高等级道路沥青生产新工艺技术及应用

侯欣岐 盖金祥 王辉

摘      要：针对中国西部道路建设对高等级道路沥青的市场需求及塔河炼化生产高等级道路沥青存在的问题，依据塔河炼化现有生产装置和产品结构，选择了焦化分馏塔塔底辐射油作为沥青生产原料，并对焦化辐射油进行实沸点蒸馏获得各段渣油，分析研究各段渣油生产沥青产品的性质，确定了沥青生产新工艺。按照新工艺路线开展了生产，通过实际生产对新工艺技术方案进行了评价。研究得出，高等级道路沥青生产新工艺流程能够生产出了符合指标要求的高等级道路沥青，新工艺技术先进、流程简单，生产的高等级道路沥青满足了西部道路建设的需求。

关 键 词：塔河原油;针入度;焦化辐射油;沥青;减压蒸馏

中图分类号：TE624.2       文献标识码： A       文章编号： 1671-0460（2020）08-1793-05

Abstract：In view of the market demand for high-grade road asphalt and the problem of producing high-grade road asphalt from Tahe crude oil， according to the existing production plant and product structure of Tahe refining company， the radiant oil at the bottom of coking and fractionating tower was selected as the raw material for asphalt production， and the real boiling point distillation of the coking radiant oil was carried out to obtain each section of residual oil. The properties of the asphalt products produced from each section of residual oil were analyzed，and new production process was determined. The production was carried out according to the new process route， and the technical scheme was evaluated through the actual production. It was concluded that the new process of high-grade road asphalt production can produce high-grade road asphalt that meets the requirements of the indicators， and the new process technology is advanced and the process is simple， and the product meets the needs of road construction in Western China.

Key words：Tahe crude oil; Penetration; Coking radiant oil; Asphalt; Vacuum distillation

随着国家高速公路网络的建设，道路交通对沥青产品质量要求日益严格。近年来，在高档次、大交通量、重载较多的道路建设中，对高等级道路沥青的需求量更大、质量要求更加嚴格。中国西部经济基础相对薄弱，高速公路网络相对落后。随着中国经济发展重心逐渐向中西部转移进程中，中国西部道路建设迎来高速发展的增长期。西部道路建设对高等级道路沥青生产提出迫切的需求。

目前国内外生产高等级道路沥青的生产工艺主要有减压蒸馏（深拔）、溶剂脱沥青、沥青氧化和沥青改性等手段。其中最简单、最经济的方法就是由减压蒸馏直接生产高等级道路沥青。但世界上能通过减压蒸馏直接生产高黏度级别的高等级道路沥青的原油却为数不多[1]。塔河原油是中国西部炼厂主要加工原料之一，也是生产高等级道路沥青的主要原油品种[2]之一。近年来，塔河原油重质化、劣质化趋势不断加剧[3]，其减压渣油生产高等级道路沥青出现产品针入度和闪点指标难以兼顾的问题，导致其沥青产品质量持续劣化。然而，塔河炼化加工原油品种单一，生产沥青的原油和渣油选择性低;同时其加工总流程较为特殊和单一，无法生产出沥青调和过程中所常用的抽出油和油浆等炼油副产品，还有塔河炼化地处边疆，油品运输困难且成本高。诸多不利因素严重制约塔河炼化道路沥青产品质量以及改善其性质的途径。为此，基于塔河炼化当前的资源，研究了一种生产沥青的新工艺路线，使企业减少或停止使用富芳贫蜡馏分油来调配沥青生产原料，从而低成本地生产出合格的90A道路沥青，满足了企业及市场的需要。

1  生产现状

塔河炼化加工塔河重质原油。对塔河重质原油性质进行评价分析，结果见表1。

从原油评价分析结果来看，塔河原油常压拔出率很低，仅为24.15%。且常压重油残炭高达27.8%，镍、钒重金属质量分数为413.0 μg·g-1。因此塔河炼化在炼油总流程上选择常压蒸馏-延迟焦化技术路线，且延迟焦化采用全循环工艺方案。同时，在产品结构上不生产蜡油产品，总流程中不设催化裂化装置。但对塔河原油渣油进行分析可知，塔河原油>430 ℃渣油组分的质量收率为57.13%;20 ℃密度均大于1.014 g·cm-3;胶质+沥青质质量分数为53.2%，是生产A级沥青产品的较好的一种原油品种[4]。为支持中国西部道路建设，塔河炼化采用减压蒸馏来生产A级沥青产品。

但随着塔河原油重质化[3]、劣质化趋势加重，其减压渣油也出现逐渐变重、性质逐渐劣质化的现象，尤其是闪点指标偏低且波动较大，沥青出厂产品的质量也受到剧烈影响[5]。表2为塔河炼化减压渣油的性质情况。

从表2可以看出，减压渣油的密度逐渐增大，蜡含量逐渐上升，闪点和延度逐渐降低。调和沥青试验产品的软化点、延度等性能指标发生了显著的变化。但这些沥青性质都与沥青的四组分组成、比例及胶体结构特征有关[6]。其中，沥青质是胶体的核心，其依靠胶体中的芳香分和胶质分散在沥青混合物中。当沥青质含量高或者胶质芳香分含量不足情况下，沥青胶体体系的胶溶能力降低，其中的沥青质就会发生集聚变化，并逐渐形成具有一定强度的空间结构体，进而使沥青性质发生变化。从表2看出，塔河减压渣油中沥青质逐年增加，一年多时间内由22.17%增加到23.31%;而胶质质量分数下降明显，由20.21%下降至16.54%，这些导致沥青产品质量发生明显变化。

另外从以表征沥青的胶溶能力的胶体不稳定指数[7]Ic分析来看，其值越大，沥青胶体不稳定性越强，沥青性质会变差。由表2可以得出，减压渣油Ic从0.86上升到1.12，逐渐增加，造成其所生产的沥青性质逐步恶化。一般情况当渣油中的沥青质含量增高时，由于沥青质在芳香分组分中发生竞争性吸附现象，也造成丁苯橡胶等沥青生产过程中的添加剂在渣油中的分散和溶解效果降低，从而影响了沥青产品的质量。

为此，塔河炼化为了满足A级沥青产品的生产要求，从市场上购买减压馏分油掺入减压进料，以此来提高减压渣油的闪点及针入度，改善沥青产品性质。但实际生产后，不仅由于轻质馏分油等物料重复加工，增加了蒸馏装置负荷和能耗;而且由于路途遥远，调运困难，运输成本大幅上升，从而使沥青产品生产成本大大上升。

2  新工艺技术

2.1  原料研究

众所周知，沥青产品质量的优劣主要取决于生产原料的性质好坏。因此，沥青的生产原料选择非常重要。塔河原油密度大、黏度高、残炭高的性质[2]决定了塔河炼化总加工流程中重油加工路线选择延遲焦化工艺，且延迟焦化采取高循环比甚至全循环比操作模式设计[8]。研究发现[9]，经过延迟焦化高温深度裂化反应而得到的焦化油气中含有较多的重质多环芳烃、碱性氮化物。这些组分的芳香分高，具有极高的针入度，是沥青产品需要的有益组分。焦化分馏塔塔底焦化辐射油是反应油气在分馏塔内与焦化进料传质、传热后的液相馏分，也存在高针入度组分的可能性，为此研究分析了塔河焦化辐射油的性质，结果如表3所示。

根据表3分析数据可以看出，在组成上，焦化辐射油虽然含有11.06%的沥青质，但也含有较高的胶质组分，且芳烃组分达到了40.12%。其胶体不稳定指数Ic为0.74，相对较低，适宜于沥青胶体各组分的融合，具有很好的胶溶能力;在馏程上，焦化辐射油作为焦化塔进料，包括常压渣油、焦化反应油气中的重馏分、焦化蜡油，组成复杂。其初馏点虽较焦化蜡油低了很多，但其中轻馏分含量却较少，大于430 ℃馏分含量较高，在57%以上。焦化辐射油馏程较宽，初馏点低，但低沸点馏分收率较少，大部分馏分在400 ℃以上。通过对焦化辐射油进行了蒸馏切割，并对各切割段的渣油进行性质分析，结果如表4所示。

从表4可以看出，焦化辐射油>430 ℃馏程渣油的PI值达到高等级道路沥青指标要求。尤其重要的是>430 ℃馏程渣油的闪点均满足90A道路沥青要求，适宜作为生产高等级道路沥青的基础配比原料。同时，基于各馏程渣油收率的大小，选择>430 ℃的渣油作为沥青生产的原料。

2.2  新工艺路线

根据塔河炼化生产高等级道路沥青原料选择研究，焦化辐射油>430 ℃的渣油作为基质沥青具有更加优良的性能，因此选择焦化辐射油作为原料，确定高等级道路沥青新工艺路线如图1所示。原油换热升温经常压炉加热后进入常压塔。部分常压渣油进入减压塔，部分进入焦化分馏塔进料段。高温的焦化反应油进入焦化分馏塔底部换热洗涤板下换热段。焦化分馏塔塔底焦化辐射油经泵抽出后一部分送焦化炉，一部分经减压炉加热后进入减压蒸馏塔。低闪点的减压馏分油从减压蒸馏塔侧线抽出，减压塔底抽出减压渣油，作为基质沥青送往沥青调和装置。

2.3  操作参数确定

为了确定适宜于沥青生产的减压蒸馏操作参数，对新工艺路线开展模拟研究。模拟从塔河原油进料闪蒸塔开始，对整个蒸馏过程进行全流程模拟。进料塔河重质原油的性质按表1，并按实际生产得到的各馏分收率及分布混合作为进料输入;焦化辐射油按表3数据作为输入。焦化辐射油与常压重油混合进入减压炉，焦化辐射油占进料的20%。热力学方程选用BK-10物性方法，焓值计算采用Johnson-Grayson法。模拟流程见图2。为了反映实际生产，模拟基本条件设定按装置实际操作来确定，模拟基本条件如表5所示。

通过模拟流程调整减压蒸馏塔操作参数，控制减压渣油蒸馏馏程，使减压渣油的闪点和针入度满足生产90A沥青的要求，从而获得以生产高等级道路沥青为目的的减压蒸馏操作数据，如表6所示。

3  工业生产

塔河炼化按照新工艺流程完成装置改造，以模拟操作条件进行了生产。将稳定生产后的减压渣油进行了性质分析，结果如表7所示。

从表7可以看出，减压渣油作为基质沥青的性质很稳定，针入度和闪点相互矛盾的问题得到了解决，二者都满足沥青产品的质量要求。且蜡含量控制在A级沥青的指标范围内，软化点性能优良。同时，分析获得减压渣油中芳香分组分增加较为明显，胶体不稳定指数Ic得到了显著改善，为沥青调和过程FRI母液与减压渣油的互溶创造了有利的条件。

为了更直接地反映新工艺技术生产A级沥青的情况，直接对操作条件下的减压渣油按工业生产条件进行沥青调和生产，并对调和沥青进行了分析，结果如表8所示。

由表8可见，按照新工艺技术生产出的沥青样品针入度、延度、闪点、PI值、软化点、60 ℃黏度等性质均满足A级沥青指标要求。尤其重要的是，闪点与针入度的矛盾得以解决，在一定针入度下，沥青闪点达到甚至超过指标。结果证明，焦化辐射油通过减压蒸馏的减压渣油调和沥青产品的针入度指数等各项指标都满足90A级沥青产品的指标。新工艺技术可以生产出合格的高等级道路沥青。

4  结 论

本文就塔河炼化加工塔河原油生产高等级道路沥青存在的问题，从塔河炼化现有产品结构中，选择适宜于调和沥青产品的焦化辐射油作为原料，提出了生产高等级道路沥青新工艺技术，并生产出优质的高等级道路沥青产品。

1）塔河焦化辐射油是生产沥青调和软组分的好原料。

2）焦化辐射油虽然馏程范围较宽，但其实沸点>430 ℃的渣油各种性能良好，能够完全满足A级沥青的要求。

3）新工艺技术能生产出合格的90A沥青，技术先进合理，流程简单，可实施性好。

4）塔河炼化按照新工艺路线生产出合格的高等级道路沥青，为西部道路建设做出贡献。

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