溶劑脫瀝青的膠質對道路瀝青質量的影響

李琳琳

（福建聯合石油化工有限公司產品質量中心，福建泉州 362800）

福建聯合石油化工有限公司（FREP）的前身是中石化下屬福建煉化公司，2007年與美國埃克森、沙特阿美合資擴建，年加工原油能力1 400萬噸。FREP的裝置按照煉化一體化工藝路線設計，利用股東方沙特阿美公司穩定的原油供應途徑，將深拔減壓渣油經溶劑脫瀝青裝置分離，分別供加氫處理、部分氧化（POX）和焦化裝置做原料。后續FREP調整裝置和工藝，控制減壓拔出深度，得到非深拔減壓渣油直接作為道路瀝青產品出售。

盡管FREP生產道路瀝青的裝置經過改造，但仍然存在貯罐數量少、罐容小、流程和控制手段單一等瓶頸問題，生產出現波動時，產品調和及質量控制回旋余地小。一段時間以來，FREP道路瀝青產品出現黏附性不好、攤鋪后強度上來慢、有車轍等“合格不好用”的狀況，質量投訴呈上升態勢，給公司生產經營帶來嚴峻挑戰。經數據統計分析，道路瀝青延度及老化后延度偏低或接近產品指標下限時，容易出現投訴現象。為了達到 煉廠效益最大化，多生產價格相對較高的高等級道路瀝青，FREP嘗試對溶脫裝置進行適當改造，增加膠質分離設施，將原設計的55%的油品收率（輕脫瀝青油+膠質的總收率）提高至約65%，膠質組分調入非深拔減 壓渣油中。實驗表明，該措施達到了改善道路瀝青產品質量、提高產量、拓展市場份額和競爭力、增長利潤的目的。

1 可行性研究探討

1.1 道路瀝青生產原料可行性分析

石油道路瀝青的使用性能與其化學組成密切相關，化學組成是選擇原油品種的重要依據，一般通過原油中瀝青質（A）、膠質（R）、蠟（W）相對含量判斷，計算及判斷方法如下：①（A+R）/W＜0.5，不適合生產道路瀝青；②（A+R）/W=0.5～1.5，可以生產一般普通道路瀝青；③（A+R）/W＞1.5，非常適合生產瀝青，可以生產優質道路瀝青。

FREP加工沙中原油（AM）的（A+R）/W值為3.17、沙輕原油（AXL）的（A+R）/W值為1.47[1]，十分利于高等級道路瀝青生產。

1.2 中試及道路瀝青產品調和試驗

FREP沒有分離膠質的能力，委托撫順石化研究院從FREP深拔減壓渣油中獲取膠質組分，調入道路瀝青（非深拔減渣）中，開展調和試驗。

1.2.1 非深拔減壓渣油性質分析

對非深拔減壓渣油按道路瀝青進行分析，如表1所示。

表1 FREP非深拔減壓渣油道路瀝青分析數據

從表1可看出，FREP非深拔減壓渣油的芳香分含量較高，膠質含量在理想比例下限，其他組分含量適中，組成比例滿足道路瀝青要求，主要指標符合A級道路瀝青標準[2]，是生產優質道路瀝青的優質原料。

1.2.2 中試分離出試驗樣品

用FREP的深拔減壓渣油為原料進行溶劑脫瀝青，中試分離出膠質調和成道路瀝青，各組分分析結果,如表2和表3所示。

表2 溶劑脫瀝青試驗樣品分析結果

表3 調和瀝青樣品分析數據

綜上可看出，利用溶劑脫瀝青對深拔減壓渣油進行分離，得到膠質組分，調入非深拔減渣中，可以改善道路瀝青產品結構和使用性能，得到符合A級標準的優質道路瀝青。

2 溶脫裝置改造

FREP溶劑脫瀝青裝置引進UOP專利技術，建設規模為170萬噸/年，以正丁烷為溶劑，采用單塔一段抽提工藝流程，分離出脫瀝青油（DAO）作為蠟油加氫處理裝置的原料，脫油瀝青（DOA）作為POX或焦化裝置原料。保持原裝置處理能力不變情況下對裝置改造，增加膠質分離設施，DAO進膠質分離塔臨界抽提，進一步分離出輕DAO和膠質組分，后者用于生產調和道路瀝青。如圖1所示，為改造后溶脫裝置原則流程，虛線為新增設施。

圖1 改造后溶脫裝置原則流程圖

深拔減壓渣油由上部進入抽提塔，與下部進入的主溶劑逆流萃取分離，重質組分從抽提塔底部沉降、析出成為DOA，由塔底部排出裝置。DAO溶液從抽提塔頂部流出，進入膠質分離塔上部，在塔內進一步沉降，分離為輕DAO溶液和膠質組分。膠質組分依靠塔底壓力排出裝置，經汽提塔蒸出溶劑后，與非深拔減渣在線比例混合，成為調和道路瀝青產品。輕DAO溶液由膠質塔頂部流出，進溶劑分離器，含少量溶劑的輕DAO從分離器底部排出，進一步汽提精制后，送往加氫處理裝置。溶劑從分離器頂部排出，經冷卻回收循環利用。

3 生產實施

3.1 操作工藝參數

保持未改造部分操作條件基本不變，以正丁烷和異戊烷7∶3混合溶液為溶劑，抽提塔的塔頂溫度控制在123℃左右，DOA收率為35%左右。通過改變膠質分離塔溫度，控制膠質收率，表3為典型操作條件和結果。

表3 工藝操作條件及結果

由表3可以看出，膠質分離塔溫度在150～ 170℃時，膠質組分的收率在8%～44%。因此膠質分離塔的溫度可根據預期膠質目標收率進行操作控制。

在臨界條件下，溶劑的密度隨溫度升高而降低，出現與常規液體溶劑溶解度隨溫度變化相反的規律，即低溫溶解度大，高溫溶解度小。膠質分離塔正是在臨界條件下操作，輕DAO收率與膠質分離塔的溫度成反比。在固定DOA收率為35%左右的情況下，隨著膠質分離塔操作溫度升高，膠質組分收率增加，組分中飽和分和芳香分含量增加、膠質含量下降，膠質組分性質也隨之改變，表4為各工況下膠質組分性質。

表4 各工況下膠質組分性質

從表4可看出，膠質組分的組成主要是芳香分和膠質，飽和分含量低、瀝青質接近于0，當其膠質收率達25%以上時，芳香分含量接近70%，芳香分和膠質的總含量達90%，這種組分調入道路瀝青中，有助于改善產品的延展性和抗老化性[3]。同時隨著膠質組分收率升高，硫、氮、金屬降低，可見其性質呈現出逐漸優化的趨勢。

表4數據還表明，從抽提塔頂出來的DAO溶液在膠質塔中經二次沉降分離出相對較重的膠質組分后，硫、氮、重金屬等雜質相對富集在膠質組分中，輕DAO的硫、氮、重金屬含量降低，質量得到顯著改善，有助于減輕蠟油加氫處理裝置的操作負荷，提高加氫產品質量，便于裝置的長周期穩定運行。

表4 半廢鍋氣化爐水冷壁積灰層測量數據

3.2 實驗室小調試驗

改造后的溶脫裝置分段逐步開工，生產出膠質組分，為避免生產裝置頻繁調整，引起產品質量波動，實驗室利用已生產出來的膠質、輕DAO等組分和非深拔減渣（直餾瀝青），開展小調實驗，結果如表5所示。

表5 實驗室小調試驗分析結果

從表5結果可看出，直餾瀝青中調入膠質后，其延度、殘留延度、殘留針入度比等指標有改善，大部分產品質量合格。為了簡化生產，選取直餾瀝青與膠質兩組分調和方案，生產優質瀝青，調和比例為10∶（0.5～1）。

3.3 結果

按原油調和比例為AM∶AXL=95∶5組織生產，調出首罐1 176t調和道路瀝青，樣品分別送往銷售商、福建省交通科學研究所進行比對分析。路用性能試驗結果為：48h殘留穩定度、凍融劈裂殘留強度比、高溫穩定性均合格，且性能良好。具體數據如表6～8所示。

表6 調和道路瀝青與直餾瀝青主要性質比對

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表7 首罐調和道路瀝青性質（非深拔減渣∶膠質=10∶1調和）

表8 瀝青四組分分析結果 %

直餾道路瀝青 13.09 52.08 24.71 10.12調和道路瀝青 10.71 52.04 28.28 8.97

上述數據看出，調和道路瀝青符合交通部道路瀝青70A標準，路用性能試驗合格；綜合四組分分析數據，可見提高道路瀝青中膠質含量、降低飽和分含量，10℃延度和老化后殘留10℃延度增大，對道路瀝青的延展性和抗老化性等使用性能有所改善和提高。

從2015年8月起，溶脫生產出來的膠質，全部調入道路瀝青產品中，當月調和道路瀝青產量達7.5萬t，不僅提高了瀝青的產量，而且改善了產品質量，產生了良好的經濟效益和社會效益。據公司相關部門測算，本次改造投資概算6 800萬元，提升毛利3.66億元，投資回報率為430%。

4 結束語

通過增加溶脫裝置膠質分離流程，靈活調整操作工藝條件，可獲得不同收率和性質的輕DAO和膠質組分，便于煉廠靈活調整產品種類。在減壓渣油中調入溶劑脫瀝青裝置的膠質，既可增加道路瀝青的產量，又可改善產品質量，有著可觀的經濟效益。