張哲鳴，趙德智，鄭曉明，祝云燕

（遼寧石油化工大學(xué)石油化工學(xué)院，遼寧 撫順 113001）

利用頁巖油制取20#重質(zhì)燃料油的研究

張哲鳴，趙德智，鄭曉明，祝云燕

（遼寧石油化工大學(xué)石油化工學(xué)院，遼寧 撫順 113001）

實驗研究采用的是撫順頁巖油廠生產(chǎn)的頁巖油，其組成類似天然石油，富含烷烴和芳烴，但烯烴要比天然石油高的多。此外，頁巖油中氧、氮、硫等非烴化合物含量也較多，類似煤焦油的組成。本文對撫順頁巖油的一般性質(zhì)做了初步評價，研究了由撫順頁巖油通過減壓蒸餾的方法制取 20#重質(zhì)燃料油?？疾榱嗽跍p壓蒸餾過程中溫度和真空度對原料油的影響，從而確定最佳的操作條件。（溫度：285 ℃，真空度： 0.095 MPa。）此時的收率為63.45%，凝點是14.7 ℃。此時燃料油的質(zhì)量已達(dá)到20#重質(zhì)燃料油的使用要求。

頁巖油; 減壓蒸餾; 真空度; 重質(zhì)燃料油; 溫度; 收率; 凝點.

頁巖油是油頁巖經(jīng)熱加工后,其有機質(zhì)受熱分解生成的產(chǎn)物,類似天然石油,但含有較多的不飽和烴類及硫、氮、氧等非烴類有機化合物,又稱“人造石油”。而這些不飽和烴類及非烴類有機化合物是導(dǎo)致安定性變差、顏色變黑的主要原因。目前能源問題日趨嚴(yán)重,國內(nèi)原油產(chǎn)量不能滿足需求,國際原油價格不斷上漲，資源形勢日趨緊張，石油和天然氣等資源已日漸緊缺。我國頁巖油資源豐富，應(yīng)對其進(jìn)行合理利用，為我國經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展提供能源保障。目前,頁巖油的加工方案有很多,但就主要產(chǎn)品使用方向而言,主要有生產(chǎn)“輕質(zhì)燃料”、“化工原料”等加工方案[1-3]。

本文通過減壓蒸餾的方法對撫順頁巖油進(jìn)行處理，確定了最佳的操作條件，得到合格燃料油，進(jìn)而達(dá)到利用現(xiàn)有的頁巖油資源提高其經(jīng)濟(jì)價值的目的。

1 頁巖油的性質(zhì)與評價

頁巖油雖然與天然原油存在差異,但其分析和評價方法仍采用天然原油的分析和評價方法。頁巖油通常是一種深褐色、有特殊刺激氣味的黏稠液體,因頁巖油中含大量烯烴及氧、氮、硫等非烴化合物,所以很容易生成膠質(zhì),導(dǎo)致油品品質(zhì)變壞[4]。其物理化學(xué)性質(zhì)見表1。

2 試驗裝置及實驗?zāi)康?/h2>

裝置是由大連北方分析儀器有限公司生產(chǎn)的型號為BF-06A減壓餾程測器。減壓的目的就是降低油品中各個組分的沸點，在盡量沒有副反應(yīng)和結(jié)焦的情況下提取出所需要的組分，整個工藝過程要考察的是蒸餾的真空度、溫度對輕組分的凝點及其收率的影響。

表1 原料油性質(zhì)Table 1 The character of heavy oil

表2 20#重質(zhì)燃料油要求與頁巖油參數(shù)的對比Table 2 The comparison between 20# heavy oil project need and shale oil parameter

通過比較可以看出，撫順頁巖油與 20#重質(zhì)燃料油的主要差別是低溫時流動性較差，因此不能直接作為重質(zhì)燃料油使用。為了解決油品在低溫時的流動性問題，本實驗考慮通過采用蒸餾的工藝手段，切取頁巖油中的輕組分作為重質(zhì)燃料油使用，從而達(dá)到重質(zhì)燃料油的要求。蒸餾后的重組分經(jīng)熱裂解可以用來生產(chǎn)石油焦，是重要的電極原料和化工原料。

3 試驗原理

蒸餾是分離均相液體混合物的一種方法，根據(jù)組分中揮發(fā)性的不同，將各組分分離，本實驗是以撫順頁巖油為原料生產(chǎn) 20#重質(zhì)燃料油。頁巖油屬于有機混合物，沸點較高，常壓下很難達(dá)到沸騰溫度，同時因其含有較多的不飽和烴類及氮、硫、氧等非烴類有機化合物，溫度過高時容易有副反應(yīng)發(fā)生，從而導(dǎo)致產(chǎn)品安定性下降[5-6]。所以本試驗選擇減壓蒸餾，它特別適用于那些在常壓蒸餾時未達(dá)到沸點即已受熱分解、氧化或聚合的物質(zhì)。沸點指的是它的蒸汽壓等于外界壓力時的溫度，因此液體的沸點是隨外界壓力的變化而變化的，如果借助于真空泵降低系統(tǒng)內(nèi)壓力，就可以降低液體的沸點，避免了試驗過程中對設(shè)備的特殊要求[7-8]。

4 試驗數(shù)據(jù)及結(jié)果分析

4.1 真空度與輕餾分油凝點及收率的關(guān)系

實驗條件：在溫度 285 ℃，分別以真空度為0.075, 0.080, 0.085, 0.090, 0.095, 0.097 MPa 下對原料油進(jìn)行減壓蒸餾試驗，試驗結(jié)果如圖1。

圖1 真空度與輕鎦分凝點的關(guān)系Fig.1 The relationship of vacuum and pour point

圖2 真空度與輕鎦分收率的關(guān)系Fig.2 The relationship of vacuum and light fraction

從圖1可看出，在蒸餾溫度為285 ℃時，不同真空度下輕組分的凝點隨著真空度的加大逐漸升高，凝點由真空度0.075 MPa 時的2 ℃升高到0.097 MPa 時的 21.6 ℃，可見在相同的溫度下要想使輕組分的凝點降低就要盡可能的減小真空度；對比圖2 中的收率曲線，輕組分的收率隨著真空度的加大，收率也逐漸加大，由于本文的實驗?zāi)康氖鞘馆p組分的凝點達(dá)到20#重質(zhì)燃料油的凝點標(biāo)準(zhǔn)（15 ℃），同時又要有較高的收率，所以本文選取0.095 MPa為實驗的真空度。

4.2 蒸餾溫度與輕餾分油凝點及收率的關(guān)系

實驗條件：在真空度為0.095 MPa，不同的蒸餾溫度下試驗數(shù)據(jù)曲線圖如圖3，4。

從圖3 和4 中曲線可以看出，在同一真空度下隨著蒸餾溫度的升高，輕組分的收率越來越高，同時凝點越來越高；

圖3 蒸餾溫度與輕餾分凝點的關(guān)系曲線Fig.3 The relationshipof distillation temperature and light fraction pour temperature

圖4 蒸餾溫度與輕餾分收率的關(guān)系曲線Fig.4 The relationship of distillation temperature and light fraction yield

通過試驗觀察發(fā)現(xiàn)，隨著溫度的逐漸升高，當(dāng)蒸餾溫度＞ 295 ℃時，三口燒瓶底部開始有黑色焦?fàn)钗镔|(zhì)生成，說明高溫下頁巖油中的某些組分已經(jīng)開始結(jié)焦，所以蒸餾的溫度不能過高，當(dāng)蒸餾溫度＞285 ℃時，輕餾分的凝點＜15 ℃，此時輕組分的凝點符合 20#重質(zhì)燃料油的要求，通過以上因素綜合考慮，確定減壓蒸餾的適宜溫度為285 ℃。

5 結(jié) 論

(1) 通過對上述試驗結(jié)果及實驗現(xiàn)象的分析，可以確定頁巖油通過減壓蒸餾的方法制取 20#重質(zhì)燃料油的試驗方案可行的。

(2) 在大量試驗的基礎(chǔ)上最后得出適宜的試驗條件為：蒸餾溫度 285 ℃，蒸餾時的真空度選取0.095 MPa，此條件下得到的重質(zhì)燃料油的收率為63.45%，凝點是14.7 ℃。

(3) 經(jīng)加工后的頁巖油可以直接作為低凝點的20#重質(zhì)燃料油使用，充分利用了現(xiàn)有的頁巖油資源，提高了頁巖油的經(jīng)濟(jì)價值。

[1] 趙桂芳，姚春雷，全輝．頁巖油的加工利用及發(fā)展前景[J]．當(dāng)代化工，2008，37(5)：1-4．

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Preparation of 20#Heavy Fuel Oil From Shale Oil

ZHANG Zhe-ming，ZHAO De-zhi，ZHENG Xiao-ming，ZHU Yun-yan
( Academy of petroleum engineering，Liaoning Shihua University，Liaoning Fushun 113001，China)

Composition of the shale oil from Fushun shale oil plant is similar with the natural oil which is rich in paraffin and aromatics，however，its olefin content is higher than natural oil .In addition，the shale oil contains more non-hydrocarbon compounds such as oxygen，nitrogen and sulfur compounds，likes coal tar. In this paper，properties of Fushun shale oil was evaluated，then preparation of 20#heavy fuel oil from the Fushun shale oil by vacuum distillation was studied. Moreover, effects of temperature and vacuum degree during vacuum distillation on the products were investigated. The results show that the optimum operating conditions are as follows: temperature 285 , ℃vacuum degree 0.095 MPa. Under above conditions, yield can reach 63.45%,condensation point is 14.7 ℃. The fuel oil accords with the request for utilization of 20#heavy fuel oil.

Shale oil；Decompression Steaming；The Degree Of Vacuum; heavy oil; Temperature; yield; pour point

TE 626.2

A

1671-0460（2011）01-0050-03

2010-09-28

張哲鳴（1983-），男，碩士研究生，黑龍江哈爾濱人，遼寧石油化工大學(xué)化學(xué)工藝專業(yè)，研究方向：從事重質(zhì)油加工與利用。E-mail：zhangzheming2002@163.com，電話：0413-6860798。