郭新伟，郭荣华，郭银亮
（山西焦化股份有限公司，山西 洪洞041606）
［摘 要］山西焦化股份有限公司300 kt/a焦油加工装置配套3套50 kt/a常压热聚合法改质沥青装置（常为两开一备），鉴于环保形势日趋严峻及原生产工艺较落后，2022年建成投产了1套160 kt/a真空闪蒸法改质沥青装置。为实现改质沥青装置的长周期稳定运行，对先后采用的常压热聚合法和真空闪蒸法改质沥青生产工艺进行对比研究，结合生产运行经验对采用真空闪蒸法的新改质沥青装置采取了适度提高管式炉出口温度、稳定沥青输送泵和真空泵运行、调整系统运行模式、优化高硫放散气处理等举措后，改质沥青产品质量得以提高，改质沥青装置实现了连续稳定运行10个月以上，产量达160 kt/a。并提出了改质沥青装置实现长周期运行的建议。
［关键词］改质沥青装置；常压热聚合法；真空闪蒸法；产品质量指标；长周期运行；技术研究；建议
［中图分类号］TQ522.65 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2025）02-0066-04
0 引 言
山西焦化股份有限公司（简称山西焦化）300 kt/a焦油加工装置（配套3 000 kt/a焦化装置）于2005年10月投产，其以煤焦油为原料主要生产改质沥青、工业萘、蒽油、精制洗油、甲基萘油、轻油、煤沥青、炭黑油、中性酚盐、脱酚酚油。其中，焦油蒸馏装置是我国第一套单套焦油加工能力达300 kt/a的装置，采用带有沥青循环、重油循环和导热油循环的常减压蒸馏工艺，原设计配套3套50 kt/a釜式常压热聚合法改质沥青装置，鉴于环保形势日趋严峻及原生产工艺较落后，于2021年进行升级改造，新建改质沥青装置（原改质沥青装置未拆除）于2022年7月投产，以软沥青为原料主要生产改质沥青，设计产能160 kt/a（20 t/h）。
煤焦油沥青是煤焦油蒸馏提取馏分后的残留物。煤焦油沥青常温下为黑色固体，无固定熔点，呈玻璃相，受热后软化继而融化。沥青改质是指软沥青（中温沥青）经热聚合处理，使一部分γ-树脂转化为β-树脂，一部分β-树脂转化为α-树脂，从而获得软化点为100～120 ℃、β-树脂质量分数＞18%、α-树脂质量分数在6%～15%的改质沥青。目前，改质沥青的生产工艺主要有真空闪蒸法、常压热聚合法和加压热聚合法。以下就山西焦化改质沥青装置长周期运行技术研究等作一介绍。
1 改质沥青产品质量指标
《改质沥青》（YB/T 5194—2015）产品质量指标如表1（注：百分含量均为质量分数）。
2 技术研究路线与目标
为实现改质沥青装置的长周期稳定运行，山西焦化对先后采用的釜式反应法（常压热聚合法）和塔炉式连续反应法（真空闪蒸法）改质沥青生产工艺进行对比研究，具体如下。
2.1 工艺对比
2.1.1 釜式常压热聚合反应法
山西焦化原改质沥青装置为3套釜式常压热聚合反应炉，每套由3个串联反应釜、闪蒸油中间槽、沥青中间槽、沥青高置槽等构成。其工艺流程为，上游车间送来的中温沥青自流入1#反应釜，在釜内由煤气燃烧生成的烟道气加热，在机械搅拌的同时，发生一定程度的热聚合反应，釜顶逸出的油气经闪蒸油冷却器冷凝冷却后进入闪蒸油中间槽，继而送至产品油库；1#反应釜内沥青经釜底放料阀排出，利用反应釜之间的液位差依次经1#反应釜釜底侧线自流入2#、3#反应釜，在2#、3#反应釜内同样完成加热、搅拌、热聚合反应，2#、3#反应釜釜顶逸出的油气也经闪蒸油冷却器冷凝冷却后进入闪蒸油中间槽，3#反应釜内沥青从釜底经门型管入沥青中间槽。沥青中间槽内改质沥青经沥青汽化器汽化及冷却后送往沥青高置槽，最后冷却成型入沥青库装车外售。
山西焦化原改质沥青装置每套加工能力达50 kt/a，实际生产中常为两开一备（或检修），实际加工能力为100 kt/a，改质沥青产品软化点仅能达到100～102 ℃左右，达不到YB/T 5194—2015高温改质沥青产品质量指标要求。同时，由于本装置工艺运行时间长，单套装置运行周期仅为3个月，现场检修频繁，加之环保配套设施不完备，导致各项环保排放指标不达标。
2.1.2 塔炉式连续反应法
山西焦化新建塔炉式改质沥青装置主要由管式炉、循环塔、滞留塔、闪蒸塔等组成，由管式炉提供热源，沥青在循环塔内进行循环，滞留塔通过延长反应时间以提升沥青质量，闪蒸塔通过调节真空度将闪蒸油气抽出，最后沥青经多级冷却器冷却最终形成满足客户需求的改质沥青产品。具体工艺流程如下。
焦油蒸馏装置送来的软沥青与来自管式炉的循环沥青经混合器后一同进入循环塔，经软沥青循环泵输送至管式炉辐射段加热后，大部分与原料混合循环回循环塔，小部分进入滞留塔；滞留塔内沥青经静置、热聚合反应后被滞留塔沥青循环泵抽出，大部分循环回滞留塔内，小部分输送至闪蒸塔；闪蒸塔底部的沥青被改质沥青泵加压，大部分循环回闪蒸塔，少部分合格的改质沥青经产品冷却器被导热油冷却后输送至成品槽。
循环塔、滞留塔顶部的油气汇合后进入二蒽油一级冷却器，被导热油一次冷却后进入二蒽油二级液相冷却器被软水二次冷却。二蒽油一级冷却器内的不凝气自其顶部进入二蒽油二级气相冷却器内被软水冷却，二蒽油二级液相冷却器与二蒽油二级气相冷却器内被冷却的二蒽油汇合后进入二蒽油缓冲罐。闪蒸塔顶部的闪蒸油气被闪蒸油一级冷却器内的导热油冷却，再被闪蒸油二级液相冷却器内的软水冷却。闪蒸油一级冷却器内的不凝气自其顶部进入闪蒸油二级气相冷却器被软水冷却。闪蒸油二级液相冷却器与闪蒸油二级气相冷却器内被冷却的闪蒸油汇合后自流入二蒽油缓冲罐。二蒽油缓冲罐内的二蒽油经二蒽油泵输送至焦油蒸馏蒽油槽。
山西焦化新建塔炉式改质沥青装置于2022年7月投料运行，至今已运行20个月左右，期间进行过4次检修，最长运行周期约10个月。但随着客户对改质沥青质量要求的提高，工艺指标调整后，反应塔（包括循环塔、滞留塔、闪蒸塔）和管道内结焦现象日益突出，且出现沥青输送泵、真空泵（闪蒸塔抽真空用）运行不稳定的现象。
2.2 研究目标
通过对2种生产工艺进行对比，原釜式反应炉加工能力小，检修频繁，产品质量提升较难，其生产的改质沥青软化点几乎达不到105 ℃；采用塔炉式连续反应法，更适合改质沥青装置长周期稳定运行，但需对其工艺指标、沥青输送泵和真空泵运行状况、运行模式（为便于在线检修改造成可两塔运行的模式）等进一步研究，以实现改质沥青装置连续稳定运行10个月以上及产量达160 kt/a。
3 长周期运行的技术研究
3.1 改质沥青质量控制与提升
更多内容详见《中氮肥》2025年第2期