減壓渣油生產(chǎn)90號氧化瀝青試驗(yàn)

吳 岳

(中國石油天然氣股份有限公司遼河石化公司研究院， 遼寧 盤錦 124000)

減壓渣油生產(chǎn)90號氧化瀝青試驗(yàn)

吳 岳

(中國石油天然氣股份有限公司遼河石化公司研究院， 遼寧 盤錦 124000)

以減壓渣油為原料，根據(jù)研究數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)，對全自動(dòng)無污染氧化瀝青試驗(yàn)裝置進(jìn)行調(diào)整，并生產(chǎn)不同性能的氧化瀝青。不同的氧化瀝青原料，其針入度越大，可操作性越大。對生產(chǎn)的氧化瀝青進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，此生產(chǎn)工藝能夠顯著提高瀝青質(zhì)含量，有效改善瀝青的高溫性能。在合理的工藝操作條件下，此試驗(yàn)裝置能夠制備出滿足交通部要求的90號A級道路瀝青產(chǎn)品。

減壓渣油；氧化瀝青；道路瀝青

瀝青氧化工藝，是將減壓渣油或溶劑脫油瀝青或它們的調(diào)和物，在一定溫度下通入空氣，以改變原料組成、提高軟化點(diǎn)，降低針入度及其溫度敏感性能，已達(dá)到瀝青規(guī)格指標(biāo)和使用性能的要求。在生產(chǎn)過程中，原料組成、氧化深度對氧化瀝青的性能具有重要影響[1]。生產(chǎn)高軟化點(diǎn)瀝青的成熟工藝是氧化工藝，氧化裝置主要有間歇式氧化釜、連續(xù)式氧化釜和連續(xù)式氧化塔，目前新建的氧化瀝青裝置大部分采用塔式氧化流程[2]。本試驗(yàn)采用的氧化瀝青裝置是全自動(dòng)無污染氧化瀝青實(shí)驗(yàn)裝置，由沈陽施博達(dá)公司設(shè)計(jì)。該裝置由一個(gè)容積為10L的反應(yīng)釜和四個(gè)容積為1L的反應(yīng)釜構(gòu)成。每個(gè)反應(yīng)釜均帶有單獨(dú)伴熱控溫系統(tǒng)，溫度控制為室溫至400℃；風(fēng)量均可控制在0～30L/min；溫度、流量是全自動(dòng)PLC控制，可設(shè)定調(diào)節(jié)；每個(gè)反應(yīng)釜可獨(dú)立進(jìn)行氧化試驗(yàn)。反應(yīng)裝置簡易流程圖如圖1所示：

圖1 反應(yīng)裝置簡易流程圖

1 試驗(yàn)裝置的調(diào)整

1.1 處理量和設(shè)備尺寸的確定

根據(jù)以往氧化瀝青氧化塔的相關(guān)數(shù)據(jù)[3](如表1所示)可以發(fā)現(xiàn)，氧化瀝青氧化塔的不同處理量，其塔內(nèi)液面高度和塔徑也不同，且氧化瀝青氧化塔反應(yīng)段長徑比一般在4左右。

表1 幾套氧化瀝青氧化塔數(shù)據(jù)

根據(jù)本實(shí)驗(yàn)氧化瀝青簡易裝置的實(shí)際尺寸的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)總結(jié)以及上述數(shù)據(jù)，按照如下方法確定此氧化瀝青裝置合適的處理量以及設(shè)備尺寸：

全自動(dòng)無污染氧化瀝青試驗(yàn)裝置小釜體積：V=πR2h=π×2.82×39=960cm3；由于處理量不能超過反應(yīng)釜體積的2/3，則本試驗(yàn)裝置最大處理量為640g。

根據(jù)以往氧化瀝青工藝數(shù)據(jù)，反應(yīng)段一般長徑比在4左右。

①當(dāng)反應(yīng)段長徑比為4，反應(yīng)段長度為h1=5.6×4=22.4cm。此時(shí)，反應(yīng)段瀝青體積為V1=πR2h1=π×2.82×22.4=551.4cm3，瀝青密度按照1cm3/g計(jì)算，反應(yīng)段瀝青質(zhì)量約為551.4g。

②當(dāng)反應(yīng)段長徑比為3.3，反應(yīng)段長度為h2=5.6×3.3=18.48cm。此時(shí)反應(yīng)段瀝青體積為V2=πR2h2=π×2.82×18.48=454.9cm3，反應(yīng)段瀝青質(zhì)量約為454.9g，進(jìn)行瀝青全項(xiàng)分析共需要約500g樣品，不適用。

③當(dāng)反應(yīng)長徑比為4.5，則反應(yīng)段長度為h3=5.6×4.5=25.2cm，反應(yīng)段瀝青體積為V3=πR2h3=π×2.82×25.2=620.4cm3，反應(yīng)段瀝青質(zhì)量約為620.4g。

表2 氧化瀝青裝置測量尺寸

表2 續(xù)

1.2 風(fēng)管尺寸的調(diào)整

全自動(dòng)無污染氧化瀝青試驗(yàn)裝置高徑比較大，設(shè)備細(xì)長，進(jìn)氣噴頭直徑較大，開孔數(shù)量較少。風(fēng)管距離反應(yīng)釜底的經(jīng)驗(yàn)距離為5-6cm，因此風(fēng)管長度應(yīng)在32.8cm左右；對于風(fēng)頭直徑，按照簡易氧化瀝青試驗(yàn)裝置反應(yīng)釜內(nèi)徑與風(fēng)頭直徑的比例大小的經(jīng)驗(yàn)，較為適宜的風(fēng)頭直徑約為2.7cm。因此，在試驗(yàn)過程中建議將全自動(dòng)無污染氧化瀝青試驗(yàn)裝置的風(fēng)管尺寸作如下修改：

①風(fēng)管長度縮短5.5cm左右，測溫管縮短相應(yīng)尺寸；

②風(fēng)頭直徑建議2.7cm左右；

③增加風(fēng)頭氣孔密度(建議多開一些氣孔)，2-3mm左右空隙開一個(gè)孔。

風(fēng)管尺寸按照建議修改后，經(jīng)設(shè)備廠家重裝工藝軟件并調(diào)試設(shè)備后進(jìn)行氧化瀝青試驗(yàn)。

2 實(shí)驗(yàn)裝置的運(yùn)行

2.1 試驗(yàn)原料

將蒸餾裝置采得的減壓渣油按照特定采樣比例，對減二線及減三線進(jìn)行調(diào)和，并將減渣命名為原料1、減渣調(diào)和減三線抽出油命名為原料，減渣調(diào)和減三線抽出油和減二線抽出油命名原料3。經(jīng)測定，三種試驗(yàn)原料25℃針入度分別為96.3 1/10mm，151.9 1/10mm及>370 1/10mm，其他指標(biāo)如表3。

表3 試驗(yàn)原料性質(zhì)

2.2 氧化瀝青數(shù)據(jù)

當(dāng)試驗(yàn)在1L反應(yīng)釜內(nèi)，氧化溫度范圍為190～250℃，風(fēng)量范圍為0～5L/min·Kg，氧化時(shí)間為1～7h時(shí)。不同成分原料制備的氧化瀝青數(shù)據(jù)如表4至表6所示。

表4 原料1制備的氧化瀝青測試結(jié)果

表5 原料2制備的氧化瀝青測試結(jié)果

表6 原料3制備的氧化瀝青測試結(jié)果

2.3 數(shù)據(jù)分析

2.3.1 氧化時(shí)間對氧化瀝青性能的影響

將原料1、原料2及原料3制備氧化瀝青時(shí)的氧化時(shí)間與針入度測試值、針入度指數(shù)計(jì)算值作圖，如圖2及圖3：

圖2 氧化時(shí)間對瀝青針入度的影響

由圖2可知：對于三種原料，隨著反應(yīng)時(shí)間的增加，獲得的氧化瀝青的針入度數(shù)值是逐漸下降的。對于原料2來說，反應(yīng)時(shí)間由2h增加至3h時(shí)，針入度下降了17.6個(gè)單位，瀝青牌號由90號下降為70號；反應(yīng)時(shí)間由3h增加至4h時(shí)，針入度下降了19.2個(gè)單位，瀝青牌號由70號下降為50號；近似反應(yīng)1小時(shí)，下降一個(gè)牌號。對于原料3來說，反應(yīng)時(shí)間由5h增加至6h時(shí)，針入度下降了30.7個(gè)單位，瀝青牌號由130號下降為90號；反應(yīng)時(shí)間由6h增加至7h時(shí)，針入度下降了20.6個(gè)單位，瀝青牌號由90號下降為70號。原料3相對于原料2要軟，增加相同的氧化時(shí)間，瀝青針入度下降幅度要大。

欲獲得相同牌號的瀝青，越軟的原料需要的氧化時(shí)間則越長。例如獲得70號瀝青，原料1需要氧化2h，原料2需要氧化3h，而原料3則需要氧化7h。

圖3 氧化時(shí)間對瀝青針入度指數(shù)的影響

由圖3可知，對于三種原料，隨著反應(yīng)時(shí)間的增加，獲得的氧化瀝青的針入度指數(shù)總體來說是呈增大的趨勢的。經(jīng)過氧化，針入度指數(shù)PI<-2的原料可將該指標(biāo)提高至-1.5以上，滿足交通部道路瀝青A級技術(shù)指標(biāo)要求。其中，原料1針入度值較小，較硬，氧化3h時(shí)針入度值已下降為58.1 1/10mm，PI僅上升為-1.81；而原料3針入度值較大，較軟，氧化5h時(shí)針入度值仍為128.1 1/10mm，PI已上升為-1.45，隨著氧化時(shí)間的增加，PI值繼續(xù)增大。可見，原料越軟，氧化后PI提高幅度較大，可操作的彈性越大。

2.3.2 氧化溫度對氧化瀝青性能的影響

將原料2在190℃、220℃及250℃條件下進(jìn)行氧化試驗(yàn)，獲得的樣品編號分別為氧化瀝青15#及16#、氧化瀝青3#，4#及6#、氧化瀝青13#及14#。將7種樣品性能測試結(jié)果作圖，如圖2.4所示：

圖4 氧化溫度對瀝青針入度的影響

由圖4可以看出：采用同一種原料制備90號氧化瀝青，氧化溫度為190℃時(shí)，氧化時(shí)間約為4h；氧化溫度為220℃時(shí)，氧化時(shí)間約為2h；氧化溫度為250℃時(shí)，氧化時(shí)間約為1h40min。即對于同一種反應(yīng)原料，在相同風(fēng)量的情況下，氧化溫度越高，達(dá)到相同牌號氧化瀝青的時(shí)間越短。

制備相同牌號90號瀝青時(shí)，對于30℃的溫差，低溫反應(yīng)(190℃～220℃)，氧化時(shí)間增加2h，高溫反應(yīng)時(shí)，氧化時(shí)間增加僅為20min。高的氧化時(shí)間可以加速氧化瀝青針入度的下降。

圖5 氧化溫度對瀝青針入度指數(shù)的影響

由圖5可以看出：高溫(250℃)雖可加速針入度的下降，但是并不能滿足針入度指數(shù)PI>-1.5的要求；低溫(190℃)氧化條件緩和，但是未起到提高針入度指數(shù)的作用，PI提高幅度甚小。因此，欲在一定條件下提高針入度指數(shù)PI，需要選擇較優(yōu)的氧化溫度，以達(dá)到良好的氧化效果。從目前的試驗(yàn)數(shù)據(jù)來看，較優(yōu)的氧化溫度為220℃。

比較表5中氧化瀝青樣品6#、13#及15#薄膜烘箱后10℃延度的測試結(jié)果：牌號同為90號的三個(gè)氧化瀝青樣品，6#及15#樣品氧化溫度為220℃及190℃，蒸后10℃延度>100cm，而氧化溫度為250℃的13#樣品，蒸后10℃延度下降為26.3cm。高溫氧化雖然可縮短氧化時(shí)間，但是會損失氧化瀝青的低溫性能。

2.3.3 氧化風(fēng)量對氧化瀝青性能的影響

在氧化溫度、氧化時(shí)間相同的條件下，改變氧化風(fēng)量，考察該指標(biāo)對氧化瀝青性能的影響。比較表2.4中，氧化瀝青樣品2#及3#的測試結(jié)果：在氧化溫度為220℃，氧化時(shí)間為3h時(shí)，氧化風(fēng)量為2L/min.kg的2#樣品與氧化風(fēng)量為3L/min.kg的5#樣品，針入度相差僅為4.4個(gè)單位，針入度指數(shù)PI約為-1.8，相差也不大。

3 氧化瀝青性能對比

將不同原料、不同操作條件下制備的90號氧化瀝青性能與直餾90號瀝青性能相比較，結(jié)果如表7所示。

表7 直餾90號瀝青與氧化90號瀝青性能測試結(jié)果

由表7可知：與直餾90號瀝青相比較，氧化90號瀝青蒸前軟化點(diǎn)提高0.2～1.6℃，60℃動(dòng)力粘度值提高2～38Pa·s，且氧化時(shí)間越長、氧化溫度越高，這兩個(gè)指標(biāo)提高幅度越大，高溫性能越好；同時(shí)，蒸后10℃延度值略有下降，隨著氧化時(shí)間的延長、氧化溫度的升高，該指標(biāo)下降幅度變得明顯，低溫性能有所下降。

另外，與直餾90號瀝青相比較，氧化90號瀝青的瀝青質(zhì)含量明顯增大，針入度指數(shù)PI顯著提高。制備的氧化瀝青10#樣品，各項(xiàng)指標(biāo)均能滿足并優(yōu)于交通部道路瀝青90號A級的技術(shù)指標(biāo)要求。

4 總結(jié)

從目前的試驗(yàn)結(jié)果來看，對于不同的原料制備的氧化瀝青，針入度值越大的原料，即越軟的原料，氧化后針入度指數(shù)可提高的幅度越大，可操作性越大。

與直餾瀝青相比，制備的氧化瀝青瀝青質(zhì)含量明顯增加，針入度指數(shù)PI、軟化點(diǎn)及60℃動(dòng)力粘度值有一定幅度提升，瀝青的高溫性能得到改善；但過高的氧化時(shí)間及較長的氧化時(shí)間會使瀝青的延度值下降，低溫性能變差。

采用現(xiàn)有的試驗(yàn)原料，選擇合理的工藝操作條件，可以制備出滿足交通部要求的90號A級道路瀝青產(chǎn)品。

[1] 張立科. 氧化、蒸餾對瀝青性能的影響研究[D].東營：中國石油大學(xué)(華東), 2008.

[2] 于鳳武. 錦州石化公司減壓渣油生產(chǎn)道路瀝青的工藝研究[D].天津：天津大學(xué), 2004.

[3] 范耀華. 氧化瀝青幾個(gè)工藝問題的探討[J]. 石油瀝青, 1988(3：1-9.

(本文文獻(xiàn)格式：吳 岳.減壓渣油生產(chǎn)90號氧化瀝青試驗(yàn)[J].山東化工，2016，45(04)：69-72.)

2016-01-12

吳 岳(1988—)，黑龍江鶴崗人，本科，主要研究方向?yàn)闉r青路面材料。

TE626.8+6

A

1008-021X(2016)04-0069-04