風城超稠油減黏工藝研究

田凌燕 王華 魏軍 汪軍平 鄭海瓊

1 中石油克拉瑪依石化有限責任公司煉油化工研究院

2 中石油云南石化有限公司

隨著常規石油資源的日益減少，原油價格的持續攀升及重質原油開采技術的日臻成熟，重質原油在世界原油供應中的比例不斷增加，原油劣質化、重質化已成為全球性趨勢，重油的深加工和精加工成為世界煉油工業共同面對的課題和必需解決的難題。新疆的稠油地質儲量約有10億t以上，主要集中于準噶爾盆地西北緣，隨著克拉瑪依油田的持續滾動開發，低凝環烷基稠油產量將逐漸下降，超稠油產量將上升，風城超稠油的開采將是新疆油田公司開發的重點。計劃2017年達到年產超稠油260萬t，并穩產8年。今后幾年內，中石油克拉瑪依石化有限責任公司所加工的稠油中，超稠油占的比例將會越來越大，甚至會超過1/3。

由于風城超稠油黏度高，給集輸和加工造成很多困難。目前風城作業區超稠油的輸送采取汽車拉運，由于運輸成本高，中轉環節多，影響了超稠油開發利用的整體經濟效益，從而也制約了超稠油的開采。要使超稠油能進行管道輸送則必須對其降黏，以便滿足管輸要求的經濟性和可行性。本文通過減黏中試裝置及實沸點蒸餾裝置，對風城超稠油減黏工藝進行了系統評價，為風城超稠油管輸和加工提供基礎數據。

試驗部分

試驗裝置及原料

采用100 mL連續上流式減黏裝置進行減黏工藝試驗。采用實沸點蒸餾裝置進行餾分切割。原料油為風城超稠油，性質見表1。

由表1可見，原料油的API度為15，酸值為6.0 mgKOH/g，蠟含量為1.04%，氮含量較高，殘炭高，80 ℃運動黏度為1 100 mm2/s，遠大于一般稠油黏度。

減黏工藝試驗

減黏裂化工藝主要影響因素是反應溫度、反應壓力、反應時間，分別考察3個操作參數對減黏效果的影響。

餾分切割試驗

為掌握減黏后的超稠原油各組分收率、性質變化，按照ASTM D2892標準和ASTM D5236標準對風城超稠油、減黏2號樣、減黏3號樣進行實沸點蒸餾。

在實驗室內，通過對克拉瑪依風城超稠油進行減黏中試試驗，考察不同減黏工藝條件對風城超稠油性質及產物分布的影響。結果表明：減黏工藝可以顯著降低超稠油黏度，可滿足油田管輸的要求；減黏后超稠油小于450 ℃餾分收率較超稠油增加了21.06個百分點，大于520 ℃減壓渣油收率減少了19.53個百分點，減黏工藝可以顯著提高風城超稠油拔出率。

反應機理

減黏裂化是輕度的熱裂化反應過程，主要是油品在較高溫度下，油品發生裂化反應。在減黏裂化過程中，反應遵循自由基反應機理，油品發生裂化反應和縮合反應，裂化生成為分析較小烴類，縮合形成瀝青質。正構烷烴的鍵能示意見圖1。

從圖1可以看出，烷烴中的C—H鍵的鍵能大于C—C鍵，故C—C鍵更易于斷裂，長鏈烷烴中，越靠近中間處，其C—C鍵鍵能越小，也就越容易斷裂；隨著相對分子質量的增大，烷烴中的C—C鍵及C—H鍵的鍵能都呈減小的趨勢，也就是說它們的熱穩定性逐漸下降。

異構烷烴中的C—C及C—H鍵能都小于正構烷烴，說明異構烷烴更易于斷鏈和脫氫；環烷烴的熱反應主要是烷基側鏈斷裂和環烷環的斷裂，前者生成較小分子的烯烴或烷烴，后者生成較小分子的烯烴和二烯烴；芳香烴極為穩定，一般條件下芳環不會斷裂；帶烷基側鏈的芳烴在受熱條件下主要是發生斷側鏈或脫烷基反應；膠質主要是稠環化合物，分子中也含有雜原子，它們是相對分子質量分布范圍很寬，環數及稠合程度差別很大的復雜混合物，但也含有不同長度的側鏈及環間的鏈橋；膠質在熱反應中，除了經縮合反應生成瀝青質和焦炭外，還會發生斷側鏈，斷鏈橋反應，生成較小的分子。各種烴類的裂化反應性能按以下順序遞增：多核芳烴＜芳烴＜環烷烴＜異構烷烴＜正構烷烴[1]。

表1 風城超稠油性質分析

圖1 正構烷烴的鍵能（KJ/mol）

結果與討論

反應溫度的影響

考察了反應溫度對減黏油性質的影響規律。減黏反應條件及減黏油性質分析見表2，反應溫度對減黏油性質的影響分別見圖2～圖5。

從表1，圖2～圖5可以看出：隨著減黏溫度的升高，減黏油黏度、凝點降低，密度、酸值減小，殘炭基本不變，S、N含量變化不大；從組成分析來看，蠟含量減小，膠質含量減小，瀝青質含量隨減黏溫度的升高而增大；減黏率和API度隨溫度的升高而升高。

反應時間的影響

考察了反應時間對減黏油黏度的影響規律，減黏反應條件及減黏油性質分析見表3，反應時間對減黏油性質的影響分別見圖6～圖8。

從表3、圖6～圖8可以看出：隨著減黏反應時間的增加，減黏油的運動黏度逐漸減小，風城超稠油減黏后硫、氮含量基本不變；酸值減小；蠟含量和膠質含量下降，瀝青質含量上升；減黏率、API度升高。

反應壓力的影響

考察了反應壓力對減黏油黏度的影響規律，減黏反應條件及減黏油性質見表4。

從表4可以看出，反應壓力對減黏油的黏度影響明顯，反應壓力減小，減黏率增加。

減黏對超稠油餾分分布的影響

風城超稠油、減黏2號樣、減黏3號樣各餾程段收率見表5。

從表5可以看出，風城超稠油520 ℃之前收率為42.69%，大于520 ℃收率為57.07%；減黏2號樣520 ℃之前收率為51.62%，大于520 ℃收率為48.08%；減黏3號樣520 ℃之前收率62.18%，大于520 ℃收率為37.54%。

表2 反應溫度對減黏油性質的影響

圖2 反應溫度與減黏率和API的關系

圖3 反應溫度與硫、氮、酸值的關系

圖4 反應溫度與殘炭、凝點的關系

圖5 反應溫度與蠟、瀝青質、膠質的關系

表3 反應時間對減黏油性質的影響

圖6 反應時間與減黏率、API度的關系

圖7 反應時間與硫、氮、酸值的關系

減黏后超稠油各餾分與超稠油各餾分相比，200 ℃之前餾分收率分別增加1.33百分點和2.62百分點；200～280 ℃之間餾分分別增加2.26百分點和5.51百分點；變壓器餾分（280～340 ℃）分別增加1.79百分點和4.33百分點；減二餾分（340～400 ℃）分別增加1.19百分點和3.94百分點；減三餾分（400～450 ℃）分別增加0.9百分點和4.66百分點；減四餾分（450～520 ℃）分別增加1.46百分點和1.57百分點。

低凝稠油80 ℃運動黏度通常為200～300 mm2/s。從表2、表3可以看出，減黏試驗中，除1號減黏油80 ℃運動黏度為380.8 mm2/s，大于低凝稠油進廠值外，其他試驗條件下的減黏油黏度都小于進廠值，表明減黏工藝可以很好降低超稠油的黏度，使其滿足現有管輸條件。

結論

☆超稠油具有密度大、黏度大、凝點高、殘炭值高、潤滑油餾分少、硫和氮含量高，總拔出率低，難于輸送等特點。

☆熱裂化工藝對超稠油降黏效果理想，超稠油經熱裂化工藝后可以滿足油田管輸要求。

圖8 反應時間與蠟、瀝青質、膠質含量的關系

表4 反應壓力對減黏油性質影響

表5 實沸點較寬餾分段收率

☆減黏后的各潤滑油餾分收率增加，總拔出率提高。隨著減黏反應苛刻度的增加，減黏后超稠油小于450 ℃餾分從27.66%增至48.72%，增加幅度達21.06百分點；450～520 ℃之間的餾分先增加后減?。淮笥?20 ℃渣油收率從57.07%減至37.54%，降低幅度達19.53百分點。