減壓渣油生產90號氧化瀝青試驗

2016-09-05 12:30:55吳岳

山東化工 2016年4期

吳岳

(中國石油天然氣股份有限公司遼河石化公司研究院，遼寧盤錦 124000)

減壓渣油生產90號氧化瀝青試驗

吳岳

(中國石油天然氣股份有限公司遼河石化公司研究院，遼寧盤錦 124000)

以減壓渣油為原料，根據研究數據和經驗，對全自動無污染氧化瀝青試驗裝置進行調整，并生產不同性能的氧化瀝青。不同的氧化瀝青原料，其針入度越大，可操作性越大。對生產的氧化瀝青進行分析發現，此生產工藝能夠顯著提高瀝青質含量，有效改善瀝青的高溫性能。在合理的工藝操作條件下，此試驗裝置能夠制備出滿足交通部要求的90號A級道路瀝青產品。

減壓渣油；氧化瀝青；道路瀝青

瀝青氧化工藝，是將減壓渣油或溶劑脫油瀝青或它們的調和物，在一定溫度下通入空氣，以改變原料組成、提高軟化點，降低針入度及其溫度敏感性能，已達到瀝青規格指標和使用性能的要求。在生產過程中，原料組成、氧化深度對氧化瀝青的性能具有重要影響[1]。生產高軟化點瀝青的成熟工藝是氧化工藝，氧化裝置主要有間歇式氧化釜、連續式氧化釜和連續式氧化塔，目前新建的氧化瀝青裝置大部分采用塔式氧化流程[2]。本試驗采用的氧化瀝青裝置是全自動無污染氧化瀝青實驗裝置，由沈陽施博達公司設計。該裝置由一個容積為10L的反應釜和四個容積為1L的反應釜構成。每個反應釜均帶有單獨伴熱控溫系統，溫度控制為室溫至400℃；風量均可控制在0～30L/min；溫度、流量是全自動PLC控制，可設定調節；每個反應釜可獨立進行氧化試驗。反應裝置簡易流程圖如圖1所示：

圖1 反應裝置簡易流程圖

1 試驗裝置的調整

1.1 處理量和設備尺寸的確定

根據以往氧化瀝青氧化塔的相關數據[3](如表1所示)可以發現，氧化瀝青氧化塔的不同處理量，其塔內液面高度和塔徑也不同，且氧化瀝青氧化塔反應段長徑比一般在4左右。

表1 幾套氧化瀝青氧化塔數據

根據本實驗氧化瀝青簡易裝置的實際尺寸的數據和經驗總結以及上述數據，按照如下方法確定此氧化瀝青裝置合適的處理量以及設備尺寸：

全自動無污染氧化瀝青試驗裝置小釜體積：V=πR2h=π×2.82×39=960cm3；由于處理量不能超過反應釜體積的2/3，則本試驗裝置最大處理量為640g。

根據以往氧化瀝青工藝數據，反應段一般長徑比在4左右。

①當反應段長徑比為4，反應段長度為h1=5.6×4=22.4cm。此時，反應段瀝青體積為V1=πR2h1=π×2.82×22.4=551.4cm3，瀝青密度按照1cm3/g計算，反應段瀝青質量約為551.4g。

②當反應段長徑比為3.3，反應段長度為h2=5.6×3.3=18.48cm。此時反應段瀝青體積為V2=πR2h2=π×2.82×18.48=454.9cm3，反應段瀝青質量約為454.9g，進行瀝青全項分析共需要約500g樣品，不適用。

③當反應長徑比為4.5，則反應段長度為h3=5.6×4.5=25.2cm，反應段瀝青體積為V3=πR2h3=π×2.82×25.2=620.4cm3，反應段瀝青質量約為620.4g。

表2 氧化瀝青裝置測量尺寸

表2 續

1.2 風管尺寸的調整

全自動無污染氧化瀝青試驗裝置高徑比較大，設備細長，進氣噴頭直徑較大，開孔數量較少。風管距離反應釜底的經驗距離為5-6cm，因此風管長度應在32.8cm左右；對于風頭直徑，按照簡易氧化瀝青試驗裝置反應釜內徑與風頭直徑的比例大小的經驗，較為適宜的風頭直徑約為2.7cm。因此，在試驗過程中建議將全自動無污染氧化瀝青試驗裝置的風管尺寸作如下修改：

①風管長度縮短5.5cm左右，測溫管縮短相應尺寸；

②風頭直徑建議2.7cm左右；

③增加風頭氣孔密度(建議多開一些氣孔)，2-3mm左右空隙開一個孔。

風管尺寸按照建議修改后，經設備廠家重裝工藝軟件并調試設備后進行氧化瀝青試驗。

2 實驗裝置的運行

2.1 試驗原料

將蒸餾裝置采得的減壓渣油按照特定采樣比例，對減二線及減三線進行調和，并將減渣命名為原料1、減渣調和減三線抽出油命名為原料，減渣調和減三線抽出油和減二線抽出油命名原料3。經測定，三種試驗原料25℃針入度分別為96.3 1/10mm，151.9 1/10mm及>370 1/10mm，其他指標如表3。

表3 試驗原料性質

2.2 氧化瀝青數據

當試驗在1L反應釜內，氧化溫度范圍為190～250℃，風量范圍為0～5L/min·Kg，氧化時間為1～7h時。不同成分原料制備的氧化瀝青數據如表4至表6所示。

表4 原料1制備的氧化瀝青測試結果

表5 原料2制備的氧化瀝青測試結果

表6 原料3制備的氧化瀝青測試結果

2.3 數據分析

2.3.1 氧化時間對氧化瀝青性能的影響

將原料1、原料2及原料3制備氧化瀝青時的氧化時間與針入度測試值、針入度指數計算值作圖，如圖2及圖3：

圖2 氧化時間對瀝青針入度的影響

由圖2可知：對于三種原料，隨著反應時間的增加，獲得的氧化瀝青的針入度數值是逐漸下降的。對于原料2來說，反應時間由2h增加至3h時，針入度下降了17.6個單位，瀝青牌號由90號下降為70號；反應時間由3h增加至4h時，針入度下降了19.2個單位，瀝青牌號由70號下降為50號；近似反應1小時，下降一個牌號。對于原料3來說，反應時間由5h增加至6h時，針入度下降了30.7個單位，瀝青牌號由130號下降為90號；反應時間由6h增加至7h時，針入度下降了20.6個單位，瀝青牌號由90號下降為70號。原料3相對于原料2要軟，增加相同的氧化時間，瀝青針入度下降幅度要大。

欲獲得相同牌號的瀝青，越軟的原料需要的氧化時間則越長。例如獲得70號瀝青，原料1需要氧化2h，原料2需要氧化3h，而原料3則需要氧化7h。

圖3 氧化時間對瀝青針入度指數的影響

由圖3可知，對于三種原料，隨著反應時間的增加，獲得的氧化瀝青的針入度指數總體來說是呈增大的趨勢的。經過氧化，針入度指數PI<-2的原料可將該指標提高至-1.5以上，滿足交通部道路瀝青A級技術指標要求。其中，原料1針入度值較小，較硬，氧化3h時針入度值已下降為58.1 1/10mm，PI僅上升為-1.81；而原料3針入度值較大，較軟，氧化5h時針入度值仍為128.1 1/10mm，PI已上升為-1.45，隨著氧化時間的增加，PI值繼續增大。可見，原料越軟，氧化后PI提高幅度較大，可操作的彈性越大。

2.3.2 氧化溫度對氧化瀝青性能的影響

將原料2在190℃、220℃及250℃條件下進行氧化試驗，獲得的樣品編號分別為氧化瀝青15#及16#、氧化瀝青3#，4#及6#、氧化瀝青13#及14#。將7種樣品性能測試結果作圖，如圖2.4所示：

圖4 氧化溫度對瀝青針入度的影響

由圖4可以看出：采用同一種原料制備90號氧化瀝青，氧化溫度為190℃時，氧化時間約為4h；氧化溫度為220℃時，氧化時間約為2h；氧化溫度為250℃時，氧化時間約為1h40min。即對于同一種反應原料，在相同風量的情況下，氧化溫度越高，達到相同牌號氧化瀝青的時間越短。

制備相同牌號90號瀝青時，對于30℃的溫差，低溫反應(190℃～220℃)，氧化時間增加2h，高溫反應時，氧化時間增加僅為20min。高的氧化時間可以加速氧化瀝青針入度的下降。

圖5 氧化溫度對瀝青針入度指數的影響

由圖5可以看出：高溫(250℃)雖可加速針入度的下降，但是并不能滿足針入度指數PI>-1.5的要求；低溫(190℃)氧化條件緩和，但是未起到提高針入度指數的作用，PI提高幅度甚小。因此，欲在一定條件下提高針入度指數PI，需要選擇較優的氧化溫度，以達到良好的氧化效果。從目前的試驗數據來看，較優的氧化溫度為220℃。

比較表5中氧化瀝青樣品6#、13#及15#薄膜烘箱后10℃延度的測試結果：牌號同為90號的三個氧化瀝青樣品，6#及15#樣品氧化溫度為220℃及190℃，蒸后10℃延度>100cm，而氧化溫度為250℃的13#樣品，蒸后10℃延度下降為26.3cm。高溫氧化雖然可縮短氧化時間，但是會損失氧化瀝青的低溫性能。

2.3.3 氧化風量對氧化瀝青性能的影響

在氧化溫度、氧化時間相同的條件下，改變氧化風量，考察該指標對氧化瀝青性能的影響。比較表2.4中，氧化瀝青樣品2#及3#的測試結果：在氧化溫度為220℃，氧化時間為3h時，氧化風量為2L/min.kg的2#樣品與氧化風量為3L/min.kg的5#樣品，針入度相差僅為4.4個單位，針入度指數PI約為-1.8，相差也不大。