近日,由中國石油石油化工研究院蘭州化工研究中心、中國石油大學(北京)和福州大學共同合作完成的“催化裂化汽油超深度加氫脫硫—烯烴分段調控轉化成套技術”獲得了2020年度國家科學技術進步二等獎。該技術攻克了我國生產國Ⅴ/國Ⅵ標準清潔汽油的重大難題,為我國乃至世界煉油工業提供了一種國際先進的清潔油品生產技術。
“為控制汽車尾氣污染物排放,我國加快了油品質量升級步伐,將車用汽油硫含量從國Ⅳ標準的50毫克/千克降至10毫克/千克,將導致光化學煙霧形成的烯烴含量從不超過28v%降至國Ⅴ不超過24v%、國Ⅵ(A)不超過18v%和國Ⅵ(B)不超過15v%,這使以硫和烯烴含量高的催化裂化(FCC)汽油為車用汽油主要調和組分的我國煉油工業面臨嚴峻挑戰。由于高硫、高烯烴含量的FCC汽油約占我國車用汽油池的60%,其清潔化是我國汽油質量升級的核心任務。”蘭州化工研究中心科研人員向永生如是說。
選擇性加氫脫硫技術是世界上占主導地位的FCC汽油清潔化技術。該技術雖然可以通過提高加氫苛刻度使烯烴加氫飽和為烷烴以降低烯烴含量,但將嚴重導致汽油辛烷值損失,這正是選擇性加氫脫硫技術用于生產國Ⅴ/國Ⅵ標準汽油所面臨的巨大挑戰。
針對這一世界性難題,科研人員基于分子煉油的思想,對FCC汽油中烯烴和含硫化合物結構、反應活性隨反應進程演變規律的揭示,破解了烯烴含量降低和辛烷值保持這一制約FCC汽油清潔化的密碼。
他們創造性地提出了分段調控烯烴分子轉化的理念,獨創了烯烴雙鍵異構、噻吩烷基化、硫醇醚化三功能預加氫催化劑和預加氫技術,實現了硫醇和部分噻吩從輕汽油向重汽油的轉移;發明了耦合烯烴單支鏈異構功能的高選擇性加氫脫硫催化劑,實現了重汽油的高選擇性加氫脫硫;發明了非貴金屬烯烴雙支鏈異構催化劑,使其不受微孔的限制,成為進一步生成雙支鏈異構烷烴的必要條件;發明了具有充分暴露孔口且較強酸性的氧化鋁/等級孔分子篩復合載體,研制出非貴金屬烯烴雙支鏈異構催化劑,在使重汽油烯烴含量降低12.08v%時,雙/單支鏈異構烷烴質量比增加7倍,破解了烯烴含量降低和辛烷值保持的難題。
該技術解決了降低FCC汽油的烯烴含量并保持其辛烷值這一制約FCC汽油清潔化的瓶頸問題,在生產硫含量小于10毫克/千克的超清潔汽油調和組分時,可在大幅降低烯烴含量的同時保持汽油的辛烷值,因而成為我國FCC汽油清潔化的主流技術之一。
目前,該技術已相繼應用于采用國外引進技術和國內同類技術建設的FCC汽油加氫脫硫裝置的升級改造。青海油田格爾木煉油廠采用該成套技術改造了其采用引進技術建設的FCC汽油加氫脫硫裝置,使裝置實現了從生產國Ⅳ標準清潔汽油調和組分到生產國Ⅴ/國Ⅵ標準清潔汽油調和組分的升級。
2017年底,中國石油組織成立了以胡永康院士為主任,舒興田、洪茂椿、付賢智、陳芬兒4位院士和國內知名專家組成的技術鑒定委員會,對該項目進行了鑒定。與會專家一致認為,該項技術成果總體達到國際先進水平。其中,兼具硫醇醚化和噻吩烷基化的預加氫技術居國際領先,FCC汽油烯烴雙支鏈異構化保持辛烷值技術屬國際首創。
蘭州化工研究中心副主任常曉昕介紹說,該成套技術已在19套國Ⅴ/國Ⅵ清潔汽油生產裝置上應用,包括4套采用國外和國內同類技術裝置的升級改造,總規模為1370萬噸/年;許可建設3套裝置,總規模為390萬噸/年。此外,該項目已經累計減少汽車尾氣二氧化硫排放量約1600噸、碳氫化合物排放量約12萬噸、氮氧化物排放量約6萬噸,為我國全面實施大氣污染防治行動計劃和綠水青山建設提供了強大的技術支撐。
我國車用汽油池以FCC汽油為主要調和組分的現狀使得我國煉油企業的汽油質量升級面臨著巨大的壓力。該成套技術的成功開發和大規模工業應用,突破了制約我國FCC汽油清潔化的技術瓶頸,使我國清潔汽油生產技術的研發從過去的跟跑,迅速發展到目前的并跑乃至領跑,為占我國汽油池約60%的高硫、高烯烴含量的FCC汽油的清潔化提供了技術支撐,對我國煉油工業的可持續發展和大氣環境的改善具有十分重要的意義。