油品升级拓荒 蓝天工程圆梦 看中国自主技术如何挑起油品质量升级大梁
既要降低催化汽油的硫含量、烯烃含量，又要保持高辛烷值，这是我国车用汽油质量升级技术的巨大挑战——
■ 特约撰稿人 王巧然
近日，由中石油石油化工研究院、中国石油大学、中石油下属炼化企业及工程建设公司等“产、学、研、设”多家单位联合攻关的催化汽油加氢系列催化剂和工艺设计成套技术，荣获了2015年度国家科技进步二等奖。可以说，60多年来，中国炼化科技一直奔跑在追赶的路上。然而，从无铅汽油起步，中国油品升级的速度全球居首：用10多年时间走完发达国家20多年走过的历程。我国油品质量升级难在哪儿？目前国内有哪些自主创新技术？此次获奖的技术又有哪些创新点？业内专家进行了深度解析。
雾霾时代，
“五朵金花”面临新课题
虽然目前全国已有几十个千万吨级炼厂，但相对于西方而言，我国的炼油和化工行业起步较晚，以至于中国工程院院士徐承恩在讲述炼油业时不禁感慨：“尽管已是世界级的炼油大国，但我们依然要正视现在与世界顶尖技术、设计能力之间的差距。学习先进技术的过程从未停止。”
回顾中国炼油工业史，其实人人皆知的大庆石油会战背后，还有一场大庆原油炼制的会战，在石油部的大连石油七厂如今的大连石化展开。在后来被称为“香山会议”的石油部科技座谈会上，全国炼油领域的专家，讨论决定对“五朵金花”（催化裂化、催化重整、延迟焦化、尿素脱蜡、炼油催化剂和添加剂）进行攻关。正是这些关键技术攻关，使中国炼油工业从无到有，告别了“洋油”时代。
载入史册的“五朵金花”中，催化裂化是提高炼厂轻质油收率和汽油辛烷值的关键，催化重整，是生产高辛烷值汽油和石油芳烃的关键。这些为新中国经济腾飞贡献了“工业血液”的炼化科技攻关，将有限的原油资源吃干榨尽，把进口劣质重油原料变废为宝……不同时代面临着不同课题。特别是近年来我国雾霾天气频现，全国70％的城市空气质量不达标，提前推行车用汽柴油新标准，攻克汽柴油质量升级技术成为国家重大需求。中国炼油科技团队自主开发成功了系列清洁油品质量升级和高档炼化产品生产新技术，有效满足了我国国民经济快速清洁发展的需要。
油品升级，为何这样难？
车用汽油一般由重整生成油、异构化油、烷基化油等无硫、无烯烃、高辛烷值调和组分以及高硫、高烯烃催化汽油调和而成。由于我国炼油装置结构不同于国外，重油催化裂化占比较大，导致车用汽油组分中，催化汽油占比高达74%，而其他低(无)硫、低烯烃含量的高辛烷值调和组分不足30%。我国催化汽油中烯烃含量达45%左右，硫含量在100～1000ppm之间，使其需要脱硫和降烯烃同时进行才能达到清洁油品的标准。而欧美国家车用汽油调和组分中，催化汽油约占30%，其汽油质量升级的任务是降低催化汽油的硫含量，目标单一。
与此同时，辛烷值是车用汽油品质的重要指标，汽油标号就是以辛烷值高低命名的；而催化汽油需要降低含量的烯烃正是汽油辛烷值的主要贡献者。在常规加氢脱硫过程中，烯烃很容易被饱和成烷烃，造成汽油辛烷值损失，从而导致油品达不到国四、国五要求。这是我国油品升级的难点所在。
据测算，烯烃每降低2.5~3个单位，辛烷值则降低1个单位，每吨汽油效益损失约120元，按全国年产6000万吨催化汽油计算，每年损失近72亿元。
我国大部分炼厂采用汽油加氢脱硫、汽油醚化以及甲基叔丁基醚（MTBE）等汽油改质技术来满足日益严格的标准，在其他清洁汽油调和组分的比例没有增加的情况下，国五标准产品汽油的辛烷值可能下降4~6个单位，成为我国炼油工业难以承受之重 。
研发自主技术，
实现三重目标
由于我国汽油质量升级需要同步实现降低催化汽油硫和烯烃含量及保持辛烷值三重目标，无法借鉴欧美国家技术路线，必须开发自主知识产权技术。相比之下，升级到同等标准，我国油品升级面临的困难要比国外多很多。
目前全球催化汽油清洁化的主流技术包括法国Axens开发的典型加氢脱硫技术(Prime-G+)，美国ConocoPhillips公司开发的，2007年被中石化整体收购的典型的吸附脱硫技术(S-Zorb)，以及中国石油自主开发的国四、国五标准清洁汽柴油生产成套技术，这些技术有力保障了中国油品质量升级任务的圆满完成。
由于中石油催化汽油硫含量分布较宽（100～1000毫克/千克，平均192毫克/千克）烯烃含量高，问题尤为突出。即使同为国内炼油企业，中石油催化汽油硫和烯烃分布特点也不同于中石化等国内其他催化汽油，中石油汽油质量升级技术采用的加氢路线自然也不同于中石化等国内其他企业。
在国家迫切需要改善油品质量、提供经济高效的汽油质量升级技术的形势下，中石油围绕清洁油品升级技术，加强顶层设计，布局汽柴油加氢催化剂等攻关。中石油石油化工研究院联合中国石油大学等，依托国家973项目、国家自然科学基金项目和中石油重大科技专项，历时12年攻关，自主创新开发了脱硫、降烯烃并保持辛烷值催化汽油清洁化成套技术，并依托工程建设公司华东设计分公司和大连设计分公司，在玉门石化、大港石化、乌石化等实现大规模应用，有效满足了油品升级的需求。
柴油质量升级，同样需要更高的技术和新装置。中石油石化院开发的柴油加氢精制、加氢改质和异构降凝等3类6种催化剂制备技术，催化剂具有活性高、空速高、原料适应性强、性能优异等特点，能有效降低产品硫含量，整体技术指标达到国际先进水平，成为国家柴油质量升级到第四阶段标准的关键技术，目前已在11套装置上成功应用，占柴油升级装置总数的64.3%，自主技术主体地位进一步凸显。同时，FDS系列柴油加氢精制催化剂在大港石化、长庆石化等3套装置成功应用，开工用时由72小时缩短到24小时，提高了生产效率，降低了环保风险。依托集团公司加氢中试基地，中石油石化院还为19家炼化企业的29套柴油加氢装置提供加工、升级等方案设计。这些量体裁衣式的技术服务，有效实现了炼化企业降本增效。
守护蓝天，
摘得大奖
据专家介绍，此次获奖的技术凝聚了中石油创新团队多年的心血，全方位解决了汽油升级的诸多问题。
在深度脱硫方面，攻关团队有机组合分段加氢脱硫和烯烃定向转化工艺技术，开发了“全馏分汽油预加氢-轻重汽油切割-轻汽油醚化-重汽油选择性加氢脱硫-接力脱硫/辛烷值恢复”成套技术和工艺包，解决了催化汽油深度脱硫、降烯烃和辛烷值的同时保持这一制约汽油清洁化的重大科学技术难题。
在降低烯烃含量的同时保持汽油辛烷值方面，攻关团队研究烯烃定向转化为高辛烷值组分的新途径，发明了分子筛孔道和酸性精细调控技术，开发了重汽油烯烃芳构化的辛烷值恢复催化剂，发明了轻汽油醚化新工艺技术，同步实现了降低催化汽油烯烃含量和提升产品辛烷值。特别是轻汽油醚化技术，可将辛烷值提高2.2个单位。新的高选择性加氢脱硫系列催化剂，实现了重汽油中大分子硫醚及噻吩类含硫化合物的高选择性深度脱除。
由于各炼厂催化汽油硫、烯烃含量和辛烷值差异很大，对脱硫、降烯烃、保持辛烷值的需求各有不同，如何满足多元化的需求？研发人员还根据不同炼厂催化汽油性质和产品质量要求，将分段脱硫、醚化和烯烃芳构化(辛烷值恢复)技术有机耦合，形成了三种工艺模式，满足了中石油各炼厂汽油质量升级的不同需求。