利用催化油浆制沥青技术研究

利用催化油浆制沥青技术研究

摘要催化裂化作为主要的重油加工技术在石油加工中的地位十分重要,催化油浆的有效合理利用是一个迫切需要解决的问题。结合催化油浆富含芳香分和胶质的特点,对催化油浆和渣油经一定处理生产优质道路沥青的技术方案进行了研究。结果表明,通过共混切割可明显降低原料性质变化对沥青性质的影响,选取适宜的油浆掺兑比、交联剂和增延剂的种类和添加量、工艺条件等,可以获得优质道路沥青。

关键词节能技术沥青催化油浆交联

催化裂化(FCC)是当前重质油轻质化的主要炼制过程之一。近10年来, FCC工艺和催化剂的研究取得了巨大进展。由于原料变重,使装置的结焦和结垢加重,装置难以正常运行。目前,对催化油浆主要采用2种处理方法:(1)全部或部分回炼,回炼比为0.3~0.7;(2)甩出装置,即外甩油浆,外甩量为原料油的5%~12%。由于FCC油浆含有大量稠环芳烃,将其循环回炼将导致生焦,并污染催化剂,故许多炼厂采用后一种方法,即外甩油浆法。甩出油浆有的作为废油以低价卖掉,有的则作为燃料烧掉,造成了很大的浪费。也有炼厂将外甩油浆作为燃料油的调和油,但这种利用方法不仅损失了占甩出量40%~60%的FCC原料油,而且还会使炉嘴产生磨蚀和结焦[1]。因此,利用FCC油浆开发高附加值的产品具有重大意义。

随着我国道路建设的加快，对高度级道路沥青的需求量大增。国外优质沥青中芳香烃的质量分数一般为40%~55%,蜡质量分数小于3.0%。我国原油80%以上为石蜡基原油,不宜生产高等级沥青。因此,利用炼厂FCC油浆这一贫蜡富芳组分作改性剂,生产高等级道路沥青的研究十分活跃[2,3]。但是，现有研究对催化油浆的利用率较低，一般作为少量组分调合[4,5]。公司每年外甩油浆10万吨，主要作为燃料油出售，对本已紧缺的石油资源来说是一种巨大的浪费。因此，研究以催化油浆为主要原料生产道路沥青具有十分重大的经济意义和社会意义。

本研究利用强化蒸馏即把催化油浆(强化剂)加入渣油中,再进行减压蒸馏,将饱和的、对沥青质量不利的组分蒸出,而将对沥青有利的组分留在沥青中,添加一定量的交联剂、增延剂，生产出优质沥青。

1实验部分

1.1原料

催化油浆，减压渣油，交联剂（化学纯），增延剂（工业级）

1.2实验设备

实沸点蒸馏装置自建

高剪切乳化分散机

SHT数显恒温电热套

精密电动搅拌器

1.3分析设备

SYD-2801E1针入度试验器

SYD-2806G全自动沥青软化点试验器

SYD-0609沥青薄膜烘箱

SYD-4508D沥青延伸度试验器

1.4实验内容

催化油浆、减压渣油预热后按比例混合后切割，再将中段馏分油与釜底残油按比例混合，加入增延剂和交联剂经交联反应、剪切调合出道路沥青。

2结果与讨论

石油沥青是由相对分子量很大、芳香性很强的沥青质分散在相对分子质量较低的油分中

形成的胶体溶液。沥青的理化指标和使用性能不仅与其化学组成有关，而且在很大程度上也取决于沥青质在油分中形成的胶体溶液的状态。优质沥青的沥青质含量在6~15%。分公司主要炼制中间基原油，得到的减压渣油沥青质含量偏低，蜡含量高，不能直接作为沥青出厂。考虑到外甩的大量催化油浆富芳贫蜡的特性，研究使用催化油浆和减压渣油共混改质制沥青，该课题为催化油浆综合利用探索了一条新途径。

根据大量的实验结果和对比分析，优选出催化油浆/渣油改质制道路沥青的工艺路线，见图1。

图1 催化油浆/渣油改质制沥青工艺路线图

工艺路线主要包括两个方面：

一是原料的预处理，目的是将饱和的、对沥青质量不利的组分蒸出,而将对沥青有利的组分留在沥青中，同时能有效降低原料变化的影响。

二是交联调合制沥青，目的是使用交联剂增加沥青质含量，改善油浆调和沥青的感温性能、抗老化性能，添加增延剂改善延伸性能，得到复合70B级道路沥青要求的产品。

根据工艺路线可知，主要影响因素包括原料变化、配比和工艺条件等。通过大量试验，掌握了因素变化对产品性质的影响规律以及控制条件。

2.1原料变化对产品的影响

2.1.1.原料变化情况

考虑到公司属于燃料-化工型炼厂，经常根据市场要求调整加工方案，2009年至2010年4月对公司1#催化油浆和渣油性质进行了多次跟踪分析，数据见表1、表3。并结合原料性质的变化对原料的可沥青化性能进行了分析评价。

由表1可知，一年来，催化油浆的密度、粘度、灰分等数据变化不大，四组分分析结果有明显变化，芳香烃含量最低为50.55%，最高超过70%，胶质含量变化很大，在5%~23%波动，沥青质含量在5%~9.3%范围内变化。

为了解炼油生产工艺变化对催化油浆的影响，选取不同时间生产的催化油浆进行馏程测定，数据见表2。比较三次油浆的馏程数据可知，原油和炼油生产工艺对催化裂化油浆的轻重组分含量有一定影响。

由于催化油浆的馏程较宽，含有较多的轻组分，所以将全馏分充当沥青调合组分会导致调合沥青闪点不合格；对沥青的针入度和软化点等指标影响过于明显，不利于实际操作。因此必须对催化油浆进行切割，除去部分轻质组分后方可作为理想的沥青调合组分。

表1 催化油浆性质考察

采样时间09.04.27 09.06.29 09.07.06 09.08.05 09.09.07 09.10.26 10.02.08 10.02.24 10.04.26 密度，kg/m31131 1127 1118 1118 1117 1095 1100 1106 1098.4 粘度，100℃, 36.08 26.86 23.18 23.41 36.46 23.9 32.58 33.63 32.28

mm2/s

残炭， m% 15.90 15.42 13.00 12.88 14.42 13.48 15.64 14.48 15.14

灰分， m% 0.66 1.01 0.74 0.69 0.62 0.61 0.68 0.67 0.66

四组分：

饱和烃，m％12.63 15.82 15.52 23.07 15.79 25.09 18.74 18.9 17.78

芳烃，m％59.19 71.66 70.04 63.58 63.61 50.55 52.71 55.74 65.31

胶质，m％20.90 4.95 6.62 7.83 11.42 18.48 22.91 18.35 6.45

沥青质，m％ 6.04 6.64 6.45 5.47 8.45 6.61 4.98 6.73 9.32

表2 催化油浆馏程数据表

采样日期09.10.26 10.02.24 10.04.26

HK 251℃251℃250℃

10% 390℃410℃404℃

20% 397℃419℃412℃

30% 406℃427℃421℃

40% 416℃440℃433℃

50% 427℃447℃440℃

60% 440℃458℃453℃

70% 456℃474℃470℃

80% 481℃500℃488℃

350℃馏出量 2.5ml 2.0ml 1.4ml

500℃馏出量86.0ml 80.0ml 83.0ml

表3 渣油性质考察

采样时间09.04.27 09.06.29 09.07.08 09.08.05 09.09.07 09.10.26 10.02.08 10.02.24 10.04.26

粘度100℃,

1483 1484 1707 1846 1796 1552 1477 1302 1049 mm2/s

初馏点，℃385 386 397 411 405 390 382 370 353

四组分：

饱和烃，m％19.85 22.96 22.07 23.4 20.36 25.03 20.53 22.33 27.88

芳烃，m％41.36 42.85 44.26 45.86 44.17 42.45 39.70 41.50 44.42

胶质，m％32.75 29.02 27.77 24.26 31.09 25.56 33.27 31.61 23.52

沥青质，m％ 3.38 1.96 2.39 2.8 2.81 3.98 3.21 2.34 2.88

由表3可知，减压渣油粘度数据变化不大，组成有一定变化，与催化油浆相比，渣油性质较平稳。但是，随着原油、炼厂加工方案及加工条件的变化，减压渣油的初馏点也存在变化，说明减压渣油还存在部分比较轻的组分。

根据催化油浆和减压渣油的跟踪分析数据，决定采用强化蒸馏即油浆和渣油混合后共同蒸馏，分为三部分：轻馏分、重馏分、残油。

2.1.2.原料变化控制方法

调合沥青的原料性质可通过油浆与渣油混合油的切割馏程来控制，选择具有代表性的油浆和渣油按相同方案进行切割，得到的产品收率见表4。

表4 中试减压切割馏程分布和收率

产品轻馏分油重馏分油釜残

采样时间馏程，℃HK~483 483~526 ＞526