焦油改質(zhì)瀝青質(zhì)量的優(yōu)化控制與提升

徐 芹

（包頭鋼鐵職業(yè)技術(shù)學(xué)院，內(nèi)蒙古 包頭 014010）

某焦化廠新焦油系統(tǒng)于2012年建成投產(chǎn)，該新焦油加工系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力為15萬t/a，設(shè)計(jì)年生產(chǎn)時(shí)間330 d，日加工量450 t，主要生產(chǎn)輕油、蒽油、洗油、工業(yè)萘、改質(zhì)瀝青等產(chǎn)品，其中改質(zhì)瀝青是焦油產(chǎn)品中占比最大的產(chǎn)品，按照瀝青產(chǎn)品占總焦油產(chǎn)品的50%～55%計(jì)算，每天生產(chǎn)改質(zhì)瀝青250 t左右，年生產(chǎn)量8萬t左右。近幾年固體改質(zhì)瀝青使用量萎縮，而液體改質(zhì)瀝青用量不斷加大[1]，該焦化廠及時(shí)調(diào)整了生產(chǎn)結(jié)構(gòu)，開始生產(chǎn)液體改質(zhì)瀝青。但是由于該產(chǎn)品不能夠長(zhǎng)期儲(chǔ)存，必須當(dāng)天生產(chǎn)、當(dāng)天發(fā)貨，因此必須保證其生產(chǎn)過程的穩(wěn)定性，才能確保其質(zhì)量合格。

在新焦油系統(tǒng)投產(chǎn)初期，焦油改質(zhì)瀝青質(zhì)量相對(duì)穩(wěn)定，除開停工產(chǎn)生一部分中溫瀝青外，生產(chǎn)過程中的瀝青能達(dá)到國(guó)標(biāo)二級(jí)品以上要求，但近幾年隨著焦油原料的不斷變化，改質(zhì)瀝青的質(zhì)量和產(chǎn)量也發(fā)生了變化[2]，當(dāng)前存在的主要問題是瀝青質(zhì)量波動(dòng)性很大，主要體現(xiàn)在改質(zhì)瀝青軟化點(diǎn)和甲苯不溶物含量上[3]。由于產(chǎn)出的不合格產(chǎn)品不能重新加工，無法銷售或只能低價(jià)銷售，不僅造成工序上的浪費(fèi)，還造成焦化廠效益的損失。

1 影響改質(zhì)瀝青質(zhì)量的主要因素

1.1 原料焦油的組成

原料焦油中甲苯不溶物含量波動(dòng)較大，且總體偏低，是導(dǎo)致改質(zhì)瀝青質(zhì)量不合格的直接原因[4]。根據(jù)國(guó)標(biāo)要求[5]，焦油甲苯不溶物質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%～7%，而目前焦化廠焦油甲苯不溶物的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.5%～3.0%，低于下限，中溫瀝青的甲苯不溶物含量相對(duì)偏低，為13%～15%，因而導(dǎo)致后續(xù)改質(zhì)瀝青中的甲苯不溶物含量很難提高，低于一級(jí)改質(zhì)瀝青甲苯不溶物質(zhì)量分?jǐn)?shù)在 28%～34%的要求[6]。

1.2 生產(chǎn)加工量和原料組成的變化

新焦油系統(tǒng)最初設(shè)計(jì)焦油加工量450 t/d，但實(shí)際平均加工量在480 t/d以上。加工量的增加，提高了整個(gè)系統(tǒng)的生產(chǎn)負(fù)荷，瀝青加工量從240 t/d左右增加到了255 t/d左右，但瀝青反應(yīng)釜的數(shù)量并沒有增加，導(dǎo)致瀝青在反應(yīng)釜內(nèi)的停留時(shí)間相對(duì)減少，反應(yīng)聚合時(shí)間隨之縮短，而瀝青的熱聚合程度不夠是影響瀝青軟化點(diǎn)和甲苯不溶物含量的重要因素。

2012年以后，隨著焦化廠舊區(qū)1#～6#焦?fàn)t陸續(xù)停產(chǎn)、新區(qū)1#～4#焦?fàn)t陸續(xù)投產(chǎn)，焦化廠新舊焦油比例不斷變化，加之這兩種焦油組成差異大，焦油均和難度大，通過離心機(jī)加工送入無水焦油槽，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)分層，給焦油生產(chǎn)調(diào)節(jié)帶來了很大的壓力。另外，焦油組成變化就會(huì)使控制點(diǎn)溫度波動(dòng)，改變蒸餾系統(tǒng)及改質(zhì)瀝青系統(tǒng)的加熱溫度[4]，會(huì)造成短時(shí)間質(zhì)量波動(dòng)，改質(zhì)瀝青一度出現(xiàn)了軟化點(diǎn)偏低而甲苯不溶物含量偏高或軟化點(diǎn)偏高而甲苯不溶物含量偏低的不正?，F(xiàn)象。

1.3 工藝參數(shù)

一次汽化溫度是焦油氣液混合物在進(jìn)入二次蒸發(fā)器閃蒸后，液體（中溫瀝青）和油氣達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)的溫度。對(duì)于不同組成的焦油，最適宜的一次汽化溫度也不同。一次汽化溫度規(guī)定在370℃～380℃，即可滿足生產(chǎn)要求[7]。但在生產(chǎn)過程中，發(fā)現(xiàn)一次汽化溫度已經(jīng)超過了380℃，中溫瀝青軟化點(diǎn)也在90℃以上，但在改質(zhì)瀝青工序仍有瀝青軟化點(diǎn)和甲苯不溶物含量無法達(dá)到質(zhì)量要求的情況。

同樣，在改質(zhì)瀝青生產(chǎn)過程中，按照焦油加工系統(tǒng)開工初期制定的工藝參數(shù)和生產(chǎn)路線操作，反應(yīng)釜溫度已經(jīng)達(dá)到了工藝要求，但生產(chǎn)出來的改質(zhì)瀝青軟化點(diǎn)和甲苯不溶物含量仍然存在波動(dòng)，這說明現(xiàn)有工藝參數(shù)與原料組成不匹配，影響了瀝青質(zhì)量。

1.4 中溫瀝青進(jìn)釜量的波動(dòng)

從二段蒸發(fā)器底部出來的中溫瀝青量主要由二次蒸發(fā)器底部液位計(jì)自動(dòng)控制，由于該液位計(jì)在調(diào)節(jié)范圍內(nèi)存在一定的波動(dòng)，使進(jìn)入改質(zhì)瀝青工段的中溫瀝青量也存在著一定的波動(dòng)，從而改變了瀝青反應(yīng)釜中的熱量平衡，在一定程度上影響了瀝青軟化點(diǎn)和甲苯不溶物含量[8]。

1.5 瀝青煙氣冷凝液的影響

在瀝青生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生大量瀝青煙氣，這些煙氣通過煙氣洗凈塔吸收，吸收過程中，部分煙氣會(huì)遇冷而冷凝，返回到中間槽或?yàn)r青高置槽中。另外，瀝青反應(yīng)釜煙氣管冷凝液回流進(jìn)到反應(yīng)釜內(nèi)，也會(huì)使產(chǎn)品質(zhì)量出現(xiàn)波動(dòng)。

1.6 其他因素

1.6.1 反應(yīng)釜排渣頻繁的影響

改質(zhì)瀝青生產(chǎn)中后期，反應(yīng)釜底出現(xiàn)結(jié)渣，管道經(jīng)常出現(xiàn)堵塞，需要進(jìn)行倒釜生產(chǎn)。每次倒釜操作都會(huì)產(chǎn)生一部分不合格瀝青，另外當(dāng)反應(yīng)釜內(nèi)出現(xiàn)結(jié)渣時(shí)，不僅會(huì)影響瀝青在反應(yīng)釜加熱裝置內(nèi)的正常流動(dòng)，也會(huì)在反應(yīng)釜壁形成一層隔熱層，影響瀝青反應(yīng)釜的加熱效果，使瀝青質(zhì)量受到影響。

1.6.2 煤氣壓力波動(dòng)大的影響。

反應(yīng)釜瀝青溫度隨煤氣量的調(diào)節(jié)變化迅速，當(dāng)煤氣壓力波動(dòng)時(shí)，會(huì)在較長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)影響瀝青質(zhì)量。

1.6.3 特殊天氣的影響

雨天、大風(fēng)天氣都會(huì)影響焦油蒸餾管式爐、改質(zhì)瀝青反應(yīng)釜加熱爐、瀝青高置槽等的控制溫度，出現(xiàn)短時(shí)間的改質(zhì)瀝青質(zhì)量波動(dòng)，而從化、檢驗(yàn)的數(shù)據(jù)變化到調(diào)整控制溫度需要10 h以上。

2 控制改質(zhì)瀝青質(zhì)量的主要措施

2.1 強(qiáng)化焦化廠新舊區(qū)焦油均和

從接收原料入手，加強(qiáng)原料焦油的均和，盡可能使新舊區(qū)來油進(jìn)一個(gè)原料槽，經(jīng)加溫、靜置，初步均和焦油。經(jīng)離心機(jī)脫水脫渣后打入焦油大槽中，離心機(jī)工作應(yīng)在3個(gè)原料槽均勻進(jìn)行，防止焦油渣在某個(gè)原料槽積存過多，通過離心機(jī)的加工再次將焦油均和，以達(dá)到利于蒸餾生產(chǎn)的工況，得到適用于生產(chǎn)改質(zhì)瀝青的原料[9]。

2.2 優(yōu)化調(diào)整工藝參數(shù)和工藝路線

初期，焦化廠新區(qū)焦油甲苯不溶物含量很高，但其所占比例僅1/3左右，混質(zhì)后甲苯不溶物質(zhì)量分?jǐn)?shù)在6%以上，此時(shí)焦化廠在改質(zhì)瀝青生產(chǎn)過程中使用3釜加工，適當(dāng)控制中溫瀝青的軟化點(diǎn)，提高前2個(gè)反應(yīng)釜底部溫度，恒定第3個(gè)反應(yīng)釜底部溫度；后期，新區(qū)焦油甲苯不溶物質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低到5%左右，而焦油量不斷增加，新舊焦油配比近3∶2，焦油甲苯不溶物質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均值在2.8%左右，此時(shí)在改質(zhì)瀝青生產(chǎn)過程中使用4釜加工，前3個(gè)反應(yīng)釜逐步升溫，4號(hào)反應(yīng)釜高溫下保溫，以增加瀝青反應(yīng)時(shí)間和反應(yīng)溫度，完成瀝青的改質(zhì)聚合，盡可能提高甲苯不溶物含量，實(shí)現(xiàn)均衡改質(zhì)瀝青質(zhì)量[10]。

將管式爐二段出口溫度由400℃±10℃調(diào)整為400℃以上，以提高中溫瀝青軟化點(diǎn)，并對(duì)蒸餾工段二次蒸發(fā)器液位及瀝青調(diào)節(jié)閥進(jìn)行操作參數(shù)優(yōu)化，提高二段蒸發(fā)器液位，平穩(wěn)動(dòng)作調(diào)節(jié)閥，使瀝青反應(yīng)釜進(jìn)料量均勻。

2.3 對(duì)中溫瀝青管道進(jìn)行保溫

對(duì)中溫瀝青管道增加保溫措施，減少過程熱量損失，從而改善改質(zhì)瀝青反應(yīng)釜的操作條件，為改質(zhì)瀝青順利生產(chǎn)、減少質(zhì)量波動(dòng)創(chuàng)造良好條件。

2.4 改造煙氣管

對(duì)反應(yīng)釜至閃蒸油冷卻器（改質(zhì)瀝青中間槽）及瀝青高置槽的煙氣管進(jìn)行改造，使煙氣冷凝液不能回流或減少回流到反應(yīng)釜（槽）和高置槽內(nèi)，降低對(duì)改質(zhì)瀝青質(zhì)量的影響。

2.5 及時(shí)倒換反應(yīng)釜

由于反應(yīng)釜溫度提高，瀝青結(jié)渣頻率比原來增加了近2倍，特別是后期，不僅影響瀝青質(zhì)量，結(jié)渣堵塞管道容易出現(xiàn)局部結(jié)焦，引發(fā)安全事故。為避免上述問題發(fā)生，倒釜時(shí)間從原來的50 d左右縮短為30 d左右，并及時(shí)更換釜底和門型管處管道。

2.6 應(yīng)對(duì)外來因素影響

（1）如遇風(fēng)天雨天，控制好煙道翻板開度，減少煙道吸力；穩(wěn)定管式爐、加熱爐加熱制度，從而穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量[11]。

（2）針對(duì)煤氣壓力波動(dòng)較大情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)其變化，根據(jù)反應(yīng)釜瀝青溫度變化調(diào)節(jié)煤氣量，盡量保證瀝青升降溫度平穩(wěn)。

（3）嚴(yán)格規(guī)范取送樣、做樣制度，按時(shí)間取樣、送樣，按時(shí)限及時(shí)出樣，杜絕假樣、偽樣。如果出現(xiàn)改質(zhì)瀝青質(zhì)量波動(dòng)，應(yīng)及時(shí)追加送樣，驗(yàn)證質(zhì)量波動(dòng)是否在有效控制范圍之內(nèi)。

3 取得效果與建議

3.1 取得效果

通過以上措施，改質(zhì)瀝青質(zhì)量能保證國(guó)標(biāo)二級(jí)品要求，瀝青合格率比以前提升了近2%，實(shí)現(xiàn)廢瀝青零產(chǎn)率。液體改質(zhì)瀝青的銷售量由原來的75%左右提高到了80%以上。

3.2 建議

（1）外購(gòu)一部分甲苯不溶物高的焦油，優(yōu)化焦油配比，改善瀝青質(zhì)量。

（2）可考慮將焦油渣作為黏結(jié)劑粉碎后配型煤。

（3）對(duì)一段焦油泵、二段焦油泵進(jìn)行合理改造，并考慮焦油渣磨損、高溫打料量的匹配性。

（4）建議增加瀝青回流系統(tǒng)，以縮短放料時(shí)間，同時(shí)還可以起到調(diào)節(jié)溫度的作用。