张 亮

(山东齐胜工贸股份有限公司，山东 淄博 255400)

油砂作为一种新发现的重要的非常规能源，势必会成为石油的一种重要补充能源。随着全球石油资源消耗的增加和原油价格的高居不下，研发油砂分离技术，开发油砂中的油砂油会在很大程度上缓解石油资源紧缺的紧张局势。所以说，油砂资源的开发利用将会有着巨大的发展前景[1-3]。随着技术的不断发展，油砂产业将会步入正规化发展，带来巨大的经济效益，也会发挥重要的战略作用[4]。油砂油一般为高密度、高黏度、高凝点的固态膏状物，即为油砂沥青,其化学组成复杂，主要为稠环芳烃及大分子的烃类，胶质、沥青质质量分数高，硫、氮、金属质量分数亦高[5-6]。

常规原油中的轻柴油、含蜡重油、渣油馏分的质量分数分别为15%～30%、25%、45%～50%[7]。油砂油的减压馏分油的收率比常压馏分高，此馏分的特性黏数较低，硫和氮质量分数高，因此必须对其进行深度精制加工以除去多环短侧链组分，这样才能得到理想的润滑油调和组分[8]。

1 试验部分

1.1 试验原料

油砂油热加工的原料来自印度尼西亚油砂分离得到的油砂油，原料性质如表1所示。

由表1可以看出：印度尼西亚油砂的胶质、沥青质质量分数较高。虽然在馏程测定过程中，可能会存在一定裂解反应，但按此馏分组成，其价值应高于一般的渣油价值。

表1 原料油性质

1.2 溶剂与仪器

万用电热炉、电阻丝、瓷珠、电加热带、热电偶、电子称、冷凝管、弯头、锥形瓶、橡胶管、生料带、铁架台、保温棉、仪表显示器。

1.3 试验方法

(1)热裂解生产沥青试验，以沥青软化点为主要控制因素，寻找在软化点合格的条件下，轻质油的拔出率。

(2)热裂解生产焦炭试验，以最高的轻质油拔出率为主要控制因素，考察加热速率、加热终温、催化剂加入量等因素对轻质油收率和焦炭产率的影响。

2 试验结果与讨论

2.1.1 热裂解生产沥青结果

试验的控制指标是沥青软化点(≤130 ℃)，所以试验的软化点尽量接近130 ℃。试验结果如表2所示。

表2 热裂解生产沥青试验

由表2中的数据绘制软化点对液收、气收、焦炭产率的变化关系曲线，如图1～2所示。

由图1中的变化曲线可以看出:随着沥青软化点的升高，轻质油的收率呈上升趋势变化。因为随着轻质油拔出率的升高，剩余沥青中的轻组分减少，使得沥青软化点升高。软化点合格时，轻质油拔出率为47.05%。

由图2可以看出:随着沥青软化点的升高，沥青产率逐渐降低。因为随着裂解深度的增加，轻质油的拔出率增加，裂解产生的裂解气也逐渐增多，所以沥青产量降低。

图1 沥青软化点与液收的关系

图2 沥青软化点与沥青产率的关系

2.1.2 热裂解试验轻质油性质分析

通过控制沥青软化点进行浅度热裂解反应，得到了大约47%(占原油)的轻质油。试验对所得的轻质油进行性质分析，分析结果如表3所示。

表3 油品性质分析结果

2.2 热裂解生产焦炭

2.2.1 加热速率对试验结果的影响

通过改变加热功率来调节热裂解的加热速率。本试验总共考察了5个功率条件下，对试验效果的影响，试验结果如图3所示。

图3 加热功率与各组分收率关系

由图3可以看出：随着加热功率的增大，轻质油的收率明显增加。由此可以看出，加热速率增大，利于焦化反应。因为加热速率大，反应器升温较快、较高，反应速率和反应深度增大，缩短了原料在反应器内的停留时间，焦炭中的挥发分也会减少。同时加热功率大可以提供给原料油足够的热量，会减少二次裂化反应的进行，减少反应器内的结焦。所以焦化反应必须尽量缩短反应时间，加大反应速率和反应深度，选择最大的加热功率(3 kW)进行试验。

2.2.2 催化剂A加入量对试验效果的影响

在加热功率为最大的条件下，考察A的加入量分别为0.5%、1%、2%、2.5%、3%、4%、5%、6%时对于试验效果的影响，试验结果如图4所示。

由图4可以看出：加入催化剂A后对于热裂解反应起到了一定的作用。随着催化剂的加入量的增加，轻质油馏分收率呈现先上升后下降的变化，而且变化很明显。在A的加入量为1%时，馏分油的收率最大，焦炭产率也较低。随着A加入量增加，焦炭的收率变化不明显，干气的产率持续升高。起初阶段催化剂量的增加对主反应促进程度较大，而后继续增加加入量则对副反应促进程度增大，最终导致随用量增加活性出现峰值。

图4 催化剂加入量对试验效果的影响

2.2.3 轻质油性质分析

焦化轻油性质分析结果见4。

表4 焦化轻油性质分析结果

3 结论

(1)热裂解生产沥青与轻油，控制沥青软化点≤130 ℃时，沥青与轻油产品收率可达到最优值。

(2)提高加热速率和温度以及添加适宜的催化剂，可以显著地提升焦化反应深度，增加轻油产品收率。

(3)油砂油裂解得到的轻质油含硫质量分数达到4.3%，超过国家规定，需要进行脱硫和精制深加工。