減渣性質(zhì)對C4溶劑脫瀝青全過程的影響性分析

王 斌，裴麗麗

(1.石油化工工程質(zhì)量監(jiān)督總站 鄭州監(jiān)督站，河南 洛陽 471012；2.中國石油化工股份有限公司 洛陽分公司煉油三部，河南 洛陽 471012)

溶劑脫瀝青作為重油預(yù)處理技術(shù)，其過程為純物理抽提過程，對減壓渣油等重質(zhì)油中殘?zhí)俊r青質(zhì)和重金屬的脫除率高，能夠得到性質(zhì)較好的脫瀝青油作為良好的二次加工原料。未來溶劑脫瀝青技術(shù)的發(fā)展趨勢是：①溶劑脫瀝青將向提高原料靈活性、提高產(chǎn)品收率、優(yōu)化溶劑和操作條件節(jié)能降耗、裝置升級改造方向發(fā)展；②溶劑脫瀝青與延遲焦化、加氫處理等其他加工工藝高效結(jié)合發(fā)展，充分發(fā)揮組合優(yōu)勢，提高煉廠靈活性和經(jīng)濟(jì)效益[1]。如何平衡好液體收率和產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)系，如何保證安全、高效運(yùn)行已迫在眉睫。

1 溶劑脫瀝青概況

溶劑脫瀝青技術(shù)根據(jù)生產(chǎn)目的的不同，分為丙烷脫瀝青、混合C4脫瀝青和戊烷脫瀝青過程。國內(nèi)外工業(yè)生產(chǎn)裝置約120套，各裝置根據(jù)對目標(biāo)產(chǎn)品要求的差異，工藝流程、原料性質(zhì)和產(chǎn)品收率等也不盡相同，國內(nèi)采用丁烷作為溶劑進(jìn)行減壓渣油脫瀝青的裝置有8套。

與同類裝置相比，均采用“亞臨界抽提—超臨界回收”技術(shù)，即工藝流程中均包括抽提系統(tǒng)和溶劑回收系統(tǒng)部分。其中抽提系統(tǒng)對裝置的產(chǎn)品收率和質(zhì)量產(chǎn)生直接影響，溶劑回收系統(tǒng)則直接決定了裝置能耗的高低。工藝流程如圖1所示。

本裝置具有以下5個特點(diǎn)：①生產(chǎn)流程上采用“一頭一尾、兩套抽提系統(tǒng)”。②抽提系統(tǒng)采用“一段抽提、二段沉降”，且沉降形式為“臥式”沉降。③加工原料的性質(zhì)最重，即殘?zhí)恐底罡?，瀝青質(zhì)含量也最高。④脫瀝青油的收率最高。⑤脫油瀝青的軟化點(diǎn)最高。

2 原料及溶劑性質(zhì)

2.1 生產(chǎn)過程中幾種典型原料的性質(zhì)

圖1 丁烷脫瀝青裝置工藝流程圖

溶劑脫瀝青裝置加工原料為100%的減壓渣油，近年來，減壓渣油的性質(zhì)變化幅度較大，密度、殘?zhí)?、餾程和四組分物理性質(zhì)分析數(shù)據(jù)，見表1。

表1 五種減壓渣油的物理性質(zhì)

從表1可以看出，從原料A到原料E性質(zhì)逐漸變重，①變化較大的為殘?zhí)恐?，最高?5.3%(實(shí)際生產(chǎn)過程中最高達(dá)到27.38%)，最低為15.83%；②原料B至原料E，密度變化較小，但殘?zhí)孔兓瘏s較大；③初餾點(diǎn)的變化與殘?zhí)俊⒚芏葻o對應(yīng)的規(guī)律或比例關(guān)系，而與上游減壓裝置拔出深度有關(guān)；④從減壓渣油四組分進(jìn)行分析，飽和烴、芳香烴的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高會有利于提高脫瀝青油的拔出率，膠質(zhì)、瀝青質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高則可提高脫油瀝青的收率，同時也會增加抽提系統(tǒng)的分離難度[2]。

2.2 原料性質(zhì)設(shè)計值

原設(shè)計該裝置以中原減壓渣油為原料，溶脫裝置設(shè)計原料性質(zhì)如下：密度為948.8 kg/m3，殘?zhí)繛?4.6%，初餾點(diǎn)為399 ℃，飽和烴為30.7%，芳香烴為31.0%，膠質(zhì)為38.3%，瀝青質(zhì)為0。

原料性質(zhì)對比表1數(shù)據(jù)可知，與原設(shè)計原料性質(zhì)相比，生產(chǎn)形勢已發(fā)生了很大的變化，實(shí)際加工減壓渣油的性質(zhì)逐年變重，殘?zhí)俊⒚芏群蜑r青質(zhì)含量已遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于設(shè)計數(shù)據(jù)，意味著對裝置的運(yùn)行苛刻度不斷提高。

2.3 溶劑組成

在實(shí)際生產(chǎn)過程中，C1～C5輕烴溶劑隨著C數(shù)的增加，對減壓渣油中油分的溶解度逐漸增大，選擇性降低；異構(gòu)烷烴的溶解度小于正構(gòu)烷烴，但選擇性較好。選擇性越好，脫瀝青油的殘?zhí)吭降停蝗芙舛仍酱?，脫瀝青油的收率越高[3]。

本裝置設(shè)計以提供催化裂化原料為目的，因此采用以正丁烷為主(設(shè)計要求質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥85%)的混合C4為抽提溶劑。裝置運(yùn)行中，85%左右的溶劑直接循環(huán)利用，15%左右的溶劑經(jīng)汽提、脫水后循環(huán)利用，同時會適時根據(jù)分析數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)充或置換溶劑，以盡可能保持溶劑組成穩(wěn)定。

溶劑組成為：甲烷0.90%，乙烷1.39%，丙烷3.60%，異丁烷1.47%，正丁烷85.55%，丁烯2.05%，C5及以上2.90%，硫化氫0.37%，其它1.77%。因此在分析原料對溶劑脫瀝青過程的影響時，不考慮溶劑組分變化這個影響因素。

3 原料對C4溶劑脫瀝青過程的影響分析

3.1 對裝置加工能力的影響

隨著減壓渣油性質(zhì)的變化，為保證裝置產(chǎn)品脫瀝青油和脫油瀝青質(zhì)量合格，會在設(shè)計指標(biāo)范圍內(nèi)，對劑油比、抽提溫度、沉降溫度、抽提器界位等關(guān)鍵運(yùn)行操作參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，選擇適當(dāng)?shù)牟僮鳁l件。

在實(shí)際生產(chǎn)過程中，為適應(yīng)減壓渣油平衡的需求變化，不斷摸索著不同原料下的邊界條件和適宜的加工能力，見表2。

表2中呈現(xiàn)了加工不同原料的情況下，通過逐步調(diào)整各關(guān)鍵操作參數(shù)，裝置運(yùn)行安全和產(chǎn)品質(zhì)量合格的基礎(chǔ)上，基本確定出了最大加工能力和適應(yīng)的操作條件，并摸索出了實(shí)際生產(chǎn)過程中幾點(diǎn)變化規(guī)律：①隨著原料的不斷變重，裝置的最大加工能力呈下降趨勢。②原料性質(zhì)中對加工量影響的主要參照因素為殘?zhí)恐岛蜑r青質(zhì)含量，原料A殘?zhí)恐禐?5.83%，與設(shè)計14.6%較接近，瀝青質(zhì)含量稍高于設(shè)計值，加工能力基本能達(dá)到設(shè)計值；原料B至原料E各項(xiàng)性質(zhì)分析數(shù)據(jù)均高于設(shè)計值，加工能力也遠(yuǎn)低于設(shè)計負(fù)荷。③對比原料C和原料D，殘?zhí)?、瀝青質(zhì)含量相近，最大加工量相差5 t/h，同時對各關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行對比分析可知，加工量達(dá)到80 t/h時，抽提器界位已經(jīng)超高，二段沉降器也處于高界位運(yùn)行，抽提系統(tǒng)存在隨時出現(xiàn)混相的可能。實(shí)際運(yùn)行中，曾出現(xiàn)兩次抽提器混相現(xiàn)象，沉降器界位快速上升至滿界位，重組分混入脫瀝青油帶入下游裝置，后采取降低進(jìn)料量的措施后恢復(fù)正常。④原料變重，油組分減少，會相應(yīng)降低劑油比，同時劑油比的調(diào)整范圍會主要考慮以下兩個方面，一是低限以體系的兩相能正常分相為參考，二是高限以脫瀝青油的殘?zhí)?、收率變化為參考，同時從相特性的角度參考，劑油比增大，體系的液-液兩相區(qū)擴(kuò)大，即亞臨界抽提系統(tǒng)的抽提溫度可調(diào)節(jié)范圍變大。⑤原料性質(zhì)變重時，抽提溫度降低。一般情況下，抽提、沉降溫度作為調(diào)整脫瀝青油收率的主要措施，因此原料變化時只進(jìn)行小范圍的微調(diào)。⑥抽提界位是抽提系統(tǒng)安全、可靠運(yùn)行的主要監(jiān)控指標(biāo)，是確保體系兩相達(dá)到基本分離的第一參照。在一定的操作條件下，原料性質(zhì)的變化會直接影響到兩相間相界位的移動，原料性質(zhì)殘?zhí)恐翟黾訒r，界位上升，如瀝青質(zhì)含量也增加，則分離苛刻度增加，抽提效果變差，進(jìn)一步加劇抽提界位的控制難度。因此原料變重后，制約裝置加工能力的因素之一即為抽提界位。

表2 溶脫裝置不同原料下的主要操作條件

3.2 對脫瀝青油收率的影響

原料性質(zhì)中主要影響脫瀝青油收率的兩個指標(biāo)為殘?zhí)恐岛蜑r青質(zhì)含量，表3列出了五種原料不同性質(zhì)對應(yīng)下脫瀝青油的收率變化。在對比分析過程中，各主要操作調(diào)節(jié)已經(jīng)過一定的優(yōu)化調(diào)整，因此只討論原料性質(zhì)變化對脫瀝青油收率的影響。

表3 溶脫裝置不同原料下的液體收率 %

分析表3數(shù)據(jù)和圖2變化趨勢可知，脫瀝青油收率與原料殘?zhí)恐党史幢壤P(guān)系，即殘?zhí)恐翟礁?，脫瀝青油收率越低。在一定的操作條件下，加工原料A得到的脫瀝青油收率甚至高于設(shè)計值68%；對比原料B、C、D，原料殘?zhí)恐迪嗖钶^小，原料C、D的瀝青質(zhì)含量較原料B偏高，所得到的收率大幅降低；對比原料D和E，瀝青質(zhì)含量降低，但收率降低更多，由此表明殘?zhí)繉κ章矢叩偷挠绊懛浅Ｃ黠@。圖3列出了2018年1—12月脫瀝青油收率變化與原料殘?zhí)繉Ρ融厔?，更為顯著地表現(xiàn)出了兩者之間的反比例關(guān)系。

圖2 不同原料殘?zhí)肯旅摓r青油的收率變化趨勢圖

圖3 2018年1—12月脫瀝青油收率與原料殘?zhí)繉Ρ融厔輬D

另外，從殘?zhí)亢兔摓r青油收率的數(shù)據(jù)變化來看，原料殘?zhí)吭谝欢ǚ秶鷥?nèi)，殘?zhí)康母叩蛯γ摓r青油收率變化范圍的影響較小或處于波動狀態(tài)，殘?zhí)恐蹈哂谝欢〝?shù)值后，脫瀝青油收率呈大幅下降趨勢。對比生產(chǎn)過程中的分析數(shù)據(jù)，殘?zhí)恐蹈哂?2%后，脫瀝青油收率降幅增大。

3.3 對重金屬脫除率的影響

原油中的重金屬95%以上集中在其減壓渣油中，而減壓渣油中的金屬90%以上集中在其膠狀瀝青狀組分中，且還受到原油性質(zhì)的影響。表4中，原料B～E中的鐵、鎳和釩的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于原料A，經(jīng)亞臨界萃取分離技術(shù)，溶劑脫瀝青脫除了含有大量重金屬的瀝青質(zhì)等組分，金屬脫除能力較好，總脫除率達(dá)到80%～90%，但同時脫除情況還與脫瀝青油的拔出率密切相關(guān)。

3.4 對脫瀝青油殘?zhí)康挠绊?/h3>

在操作條件不變(即劑油比、抽提溫度、溶劑組成等)的情況下，溶劑溶解能力基本不變，原料性質(zhì)變差，重組分增加，輕組分減少，易出現(xiàn)重組分被攜帶到脫瀝青油中。對比原料B和原料C，當(dāng)原料殘?zhí)抠|(zhì)量分?jǐn)?shù)從20.24%增加到21.5%時，脫瀝青油中殘?zhí)抠|(zhì)量分?jǐn)?shù)也隨之增加，從9.28%升至9.65%，見表5。

表4 溶脫裝置不同原料下的重金屬脫除率

表5 溶脫裝置不同原料下的脫瀝青油殘?zhí)?%

脫瀝青油殘?zhí)窟€與其收率和抽提系統(tǒng)停留時間相關(guān)。同一條件下，收率降低，其殘?zhí)恐狄步档?；抽提器或沉降器高界位運(yùn)行情況下，抽提時間延長，重組分也更被攜帶至脫瀝青中。

裝置運(yùn)行過程中，由于目前的溶劑脫瀝青產(chǎn)品質(zhì)量與操作條件之間無法建立相對應(yīng)的關(guān)聯(lián)計算分析，操作只能夠依據(jù)化驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整，而化驗(yàn)分析數(shù)據(jù)所需時間也要在6～8 h；其次是根據(jù)化驗(yàn)分析數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整操作，抽提器建立新的液液萃取平衡至少在3 h以上，因此原料性質(zhì)變化后，產(chǎn)品質(zhì)量調(diào)整時間較長。

3.5 對脫油瀝青軟化點(diǎn)的影響

為考察原料殘?zhí)繉γ撚蜑r青軟化點(diǎn)的直接影響，對近5年來的減壓渣油和脫油瀝青軟化點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，在主要操作條件不變的情況，重新選取了5種原料進(jìn)行對比分析，結(jié)果見表6。

從原料1到原料4，均為裝置加工負(fù)荷較高情況，基本無調(diào)節(jié)余地，可以看出脫油瀝青軟化點(diǎn)受到原料殘?zhí)康闹苯佑绊?，隨著原料殘?zhí)康闹饾u升高，脫油瀝青軟化點(diǎn)不斷增大。在生產(chǎn)過程中，當(dāng)原料性質(zhì)出現(xiàn)大幅波動時，3 h內(nèi)脫油瀝青軟化點(diǎn)會出現(xiàn)較為明顯的變化，該變化主要通過抗車轍母粒的成型情況直觀看出。原料5顯示原料殘?zhí)繛?5.3%時，脫油瀝青軟化點(diǎn)較低，為103.5 ℃，分析主要原因?yàn)檠b置加工負(fù)荷較低，脫瀝青油收率低，各關(guān)鍵參數(shù)可調(diào)節(jié)余地大，軟化點(diǎn)可調(diào)控范圍較大，如欲提高脫油瀝青軟化點(diǎn)，則可通過降低抽提溫度、提高溶劑比、投用抽提器底部副溶劑等措施進(jìn)行調(diào)整。

表6 溶脫裝置不同原料下的脫油瀝青的軟化點(diǎn)

4 結(jié)論及建議

溶劑脫瀝青技術(shù)對加工原料的適應(yīng)范圍較大，同時在不同原料條件下，均能較好地脫除鐵、鎳、釩重金屬的含量。目前作為公司平衡減壓渣油和調(diào)整重油產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的途徑之一，在靈活生產(chǎn)的調(diào)整過程中應(yīng)注意：①溶脫裝置的加工能力受到原料性質(zhì)的直接影響，在追求脫瀝青油收率、質(zhì)量和脫油瀝青質(zhì)量的過程中，存在一個相對平衡的點(diǎn)。②加工原料性質(zhì)較重的減壓渣油時，產(chǎn)品質(zhì)量和收率的變化同時受其瀝青質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響，且質(zhì)量與收率呈一定的反比例關(guān)系。③根據(jù)摸索出的對應(yīng)邊界條件，可以在較快的時間內(nèi)達(dá)到平衡穩(wěn)定狀態(tài)有利于溶脫裝置在重油物料平衡和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整中的作用發(fā)揮。