阿曼減渣溶劑脫瀝青制備光亮油料和30#硬質(zhì)道路瀝青

仝玉軍，沈本賢，劉紀(jì)昌，黃恒文，姚正天

阿曼減渣溶劑脫瀝青制備光亮油料和30#硬質(zhì)道路瀝青

仝玉軍1，沈本賢1，劉紀(jì)昌1，黃恒文2，姚正天1

（1.華東理工大學(xué) 化學(xué)工程聯(lián)合國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200237；2.上海華誼工程有限公司，上海 200241）

以阿曼減渣為原料，對其丙烷脫瀝青工藝的溶劑組成和操作條件進(jìn)行優(yōu)化，對制備的30#硬質(zhì)瀝青的混合料性能進(jìn)行考察，并采用固定床催化裂化裝置對重脫瀝青油的催化裂化性能進(jìn)行研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，丙烷脫瀝青工藝的最佳條件為：混合溶劑（20%（w）異丁烷、80%（w）丙烷），抽提塔塔頂溫度68 ℃，沉降塔塔頂溫度81 ℃，溶劑體積比5.0，抽提壓力4.35 MPa；在此條件下，輕脫瀝青油收率為25.1%，其性質(zhì)滿足光亮油料指標(biāo)要求；脫油瀝青收率為46.0%，軟化點(diǎn)61.7℃，采用沙中減渣為調(diào)和軟組分可制備出合格的AH-30硬質(zhì)瀝青，30#瀝青混合料具有良好的車轍動(dòng)穩(wěn)定度和浸水殘留穩(wěn)定度；重脫瀝青油可作為重油催化裂化原料，輕油收率（汽油+柴油）為61.70%。

減壓渣油；溶劑脫瀝青；光亮油料；30#硬質(zhì)道路瀝青；瀝青混合料性能；催化裂化性能

交通量劇增、超載嚴(yán)重、持續(xù)高溫等綜合因素作用下，車轍已成為瀝青路面最嚴(yán)重的早期破壞形式之一，低針入度的硬質(zhì)道路瀝青可以顯著提高瀝青路面的抗車轍能力［1-3］。在國內(nèi)硬質(zhì)瀝青主要是指針入度為20～40（0.1 mm）的30#瀝青，在提高瀝青混凝土抗高溫永久變形能力及改性瀝青方面具有效果，同時(shí)其價(jià)格較低，因而應(yīng)用前景廣闊［4-5］。光亮油是一種具有非常高市場價(jià)值的高黏度潤滑油基礎(chǔ)油，是以減壓渣油為原料，經(jīng)溶劑脫瀝青（SDA）、溶劑精制、酮苯脫蠟及白土精制等工藝生產(chǎn)而成，目前，優(yōu)質(zhì)光亮油供不應(yīng)求，且缺口逐漸增加，因此，探索有效提高優(yōu)質(zhì)光亮油料收率對提高煉廠效益有著重要意義［6］。

SDA是生產(chǎn)光亮油料和瀝青的重要途徑之一［7］，在目前低油價(jià)背景下，相對于其他重油加工工藝，SDA工藝具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益［8］。在光亮油料生產(chǎn)中通常采用丙烷溶劑，但丙烷溶解力有限，脫瀝青油收率較低，脫油瀝青針入度較大，難以用來制備硬質(zhì)道路瀝青；此外，操作溫度較低，需采用較大溶劑比來降低渣油黏度。因此，尋找更合適的溶劑組成便成了脫瀝青過程的關(guān)鍵［9］。

本工作以阿曼減渣為原料，以煉廠丙烷脫瀝青工藝為基礎(chǔ)，對溶劑組成和操作條件進(jìn)行優(yōu)化，摸索出輕脫瀝青油符合光亮油料指標(biāo)和脫油瀝青可制備30#硬質(zhì)道路瀝青的工藝條件，同時(shí)對制備30#硬質(zhì)瀝青的混合料性能進(jìn)行考察；并采用固定床催化裂化裝置對重脫瀝青油的催化裂化性能進(jìn)行考察。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原料

丙烷（C3）、異丁烷（iC4）：純度大于98%（w），大連大特氣體有限公司；阿曼減渣取自中國石化茂名石化分公司的減壓蒸餾裝置，其原料性質(zhì)見表1。

1.2 SDA中試裝置

SDA過程采用一次抽提兩段沉降脫瀝青工藝，流程見圖1。

表1 阿曼減渣基本性質(zhì)Table 1 Properties of Oman vacuum residue

圖1 SDA裝置流程Fig.1 Schematic diagram of continuous solvent de-asphalting(SDA) unit.DOA：de-oil asphalt；LDAO：light deasphalted oil；HDAO：heavy deasphalted oil.1 Solvent tank；2 Main solvent pump；3 Deputy solvent pump；4 Feedstock tank；5 Feedstock pump；6 Extractor；7 Settling tower；8 Flashing tower；9 Heat exchanger

減壓渣油與預(yù)混溶劑一起從萃取塔頂部進(jìn)料，主溶劑經(jīng)預(yù)熱器預(yù)熱從萃取塔底部進(jìn)料。渣油和溶劑在抽提塔內(nèi)逆流接觸進(jìn)行萃取，脫油瀝青（DOA）從抽提塔底部排出，脫瀝青油（DAO）和溶劑從抽提塔頂部排出進(jìn)入沉降塔，沉降塔塔底排出重脫瀝青油（HDAO），閃蒸塔塔底排出為輕脫瀝青油（LDAO），溶劑從上部排出經(jīng)冷凝后進(jìn)入溶劑罐循環(huán)使用。

1.3 催化裂化性能評價(jià)

在自建小型固定床流化催化裂化裝置上對HDAO進(jìn)行催化裂化性能評價(jià)，考察其裂化氣、汽油、柴油、焦炭等產(chǎn)物的收率分布情況。該裝置主要包括進(jìn)油設(shè)備、進(jìn)水設(shè)備、固定床反應(yīng)器液相產(chǎn)物收集系統(tǒng)和氣相產(chǎn)物收集系統(tǒng) 5 部分。氣體產(chǎn)物分析在上海海欣色譜儀器有限公司GC-920型氣相色譜儀上進(jìn)行，液體產(chǎn)物使用日本島津公司Agilent 6890N型氣相色譜儀進(jìn)行模擬蒸餾分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 中試裝置可靠性考察

表2為阿曼減渣中試裝置和工業(yè)裝置在相同溶劑和操作條件下的產(chǎn)物收率和性質(zhì)數(shù)據(jù)比較。從表2可看出，中試裝置得到的LDAO和HDAO相對于工業(yè)裝置收率分別增加0.9百分點(diǎn)和0.3百分點(diǎn)，同時(shí)殘?zhí)贾怠⒘?、氮和金屬鎳、釩有較大幅度地降低，說明中試裝置設(shè)計(jì)合理，具有較高的抽提效率和分離效率。DOA收率降低，針入度較小，軟化點(diǎn)較高，主要是由于中試裝置的分離效率較高，較多的輕組分被抽提到DAO中。工業(yè)操作的沉降時(shí)間相對中試裝置較短，使其LDOA與HDAO的沉降時(shí)間不足，與LDAO分離不夠充分，可能是造成LDAO殘?zhí)贾蹈叩囊粋€(gè)原因。另一方面，沉降塔的界位控制十分重要，對LDAO質(zhì)量和收率的影響顯著。

表2 中試裝置和工業(yè)裝置產(chǎn)物性質(zhì)和收率的比較Table 2 Comparison of yield and properties of production industrial and pilot solvent deasphalting unit

2.2 溶劑組成對產(chǎn)品收率和性質(zhì)的影響

溶劑組成是影響脫瀝青油質(zhì)量和收率的一個(gè)主要參數(shù)，選擇恰當(dāng)可以得到所要求的收率及最佳的質(zhì)量。為了提高輕油收率，增加C3溶劑中iC4的含量，考察溶劑組成對產(chǎn)品收率和性質(zhì)的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3。由表3可看出，隨混合溶劑中iC4含量的增加，DOA收率降低，LDAO和HDAO收率增加；DOA針入度降低，軟化點(diǎn)增加，LDAO和HDAO的殘?zhí)贾怠⒘?、氮、鎳、釩含量增加。與C3比較，溶劑中iC4含量為10%（w）時(shí)，LDAO收率增加較小，而溶劑中iC4為50%（w）時(shí)，此時(shí)DAO收率增加12.3百分點(diǎn)，其中，LDAO增加8.3百分點(diǎn)，而LDAO性質(zhì)較差，殘?zhí)贾禐?.72%，考慮LDAO收率與質(zhì)量指標(biāo)要求以及DOA能夠滿足制備硬質(zhì)道路，溶劑中iC4含量為20%（w）較為適宜，此時(shí)DAO收率比C3作為溶劑時(shí)增加約8百分點(diǎn)，其中，LDAO增加近5百分點(diǎn)。DOA針入度為14，可用來制備30#硬質(zhì)道路瀝青。為使LDAO滿足光亮油料性質(zhì)指標(biāo)，需對該溶劑組成下的SDA操作條件進(jìn)一步優(yōu)化。

表3 溶劑組成對產(chǎn)品收率和性質(zhì)的影響Table 3 Effect of solvent on the yield and properties of DAO and DOA

2.3 C3/iC4 SDA操作條件優(yōu)化

2.3.1 抽提塔塔頂溫度

SDA主要操作條件有抽提塔塔頂溫度、沉降塔塔頂溫度和溶劑比［10］。抽提塔塔頂溫度對SDA過程具有較大的影響，特別是對脫瀝青油收率和質(zhì)量影響較大。以20%（w）iC4的丙丁烷為溶劑，考察抽提塔塔頂溫度對LDAO、HDAO和DOA產(chǎn)率和性質(zhì)的影響，結(jié)果見表4。從表4可知，隨抽提塔塔頂溫度的升高，LDAO和HDAO收率下降，而DOA收率增加。DOA針入度升高，軟化點(diǎn)降低，LDAO和HDAO性質(zhì)變好，殘?zhí)贾?、硫、氮和金屬鎳、釩含量降低。這完全符合溶劑對渣油的溶解度規(guī)律，隨著抽提塔塔頂溫度的增加，溶劑對渣油的溶解性降低，但選擇性加強(qiáng)，DAO收率增加，性質(zhì)變好。此外，抽提塔塔頂溫度對HDAO收率的影響程度要明顯高于對LDAO收率的影響，抽提塔塔頂溫度主要控制著DAO總收率與DOA收率和性質(zhì)。抽提塔塔頂溫度由66 ℃升高到68 ℃，LDAO收率基本不變，HDAO收率降低2.6百分點(diǎn)，而LDAO和HDAO性質(zhì)變好，殘?zhí)贾岛徒饘俸拷档?，LDAO殘?zhí)贾禐?.23%；此外DOA針入度由14升高為20，可調(diào)和制備30#硬質(zhì)道路。從DAO和DOA收率和性質(zhì)綜合考慮，抽提塔塔頂溫度為68 ℃較為適宜，此時(shí)DOA收率為46.9%，LDAO和HDAO收率分別為26.8%和26.3%。

表4 抽提塔塔頂溫度對產(chǎn)品收率和性質(zhì)的影響Table 4 Effect of extraction tower top temperature on the yield and properties of DAO and DOA

2.3.2 沉降塔塔頂溫度

沉降塔塔頂溫度對SDA過程的影響見表5。從表5可看出，隨沉降塔頂溫度升高，LDAO收率下降，其殘?zhí)贾?、硫、氮、金屬鎳釩含量降低。由于抽提塔塔頂溫度不變，由抽提塔經(jīng)溶劑帶入沉降塔的脫瀝青油量不變，隨塔頂溫度升高，使得沉降塔頂溶劑對脫瀝青油的溶解度下降，LDAO收率降低。同時(shí)，由沉降塔底出來的HDAO大大增加。另一方面，由于抽提塔頂溫度不變，使由抽提塔底出來的DOA產(chǎn)率和性質(zhì)變化較小。沉降塔塔頂溫度的變化會(huì)引起LDAO收率和性質(zhì)的較大變化。由表5可知，當(dāng)沉降塔塔頂溫度由75 ℃升高到84 ℃，則LDAO收率由30.8%降為21.2%，LDAO殘?zhí)贾涤?.69%降低到0.87%。綜上所述，沉降塔塔塔頂溫度控制為81 ℃，LDAO的殘?zhí)贾禐?.19%，滿足光亮油料性質(zhì)指標(biāo)，此時(shí)LDAO收率為25.1%。

表5 沉降塔塔頂溫度對產(chǎn)品收率和性質(zhì)的影響Table 5 Effect of settling tower top temperature on the yield and properties of DAO and DOA

2.3.3 溶劑體積比

表6為溶劑體積比對阿曼減渣SDA過程的影響，從表6可看出，隨溶劑體積比的增加，DOA收率下降，LDAO和HDAO收率增加。DOA針入度降低，軟化點(diǎn)升高，LDAO和HDAO殘?zhí)贾?、硫、氮、金屬含量增加。溶劑體積比對脫油瀝青收率和質(zhì)量的影響比較復(fù)雜，并不是呈簡單的比例關(guān)系。溶劑體積比由4.5增大到5.0時(shí)，LDAO收率增加2.2百分點(diǎn)，而從5.0增加到5.5時(shí)，LDAO收率增加0.6百分點(diǎn)，LDAO收率增加不明顯，而LDAO和HDAO中殘?zhí)贾?、硫、氮和金屬含量增加顯著，故溶劑體積比不宜較高。因而，從LDAO和DOA的收率、質(zhì)量及能耗等多因素考慮，溶劑體積比為5.0較為合適，此時(shí)DOA收率為46.0%，LDAO和HDAO收率為25.1%和28.9%。

表6 溶劑比對SDA過程的影響Table 6 Effect of solvent ratio on the yield and properties of DAO and DOA

綜上所述，阿曼減渣C3/iC4 SDA適宜的操作條件為：萃取塔塔頂溫度為68 ℃，塔底溫度50 ℃，沉降塔塔頂溫度81 ℃，溶劑體積比為5.0，萃取壓力為4.35 MPa；在此條件下，LDAO和HDAO收率為25.1%和28.9%，LDAO殘?zhí)贾禐?.19%，小于1.2%，滿足光亮油料性質(zhì)指標(biāo)要求；DOA收率為46.0%，針入度為20，軟化點(diǎn)為61.7 ℃，可用于制備30#硬質(zhì)道路瀝青。

2.4 DOA調(diào)和工藝制備道路瀝青

以DOA為原料，與煉廠中的其他軟組分中東減渣、糠醛減四線抽出油、拔頭重油催化油漿和90#瀝青進(jìn)行調(diào)和制備不同性能的30#硬質(zhì)道路瀝青和70#道路瀝青，結(jié)果見表7。由表7可看出，采用3種軟組分調(diào)和制備的30#硬質(zhì)道路瀝青（30#-1，30#-2，30#-3）均滿足標(biāo)準(zhǔn)GB/T 15180—2010［11］中 AH-30的指標(biāo)，但性能存在一定的差異。與用糠醛抽出油和拔頭催化油漿調(diào)和制備的30#硬質(zhì)道路瀝青（30#-2，30#-3）比較，采用沙中渣油調(diào)和制備30#硬質(zhì)道路瀝青（30#-1）軟化點(diǎn)、60 ℃動(dòng)力黏度、針入度指數(shù)和針入度比較高，15 ℃延度較低，表明其具有較好的高溫性能和抗老化性能，而低溫延展性能略差。目前30#硬質(zhì)道路瀝青主要用于瀝青路面的中下面層，重點(diǎn)應(yīng)看其是否具有良好的高溫穩(wěn)定性，所以減壓渣油作為硬質(zhì)道路瀝青調(diào)和軟組分較為適宜。由表7中阿曼減渣DOA分別與沙中減渣和90#A級道路瀝青兩種軟組分調(diào)和制備70#道路瀝青（70#-1，70#-2）性質(zhì)，可看出兩種調(diào)和瀝青都能滿足 JTG F 40—2004［12］中 70#A 級技術(shù)要求，采用沙中減渣調(diào)和DOA制備的70#-1具有良好的高低溫性能和抗老化性能。比較采用DOA與沙中減渣調(diào)和制備的30#和70#兩種道路瀝青，發(fā)現(xiàn)30#硬質(zhì)道路瀝青的軟化點(diǎn)、60 ℃動(dòng)力黏度和針入度指數(shù)明顯高于70#瀝青，表明30#瀝青具有較好的高溫性能，同時(shí)感溫性較?。欢?5 ℃和10 ℃延度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于70#瀝青，由于低溫延度更能反映瀝青的低溫性能，可見其低溫性能不夠理想。

表7 DOA調(diào)和制備30#硬質(zhì)道路瀝青Table 7 30# hard asphalt and 70# asphalt by blending DOA with soft components

采用阿曼減渣DOA與沙中減渣調(diào)和，可以制備出符合標(biāo)準(zhǔn)［11］的AH-30硬質(zhì)瀝青及符合標(biāo)準(zhǔn)［12］的70#A級重交通道路瀝青。為進(jìn)一步對30#硬質(zhì)瀝青高溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性以及抗疲勞等路用性能路進(jìn)行考察，按照標(biāo)準(zhǔn)［12］對表7中DOA與沙中減渣調(diào)和制備的30#硬質(zhì)瀝青和70#A級瀝青進(jìn)行AC-20混合料實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見表8。

表8 混合料實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 8 Properties of asphalt mixtures

由表8可知，30#瀝青混合料的馬歇爾穩(wěn)定度、車轍動(dòng)穩(wěn)定度、殘留穩(wěn)定度、凍融劈裂殘留穩(wěn)定度（等性能明顯優(yōu)于70#A級瀝青混合料。30#瀝青混合料車轍試驗(yàn)的動(dòng)穩(wěn)定度是70#A的2倍多，浸水殘留穩(wěn)定度較70#瀝青明顯提高，30#瀝青的車轍動(dòng)穩(wěn)定度和浸水殘留穩(wěn)定度性能均達(dá)到炎熱區(qū)（聚合物）改性瀝青和潮濕區(qū)（聚合物）改性瀝青混合料的要求，表明30#瀝青混合料具有較強(qiáng)抗高溫變形能力和抵抗自然條件下的凍融破壞能力。此外，30#瀝青混合料的低溫彎曲試驗(yàn)破壞應(yīng)變指標(biāo)只能達(dá)到規(guī)范對冬冷區(qū)和冬溫區(qū)的要求，與70#A級瀝青混合料相比其低溫性能還是較差。目前30#瀝青混合料主要用于瀝青路面的中下面層，重點(diǎn)應(yīng)看其混合料是否具有良好的高溫穩(wěn)定性和水穩(wěn)定性，將其用于瀝青路面的中下面層將可大幅減少由于高溫和重載所產(chǎn)生的車轍，尤其南方濕熱條件下的瀝青路面，具有較好的應(yīng)用前景。

2.5 HDAO催化裂化性能

煉廠采用延遲焦化工藝加工處理，在固定床催化裂化裝置上對中試裝置制備HDAO的催化裂化性能進(jìn)行考察，表9列出了兩種中試裝置HDAO催化裂化產(chǎn)物分布及工業(yè)裝置HDAO延遲焦化產(chǎn)物分布數(shù)據(jù)。由表9可看出，與C3 SDA比較，采用C3/iC4 SDA制備的HDAO催化裂化后干氣、重油和焦炭含量增加，輕油收率（汽油+柴油）由65.61%降低為61.70%，同時(shí)柴汽比增加。但HDAO收率增加由原來的26.1%增加到28.9%，相對于渣油，輕油收率增加了0.71百分點(diǎn)。此外，HDAO可與性質(zhì)較好的減壓蠟油摻練進(jìn)料，進(jìn)一步降低催化裂化焦炭產(chǎn)率。由于實(shí)驗(yàn)室中試裝置良好的分離效果，阿曼減渣C3/iC4 SDA工藝制備的HDAO較好，其單獨(dú)作為重油催化裂化進(jìn)料，與工業(yè)HDAO延遲焦化數(shù)據(jù)比較，相對于渣油，汽油和柴油收率提高約7百分點(diǎn)。

表9 中試HDAO催化裂化和工業(yè)裝置HDAO延遲焦化產(chǎn)物分布Table 9 Product distribution of catalytic cracking (pilot plant test HDAO) and delayed coking (industrial unit HDAO)

3 結(jié)論

1）阿曼減渣采用C3/iC4 SDA工藝，適宜的溶劑組成與操作條件為：混合溶劑（20%（w）C3，80%（w）iC4），抽提塔塔頂溫度68 ℃，沉降塔塔頂溫度81 ℃，溶劑體積比5.0，抽提壓力4.35 MPa；在此條件下，LDAO和HDAO收率分別為25.1%和28.9%，LDAO殘?zhí)贾敌∮?.2%，滿足光料油料性質(zhì)指標(biāo)；DOA收率為46.0%，針入度為20，軟化點(diǎn)為61.7。

2）采用沙中減渣調(diào)和可制備出合格的30#硬質(zhì)瀝青，其瀝青混合料車轍動(dòng)穩(wěn)定度和浸水殘留穩(wěn)定度性能均達(dá)到炎熱區(qū)（聚合物）改性瀝青和潮濕區(qū)（聚合物）改性瀝青混合料的要求。

3）與C3 SDA相比，C3/iC4 SDA制備的HDAO催化裂化性能變差，干氣、重油和焦炭含量增加，輕油收率（汽油+柴油）由65.61%降低為61.70%，可作為重油催化裂化原料。

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（編輯 平春霞）

Solvent deasphalting process of Oman vacuum residue to produce bright stock and 30# hard asphalt

Tong Yujun1，Shen Benxian1，Liu Jichang1，Huang Hengwen2，Yao Zhengtian1

（1. State Key Laboratory of Chemical Engineering，East China University of Science and Technology，Shanghai 200237，China；2. Shanghai HuaYi Engineering Co. Ltd.，Shanghai 200241，China）

The solvent composition and operating conditions of propane solvent deasphalting of Oman vacuum residue were optimized，and the mixture performance of blended 30# asphalt was investigated；meanwhile，the catalytic cracking performance of heavy deasphalted oil was studied in fixed bed catalytic cracking unit. The result showed that the optimal conditions were as follows：mixture solvent of 80%(w) propane and 20%(w)iso-butane，extraction tower top temperature of 68 ℃，settling tower top temperature of 81 ℃，volume ratio of solvent to vacuum residue of 5.0，extraction pressure of 4.35 MPa；Under this condition，the yield of light deasphalted oil was 25.1% and the properties of light deasphalted oilconformed to the requirement of bright stock；the yield of de-oil asphalt was 46.0% and the softening point of de-oil asphalt was 61.7 ℃；meanwhile，de-oil asphalt could be used to produce 30# asphalt by blending with Saudi Arab Middle vacuum residue，and the blended 30# asphalt mixture had high rut dynamic stability and water resistant stability. Heavy deasphalted oil could be used as feedstock of catalytic cracking and light yield oil (gasoline and diesel)was 61.70%.

vacuum residue；solvent deasphalting；bright stock；30# hard asphalt；asphalt mixture；catalytic cracking performance

1000-8144（2017）11-1385-08

TE 624

A

10.3969/j.issn.1000-8144.2017.11.007

2017-05-08；［修改稿日期］2017-08-03。

仝玉軍（1989—），男，河南省濮陽市人，博士生，電話 021-64253346，電郵 yjtongcareer@163.com。聯(lián)系人：沈本賢，電話 021-64252851，電郵sbx@ecust.edu.cn。

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（21476082）。