同时，对清洁燃料实施优质优价。但是，由于市场上存在偷漏消费税的油品，巨大的价差对于完税产品造成很大冲击，需要政府加强监管，实现市场的公平竞争，确保质量升级过程顺利实施。

参考文献：

[1] 全球争相绘制清洁燃料升级路线图[EB/OL].中国石化新闻网， (2014-09-12). http://www.sinopecnews.com.cn/news/ content/2014-09/12/content_1442082.shtml.

[2] 2015年中国石油炼制科技大会论文集[M].北京：中国石化出版社, 2015.

[3] 中国石化加氢科技情报站. 中国石化加氢技术交流会论文集[C]. 2014-06.

编 辑：夏丽洪

编 审：张一驰

Analysis of the fifth stage of gasoline and diesel quality upgrade roadmap in China

KE Xiaoming, WANG Limin
(Economics & Technology Research Institute, Sinopec)

Abstract：In order to realize the fifth stage of gasoline and diesel quality upgrading, the domestic refineries have taken measures to adjust the refining structure to ensure timely completion of the objectives. By comparing to their upgrading process of the western countries, the paper believes that the investment of China’s upgrading is relatively balanced, high octane value component ratio in gasoline is still on the low side, and pre-hydrogenation unit of FCC makes up little share. To meet the future requirements of oil standard upgrading, the technology for upgrading needs constant innovation and the work for upgrading needs the better improving supporting facilities besides the main facilities’ modification to achieve cleaner production. Furthermore, the government should strengthen the supervision of refined oil excise tax to achieve fair competition in the market and therefore to ensure the successful implementation of quality upgrading process.

Key words：gasoline and diesel; the fifth stage standard; quality upgrading; roadmap; EU; the United States; China

收稿日期：2016-05-03