一利用优质地炼产品生产国V标准汽油的研究

2015-07-05代晓东贾子麒杨光辉李天宇王菲菲

中国石油大学胜利学院学报 2015年4期

关键词：辛烷值烷基化石脑油

代晓东, 姜涛,贾子麒,杨光辉,何蔓,李天宇,王菲菲

(1.中国石油大学胜利学院油气工程学院,山东东营 257061; 2.广饶县经济和信息化局节能办,山东广饶 257300;3.中国石油海外勘探开发公司,北京 100034)

一利用优质地炼产品生产国V标准汽油的研究

代晓东1, 姜涛2,贾子麒3,杨光辉1,何蔓1,李天宇1,王菲菲1

(1.中国石油大学胜利学院油气工程学院,山东东营 257061; 2.广饶县经济和信息化局节能办,山东广饶 257300;3.中国石油海外勘探开发公司,北京 100034)

结合国家汽油标准升级战略和山东省地方炼油产业结构特点,研究以优质地炼产品(加氢石脑油、加氢汽油、烷基化汽油、甲基叔丁基醚)生产92#国Ⅴ车用汽油的方法。利用正交试验法,采用4因素3水平,先以硫含量和辛烷值两个指标优选出调和汽油的最佳配比,并对汽油样品进行了全面分析,确定以优质地炼原料可以生产符合国Ⅴ标准的92#车用汽油,具体配比为加氢石脑油45%,加氢汽油20%,烷基化汽油25%,MTBE 5%。按照最优配比生产的国Ⅴ标准汽油,达到了降低硫含量、提高安定性(芳烃、烯烃含量低)、抗爆震性能优的目的。

加氢石脑;加氢汽油;烷基化汽油;甲基叔丁基醚;国Ⅴ汽油

2013年底，第五阶段车用汽油国家标准(国Ⅴ)正式发布，并规定从2018年起，全国供应国Ⅴ汽油。与国Ⅳ标准的汽油相比，新标准的硫、锰、烯烃含量均有所降低。据相关专家预测，油品升级后，目前在用车的总体排放污染物可减少10%～15%，同时，新车的氮氧化物排放量则可减少25%左右[1- 2]。

北京、上海、广东分别制定了相应的地方汽油标准以提前适应国Ⅴ汽油标准,并分别在2012、2013和2014年开始实施汽油Ⅴ标准。2015年5月,国务院会议确定了加快成品油质量升级措施,推动大气污染治理和企业技术升级,并提前向全国供应国五标准的汽油和柴油。一方面,扩大车用汽、柴油国Ⅴ标准执行范围。2016 年1 月1 日起,东部地区全面供应符合国Ⅴ标准的车用汽油;另一方面,提前国Ⅴ标准车用汽油供应时间。将全国供应国Ⅴ标准车用汽油的时间提前1 年,即2017 年1 月1 日起,全国全面供应符合国Ⅴ标准的车用汽油,同时停止销售低于国Ⅴ标准车用汽油。

1 背景介绍

汽、柴油国Ⅴ标准的全面实施,要求各炼油企业进行相应的技术改造,生产符合国Ⅴ标准的汽、柴油。国有大型炼油企业资金充裕、装置规模大、技术基础雄厚,已基本完成相应的技术改造和更新。地方炼油企业是我国炼油行业的一个重要补充,规模小、技术层次低、产业链短等是其劣势,但在国家政策的积极引导和扶持下,近些年,地方炼油企业发展较快。从国家汽、柴油标准更新时间表确定后,地方炼油企业积极应对,进行技术升级和改造,以适应市场的需求。

以地炼炼油能力最多的地区——山东省为例,山东省地炼总炼油能力超过1亿吨,但绝大多数企业一次炼油能力基本为500万吨以下,且由于原料品质较劣质,所产的多为附加值不高、油品性质低的汽柴油原料。随着国家节能环保战略,汽柴油标准升级的进度加快。地方炼油企业意识到技术升级改造,生产高附加值产品、高清洁汽柴油组分是生存和发展的必经之路,添加了加氢、重整、烷基化和醚化装置,目前山东一半以上的地方炼油企业已可以生产国Ⅴ标准汽、柴油及其组分。为了充分利用区位优势,整合地区资源,配合节能减排发展战略,基于山东地方炼油企业的国Ⅴ汽油调和组分产品:石脑油、加氢汽油、烷基化汽油、甲基叔丁基甲醚(MTBE),以生产调和92#国Ⅴ标准汽油为目的,采用正交试验法,研究组分配比之间的经济性和指标性,确定优化调和配方,为相关油品企业提供参考[3-6]。

2 试验

2.1 试验原料

所用石脑油、加氢汽油、烷基化油和MTBE均为山东省内知名炼油和化工企业市售产品,符合相应的国家标准和企业标准。

2.2 试验方法

调和试验和分析测试在某石化企业分析试验室完成,采用的相关测试和检验标准编号如下:GB17930-2013,GB/T5487,GB/T6536,GB/T8017,GB/T8019,GB/T380,GB/T5096,GB17930-1999,GB/T11132等。

3 结果与讨论

3.1 组分油品性质分析

试验所用油品组分的相关性质分析如表1。从表中可以看出:国Ⅴ92#汽油标准,在国Ⅳ标准的基础上主要调低了硫含量、烯烃含量限值。其中,硫含量不高于10×10-6,降低了80%;烯烃含量由28%降低到24%;汽油产品蒸汽压(5月1日—10月31日)限定在42～65 kPa之间,首次规定了密度指标,其值20 ℃时为720～775 kg/m3。

表1 调和组分性质分析

加氢石脑油是重要的油品调和组分,多个指标都符合调油的需要,通过加氢过程大大降低了硫含量,但是由于正构烷烃含量高,辛烷值很低,需要掺入高辛烷值组分,以达到要求。加氢汽油是催化汽油加氢的产物,目的是降低硫含量,从表中看出,加氢汽油辛烷值已超过92,硫含量在20×10-6左右,苯和烯烃含量都比较低,可以作为调和汽油的主要组分。

烷基化汽油主要成分是异辛烷,辛烷值一般在95～97之间,硫含量低,各项指标均满足国Ⅴ汽油标准,可以提高汽油的辛烷值,是调制国Ⅴ92#和95#汽油的重要原料。MTBE(甲基叔丁基醚)具有硫含量低,蒸汽压低的特点,其基础辛烷值可达118,是高辛烷值、含氧汽油的理想调合组分,可以同汽油任意比例互溶而不发生分层现象,且调和辛烷值高于其净辛烷值,但国Ⅴ汽油标准中规定了氧含量≤2.7%,所以MTBE添加量要严格控制。

3.2 正交试验设计和结果

国家Ⅴ92#汽油标准严格限定了硫的含量,结合调油组分硫含量,初步确定以加氢石脑油和加氢汽油为主要成分,并添加烷基化油和MTBE以提高辛烷值和氧含量。

根据正交试验的设计方案,以四种调油组分为因素,并根据组分平衡情况确定各因素的3个水平,进行4因素3水平的正交试验,具体正交试验设计如表2 所示。

表2 92#国Ⅴ汽油调和正交试验的因素和水平

通过正交试验设计安排,共调和了9种不同比例的汽油产品。表1相关调和组分的大部分性质满足92#国Ⅴ车用汽油标准,因此确定了正交试验调和产品主要考察硫含量和辛烷值两个参数。

从表3正交试验结果可以看到:通过合理的调整比例,9个样品的硫含量均在10×10-6以下,其中6#样品的硫含量最低,这是因为加入的加氢汽油组分较少;辛烷值(RON)测定结果表明,只有2#、3#、5#、7#样品达到了92#国Ⅴ汽油标准要求,其他样品是由于加氢石脑油的辛烷值低,虽然添加了高辛烷值的烷基化汽油和MTBE,在试验的配比条件下,难以满足辛烷值的要求。综合原料价格和资源的合理利用,确定2#样品作为最优的92#国Ⅴ车用汽油调和比例。

表3 调和汽油正交试验结果

3.3 调和油品性质对比分析

通过硫含量和辛烷值确定的最优调和比例数据还不够全面,须进一步对调和汽油的各项指标参数进行分析,以确定是否全面满足国Ⅴ标准的要求。故对调和汽油进行了全面的分析,具体数据如表4。可以看出，由于掺入了高辛烷值组分，调和汽油的辛烷值达到92.9;同时，调和汽油的馏程指标也都满足标准的要求，说明调和汽油具有较好的点火和燃烧性能。针对国Ⅴ标准为了减少蒸发损失，保护环境，而降低了汽油蒸汽压，调和汽油的蒸汽压接近60 kPa，性能良好。调和汽油的组分里有加氢汽油和加氢石脑油，加氢处理很好地降低了油品不饱和烃的含量，所以调和汽油的烯烃含量和芳烃含量都符合标准要求。为进一步保证车辆燃油经济性的相对稳定，国Ⅴ标准中首次规定了密度指标，其值20 ℃时为720～775 kg/m3,调和汽油的密度为733 kg/m3，满足要求。综合表内所有指标的对比分析,确定以2#样品的比例调和汽油满足92#车用汽油国Ⅴ标准,可以作为地炼企业生产国Ⅴ汽油的参考。