减压渣油在柱形超声聚能反应器中的改质降黏

　　原油逐步变重、加工难度增大、渣油含量升高、轻质油收率下降等是炼油厂目前遇到的主要问题[1-3]。减压渣油组分非常复杂,包括高相对分子质量的芳香烃、沥青质、焦炭、树脂、小环的芳香烃和饱和烃[4-6]。现在已经有分离、热转化、加氢转化或加氢处理、流化床和固定床催化裂化等方法使渣油相对分子质量降低,从而提高渣油的利用价值。但是由于技术原因,目前减压渣油的用途仍十分有限。这些渣油转化方法会产生甚至比初始渣油更重的含碳副产物。另外,由于催化剂的成本以及活化和再循环费用较高,而使催化处理法具有其不足之处[7-8]。因此,开发合适的、经济有效的渣油加工方法是整个石油加工工业的目标。渣油超声波处理装置已得到了初步研究与开发[9-11],但目前国内关于采用超声波对减压渣油改质以达到降黏目的的研究鲜有报道。利用超声波的空化作用[12]可使渣油中的大分子裂解成较小分子,从而降低渣油的黏度和增加其轻组分。笔者设计了柱形超声波聚能反应器,以提高声能的利用效率和声场强度,从而更有效地进行减压渣油轻质化处理。

　　1 实验部分

　　1.1 原理

　　超声波换能器将电能转化为机械振动,传递到柱形处理装置使柱形腔产生径向振动而形成超声波,利用超声波在柱形腔的径向振动,致使声能在柱形腔的轴线区域产生聚集,声强达到最大。渣油分子在高强度超声波振动的激励下,发生分子裂解或使沥青质结构遭到破坏,从而使渣油轻组分增加,黏度降低。柱形超声波聚能反应器中的反应主要发生在其轴线区域。

　　1.2 油样

　　减压渣油样品由中国石化北京燕山分公司提供,其40°C时黏度为8.20Pa#s, Φ500°C轻组分体积分数为5%,凝点为35°C。

　　1.3 主要仪器和设备

　　渣油柱形超声波聚能反应器(超声波变幅杆长100mm,上截面直径30mm,下截面直径50mm,圆柱形反应器直径80mm,高80mm)、NDJ-1旋转黏度计,高沸点范围石油产品高真空蒸馏测定装置(SH/T 0165-92(2000)),石油产品凝点测定装置(GB/T 510-83)。柱形超声波聚能反应器实验装置如图1所示。

　　1.4 实验方法

　　取减压渣油油样150g,加入到柱形超声波聚能反应器中,预热至实验温度后开启超声波进行渣油改质处理,通过测定渣油降黏情况来初步表征改质效果。

　　2 结果与讨论

　　2.1 超声波处理对减压渣油黏温曲线的影响

　　在反应器超声波输出电压250V、频率为20kHz、温度180°C、时间60min的条件下进行超声波处理,然后在40、50、60、70和80°C下测量减压渣油的黏度,结果示于图2。

　　由图2可见,经超声波处理和未经超声波处理的减压渣油黏度均随着测定温度的升高而降低。在较低温度测定时黏度快速降低,随后下降趋于平缓;经超声波处理的减压渣油黏度低于未经超声波处理的减压渣油黏度,表明超声波处理会降低减压渣油的黏度,且对减压渣油的低温黏度的降黏改质效果优于高温黏度的降黏改质。