王志成，張偉君，李廣玉

（黑龍江省能源環(huán)境研究院，黑龍江 哈爾濱150027）

重質(zhì)燃料提煉輕質(zhì)燃料油技術(shù)研究*

王志成，張偉君，李廣玉

（黑龍江省能源環(huán)境研究院，黑龍江 哈爾濱150027）

奧里油、超重質(zhì)瀝青、渣油等重質(zhì)燃料在非高壓、不加氫氣條件下，在480℃煉制輕質(zhì)燃料油來替代柴油。應(yīng)用計(jì)算機(jī)仿真試驗(yàn)系統(tǒng)優(yōu)化催化劑各配方組分，最終確定催化劑組分；確定了催化劑的添加比例；對不同重質(zhì)原料進(jìn)行煉制分析，繪制煉制曲線；分析了煉制過程的影響因素，主要因素是溫度、時(shí)間;確立了回歸方程。設(shè)計(jì)煉制工藝及設(shè)備，對提煉的輕質(zhì)燃料油進(jìn)行理化分析，并與柴油進(jìn)行對比試驗(yàn)，在相同運(yùn)行條件下，輕質(zhì)燃料油比0#柴油多耗油0.7%。

重質(zhì)燃料；煉制；輕質(zhì)燃料油；研究

Abstract:The refining of light fuel oil from Orimulsion,extra-heavy bitumen and the heavy residual fuel under the non-high pressure condition at 480℃without hydrogen is presented.The catalyst is optimized and produced and the proportion of catalyst components,refining technology and equipment is determined with the application of computer simulation system.Several kinds of heavy fuel is refined and analyzed,and the refining curve is drawn.The factors that affect the refining process are also analyzed.The main factors are the temperature and time.Finally the regression equation is established.The refining process and equipment are designed.The refined light fuel oil is analyzed physically and chemically.Under the same operating conditions,the light fuel oil consumed 0.7%oil more than the 0#diesel fuel when comparing with the diesel fuel.

Key words:Heavy fuel;refine;light fuel oil;study

引 言

奧里油、超重質(zhì)瀝青、渣油中都含有大量的膠狀瀝青狀物質(zhì)，它是由各種不同結(jié)構(gòu)的高分子化合物構(gòu)成的復(fù)雜混合物，其相對分子質(zhì)量很高，有超長的分子鏈（如圖1），其成分中膠質(zhì)和瀝青質(zhì)占有很高的比例。它是流動性很差的黏稠液體，呈褐色至暗褐色，有很強(qiáng)的著色能力，使用時(shí)會產(chǎn)生炭渣，造成零件的磨損和油管路堵塞。

圖1 渣油瀝青質(zhì)結(jié)構(gòu)單元圖（1）Fig.1 Structural unit of the asphaltene residue

根據(jù)這些特點(diǎn)，它們只能做鍋爐的燃料，或者做建筑防水使用。因此，提高重質(zhì)燃料綜合、高效利用是科研人員研究的重點(diǎn)。必須打斷超長的分子鏈，在12～22之間進(jìn)行重組，同時(shí)進(jìn)行脫色、通透及穩(wěn)定處理，才能改善油品的性質(zhì)。

1 研究實(shí)驗(yàn)部分

1.1 液體催化劑的研究

我們應(yīng)用計(jì)算機(jī)仿真試驗(yàn)系統(tǒng)，對液體催化劑進(jìn)行研究分析，確定了催化劑的組分及配方（見圖2）。

催化劑主要包括：分子斷鏈劑（A）、十六烷值增強(qiáng)劑（B）、抗腐劑（C）、催化燃燒劑（D）[2]，根據(jù)燃料對十六烷值的要求進(jìn)行正交設(shè)計(jì)試驗(yàn)分析，確定三種水平：

1水平：十六烷值 31～35

2水平：十六烷值 36～39

3水平：十六烷值 40～43

圖2 計(jì)算機(jī)仿真模擬試驗(yàn)系統(tǒng)圖Fig.2 Computer simulation test system

表1 計(jì)算機(jī)仿真正交設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)表Table 1 Orthogonal design data by computer simulation

四個(gè)極差 8.4、2.4、2.7、2.7 中最大的是 8.4，這說明A對十六烷值影響最大。第9號試驗(yàn)中A3為最佳水平，其它D3也是最佳水平，B3、C2是在2水平上，因此第9號試驗(yàn)方案是最佳方案。

1.2 實(shí)驗(yàn)室蒸餾試驗(yàn)

確定液體催化劑配方后，要檢驗(yàn)催化劑有效性，特別是對奧里油、超重質(zhì)瀝青、渣油等不同燃料分別進(jìn)行試驗(yàn)，以求得最佳液體催化劑的摻入量。應(yīng)用優(yōu)選法，我們找到了5%的催化劑加入量，從常溫加熱到480℃，蒸餾時(shí)間為3h左右。

根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)畫出燃料的煉制曲線。有奧里油煉制曲線圖（圖4），巴林超重質(zhì)瀝青煉制曲線圖（圖5），遼河稠油煉制曲線圖（圖6），渣油煉制曲線圖（圖 7），180#重質(zhì)油煉制曲線圖（圖8）。

圖3 實(shí)驗(yàn)室煉制裝置Fig.3 Laboratory refining device

圖4 奧里油煉制曲線Fig.4 Orimulsion refining curve

圖5 巴林超重質(zhì)瀝青煉制曲線圖Fig.5 Bahrain extra-heavy asphalt refining curve

圖6 遼河稠油煉制曲線圖Fig.6 Liaohe heavy oil refining curve

圖7 渣油煉制曲線圖Fig.7 Liaohe residuel oil refining curve

圖8 180#重質(zhì)油煉制曲線圖Fig.8 180#heavy oil refining curve

2 結(jié)果與討論

在試驗(yàn)中，我們發(fā)現(xiàn)出油進(jìn)程與時(shí)間也有一定的關(guān)系，這說明煉制過程受多種因素的影響，主要因素是溫度、時(shí)間。我們對這兩種因素進(jìn)行試驗(yàn)，尋找多元回歸方程，以指導(dǎo)煉制實(shí)踐工作。試驗(yàn)中收集了溫度（C）單位℃，時(shí)間（t）單位min和輕質(zhì)燃料油體積（V）單位mL的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，超重質(zhì)瀝青煉制輕質(zhì)燃料油試驗(yàn)數(shù)據(jù)列表如下（見表2）。

表2 蒸餾數(shù)據(jù)表Table 2 Distillation data

設(shè)試驗(yàn)多元回歸方程為：

根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算：

3 煉制工藝及煉制裝置設(shè)計(jì)

3.1 煉制工藝

本技術(shù)在非高壓、不加氫氣的條件下，加入5%的液體催化劑，溫度480℃，煉制出輕質(zhì)燃料油。奧里油煉制工藝流程見圖9。

圖9 奧里油煉制工藝流程圖Fig.9 Orimulsion refining flow chart

3.2 煉制裝置

煉制裝置由反應(yīng)釜、控制柜、集油裝置、干氣濾放裝置、冷凝系統(tǒng)組成，其中重要部分是反應(yīng)釜，它有加熱裝置，保證原料在規(guī)定時(shí)間內(nèi)加熱到480℃；還要有保溫措施，減少熱量散失，從而避免影響煉制進(jìn)程。同時(shí)反應(yīng)釜還要有足夠的液相、汽相轉(zhuǎn)換的汽化空間，保證原料有較高的出油率。反應(yīng)釜如圖10：

圖10 煉制反應(yīng)釜Fig.10 The refining reactor

4 輕質(zhì)燃料油的檢測及臺架試驗(yàn)

4.1 主要技術(shù)指標(biāo)

表3 主要技術(shù)指標(biāo)Table 3 Main specifications

4.2 臺架試驗(yàn)

（1）試驗(yàn)用油

a.0#柴油；b.輕質(zhì)燃料油。

（2）試驗(yàn)條件

在同一臺S1110型柴油機(jī)試驗(yàn)臺架上，額定1000r/min轉(zhuǎn)速下用上述兩種燃油進(jìn)行，連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)24h的燃油消耗量對比試驗(yàn)。

（3）試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄臺架試驗(yàn)記錄（見表4）

表4 試驗(yàn)數(shù)據(jù)Table 4 Test data

（4）試驗(yàn)結(jié)果

在相同運(yùn)行條件下，輕質(zhì)燃料油比0#柴油多耗油0.7%。

5 結(jié)論

目前，國內(nèi)外還沒有奧里油、超重質(zhì)瀝青在非高壓，不加氫氣的條件下煉制輕質(zhì)燃料油技術(shù)，奧里油、超重質(zhì)瀝青只能乳化處理，用于燃燒或建筑防水、鋪路等。

黑龍江省能源環(huán)境研究院研制的奧里油或超重質(zhì)瀝青煉制技術(shù)是以5%液體催化劑直接加入奧里油或超重質(zhì)瀝青中，混合后，送入煉制裝置中，從室溫蒸餾到480℃，使奧里油、超重質(zhì)瀝青中的超大分子鏈斷開，在12～22之間重組，并同時(shí)進(jìn)行脫色、脫硫、通透和穩(wěn)定性處理，從而煉制出輕質(zhì)燃料油。這是石油煉制技術(shù)的一次突破。

［1］何學(xué)良，詹永厚，李疏松.內(nèi)燃機(jī)燃料［M］.北京：中國石化出版社，1999：29.

［2］尾崎萃.催化劑手冊［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1982：175～203.

The Study on Extracting Light Fuel Oil from Heavy Fuel

WANG Zhi-cheng,ZHANG Wei-jun and LI Guang-yu

(Energy and Environmental Research Institute of Heilongjiang Province,Harbin 150027 China)

TE 626.2

A

1001-0017（2011）02-0005-04

2010-11-20 *基金項(xiàng)目：國家科技攻關(guān)計(jì)劃項(xiàng)目（編號：2004BA907A32）

王志成（1973-），男，哈爾濱市人，高級工程師，學(xué)士學(xué)位，研究室主任，主要從事替代能源技術(shù)、清潔能源技術(shù)、鍋爐尾氣凈化技術(shù)的研究工作。