全面推广乙醇汽油对炼厂的影响与应对探讨

花 飞 曹孙辉 龚朝兵 魏然波

(中海油惠州石化有限公司，广东 惠州 516086)

我国车用乙醇汽油是用体积分数为90%的普通汽油、10%的变性燃料乙醇及改善使用性能的添加剂调合而成，一般称为E10乙醇汽油。发展乙醇汽油在缓解石油资源短缺、解决陈粮转化、调整农业结构、减轻环境污染、促进国民经济发展等方面具有重要的战略意义和良好的发展前景[1]。

与普通汽油相比，虽然E10乙醇汽油氮氧化物(NOx)的排放量略有升高，但可以有效减少一氧化碳、碳氢化合物(HC)和非甲烷总烃(NMHC)的排放[1-3]。文章就全面推广乙醇汽油对炼厂的影响及应对措施进行探讨。

1 乙醇汽油在我国的应用情况

从2001年之后，E10乙醇汽油开始在全国各地陆续推广。在东北三省、河南、安徽、广西以及山东部分地区，乙醇汽油得到近乎强制性的推广。2015年，全国乙醇汽油消费量约为10.20 Mt，占全国汽油总消费量的20%。2017年9月经国务院批准，国家发展改革委员会等15个部委联合下发了《关于扩大生物燃料乙醇生产和推广使用车用乙醇汽油的实施方案》，要求到2020年，在全国范围内推广使用车用乙醇汽油，基本实现全覆盖，市场化运行机制初步建立。

截至目前，我国共有12个省份使用E10乙醇汽油(见表1)。其中，辽宁、吉林、黑龙江、河南、安徽和广西6个省份为“全封闭式”推广，原则上6个省份内所有加油站全部提供乙醇汽油，不得混杂普通汽油；而江苏、湖北、河北、山东、内蒙古和广东6个省份的32个地市则是“半封闭式”推广，有些区域的加油站同时提供普通汽油和乙醇汽油。从2016年开始，广东成为全国第12个实行乙醇汽油的地区，湛江成为广东第一个封闭实行乙醇汽油的地级市。

表1 我国乙醇汽油推广区域

2 乙醇汽油推广对炼厂的影响

根据专家解读，2020年市场上基本为车用乙醇汽油，炼厂不再生产车用汽油产品，转为生产车用乙醇汽油调和组分油，乙醇在销售渠道添加。调合车用乙醇汽油所需的燃料乙醇属于国家指令性计划产品，国家对生物燃料乙醇实行“核准生产、政府定价、定向流通、封闭运行、有序发展”。

2.1 普通汽油与乙醇汽油调合组分油指标对比

乙醇汽油标准要求乙醇汽油中除乙醇外的其他含氧化合物质量分数不得超过0.5%，且不得人为添加(对比见表2)。这意味着甲基叔丁基醚(MTBE)和醚化汽油等将不能作为汽油高辛烷值调合组分使用。

表2 车用汽油与车用乙醇汽油调合组分油标准指标对比

从表2可知：车用乙醇汽油调合组分油与车用汽油的指标相近，除诱导期、氧质量分数、蒸汽压和苯体积分数的指标控制较严外，其余指标稍微放宽。根据研究结果，汽油中添加10%乙醇后，其研究法辛烷值提高2个单位，所以在乙醇汽油调合组分油中对辛烷值有1.5～2个单位的下调。

2.2 燃料乙醇的可获得性分析

据资料统计，我国目前已投产的生物乙醇厂家共9家，产能约2 445 kt/a，主要原料为玉米、小麦和木薯；已投产的煤制乙醇产能约845 kt/a。预计未来1～2年内投产的生物乙醇产能为1 745 kt/a，煤制乙醇产能为520 kt/a。我国2016年汽油表观消费量为119 830 kt，按照10%的添加比例，乙醇需求量为11 983 kt，需求缺口较大。使用乙醇汽油需要对全国的油品生产储存输送体系包括储罐、调合系统、管道、油罐车等进行改造。据亚洲清洁燃料协会(ACFA)的专家估算，改造费用可能高达数百亿美元，且调合设施的投用也需要较长的建设周期。有文献报道，普通汽油与E10乙醇汽油的交叉使用更易导致油品泄露和排放超标现象的发生，造成发动机部件和废气再循环(EGR)系统故障[4]，并且用户普遍对乙醇汽油接受程度不高。从可行性来说，分步实施的可能性较大。

从广东周边地区来看，按照汽油平均月产量估算，广东850 kt，广西400 kt，海南200 kt，福建350 kt，四省区年产汽油约21 600 kt。如果全面推广乙醇汽油，按照掺加10%乙醇计算，每年需要乙醇2 160 kt。广东周边地区目前已投用的生物燃料乙醇产能为650 kt/a，在建300 kt/a，乙醇产能缺口较大(见表3)。

如果采用进口乙醇方式弥补国内产能的不足，可能会对国内纤维素制乙醇产业造成打压，建议考虑参照国外乙醇汽油实施经验，分步实施，大城市可延后实施。

表3 广东周边生物燃料乙醇生产企业及产能

3 炼厂应对乙醇汽油推广的间接烷基化技术

车用乙醇汽油全面推广后，醚类汽油组分(MTBE和醚化轻汽油)限制加入，高辛烷值调合组分减少，汽油池结构相对脆弱，汽油指标可能存在卡边的危险。对于碳四的综合利用以及汽油的质量升级[5-8]，一般的应对路径有：

(1)催化裂化装置进行催化剂调变，减少异丁烯产量，FCC产品结构或流程调整；

(2)碳四烯烃叠合技术(叠合+加氢)；

(3)MTBE分解制高纯度异丁烯，作为甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丁基橡胶和聚异丁烯的原料；

(4)烯烃歧化技术，如利用乙烯与丁烯歧化生产丙烯等；

(5)液化气/汽油芳构化技术，芳构化产生的三苯进行分离。

3.1 国外间接烷基化技术

国外将碳四中的异丁烯二聚再加氢生产异辛烷，称为间接烷基化技术，以与异丁烷为原料生产烷基化油的直接烷基化技术相区别。间接烷基化可分为选择性间接烷基化(适用于下游有甲乙酮等)和非选择性间接烷基化(适用于下游直接烷基化)。间接烷基化通常采用大孔磺酸型阳离子交换树脂作为催化剂，生产过程环境友好，投资少，产品质量高(异辛烯和异辛烷产物的研究法辛烷值与马达法辛烷值高于烷基化油，蒸汽压低于烷基化油，见表4)，还可以利用现有的MTBE装置，已成为国外现有MTBE装置转产的主要途径。

表4 汽油高辛烷值调合组分性质比较

国外主要的烯烃叠合工艺包括：(1)美国UOP公司的非选择性叠合工艺(InAIK)，将异丁烯进行二聚或异丁烯与C3～C5烯烃进行叠合再加氢饱和，得到高辛烷值的烷烃类汽油调合组分；采用树脂催化剂或固体磷酸(SPAC)催化剂，树脂催化剂主要转化异丁烯，固体磷酸催化剂可转化正丁烯。(2)法国IFP的选择性叠合工艺(Selectopol)，采用镍络合物催化剂体系。(3)CD Tech公司的二聚技术(CD Isoether，添加有降低树脂酸度的氧化物助剂)，采用酸性树脂催化剂。(4)美国原Mobil公司的非选择性叠合工艺(MOGD)，采用ZSM-5分子筛作催化剂。国外间接烷基化相关工艺的技术特点见表5。

表5 国外几种间接烷基化工艺技术特点

3.2 国内间接烷基化技术

国内间接烷基化技术有中国石油化工股份有限公司旗下的齐鲁分公司研究院的间接烷基化技术、上海石油化工研究院OilHyd技术、石油化工科学研究院叠合-醚化技术和凯瑞环保科技股份有限公司的KR-IA间接烷基化技术(见表6)。但仅石油化工科学研究院叠合-醚化技术和凯瑞环保科技股份有限公司的KR-IA间接烷基化技术实现了工业化，如山东玉皇化工(集团)有限公司采用凯瑞技术的130 kt/a叠合装置于2016年12月投产。

表6 国内几种间接烷基化工艺技术特点

4 结语

推广乙醇汽油对于减轻环境污染，改善大气质量具有较好的效果。全面推广乙醇汽油，需要解决国内燃料乙醇供应不足和醚类装置转产的问题。将异丁烯叠合生成异辛烯，再加氢成为异辛烷的间接烷基化工艺，其产物辛烷值高，可利用原有的MTBE装置，改造费用较低；对于燃料型炼厂来说，可考虑作为现有MTBE装置转产的工艺路线。

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