CN107227167A - 一种用重溶剂脱油沥青生产超硬沥青的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的一种重溶剂脱油沥青生产超硬沥青的方法及装置，包括原料罐、进料泵、氮气进料***、空气进料***、水蒸汽进料***等；原料罐出口与原料泵相连，原料泵出口管线分别与反应器上部和下部进料分布器相连，反应器顶部设有气体出口，向后依次连接三级冷凝器及各自对应的产物接收罐、尾气吸收罐和真空泵，最终的未凝气体由真空泵排出装置；所述的氮气进料***、空气进料***和水蒸汽进料***均与原料泵出口的两路管线相连。该装置可以按反应器顶部进料或底部进料两种方式进行操作，其优点是对原料的适应性广、进料方式灵活、轻质化组分收率高、可以重溶剂脱油沥青/煤硬质沥青为原料制备环球法软化点300℃以上的超硬沥青。

Description

一种用重溶剂脱油沥青生产超硬沥青的方法及装置
技术领域
本发明属于石油化工技术领域，主要涉及一种用重溶剂脱油沥青生产超硬沥青的方法及装置，特别是用C4或C5重溶剂脱沥青工艺副产的脱油沥青/硬质煤沥青生产超硬沥青的装置及使用方法。
背景技术
溶剂脱沥青工艺是以轻烃为溶剂进行重/渣油萃取分离的一种重油二次加工技术，在重油加工过程中占有重要的地位。溶剂脱沥青工艺所用的轻溶剂为丙烷，重溶剂一般为C4和C5，包括正丁烷、异丁烷、正戊烷、异戊烷及其混合物。重溶剂脱沥青工艺的优点是可以为催化裂化和加氢裂化等轻质化工艺提供更多的原料，同时也副产软化点为105～190℃、难经以高效利用的硬质脱油沥青，成为制约重溶剂脱沥青工艺的技术难题。
重溶剂脱油沥青和硬质煤沥青具有相似的性质，均可用于生产高软化点的沥青碳材料。重溶剂脱油沥青/硬质煤沥青软化点虽然较高，但作为碳材料使用其C/H比仍然偏低，将其进行深度裂解和缩合，可以制备C/H更高的超硬沥青，作为活性炭、耐火材料粘结剂、电极用粘结剂等的原料，同时也可以获得大量的轻质化组分，显著地提高脱油沥青/硬质煤沥青的附加值，为重溶剂脱油沥青/硬质煤沥青的高效利用开创一条新思路。中国发明专利CN102464989 A公开了一种高软化点沥青的制备方法，是将软化点30～75℃的渣油、直馏沥青、溶剂脱沥青工艺得到的脱油沥青、调和沥青中的一种或几种的混合物，加热至熔融状态，与占原料总质量0. 0 l%～5%的反应添加剂以及空气在80～180℃、混合时间1min～40min进行充分预混合反应，然后进入氧化反应器在200～340℃、氧化时间3～10小时进行吹气氧化，制备软化点为120℃以上、优选150℃以上的高温性能和感温性能优良的高软化点沥青产品。该发明优点是解决了现有氧化法生产高软化点沥青过程中存在的反应时间过长、空气分布不均、易结焦、氧化塔操作周期短，产品性能差等问题；其缺点一是在原料预混过程中采用搅拌式混合器或高剪切式混合器，不适合重溶剂脱油沥青原料；二是在反应过程中加入硫化铜、氯化铁等与多聚磷酸的无机混合物作为氧化催化剂，对产品造成了污染，不适合对高软化点沥青杂质或灰分要求严格的场合；三是由于该发明的反应温度低，主要以缩合反应为主，所制备的高软化点沥青的软化点较低，且反应过程无法获得更多的高附加值的轻组分；四是反应过程未考虑安全问题。发明专利CN 104946289 A公开了一种高软化点沥青、其制备方法及应用，以软化点为30～120℃中温煤焦油沥青、煤焦油或道路沥青为原料，在磁力搅拌釜中于200～300℃下进行空气氧化法，先制得高软化点沥青；然后在10～100kPa的真空度下抽出占高软化点沥青总质量5～30%的轻组分，最终制得软化点200～280℃、族组成分布较窄、轻组分含量较低，适宜于制备泡沫炭或纺丝沥青的高软化点沥青。该方法的缺点是反应温度较低，进料、反应和轻组分分离过程不连续，生产效率低，反应器气相未设置安全措施，存在着安全风险。发明CN 203820710 U公开了一种用于高软化点沥青的分离装置，主要通过闪蒸和减压蒸馏相结合的方法分离出原料中的轻组分，在分离塔底获得高软化点沥青，整个***属物理蒸馏装置。发明专利CN 105316019 A公开了一种生产高软化点沥青用的间歇氧化装置及其使用方法，由带有搅拌器的空气氧化反应器、位于空气氧化反应器底部的过滤器、位于过滤器底部的沥青接收器、与空气氧化反应器和沥青接收器相连的气体净化器、回收器和真空泵组成。该发明将原料装入空气氧化反应器中，控制所述空气氧化反应器在压力-90～-50kPa，温度250～400℃进行氧化反应，利用真空泵将氧化反应产生的气体经净化器和回收器后排出，氧化反应的产品经过过滤器后收集到滤清收集器内。该发明适合于小批量制备高软化点沥青，在一定程度上解决了沥青氧化试验所产生的有毒有害气体对实验环境的污染问题，但是，其缺点主要有：①原料一次性加入空气氧化反应器，由于沥青类原料导热系数很小，原料升温时间长且反应器不同区域的温度差较大；②在空气氧化反应器底部设置了过滤器，反应产物通过过滤器进入沥青接收器，因高转化点沥青的粘度极高，且反应过程中并未开启与沥青接收器相连的气体排出阀，沥青接收器的压力应高于空气氧化反应器的压力，故沥青产品很难通过过滤器进入沥青接收器；③该发明所制备的高软化点沥青在所述的反应温度下仍处于流动状态，说明的所述的沥青软化点不高于280℃；④设置真空泵的目的是为了解决沥青氧化结束放料时的有害气体外逸问题，而氧化反应产生的气体则经净化器和回收器后排出，造成轻组分浪费和环境污染；⑤空气氧化反应器运行过程中存在安全隐患。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提出一种用重溶剂脱油沥青生产超硬沥青的方法及装置，解决现有技术和装置原料软化点低、产品沥青含杂或软化点偏低、生产过程轻组分产率和回收率低以及存在尾气污染等问题，从而达到拓宽高软化点沥青生产装置原料范围、提高进料灵活性和运行安全性、提高轻组分的产率和回收率，生产具有更高软化点的超硬沥青的目的。
本发明实现上述目的所采用的技术方案是：将原料泵送出的融熔态的沥青原料与来自氮气进料***的氮气和/或来自水蒸汽进料***的水蒸汽在上进料加热炉前混合，通过上进料加热炉加热到预定温度后，从上部进料分布器进入反应器，来自空气进料***的空气经下部进料加热炉加热到预定温度后，从下部进料分布器进入反应器，反应过程中生成的更大分子量的沥青沉积在反应器的下部，生成的油气及空气中未反应组分与上部进料器进入的氮气和/或水蒸汽混合后，从反应器顶部的气体出口抽出，依次按不同的温度梯度进行三级冷凝冷却，各级冷凝液体收集到相应的产物接收罐中，最终的未凝气体脱硫脱硝后经真空泵排出装置；
或者将原料泵送出的融熔态的沥青原料与来自空气进料***的空气，以及来自水蒸汽进料***的水蒸汽在下进料加热炉前混合，通过下进料加热炉加热到预定温度后，从下部进料分布器进入反应器，来自氮气进料***的氮气经上部进料加热炉加热到预定温度后，从上部进料分布器进入反应器，反应过程中生成的更大分子量的沥青沉积在反应器的下部，反应生成的油气、水蒸汽及空气中未反应组分与上部进料分布器进入的氮气混合后，从反应器顶部的气体出口抽出，依次按不同的温度梯度进行三级冷凝，各级冷凝液体收集到相应的产物接收罐中，最终的未凝气体脱硫脱硝后经真空泵排出装置。
进一步，所述的沥青原料是指软化点为105～190℃的C4和/或C5重溶剂脱油沥青或硬质煤沥青。
进一步，所述的超硬沥青是指环球法软化点为300℃以上的改质石油沥青或改质煤沥青。
进一步，所述的反应器顶部的操作压力为1～3KPa。
进一步，所述原料罐内沥青原料的预热温度为200～330℃，优选220～310℃。
进一步，所述一级冷凝器的出口温度控制在80～160℃，优选100～140℃。
进一步，所述的二级冷凝器的出口温度控制在20～60℃，优选30～50℃。
进一步，所述的三级冷凝器的出口温度控制在0～-15℃，优选-5～-10℃。
进一步，所述的尾气吸收罐内装有液体/固体脱硫脱硝剂。
进一步，所述的液体脱硫脱硝剂为PH=11～14的碱性水溶液，优选氢氧化钠、氢氧化钾和碳酸钠水溶液。
进一步，所述的固体脱硫脱硝剂为成型的活性炭或金属氧化物，优选柱状活性炭和氧化锌/氧化钙小球。
实现上述用重溶剂脱油沥青生产超硬沥青方法的装置包括原料罐、进料泵、上进料加热炉、下进料加热炉、反应器、真空泵、阀门和管线，所述的原料罐带有搅拌器和外置电加热器，其底部出料口与原料泵入口相连，所述的原料泵出口管线分为两路，分别与上/下进料加热炉入口相连；还包括氮气进料***、空气进料***、水蒸汽进料***、一至三级冷凝器、重油接收罐、轻油接收罐、轻烃接收罐和尾气吸收罐；所述反应器设有上部进料分布器和下部进料分布器，分别与上进料加热炉和下进料加热炉的出口相连，所述反应器顶部还设有气体出口，按先后顺序依次与一级冷凝器、重油接收罐、二级冷凝器、轻油接收罐、三级冷凝器、轻烃接收罐、尾气吸收罐和真空泵相接；所述的氮气进料***、空气进料***和水蒸汽进料***均与所述的原料泵出口的两路管线相连，连接位置处于原料泵与上/下进料加热炉之间。
进一步，所述的氮气进料***、空气进料***和水蒸汽进料***均具有气体流量定量和调节功能。
进一步，所述的原料泵为齿轮泵或螺杆泵。
本发明的优点在于：1）针对重溶剂脱油沥青/硬质煤沥青软化点高、难以融熔和流动的特点，设置了带有搅拌器和外置电加热器的原料罐，可以为罐内原料提供更高的加热温度并能有效抑制局部过热结焦，提高了沥青原料的软化点，拓宽了装置的原料范围；2）所述反应器设置了上/下两路进料，沥青原料与空气既可同向混合进料，亦可逆向分离进料，提高装置进料的灵活性；3）在反应器顶部设置了蒸汽/氮气，在装置后路上设置了尾气处理***，增强了装置运行的安全性；4）原料与空气在高温和高真空度下进行浅度氧化，有利于热裂解反应发生，明显增加了轻质化组分的产率；5）对反应过程生成的气相产物进行分级冷凝回收，避免了设备冷凝器堵塞，提高了冷凝深度和轻组分回收率。由于本发明反应过程中轻组分的产率和拔出率均较高，有利于生产更高软化点的超硬沥青。
此外，本发明除了可以用于重溶剂脱油沥青/煤硬质沥青生产超硬沥青之外，在采用常规减压渣油等焦化原料和工艺条件的情况下，也可以作为延迟焦化装置使用。
附图说明
图1为本发明所述的装置示意图。
图中，V1、原料罐；V1a、搅拌器；V1b、外置电加热器；V2、重油接收罐；V3、轻油接收罐；V4、轻烃接收罐；V5、尾气吸收罐；P1、原料泵；P2、真空泵；S1～S10、阀门；H1、上进料加热炉；H2、下进料加热炉；R1、反应器；R1a、上部进料分布器；R1b、下部进料分布器；L1、一级冷凝器；L2、二级冷凝器；L3、三级冷凝器；N2、氮气进料***；Air、空气进料***；H2O(g)、水蒸汽进料***；F1、重油；F2、轻油；F3、轻烃；F4、尾气。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加明晰，以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
所述的反应器除在上部和下部设置顶部进料分布器和底部进料分布器外，其余结构与延迟焦化装置的焦炭塔一致；所述的阀门、冷凝器和接收罐均采用本领域公知结构形式，不再赘述。
本发明所述的重溶剂脱油沥青和脱油沥青是指C4/C5溶剂脱沥青工艺副产的脱油沥青，二者的含义是相同的。所述的轻组分、轻质化组分和油气均指脱油沥青/硬质煤沥青高温裂解反应生成的轻质气相产物，其含义是相同的。
如图1所示，本发明所述的用重溶剂脱油沥青生产超硬沥青的装置，主要由氮气进料***N2、空气进料***Air、水蒸汽进料***H2O(g)、原料罐V1 、原料泵P1、上进料加热炉H1、下进料加热炉H2、反应器R1、一级冷凝器L1、重油接收罐V2、二级冷凝器L2、轻油接收罐V3、三级冷凝器L3、轻烃接收罐V4、尾气吸收罐V5、真空泵P2和阀门S1～S10组成。
将脱油沥青原料置于原料罐V1中，开启外置电加热器V1b开始给原料罐加热，待其中的脱油沥青/硬质煤沥青原料完全熔化后，开启搅拌器V1a开始搅拌，继续升温至罐内温度达到200～330℃，优选220～310℃，此温度既能使沥青原料流动良好，又不致结焦，从而保证装置进料顺畅。原料罐V1中的融熔态沥青原料由原料泵P1抽出后，可以按照反应器R1进入方式不同分别采用顶部进料和底部进料，以满足不同的原料和工艺对进料方式的要求，增强了装置进料的灵活性。由于沥青原料的粘度很高，为了保证装置进料畅通，所述的原料泵P1优选齿轮泵和螺杆泵。
如果采用反应器顶部进料，从原料泵P1送出的沥青原料与来自氮气进料***N2的氮气和/或来自水蒸汽进料***H2O(g)的水蒸汽在上进料加热炉H1前混合，通过上进料加热炉H1加热到预定温度后，从反应器R1的上部进料分布器R1a均匀分布到反应器的横截面上，来自空气进料***Air的空气经下部进料加热炉H2加热到预定温度后，从反应器R1的下部进料分布器均匀分布到反应器的横截面上，分散良好的空气与下落的沥青原料逆向接触进行氧化裂解和缩合反应，缩合反应形成的更大分子量的沥青仍为液相，沉积在反应器的下部，氧化裂解反应生成的油气与空气中未反应组分一起向反应器R1上部运动，与随着沥青原料一起进入反应器的氮气和/或水蒸汽混合后，依靠设在后路的真空泵P2产生的负压从反应器顶部的气体出口迅速抽出；反应器R1顶部的压力控制在1～3KPa。在该进料方式下，在沥青原料进料管线中引入惰性的氮气和/或水蒸汽有四个优点：一是可以增加上进料加热炉H1炉管内的流体线速，防止高温下沥青原料结焦堵塞炉管；二是可以将沥青原料均匀地分散到反应器中，增加空气与沥青原料的接触面积，起到强化反应的效果；三是可以稀释未参与反应的氧气，使反应器中气相氧含量低于可燃气体的***极限，提高装置运行的安全性；四是可以有效降低油气分压，有利于热裂解反应进行，提高轻质化组分的产率。
如果采用反应器底部进料方式，从原料泵P1送出的沥青原料与来自空气进料***Air的空气，以及来自水蒸汽进料***H2O(g)的水蒸汽在下进料加热炉H2前混合，通过下进料加热炉H2加热到预定温度后，从反应器R1内的下部进料分布器R1b均匀分布到反应器R1的横截面上，空气通过下部进料分布器后分散为小气泡，与沥青原料接触并发生化学反应，生成的更大分子的液相沥青沉积在反应器的底部，裂解反应生成的轻质化组分、未参与反应的空气与水蒸汽一起向反应器上部运动；来自氮气进料***N2的氮气经上部进料加热炉H2加热到预定温度后，从反应器R1内的上部进料分布器R1a均匀分布到反应器的横截面上；上述四种气体混合后的氧含量控制在不高于可燃气体的***极限；反应器R1中的气体混合物依靠设在后路的真空泵P2产生的负压从反应器R1顶部的气体出口迅速抽出；反应器R1顶部的压力控制在1～3KPa。对于反应器底部进料方式，沥青原料、空气及水蒸汽在下进料加热炉H2前进行混合，可以提高加热炉H2炉管内流体线速，抑制炉管结焦；同时，沥青原料与空气提前混合可以增强混合效果，有利于裂解反应进行。在反应器上部进料分布器引入氮气，可以有效降低气相氧含量，防止反应器气相发生闪爆，提高装置运行的安全性；同样，在进料过程中引入氮气和水蒸汽，也可以起到降低油气分压、提高轻质化组分产率的作用。
在反应过程中，反应器R1顶部的混合气体被连续抽出，抽出的气体首先进入一级冷凝器L1，该冷凝器采用导热油作为冷却介质，为了防止混合气体中的重组分冷凝后形成堵塞，该冷凝器的出口温度控制在80～160℃，优选100～140℃，一级冷凝液体主要为重油组分，收集到重油接收罐V2；从重油接收罐V2顶部流出的未凝气体继续向后进入二级冷凝器L2，该冷凝器采用软化水/循环水作为冷却介质，其出口温度控制在20～60℃，优选30～50℃，二级冷凝液体主要为轻油组分，收集到轻油接收罐V3；从轻油接收罐V3顶部流出的未凝气体继续向后进入三级冷凝器L3，该冷凝器与制冷机配合使用，其出口温度控制在0～-15℃，优选-5～-10℃，冷凝液主要为C4和C5混合轻烃，收集到轻烃接收罐V4中。
三级未凝气体主要由C1～C3轻烃、氮气、少量氧气和反应过程中生产H2S、SOX和NOX等组成，从轻烃接收罐V4顶部流出后，进入装有液体或固体脱硫脱硝剂的尾气吸收罐V5中。所述的液体脱硫脱硝剂为碱性水溶液，优选氢氧化钠、氢氧化钾和碳酸钠水溶液；所述的固体脱硫脱硝剂成型的活性炭或金属氧化物，优选柱状活性炭和氧化锌/氧化钙小球。脱硫脱硝剂的主要作用是脱除反应过程中形成的H2S、SOX和NOX，减少有毒有害物质排放，提高装置运行和操作人员的安全性。脱硫脱硝后的气体经真空泵P2后排出装置，外排气体可视装置规模设置干气和液化气回收***。
当反应器R1中的大分子沥青达到反应器有效高度的1/2～2/3后，先切断沥青原料进料、15min后再切断空气和氮气进料，将加热炉炉管中的沥青原料全部送入反应器内，避免炉管结焦堵塞；切断空气和氮气进料后，将水蒸汽切换到下部进料器，继续用水蒸气汽提10～30min，以便尽可能地汽提出大分子量沥青产物中夹带的油气；此后停水蒸汽，待反应器冷却到室温后，打开反应器顶盖和底盖，清理出呈固体的超硬沥青。
本发明所述装置的具体实施流程如下：
实施例1：
该实施例为反应器顶部进料模式的实施流程。
在原料罐V1中加入软化点为122℃的C4脱油沥青，加热熔化后开始搅拌，控制沥青原料的加热温度为280℃，打开阀门S6，关闭阀门S10，开启原料泵P1；打开阀门S1、S2、S3、S4、S7和S9，关闭阀门S5和S8，来自氮气进料***N2的氮气与来自水蒸汽进料***H2O(g)的水蒸汽，在阀门S6与上进料加热炉H1入口之间与沥青原料进行混合，经上进料加热炉H1升温到预定温度后，从反应器R1的上部分布器R1a进入反应器；来自空气进料***Air的空气经下进料加热炉H2升温到预定温度后，从反应器R1的下部分布器R1b进入反应器，反应器R1顶部压力控制在1KPa；空气与沥青原料逆向接触进行反应，缩合形成的大分子沥青沉积在反应器下部，裂解反应产生的轻组分与未参与反应的空气、氮气、水蒸汽一起从反应器顶部的气体出口抽出。
从反应器R1顶部抽出的混合气体进入一级冷凝器L1，其出口温度控制在在120℃，一级冷凝液体进入重油接收罐V2；未凝气体继续向后进入二级冷凝器L2，其出口温度控制在60℃，二级冷凝液体进入轻油接收罐V3；未凝气体继续向后进入三级冷凝器L3，其出口温度控制在-10℃，冷凝液收集到轻烃接收罐V4中。三级未凝气体从轻烃接收罐V4顶部流出后，进入装有PH=13氢氧化钠水溶液的尾气吸收罐V5中，脱除其中所含的H2S、SOX和NOX后，经真空泵P2抽出排出装置。
当反应器R1中的大分子沥青达到2/3高度后，停原料泵P1，关闭阀门S6，切断沥青原料进料，15min后，关闭阀门S1、S2、S4、S7、S9，打开阀门S5，切断空气和氮气进料，将水蒸汽切换到下部进料器R1b，继续用水蒸气汽提20min后，停水蒸汽，待反应器冷却到室温后，打开反应器顶盖和底盖，清理出呈固体的超硬沥青。所制备的超硬沥青软化点为382℃。
实施例2：
该实施例为反应器底部进料模式的实施流程。
在原料罐V1中加入软化点为185℃的C5脱油沥青，加热熔化后开始搅拌，控制沥青原料的加热温度为330℃，关闭阀门S6，打开阀门S10，开启原料泵P1；打开阀门S1、S2、S3、S5、S7和S9，关闭阀门S4和S8，来自空气进料***Air的空气与来自水蒸汽进料***H2O(g)的水蒸汽，在阀门S5、S9和S10与下进料加热炉H2入口之间与沥青原料混合，经下进料加热炉H2升温到预定温度后，从反应器R1的下部分布器R1b进入反应器并进行反应；来自氮气进料***N2的氮气经上进料加热炉H1升温到预定温度后，从反应器R1的上部进料分布器R1a进入反应器，反应器R1顶部压力控制在2KPa；缩合形成的大分子沥青沉积在反应器下部，裂解反应产生的轻组分与未参与反应空气、水蒸汽、氮气一起从反应器顶部抽出。
从反应器R1顶部抽出的混合气体的冷凝流程与实施例1相同，一、二、三级冷凝器L1～L3的出口温度分别为160℃、60℃和0℃，尾气吸收罐V5所装的脱硫脱硝剂为PH=14氢氧化钾水溶液。
当反应器R1中的大分子沥青达到2/3高度后，停原料泵P1，关闭阀门S10，切断沥青原料进料，15min后，关闭阀门S1、S2、S7、S9，切断空气和氮气进料，继续用水蒸气汽提30min后，停水蒸汽，待反应器冷却到室温后，打开反应器顶盖和底盖，清理出呈固体的超硬沥青。所制备的超硬沥青软化点为400℃。
实施例3：
该实施例为反应器底部进料模式的实施流程。
在原料罐V1中加入软化点为105℃的硬质煤沥青，加热熔化后开始搅拌，控制沥青原料的加热温度为330℃，关闭阀门S6，打开阀门S10，开启原料泵P1；打开阀门S1、S2、S3、S5、S7和S9，关闭阀门S4和S8，来自空气进料***Air的空气与来自水蒸汽进料***H2O(g)的水蒸汽，在阀门S5、S9和S10与下进料加热炉H2入口之间与沥青原料混合，经下进料加热炉H2升温到预定温度后，从反应器R1的下部分布器R1b进入反应器并进行反应；来自氮气进料***N2的氮气经上进料加热炉H1升温到预定温度后，从反应器R1的上部进料分布器R1a进入反应器，反应器顶部的压力控制在3KPa；缩合形成的大分子沥青沉积在反应器下部，裂解反应产生的轻组分与未参与反应空气、水蒸汽、氮气一起从反应器顶部抽出。
从反应器R1顶部抽出的混合气体的冷凝流程与实施例1相同，一、二、三级冷凝器L1～L3的出口温度分别为80℃、20℃和-15℃，尾气吸收罐V5所装的脱硫脱硝剂为PH=11碳酸钠水溶液。
当反应器R1中的大分子沥青达到1/2高度后，停原料泵P1，关闭阀门S10，切断沥青原料进料，15min后，关闭阀门S1、S2、S7、S9，切断空气和氮气进料，继续用水蒸气汽提10min后，停水蒸汽，待反应器冷却到室温后，打开反应器顶盖和底盖，清理出呈固体的超硬沥青。所制备的超硬沥青软化点为301℃。
实施例4：
该实施例为反应器顶部进料模式的实施流程。
在原料罐V1中加入软化点为110℃的C4脱油沥青，加热熔化后开始搅拌，控制沥青原料的加热温度为240℃，打开阀门S6，关闭阀门S10，开启原料泵P1；打开阀门S1、S2、S3、S4、S7和S9，关闭阀门S5和S8，来自氮气进料***N2的氮气与来自水蒸汽进料***H2O(g)的水蒸汽，在阀门S6与上进料加热炉H1入口之间与沥青原料进行混合，经上进料加热炉H1升温到预定温度后，从反应器R1的上部分布器R1a进入反应器；来自空气进料***Air的空气经下进料加热炉H2升温到预定温度后，从反应器R1的下部分布器R1b进入反应器，反应器R1顶部压力控制在2KPa；空气与沥青原料逆向接触进行反应，缩合形成的大分子沥青沉积在反应器下部，裂解反应产生的轻组分与未参与反应的空气、氮气、水蒸汽一起从反应器顶部的气体出口抽出。
从反应器R1顶部抽出的混合气体的冷凝流程与实施例1相同，一、二、三级冷凝器L1～L3的出口温度分别为100℃、40℃和-5℃，尾气吸收罐V5所装的脱硫脱硝剂为氧化锌小球。
当反应器R1中的大分子沥青达到5/8高度后，停原料泵P1，关闭阀门S6，切断沥青原料进料，15min后，关闭阀门S1、S2、S4、S7、S9，打开阀门S5，切断空气和氮气进料，将水蒸汽切换到下部进料器R1b，继续用水蒸气汽提25min后，停水蒸汽，待反应器冷却到室温后，打开反应器顶盖和底盖，清理出呈固体的超硬沥青。所制备的超硬沥青软化点为355℃。
实施例5：
该实施例为反应器底部进料模式的实施流程。
在原料罐V1中加入软化点为163℃的C5脱油沥青，加热熔化后开始搅拌，控制沥青原料的加热温度为310℃，关闭阀门S6，打开阀门S10，开启原料泵P1；打开阀门S1、S2、S3、S5、S7和S9，关闭阀门S4和S8，来自空气进料***Air的空气与来自水蒸汽进料***H2O(g)的水蒸汽，在阀门S5、S9和S10与下进料加热炉H2入口之间与沥青原料混合，经下进料加热炉H2升温到预定温度后，从反应器R1的下部分布器R1b进入反应器并进行反应；来自氮气进料***N2的氮气经上进料加热炉H1升温到预定温度后，从反应器R1的上部进料分布器R1a进入反应器，反应器R1顶部压力控制在1KPa；缩合形成的大分子沥青沉积在反应器下部，裂解反应产生的轻组分与未参与反应空气、水蒸汽、氮气一起从反应器顶部抽出。
从反应器R1顶部抽出的混合气体的冷凝流程与实施例1相同，一、二、三级冷凝器L1～L3的出口温度分别为140℃、50℃和-10℃，尾气吸收罐V5所装的脱硫脱硝剂为氧化钙小球。
当反应器R1中的大分子沥青达到2/3高度后，停原料泵P1，关闭阀门S10，切断沥青原料进料，15min后，关闭阀门S1、S2、S7、S9，切断空气和氮气进料，继续用水蒸气汽提30min后，停水蒸汽，待反应器冷却到室温后，打开反应器顶盖和底盖，清理出呈固体的超硬沥青。所制备的超硬沥青软化点为386℃。

Claims (10)

1.一种用重溶剂脱油沥青生产超硬沥青的方法，其特征在于：将原料泵送出的融熔态的沥青原料与来自氮气进料***的氮气和/或来自水蒸汽进料***的水蒸汽在上进料加热炉前混合，通过上进料加热炉加热到预定温度后，从上部进料分布器进入反应器，来自空气进料***的空气经下部进料加热炉加热到预定温度后，从下部进料分布器进入反应器，反应过程中生成的更大分子量的沥青沉积在反应器的下部，生成的油气及空气中未反应组分与上部进料器进入的氮气和/或水蒸汽混合后，从反应器顶部的气体出口抽出，依次按不同的温度梯度进行三级冷凝冷却，各级冷凝液体收集到相应的产物接收罐中，最终的未凝气体脱硫脱硝后经真空泵排出装置；
或者将原料泵送出的融熔态的沥青原料与来自空气进料***的空气，以及来自水蒸汽进料***的水蒸汽在下进料加热炉前混合，通过下进料加热炉加热到预定温度后，从下部进料分布器进入反应器，来自氮气进料***的氮气经上部进料加热炉加热到预定温度后，从上部进料分布器进入反应器，反应过程中生成的更大分子量的沥青沉积在反应器的下部，反应生成的油气、水蒸汽及空气中未反应组分与上部进料分布器进入的氮气混合后，从反应器顶部的气体出口抽出，依次按不同的温度梯度进行三级冷凝，各级冷凝液体收集到相应的产物接收罐中，最终的未凝气体脱硫脱硝后经真空泵排出装置。
2.根据权利要求1所述的用重溶剂脱油沥青生产超硬沥青的方法，其特性在于：所述反应器（R1）顶部的操作压力为1～3KPa。
3.根据权利要求1所述的用重溶剂脱油沥青生产超硬沥青的方法，其特性在于：所述原料罐(V1)内脱油沥青原料的预热温度为200～330℃。
4.根据权利要求1所述的用重溶剂脱油沥青生产超硬沥青的方法，其特性在于：所述一级冷凝器(L1)的出口温度为80～160℃，所述的二级冷凝器(L2)的出口温度为20～60℃；所述的三级冷凝器(L3)的出口温度控制在0～-15℃。
5.一种实现权利要求1所述用重溶剂脱油沥青生产超硬沥青的方法的装置，包括原料罐（V1）、进料泵（P1）、上进料加热炉（H1）、下进料加热炉（H2）、反应器(R1)、真空泵（P2）、阀门（S1～S10）和管线，所述原料罐内带有搅拌器和外置电热器，其底部出口与原料泵入口相连，原料泵出口管线分为两路，分别与上/下进料加热炉的入口相连；其特征在于：还包括氮气进料***（N2）、空气进料***（Air）、水蒸汽进料***(H2O(g))、一级冷凝器（L1）、重油接收罐（V2）、二级冷凝器（L2）、轻油接收罐（V3）、三级冷凝器（L3）、轻烃接收罐（V4）和尾气吸收罐（V5）；所述反应器(R1)设有上部进料分布器(R1a)和下部进料分布器(R1b)，分别与上进料加热炉和下进料加热炉的出口相连；所述反应器(R1)顶部还设有气体出口，该气体出口按前后顺序依次与一级冷凝器、重油接收罐、二级冷凝器、轻油接收罐、三级冷凝器、轻烃接收罐、尾气吸收罐和真空泵相连；所述的氮气进料***、空气进料***和水蒸汽进料***均与所述的原料泵出口的两路管线相连，连接位置处于原料泵与上/下进料加热炉之间。
6.根据权利要求5所述的用重溶剂脱油沥青生产超硬沥青的方法的装置，其特性在于：在所述的尾气吸收罐（V5）内装有液体/固体脱硫脱硝剂。
7.根据权利要求6所述的用重溶剂脱油沥青生产超硬沥青的方法的装置，其特征在于：所述的液体脱硫脱硝剂为PH=11～14碱性水溶液，优选氢氧化钠、氢氧化钾和碳酸钠水溶液。
8.根据权利要求5所述的用重溶剂脱油沥青生产超硬沥青的方法的装置，其特征在于：所述的固体脱硫脱硝剂为成型的活性炭或金属氧化物，优选柱状活性炭和氧化锌/氧化钙小球。
9.根据权利要求5所述的用重溶剂脱油沥青生产超硬沥青的方法的装置，其特征在于：所述的原料泵（P1）为齿轮泵或螺杆泵。
10.根据权利要求5所述的用重溶剂脱油沥青生产超硬沥青的方法的装置，其特征在于：所述的氮气进料***(N2)、空气进料***(Air)和水蒸汽进料***(H2O(g))均具有气体流量定量和调节功能。
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