煤焦油瀝青成型過程中軟化點的控制因素

許遼遼，劉 偉，王 雄，司浩浩，張 楠

（陜煤集團榆林化學有限責任公司，陜西 榆林 719000）

瀝青主要可以分為煤焦瀝青、石油瀝青和天然瀝青3 類，其中石油瀝青毒性較小，應用更為廣泛。煤焦瀝青主要來源是煤焦油加工過程中，經過蒸餾去除液體餾分以后的殘余物，主要用于碳素電極材料生產，粘結劑、燃料、涂料、建筑材料、油毛氈等其它用途。

煤瀝青作為1種人造瀝青，是煤焦油的主要成分，依據(jù)軟化點的不同，可以分為低溫瀝青、中溫瀝青、高溫瀝青；其中中溫瀝青用途比較廣泛，可應用于制油氈、建筑物防水層、高級瀝青漆等，也可以用于電解鋁行業(yè)，作為粘合劑；改質瀝青是指煤焦油或普通煤瀝青經深度加工所得的瀝青，主要用于電解鋁行業(yè)，也可以作為電極粘結劑［1］。

隨著技術革新，改質液體瀝青和改質固體瀝青的營收不斷增加，表明市場對于此類瀝青的需求在增加，未來改質瀝青和中溫瀝青還有很大的發(fā)展空間和前景［2］。

文中通過懸浮床加氫裝置原料預分餾單元對煤焦油、蘭炭焦油恒定及變量等進料情況下，研究煤瀝青成型過程中軟化點的控制因素。

原料自預分餾單元分餾塔進行切割自塔底油蒸汽發(fā)生器后進入瀝青高位槽自然冷卻后進入瀝青成型系統(tǒng)，經水下成型后掉落進鋼帶輸送機中，在水中直接冷卻成型，溫度降至60 ℃，輸送過程中脫水進入瀝青堆場，然后裝車外送。 冷卻水池頂部設置捕煙罩，瀝青煙經引風機送至瀝青煙洗滌塔底部，經洗滌凈化后排入大氣。

文中還重點考察了煤瀝青成型過程中軟化點的控制因素。進料恒定情況下，考察加熱爐出口溫度、系統(tǒng)真空度、各側線下返量、汽提蒸汽量、成型量及冷卻水溫度，探索最適宜的煤瀝青成型效果及工藝條件。

1 裝置簡介

1.1 煤焦油加氫裝置概況

煤焦油加氫裝置主要包括原料預處理單元、提酚萃取單元、催化劑配制單元、氫氣壓縮單元、反應單元、產品分餾單元以及瀝青成型單元。該裝置以粉煤熱解裝置所產的熱解焦油和外購部分蘭炭焦油為裝置原料來生產輕質油組分；經原料預處理單元后將煤焦油分為含酚油、供氫溶劑原料油和懸浮床加氫反應的新鮮原料。含酚油經過甲醇水溶液萃取后制得粗酚，供氫溶劑原料油經過供氫溶劑加氫裝置加氫后返回至懸浮床加氫反應進料緩沖罐作為懸浮床加氫反應進料。新鮮進料與供氫溶劑油混合升壓與新氫混合在一定溫度下進行加氫、裂化反應經分餾系統(tǒng)分離得到目的產品。懸浮床加氫裝置的主要產品為粗酚、加氫中油、中間中油、熱解瀝青等，裝置流程見圖1。

圖1 懸浮床加氫工藝流程

1.2 原料預分餾系統(tǒng)

原料蘭炭焦油和熱解焦油進入原料油緩沖罐。罐底油經原料油升壓泵加壓后，依次經換熱器換熱，進入脫水罐進行閃蒸氣液分離；閃蒸水蒸氣送至原料分餾塔中上部，罐底脫除水分的煤焦油經脫水罐底泵加壓，依次經換熱器換熱，再經煤焦油加熱爐加熱至330～360 ℃送至原料分餾塔進料段；原料油經原料分餾塔（分割為3 種產品：塔頂及塔上部抽出的輕油、塔中部側線抽出的中油和塔底的瀝青）；塔頂輕油、側線中油經泵采出；原料分餾塔底瀝青送至瀝青成型單元。

該單元的主要特點是流程簡單，將熱解焦油進行處理，即可為下游裝置提供原料及中間產品送至下游（如固定床），承接上游熱解裝置產生熱解焦油，熱解輕油，形成比較完整的工藝鏈條。

1.3 瀝青成型系統(tǒng)

來自原料預分塔底瀝青進入瀝青高位槽緩沖罐后由罐底泵送出，經過降溫冷卻后進入瀝青成型系統(tǒng)，經水下成型后掉落進鋼帶輸送機中，在水中直接冷卻成型，輸送過程中脫水進入瀝青堆場，然后裝車外送。

瀝青成型冷卻水池頂部設置捕煙罩，瀝青煙經過引風機（送至瀝青煙洗滌塔底部，與洗滌油進行逆流接觸，煙氣經洗滌凈化后排入大氣。瀝青煙洗滌塔底洗滌油通過洗滌油泵循環(huán)，間斷排出洗后油。

該單元的主要特點是工藝流程簡單，瀝青成型池內濁水通過涼水塔自然冷卻后循環(huán)回瀝青水池，濁水一直循環(huán)使用，大大降低對水資源的消耗，且成型為雙系列，便于在出現(xiàn)突發(fā)情況時能隨時切換至另1路，保證裝置穩(wěn)定運行。

該單元也可根據(jù)實際加工量同時運行2 套成型系統(tǒng)。

2 原料預分餾系統(tǒng)原料油性質

因熱解焦油化學組成特點，具有多環(huán)芳烴、膠質、瀝青質含量高和灰分高等特點，在裝置運行期間為更好的保持裝置平穩(wěn)運行，原料進料采取混合進料，既熱解輕油、熱解焦油、蘭炭焦油3種油品均作為原料。

依照相似相溶的原理，熱解輕油、蘭炭焦油充當溶劑有較強的溶解能力，可有效降低熱解焦油的固含量。原料包括熱解輕油、熱解焦油、蘭炭焦油，其主要性質見表1。

表1 原料油基本性質

由表1 可以看出，密度：熱解焦油＞蘭炭焦油＞熱解輕油；熱解輕油的飽和分含量相對高19.59%，裂化性能更好；而熱解輕油及熱解焦油芳香分含量較高，分別為60.18%及50.6%，具有一定的供氫能力。

2 影響瀝青成型的因素

2.1 加熱爐出口溫度

在原料油進料穩(wěn)定的情況下，加熱爐出口溫度高低直接影響瀝青的成型效果［1］。原料預分塔真空度、原料油性質、各側線下返量、塔底汽提蒸汽量、瀝青成型量及冷卻水溫度等因素穩(wěn)定時，加熱爐出口溫度在（319～340 ℃）區(qū)間波動時，原料預分餾塔底軟化點隨之發(fā)生改變，當加熱爐出口溫度升高時，軟化點升高，瀝青成型效果更好［4］，加熱爐出口溫度較低時，瀝青成型相對較困難。

加熱爐各出口溫度見表2。

表2 加熱爐出口溫度

2.2 真空度

在原料油進料穩(wěn)定的情況下，加熱爐出口溫度基本保持穩(wěn)定。在真空度改變的情況下對煤焦油瀝青成型過程中軟化點的控制因素影響見表3。

表3 真空度

通過運行數(shù)據(jù)可以看出，原料預分餾塔真空度的改變對瀝青成型的效果影響較大［5］；原料預分塔真空度越高，預分餾塔底更多的輕組分被拔出，塔底存留重組分增加，瀝青軟化點升高，瀝青成型效果更好；原料預分餾塔真空度越低，軟化點降低，瀝青成型效果變差，瀝青成型相對較困難。

2.3 各側線下返量

經過裝置運行研究在進料量和進料比例穩(wěn)定的情況下，加熱爐出口基本穩(wěn)定325～330 ℃；原料預分餾塔真空度穩(wěn)定在-75 kPa；各側線下凡量增大后，塔頂、1中、1中采出量明顯減少，塔底輕組分增多，瀝青成型效果變差。由于裝置運行期間工藝調整是采用多種手段，并且影響瀝青成型效果的因素較多［6］。

2.4 塔底汽提蒸汽量

塔底汽提蒸汽的作用，加熱從塔內留下來的蠟油，達到2次汽化的作用；降低塔內油氣分壓；提高油品氣化率；為了防止蒸汽冷凝液進入塔內，所以引入的蒸汽經加熱爐加熱成過熱蒸汽，溫度約為380～450 ℃；投用汽提蒸汽前一定要緩慢，并要主要塔內壓力和塔底液位的變化。

在調整引入汽提蒸汽量時，1 方面考慮有利于油品氣化；另1方面要考慮引入汽提蒸汽量過大影響到塔真空度下降［6］。

2.5 成型量及冷卻水溫度

煤焦油經原料預餾塔進行切割后自塔底油蒸汽發(fā)生器后進入瀝青高位槽自然冷卻后進入瀝青成型系統(tǒng)，經過成型系統(tǒng)底部噴嘴進入冷卻水池；經水下成型后掉落進鋼帶輸送機中，在水中直接冷卻成型，溫度降至60 ℃，輸送過程中脫水進入瀝青堆場，然后裝車外送［7］。

瀝青成型系統(tǒng)成型量主要通過噴對處閥門開度進行控制，開度過導致大瀝青量較大，未來得及成型直接送至鋼帶機，冷卻水池溫度過高也影響成型效果，溫度太高瀝青短時間無法冷卻成型送至鋼帶機［8］。

原料組成成型量及冷卻水溫度見表4。

表4 原料組成成型量及冷卻水溫度

3 結束語

（1）加熱爐出口溫度：其它運行參數(shù)基本穩(wěn)定的情況下，當加熱爐出口溫度升高時，軟化點升高，瀝青成型效果更好，加熱爐出口溫度較低時，瀝青成型相對較困難。

（2）真空度：在原料油進料穩(wěn)定的情況下，加熱爐出口溫度基本保持穩(wěn)定，在真空度改變的情況下對煤焦油瀝青成型過程中軟化點的控制因素影響；通過運行數(shù)據(jù)可以看出，原料預分餾塔真空度的改變對瀝青成型的效果影響較大；原料預分塔真空度越高，預分餾塔底更多的輕組分被拔出，塔底存留重組分增加，瀝青軟化點升高，瀝青成型效果更好；原料預分餾塔真空度越低，軟化點降低，瀝青成型效果變差，瀝青成型相對較困難。

（3）各側線下返量：其它運行參數(shù)基本穩(wěn)定情況下，各側線下凡量增大后，塔頂、1中、2中采出量明顯減少，塔底輕組分增多，瀝青成型效果變差；反之各側線下返量減少；塔頂輕組分變多，瀝青成型效果變好。

（4）塔底汽提蒸汽：增加汽提蒸汽是為了降低塔內油氣分壓；提高油品氣化率；在調整引入汽提蒸汽量時，1 方面考慮有利于油品氣化，瀝青成型效果變好；另1方面要考慮引入汽提蒸汽量過大影響到塔真空度下降，導致瀝青成型效果變差。

（5）成型量及冷卻水溫度：成型量越小，冷卻水池溫度越低瀝青成型效果好，成型量大冷卻水池溫度高瀝青成型效果差；生產裝置運行期間操作調整是通過多種控制因素同時調整，從而觀察裝置運行是否穩(wěn)定，通過單一變量參數(shù)，系統(tǒng)存在一定的滯后，且多個影響因素同時調整也存在一定關聯(lián)性。

（6）通過裝置運行研究，篩選出煤焦油瀝青成型過程中軟化點控制的最優(yōu)運行參數(shù)及調整思路；節(jié)約裝置運行成本，為煤焦油瀝青深度研究打下基礎。