低QI軟瀝青預(yù)處理精制聯(lián)產(chǎn)高品質(zhì)改質(zhì)瀝青的工藝研究

楊帥遠(yuǎn) , 谷小虎 , 盧鵬宇 , 冀良良

(1.河南首成科技新材料有限公司 , 河南 許昌 452670 ; 2.河南神馬氫化學(xué)有限責(zé)任公司 , 河南 平頂山 467200)

0 前言

瀝青精制預(yù)處理是生產(chǎn)針狀焦的必要條件,隨著煤焦化工藝的革新,煤焦化副產(chǎn)焦油中的原生和次生QI(QI為喹啉不溶物,下同)不斷減少。相應(yīng)的,焦油加工的主產(chǎn)品軟瀝青中的QI逐漸降低,在軟瀝青精制預(yù)處理時(shí),原生產(chǎn)工藝指標(biāo)下生產(chǎn)出的精制瀝青經(jīng)延遲焦化得到的針狀焦流線型好、纖維結(jié)構(gòu)明顯。本次通過工藝研究探索降低溶劑比(溶劑與軟瀝青的比值,下同)和芳脂比(脂肪烴與芳香烴的比值,下同),節(jié)約輔材溶劑油和洗油,提高精制瀝青收率,并探索生產(chǎn)出高品質(zhì)的改質(zhì)瀝青[1-2]。

1 低QI軟瀝青預(yù)處理精制工藝

低QI的軟瀝青精制過程與常規(guī)QI的軟瀝青精制沉降除雜流程基本一致,控制指標(biāo)有所不同。低QI的軟瀝青精制沉降除雜需要的芳脂比、溶劑比偏低,降低了生產(chǎn)成本,同時(shí)沉降罐底采出的重相油量降低。也就是說,沉降罐頂采出的輕相油增加,提高了精制瀝青的收率,收率可達(dá)75%～77%。

低QI軟瀝青精制沉降除雜流程見圖1[3-4]。

圖1 低QI軟瀝青精制沉降除雜流程

1.1 低QI軟瀝青精制除雜溶劑比選擇

瀝青精制預(yù)處理正常生產(chǎn)時(shí),對低QI軟瀝青精制除雜所需的最佳溶劑比進(jìn)行了研究,低QI的軟瀝青QI含量為1～1.5。在低QI軟瀝青進(jìn)料量10 t/h,芳脂比0.9的條件下,沉降溫度控制在(130±2)℃,重相油采出量4.8 t時(shí),溶劑比設(shè)定0.88、0.90、0.92、0.95、0.98,沉降罐中的沉降分布及精制瀝青QI情況如表1所示。

表1 不同溶劑比對低QI軟瀝青沉降的影響

由表1可以看出,與一般軟瀝青的趨勢相似,隨著溶劑比的增加,低QI軟瀝青的連續(xù)沉降精制除雜效果呈上升趨勢,在溶劑比為0.90時(shí),沉降罐中的沉降界面維持在A5和A4之間,該界面為大生產(chǎn)過程中的安全界面,在降低溶劑消耗的前提下,該溶劑比可以滿足正常生產(chǎn)出QI接近于0的精制瀝青;在其他條件不變時(shí),低QI軟瀝青精制除雜的最佳溶劑比為0.90。

1.2 低QI軟瀝青精制除雜芳脂比選擇

瀝青精制預(yù)處理正常生產(chǎn)時(shí),對影響低QI軟瀝青精制沉降的另外一個(gè)重要指標(biāo)芳脂比進(jìn)行了研究,同樣的,低QI的軟瀝青QI為1～1.5,控制低QI軟瀝青進(jìn)料量10 t/h,溶劑比0.9,沉降溫度(130±2) ℃、重相油采出量4.8 t,芳脂比為0.87、0.90、0.93、0.95、0.97,沉降罐中的沉降分布及精制瀝青QI情況如表2所示。

表2 不同芳脂比對低QI軟瀝青沉降的影響

正常生產(chǎn)時(shí),通過改變芳脂比工藝條件得到的表2數(shù)據(jù),分析可知以下結(jié)論,芳脂比是影響低QI軟瀝青沉降的重要因素,調(diào)整芳脂比對低QI軟瀝青的沉降效果變化明顯,芳脂比高于0.90時(shí),沉降界面降至A5以下,芳脂比為0.90時(shí),沉降界面位于A5和A4之間,是較為理想的沉降位置,對正常生產(chǎn)的界面容易調(diào)控,生產(chǎn)出的精制瀝青QI也接近于0,因此,在其他條件不變時(shí),低QI軟瀝青精制除雜的最佳芳脂比為0.90。

1.3 低QI軟瀝青精制除雜重相油采出量選擇

在瀝青精制工序,沉降罐中重相油的采出量與精制瀝青的收率息息相關(guān)。在確保瀝青連續(xù)沉降過程長周期穩(wěn)定運(yùn)行的情況下,盡量降低罐底重相油的采出量是提高精制瀝青收率的關(guān)鍵環(huán)節(jié),利用低QI軟瀝青進(jìn)行精制預(yù)處理時(shí),找到最佳芳脂比、溶劑比的情況下,沉降界面易于控制,沉降罐底重相油采出部分未發(fā)生堵塞現(xiàn)象。以低QI軟瀝青為原料,按照進(jìn)料量10 t/h,溶劑比0.90,芳脂比0.90,沉降溫度(130±2) ℃的工藝指標(biāo),針對重相油采出量的變化對精制瀝青的收率進(jìn)行了研究。重相油采出量設(shè)定的變量為5、4.75、4.6、4.5、4.35、4.2 t/h,每種采出量實(shí)驗(yàn)的時(shí)間為10天,重相油采出的實(shí)時(shí)密度、流量擾動情況以及重相油泵P-1005出口壓力情況如表3所示。

表3 不同重相油采出量對精制瀝青收率及生產(chǎn)穩(wěn)定性的影響

通過研究發(fā)現(xiàn),隨著重相采出量的降低,重相油的密度逐漸增高。當(dāng)采出量為4.2 t/h時(shí),密度增高幅度突然增大;流量擾動變化和重相油泵出口壓力變化情況在較大采出量時(shí)沒有明顯變化;生產(chǎn)正常,在采出量為4.2 t/h時(shí),流量出現(xiàn)擾動,間隔性有小流量情況出現(xiàn),同時(shí)伴有泵出口壓力不同幅度降低,最低時(shí)降到0.15 MPa,對正常生產(chǎn)影響較大,長時(shí)間運(yùn)行有可能導(dǎo)致現(xiàn)場應(yīng)急處置;采出量4.2 t/h,生產(chǎn)出現(xiàn)不穩(wěn)定情況時(shí),對采出量進(jìn)行了調(diào)整。精制瀝青收率因采出量為4.2 t/h時(shí)生產(chǎn)不穩(wěn)定進(jìn)行了工藝調(diào)整,未納入統(tǒng)計(jì),由精制瀝青的收率變化情況看出(見圖2),在生產(chǎn)穩(wěn)定的前提下,用低QI軟瀝青為原料精制預(yù)處理,降低重相油的采出量對精制瀝青的收率貢獻(xiàn)明顯,達(dá)到76.1%。

圖2 重相油采出量對精制瀝青收率的影響

2 混配改性改質(zhì)瀝青研究

低QI軟瀝青預(yù)處理精制過程中副產(chǎn)有近25%的重質(zhì)瀝青,該瀝青含蒽油量大,軟化點(diǎn)低于20 ℃,市場銷售價(jià)格低,市場需求小。作為焦油加工原料,必須與焦油混配卸車才能卸入焦油槽,并且存在一定的安全隱患,同時(shí)改變了焦油的組成,對焦油蒸餾系統(tǒng)熱量平衡和物料平衡有一定的影響。重質(zhì)瀝青因含有QI的含量高與含QI低的軟瀝青混配,從理論上講,可以改善目前生產(chǎn)出的改質(zhì)瀝青質(zhì)量不達(dá)標(biāo)情況。經(jīng)過工業(yè)化工藝研究,找到合適的工藝條件,能夠?qū)崿F(xiàn)重質(zhì)瀝青的高附加值,并且生產(chǎn)出高品質(zhì)的改質(zhì)瀝青[5-6]。

控制低QI軟瀝青進(jìn)改質(zhì)瀝青系統(tǒng),溫度(250±2) ℃、進(jìn)料量12 t/h,其他改質(zhì)系統(tǒng)工藝指標(biāo)不變,配入低QI軟瀝青精制副產(chǎn)的重質(zhì)瀝青溫度為(230±2) ℃,原改質(zhì)瀝青的QI指標(biāo)為4～6,該重質(zhì)瀝青的QI為6～8。當(dāng)配入量為2、2.5、3、3.5、12 t/h的軟瀝青一起進(jìn)入改質(zhì)系統(tǒng)改質(zhì)后,改質(zhì)瀝青質(zhì)量情況如表4所示。

表4 重質(zhì)瀝青混配量對改質(zhì)瀝青質(zhì)量的影響

由表4可知,重質(zhì)瀝青混配軟瀝青生產(chǎn)的改質(zhì)瀝青QI比不混配重質(zhì)瀝青生產(chǎn)的改質(zhì)瀝青QI指標(biāo)有明顯的改善。混配量在2 t/h以上時(shí),生產(chǎn)的高品質(zhì)改質(zhì)瀝青QI為7%～10%,結(jié)合上下游裝置長周期生產(chǎn)和混配的穩(wěn)定性,最佳混配量為3.5 t/h。

3 結(jié)語

本文選擇溶劑比、芳脂比、重相油采出量和重質(zhì)瀝青混配量對低QI軟瀝青預(yù)處理精制聯(lián)產(chǎn)高品質(zhì)改質(zhì)瀝青進(jìn)行了研究。適合本地區(qū)低QI軟瀝青預(yù)處理精制的最優(yōu)控制指標(biāo)為溶劑比0.9,芳脂比0.9,重相油采出量4.35 t/h,重質(zhì)瀝青混配量3.5t/h。從生產(chǎn)實(shí)踐得出,低QI軟瀝青預(yù)處理精制生產(chǎn)的精制瀝青收率可以達(dá)到76.1%,用重質(zhì)瀝青混配低QI軟瀝青生產(chǎn)的改質(zhì)瀝青QI可以達(dá)到石墨電極行業(yè)需求的7%～10%高品質(zhì)改質(zhì)瀝青,并且大大提高了針狀焦生產(chǎn)企業(yè)預(yù)處理單元生產(chǎn)的低附加值中溫瀝青的附加值,節(jié)約了成本,同時(shí)也生產(chǎn)出滿足石墨電極行業(yè)的高品質(zhì)改質(zhì)瀝青,經(jīng)濟(jì)效益明顯。