代曉東, 姜 濤,賈子麒,楊光輝,何 蔓,李天宇,王菲菲

(1.中國石油大學(xué)勝利學(xué)院 油氣工程學(xué)院,山東 東營 257061; 2.廣饒縣經(jīng)濟(jì)和信息化局節(jié)能辦,山東 廣饒 257300;3.中國石油海外勘探開發(fā)公司,北京 100034)

一利用優(yōu)質(zhì)地?zé)挳a(chǎn)品生產(chǎn)國V標(biāo)準(zhǔn)汽油的研究

代曉東1, 姜 濤2,賈子麒3,楊光輝1,何 蔓1,李天宇1,王菲菲1

(1.中國石油大學(xué)勝利學(xué)院 油氣工程學(xué)院,山東 東營 257061; 2.廣饒縣經(jīng)濟(jì)和信息化局節(jié)能辦,山東 廣饒 257300;3.中國石油海外勘探開發(fā)公司,北京 100034)

結(jié)合國家汽油標(biāo)準(zhǔn)升級戰(zhàn)略和山東省地方煉油產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)特點,研究以優(yōu)質(zhì)地?zé)挳a(chǎn)品(加氫石腦油、加氫汽油、烷基化汽油、甲基叔丁基醚)生產(chǎn)92#國Ⅴ車用汽油的方法。利用正交試驗法,采用4因素3水平,先以硫含量和辛烷值兩個指標(biāo)優(yōu)選出調(diào)和汽油的最佳配比,并對汽油樣品進(jìn)行了全面分析,確定以優(yōu)質(zhì)地?zé)捲峡梢陨a(chǎn)符合國Ⅴ標(biāo)準(zhǔn)的92#車用汽油,具體配比為加氫石腦油45%,加氫汽油20%,烷基化汽油25%,MTBE 5%。按照最優(yōu)配比生產(chǎn)的國Ⅴ標(biāo)準(zhǔn)汽油,達(dá)到了降低硫含量、提高安定性(芳烴、烯烴含量低)、抗爆震性能優(yōu)的目的。

加氫石腦;加氫汽油;烷基化汽油;甲基叔丁基醚;國Ⅴ汽油

2013年底，第五階段車用汽油國家標(biāo)準(zhǔn)(國Ⅴ)正式發(fā)布，并規(guī)定從2018年起，全國供應(yīng)國Ⅴ汽油。與國Ⅳ標(biāo)準(zhǔn)的汽油相比，新標(biāo)準(zhǔn)的硫、錳、烯烴含量均有所降低。據(jù)相關(guān)專家預(yù)測，油品升級后，目前在用車的總體排放污染物可減少10%～15%，同時，新車的氮氧化物排放量則可減少25%左右[1- 2]。

北京、上海、廣東分別制定了相應(yīng)的地方汽油標(biāo)準(zhǔn)以提前適應(yīng)國Ⅴ汽油標(biāo)準(zhǔn),并分別在2012、2013和2014年開始實施汽油Ⅴ標(biāo)準(zhǔn)。2015年5月,國務(wù)院會議確定了加快成品油質(zhì)量升級措施,推動大氣污染治理和企業(yè)技術(shù)升級,并提前向全國供應(yīng)國五標(biāo)準(zhǔn)的汽油和柴油。一方面,擴(kuò)大車用汽、柴油國Ⅴ標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行范圍。2016 年1 月1 日起,東部地區(qū)全面供應(yīng)符合國Ⅴ標(biāo)準(zhǔn)的車用汽油;另一方面,提前國Ⅴ標(biāo)準(zhǔn)車用汽油供應(yīng)時間。將全國供應(yīng)國Ⅴ標(biāo)準(zhǔn)車用汽油的時間提前1 年,即2017 年1 月1 日起,全國全面供應(yīng)符合國Ⅴ標(biāo)準(zhǔn)的車用汽油,同時停止銷售低于國Ⅴ標(biāo)準(zhǔn)車用汽油。

1 背景介紹

汽、柴油國Ⅴ標(biāo)準(zhǔn)的全面實施,要求各煉油企業(yè)進(jìn)行相應(yīng)的技術(shù)改造,生產(chǎn)符合國Ⅴ標(biāo)準(zhǔn)的汽、柴油。國有大型煉油企業(yè)資金充裕、裝置規(guī)模大、技術(shù)基礎(chǔ)雄厚,已基本完成相應(yīng)的技術(shù)改造和更新。地方煉油企業(yè)是我國煉油行業(yè)的一個重要補(bǔ)充,規(guī)模小、技術(shù)層次低、產(chǎn)業(yè)鏈短等是其劣勢,但在國家政策的積極引導(dǎo)和扶持下,近些年,地方煉油企業(yè)發(fā)展較快。從國家汽、柴油標(biāo)準(zhǔn)更新時間表確定后,地方煉油企業(yè)積極應(yīng)對,進(jìn)行技術(shù)升級和改造,以適應(yīng)市場的需求。

以地?zé)挓捰湍芰ψ疃嗟牡貐^(qū)——山東省為例,山東省地?zé)捒偀捰湍芰Τ^1億噸,但絕大多數(shù)企業(yè)一次煉油能力基本為500萬噸以下,且由于原料品質(zhì)較劣質(zhì),所產(chǎn)的多為附加值不高、油品性質(zhì)低的汽柴油原料。隨著國家節(jié)能環(huán)保戰(zhàn)略,汽柴油標(biāo)準(zhǔn)升級的進(jìn)度加快。地方煉油企業(yè)意識到技術(shù)升級改造,生產(chǎn)高附加值產(chǎn)品、高清潔汽柴油組分是生存和發(fā)展的必經(jīng)之路,添加了加氫、重整、烷基化和醚化裝置,目前山東一半以上的地方煉油企業(yè)已可以生產(chǎn)國Ⅴ標(biāo)準(zhǔn)汽、柴油及其組分。為了充分利用區(qū)位優(yōu)勢,整合地區(qū)資源,配合節(jié)能減排發(fā)展戰(zhàn)略,基于山東地方煉油企業(yè)的國Ⅴ汽油調(diào)和組分產(chǎn)品:石腦油、加氫汽油、烷基化汽油、甲基叔丁基甲醚(MTBE),以生產(chǎn)調(diào)和92#國Ⅴ標(biāo)準(zhǔn)汽油為目的,采用正交試驗法,研究組分配比之間的經(jīng)濟(jì)性和指標(biāo)性,確定優(yōu)化調(diào)和配方,為相關(guān)油品企業(yè)提供參考[3-6]。

2 試 驗

2.1 試驗原料

所用石腦油、加氫汽油、烷基化油和MTBE均為山東省內(nèi)知名煉油和化工企業(yè)市售產(chǎn)品,符合相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 試驗方法

調(diào)和試驗和分析測試在某石化企業(yè)分析試驗室完成,采用的相關(guān)測試和檢驗標(biāo)準(zhǔn)編號如下:GB17930-2013,GB/T5487,GB/T6536,GB/T8017,GB/T8019,GB/T380,GB/T5096,GB17930-1999,GB/T11132等。

3 結(jié)果與討論

3.1 組分油品性質(zhì)分析

試驗所用油品組分的相關(guān)性質(zhì)分析如表1。從表中可以看出:國Ⅴ92#汽油標(biāo)準(zhǔn),在國Ⅳ標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上主要調(diào)低了硫含量、烯烴含量限值。其中,硫含量不高于10×10-6,降低了80%;烯烴含量由28%降低到24%;汽油產(chǎn)品蒸汽壓(5月1日—10月31日)限定在42～65 kPa之間,首次規(guī)定了密度指標(biāo),其值20 ℃時為720～775 kg/m3。

表1 調(diào)和組分性質(zhì)分析

加氫石腦油是重要的油品調(diào)和組分,多個指標(biāo)都符合調(diào)油的需要,通過加氫過程大大降低了硫含量,但是由于正構(gòu)烷烴含量高,辛烷值很低,需要摻入高辛烷值組分,以達(dá)到要求。加氫汽油是催化汽油加氫的產(chǎn)物,目的是降低硫含量,從表中看出,加氫汽油辛烷值已超過92,硫含量在20×10-6左右,苯和烯烴含量都比較低,可以作為調(diào)和汽油的主要組分。

烷基化汽油主要成分是異辛烷,辛烷值一般在95～97之間,硫含量低,各項指標(biāo)均滿足國Ⅴ汽油標(biāo)準(zhǔn),可以提高汽油的辛烷值,是調(diào)制國Ⅴ92#和95#汽油的重要原料。MTBE(甲基叔丁基醚)具有硫含量低,蒸汽壓低的特點,其基礎(chǔ)辛烷值可達(dá)118,是高辛烷值、含氧汽油的理想調(diào)合組分,可以同汽油任意比例互溶而不發(fā)生分層現(xiàn)象,且調(diào)和辛烷值高于其凈辛烷值,但國Ⅴ汽油標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了氧含量≤2.7%,所以MTBE添加量要嚴(yán)格控制。

3.2 正交試驗設(shè)計和結(jié)果

國家Ⅴ92#汽油標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格限定了硫的含量,結(jié)合調(diào)油組分硫含量,初步確定以加氫石腦油和加氫汽油為主要成分,并添加烷基化油 和MTBE以提高辛烷值和氧含量。

根據(jù)正交試驗的設(shè)計方案,以四種調(diào)油組分為因素,并根據(jù)組分平衡情況確定各因素的3個水平,進(jìn)行4因素3水平的正交試驗,具體正交試驗設(shè)計如表2 所示。

表2 92#國Ⅴ汽油調(diào)和正交試驗的因素和水平

通過正交試驗設(shè)計安排,共調(diào)和了9種不同比例的汽油產(chǎn)品。表1相關(guān)調(diào)和組分的大部分性質(zhì)滿足92#國Ⅴ車用汽油標(biāo)準(zhǔn),因此確定了正交試驗調(diào)和產(chǎn)品主要考察硫含量和辛烷值兩個參數(shù)。

從表3正交試驗結(jié)果可以看到:通過合理的調(diào)整比例,9個樣品的硫含量均在10×10-6以下,其中6#樣品的硫含量最低,這是因為加入的加氫汽油組分較少;辛烷值(RON)測定結(jié)果表明,只有2#、3#、5#、7#樣品達(dá)到了92#國Ⅴ汽油標(biāo)準(zhǔn)要求,其他樣品是由于加氫石腦油的辛烷值低,雖然添加了高辛烷值的烷基化汽油和MTBE,在試驗的配比條件下,難以滿足辛烷值的要求。綜合原料價格和資源的合理利用,確定2#樣品作為最優(yōu)的92#國Ⅴ車用汽油調(diào)和比例。

表3 調(diào)和汽油正交試驗結(jié)果

3.3 調(diào)和油品性質(zhì)對比分析

通過硫含量和辛烷值確定的最優(yōu)調(diào)和比例數(shù)據(jù)還不夠全面,須進(jìn)一步對調(diào)和汽油的各項指標(biāo)參數(shù)進(jìn)行分析,以確定是否全面滿足國Ⅴ標(biāo)準(zhǔn)的要求。故對調(diào)和汽油進(jìn)行了全面的分析,具體數(shù)據(jù)如表4?？梢钥闯?，由于摻入了高辛烷值組分，調(diào)和汽油的辛烷值達(dá)到92.9;同時，調(diào)和汽油的餾程指標(biāo)也都滿足標(biāo)準(zhǔn)的要求，說明調(diào)和汽油具有較好的點火和燃燒性能。針對國Ⅴ標(biāo)準(zhǔn)為了減少蒸發(fā)損失，保護(hù)環(huán)境，而降低了汽油蒸汽壓，調(diào)和汽油的蒸汽壓接近60 kPa，性能良好。調(diào)和汽油的組分里有加氫汽油和加氫石腦油，加氫處理很好地降低了油品不飽和烴的含量，所以調(diào)和汽油的烯烴含量和芳烴含量都符合標(biāo)準(zhǔn)要求。為進(jìn)一步保證車輛燃油經(jīng)濟(jì)性的相對穩(wěn)定，國Ⅴ標(biāo)準(zhǔn)中首次規(guī)定了密度指標(biāo)，其值20 ℃時為720～775 kg/m3,調(diào)和汽油的密度為733 kg/m3，滿足要求。綜合表內(nèi)所有指標(biāo)的對比分析,確定以2#樣品的比例調(diào)和汽油滿足92#車用汽油國Ⅴ標(biāo)準(zhǔn),可以作為地?zé)捚髽I(yè)生產(chǎn)國Ⅴ汽油的參考。

表4 最優(yōu)配比調(diào)和汽油性質(zhì)

4 結(jié) 論

(1)全國地方煉油企業(yè)是煉油化工行業(yè)重要的組成部分,隨著國家汽油升級的步伐加快,地方煉油企業(yè)通過技術(shù)改造和引進(jìn),已具備生產(chǎn)國Ⅴ汽油的能力。

(2)合理利用地方煉油企業(yè)生產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)汽油調(diào)和組分,生產(chǎn)國Ⅴ車用汽油,能有效而合理地整合資源,有助于實現(xiàn)山東乃至華北地區(qū)的油品提前升級換代,實現(xiàn)發(fā)展和環(huán)保共贏。

(3)采用加氫石腦油、加氫汽油、烷基化油和MTBE這些山東地?zé)挼膬?yōu)質(zhì)原料,可以生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的92#國Ⅴ車用汽油,調(diào)和汽油中石腦油和加氫汽油作為主要組分,烷基化汽油和MTBE主要起到辛烷值調(diào)節(jié)和含氧量調(diào)節(jié)的作用。

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[責(zé)任編輯] 辛艷萍

2015-10-25

代曉東(1980—),男，遼寧瓦房店人,中國石油大學(xué)勝利學(xué)院油氣工程學(xué)院副教授,博士,主要從事油品化學(xué)和儲運化學(xué)品研究。

10.3969/j.issn.1673-5935.2015.04.009

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1673-5935(2015)04- 0033- 03