重質燃料提煉輕質燃料油技術研究*

王志成，張偉君，李廣玉

（黑龍江省能源環(huán)境研究院，黑龍江 哈爾濱150027）

重質燃料提煉輕質燃料油技術研究*

王志成，張偉君，李廣玉

（黑龍江省能源環(huán)境研究院，黑龍江 哈爾濱150027）

奧里油、超重質瀝青、渣油等重質燃料在非高壓、不加氫氣條件下，在480℃煉制輕質燃料油來替代柴油。應用計算機仿真試驗系統(tǒng)優(yōu)化催化劑各配方組分，最終確定催化劑組分；確定了催化劑的添加比例；對不同重質原料進行煉制分析，繪制煉制曲線；分析了煉制過程的影響因素，主要因素是溫度、時間;確立了回歸方程。設計煉制工藝及設備，對提煉的輕質燃料油進行理化分析，并與柴油進行對比試驗，在相同運行條件下，輕質燃料油比0#柴油多耗油0.7%。

重質燃料；煉制；輕質燃料油；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

奧里油、超重質瀝青、渣油中都含有大量的膠狀瀝青狀物質，它是由各種不同結構的高分子化合物構成的復雜混合物，其相對分子質量很高，有超長的分子鏈（如圖1），其成分中膠質和瀝青質占有很高的比例。它是流動性很差的黏稠液體，呈褐色至暗褐色，有很強的著色能力，使用時會產生炭渣，造成零件的磨損和油管路堵塞。

圖1 渣油瀝青質結構單元圖（1）Fig.1 Structural unit of the asphaltene residue

根據這些特點，它們只能做鍋爐的燃料，或者做建筑防水使用。因此，提高重質燃料綜合、高效利用是科研人員研究的重點。必須打斷超長的分子鏈，在12～22之間進行重組，同時進行脫色、通透及穩(wěn)定處理，才能改善油品的性質。

1 研究實驗部分

1.1 液體催化劑的研究

我們應用計算機仿真試驗系統(tǒng)，對液體催化劑進行研究分析，確定了催化劑的組分及配方（見圖2）。

催化劑主要包括：分子斷鏈劑（A）、十六烷值增強劑（B）、抗腐劑（C）、催化燃燒劑（D）[2]，根據燃料對十六烷值的要求進行正交設計試驗分析，確定三種水平：

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

圖2 計算機仿真模擬試驗系統(tǒng)圖Fig.2 Computer simulation test system

表1 計算機仿真正交設計數據表Table 1 Orthogonal design data by computer simulation

四個極差 8.4、2.4、2.7、2.7 中最大的是 8.4，這說明A對十六烷值影響最大。第9號試驗中A3為最佳水平，其它D3也是最佳水平，B3、C2是在2水平上，因此第9號試驗方案是最佳方案。

1.2 實驗室蒸餾試驗

確定液體催化劑配方后，要檢驗催化劑有效性，特別是對奧里油、超重質瀝青、渣油等不同燃料分別進行試驗，以求得最佳液體催化劑的摻入量。應用優(yōu)選法，我們找到了5%的催化劑加入量，從常溫加熱到480℃，蒸餾時間為3h左右。

根據試驗數據畫出燃料的煉制曲線。有奧里油煉制曲線圖（圖4），巴林超重質瀝青煉制曲線圖（圖5），遼河稠油煉制曲線圖（圖6），渣油煉制曲線圖（圖 7），180#重質油煉制曲線圖（圖8）。

圖3 實驗室煉制裝置Fig.3 Laboratory refining device

圖4 奧里油煉制曲線Fig.4 Orimulsion refining curve

圖5 巴林超重質瀝青煉制曲線圖Fig.5 Bahrain extra-heavy asphalt refining curve

圖6 遼河稠油煉制曲線圖Fig.6 Liaohe heavy oil refining curve

圖7 渣油煉制曲線圖Fig.7 Liaohe residuel oil refining curve

圖8 180#重質油煉制曲線圖Fig.8 180#heavy oil refining curve

2 結果與討論

在試驗中，我們發(fā)現出油進程與時間也有一定的關系，這說明煉制過程受多種因素的影響，主要因素是溫度、時間。我們對這兩種因素進行試驗，尋找多元回歸方程，以指導煉制實踐工作。試驗中收集了溫度（C）單位℃，時間（t）單位min和輕質燃料油體積（V）單位mL的試驗數據，超重質瀝青煉制輕質燃料油試驗數據列表如下（見表2）。

表2 蒸餾數據表Table 2 Distillation data

設試驗多元回歸方程為：

根據試驗數據計算：

3 煉制工藝及煉制裝置設計

3.1 煉制工藝

本技術在非高壓、不加氫氣的條件下，加入5%的液體催化劑，溫度480℃，煉制出輕質燃料油。奧里油煉制工藝流程見圖9。

圖9 奧里油煉制工藝流程圖Fig.9 Orimulsion refining flow chart

3.2 煉制裝置

煉制裝置由反應釜、控制柜、集油裝置、干氣濾放裝置、冷凝系統(tǒng)組成，其中重要部分是反應釜，它有加熱裝置，保證原料在規(guī)定時間內加熱到480℃；還要有保溫措施，減少熱量散失，從而避免影響煉制進程。同時反應釜還要有足夠的液相、汽相轉換的汽化空間，保證原料有較高的出油率。反應釜如圖10：

圖10 煉制反應釜Fig.10 The refining reactor

4 輕質燃料油的檢測及臺架試驗

4.1 主要技術指標

表3 主要技術指標Table 3 Main specifications

4.2 臺架試驗

（1）試驗用油

a.0#柴油；b.輕質燃料油。

（2）試驗條件

在同一臺S1110型柴油機試驗臺架上，額定1000r/min轉速下用上述兩種燃油進行，連續(xù)運轉24h的燃油消耗量對比試驗。

（3）試驗數據記錄臺架試驗記錄（見表4）

表4 試驗數據Table 4 Test data

（4）試驗結果

在相同運行條件下，輕質燃料油比0#柴油多耗油0.7%。

5 結論

目前，國內外還沒有奧里油、超重質瀝青在非高壓，不加氫氣的條件下煉制輕質燃料油技術，奧里油、超重質瀝青只能乳化處理，用于燃燒或建筑防水、鋪路等。

黑龍江省能源環(huán)境研究院研制的奧里油或超重質瀝青煉制技術是以5%液體催化劑直接加入奧里油或超重質瀝青中，混合后，送入煉制裝置中，從室溫蒸餾到480℃，使奧里油、超重質瀝青中的超大分子鏈斷開，在12～22之間重組，并同時進行脫色、脫硫、通透和穩(wěn)定性處理，從而煉制出輕質燃料油。這是石油煉制技術的一次突破。

［1］何學良，詹永厚，李疏松.內燃機燃料［M］.北京：中國石化出版社，1999：29.

［2］尾崎萃.催化劑手冊［M］.北京：化學工業(yè)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 *基金項目：國家科技攻關計劃項目（編號：2004BA907A32）

王志成（1973-），男，哈爾濱市人，高級工程師，學士學位，研究室主任，主要從事替代能源技術、清潔能源技術、鍋爐尾氣凈化技術的研究工作。