高等級道路瀝青生產新工藝技術及應用

侯欣岐 蓋金祥 王輝

摘 ? ? ?要：針對中國西部道路建設對高等級道路瀝青的市場需求及塔河煉化生產高等級道路瀝青存在的問題，依據塔河煉化現有生產裝置和產品結構，選擇了焦化分餾塔塔底輻射油作為瀝青生產原料，并對焦化輻射油進行實沸點蒸餾獲得各段渣油，分析研究各段渣油生產瀝青產品的性質，確定了瀝青生產新工藝。按照新工藝路線開展了生產，通過實際生產對新工藝技術方案進行了評價。研究得出，高等級道路瀝青生產新工藝流程能夠生產出了符合指標要求的高等級道路瀝青，新工藝技術先進、流程簡單，生產的高等級道路瀝青滿足了西部道路建設的需求。

關 鍵 詞：塔河原油;針入度;焦化輻射油;瀝青;減壓蒸餾

中圖分類號：TE624.2 ? ? ? 文獻標識碼： A ? ? ? 文章編號： 1671-0460（2020）08-1793-05

Abstract：In view of the market demand for high-grade road asphalt and the problem of producing high-grade road asphalt from Tahe crude oil， according to the existing production plant and product structure of Tahe refining company， the radiant oil at the bottom of coking and fractionating tower was selected as the raw material for asphalt production， and the real boiling point distillation of the coking radiant oil was carried out to obtain each section of residual oil. The properties of the asphalt products produced from each section of residual oil were analyzed，and new production process was determined. The production was carried out according to the new process route， and the technical scheme was evaluated through the actual production. It was concluded that the new process of high-grade road asphalt production can produce high-grade road asphalt that meets the requirements of the indicators， and the new process technology is advanced and the process is simple， and the product meets the needs of road construction in Western China.

Key words：Tahe crude oil; Penetration; Coking radiant oil; Asphalt; Vacuum distillation

隨著國家高速公路網絡的建設，道路交通對瀝青產品質量要求日益嚴格。近年來，在高檔次、大交通量、重載較多的道路建設中，對高等級道路瀝青的需求量更大、質量要求更加嚴格。中國西部經濟基礎相對薄弱，高速公路網絡相對落后。隨著中國經濟發展重心逐漸向中西部轉移進程中，中國西部道路建設迎來高速發展的增長期。西部道路建設對高等級道路瀝青生產提出迫切的需求。

目前國內外生產高等級道路瀝青的生產工藝主要有減壓蒸餾（深拔）、溶劑脫瀝青、瀝青氧化和瀝青改性等手段。其中最簡單、最經濟的方法就是由減壓蒸餾直接生產高等級道路瀝青。但世界上能通過減壓蒸餾直接生產高黏度級別的高等級道路瀝青的原油卻為數不多[1]。塔河原油是中國西部煉廠主要加工原料之一，也是生產高等級道路瀝青的主要原油品種[2]之一。近年來，塔河原油重質化、劣質化趨勢不斷加劇[3]，其減壓渣油生產高等級道路瀝青出現產品針入度和閃點指標難以兼顧的問題，導致其瀝青產品質量持續劣化。然而，塔河煉化加工原油品種單一，生產瀝青的原油和渣油選擇性低;同時其加工總流程較為特殊和單一，無法生產出瀝青調和過程中所常用的抽出油和油漿等煉油副產品，還有塔河煉化地處邊疆，油品運輸困難且成本高。諸多不利因素嚴重制約塔河煉化道路瀝青產品質量以及改善其性質的途徑。為此，基于塔河煉化當前的資源，研究了一種生產瀝青的新工藝路線，使企業減少或停止使用富芳貧蠟餾分油來調配瀝青生產原料，從而低成本地生產出合格的90A道路瀝青，滿足了企業及市場的需要。

1 ?生產現狀

塔河煉化加工塔河重質原油。對塔河重質原油性質進行評價分析，結果見表1。

從原油評價分析結果來看，塔河原油常壓拔出率很低，僅為24.15%。且常壓重油殘炭高達27.8%，鎳、釩重金屬質量分數為413.0 μg·g-1。因此塔河煉化在煉油總流程上選擇常壓蒸餾-延遲焦化技術路線，且延遲焦化采用全循環工藝方案。同時，在產品結構上不生產蠟油產品，總流程中不設催化裂化裝置。但對塔河原油渣油進行分析可知，塔河原油>430 ℃渣油組分的質量收率為57.13%;20 ℃密度均大于1.014 g·cm-3;膠質+瀝青質質量分數為53.2%，是生產A級瀝青產品的較好的一種原油品種[4]。為支持中國西部道路建設，塔河煉化采用減壓蒸餾來生產A級瀝青產品。

但隨著塔河原油重質化[3]、劣質化趨勢加重，其減壓渣油也出現逐漸變重、性質逐漸劣質化的現象，尤其是閃點指標偏低且波動較大，瀝青出廠產品的質量也受到劇烈影響[5]。表2為塔河煉化減壓渣油的性質情況。

從表2可以看出，減壓渣油的密度逐漸增大，蠟含量逐漸上升，閃點和延度逐漸降低。調和瀝青試驗產品的軟化點、延度等性能指標發生了顯著的變化。但這些瀝青性質都與瀝青的四組分組成、比例及膠體結構特征有關[6]。其中，瀝青質是膠體的核心，其依靠膠體中的芳香分和膠質分散在瀝青混合物中。當瀝青質含量高或者膠質芳香分含量不足情況下，瀝青膠體體系的膠溶能力降低，其中的瀝青質就會發生集聚變化，并逐漸形成具有一定強度的空間結構體，進而使瀝青性質發生變化。從表2看出，塔河減壓渣油中瀝青質逐年增加，一年多時間內由22.17%增加到23.31%;而膠質質量分數下降明顯，由20.21%下降至16.54%，這些導致瀝青產品質量發生明顯變化。

另外從以表征瀝青的膠溶能力的膠體不穩定指數[7]Ic分析來看，其值越大，瀝青膠體不穩定性越強，瀝青性質會變差。由表2可以得出，減壓渣油Ic從0.86上升到1.12，逐漸增加，造成其所生產的瀝青性質逐步惡化。一般情況當渣油中的瀝青質含量增高時，由于瀝青質在芳香分組分中發生競爭性吸附現象，也造成丁苯橡膠等瀝青生產過程中的添加劑在渣油中的分散和溶解效果降低，從而影響了瀝青產品的質量。

為此，塔河煉化為了滿足A級瀝青產品的生產要求，從市場上購買減壓餾分油摻入減壓進料，以此來提高減壓渣油的閃點及針入度，改善瀝青產品性質。但實際生產后，不僅由于輕質餾分油等物料重復加工，增加了蒸餾裝置負荷和能耗;而且由于路途遙遠，調運困難，運輸成本大幅上升，從而使瀝青產品生產成本大大上升。

2 ?新工藝技術

2.1 ?原料研究

眾所周知，瀝青產品質量的優劣主要取決于生產原料的性質好壞。因此，瀝青的生產原料選擇非常重要。塔河原油密度大、黏度高、殘炭高的性質[2]決定了塔河煉化總加工流程中重油加工路線選擇延遲焦化工藝，且延遲焦化采取高循環比甚至全循環比操作模式設計[8]。研究發現[9]，經過延遲焦化高溫深度裂化反應而得到的焦化油氣中含有較多的重質多環芳烴、堿性氮化物。這些組分的芳香分高，具有極高的針入度，是瀝青產品需要的有益組分。焦化分餾塔塔底焦化輻射油是反應油氣在分餾塔內與焦化進料傳質、傳熱后的液相餾分，也存在高針入度組分的可能性，為此研究分析了塔河焦化輻射油的性質，結果如表3所示。

根據表3分析數據可以看出，在組成上，焦化輻射油雖然含有11.06%的瀝青質，但也含有較高的膠質組分，且芳烴組分達到了40.12%。其膠體不穩定指數Ic為0.74，相對較低，適宜于瀝青膠體各組分的融合，具有很好的膠溶能力;在餾程上，焦化輻射油作為焦化塔進料，包括常壓渣油、焦化反應油氣中的重餾分、焦化蠟油，組成復雜。其初餾點雖較焦化蠟油低了很多，但其中輕餾分含量卻較少，大于430 ℃餾分含量較高，在57%以上。焦化輻射油餾程較寬，初餾點低，但低沸點餾分收率較少，大部分餾分在400 ℃以上。通過對焦化輻射油進行了蒸餾切割，并對各切割段的渣油進行性質分析，結果如表4所示。

從表4可以看出，焦化輻射油>430 ℃餾程渣油的PI值達到高等級道路瀝青指標要求。尤其重要的是>430 ℃餾程渣油的閃點均滿足90A道路瀝青要求，適宜作為生產高等級道路瀝青的基礎配比原料。同時，基于各餾程渣油收率的大小，選擇>430 ℃的渣油作為瀝青生產的原料。

2.2 ?新工藝路線

根據塔河煉化生產高等級道路瀝青原料選擇研究，焦化輻射油>430 ℃的渣油作為基質瀝青具有更加優良的性能，因此選擇焦化輻射油作為原料，確定高等級道路瀝青新工藝路線如圖1所示。原油換熱升溫經常壓爐加熱后進入常壓塔。部分常壓渣油進入減壓塔，部分進入焦化分餾塔進料段。高溫的焦化反應油進入焦化分餾塔底部換熱洗滌板下換熱段。焦化分餾塔塔底焦化輻射油經泵抽出后一部分送焦化爐，一部分經減壓爐加熱后進入減壓蒸餾塔。低閃點的減壓餾分油從減壓蒸餾塔側線抽出，減壓塔底抽出減壓渣油，作為基質瀝青送往瀝青調和裝置。

2.3 ?操作參數確定

為了確定適宜于瀝青生產的減壓蒸餾操作參數，對新工藝路線開展模擬研究。模擬從塔河原油進料閃蒸塔開始，對整個蒸餾過程進行全流程模擬。進料塔河重質原油的性質按表1，并按實際生產得到的各餾分收率及分布混合作為進料輸入;焦化輻射油按表3數據作為輸入。焦化輻射油與常壓重油混合進入減壓爐，焦化輻射油占進料的20%。熱力學方程選用BK-10物性方法，焓值計算采用Johnson-Grayson法。模擬流程見圖2。為了反映實際生產，模擬基本條件設定按裝置實際操作來確定，模擬基本條件如表5所示。

通過模擬流程調整減壓蒸餾塔操作參數，控制減壓渣油蒸餾餾程，使減壓渣油的閃點和針入度滿足生產90A瀝青的要求，從而獲得以生產高等級道路瀝青為目的的減壓蒸餾操作數據，如表6所示。

3 ?工業生產

塔河煉化按照新工藝流程完成裝置改造，以模擬操作條件進行了生產。將穩定生產后的減壓渣油進行了性質分析，結果如表7所示。

從表7可以看出，減壓渣油作為基質瀝青的性質很穩定，針入度和閃點相互矛盾的問題得到了解決，二者都滿足瀝青產品的質量要求。且蠟含量控制在A級瀝青的指標范圍內，軟化點性能優良。同時，分析獲得減壓渣油中芳香分組分增加較為明顯，膠體不穩定指數Ic得到了顯著改善，為瀝青調和過程FRI母液與減壓渣油的互溶創造了有利的條件。

為了更直接地反映新工藝技術生產A級瀝青的情況，直接對操作條件下的減壓渣油按工業生產條件進行瀝青調和生產，并對調和瀝青進行了分析，結果如表8所示。

由表8可見，按照新工藝技術生產出的瀝青樣品針入度、延度、閃點、PI值、軟化點、60 ℃黏度等性質均滿足A級瀝青指標要求。尤其重要的是，閃點與針入度的矛盾得以解決，在一定針入度下，瀝青閃點達到甚至超過指標。結果證明，焦化輻射油通過減壓蒸餾的減壓渣油調和瀝青產品的針入度指數等各項指標都滿足90A級瀝青產品的指標。新工藝技術可以生產出合格的高等級道路瀝青。

4 ?結 論

本文就塔河煉化加工塔河原油生產高等級道路瀝青存在的問題，從塔河煉化現有產品結構中，選擇適宜于調和瀝青產品的焦化輻射油作為原料，提出了生產高等級道路瀝青新工藝技術，并生產出優質的高等級道路瀝青產品。

1）塔河焦化輻射油是生產瀝青調和軟組分的好原料。

2）焦化輻射油雖然餾程范圍較寬，但其實沸點>430 ℃的渣油各種性能良好，能夠完全滿足A級瀝青的要求。

3）新工藝技術能生產出合格的90A瀝青，技術先進合理，流程簡單，可實施性好。

4）塔河煉化按照新工藝路線生產出合格的高等級道路瀝青，為西部道路建設做出貢獻。

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