重质燃料提炼轻质燃料油技术研究*

王志成，张伟君，李广玉

（黑龙江省能源环境研究院，黑龙江 哈尔滨150027）

重质燃料提炼轻质燃料油技术研究*

王志成，张伟君，李广玉

（黑龙江省能源环境研究院，黑龙江 哈尔滨150027）

奥里油、超重质沥青、渣油等重质燃料在非高压、不加氢气条件下，在480℃炼制轻质燃料油来替代柴油。应用计算机仿真试验系统优化催化剂各配方组分，最终确定催化剂组分；确定了催化剂的添加比例；对不同重质原料进行炼制分析，绘制炼制曲线；分析了炼制过程的影响因素，主要因素是温度、时间;确立了回归方程。设计炼制工艺及设备，对提炼的轻质燃料油进行理化分析，并与柴油进行对比试验，在相同运行条件下，轻质燃料油比0#柴油多耗油0.7%。

重质燃料；炼制；轻质燃料油；研究

Abstract:The refining of light fuel oil from Orimulsion,extra-heavy bitumen and the heavy residual fuel under the non-high pressure condition at 480℃without hydrogen is presented.The catalyst is optimized and produced and the proportion of catalyst components,refining technology and equipment is determined with the application of computer simulation system.Several kinds of heavy fuel is refined and analyzed,and the refining curve is drawn.The factors that affect the refining process are also analyzed.The main factors are the temperature and time.Finally the regression equation is established.The refining process and equipment are designed.The refined light fuel oil is analyzed physically and chemically.Under the same operating conditions,the light fuel oil consumed 0.7%oil more than the 0#diesel fuel when comparing with the diesel fuel.

Key words:Heavy fuel;refine;light fuel oil;study

引 言

奥里油、超重质沥青、渣油中都含有大量的胶状沥青状物质，它是由各种不同结构的高分子化合物构成的复杂混合物，其相对分子质量很高，有超长的分子链（如图1），其成分中胶质和沥青质占有很高的比例。它是流动性很差的黏稠液体，呈褐色至暗褐色，有很强的着色能力，使用时会产生炭渣，造成零件的磨损和油管路堵塞。

图1 渣油沥青质结构单元图（1）Fig.1 Structural unit of the asphaltene residue

根据这些特点，它们只能做锅炉的燃料，或者做建筑防水使用。因此，提高重质燃料综合、高效利用是科研人员研究的重点。必须打断超长的分子链，在12～22之间进行重组，同时进行脱色、通透及稳定处理，才能改善油品的性质。

1 研究实验部分

1.1 液体催化剂的研究

我们应用计算机仿真试验系统，对液体催化剂进行研究分析，确定了催化剂的组分及配方（见图2）。

催化剂主要包括：分子断链剂（A）、十六烷值增强剂（B）、抗腐剂（C）、催化燃烧剂（D）[2]，根据燃料对十六烷值的要求进行正交设计试验分析，确定三种水平：

1水平：十六烷值 31～35

2水平：十六烷值 36～39

3水平：十六烷值 40～43

图2 计算机仿真模拟试验系统图Fig.2 Computer simulation test system

表1 计算机仿真正交设计数据表Table 1 Orthogonal design data by computer simulation

四个极差 8.4、2.4、2.7、2.7 中最大的是 8.4，这说明A对十六烷值影响最大。第9号试验中A3为最佳水平，其它D3也是最佳水平，B3、C2是在2水平上，因此第9号试验方案是最佳方案。

1.2 实验室蒸馏试验

确定液体催化剂配方后，要检验催化剂有效性，特别是对奥里油、超重质沥青、渣油等不同燃料分别进行试验，以求得最佳液体催化剂的掺入量。应用优选法，我们找到了5%的催化剂加入量，从常温加热到480℃，蒸馏时间为3h左右。

根据试验数据画出燃料的炼制曲线。有奥里油炼制曲线图（图4），巴林超重质沥青炼制曲线图（图5），辽河稠油炼制曲线图（图6），渣油炼制曲线图（图 7），180#重质油炼制曲线图（图8）。

图3 实验室炼制装置Fig.3 Laboratory refining device

图4 奥里油炼制曲线Fig.4 Orimulsion refining curve

图5 巴林超重质沥青炼制曲线图Fig.5 Bahrain extra-heavy asphalt refining curve

图6 辽河稠油炼制曲线图Fig.6 Liaohe heavy oil refining curve

图7 渣油炼制曲线图Fig.7 Liaohe residuel oil refining curve

图8 180#重质油炼制曲线图Fig.8 180#heavy oil refining curve

2 结果与讨论

在试验中，我们发现出油进程与时间也有一定的关系，这说明炼制过程受多种因素的影响，主要因素是温度、时间。我们对这两种因素进行试验，寻找多元回归方程，以指导炼制实践工作。试验中收集了温度（C）单位℃，时间（t）单位min和轻质燃料油体积（V）单位mL的试验数据，超重质沥青炼制轻质燃料油试验数据列表如下（见表2）。

表2 蒸馏数据表Table 2 Distillation data

设试验多元回归方程为：

根据试验数据计算：

3 炼制工艺及炼制装置设计

3.1 炼制工艺

本技术在非高压、不加氢气的条件下，加入5%的液体催化剂，温度480℃，炼制出轻质燃料油。奥里油炼制工艺流程见图9。

图9 奥里油炼制工艺流程图Fig.9 Orimulsion refining flow chart

3.2 炼制装置

炼制装置由反应釜、控制柜、集油装置、干气滤放装置、冷凝系统组成，其中重要部分是反应釜，它有加热装置，保证原料在规定时间内加热到480℃；还要有保温措施，减少热量散失，从而避免影响炼制进程。同时反应釜还要有足够的液相、汽相转换的汽化空间，保证原料有较高的出油率。反应釜如图10：

图10 炼制反应釜Fig.10 The refining reactor

4 轻质燃料油的检测及台架试验

4.1 主要技术指标

表3 主要技术指标Table 3 Main specifications

4.2 台架试验

（1）试验用油

a.0#柴油；b.轻质燃料油。

（2）试验条件

在同一台S1110型柴油机试验台架上，额定1000r/min转速下用上述两种燃油进行，连续运转24h的燃油消耗量对比试验。

（3）试验数据记录台架试验记录（见表4）

表4 试验数据Table 4 Test data

（4）试验结果

在相同运行条件下，轻质燃料油比0#柴油多耗油0.7%。

5 结论

目前，国内外还没有奥里油、超重质沥青在非高压，不加氢气的条件下炼制轻质燃料油技术，奥里油、超重质沥青只能乳化处理，用于燃烧或建筑防水、铺路等。

黑龙江省能源环境研究院研制的奥里油或超重质沥青炼制技术是以5%液体催化剂直接加入奥里油或超重质沥青中，混合后，送入炼制装置中，从室温蒸馏到480℃，使奥里油、超重质沥青中的超大分子链断开，在12～22之间重组，并同时进行脱色、脱硫、通透和稳定性处理，从而炼制出轻质燃料油。这是石油炼制技术的一次突破。

［1］何学良，詹永厚，李疏松.内燃机燃料［M］.北京：中国石化出版社，1999：29.

［2］尾崎萃.催化剂手册［M］.北京：化学工业出版社，1982：175～203.

The Study on Extracting Light Fuel Oil from Heavy Fuel

WANG Zhi-cheng,ZHANG Wei-jun and LI Guang-yu

(Energy and Environmental Research Institute of Heilongjiang Province,Harbin 150027 China)

TE 626.2

A

1001-0017（2011）02-0005-04

2010-11-20 *基金项目：国家科技攻关计划项目（编号：2004BA907A32）

王志成（1973-），男，哈尔滨市人，高级工程师，学士学位，研究室主任，主要从事替代能源技术、清洁能源技术、锅炉尾气净化技术的研究工作。