溶劑脫瀝青工藝在當(dāng)今煉廠的作用及發(fā)展趨勢(shì)

李飛飛，遲春紅，王俊美

（中海油 石化工程有限公司，山東 青島 266100）

隨著世界范圍內(nèi)環(huán)保法規(guī)的日益嚴(yán)格，合理加工利用重劣質(zhì)原油變得越來(lái)越重要。對(duì)含有大量高沸點(diǎn)渣油餾分的重油，通過(guò)提質(zhì)升級(jí)或組合工藝處理，才能獲得質(zhì)量合格的高利潤(rùn)產(chǎn)品[1]。

重油中大量的膠質(zhì)和瀝青質(zhì)以及與之結(jié)合的金屬會(huì)導(dǎo)致其運(yùn)輸性能下降、H/C 原子比降低、穩(wěn)定性降低（膠體不穩(wěn)定性更高）、混合相容性降低，并且會(huì)使催化劑結(jié)焦，形成固體沉積物并失活，加重設(shè)備的腐蝕，并增加有害物質(zhì)的排放量。溶劑脫瀝青能夠脫除膠質(zhì)-瀝青質(zhì)、深度脫金屬以及部分脫硫和脫氮，對(duì)后續(xù)的催化工藝產(chǎn)生極大的促進(jìn)作用。將初始原油進(jìn)行脫瀝青后，可大大降低后續(xù)加氫處理的氫耗。溶劑脫瀝青工藝的應(yīng)用不受原料組成和特性的限制，尤其不受高金屬和殘?zhí)己康南拗?，因此，溶劑脫瀝青工藝在煉油行業(yè)中占據(jù)重要地位[2,3]。

1 溶劑脫瀝青工藝簡(jiǎn)介

重油提質(zhì)工藝主要有兩種路線：脫碳和加氫。脫碳路線采用的工藝主要包括熱裂化、催化裂化和溶劑脫瀝青；而加氫路線則包括催化加氫和非催化加氫。

溶劑脫瀝青（SDA）工藝是一種脫碳方法，通過(guò)使用C3~C6的烷烴溶劑，將瀝青質(zhì)從重質(zhì)原料中分離，最終生產(chǎn)出脫瀝青油（DAO）及脫油瀝青（DOA）。其主要目標(biāo)是，從渣油中脫除膠質(zhì)-瀝青質(zhì)和多環(huán)芳烴，這些化合物的特點(diǎn)是具有高CCR（康拉遜殘?zhí)恐担┖亢偷驼扯戎笖?shù)。該工藝的常規(guī)原料是減壓渣油（VR），目標(biāo)產(chǎn)品是脫瀝青油餾分，經(jīng)后續(xù)精制后，可用作生產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)、航空、汽缸、壓縮機(jī)、變速器和其他潤(rùn)滑油的基礎(chǔ)油。

溶劑脫瀝青不僅可以生產(chǎn)高粘度潤(rùn)滑油的基礎(chǔ)油，而且還通過(guò)去除不良組分或雜質(zhì)來(lái)確保后續(xù)運(yùn)輸，或者通過(guò)熱裂化和催化裂化工藝進(jìn)行后續(xù)處理，以及用于對(duì)重油和渣油進(jìn)行精制。從該工藝中分離出的瀝青質(zhì)可用作道路或屋頂表面的瀝青，也可用于通過(guò)氣化生產(chǎn)熱量和H2。通過(guò)將DAO 用作流化催化裂化（FCC）或加氫裂化裝置的原料，可以進(jìn)一步升級(jí)DAO。由于工藝簡(jiǎn)單，操作條件溫和，SDA 工藝運(yùn)行成本較低，可用于回收大量可以進(jìn)一步升級(jí)的高價(jià)值油。

對(duì)減壓渣油（VR）進(jìn)行溶劑脫瀝青生產(chǎn)脫瀝青油和瀝青的可能路線見(jiàn)圖1，其中包括溶劑脫瀝青與其他渣油轉(zhuǎn)化工藝組合而得到的產(chǎn)品。

圖1 將溶劑脫瀝青產(chǎn)品加工成兩種餾分（脫瀝青油和瀝青）的可能路線Fig.1 Possible routes for processing solvent deasphalted products into two fractions（deasphalted oil and asphalt）

2 溶劑脫瀝青組合工藝的開(kāi)發(fā)

溶劑脫瀝青工藝生產(chǎn)出的脫瀝青油和瀝青，不能直接用作產(chǎn)品，需要與其他渣油轉(zhuǎn)化工藝組合才能得到產(chǎn)品[4]。因此，溶劑脫瀝青組合工藝以其高度的靈活性和適應(yīng)性，成為重油深度加工的研究熱點(diǎn)[5]。

2.1 與催化裂化工藝組合

溶劑脫瀝青-催化裂化組合工藝（見(jiàn)圖2）結(jié)合了這兩種工藝的優(yōu)勢(shì)。一方面，脫瀝青油可直接或摻煉后，用作為催化裂化的原料。另一方面，將減壓渣油中摻煉催化裂化油漿，通過(guò)溶脫裝置回收油漿中的輕組分，既可提高脫瀝青油收率，又能改善脫油瀝青的品質(zhì)[6]。

圖2 催化裂化-溶劑脫瀝青組合工藝Fig.2 Combined process of catalytic cracking and solvent deasphalting

2.2 與固定床加氫裂化工藝組合

溶劑脫瀝青-固定床加氫裂化工藝路線，首先，溶劑脫瀝青對(duì)重油進(jìn)行初步分離，然后對(duì)脫瀝青油或?yàn)r青進(jìn)行加氫裂化。這種組合工藝在進(jìn)行脫瀝青油加氫裂化時(shí)，進(jìn)料中瀝青質(zhì)、金屬和CCR 含量顯著降低。因此，可以在較溫和的條件下進(jìn)行加氫轉(zhuǎn)化，獲得較高的轉(zhuǎn)化率和較高的輕餾分收率[7]。此外，由于脫瀝青油中瀝青質(zhì)已完全脫除，大大降低了催化劑消耗，提高了單元操作系數(shù)。該路線的缺點(diǎn)是形成的大量瀝青需要后續(xù)處理，原油的整體轉(zhuǎn)化率降低[8]。上游溶劑脫瀝青產(chǎn)生的瀝青通過(guò)催化劑進(jìn)行加氫轉(zhuǎn)化，而脫瀝青油則與減壓瓦斯油混合后進(jìn)行常規(guī)的固定床加氫裂化，減壓渣油的初步轉(zhuǎn)化率和餾分油的產(chǎn)量得以增加。

圖3 加氫裂化-溶劑脫瀝青組合工藝Fig.3 combined process of hydrocracking and solvent deasphalting

2.3 與沸騰床加氫裂化工藝組合

溶劑脫瀝青-沸騰床加氫裂化工藝路線，首先，對(duì)重油進(jìn)行加氫裂化，然后用溶劑脫瀝青處理加氫裂化產(chǎn)生的渣油，并將其生產(chǎn)出的脫瀝青油回收至加氫裂化進(jìn)料位置[9]。這種組合工藝通過(guò)對(duì)加氫裂化的渣油進(jìn)行處理，脫除瀝青質(zhì)、焦炭和其他不良的高分子裂化產(chǎn)物。在該工藝路線中，脫瀝青油可以再循環(huán)到加氫裂化反應(yīng)器入口，與初始原料混合后，進(jìn)行加氫裂化?？山档图託淞鸦系臑r青質(zhì)含量，提高轉(zhuǎn)化率，并減少催化劑和H2的消耗[10,11]。

圖4 沸騰床加氫裂化-溶劑脫瀝青組合工藝Fig.4 Combined process of fluidized bed hydrocracking and solvent deasphalting

2.4 與焦化工藝組合

溶劑脫瀝青-焦化組合工藝見(jiàn)圖5。可提高餾分油收率，降低焦炭產(chǎn)率，同時(shí)解決脫油瀝青的利用問(wèn)題[12]，除用于生產(chǎn)道路瀝青、建筑瀝青外，還可通過(guò)延遲焦化，生產(chǎn)得到汽油、柴油、瓦斯油等產(chǎn)品[13]。

圖5 溶劑脫瀝青-焦化組合工藝Fig.5 Solvent deasphalt-coking combined process

2.5 與氣化工藝組合

溶劑脫瀝青-氣化工藝組合見(jiàn)圖6。溶劑脫瀝青生產(chǎn)得到脫瀝青油和脫油瀝青，脫瀝青油作為原料送入催化裂化或加氫裂化，脫油瀝青作為原料生產(chǎn)合成氣（CO 和H2），凈化后可進(jìn)行后續(xù)利用[14]。該組合工藝既可以實(shí)現(xiàn)脫油瀝青的綜合利用，又可以為煉油廠提供H2來(lái)源，實(shí)現(xiàn)效益最大化[15]。

圖6 溶劑脫瀝青-氣化組合工藝Fig.6 Solvent deasphalting-gasification combined process

綜上所述，溶劑脫瀝青在重油處理方面具有很高的靈活性，其具體工藝取決于許多因素，包括現(xiàn)有工藝流程、煉油廠的配置和概況、原料的特性和價(jià)格、銷(xiāo)售市場(chǎng)的可用性以及獲得的商業(yè)石油產(chǎn)品的價(jià)格、運(yùn)營(yíng)和資本成本以及裝置負(fù)荷率等。

3 國(guó)內(nèi)外溶劑脫瀝青工藝技術(shù)

3.1 國(guó)外溶劑脫瀝青工藝技術(shù)

目前，應(yīng)用最為廣泛的現(xiàn)代溶劑脫瀝青技術(shù)主要有：KBR 公司的ROSE（渣油超臨界萃?。┕に嚒OP/FW 公司的Demex 技術(shù)、Foster Wheeler 公司的LEDA 工藝以及由IFP 開(kāi)發(fā)并由AXENS 許可的Solvahl 工藝。主要溶劑脫瀝青技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用情況、特點(diǎn)和技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表1[1]。

表1 主要溶劑脫瀝青技術(shù)對(duì)比Tab.1 Comparison of main solvent deasphalting technologies

由表1 可知，這些工藝流程相似，根據(jù)原料和對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的要求，可采用溶劑范圍為C3~C6，引入脫瀝青油超臨界分離和膠質(zhì)分離工段，將重油分離成2 種（脫瀝青油、瀝青）或3 種餾分（脫瀝青油、瀝青、膠質(zhì)）。然而，這些工藝在混合、萃取和溶劑回收工段的配置和操作條件方面有所不同。典型的工藝溫度范圍為50~235℃，壓力范圍為20~40bar。

3.2 國(guó)內(nèi)溶劑脫瀝青工藝技術(shù)

在國(guó)內(nèi)溶劑脫瀝青技術(shù)中，目前已獲得加拿大威爾資源公司的許可的是中國(guó)石油大學(xué)（北京）開(kāi)發(fā)的選擇性瀝青質(zhì)提?。⊿ELEX-Asp）工藝。該工藝是在萃取步驟中使用亞或超臨界溶劑，從重油中選擇性除去固體瀝青質(zhì)顆粒。亞臨界和超臨界溶劑具有接近氣體的低粘度和高擴(kuò)散系數(shù)，有利于進(jìn)料和溶劑的湍流混合，加速傳質(zhì)和瀝青相的分離，以及更深和更清潔的相分離。從可行性的角度來(lái)看，相對(duì)于傳統(tǒng)的溶劑脫瀝青工藝，其優(yōu)點(diǎn)是接觸器的尺寸更小、設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)單、能量效率更高、溶劑消耗更低，因此，資本和操作成本更低[2]。

SELEX-Asp 工藝主要溶劑是正戊烷。瀝青分離萃取塔的溫度為150~180℃，從初始脫瀝青油溶液（如果存在）中分離膠質(zhì)（重質(zhì)脫瀝青油）的塔溫度為160~190℃，壓力為5MPa，溶劑與進(jìn)料的質(zhì)量比為4 ∶1[16]。SELEX-Asp 工藝允許從殘?zhí)剂繛?9（wt）%、金屬含量為242×10-6的VR 中分離出殘?zhí)剂繛?7%、金屬含量為1000×10-6的21.55（wt）%的瀝青（初始VR 中這些成分的含量分別為56%和90%）[17]。

SELEX-Asp 工藝的脫瀝青油，盡管金屬和殘?zhí)亢肯鄬?duì)較高，仍可用作固定床反應(yīng)器催化裂化、加氫處理或加氫裂化裝置的進(jìn)料。

4 新溶劑的開(kāi)發(fā)

為了確保重油的深度加工，溶劑脫瀝青現(xiàn)有工藝的溶劑與原料油的比例較高，導(dǎo)致溶劑消耗量較大。為了降低相對(duì)昂貴的溶劑成本，研究人員致力于尋找替代溶劑，以提高溶劑的選擇性和溶劑化能力。

4.1 有機(jī)碳酸鹽

埃尼公司開(kāi)發(fā)了一種工藝，采用有機(jī)碳酸鹽分離原油，該工藝不僅可以脫瀝青，而且能夠把含有雜原子和金屬的極性化合物從脫瀝青油中提取出來(lái)，從而提高脫瀝青油的質(zhì)量；萃取分離后，脫瀝青油成為工藝萃余液[18-20]。應(yīng)該注意的是，盡管有可能提高分離選擇性和除去更多不良組分，并提高脫瀝青油的質(zhì)量，但這種工藝的實(shí)施可能會(huì)因溶劑分離和從產(chǎn)物中回收的裝置成本增加，而提高裝置的復(fù)雜性。

4.2 CO2-甲苯混合物

CO2容易獲得，防火防爆，可用作原油中輕烴尤其是飽和烴的溶劑，也可用作有效的反溶劑[21]，有利于石油分散體系的不穩(wěn)定和不溶性膠質(zhì)——瀝青質(zhì)或?yàn)r青質(zhì)以單獨(dú)相的形式沉淀[22,23]。然而，CO2滿足了高液體容量和萃取效率的要求，但由于其溶解重油的高分子組分的能力較低，阻礙了使用CO2的溶劑脫瀝青工藝的持續(xù)商業(yè)化發(fā)展[24]。

為了克服CO2溶劑的局限性，莫斯科物理技術(shù)研究所研究了使用CO2-甲苯混合物對(duì)減壓渣油進(jìn)行溶劑脫瀝青，以評(píng)估工藝參數(shù)和混合物組成對(duì)生產(chǎn)的脫瀝青油的收率和組成的影響。CO2-甲苯的混合物可以作為重油原料溶劑脫瀝青的有效溶劑，去除重膠質(zhì)和瀝青質(zhì)餾分，從而確保高效脫金屬和CCR（康拉遜殘?zhí)贾担┤コ?，以及脫瀝青油質(zhì)量。為了評(píng)估在實(shí)踐中使用這種溶劑的前景，需要進(jìn)行中試測(cè)試，以評(píng)估在連續(xù)工藝模式下必要的溶劑與進(jìn)料比、萃取效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

5 結(jié)語(yǔ)

溶劑脫瀝青工藝簡(jiǎn)單、靈活性高，在重油的加工中占據(jù)著重要地位。對(duì)于造成重油粘度高、碳?xì)埩袅亢徒饘俸扛叩臑r青質(zhì)，溶劑脫瀝青能有效地將其脫除，大大簡(jiǎn)化了后續(xù)的渣油處理過(guò)程，改善最終產(chǎn)品的質(zhì)量，還可促進(jìn)重油和天然瀝青的運(yùn)輸。

常規(guī)的溶劑脫瀝青技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成熟，在當(dāng)今煉廠應(yīng)用中，技術(shù)研發(fā)的重點(diǎn)主要集中在工藝改進(jìn)、硬件設(shè)備升級(jí)，以及特種產(chǎn)品生產(chǎn)等方面。溶劑脫瀝青技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)是:

（1）提高重油原料的適應(yīng)性，提高優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品收率，對(duì)溶劑和操作條件進(jìn)行優(yōu)化，節(jié)約裝置的能耗；另外，還包括裝置設(shè)備硬件升級(jí)優(yōu)化以及新溶劑的開(kāi)發(fā)。

（2）對(duì)重油溶劑脫瀝青技術(shù)進(jìn)行更多的機(jī)理研究，擴(kuò)大溶劑脫瀝青技術(shù)在非常規(guī)原油改質(zhì)中的應(yīng)用范圍。

（3）溶劑脫瀝青與其他重油加工工藝的組合，包括溶劑脫瀝青-催化裂化組合工藝、加氫裂化-溶劑脫瀝青組合工藝、焦化-溶劑脫瀝青組合工藝以及氣化-溶劑脫瀝青組合工藝等，充分發(fā)揮組合工藝的優(yōu)勢(shì)，提高煉廠靈活性和競(jìng)爭(zhēng)力。