汽油調(diào)和技術(shù)進(jìn)展

王冬梅

（中國石油遼陽石化公司儲運一部，遼寧 遼陽 111003）

隨著環(huán)境保護(hù)要求的提高，中國汽油新標(biāo)準(zhǔn)日益嚴(yán)格，汽油國ⅥB 標(biāo)準(zhǔn)于2023 年1 月1 日開始實施，成品汽油生產(chǎn)技術(shù)—汽油調(diào)和技術(shù)必須不斷的調(diào)整和升級。

1 汽油組分油生產(chǎn)技術(shù)

按照中國最新的國ⅥB標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)有汽油組分油無法調(diào)和出硫含量（10 μg/g）、烯烴含量（體積分?jǐn)?shù)為15%）的汽油，因此必須對生產(chǎn)工藝進(jìn)行調(diào)整，需要將汽油組分中硫、烯烴含量降低，同時添加高辛烷值組分油抵消烯烴含量下降帶來的辛烷值的損失，最后才能生產(chǎn)出滿足新汽油標(biāo)準(zhǔn)的合格產(chǎn)品。

1.1 低硫組分油生產(chǎn)技術(shù)

汽油標(biāo)準(zhǔn)中硫含量一直是汽油燃燒環(huán)保的重要參考，標(biāo)準(zhǔn)的每次升級都要求硫含量的減少，脫硫技術(shù)成為清潔汽油生產(chǎn)的基礎(chǔ)技術(shù)。

1.1.1 加氫脫硫技術(shù) 加氫脫硫技術(shù)以法國IFB 研究院與AXENS 公司合作開發(fā)的Prime-G+技術(shù)和美國埃克森美孚公司的SCANfining 技術(shù)為代表，2者的共同點是對二烯烴進(jìn)行選擇性加氫，使其成為單烯烴，產(chǎn)品中的單烯烴被保存下來，辛烷值損失很小，同時得到低硫含量（10 μg/g）的產(chǎn)品。

應(yīng)用Prime-G+技術(shù)的投產(chǎn)裝置超過200套［1］。該技術(shù)流程包括預(yù)加氫，分餾，重汽油餾分脫硫。預(yù)加氫將二烯烴轉(zhuǎn)化為單烯烴，分餾出輕重餾分后，硫含量高的重餾分繼續(xù)脫硫至要求硫含量，可以與輕餾分一起調(diào)和汽油或者進(jìn)一步醚化改質(zhì)。

SCANfining 技術(shù)是美國埃克森美孚公司所研發(fā)的選擇性加氫技術(shù)［2～4］，工業(yè)化應(yīng)用較為廣泛，原料適應(yīng)性強，催化劑是與AkzoNobel 公司合作開發(fā)的鈷鉬RT-225 脫硫催化劑。該技術(shù)的優(yōu)點是產(chǎn)品不需要分離，辛烷值損失很低。1.1.2 吸附脫硫技術(shù)美國康菲公司開發(fā)的催化裂化汽油吸附脫硫工藝是S-Zorb 技術(shù)［5］，吸附劑的使用Ni/ZnO，操作條件溫和，可實現(xiàn)循環(huán)利用［6，7］，脫硫效率高，并且裝置建設(shè)費用低，較早地實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。該技術(shù)的優(yōu)點是不產(chǎn)生硫醇，不發(fā)生芳烴飽和、加氫裂化和異構(gòu)化反應(yīng)等［8］。

1.2 高辛烷值組分油生產(chǎn)技術(shù)

為滿足新汽油標(biāo)準(zhǔn)，得到更低硫含量的汽油組分，通常都要損失部分辛烷值，如此就需要高辛烷值組分油來調(diào)和高標(biāo)號汽油，其中，醚化、烷基化、異構(gòu)化技術(shù)是成熟的提高辛烷值的工業(yè)技術(shù)。

1.2.1 醚化技術(shù) 醚化技術(shù)是通過烯烴和甲醇反應(yīng)，生成含有醚鍵的化合物，從而提高辛烷值。該反應(yīng)不僅能降低烯烴，也能把調(diào)和汽油不友好的甲醇進(jìn)行轉(zhuǎn)化。

UOP 公司的Ethermax 工藝流程為：先將二烯烴選擇性加氫為單烯烴，再把產(chǎn)物分離出輕汽油，輕汽油與甲醇進(jìn)行醚化反應(yīng)，生成醚化汽油［9］。

1.2.2 烷基化技術(shù)烷基化是將短直鏈烷烴添加烷基，生成支鏈烷烴，從而提高辛烷值。烷基化油不含氧，可以調(diào)和乙醇汽油。

烷基化反應(yīng)以酸作為催化劑，已經(jīng)工業(yè)化的有氫氟酸、硫酸、固體酸等。其中，采用硫酸和氫氟酸作為強酸催化劑是目前工藝成熟、工業(yè)化裝置較多的技術(shù)路線。

不足之處在于強酸對裝置有很強的腐蝕性，且氫氟酸易揮發(fā)，對操作人員不夠安全，近年來較少應(yīng)用在工業(yè)裝置上。固體酸法催化劑不會對裝置產(chǎn)生腐蝕，沒有排放廢液等問題，例如UOP 公司的Alkylene 工藝、美國LUMMUS 公司的AlkyClean工藝等［10，11］。

1.2.3 異構(gòu)化技術(shù) 烷烴異構(gòu)化工藝是20 世紀(jì)80年代國外迅速發(fā)展的新的煉油工藝過程［12，13］。異構(gòu)化與烷基化技術(shù)相近，都是通過調(diào)整直鏈烷烴結(jié)構(gòu)，生成支鏈烷烴來提高辛烷值，以美國UOP 公司和法國石油研究院IFP 公司的技術(shù)為代表，烷烴異構(gòu)化工藝按溫度分為高、中、低3種，隨著技術(shù)發(fā)展，能耗高的高溫工藝和中溫工藝逐漸被淘汰。

2 數(shù)學(xué)模型的應(yīng)用進(jìn)展

通過對汽油調(diào)和過程建立數(shù)學(xué)模型，預(yù)測汽油產(chǎn)品質(zhì)量，調(diào)整組分添加配比，減少成本高組分的使用，能夠降低經(jīng)濟(jì)成本，實現(xiàn)利潤最大化。

2.1 成品油配方模擬

李煒等［14］提出了1 種基于改進(jìn)MKFCM 與XGBoost 結(jié)合的多模型集成建模方法。考察罐底余油與批次類型對成品油質(zhì)量指標(biāo)的影響，根據(jù)動態(tài)融合權(quán)值對各個子模型進(jìn)行輸出融合，集成各模型就得到各組分油的配比的成品油配方。

2.2 調(diào)和油組分配比優(yōu)化

朱洪翔等［15］以1種基于人工魚群算法，以調(diào)和汽油標(biāo)準(zhǔn)作為約束條件，將非線性規(guī)劃問題轉(zhuǎn)化為無約束優(yōu)化問題，避免了復(fù)雜的非線性規(guī)劃的求解過程。通過建立數(shù)學(xué)模型，對92#汽油和95#汽油調(diào)和過程進(jìn)行優(yōu)化，研究法辛烷值分別為92.012和95.048，最大程度上減少了高辛烷值組分的使用，增加了經(jīng)濟(jì)效益。

PIMS 軟件在工業(yè)生產(chǎn)過程應(yīng)用廣泛，在生產(chǎn)過程優(yōu)化，庫存管理等方面尤其突出。范蕾蕾等［16］將PIMS軟件在92#汽油調(diào)和過程中，通過測算MTBE 的比例和成品油利潤關(guān)系，MTBE 的比例為5.8%、7.0%、8.5%、10.0%、12.0%。通過測算MTBE的比例和成品油利潤關(guān)系，隨著MTBE 含量的增加，利潤的變化呈現(xiàn)先快后慢的趨勢。考慮到MTBE 供應(yīng)量、成品油質(zhì)量以及其它生產(chǎn)具體情況，決定以7%添加為最合理比例。

伍青青等［17］對汽油調(diào)和過程建立了3 層混合整數(shù)非線性規(guī)劃（MINLP）模型，并進(jìn)行優(yōu)化求解，對汽油調(diào)和過程進(jìn)行模擬優(yōu)化，提高了生產(chǎn)效率。

上述模型在汽油調(diào)和過程中通過模擬調(diào)和過程、預(yù)測調(diào)和結(jié)果，增加了對調(diào)和過程和調(diào)和結(jié)果的控制和預(yù)期，提高了經(jīng)濟(jì)效益。

3 汽油在線調(diào)和技術(shù)進(jìn)展

在煉化裝置規(guī)模較小、計算機自動控制和檢測儀表自動化程度較低的生產(chǎn)時期，汽油調(diào)和多采用人工技術(shù)，以儲罐為調(diào)和容器進(jìn)行。

3.1 在線調(diào)和系統(tǒng)的建立和優(yōu)化

李海芹等［18］通過建立在線分析儀系統(tǒng)和在線調(diào)和優(yōu)化控制系統(tǒng)，通過在線調(diào)和優(yōu)化控制主要包括比例控制“優(yōu)化控制”配方管理等，利用在線汽油調(diào)和優(yōu)化技術(shù)，在滿足汽油標(biāo)準(zhǔn)的前提下，多添加低成本汽油組分，減少使用高成本汽油組分，使企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益最大化。

汽油的人工儲罐調(diào)和與在線調(diào)和技術(shù)特點的對比見表1［18］。

表1 2種汽油調(diào)和方式對比

3.2 在線調(diào)和系統(tǒng)的硬件和軟件配置

熊全能［19］從汽油調(diào)和的基本硬件配置要求、汽油調(diào)和軟件的典型配置、汽油調(diào)和的流程優(yōu)化配置等方面提出在線調(diào)和系統(tǒng)配置的若干建議，對于提高在線汽油調(diào)和應(yīng)用效果具有重要意義。

在線汽油調(diào)和生產(chǎn)系統(tǒng)，是自動化控制系統(tǒng)和在線檢測系統(tǒng)的結(jié)合，以汽油質(zhì)量為最終的控制目標(biāo)來形成閉環(huán)流程。國內(nèi)汽油生產(chǎn)按規(guī)模采取適合的調(diào)和方式，儲罐調(diào)和可以作為在線調(diào)和生產(chǎn)調(diào)整時的補充手段，例如無法存儲過剩組分油可利用人工調(diào)和進(jìn)行銷售。

汽油的在線調(diào)和屬于連續(xù)化和自動化生產(chǎn)，各組分油使用均衡，不易產(chǎn)生過多庫存，在線質(zhì)量檢測實時反饋生產(chǎn)質(zhì)量，既能保證成品油質(zhì)量穩(wěn)定，也能在生產(chǎn)調(diào)整時迅速做出反應(yīng)，增加企業(yè)生產(chǎn)的靈活性和競爭力。

4 結(jié)束語

（1）汽油調(diào)和過程中各調(diào)和組分的生產(chǎn)技術(shù)是基礎(chǔ)，硫含量、烯烴含量、辛烷值的控制是滿足汽油標(biāo)準(zhǔn)的重要指標(biāo)。隨著汽油標(biāo)準(zhǔn)的升級，生產(chǎn)工藝也要隨之進(jìn)行調(diào)整。

（2）數(shù)學(xué)模型在調(diào)和過程中的應(yīng)用是優(yōu)化生產(chǎn)過程，實現(xiàn)整個生產(chǎn)過程，某個過程或者某些組分油的最優(yōu)解決方案。

（3）在線調(diào)和技術(shù)的發(fā)展則是煉化裝置自動化和連續(xù)化生產(chǎn)的必然結(jié)果，尤其是在煉化產(chǎn)業(yè)大規(guī)模化生產(chǎn)中，使整個調(diào)和汽油生產(chǎn)過程既快又好，實現(xiàn)了汽油生產(chǎn)線經(jīng)濟(jì)效益最大化。