高等級道路瀝青生產(chǎn)新工藝技術(shù)及應(yīng)用

侯欣岐 蓋金祥 王輝

摘 ? ? ?要：針對中國西部道路建設(shè)對高等級道路瀝青的市場需求及塔河煉化生產(chǎn)高等級道路瀝青存在的問題，依據(jù)塔河煉化現(xiàn)有生產(chǎn)裝置和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，選擇了焦化分餾塔塔底輻射油作為瀝青生產(chǎn)原料，并對焦化輻射油進(jìn)行實沸點蒸餾獲得各段渣油，分析研究各段渣油生產(chǎn)瀝青產(chǎn)品的性質(zhì)，確定了瀝青生產(chǎn)新工藝。按照新工藝路線開展了生產(chǎn)，通過實際生產(chǎn)對新工藝技術(shù)方案進(jìn)行了評價。研究得出，高等級道路瀝青生產(chǎn)新工藝流程能夠生產(chǎn)出了符合指標(biāo)要求的高等級道路瀝青，新工藝技術(shù)先進(jìn)、流程簡單，生產(chǎn)的高等級道路瀝青滿足了西部道路建設(shè)的需求。

關(guān) 鍵 詞：塔河原油;針入度;焦化輻射油;瀝青;減壓蒸餾

中圖分類號：TE624.2 ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A ? ? ? 文章編號： 1671-0460（2020）08-1793-05

Abstract：In view of the market demand for high-grade road asphalt and the problem of producing high-grade road asphalt from Tahe crude oil， according to the existing production plant and product structure of Tahe refining company， the radiant oil at the bottom of coking and fractionating tower was selected as the raw material for asphalt production， and the real boiling point distillation of the coking radiant oil was carried out to obtain each section of residual oil. The properties of the asphalt products produced from each section of residual oil were analyzed，and new production process was determined. The production was carried out according to the new process route， and the technical scheme was evaluated through the actual production. It was concluded that the new process of high-grade road asphalt production can produce high-grade road asphalt that meets the requirements of the indicators， and the new process technology is advanced and the process is simple， and the product meets the needs of road construction in Western China.

Key words：Tahe crude oil; Penetration; Coking radiant oil; Asphalt; Vacuum distillation

隨著國家高速公路網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，道路交通對瀝青產(chǎn)品質(zhì)量要求日益嚴(yán)格。近年來，在高檔次、大交通量、重載較多的道路建設(shè)中，對高等級道路瀝青的需求量更大、質(zhì)量要求更加嚴(yán)格。中國西部經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)相對薄弱，高速公路網(wǎng)絡(luò)相對落后。隨著中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展重心逐漸向中西部轉(zhuǎn)移進(jìn)程中，中國西部道路建設(shè)迎來高速發(fā)展的增長期。西部道路建設(shè)對高等級道路瀝青生產(chǎn)提出迫切的需求。

目前國內(nèi)外生產(chǎn)高等級道路瀝青的生產(chǎn)工藝主要有減壓蒸餾（深拔）、溶劑脫瀝青、瀝青氧化和瀝青改性等手段。其中最簡單、最經(jīng)濟(jì)的方法就是由減壓蒸餾直接生產(chǎn)高等級道路瀝青。但世界上能通過減壓蒸餾直接生產(chǎn)高黏度級別的高等級道路瀝青的原油卻為數(shù)不多[1]。塔河原油是中國西部煉廠主要加工原料之一，也是生產(chǎn)高等級道路瀝青的主要原油品種[2]之一。近年來，塔河原油重質(zhì)化、劣質(zhì)化趨勢不斷加劇[3]，其減壓渣油生產(chǎn)高等級道路瀝青出現(xiàn)產(chǎn)品針入度和閃點指標(biāo)難以兼顧的問題，導(dǎo)致其瀝青產(chǎn)品質(zhì)量持續(xù)劣化。然而，塔河煉化加工原油品種單一，生產(chǎn)瀝青的原油和渣油選擇性低;同時其加工總流程較為特殊和單一，無法生產(chǎn)出瀝青調(diào)和過程中所常用的抽出油和油漿等煉油副產(chǎn)品，還有塔河煉化地處邊疆，油品運輸困難且成本高。諸多不利因素嚴(yán)重制約塔河煉化道路瀝青產(chǎn)品質(zhì)量以及改善其性質(zhì)的途徑。為此，基于塔河煉化當(dāng)前的資源，研究了一種生產(chǎn)瀝青的新工藝路線，使企業(yè)減少或停止使用富芳貧蠟餾分油來調(diào)配瀝青生產(chǎn)原料，從而低成本地生產(chǎn)出合格的90A道路瀝青，滿足了企業(yè)及市場的需要。

1 ?生產(chǎn)現(xiàn)狀

塔河煉化加工塔河重質(zhì)原油。對塔河重質(zhì)原油性質(zhì)進(jìn)行評價分析，結(jié)果見表1。

從原油評價分析結(jié)果來看，塔河原油常壓拔出率很低，僅為24.15%。且常壓重油殘?zhí)扛哌_(dá)27.8%，鎳、釩重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)為413.0 μg·g-1。因此塔河煉化在煉油總流程上選擇常壓蒸餾-延遲焦化技術(shù)路線，且延遲焦化采用全循環(huán)工藝方案。同時，在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上不生產(chǎn)蠟油產(chǎn)品，總流程中不設(shè)催化裂化裝置。但對塔河原油渣油進(jìn)行分析可知，塔河原油>430 ℃渣油組分的質(zhì)量收率為57.13%;20 ℃密度均大于1.014 g·cm-3;膠質(zhì)+瀝青質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為53.2%，是生產(chǎn)A級瀝青產(chǎn)品的較好的一種原油品種[4]。為支持中國西部道路建設(shè)，塔河煉化采用減壓蒸餾來生產(chǎn)A級瀝青產(chǎn)品。

但隨著塔河原油重質(zhì)化[3]、劣質(zhì)化趨勢加重，其減壓渣油也出現(xiàn)逐漸變重、性質(zhì)逐漸劣質(zhì)化的現(xiàn)象，尤其是閃點指標(biāo)偏低且波動較大，瀝青出廠產(chǎn)品的質(zhì)量也受到劇烈影響[5]。表2為塔河煉化減壓渣油的性質(zhì)情況。

從表2可以看出，減壓渣油的密度逐漸增大，蠟含量逐漸上升，閃點和延度逐漸降低。調(diào)和瀝青試驗產(chǎn)品的軟化點、延度等性能指標(biāo)發(fā)生了顯著的變化。但這些瀝青性質(zhì)都與瀝青的四組分組成、比例及膠體結(jié)構(gòu)特征有關(guān)[6]。其中，瀝青質(zhì)是膠體的核心，其依靠膠體中的芳香分和膠質(zhì)分散在瀝青混合物中。當(dāng)瀝青質(zhì)含量高或者膠質(zhì)芳香分含量不足情況下，瀝青膠體體系的膠溶能力降低，其中的瀝青質(zhì)就會發(fā)生集聚變化，并逐漸形成具有一定強(qiáng)度的空間結(jié)構(gòu)體，進(jìn)而使瀝青性質(zhì)發(fā)生變化。從表2看出，塔河減壓渣油中瀝青質(zhì)逐年增加，一年多時間內(nèi)由22.17%增加到23.31%;而膠質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)下降明顯，由20.21%下降至16.54%，這些導(dǎo)致瀝青產(chǎn)品質(zhì)量發(fā)生明顯變化。

另外從以表征瀝青的膠溶能力的膠體不穩(wěn)定指數(shù)[7]Ic分析來看，其值越大，瀝青膠體不穩(wěn)定性越強(qiáng)，瀝青性質(zhì)會變差。由表2可以得出，減壓渣油Ic從0.86上升到1.12，逐漸增加，造成其所生產(chǎn)的瀝青性質(zhì)逐步惡化。一般情況當(dāng)渣油中的瀝青質(zhì)含量增高時，由于瀝青質(zhì)在芳香分組分中發(fā)生競爭性吸附現(xiàn)象，也造成丁苯橡膠等瀝青生產(chǎn)過程中的添加劑在渣油中的分散和溶解效果降低，從而影響了瀝青產(chǎn)品的質(zhì)量。

為此，塔河煉化為了滿足A級瀝青產(chǎn)品的生產(chǎn)要求，從市場上購買減壓餾分油摻入減壓進(jìn)料，以此來提高減壓渣油的閃點及針入度，改善瀝青產(chǎn)品性質(zhì)。但實際生產(chǎn)后，不僅由于輕質(zhì)餾分油等物料重復(fù)加工，增加了蒸餾裝置負(fù)荷和能耗;而且由于路途遙遠(yuǎn)，調(diào)運困難，運輸成本大幅上升，從而使瀝青產(chǎn)品生產(chǎn)成本大大上升。

2 ?新工藝技術(shù)

2.1 ?原料研究

眾所周知，瀝青產(chǎn)品質(zhì)量的優(yōu)劣主要取決于生產(chǎn)原料的性質(zhì)好壞。因此，瀝青的生產(chǎn)原料選擇非常重要。塔河原油密度大、黏度高、殘?zhí)扛叩男再|(zhì)[2]決定了塔河煉化總加工流程中重油加工路線選擇延遲焦化工藝，且延遲焦化采取高循環(huán)比甚至全循環(huán)比操作模式設(shè)計[8]。研究發(fā)現(xiàn)[9]，經(jīng)過延遲焦化高溫深度裂化反應(yīng)而得到的焦化油氣中含有較多的重質(zhì)多環(huán)芳烴、堿性氮化物。這些組分的芳香分高，具有極高的針入度，是瀝青產(chǎn)品需要的有益組分。焦化分餾塔塔底焦化輻射油是反應(yīng)油氣在分餾塔內(nèi)與焦化進(jìn)料傳質(zhì)、傳熱后的液相餾分，也存在高針入度組分的可能性，為此研究分析了塔河焦化輻射油的性質(zhì)，結(jié)果如表3所示。

根據(jù)表3分析數(shù)據(jù)可以看出，在組成上，焦化輻射油雖然含有11.06%的瀝青質(zhì)，但也含有較高的膠質(zhì)組分，且芳烴組分達(dá)到了40.12%。其膠體不穩(wěn)定指數(shù)Ic為0.74，相對較低，適宜于瀝青膠體各組分的融合，具有很好的膠溶能力;在餾程上，焦化輻射油作為焦化塔進(jìn)料，包括常壓渣油、焦化反應(yīng)油氣中的重餾分、焦化蠟油，組成復(fù)雜。其初餾點雖較焦化蠟油低了很多，但其中輕餾分含量卻較少，大于430 ℃餾分含量較高，在57%以上。焦化輻射油餾程較寬，初餾點低，但低沸點餾分收率較少，大部分餾分在400 ℃以上。通過對焦化輻射油進(jìn)行了蒸餾切割，并對各切割段的渣油進(jìn)行性質(zhì)分析，結(jié)果如表4所示。

從表4可以看出，焦化輻射油>430 ℃餾程渣油的PI值達(dá)到高等級道路瀝青指標(biāo)要求。尤其重要的是>430 ℃餾程渣油的閃點均滿足90A道路瀝青要求，適宜作為生產(chǎn)高等級道路瀝青的基礎(chǔ)配比原料。同時，基于各餾程渣油收率的大小，選擇>430 ℃的渣油作為瀝青生產(chǎn)的原料。

2.2 ?新工藝路線

根據(jù)塔河煉化生產(chǎn)高等級道路瀝青原料選擇研究，焦化輻射油>430 ℃的渣油作為基質(zhì)瀝青具有更加優(yōu)良的性能，因此選擇焦化輻射油作為原料，確定高等級道路瀝青新工藝路線如圖1所示。原油換熱升溫經(jīng)常壓爐加熱后進(jìn)入常壓塔。部分常壓渣油進(jìn)入減壓塔，部分進(jìn)入焦化分餾塔進(jìn)料段。高溫的焦化反應(yīng)油進(jìn)入焦化分餾塔底部換熱洗滌板下?lián)Q熱段。焦化分餾塔塔底焦化輻射油經(jīng)泵抽出后一部分送焦化爐，一部分經(jīng)減壓爐加熱后進(jìn)入減壓蒸餾塔。低閃點的減壓餾分油從減壓蒸餾塔側(cè)線抽出，減壓塔底抽出減壓渣油，作為基質(zhì)瀝青送往瀝青調(diào)和裝置。

2.3 ?操作參數(shù)確定

為了確定適宜于瀝青生產(chǎn)的減壓蒸餾操作參數(shù)，對新工藝路線開展模擬研究。模擬從塔河原油進(jìn)料閃蒸塔開始，對整個蒸餾過程進(jìn)行全流程模擬。進(jìn)料塔河重質(zhì)原油的性質(zhì)按表1，并按實際生產(chǎn)得到的各餾分收率及分布混合作為進(jìn)料輸入;焦化輻射油按表3數(shù)據(jù)作為輸入。焦化輻射油與常壓重油混合進(jìn)入減壓爐，焦化輻射油占進(jìn)料的20%。熱力學(xué)方程選用BK-10物性方法，焓值計算采用Johnson-Grayson法。模擬流程見圖2。為了反映實際生產(chǎn)，模擬基本條件設(shè)定按裝置實際操作來確定，模擬基本條件如表5所示。

通過模擬流程調(diào)整減壓蒸餾塔操作參數(shù)，控制減壓渣油蒸餾餾程，使減壓渣油的閃點和針入度滿足生產(chǎn)90A瀝青的要求，從而獲得以生產(chǎn)高等級道路瀝青為目的的減壓蒸餾操作數(shù)據(jù)，如表6所示。

3 ?工業(yè)生產(chǎn)

塔河煉化按照新工藝流程完成裝置改造，以模擬操作條件進(jìn)行了生產(chǎn)。將穩(wěn)定生產(chǎn)后的減壓渣油進(jìn)行了性質(zhì)分析，結(jié)果如表7所示。

從表7可以看出，減壓渣油作為基質(zhì)瀝青的性質(zhì)很穩(wěn)定，針入度和閃點相互矛盾的問題得到了解決，二者都滿足瀝青產(chǎn)品的質(zhì)量要求。且蠟含量控制在A級瀝青的指標(biāo)范圍內(nèi)，軟化點性能優(yōu)良。同時，分析獲得減壓渣油中芳香分組分增加較為明顯，膠體不穩(wěn)定指數(shù)Ic得到了顯著改善，為瀝青調(diào)和過程FRI母液與減壓渣油的互溶創(chuàng)造了有利的條件。

為了更直接地反映新工藝技術(shù)生產(chǎn)A級瀝青的情況，直接對操作條件下的減壓渣油按工業(yè)生產(chǎn)條件進(jìn)行瀝青調(diào)和生產(chǎn)，并對調(diào)和瀝青進(jìn)行了分析，結(jié)果如表8所示。

由表8可見，按照新工藝技術(shù)生產(chǎn)出的瀝青樣品針入度、延度、閃點、PI值、軟化點、60 ℃黏度等性質(zhì)均滿足A級瀝青指標(biāo)要求。尤其重要的是，閃點與針入度的矛盾得以解決，在一定針入度下，瀝青閃點達(dá)到甚至超過指標(biāo)。結(jié)果證明，焦化輻射油通過減壓蒸餾的減壓渣油調(diào)和瀝青產(chǎn)品的針入度指數(shù)等各項指標(biāo)都滿足90A級瀝青產(chǎn)品的指標(biāo)。新工藝技術(shù)可以生產(chǎn)出合格的高等級道路瀝青。

4 ?結(jié) 論

本文就塔河煉化加工塔河原油生產(chǎn)高等級道路瀝青存在的問題，從塔河煉化現(xiàn)有產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中，選擇適宜于調(diào)和瀝青產(chǎn)品的焦化輻射油作為原料，提出了生產(chǎn)高等級道路瀝青新工藝技術(shù)，并生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的高等級道路瀝青產(chǎn)品。

1）塔河焦化輻射油是生產(chǎn)瀝青調(diào)和軟組分的好原料。

2）焦化輻射油雖然餾程范圍較寬，但其實沸點>430 ℃的渣油各種性能良好，能夠完全滿足A級瀝青的要求。

3）新工藝技術(shù)能生產(chǎn)出合格的90A瀝青，技術(shù)先進(jìn)合理，流程簡單，可實施性好。

4）塔河煉化按照新工藝路線生產(chǎn)出合格的高等級道路瀝青，為西部道路建設(shè)做出貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]馬堅，曾建華，孫小玲，等.魁托原油生產(chǎn)重交道路瀝青[J].石油煉制與化工，2001，32（9）：14-16.

[2]程國香，郭皎河，沈本賢，等. 塔河原油特性及其瀝青產(chǎn)品性能評價[J]. 石油瀝青，2005，19（4）： 5-9.

[3]封子文. 塔河重質(zhì)原油加工方案的優(yōu)化研究[J]. 煉油技術(shù)與工程，2012，42（5）：29-33.

[4]黃婉利，梁亞軍，沈家永，等.塔河稠油瀝青改性及應(yīng)用研究[J]. 石油瀝青，2008，22（1）：29-33.

[5]柴志杰，郭皎河，王文博，等.提高塔河原油所產(chǎn)瀝青閃點的技術(shù)研究[J]. 石油煉制與化工，2014，45（1）：55-58.

[6]楊樹人.溫拌添加劑對瀝青和瀝青混合料性能的影響[D]. 重慶：重慶交通大學(xué)，2008.

[7]林璐，李曉林，鄭廣宇，等.石油瀝青老化性能與其化學(xué)組成的關(guān)系探討[J]. 材料導(dǎo)報，2013，27（16）：123-126.

[8]寧愛民，沈本賢，劉紀(jì)昌，等.常壓閃蒸-溶劑脫瀝青組合工藝提高塔河原油加工中液體收率的研究[J]. 石油煉制與化工，2014，45（11）：74-78.

[9]張龍，李經(jīng)偉，王明星，等.一種基質(zhì)瀝青的生產(chǎn)方法： CN20130540416.8[P].2015-05-13.

[10]王洪江.流程模擬計算中關(guān)于塔板效率選擇的技巧[J]. 石化技術(shù)，2003，10（1）：31-33.