CN114479896B - 一种分离石油沥青组分的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种分离石油沥青组分的方法,该方法包括以下步骤:S1、将石油沥青置于带有搅拌装置的高压反应釜中,S2、在惰性气体氛围保护下,搅拌并升高温度,进行反应,S3、反应结束,冷却降温后停止搅拌,静置后开启高压釜,反应产物分层,上部得到高饱和份和芳香份的沥青油,下部为含有强极性高稠环芳烃的沥青焦。该分离石油沥青组分的方法操作简单,可有效、快速分离石油沥青轻重组分,从而实现石油沥青最大化利用。

Description

一种分离石油沥青组分的方法
技术领域
本发明属于石油加工领域,尤其涉及一种分离石油沥青组分的方法。
背景技术
石油沥青作为石油加工过程中的一种产品,年产量巨大,价格低廉,通常直接被用于道路铺助、路面养护、制备房屋涂料等。石油沥青低温下具有流动性差、粘度高特点,使用过程中存在过度浪费等问题,而高温加热又不可避免引起一系列环境问题。由于石油沥青组成复杂,常减压蒸馏、催化裂化等常规石油炼制技术难以对其进行高效洁净转化。因此,石油沥青高效利用已成为世界性难题。
石油沥青的化学组成复杂,对组成进行分析十分困难,且其化学组成并不能反映沥青性质的差异。因此,通常根据组分化学成分和物理力学性质的不同,石油沥青分为饱和份、芳香份、胶质、沥青质。石油沥青通常被认为是由胶体结构模型的组分构成,沥青质和胶质具有较强的极性,作为胶核的沥青质通过胶溶剂胶质的稳定作用分散于极性较弱的分散介质油分中,且具有明显的布朗运动。在沥青胶体结构模型中,沥青质处在胶束中心,其表面或内部吸附有可溶质;可溶质中分子量最大、芳香性最强的分子质点最靠近胶束中心,周围吸附芳香性较低的轻质组分,从而逐渐连续的过渡到胶束间相。
石油沥青组分组成具有较大差别,具有不同的应用范围,因此将其组分分离是实现沥青高附加值利用的重要途径。胶体体系的稳定性与外界条件密切相关,因此,可通过改变外界条件破坏胶体体系的稳定性,进而实现胶体分散相与分散介质分离。例如:基于沥青质胶体体系的多分散性,可通过超离心法实现沥青质、胶质等分子量较大的组分的分离;基于组分极性的不同,可通过薄层色谱法进行四组分、六组分甚至八组分分离。由于石油沥青组分之间没有明显界线,得到的产物往往是两种甚至多种组分的混合物,分离过程复杂,难以规模化应用。
石油沥青轻重组分快速、高效分离在实际生产中具有重要意义。石油沥青轻组分可用作燃料或者二次转化原料,对实现石油沥青轻质化利用具有重要意义;重组分富含芳烃化合物,通过溶剂萃取、高温碳化等工艺可实现芳烃组分定向转化,制备导电性优异、存储容量高的新型石墨烯碳材料,对实现石油沥青高附加值利用具有重要意义。有鉴于此,根据不同实际需求,通过简单调控反应工艺参数,批量实现石油沥青组分的调控与分离,具有重要的研究意义和应用价值。
发明内容
针对以上所述,本发明的目的在于提供一种分离石油沥青组分的方法,该分离石油沥青组分的方法操作简单,可有效、快速分离石油沥青轻重组分,从而实现石油沥青最大化利用。
为此,本发明提供一种分离石油沥青组分的方法,该方法包括以下步骤:
S1、将石油沥青置于带有搅拌装置的高压反应釜中,
S2、在惰性气体氛围保护下,搅拌并升高温度,进行反应,
S3、反应结束,冷却降温后停止搅拌,静置后开启高压釜,反应产物分层,上部得到高饱和份和芳香份的沥青油,下部为含有强极性高稠环芳烃的沥青焦。
本发明中,石油沥青在高压釜中,高温高压和强力搅拌条件下,破坏石油沥青胶体体系,分散介质中部分环烷烃,同时分散相中沥青质、溶剂胶质分子稠环芳烃烷基侧链部分断裂、分子间发生缔合反应形成较大分子,经过反应之后的体系发生分层,上层为富含饱和份和芳香份的沥青油,而下层为富含胶质、沥青质稠环芳烃的沥青焦,从而实现石油沥青中轻重组分分层富集。
本发明所述的分离石油沥青组分的方法,其中,所述反应的温度优选为300℃以上,进一步优选为300~600℃,更进一步优选350~450℃。本发明所述反应温度对油焦的分离结果起决定性作用。温度较低时,体系具有黏度大,分散效果差的特点,难以达到反应要求;温度越高,黏度越小,体系分散性变好,此时体系内的稠环芳烃烷基侧链形成高活性自由基,发生剧烈的聚沉反应;温度过高时,自由基与体系内的轻组分介质过度结合,大量的小分子因高压而稀释油相浓度,过度的接触反应,造成产物全为固体焦。
本发明所述的分离石油沥青组分的方法,其中优选的是,所述反应的时间为1~24h;所述静置的时间为1~2h。
本发明所述的分离石油沥青组分的方法,步骤S2中,优选的是,所述反应的条件为搅拌并以3~8℃min-1升温至350~450℃,保温1~24h;反应结束后待温度冷却至140~160℃时停止搅拌,静置1~2h。
本发明所述的分离石油沥青组分的方法,步骤S2中,所述反应的条件优选为:
以3~8℃min-1升温至360~380℃,保温10~24h;
或以3~8℃min-1升温至380~390℃,保温6~14h;
或以3~8℃min-1升温至390~400℃,保温6~12h;
或以3~8℃min-1升温至400~410℃,保温2~5h;
或以3~8℃min-1升温至410~420℃,保温1~2h。不同的反应温度及时间得到的产物:沥青油和沥青焦的组成会有所不同。
本发明所述的分离石油沥青组分的方法,其中优选的是,所述反应过程中,通过缓慢开启出口阀调节反应体系压力维持在6~10MPa。该压力范围内,能够保证沥青油的生焦过程和裂解过程可控,石油沥青能够维持稳态发生反应。过低的反应压力不利于大分子稠环芳烃等不稳定易结焦组分的快速结焦,同时裂解出的小分子过快的溢出不利于反应釜内沥青油保持流动性,最后出反应釜的产物很难将沥青油与沥青焦分开,且沥青油中沥青质含量通常偏高。
本发明所述的分离石油沥青组分的方法,其中优选的是,所述惰性气体为氮气或氩气,进一步优选氮气。
本发明所述的分离石油沥青组分的方法,其中优选的是,石油沥青原料含有较多饱和份和芳香份,所述石油沥青中沥青质含量不低于6wt%。
本发明所述的分离石油沥青组分的方法,其中优选的是,所述石油沥青选自石油沥青30#、石油沥青50#、石油沥青70#、脱油沥青中的至少一种。
本发明所述的分离石油沥青组分的方法,其中优选的是,所述搅拌速度不低于100转/min,进一步优选大于200转/min,更进一步优选200~1000转/min。本发明的搅拌速度的大小会影响油焦组份的分离效果,随着搅拌速度的提高,油焦组份形成均一的体系,且难以并融,造成分离效果不佳。
本发明提供的分离石油沥青组分的方法,在高温高压条件下,破坏石油沥青的胶体体系,作为分散介质的饱和份和芳香份粘度降低,发生分子内脱氢芳构化及分子间的脱氢缩合反应;分散相沥青质和胶溶剂胶质分子稠环芳烃烷基侧链断裂,导致分子活性增强,同时高温条件下分子布朗特运动加剧,导致分子间发生缔合反应,分子量升高。反应结束后静置,体系发生分层,上层为富含饱和份和芳香份的沥青油,而下层为富含胶质、沥青质稠环芳烃大分子的沥青焦,从而实现石油沥青轻重组分的分层富集。
本发明提供的分离石油沥青组分的方法,在高温高压条件下,石油沥青胶体体系中分散介质油分分子运动加剧,伴随分子中环烷烃轻度缩合为芳环,分散相沥青质和胶溶剂胶质分子间接触并缔合为较大分子,从而石油沥青胶体体系遭到破坏,发生轻重组分上下分层。本发明的方法操作简单,可有效可有效、快速分离石油沥青轻重组分,从而实现石油沥青最大化利用。
具体实施方式
以下对本发明的实施例作详细说明:本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施,给出了详细的实施方式和过程,但本发明的保护范围不限于下述的实施例,下列实施例中未注明具体条件的实验方法,通常按照常规条件。
本发明提供一种分离石油沥青组分的方法,该方法包括以下步骤:
S1、将石油沥青置于带有搅拌装置的高压反应釜中,
S2、在惰性气体氛围保护下,搅拌并升高温度,进行反应,
S3、反应结束,冷却降温后停止搅拌,静置后开启高压釜,反应产物分层,上部得到高饱和份和芳香份的沥青油,下部为含有强极性高稠环芳烃的沥青焦。
本发明中,石油沥青在高压釜中,高温高压和强力搅拌条件下,破坏石油沥青胶体体系,分散介质中部分环烷烃,同时分散相中沥青质、溶剂胶质分子稠环芳烃烷基侧链部分断裂、分子间发生缔合反应形成较大分子,经过反应之后的体系发生分层,上层为富含饱和份和芳香份的沥青油,而下层为富含胶质、沥青质稠环芳烃的沥青焦,从而实现石油沥青中轻重组分分层富集。
在一些实施例中,所述反应的温度优选为300℃以上,进一步优选为300~600℃,更进一步优选350~450℃。本发明所述反应温度对油焦的分离结果起决定性作用。温度较低时,体系具有黏度大,分散效果差的特点,难以达到反应要求;温度越高,黏度越小,体系分散性变好,此时体系内的稠环芳烃烷基侧链形成高活性自由基,发生剧烈的聚沉反应;温度过高时,自由基与体系内的轻组分介质过度结合,大量的小分子因高压而稀释油相浓度,过度的接触反应,造成产物全为固体焦。
在一些实施例中优选的是,所述反应的时间为1~24h;所述静置的时间为1~2h。
在一些实施例中,步骤S2中,优选的是,所述反应的条件为搅拌并以3~8℃min-1升温至350~450℃,保温1~24h;反应结束后待温度冷却至140~160℃时停止搅拌,静置1~2h。
在一些实施例中,步骤S2中,所述反应的条件优选为:
以3~8℃min-1升温至360~380℃,保温10~24h;
或以3~8℃min-1升温至380~390℃,保温6~14h;
或以3~8℃min-1升温至390~400℃,保温6~12h;
或以3~8℃min-1升温至400~410℃,保温2~5h;
或以3~8℃min-1升温至410~420℃,保温1~2h。不同的反应温度及时间得到的产物:沥青油和沥青焦的组成会有所不同。
在一些实施例中优选的是,所述反应过程中,通过缓慢开启出口阀调节反应体系压力维持在6~10MPa。该压力范围内,能够保证沥青油的生焦过程和裂解过程可控,石油沥青能够维持稳态发生反应。过低的反应压力不利于大分子稠环芳烃等不稳定易结焦组分的快速结焦,同时裂解出的小分子过快的溢出不利于反应釜内沥青油保持流动性,最后出反应釜的产物很难将沥青油与沥青焦分开,且沥青油中沥青质含量通常偏高。
在一些实施例中优选的是,所述惰性气体为氮气或氩气,进一步优选氮气。
在一些实施例中优选的是,石油沥青原料含有较多饱和份和芳香份,所述石油沥青中沥青质含量不低于6wt%。
在一些实施例中优选的是,所述石油沥青选自石油沥青30#、石油沥青50#、石油沥青70#、脱油沥青中的至少一种。
在一些实施例中优选的是,所述搅拌速度不低于100转/min,进一步优选大于200转/min,更进一步优选200~1000转/min。本发明的搅拌速度的大小会影响油焦组份的分离效果,随着搅拌速度的提高,油焦组份形成均一的体系,且难以并融,造成分离效果不佳。
本发明对热处理温度和压力进行了类似实施例中的说明,只是便于列举本发明实施的案例,并不能说明在本发明所限定的范围之外不能实施。
石油沥青原料1来源于中石油石油化工研究院,型号为高富70#,其四组分数据为:19.53wt%饱和份、34.29wt%芳香份、39.98wt%胶质、6.2wt%沥青质,用于实施例1-4。
石油沥青原料2来源于中石油江苏燃料沥青有限责任公司,型号为马瑞50#其四组分数据为:19.26wt%饱和份、33.43wt%芳香份、44.01wt%胶质、5.3wt%沥青质,用于实施例5-7。
实施例1
取受热均匀呈流动态石油沥青60g装入100L高温反应釜,先按照2-4-2Mpa压力顺序充放氮气置换,后在0.3MPa压力下氮气吹扫半小时,最后充入2MPa氮气密封装置,开启320转/min搅拌并升温至350℃,维持10h,反应过程中通过开启泄压阀控制反应体系压力为5Mpa。
反应结束后待温度冷却至150℃时停止搅拌,并开启泄压阀释放体系压力至压力表示数为0,静置1h。开启高压釜,上部得到高饱和份和芳香份的沥青油,质量为16.8g;下部为富含高稠环芳烃且极性较强的沥青焦,质量为6.8g。分别对上下层产物进行四组分表征,结果如表1所示。
实施例2
取受热均匀呈流动态石油沥青60g装入100L高温反应釜,先按照2-4-2Mpa压力顺序充放氮气置换,后在0.3MPa压力下氮气吹扫半小时,最后充入2MPa氮气密封装置,开启300转/min搅拌并升温至370℃,维持8h,反应过程中通过开启泄压阀控制反应体系压力为6Mpa。
反应结束后待温度冷却至150℃时停止搅拌,并开启泄压阀释放体系压力至压力表示数为0,静置2h。开启高压釜,上部得到高饱和份和芳香份的沥青油,质量为18.8g;下部为富含高稠环芳烃且极性较强的沥青焦,质量为7.8g。分别对上下层产物进行四组分表征,结果如表2所示。
实施例3
取受热均匀呈流动态石油沥青60g装入100L高温反应釜,先按照2-4-2Mpa压力顺序充放氮气置换,后在0.3MPa压力下氮气吹扫半小时,最后充入2MPa氮气密封装置,开启300转/min搅拌并升温至390℃,维持10h,反应过程中通过开启泄压阀控制反应体系压力为8Mpa。
反应结束后待温度冷却至150℃时停止搅拌,并开启泄压阀释放体系压力至压力表示数为0,静置1h。开启高压釜,上部得到高饱和份和芳香份的沥青油,质量为16.7g;下部为高稠环芳烃极性较强的沥青焦,质量为8.4g。分别对上下层产物进行四组分表征,结果如表3所示。
实施例4
取受热均匀呈流动态石油沥青60g装入100L高温反应釜,先按照2-4-2Mpa压力顺序充放氮气置换,后在0.3MPa压力下氮气吹扫半小时,最后充入2MPa氮气密封装置,开启500转/min搅拌并升温至400℃,维持6h,反应过程中通过开启泄压阀控制反应体系压力为7Mpa。
反应结束后待温度冷却至140℃时停止搅拌,并开启泄压阀释放体系压力至压力表示数为0,静置1h。开启高压釜,上部得到高饱和份和芳香份的沥青油,质量为15.2g;下部为高稠环芳烃极性较强的沥青焦,质量为9.8g。分别对上下层产物进行四组分表征,结果如表4所示。
实施例5
取受热均匀呈流动态石油沥青60g装入100L高温反应釜,先按照2-4-2Mpa压力顺序充放氮气置换,后在0.3MPa压力下氮气吹扫半小时,最后充入2MPa氮气密封装置,开启400转/min搅拌并升温至410℃,维持4h,反应过程中通过开启泄压阀控制反应体系压力为9Mpa。
反应结束后待温度冷却至140℃时停止搅拌,并开启泄压阀释放体系压力至压力表示数为0,静置2h。开启高压釜,上部得到高饱和份和芳香份的沥青油,质量为12.9g;下部为高稠环芳烃极性较强的沥青焦,质量为10.7g。分别对上下层产物进行四组分表征,结果如表5所示。
实施例6
取受热均匀呈流动态石油沥青60g装入100L高温反应釜,先按照2-4-2Mpa压力顺序充放氮气置换,后在0.3MPa压力下氮气吹扫半小时,最后充入2MPa氮气密封装置,开启200转/min搅拌并升温至420℃,维持2h,反应过程中通过开启泄压阀控制反应体系压力为10Mpa。
反应结束后待温度冷却至160℃时停止搅拌,并开启泄压阀释放体系压力至压力表示数为0,静置1h。开启高压釜,上部得到高饱和份和芳香份的沥青油,质量为9.8g;下部为高稠环芳烃极性较强的沥青焦,质量为15.6g。分别对上下层产物进行四组分表征,结果如表6所示。
实施例7
取受热均匀呈流动态石油沥青60g装入100L高温反应釜,先按照2-4-2Mpa压力顺序充放氮气置换,后在0.3MPa压力下氮气吹扫半小时,最后充入2MPa氮气密封装置,开启420转/min搅拌并升温至450℃,维持6h,反应过程中通过开启泄压阀控制反应体系压力为10Mpa。
反应结束后待温度冷却至140℃时停止搅拌,并开启泄压阀释放体系压力至压力表示数为0,静置1h。开启高压釜,上部得到高饱和份和芳香份的沥青油,质量为8.8g;下部为高稠环芳烃极性较强的沥青焦,质量为14.6g。分别对上下层产物进行四组分表征,结果如表7所示。
对比例1
取受热均匀呈流动态石油沥青60g装入100L高温反应釜,先按照2-4-2Mpa压力顺序充放氮气置换,后在0.3MPa压力下氮气吹扫半小时,最后充入2MPa氮气密封装置,开启320转/min搅拌并升温至280℃,维持10h,反应过程中通过补充氮气并开启泄压阀控制反应体系压力为5Mpa。
反应结束后待温度冷却至150℃时停止搅拌,并开启泄压阀释放体系压力至压力表示数为0,静置1h。开启高压釜,上部得到高饱和份和芳香份的沥青油,质量为56.6g;下部为富含高稠环芳烃且极性较强的沥青焦,质量为1.8g。分别对上下层产物进行四组分表征,结果如表8所示。
对比例2
取受热均匀呈流动态石油沥青60g装入100L高温反应釜,先按照2-4-2Mpa压力顺序充放氮气置换,后在0.3MPa压力下氮气吹扫半小时,最后充入2MPa氮气密封装置,开启320转/min搅拌并升温至200℃,维持10h,反应过程中通过补充氮气并开启泄压阀控制反应体系压力为5Mpa。
反应结束后待温度冷却至150℃时停止搅拌,并开启泄压阀释放体系压力至压力表示数为0,静置1h。开启高压釜,上部得到高饱和份和芳香份的沥青油,质量为58.9g;下部为富含高稠环芳烃且极性较强的沥青焦,质量为0g。分别对上下层产物进行四组分表征,结果如表9所示。
表1实施例1产物四组分组成
沥青油(上层) 沥青焦(下层)
饱和份/wt% 28.23 8.86
芳香份/wt% 57.41 24.16
胶质/wt% 13.61 55.34
沥青质/wt% 0.74 11.64
表2实施例2产物四组分组成
沥青油(上层) 沥青焦(下层)
饱和份/wt% 29.76 7.89
芳香份/wt% 55.93 25.23
胶质/wt% 13.56 54.26
沥青质/wt% 0.75 12.6
表3实施例3产物四组分组成
沥青油(上层) 沥青焦(下层)
饱和份/wt% 30.45 6.99
芳香份/wt% 55.37 23.48
胶质/wt% 12.98 54.73
沥青质/wt% 1.2 14.8
表4实施例4产物四组分组成
沥青油(上层) 沥青焦(下层)
饱和份/wt% 33.78 5.93
芳香份/wt% 53.04 20.48
胶质/wt% 11.68 57.69
沥青质/wt% 1.5 15.9
表5实施例5产物四组分组成
沥青油(上层) 沥青焦(下层)
饱和份/wt% 32.44 5.66
芳香份/wt% 55.43 21.59
胶质/wt% 10.83 58.05
沥青质/wt% 1.3 14.7
表6实施例6产物四组分组成
沥青油(上层) 沥青焦(下层)
饱和份/wt% 34.17 7.54
芳香份/wt% 49.84 22.28
胶质/wt% 14.19 54.08
沥青质/wt% 1.8 16.1
表7实施例7产物四组分组成
沥青油(上层) 沥青焦(下层)
饱和份/wt% 33.26 8.03
芳香份/wt% 50.91 21.96
胶质/wt% 13.93 53.27
沥青质/wt% 1.9 16.74
表8对比例1产物四组分组成
沥青油(上层) 沥青焦(下层)
饱和份/wt% 23.30
芳香份/wt% 39.14
胶质/wt% 30.10
沥青质/wt% 7.46
表9对比例2产物四组分组成
沥青油(上层) 沥青焦(下层)
饱和份/wt% 20.50
芳香份/wt% 35.14
胶质/wt% 39.91
沥青质/wt% 4.45
综上所述,本发明提供的分离石油沥青组分的方法,在高温高压条件下,破坏石油沥青的胶体体系,作为分散介质的饱和份和芳香份粘度降低,发生分子内脱氢芳构化及分子间的脱氢缩合反应;分散相沥青质和胶溶剂胶质分子稠环芳烃烷基侧链断裂,导致分子活性增强,同时高温条件下分子布朗特运动加剧,导致分子间发生缔合反应,分子量升高。反应结束后静置,体系发生分层,上层为富含饱和份和芳香份的沥青油,而下层为富含胶质、沥青质稠环芳烃大分子的沥青焦,从而实现石油沥青轻重组分的分层富集。
本发明提供的分离石油沥青组分的方法,在高温高压条件下,石油沥青胶体体系中分散介质油分分子运动加剧,伴随分子中环烷烃轻度缩合为芳环,分散相沥青质和胶溶剂胶质分子间接触并缔合为较大分子,从而石油沥青胶体体系遭到破坏,发生轻重组分上下分层。本发明的方法操作简单,可有效可有效、快速分离石油沥青轻重组分,从而实现石油沥青最大化利用。
当然,本发明还可有其它多种实施例,在不背离本发明精神及其实质的情况下,熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形,但这些相应的改变和变形都应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种分离石油沥青组分的方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:
S1、将石油沥青置于带有搅拌装置的高压反应釜中,
S2、在惰性气体氛围保护下,搅拌并升高温度,进行反应,
S3、反应结束,冷却降温后停止搅拌,静置后开启高压釜,反应产物分层,上部得到高饱和份和芳香份的沥青油,下部为含有强极性高稠环芳烃的沥青焦;
所述反应的温度为300~390℃;
所述反应过程中,通过缓慢开启出口阀调节反应体系压力维持在7~10Mpa;
所述搅拌速度为200~500转/min。
2.根据权利要求1所述的分离石油沥青组分的方法,其特征在于,所述反应的时间为1~24h;所述静置的时间为1~2h。
3.根据权利要求1所述的分离石油沥青组分的方法,其特征在于,步骤S2中,所述反应的条件为搅拌并以3~8℃ min-1升温至350~390℃,保温1~24h;反应结束后待温度冷却至140~160℃时停止搅拌,静置1~2h。
4.根据权利要求3所述的分离石油沥青组分的方法,其特征在于,步骤S2中,所述反应的条件为:
以3~8℃ min-1升温至360~380℃,保温10~24h;
或以3~8℃ min-1升温至380~390℃,保温6~14h。
5.根据权利要求1所述的分离石油沥青组分的方法,其特征在于,所述惰性气体为氮气或氩气。
6.根据权利要求1所述的分离石油沥青组分的方法,其特征在于,所述石油沥青中沥青质含量不低于6 wt%。
7.根据权利要求1所述的分离石油沥青组分的方法,其特征在于,所述石油沥青选自石油沥青30#、石油沥青50#、石油沥青70#、脱油沥青中的至少一种。
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