張 亮

(山東齊勝工貿(mào)股份有限公司，山東 淄博 255400)

油砂作為一種新發(fā)現(xiàn)的重要的非常規(guī)能源，勢必會成為石油的一種重要補充能源。隨著全球石油資源消耗的增加和原油價格的高居不下，研發(fā)油砂分離技術(shù)，開發(fā)油砂中的油砂油會在很大程度上緩解石油資源緊缺的緊張局勢。所以說，油砂資源的開發(fā)利用將會有著巨大的發(fā)展前景[1-3]。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，油砂產(chǎn)業(yè)將會步入正規(guī)化發(fā)展，帶來巨大的經(jīng)濟效益，也會發(fā)揮重要的戰(zhàn)略作用[4]。油砂油一般為高密度、高黏度、高凝點的固態(tài)膏狀物，即為油砂瀝青,其化學組成復雜，主要為稠環(huán)芳烴及大分子的烴類，膠質(zhì)、瀝青質(zhì)質(zhì)量分數(shù)高，硫、氮、金屬質(zhì)量分數(shù)亦高[5-6]。

常規(guī)原油中的輕柴油、含蠟重油、渣油餾分的質(zhì)量分數(shù)分別為15%～30%、25%、45%～50%[7]。油砂油的減壓餾分油的收率比常壓餾分高，此餾分的特性黏數(shù)較低，硫和氮質(zhì)量分數(shù)高，因此必須對其進行深度精制加工以除去多環(huán)短側(cè)鏈組分，這樣才能得到理想的潤滑油調(diào)和組分[8]。

1 試驗部分

1.1 試驗原料

油砂油熱加工的原料來自印度尼西亞油砂分離得到的油砂油，原料性質(zhì)如表1所示。

由表1可以看出：印度尼西亞油砂的膠質(zhì)、瀝青質(zhì)質(zhì)量分數(shù)較高。雖然在餾程測定過程中，可能會存在一定裂解反應(yīng)，但按此餾分組成，其價值應(yīng)高于一般的渣油價值。

表1 原料油性質(zhì)

1.2 溶劑與儀器

萬用電熱爐、電阻絲、瓷珠、電加熱帶、熱電偶、電子稱、冷凝管、彎頭、錐形瓶、橡膠管、生料帶、鐵架臺、保溫棉、儀表顯示器。

1.3 試驗方法

(1)熱裂解生產(chǎn)瀝青試驗，以瀝青軟化點為主要控制因素，尋找在軟化點合格的條件下，輕質(zhì)油的拔出率。

(2)熱裂解生產(chǎn)焦炭試驗，以最高的輕質(zhì)油拔出率為主要控制因素，考察加熱速率、加熱終溫、催化劑加入量等因素對輕質(zhì)油收率和焦炭產(chǎn)率的影響。

2 試驗結(jié)果與討論

2.1.1 熱裂解生產(chǎn)瀝青結(jié)果

試驗的控制指標是瀝青軟化點(≤130 ℃)，所以試驗的軟化點盡量接近130 ℃。試驗結(jié)果如表2所示。

表2 熱裂解生產(chǎn)瀝青試驗

由表2中的數(shù)據(jù)繪制軟化點對液收、氣收、焦炭產(chǎn)率的變化關(guān)系曲線，如圖1～2所示。

由圖1中的變化曲線可以看出:隨著瀝青軟化點的升高，輕質(zhì)油的收率呈上升趨勢變化。因為隨著輕質(zhì)油拔出率的升高，剩余瀝青中的輕組分減少，使得瀝青軟化點升高。軟化點合格時，輕質(zhì)油拔出率為47.05%。

由圖2可以看出:隨著瀝青軟化點的升高，瀝青產(chǎn)率逐漸降低。因為隨著裂解深度的增加，輕質(zhì)油的拔出率增加，裂解產(chǎn)生的裂解氣也逐漸增多，所以瀝青產(chǎn)量降低。

圖1 瀝青軟化點與液收的關(guān)系

圖2 瀝青軟化點與瀝青產(chǎn)率的關(guān)系

2.1.2 熱裂解試驗輕質(zhì)油性質(zhì)分析

通過控制瀝青軟化點進行淺度熱裂解反應(yīng)，得到了大約47%(占原油)的輕質(zhì)油。試驗對所得的輕質(zhì)油進行性質(zhì)分析，分析結(jié)果如表3所示。

表3 油品性質(zhì)分析結(jié)果

2.2 熱裂解生產(chǎn)焦炭

2.2.1 加熱速率對試驗結(jié)果的影響

通過改變加熱功率來調(diào)節(jié)熱裂解的加熱速率。本試驗總共考察了5個功率條件下，對試驗效果的影響，試驗結(jié)果如圖3所示。

圖3 加熱功率與各組分收率關(guān)系

由圖3可以看出：隨著加熱功率的增大，輕質(zhì)油的收率明顯增加。由此可以看出，加熱速率增大，利于焦化反應(yīng)。因為加熱速率大，反應(yīng)器升溫較快、較高，反應(yīng)速率和反應(yīng)深度增大，縮短了原料在反應(yīng)器內(nèi)的停留時間，焦炭中的揮發(fā)分也會減少。同時加熱功率大可以提供給原料油足夠的熱量，會減少二次裂化反應(yīng)的進行，減少反應(yīng)器內(nèi)的結(jié)焦。所以焦化反應(yīng)必須盡量縮短反應(yīng)時間，加大反應(yīng)速率和反應(yīng)深度，選擇最大的加熱功率(3 kW)進行試驗。

2.2.2 催化劑A加入量對試驗效果的影響

在加熱功率為最大的條件下，考察A的加入量分別為0.5%、1%、2%、2.5%、3%、4%、5%、6%時對于試驗效果的影響，試驗結(jié)果如圖4所示。

由圖4可以看出：加入催化劑A后對于熱裂解反應(yīng)起到了一定的作用。隨著催化劑的加入量的增加，輕質(zhì)油餾分收率呈現(xiàn)先上升后下降的變化，而且變化很明顯。在A的加入量為1%時，餾分油的收率最大，焦炭產(chǎn)率也較低。隨著A加入量增加，焦炭的收率變化不明顯，干氣的產(chǎn)率持續(xù)升高。起初階段催化劑量的增加對主反應(yīng)促進程度較大，而后繼續(xù)增加加入量則對副反應(yīng)促進程度增大，最終導致隨用量增加活性出現(xiàn)峰值。

圖4 催化劑加入量對試驗效果的影響

2.2.3 輕質(zhì)油性質(zhì)分析

焦化輕油性質(zhì)分析結(jié)果見4。

表4 焦化輕油性質(zhì)分析結(jié)果

3 結(jié)論

(1)熱裂解生產(chǎn)瀝青與輕油，控制瀝青軟化點≤130 ℃時，瀝青與輕油產(chǎn)品收率可達到最優(yōu)值。

(2)提高加熱速率和溫度以及添加適宜的催化劑，可以顯著地提升焦化反應(yīng)深度，增加輕油產(chǎn)品收率。

(3)油砂油裂解得到的輕質(zhì)油含硫質(zhì)量分數(shù)達到4.3%，超過國家規(guī)定，需要進行脫硫和精制深加工。