溶劑脫瀝青的膠質(zhì)對(duì)道路瀝青質(zhì)量的影響

李琳琳

（福建聯(lián)合石油化工有限公司產(chǎn)品質(zhì)量中心，福建泉州 362800）

福建聯(lián)合石油化工有限公司（FREP）的前身是中石化下屬福建煉化公司，2007年與美國(guó)埃克森、沙特阿美合資擴(kuò)建，年加工原油能力1 400萬(wàn)噸。FREP的裝置按照煉化一體化工藝路線設(shè)計(jì)，利用股東方沙特阿美公司穩(wěn)定的原油供應(yīng)途徑，將深拔減壓渣油經(jīng)溶劑脫瀝青裝置分離，分別供加氫處理、部分氧化（POX）和焦化裝置做原料。后續(xù)FREP調(diào)整裝置和工藝，控制減壓拔出深度，得到非深拔減壓渣油直接作為道路瀝青產(chǎn)品出售。

盡管FREP生產(chǎn)道路瀝青的裝置經(jīng)過(guò)改造，但仍然存在貯罐數(shù)量少、罐容小、流程和控制手段單一等瓶頸問(wèn)題，生產(chǎn)出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)，產(chǎn)品調(diào)和及質(zhì)量控制回旋余地小。一段時(shí)間以來(lái)，F(xiàn)REP道路瀝青產(chǎn)品出現(xiàn)黏附性不好、攤鋪后強(qiáng)度上來(lái)慢、有車(chē)轍等“合格不好用”的狀況，質(zhì)量投訴呈上升態(tài)勢(shì)，給公司生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)帶來(lái)嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。經(jīng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，道路瀝青延度及老化后延度偏低或接近產(chǎn)品指標(biāo)下限時(shí)，容易出現(xiàn)投訴現(xiàn)象。為了達(dá)到 煉廠效益最大化，多生產(chǎn)價(jià)格相對(duì)較高的高等級(jí)道路瀝青，F(xiàn)REP嘗試對(duì)溶脫裝置進(jìn)行適當(dāng)改造，增加膠質(zhì)分離設(shè)施，將原設(shè)計(jì)的55%的油品收率（輕脫瀝青油+膠質(zhì)的總收率）提高至約65%，膠質(zhì)組分調(diào)入非深拔減 壓渣油中。實(shí)驗(yàn)表明，該措施達(dá)到了改善道路瀝青產(chǎn)品質(zhì)量、提高產(chǎn)量、拓展市場(chǎng)份額和競(jìng)爭(zhēng)力、增長(zhǎng)利潤(rùn)的目的。

1 可行性研究探討

1.1 道路瀝青生產(chǎn)原料可行性分析

石油道路瀝青的使用性能與其化學(xué)組成密切相關(guān)，化學(xué)組成是選擇原油品種的重要依據(jù)，一般通過(guò)原油中瀝青質(zhì)（A）、膠質(zhì)（R）、蠟（W）相對(duì)含量判斷，計(jì)算及判斷方法如下：①（A+R）/W＜0.5，不適合生產(chǎn)道路瀝青；②（A+R）/W=0.5～1.5，可以生產(chǎn)一般普通道路瀝青；③（A+R）/W＞1.5，非常適合生產(chǎn)瀝青，可以生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)道路瀝青。

FREP加工沙中原油（AM）的（A+R）/W值為3.17、沙輕原油（AXL）的（A+R）/W值為1.47[1]，十分利于高等級(jí)道路瀝青生產(chǎn)。

1.2 中試及道路瀝青產(chǎn)品調(diào)和試驗(yàn)

FREP沒(méi)有分離膠質(zhì)的能力，委托撫順石化研究院從FREP深拔減壓渣油中獲取膠質(zhì)組分，調(diào)入道路瀝青（非深拔減渣）中，開(kāi)展調(diào)和試驗(yàn)。

1.2.1 非深拔減壓渣油性質(zhì)分析

對(duì)非深拔減壓渣油按道路瀝青進(jìn)行分析，如表1所示。

表1 FREP非深拔減壓渣油道路瀝青分析數(shù)據(jù)

從表1可看出，F(xiàn)REP非深拔減壓渣油的芳香分含量較高，膠質(zhì)含量在理想比例下限，其他組分含量適中，組成比例滿足道路瀝青要求，主要指標(biāo)符合A級(jí)道路瀝青標(biāo)準(zhǔn)[2]，是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)道路瀝青的優(yōu)質(zhì)原料。

1.2.2 中試分離出試驗(yàn)樣品

用FREP的深拔減壓渣油為原料進(jìn)行溶劑脫瀝青，中試分離出膠質(zhì)調(diào)和成道路瀝青，各組分分析結(jié)果,如表2和表3所示。

表2 溶劑脫瀝青試驗(yàn)樣品分析結(jié)果

表3 調(diào)和瀝青樣品分析數(shù)據(jù)

綜上可看出，利用溶劑脫瀝青對(duì)深拔減壓渣油進(jìn)行分離，得到膠質(zhì)組分，調(diào)入非深拔減渣中，可以改善道路瀝青產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和使用性能，得到符合A級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)質(zhì)道路瀝青。

2 溶脫裝置改造

FREP溶劑脫瀝青裝置引進(jìn)UOP專利技術(shù)，建設(shè)規(guī)模為170萬(wàn)噸/年，以正丁烷為溶劑，采用單塔一段抽提工藝流程，分離出脫瀝青油（DAO）作為蠟油加氫處理裝置的原料，脫油瀝青（DOA）作為POX或焦化裝置原料。保持原裝置處理能力不變情況下對(duì)裝置改造，增加膠質(zhì)分離設(shè)施，DAO進(jìn)膠質(zhì)分離塔臨界抽提，進(jìn)一步分離出輕DAO和膠質(zhì)組分，后者用于生產(chǎn)調(diào)和道路瀝青。如圖1所示，為改造后溶脫裝置原則流程，虛線為新增設(shè)施。

圖1 改造后溶脫裝置原則流程圖

深拔減壓渣油由上部進(jìn)入抽提塔，與下部進(jìn)入的主溶劑逆流萃取分離，重質(zhì)組分從抽提塔底部沉降、析出成為DOA，由塔底部排出裝置。DAO溶液從抽提塔頂部流出，進(jìn)入膠質(zhì)分離塔上部，在塔內(nèi)進(jìn)一步沉降，分離為輕DAO溶液和膠質(zhì)組分。膠質(zhì)組分依靠塔底壓力排出裝置，經(jīng)汽提塔蒸出溶劑后，與非深拔減渣在線比例混合，成為調(diào)和道路瀝青產(chǎn)品。輕DAO溶液由膠質(zhì)塔頂部流出，進(jìn)溶劑分離器，含少量溶劑的輕DAO從分離器底部排出，進(jìn)一步汽提精制后，送往加氫處理裝置。溶劑從分離器頂部排出，經(jīng)冷卻回收循環(huán)利用。

3 生產(chǎn)實(shí)施

3.1 操作工藝參數(shù)

保持未改造部分操作條件基本不變，以正丁烷和異戊烷7∶3混合溶液為溶劑，抽提塔的塔頂溫度控制在123℃左右，DOA收率為35%左右。通過(guò)改變膠質(zhì)分離塔溫度，控制膠質(zhì)收率，表3為典型操作條件和結(jié)果。

表3 工藝操作條件及結(jié)果

由表3可以看出，膠質(zhì)分離塔溫度在150～ 170℃時(shí)，膠質(zhì)組分的收率在8%～44%。因此膠質(zhì)分離塔的溫度可根據(jù)預(yù)期膠質(zhì)目標(biāo)收率進(jìn)行操作控制。

在臨界條件下，溶劑的密度隨溫度升高而降低，出現(xiàn)與常規(guī)液體溶劑溶解度隨溫度變化相反的規(guī)律，即低溫溶解度大，高溫溶解度小。膠質(zhì)分離塔正是在臨界條件下操作，輕DAO收率與膠質(zhì)分離塔的溫度成反比。在固定DOA收率為35%左右的情況下，隨著膠質(zhì)分離塔操作溫度升高，膠質(zhì)組分收率增加，組分中飽和分和芳香分含量增加、膠質(zhì)含量下降，膠質(zhì)組分性質(zhì)也隨之改變，表4為各工況下膠質(zhì)組分性質(zhì)。

表4 各工況下膠質(zhì)組分性質(zhì)

從表4可看出，膠質(zhì)組分的組成主要是芳香分和膠質(zhì)，飽和分含量低、瀝青質(zhì)接近于0，當(dāng)其膠質(zhì)收率達(dá)25%以上時(shí)，芳香分含量接近70%，芳香分和膠質(zhì)的總含量達(dá)90%，這種組分調(diào)入道路瀝青中，有助于改善產(chǎn)品的延展性和抗老化性[3]。同時(shí)隨著膠質(zhì)組分收率升高，硫、氮、金屬降低，可見(jiàn)其性質(zhì)呈現(xiàn)出逐漸優(yōu)化的趨勢(shì)。

表4數(shù)據(jù)還表明，從抽提塔頂出來(lái)的DAO溶液在膠質(zhì)塔中經(jīng)二次沉降分離出相對(duì)較重的膠質(zhì)組分后，硫、氮、重金屬等雜質(zhì)相對(duì)富集在膠質(zhì)組分中，輕DAO的硫、氮、重金屬含量降低，質(zhì)量得到顯著改善，有助于減輕蠟油加氫處理裝置的操作負(fù)荷，提高加氫產(chǎn)品質(zhì)量，便于裝置的長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行。

表4 半廢鍋氣化爐水冷壁積灰層測(cè)量數(shù)據(jù)

3.2 實(shí)驗(yàn)室小調(diào)試驗(yàn)

改造后的溶脫裝置分段逐步開(kāi)工，生產(chǎn)出膠質(zhì)組分，為避免生產(chǎn)裝置頻繁調(diào)整，引起產(chǎn)品質(zhì)量波動(dòng)，實(shí)驗(yàn)室利用已生產(chǎn)出來(lái)的膠質(zhì)、輕DAO等組分和非深拔減渣（直餾瀝青），開(kāi)展小調(diào)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如表5所示。

表5 實(shí)驗(yàn)室小調(diào)試驗(yàn)分析結(jié)果

從表5結(jié)果可看出，直餾瀝青中調(diào)入膠質(zhì)后，其延度、殘留延度、殘留針入度比等指標(biāo)有改善，大部分產(chǎn)品質(zhì)量合格。為了簡(jiǎn)化生產(chǎn)，選取直餾瀝青與膠質(zhì)兩組分調(diào)和方案，生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)瀝青，調(diào)和比例為10∶（0.5～1）。

3.3 結(jié)果

按原油調(diào)和比例為AM∶AXL=95∶5組織生產(chǎn)，調(diào)出首罐1 176t調(diào)和道路瀝青，樣品分別送往銷(xiāo)售商、福建省交通科學(xué)研究所進(jìn)行比對(duì)分析。路用性能試驗(yàn)結(jié)果為：48h殘留穩(wěn)定度、凍融劈裂殘留強(qiáng)度比、高溫穩(wěn)定性均合格，且性能良好。具體數(shù)據(jù)如表6～8所示。

表6 調(diào)和道路瀝青與直餾瀝青主要性質(zhì)比對(duì)

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表7 首罐調(diào)和道路瀝青性質(zhì)（非深拔減渣∶膠質(zhì)=10∶1調(diào)和）

表8 瀝青四組分分析結(jié)果 %

直餾道路瀝青 13.09 52.08 24.71 10.12調(diào)和道路瀝青 10.71 52.04 28.28 8.97

上述數(shù)據(jù)看出，調(diào)和道路瀝青符合交通部道路瀝青70A標(biāo)準(zhǔn)，路用性能試驗(yàn)合格；綜合四組分分析數(shù)據(jù)，可見(jiàn)提高道路瀝青中膠質(zhì)含量、降低飽和分含量，10℃延度和老化后殘留10℃延度增大，對(duì)道路瀝青的延展性和抗老化性等使用性能有所改善和提高。

從2015年8月起，溶脫生產(chǎn)出來(lái)的膠質(zhì)，全部調(diào)入道路瀝青產(chǎn)品中，當(dāng)月調(diào)和道路瀝青產(chǎn)量達(dá)7.5萬(wàn)t，不僅提高了瀝青的產(chǎn)量，而且改善了產(chǎn)品質(zhì)量，產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。據(jù)公司相關(guān)部門(mén)測(cè)算，本次改造投資概算6 800萬(wàn)元，提升毛利3.66億元，投資回報(bào)率為430%。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)增加溶脫裝置膠質(zhì)分離流程，靈活調(diào)整操作工藝條件，可獲得不同收率和性質(zhì)的輕DAO和膠質(zhì)組分，便于煉廠靈活調(diào)整產(chǎn)品種類。在減壓渣油中調(diào)入溶劑脫瀝青裝置的膠質(zhì)，既可增加道路瀝青的產(chǎn)量，又可改善產(chǎn)品質(zhì)量，有著可觀的經(jīng)濟(jì)效益。