焦油改质沥青质量的优化控制与提升

徐 芹

（包头钢铁职业技术学院，内蒙古 包头 014010）

某焦化厂新焦油系统于2012年建成投产，该新焦油加工系统设计能力为15万t/a，设计年生产时间330 d，日加工量450 t，主要生产轻油、蒽油、洗油、工业萘、改质沥青等产品，其中改质沥青是焦油产品中占比最大的产品，按照沥青产品占总焦油产品的50%～55%计算，每天生产改质沥青250 t左右，年生产量8万t左右。近几年固体改质沥青使用量萎缩，而液体改质沥青用量不断加大[1]，该焦化厂及时调整了生产结构，开始生产液体改质沥青。但是由于该产品不能够长期储存，必须当天生产、当天发货，因此必须保证其生产过程的稳定性，才能确保其质量合格。

在新焦油系统投产初期，焦油改质沥青质量相对稳定，除开停工产生一部分中温沥青外，生产过程中的沥青能达到国标二级品以上要求，但近几年随着焦油原料的不断变化，改质沥青的质量和产量也发生了变化[2]，当前存在的主要问题是沥青质量波动性很大，主要体现在改质沥青软化点和甲苯不溶物含量上[3]。由于产出的不合格产品不能重新加工，无法销售或只能低价销售，不仅造成工序上的浪费，还造成焦化厂效益的损失。

1 影响改质沥青质量的主要因素

1.1 原料焦油的组成

原料焦油中甲苯不溶物含量波动较大，且总体偏低，是导致改质沥青质量不合格的直接原因[4]。根据国标要求[5]，焦油甲苯不溶物质量分数为3%～7%，而目前焦化厂焦油甲苯不溶物的平均质量分数为2.5%～3.0%，低于下限，中温沥青的甲苯不溶物含量相对偏低，为13%～15%，因而导致后续改质沥青中的甲苯不溶物含量很难提高，低于一级改质沥青甲苯不溶物质量分数在 28%～34%的要求[6]。

1.2 生产加工量和原料组成的变化

新焦油系统最初设计焦油加工量450 t/d，但实际平均加工量在480 t/d以上。加工量的增加，提高了整个系统的生产负荷，沥青加工量从240 t/d左右增加到了255 t/d左右，但沥青反应釜的数量并没有增加，导致沥青在反应釜内的停留时间相对减少，反应聚合时间随之缩短，而沥青的热聚合程度不够是影响沥青软化点和甲苯不溶物含量的重要因素。

2012年以后，随着焦化厂旧区1#～6#焦炉陆续停产、新区1#～4#焦炉陆续投产，焦化厂新旧焦油比例不断变化，加之这两种焦油组成差异大，焦油均和难度大，通过离心机加工送入无水焦油槽，有时会出现分层，给焦油生产调节带来了很大的压力。另外，焦油组成变化就会使控制点温度波动，改变蒸馏系统及改质沥青系统的加热温度[4]，会造成短时间质量波动，改质沥青一度出现了软化点偏低而甲苯不溶物含量偏高或软化点偏高而甲苯不溶物含量偏低的不正常现象。

1.3 工艺参数

一次汽化温度是焦油气液混合物在进入二次蒸发器闪蒸后，液体（中温沥青）和油气达到平衡状态时的温度。对于不同组成的焦油，最适宜的一次汽化温度也不同。一次汽化温度规定在370℃～380℃，即可满足生产要求[7]。但在生产过程中，发现一次汽化温度已经超过了380℃，中温沥青软化点也在90℃以上，但在改质沥青工序仍有沥青软化点和甲苯不溶物含量无法达到质量要求的情况。

同样，在改质沥青生产过程中，按照焦油加工系统开工初期制定的工艺参数和生产路线操作，反应釜温度已经达到了工艺要求，但生产出来的改质沥青软化点和甲苯不溶物含量仍然存在波动，这说明现有工艺参数与原料组成不匹配，影响了沥青质量。

1.4 中温沥青进釜量的波动

从二段蒸发器底部出来的中温沥青量主要由二次蒸发器底部液位计自动控制，由于该液位计在调节范围内存在一定的波动，使进入改质沥青工段的中温沥青量也存在着一定的波动，从而改变了沥青反应釜中的热量平衡，在一定程度上影响了沥青软化点和甲苯不溶物含量[8]。

1.5 沥青烟气冷凝液的影响

在沥青生产过程中会产生大量沥青烟气，这些烟气通过烟气洗净塔吸收，吸收过程中，部分烟气会遇冷而冷凝，返回到中间槽或沥青高置槽中。另外，沥青反应釜烟气管冷凝液回流进到反应釜内，也会使产品质量出现波动。

1.6 其他因素

1.6.1 反应釜排渣频繁的影响

改质沥青生产中后期，反应釜底出现结渣，管道经常出现堵塞，需要进行倒釜生产。每次倒釜操作都会产生一部分不合格沥青，另外当反应釜内出现结渣时，不仅会影响沥青在反应釜加热装置内的正常流动，也会在反应釜壁形成一层隔热层，影响沥青反应釜的加热效果，使沥青质量受到影响。

1.6.2 煤气压力波动大的影响。

反应釜沥青温度随煤气量的调节变化迅速，当煤气压力波动时，会在较长一段时间内影响沥青质量。

1.6.3 特殊天气的影响

雨天、大风天气都会影响焦油蒸馏管式炉、改质沥青反应釜加热炉、沥青高置槽等的控制温度，出现短时间的改质沥青质量波动，而从化、检验的数据变化到调整控制温度需要10 h以上。

2 控制改质沥青质量的主要措施

2.1 强化焦化厂新旧区焦油均和

从接收原料入手，加强原料焦油的均和，尽可能使新旧区来油进一个原料槽，经加温、静置，初步均和焦油。经离心机脱水脱渣后打入焦油大槽中，离心机工作应在3个原料槽均匀进行，防止焦油渣在某个原料槽积存过多，通过离心机的加工再次将焦油均和，以达到利于蒸馏生产的工况，得到适用于生产改质沥青的原料[9]。

2.2 优化调整工艺参数和工艺路线

初期，焦化厂新区焦油甲苯不溶物含量很高，但其所占比例仅1/3左右，混质后甲苯不溶物质量分数在6%以上，此时焦化厂在改质沥青生产过程中使用3釜加工，适当控制中温沥青的软化点，提高前2个反应釜底部温度，恒定第3个反应釜底部温度；后期，新区焦油甲苯不溶物质量分数降低到5%左右，而焦油量不断增加，新旧焦油配比近3∶2，焦油甲苯不溶物质量分数平均值在2.8%左右，此时在改质沥青生产过程中使用4釜加工，前3个反应釜逐步升温，4号反应釜高温下保温，以增加沥青反应时间和反应温度，完成沥青的改质聚合，尽可能提高甲苯不溶物含量，实现均衡改质沥青质量[10]。

将管式炉二段出口温度由400℃±10℃调整为400℃以上，以提高中温沥青软化点，并对蒸馏工段二次蒸发器液位及沥青调节阀进行操作参数优化，提高二段蒸发器液位，平稳动作调节阀，使沥青反应釜进料量均匀。

2.3 对中温沥青管道进行保温

对中温沥青管道增加保温措施，减少过程热量损失，从而改善改质沥青反应釜的操作条件，为改质沥青顺利生产、减少质量波动创造良好条件。

2.4 改造烟气管

对反应釜至闪蒸油冷却器（改质沥青中间槽）及沥青高置槽的烟气管进行改造，使烟气冷凝液不能回流或减少回流到反应釜（槽）和高置槽内，降低对改质沥青质量的影响。

2.5 及时倒换反应釜

由于反应釜温度提高，沥青结渣频率比原来增加了近2倍，特别是后期，不仅影响沥青质量，结渣堵塞管道容易出现局部结焦，引发安全事故。为避免上述问题发生，倒釜时间从原来的50 d左右缩短为30 d左右，并及时更换釜底和门型管处管道。

2.6 应对外来因素影响

（1）如遇风天雨天，控制好烟道翻板开度，减少烟道吸力；稳定管式炉、加热炉加热制度，从而稳定产品质量[11]。

（2）针对煤气压力波动较大情况，及时发现其变化，根据反应釜沥青温度变化调节煤气量，尽量保证沥青升降温度平稳。

（3）严格规范取送样、做样制度，按时间取样、送样，按时限及时出样，杜绝假样、伪样。如果出现改质沥青质量波动，应及时追加送样，验证质量波动是否在有效控制范围之内。

3 取得效果与建议

3.1 取得效果

通过以上措施，改质沥青质量能保证国标二级品要求，沥青合格率比以前提升了近2%，实现废沥青零产率。液体改质沥青的销售量由原来的75%左右提高到了80%以上。

3.2 建议

（1）外购一部分甲苯不溶物高的焦油，优化焦油配比，改善沥青质量。

（2）可考虑将焦油渣作为黏结剂粉碎后配型煤。

（3）对一段焦油泵、二段焦油泵进行合理改造，并考虑焦油渣磨损、高温打料量的匹配性。

（4）建议增加沥青回流系统，以缩短放料时间，同时还可以起到调节温度的作用。