張 亮

(山東齊勝工貿(mào)股份有限公司，山東 淄博 255400)

油砂作為一種新發(fā)現(xiàn)的重要的非常規(guī)能源，勢(shì)必會(huì)成為石油的一種重要補(bǔ)充能源。隨著全球石油資源消耗的增加和原油價(jià)格的高居不下，研發(fā)油砂分離技術(shù)，開(kāi)發(fā)油砂中的油砂油會(huì)在很大程度上緩解石油資源緊缺的緊張局勢(shì)。所以說(shuō)，油砂資源的開(kāi)發(fā)利用將會(huì)有著巨大的發(fā)展前景[1-3]。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，油砂產(chǎn)業(yè)將會(huì)步入正規(guī)化發(fā)展，帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益，也會(huì)發(fā)揮重要的戰(zhàn)略作用[4]。油砂油一般為高密度、高黏度、高凝點(diǎn)的固態(tài)膏狀物，即為油砂瀝青,其化學(xué)組成復(fù)雜，主要為稠環(huán)芳烴及大分子的烴類(lèi)，膠質(zhì)、瀝青質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)高，硫、氮、金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)亦高[5-6]。

常規(guī)原油中的輕柴油、含蠟重油、渣油餾分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為15%～30%、25%、45%～50%[7]。油砂油的減壓餾分油的收率比常壓餾分高，此餾分的特性黏數(shù)較低，硫和氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)高，因此必須對(duì)其進(jìn)行深度精制加工以除去多環(huán)短側(cè)鏈組分，這樣才能得到理想的潤(rùn)滑油調(diào)和組分[8]。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)原料

油砂油熱加工的原料來(lái)自印度尼西亞油砂分離得到的油砂油，原料性質(zhì)如表1所示。

由表1可以看出：印度尼西亞油砂的膠質(zhì)、瀝青質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高。雖然在餾程測(cè)定過(guò)程中，可能會(huì)存在一定裂解反應(yīng)，但按此餾分組成，其價(jià)值應(yīng)高于一般的渣油價(jià)值。

表1 原料油性質(zhì)

1.2 溶劑與儀器

萬(wàn)用電熱爐、電阻絲、瓷珠、電加熱帶、熱電偶、電子稱、冷凝管、彎頭、錐形瓶、橡膠管、生料帶、鐵架臺(tái)、保溫棉、儀表顯示器。

1.3 試驗(yàn)方法

(1)熱裂解生產(chǎn)瀝青試驗(yàn)，以瀝青軟化點(diǎn)為主要控制因素，尋找在軟化點(diǎn)合格的條件下，輕質(zhì)油的拔出率。

(2)熱裂解生產(chǎn)焦炭試驗(yàn)，以最高的輕質(zhì)油拔出率為主要控制因素，考察加熱速率、加熱終溫、催化劑加入量等因素對(duì)輕質(zhì)油收率和焦炭產(chǎn)率的影響。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1.1 熱裂解生產(chǎn)瀝青結(jié)果

試驗(yàn)的控制指標(biāo)是瀝青軟化點(diǎn)(≤130 ℃)，所以試驗(yàn)的軟化點(diǎn)盡量接近130 ℃。試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2 熱裂解生產(chǎn)瀝青試驗(yàn)

由表2中的數(shù)據(jù)繪制軟化點(diǎn)對(duì)液收、氣收、焦炭產(chǎn)率的變化關(guān)系曲線，如圖1～2所示。

由圖1中的變化曲線可以看出:隨著瀝青軟化點(diǎn)的升高，輕質(zhì)油的收率呈上升趨勢(shì)變化。因?yàn)殡S著輕質(zhì)油拔出率的升高，剩余瀝青中的輕組分減少，使得瀝青軟化點(diǎn)升高。軟化點(diǎn)合格時(shí)，輕質(zhì)油拔出率為47.05%。

由圖2可以看出:隨著瀝青軟化點(diǎn)的升高，瀝青產(chǎn)率逐漸降低。因?yàn)殡S著裂解深度的增加，輕質(zhì)油的拔出率增加，裂解產(chǎn)生的裂解氣也逐漸增多，所以瀝青產(chǎn)量降低。

圖1 瀝青軟化點(diǎn)與液收的關(guān)系

圖2 瀝青軟化點(diǎn)與瀝青產(chǎn)率的關(guān)系

2.1.2 熱裂解試驗(yàn)輕質(zhì)油性質(zhì)分析

通過(guò)控制瀝青軟化點(diǎn)進(jìn)行淺度熱裂解反應(yīng)，得到了大約47%(占原油)的輕質(zhì)油。試驗(yàn)對(duì)所得的輕質(zhì)油進(jìn)行性質(zhì)分析，分析結(jié)果如表3所示。

表3 油品性質(zhì)分析結(jié)果

2.2 熱裂解生產(chǎn)焦炭

2.2.1 加熱速率對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響

通過(guò)改變加熱功率來(lái)調(diào)節(jié)熱裂解的加熱速率。本試驗(yàn)總共考察了5個(gè)功率條件下，對(duì)試驗(yàn)效果的影響，試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3 加熱功率與各組分收率關(guān)系

由圖3可以看出：隨著加熱功率的增大，輕質(zhì)油的收率明顯增加。由此可以看出，加熱速率增大，利于焦化反應(yīng)。因?yàn)榧訜崴俾蚀?，反?yīng)器升溫較快、較高，反應(yīng)速率和反應(yīng)深度增大，縮短了原料在反應(yīng)器內(nèi)的停留時(shí)間，焦炭中的揮發(fā)分也會(huì)減少。同時(shí)加熱功率大可以提供給原料油足夠的熱量，會(huì)減少二次裂化反應(yīng)的進(jìn)行，減少反應(yīng)器內(nèi)的結(jié)焦。所以焦化反應(yīng)必須盡量縮短反應(yīng)時(shí)間，加大反應(yīng)速率和反應(yīng)深度，選擇最大的加熱功率(3 kW)進(jìn)行試驗(yàn)。

2.2.2 催化劑A加入量對(duì)試驗(yàn)效果的影響

在加熱功率為最大的條件下，考察A的加入量分別為0.5%、1%、2%、2.5%、3%、4%、5%、6%時(shí)對(duì)于試驗(yàn)效果的影響，試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

由圖4可以看出：加入催化劑A后對(duì)于熱裂解反應(yīng)起到了一定的作用。隨著催化劑的加入量的增加，輕質(zhì)油餾分收率呈現(xiàn)先上升后下降的變化，而且變化很明顯。在A的加入量為1%時(shí)，餾分油的收率最大，焦炭產(chǎn)率也較低。隨著A加入量增加，焦炭的收率變化不明顯，干氣的產(chǎn)率持續(xù)升高。起初階段催化劑量的增加對(duì)主反應(yīng)促進(jìn)程度較大，而后繼續(xù)增加加入量則對(duì)副反應(yīng)促進(jìn)程度增大，最終導(dǎo)致隨用量增加活性出現(xiàn)峰值。

圖4 催化劑加入量對(duì)試驗(yàn)效果的影響

2.2.3 輕質(zhì)油性質(zhì)分析

焦化輕油性質(zhì)分析結(jié)果見(jiàn)4。

表4 焦化輕油性質(zhì)分析結(jié)果

3 結(jié)論

(1)熱裂解生產(chǎn)瀝青與輕油，控制瀝青軟化點(diǎn)≤130 ℃時(shí)，瀝青與輕油產(chǎn)品收率可達(dá)到最優(yōu)值。

(2)提高加熱速率和溫度以及添加適宜的催化劑，可以顯著地提升焦化反應(yīng)深度，增加輕油產(chǎn)品收率。

(3)油砂油裂解得到的輕質(zhì)油含硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到4.3%，超過(guò)國(guó)家規(guī)定，需要進(jìn)行脫硫和精制深加工。