新疆寶明頁巖油性質分析及加工方案

金 陽，韓冬云，曹祖賓，龐海全，王艷清，李文岐（.遼寧石油化工大學，遼寧 撫順 300； .中國石油撫順石化公司石油三廠，遼寧 撫順 300）

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新疆寶明頁巖油性質分析及加工方案

金 陽1，韓冬云1，曹祖賓1，龐海全1，王艷清2，李文岐1
（1.遼寧石油化工大學，遼寧 撫順 113001； 2.中國石油撫順石化公司石油三廠，遼寧 撫順 113001）

摘要：對寶明頁巖油的性質進行了分析，寶明頁巖油含有 50%以上的常壓餾分，其中柴油餾分的質量收率占40%左右。將寶明頁巖油與不同區域頁巖油的性質進行對比表明，寶明頁巖油的粘度、含蠟量及凝點都比較低，屬于含氮量較高的低硫中間基油。針對油品的性質及產品的使用方向，簡單提出加工方案，為今后頁巖油的加工利用提供參考。

關鍵詞：寶明頁巖油；性質分析；加工方案

頁巖油是油頁巖熱加工時有機質受熱分解所生成的產物，有“人造石油”之稱。它與天然石油類似，但又比天然石油含有更多的不飽和烴，并含硫、氮、氧等非烴類有機化合物［1］。我國是油頁巖儲量十分豐富的國家之一，全國油頁巖儲量為7 199億t，折合成頁巖油為476億t，僅次于美國、巴西和愛沙尼亞，位居世界第四。與此同時，隨著我國經濟的快速發展，汽、柴油的使用量逐年增加，能源問題日趨嚴重，國際原油價格不斷上漲，國內的原油資源已經不能滿足需求［2］。

頁巖油作為一種可替代石油的能源，已經得到國家的高度重視。頁巖油的生產在有條件的國家僅約30～40美元一桶（如中國和巴西）［3］，為此對頁巖油進行加工利用有著重要的戰略意義。新疆寶明頁巖油在常溫下為黑褐色液體，流動性較好，帶有刺激性氣味，在此之前還沒有專門針對寶明頁巖油相關性質研究的文獻。本文對寶明頁巖油的物化性質進行具體分析，并根據其性質及使用方向提出了加工方案。

1　實驗部分

1.1實驗原料與試劑

實驗原料為新疆寶明公司生產的全餾分頁巖油。實驗所需的主要試劑有95%乙醇、高氯酸、甲苯、冰乙酸、鄰苯二甲酸氫鉀，均為分析純。

1.2實驗儀器與方法

實驗所用主要儀器和實驗方法見表1。

表1　主要儀器與方法Table 1　The main instrument and measure

1.3寶明頁巖油與其它區域頁巖油性質

由于不同區域的油頁巖的性質和熱加工條件不同，所得到的頁巖油的性質也會因其有所差異。新疆寶明頁巖油、撫順頁巖油、吉林樺甸頁巖油性質見表2。

表2　寶明頁巖油、撫順頁巖油及樺甸頁巖油的性質Table 2　The properties of Baoming shale oil，Fushun shale oil and Huadian shale oil

2　結果與討論

2.1寶明頁巖油與撫順、樺甸頁巖油的性質對比分析

從外觀上來看，新疆寶明頁巖油在常溫下為黑褐色液體，流動性較好，帶有刺激性氣味；撫順頁巖油在常溫下為黑褐色、不易流動的固體，帶有刺激性氣味；吉林樺甸頁巖油在常溫下呈現褐色膠狀態，帶有刺激性氣味。

由表2可知，三種原料油的密度都較大，碳數較多，在20 ℃下的密度均處在0.900 0 g/cm3左右，這是因為頁巖油中的輕組分含量較少，并且含有氧、氮、硫等有機化合物；元素組成都主要含有C、H、O、S和N，其中寶明頁巖油的硫含量最低，C/H比值較大，所含的不飽和烴較多；三種原料油中的殘炭、水分含量都相差不大；對于膠質、瀝青質，寶明頁巖油的含量較低，說明在相比條件下，寶明頁巖油的稠環化合物及大分子非烴化合物含量較少；粘度、凝點及堿性氮化物含量相差較大。

2.1.1粘度對比分析

由表2可知，與撫順、樺甸原油相比，寶明頁巖油的運動粘度最小，50 ℃下運動粘度為 5.348 mm2/s。粘度是評定油品流動性能的重要指標，同時其對油品流動及輸送過程中的流量、壓降等參數起到重要作用，為此又是煉油工藝計算中不可缺少的物理性質。粘度值就是用以表示流體運動時分子間摩擦阻力大小的指標，餾分越重，粘度就越大。在表2中，新疆寶明頁巖油的粘度最小，這表明在油品流動及輸送過程中，其內部分子作相對運動時，因流體分子間的摩擦所產生的內部阻力較小。

2.1.2凝點對比分析

凝點是油樣在規定試驗條件下冷卻到液面不移動時的最高溫度。凝點越高，油品的低溫流動性越差。根據油品凝點的高低，可提前考慮在低溫條件下運輸、儲存、收發時應當采取的措施，也可用于評估油品的低溫使用性能。

由表2可知，與撫順和吉林樺甸兩種頁巖原油相比，新疆寶明頁巖油的凝點最低，為10 ℃，輕質組分含量高，低溫流動性最好，有良好的低溫使用性能，方便在低溫條件下進行運輸和儲存。

2.1.3氮化物含量對比分析

頁巖油中的氮化物分為堿性氮化物和非堿性氮化物。其燃燒可形成酸雨，對環境造成影響。同時堿性氮化物中的孤對電子具有很強的吸附和絡合作用，很容易與活性中心的Lewis酸（L酸）和Bronsted酸（B酸）反應，減少催化劑的活性中心，可使催化劑中毒［4］，降低油品質量，導致油品的氧化安定性變差，與空氣中的氧、光、熱發生反應，產生沉淀，致使油品色度加深，影響其儲存和使用性能等。

由表2可知，相比之下，新疆寶明頁巖油的氮化物含量較高，采用SH/T0162方法，即高氯酸-冰乙酸滴定法對其測定，堿性氮化物含量為0.856%。因此若想充分利用寶明頁巖油，還需對其進行進一步的脫氮處理。綜合對比分析，新疆寶明頁巖油屬于一種含氮量較高的低硫中間基油，為了更進一步了解寶明頁巖油的性質，下面對其進行實沸點蒸餾并測定分析窄餾分的性質。

2.2頁巖油的實沸點蒸餾

實沸點蒸餾用規定的試驗裝置和操作條件來考察石油餾分組成的實驗方法，是評價原油的基礎，也是評定石油產品質量與產率的基本，為煉廠的設計和生產提供重要的基礎數據。本實驗取20 ℃沸點范圍作為一個窄餾分，對新疆寶明頁巖油進行實沸點蒸餾，并測定分析窄餾分的性質，結果見表3。

由表3可知，原料油中含有質量分數50%以上的常壓餾分。頁巖油中的汽油餾分（＜200 ℃）質量收率占8.85%，不適合直接生產汽油；柴油餾分（200～350 ℃）占40%左右，高于一般原油（我國主要原油的柴油餾分質量收率為 15%～26%）；350～500 ℃重油餾分的質量收率占39%左右；＞500℃的質量收率約為12%。可以看出，寶明頁巖油與國內石油相比，柴油餾分和減壓餾分含量較高，汽油餾分和減壓渣油餾分含量較少。通過對頁巖油窄餾分性質分析可知，柴油餾分的凝點較低，這表明在此餾分中所含的烷烴成分較多，對其進行進一步的加工，可生產合格的柴油。了解了頁巖油實沸點蒸餾及窄餾分的性質為確定油品的加工方案提供了重要的理論依據。

表3　寶明頁巖油的實沸點及窄餾分性質Table 3　The true boiling point of Baoming shale oil and the properties of the narrow fractions

3　寶明頁巖油的加工方案

通過對寶明頁巖油的性質分析可知，新疆寶明頁巖油是一種流動性較好，低凝點，含氮量較高的低硫中間基油。其中堿性氮化物對油品影響最為顯著。若直接將寶明頁巖油作為催化裂化原料，其中堿氮含量明顯不符合FCC原料油的指標要求，因此如何降低油品中堿性氮化物的含量成為關鍵。

目前，脫除頁巖油中堿性氮化物的方法主要有加氫精制和非加氫精制。其中加氫精制工藝技術已經非常成熟，應用也較為廣泛，但氫氣損耗量大，操作費用高，氫源供應受到限制，并且原油中的非烴化合物得不到充分的利用，附加值較低。非加氫精制包含絡合精制，溶劑精制，吸附精制，酸堿精制等［5］。其中溶劑萃取精制的生產成本較低，操作最為簡單，利用相似相溶原理可將多環的芳香烴，含N、S、O的化合物，膠質及瀝青質抽提出來。

針對寶明頁巖油的基本性質，建議采用如下加工方案。選取適合的溶劑進行抽提，抽提后得到萃余相和萃取相。再通過蒸餾的方式，可得到抽余油、抽出油和溶劑。萃取劑可循環利用，降低成本。抽余油中的烷烴較多，芳烴類化合物含量很低，是良好的催化裂化原料。精制后得到的抽出油中膠質及瀝青質含量較高，富含芳烴化合物，與瀝青性質接近，可用于調和不同牌號的瀝青。

4　結 論

（1） 新疆寶明頁巖油常溫下為黑褐色液體，流動性較好，帶有刺激性氣味，屬于含氮量較高的低硫中間基油。

（2） 與撫順頁巖油和吉林樺甸頁巖油相比，寶明頁巖油的粘度、凝點及蠟含量都較低，氮化物含量較高，硫含量較低，有良好的低溫使用性能，方便在低溫條件下進行運輸和儲存。

（3） 寶明頁巖油與國內石油相比，柴油餾分及減壓餾分含量較高，汽油餾分及減壓渣油餾分含量較少。

（4） 頁巖油經溶劑精制后得到的抽余油是良好的FCC原料，抽出油富含芳烴化合物，與瀝青性質接近，可用于調和不同牌號的瀝青。

參考文獻：

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Properties Analysis and Processing Scheme of Baoming Shale Oil From Xinjiang

JIN Yang1，HAN Dong-yun1，CAO Zu-bin1，PANG Hai-quan1，WANG Yan-qing2，LI Wen-qi1
（1.Liaoning Shihua University，Liaoning Fushun 113001，China；
2.Fushun Petrochemical Company Refinery NO.3 of CNPC，Liaoning Fushun 113001，China）

Abstract：Properties of Baoming shale oil were analyzed.Baoming shale oil contains more than 50% the normal pressure fractions，which contains about 40% of diesel fraction.Compared with the properties of different regional shale oil，Baoming shale oil has low viscosity，low paraffin content，low condensation point，and belongs to low sulfur intermediate based oil with high nitrogen content.For the properties of the oil and the use direction of the product，simple processing scheme was put forward，which could provide the reference to the oil shale processing in the future.

Key words：Baoming shale oil；Properties analysis；Processing scheme

中圖分類號：TE 624

文獻標識碼：A

文章編號：1671-0460（2016）01-0048-03

收稿日期：2015-10-13

作者簡介：金陽（1991-），女，遼寧省新民市人，碩士生，研究方向：頁巖油非加氫改質加工工藝研究。E-mail：1193457773@qq.com。

通訊作者：韓冬云（1975-），女，遼寧省撫順市人，副教授，從事非常規油氣開發和利用方面的工作。