为油品升级提供技术保障

　　——记技术发明二等奖项目满足国Ⅴ/Ⅵ升级的FCC汽油关键组分定向分离技术

　　编者按 在近期国家科学技术奖励工作办公室发布的第95号公告中，2020年度国家科技奖的全部1773项受理项目中，化学化工类科技成果有近百项获得提名。同样，在今年年初举行的2019年度国家科学技术奖励大会上，296个获奖项目中有40项石油、化学和化工类成果获奖。这些获奖成果为保障国家油气能源安全、支撑传统产业提质升级、驱动新兴产业蓬勃发展提供了强大动力。本版特从今日起推出《2019国家科技奖成果解读》系列报道，来回顾这些获得国家科技奖的优秀成果。

　　我国汽油池中约占70%的催化裂化(FCC)汽油具有高硫多烯的特点，且辛烷值主要靠烯烃来维持，然而目前已有的清洁汽油生产主力技术是催化加氢脱硫， 这会使烯烃饱和严重损失辛烷值。

　　中国石油大学(北京)、河北精致科技有限公司联合开发的满足国Ⅴ/Ⅵ升级的FCC汽油关键组分定向分离技术，巧妙解决了“深度脱硫、合理控烯与汽油辛烷值损失”这一关键矛盾，为国Ⅴ/Ⅵ汽油质量升级作出了重大贡献，该项目因此荣获2019年国家技术发明二等奖。

　　汽油升级遇难题

　　2019年，我国开始实施的国Ⅵ汽油标准全面达到了欧盟现阶段车用汽油标准，彰显出我国对环境治理的决心和力度，但这也对清洁汽油生产技术提出了更高要求。

　　目前已有的清洁汽油生产主力技术是催化加氢脱硫，然而深度加氢脱硫不可避会发生烯烃饱和，导致汽油辛烷值损失严重，这对具有高硫多烯特点的FCC汽油尤为不利。国Ⅴ汽油生产时，辛烷值损失达1.0~3.0个单位;国Ⅵ汽油生产时，烯烃含量要降低到15%~18%以下，辛烷值损失会进一步加大。如何实现“深度脱硫，合理控烯，减少辛烷值损失”成为我国清洁汽油生产面临的重大技术难题。

　　针对这一技术难题，项目组原创性提出“关键组分定向分离”思想，把烯烃组分分离出去，不进入加氢脱硫单元，避免饱和及辛烷值损失;把硫化物富集后集中加氢脱硫，打破现有清洁汽油生产模式，成功开发出满足国Ⅴ/Ⅵ升级的FCC汽油关键组分定向分离技术”，实现了“分子炼油”理念下关键组分管控和清洁油品生产。

　　三大创新破解难题

　　该成果取得三方面重大创新。一是基于原创性提出的“关键组分定向分离”思想，发展了对FCC汽油“分出烯、富集硫”的分离方法。项目组通过对10余种典型工业FCC汽油烃类组成及硫化物分布规律研究，确定了“蒸馏切割”方案;通过揭示烯烃组分饱和与辛烷值损失规律，确定了小分子烯烃饱和对辛烷值影响最大，C5~C7烯烃组分是FCC汽油“溶剂萃取”的目标。在此基础上，将蒸馏切割和溶剂萃取耦合有效实现烯烃组分分离和硫化物高度富集。

　　二是设计优化了FCC汽油关键组分“溶剂萃取”的高效复配溶剂。研究人员设计和调配了“分子结构与电子性质”与芳烃/烯烃组分分别匹配的溶剂，突破了烯烃组分极性介于饱和烃与芳香烃之间而难以有效分离的难题，开发出FCC汽油关键组分定向分离的高效复配溶剂。

　　三是发明了双向溶剂萃取技术，实现了关键组分定向分离(分出烯、富集硫)的核心目标。研究人员充分利用“同类烃组分分子越小，其在溶剂中溶解度越高”的萃取原理，发明了双向溶剂萃取过程，显著提升了烯烃分分离效率，实现了烷烃/环烷烃/大分子烯烃、小分子烯烃、芳烃和硫化物3组关键组分的同时分离。

　　工艺优势得彰显

　　项目组将这三大创新成果耦合集成于现有FCC汽油催化加氢脱硫过程，开发出满足国Ⅴ/Ⅵ升级的FCC汽油关键组分定向分离技术。与现有技术相比，这一新的汽油生产工艺具有独特的工艺特征和优势。

　　首先是大幅降低了辛烷值损失。在产品汽油硫含量小于10毫克/千克情况下，加氢部分的汽油辛烷值损失在2.0~3.0个单位，换算为全馏分汽油辛烷值，损失为0.8~1.2个单位，与其他技术相比，减少了1.0~2.5个单位的损失。

　　其次是节省了工艺过程中的加工费用。该技术对预加氢FCC汽油进行3段蒸馏切割后，轻馏分可直接满足硫含量标准，不需要额外处理，不产生加工费用。中馏分进行溶剂双向萃取，萃取油与重馏分一起送去加氢脱硫。总加工费用小于50元/吨，低于加氢脱硫的150~170元/吨。与国Ⅳ加工方案相比，加氢脱硫比例由60%~65%降低到30%~50%，加/制氢装置不需要扩能，氢耗显著下降，且无新增“三废”负荷。

　　再次是与现有工业装置良好匹配。该技术与现有国Ⅳ汽油催化加氢脱硫工业技术如DSO、RSDS和S-Zorb等均有良好的匹配性。而且，从烯烃回收塔顶可获得高浓度小分子烯烃，实现与轻馏分催化裂解、中馏分芳构化或异构化等过程无缝对接，在降低烯烃含量的同时提高辛烷值。

　　国内国外受追捧

　　自2013年起，先后有15家企业签订FCC汽油关键组分定向分离技术应用协议，其中在山东亚通石化等8家企业已稳定运行三年多，为企业累计新增利税11.88亿元。运行结果表明：产品硫含量小于10毫克/千克，辛烷值损失小于1.0个单位，加工成本低于50元/吨，无新增“三废”负荷，溶剂消耗10吨/百万吨原料，实现了“深度脱硫、合理控烯、减少辛烷值损失”的清洁汽油生产目的。

　　该技术还引起了国外公司的关注。荷兰皇家壳牌集团于2016年11月签订了该技术的合作协议。另外，2018年美国科氏工业集团(KOCH)下属子公司英威达(INVISTA)极力争取作为该项技术的全球代理，获得技术专利许可，向全球(除亚洲部分国家外)各大炼化企业推广该技术。