劉巍

（武漢金中石化工程有限公司，湖北武漢430223）

隨著原油供應劣質化，環(huán)保法規(guī)日趨嚴格，重油加工技術成為石油化工企業(yè)的重要研究方向。溶劑脫瀝青工藝是1種有效的劣質重油加工手段，它能夠將重油中最劣質部分—瀝青質的絕對值減少35%左右［1］，除去瀝青質的脫瀝青油可作為優(yōu)質的催化原料，生產輕質油。

1 溶劑脫瀝青工藝發(fā)展概況

全球第1套溶劑脫瀝青裝置由M.W.Kellogg公司于1936年投產［2］。我國首套裝置于1958年在蘭州煉油廠投產，規(guī)模12×104t/a。目前世界有100多套裝置，總加工能力5 000×104t/a。我國此類裝置約30套，總加工能力接近900×104t/a［3，4］，占全球比重超過15%。

1.1 國外溶劑脫瀝青工藝概述及進展

國外比較成熟的工藝有ROSE工藝、Demex工藝、LEDA工藝、Solvahl工藝等［5-7］。

美國KBR公司開發(fā)的ROSE工藝以常壓渣油或減壓渣油為原料，與溶劑混合后進入沉降塔中進行恒溫沉降。抽提過程中溶劑處于亞臨界狀態(tài)，溶劑在超臨界態(tài)下進行分離回收，增壓后循環(huán)利用。ROSE工藝利用溶劑在亞臨界狀態(tài)表現(xiàn)出的溶解性能，通過預混合、重力沉降等手段，實現(xiàn)對瀝青質、殘?zhí)嫉拿摮?，其?yōu)點在于：（1）采用超臨界回收技術，不僅提高了分離深度，減輕后續(xù)汽提塔負荷，而且因為超臨界態(tài)流體冷卻不涉及相變，故在溶劑冷卻環(huán)節(jié)能夠節(jié)約能耗；（2）由于工作溫度和壓力相對較低，設備和管道基本可以全部使用碳鋼材料［8］，一次性設備投資可大幅降低。

美國UOP公司和墨西哥石油研究院（IMP）聯(lián)合開發(fā)的Demex工藝是20世紀80年代發(fā)展起來的技術，利用選擇性好的丁烷或戊烷作溶劑，其脫瀝青油收率較高。溶劑通過靜態(tài)混合器與原料進行3級混合：1級混合采用少量溶劑與膠質混合；2級混合采用大量溶劑與原料混合，混合原料油進入抽提器；3級混合采用抽提器下部注入，經(jīng)抽提段與沉降的瀝青質進一步傳質，以提高瀝青質量和脫瀝青油收率。Demex工藝由于在管道中就進行抽提，因此抽提器中不必設置轉盤或塔板；采用膠質循環(huán)，提高了脫瀝青油質量［9］；溶劑在回收過程中處于臨界狀態(tài)，用液化烴泵取代壓縮機，簡化了流程；同時兼具超臨界溶劑回收的低能耗優(yōu)點。

美國Foster-wheeler公司開發(fā)的LEDA工藝利用不同配比的C2～C7溶劑進行抽提，以制取優(yōu)質的光亮油料、催化裂化原料及瀝青。抽提部分采用轉盤萃取塔，塔內維持穩(wěn)定的溫度梯度，并對原料進行預稀釋；在溶劑回收方面，它采用多效蒸發(fā)的方法回收溶劑。LEDA工藝能耗較高，有文獻［10］統(tǒng)計，其主要能耗來自于燃料、冷卻水。這是由于多效蒸發(fā)及高溫閃蒸溶劑水冷均為相變過程，增加了加熱爐和水冷器的負荷，同時多效蒸發(fā)對溶劑的分離效果不及超臨界溶劑回收，增加了后續(xù)汽提塔的蒸汽負荷。

Solvahl工藝是法國石油研究院（IFP）開發(fā)的，以C4或C5為溶劑，使用特殊設計的萃取塔，進行單段抽提，物料逆向接觸，并且保持一定的溫度梯度，能在高通量和低溶劑下獲得較好的萃取選擇性。超臨界溶劑回收，極大程度提高了脫瀝青油的收率，同時Solvahl工藝在處理減壓渣油時可使脫瀝青油中幾乎不含瀝青質［11］。其低劑油比也使溶劑回收部分的能耗大幅降低。

國外典型溶劑脫瀝青工藝技術的綜合對比見表1［12］。

表1國外典型溶劑脫瀝青工藝綜合對比

表1表明，國外溶劑脫瀝青技術在最近40 a進程中，采取亞臨界抽提、超臨界溶劑回收技術應用較廣，如ROSE和Demex工藝。在節(jié)能方面，超臨界溶劑回收比蒸發(fā)回收優(yōu)勢明顯；在劑油比方面，LEDA和Solvahl工藝的劑油比更小，節(jié)省動力消耗且縮小設備體積，對平面布置及設備投資有利。核心設備抽提器的結構形式設計是研究和開發(fā)的重點，其性能直接關系到產品質量。4種工藝技術加工能力在全球占到的份額相差不大，具體選擇哪種工藝方案主要取決于用戶對于產品要求、總投資、全廠產品方案以及系統(tǒng)配套等方面的考量。

近年來，國外溶劑脫瀝青工藝取得一定進展。Yakovlev［13］對溶劑回收部分的換熱流程作了優(yōu)化，發(fā)明了1種瀝青溶液2級閃蒸的工藝，將抽提器底部的瀝青溶液與后續(xù)閃蒸罐頂出來的丙烷氣換熱，升溫后的瀝青溶液進入1級閃蒸罐，分離出丙烷氣和脫油瀝青，脫油瀝青進一步用蒸汽加熱，進入2級閃蒸罐，罐頂蒸出的少量丙烷與1級閃蒸丙烷氣混合后經(jīng)空冷降溫回收，罐底瀝青相去汽提塔，其流程見圖1。

圖1瀝青溶液2級閃蒸工藝流程

該工藝用于加熱瀝青溶液和蒸發(fā)丙烷的能耗減少24.1%，用于冷卻丙烷蒸汽的能耗減少71.6%。

?？松梨谘芯颗c工程公司（EXXONMOBIL）在2015年開發(fā)了集成水力空化（Integrated hydrodynamic cavitation）的溶劑脫瀝青系統(tǒng)［14］，其核心部分水力空化單元為EXXONMOBIL的專有技術。

渣油餾分首先在水力空化單元進行水力空化作用，目的是使其中一部分高分子量烴轉化為較低分子量的烴，空化后的油品進入分離單元，分離出的空化輕質油可去常減壓回煉，重質油送入抽提塔進行溶劑萃取。脫瀝青油一部分作為優(yōu)質催化料，一部分循環(huán)回到水力空化單元入口，以降低渣油粘度，有利于空化作用。集成水力空化溶劑脫瀝青系統(tǒng)能進一步提高脫瀝青油收率和質量，降低殘?zhí)亢玩?、釩含量。該技術工藝流程見圖2。

圖2集成水力空化的溶劑脫瀝青系統(tǒng)工藝流程

韓國能源技術研究院最新研究發(fā)現(xiàn)［15］，通過在脫瀝青油—溶劑混合溶液中添加1種亞臨界或超臨界流體（如二氧化碳、甲烷等），添加劑與混合溶液的質量比為1：1到3：1，進一步使溶劑與脫瀝青油分離，溶解了溶劑的添加劑經(jīng)變溫變壓再解析出溶劑。該方法可省去溶劑脫瀝青裝置的加熱爐，不需額外供熱，但為獲得亞臨界或超臨界添加劑而新增的能耗和設備投資，以及溶劑解析增加的設備投資，是實現(xiàn)工業(yè)化應用需權衡的因素。

1.2 國內溶劑脫瀝青工藝概述及進展

我國溶劑脫瀝青裝置早期主要以丙烷為溶劑，生產潤滑油料和催化裂化原料。目前國內溶劑脫瀝青裝置工藝技術取得了長足進展，主要來自國內科研機構研發(fā)和已有工藝包基礎上改進。

1984年，由北京石油科學研究院等聯(lián)合開發(fā)了以丁烷為溶劑的溶劑脫瀝青技術，并于1987年在吉林建成投產，是國內首套自主開發(fā)、建設的混合C4溶劑脫瀝青裝置［16］。1985年大連石化對原有的丙烷脫瀝青裝置進行擴建和改造，采用了超臨界溶劑回收工藝、增壓流程及抽提塔改造等，擴能的同時還增加了操作的靈活性［17］。

20世紀90年代，抽提塔內件的改進對相際間傳質效果有明顯改善，包括蜂窩型格柵規(guī)整填料、旋風分離器、環(huán)形擋板、超聲波螺旋片等。

清華大學朱慎林等人［18］開發(fā)的高效萃取塔結構采用自主研發(fā)的蜂窩型格柵規(guī)整填料，配合多管型分布器、波紋板填料支承，首次在錦西石化丙烷脫瀝青裝置實施改造，改造后有效提高了萃取塔通量，輕脫油收率提高4%，總拔出率提高3.5%，且運行幾年無結焦堵塞的現(xiàn)象。中國石化濟南分公司丙烷脫瀝青裝置改用FG型蜂窩系列規(guī)整填料，并將其它主要設備進行配套改造后，生產能力增加20%，相同加工條件下脫瀝青油收率增加4%。

中國石化南陽分公司使用高效萃取塔，配合FG—II型格柵規(guī)整填料及并列多管型進料分布器［19］，可有效提高萃取塔的抽提效果，降低傳質阻力，操作溫度比傳統(tǒng)轉盤塔低24℃，溶劑純度平均降低15.2%，有利于節(jié)能降耗，停工后裝置未發(fā)現(xiàn)管線內結焦堵塞問題，檢修難度低。

祖德光等［20］在抽提器頂部設置1種加熱盤管，熱載體選用導熱油或汽輪機油，通過回收加熱爐煙氣余熱，向抽提器頂部循環(huán)給熱，該方法在提高抽提效率的同時，節(jié)省能耗，靈活控制脫瀝青油和膠質的品質。利用高溫高壓溶劑的高溫位熱量、改進萃取塔內填料、使用導熱油給裝置供熱、改進瀝青加熱爐結構等方法能夠大幅節(jié)能21.7%。

2010年，中國石油大學重質油實驗室研發(fā)了連續(xù)式溶解梯度分離實驗裝置［21］。通過將一定比例的渣油和溶劑在混合器中混合后送入抽提塔，抽提塔采用梯級分離操作，抽提塔底部的瀝青相送入瀝青蒸發(fā)器中，溶劑與瀝青質閃蒸分離，蒸發(fā)器底部得到瀝青產品。抽提塔頂部的脫瀝青油進入加熱爐，加熱到一定溫度時進入分離器，分離出輕脫油和重脫油。該裝置以委內瑞拉超重油減渣為原料，試驗結果表明，脫瀝青油收率大于70%，瀝青脫除率大于90%，殘?zhí)棵摮蚀笥?0%，重金屬脫除率大于70%，該技術給處理超重劣質重油提供了新的思路。國內溶劑脫瀝青的工業(yè)應用情況［22］見表2。

我國溶劑脫瀝青裝置多采用丙烷2段脫瀝青工藝，可同時生產輕脫油和重脫油，輕脫油和重脫油是很好的潤滑油原料和催化裂化、加氫裂化原料，2段脫瀝青工藝可根據(jù)行業(yè)情況或全廠生產調度靈活改變產品方案，但與國外同類裝置相比，國內裝置的綜合能耗較高，主要來自加熱爐燃料消耗及中高壓機泵電耗?？梢詮母倪M工藝、更新設計、提高管理、加強監(jiān)督等方面尋求節(jié)能減排。

表2 2018年中國部分溶劑脫瀝青裝置工業(yè)應用情況

2 溶劑脫瀝青組合工藝研究進展及工業(yè)化狀況

采用先進的渣油深加工技術實現(xiàn)重油輕質化是我國煉油工業(yè)重要的技術發(fā)展方向。溶劑脫瀝青工藝能夠脫除渣油中使催化劑中毒的重金屬和容易結焦的瀝青質等，因此以溶劑脫瀝青技術為“龍頭”的組合工藝，對原料適應性廣，能夠根據(jù)不同的原料制定不同產品方案，從而順應市場需求變化，提高經(jīng)濟效益。

水恒福等［23］在連續(xù)溶劑脫瀝青裝置上考察摻煉催化油漿對渣油溶劑脫瀝青過程的影響，發(fā)現(xiàn)利用催化裂化外甩油漿作為溶劑脫瀝青原料之一進行摻配，能夠有效降低原料粘度，減小傳質阻力。研究表明，隨著摻配量的增加，能有效提高脫瀝青油收率，芳香分和飽和分含量也均有上升，此外還能夠充分利用催化裂化產生的油漿，拓寬溶劑脫瀝青和催化裂化原料的來源。催化油漿摻配比對脫瀝青油族組成的影響見表3。

表3催化油漿摻配比對脫瀝青油族組成的影響

經(jīng)溶劑脫除瀝青質和重金屬的脫瀝青油是很好的催化裂化或加氫裂化的原料，針對不同原油性質，科研單位和工作者研究出更多適應性較強的組合工藝。其中，應用較廣的有“溶劑脫瀝青—催化裂化”組合工藝、“溶劑脫瀝青—焦化”組合工藝、“常壓閃蒸—溶劑脫瀝青”組合工藝、“溶劑脫瀝青—減粘裂化”組合工藝等。

中國石油長慶石化利用“溶劑脫瀝青—催化裂化”組合工藝［24］，解決了催化裂化裝置原料油殘?zhí)扛?，沉降器和分餾塔底易結焦等問題。通過組合工藝優(yōu)化，降低了催化裂化原料中膠質、瀝青質的含量，減壓渣油殘?zhí)棵摮蔬_48%，輕油收率提高3.64%，總液收提高4.08%。中國石化洛陽分公司的RSDA—FCC組合工藝［25］的運行數(shù)據(jù)也表明，該組合工藝適用于加工劣質、重質原油，可顯著改善催化裂化原料性質，生產出的催化汽油含硫量明顯降低。鎮(zhèn)海煉化結合自身情況，對原有“溶劑脫瀝青—催化裂化”組合工藝進行改進，開發(fā)出“溶劑脫瀝青—蠟油加氫—催化裂化”組合工藝［26］，將催化裂化油漿返回溶劑脫瀝青摻煉改善脫瀝青油性質，同時催化裂化裝置摻煉一定比例的精制蠟油。溶劑脫瀝青產出的脫瀝青油去蠟油加氫裝置，同時保留去重油催化裂化的工藝路線，保證脫瀝青油質量異常或蠟油加氫裝置異常時仍能進入重油催化裂化，溶劑脫瀝青產出的脫油瀝青作為化肥氣化爐原料，其工藝流程見圖3。

圖3“溶劑脫瀝青—蠟油加氫—催化裂化”組合工藝流程

“溶劑脫瀝青—催化裂化”組合工藝應用于不同煉油企業(yè)的產品分布見表4。

表4表明，利用“溶劑脫瀝青—催化裂化”及其衍生組合工藝能夠提高催化裂化裝置的輕收和液收，降低油漿收率，有利于重油輕質化。

孫學文等［27］在研究以遼河減壓渣油為原料的“溶劑脫瀝青—催化裂化”組合工藝時發(fā)現(xiàn)，隨著溶劑脫瀝青操作壓力增大，脫瀝青油收率增大，瀝青質收率明顯降低，當壓力升至7.0 MPa時，操作溫度160～180℃，劑油比4:1的條件下，脫瀝青油收率達到74.22%，將脫瀝青油送至催化裂化裝置，瀝青殘渣送至焦化裝置反應1 h，總液化氣+輕油收率較減壓渣油直接焦化提高了4.06%。

寧愛明等［28］以塔河原油為原料，通過常壓閃蒸將輕組分蒸出，閃蒸渣油作為溶劑脫瀝青單元進料，探究了“常壓閃蒸—溶劑脫瀝青”組合工藝。研究表明，當閃蒸溫度控制在260℃左右，塔河原油中環(huán)烷酸腐蝕性較低，能減少設備投資。溶劑脫瀝青抽提溫度控制在175℃時，脫瀝青油收率為75.2%，且基本不含瀝青質，可得到優(yōu)質加氫裂化料?！俺洪W蒸—溶劑脫瀝青”組合工藝相較于將常渣延遲焦化的工藝，總液收提高9.47%，常壓閃蒸操作能有效減少原油中環(huán)烷酸腐蝕。目前該工藝工業(yè)化裝置未見報道但具有一定發(fā)展前景。

表4不同煉油企業(yè)“溶劑脫瀝青—催化裂化”組合工藝產品分布

于志敏等［29］通過將減粘裂化反應后的物料進行分餾，未餾出的減粘重組分油經(jīng)溶劑脫瀝青裝置，溶劑采用C3～C6鏈烷烴復配抽提。去除油品中對生產針狀焦不利的裂化活性較高的組分和聚合活性高的組分及大量的催化劑粉末、重金屬、硫、氮等雜質，所得針狀焦原料產率高、性質好。

KBR和Shell公司提供的1種減粘裂化和溶劑脫瀝青組合工藝技術，將減粘裂化裝置改質的減壓瓦斯油和高壓減壓閃蒸裂化渣油減壓閃蒸后送入溶劑脫瀝青裝置，以生產氫含量高的石蠟基脫瀝青油。據(jù)稱，將減粘裂化裝置置于溶劑脫瀝青裝置之前能使溶劑脫瀝青單元更小，因此節(jié)約建設投資。此外減粘減壓瓦斯油的質量更高，可為下游裂化裝置提供更好的原料，以生產柴油等優(yōu)質原料［30］。國際海事組織（IMO）于2020年1月開始實施船用燃料油硫含量低于0.5%的標準，今后此種組合工藝的需求量將會增大。

法國石油研究院開發(fā)了1種“沸騰床加氫—溶劑脫瀝青組合工藝”［31］，將沸騰床加氫裝置的反應產物經(jīng)分餾切割出300℃以上重質餾分，重質餾分進入溶劑脫瀝青裝置，溶劑采用至少1種極性溶劑和1種非極性溶劑，可通過調節(jié)其比例來控制脫瀝青油收率，極性溶劑比例越高，脫瀝青油的收率越高，瀝青相含油越少。該組合工藝優(yōu)點為：（1）能夠明顯降低油品中的硫、氮、金屬和殘?zhí)亢?；?）原料適應性廣，加工方案靈活，可用于加工原油、常渣、煤直接液化重油、木質纖維素直接液化重油等；（3）通過調節(jié)溶劑組成控制產品質量。

美 國Foster-wheeler公 司［32］開 發(fā) 了“VDUSDA-HC”（減壓蒸餾—溶劑脫瀝青—加氫裂化）其工藝路線為：常渣餾分送至減壓塔蒸餾，減壓塔底部的減壓渣油經(jīng)溶劑脫瀝青裝置處理，得到的脫瀝青餾分與減壓餾分油（VGO）作為加氫裂化原料，瀝青經(jīng)調和后出廠。由于溶劑脫瀝青裝置能有效將減渣中的多核芳烴（PNA）從分離出來，避免加氫裂化裝置催化劑結焦失活。

表5部分溶劑脫瀝青組合工藝的原料性質

表5對部分溶劑脫瀝青組合工藝的原料性質作了歸納整理，對于高黏高酸原油（如塔河原油），利用“常壓閃蒸—溶劑脫瀝青”組合工藝，能有效減少環(huán)烷酸帶來的酸腐蝕問題；而殘?zhí)扛摺⒛z質、瀝青質高的原料（如遼河減渣），采用“溶劑脫瀝青—催化裂化—焦化”組合工藝能夠進一步降低固體焦炭產率，提高液收，也可以采用“溶劑脫瀝青—氣化—催化裂化”組合工藝，充分利用脫油瀝青中附加值較低的殘?zhí)俊⒛z質、瀝青質；“溶劑脫瀝青—蠟油加氫—催化裂化”組合工藝利用溶劑脫瀝青裝置抽提出脫瀝青油進行蠟油加氫，獲得精制蠟油作為催化裂化原料，適合于含有較多蠟油餾分的減渣或其它劣質重油。生產實踐中，還應結合裝置特點、已有條件、投資預算、產品方案、全廠調度等因素綜合分析，選擇合適的組合工藝。

近年來，隨著新型重油加工技術不斷推陳出新，其與溶劑脫瀝青的組合工藝成為發(fā)展趨勢，如2018年底建成投產的大連恒力2 000×104t/a煉化一體化項目，采用世界領先的沸騰床渣油加氫裂化+溶劑脫瀝青組合工藝技術，使渣油、蠟油等附加值較低的重質油最大限度轉化成高附加值的重整石腦油，渣油轉化率可達到90%。溶劑脫瀝青工藝還可與懸浮床加氫裂化工藝、三聚環(huán)保MCT工藝等結合起來，在提高劣質重油轉化率的同時，加氫尾油能夠靈活選擇回煉或進行溶劑脫瀝青處理，一方面可有效減輕加氫反應器和分餾系統(tǒng)負擔，另一方面可進一步提高輕油收率。

3 結束語

縱觀近幾十年世界范圍內溶劑脫瀝青技術的技術發(fā)展歷程，國外成熟的工藝如ROSE、Demex、LEDA、Solvahl等工藝技術已在全球廣泛應用。同時，新的工藝技術也在不斷推陳出新。首先，從裝置運行情況看，采用亞臨界抽提、超臨界溶劑回收技術能夠明顯降低能耗，且占地少、設備投資少，對于新建或改建的溶劑脫瀝青裝置應優(yōu)先考慮。其次，通過對國內外溶劑脫瀝青技術進展情況和工業(yè)應用情況的調查和總結，國內裝置的能耗普遍高于國外，未來可以從工藝技術、設計理念、管理水平、生產監(jiān)督等方面尋求節(jié)能減排的方法。目前對溶劑脫瀝青技術的科學研究和工藝開發(fā)主要圍繞工藝流程優(yōu)化、抽提器結構優(yōu)化、專有設備研發(fā)以及新型分離技術等方面展開，主要目標是降低能耗、提高脫瀝青油收率、改善瀝青產品品質、擴寬原料適應性等。最后，溶劑脫瀝青與催化裂化、延遲焦化、減粘裂化等技術的組合工藝能有效解決催化裂化積碳、催化劑中毒的問題，也能彌補延遲焦化高附加值產品收率低的不足，同時能減輕設備結焦，企業(yè)可結合自身裝置特點、已有條件、投資預算、產品方案、全廠調度等因素綜合分析，選擇合適的組合工藝生產。隨著國際原油價格回升，溶劑脫瀝青工藝與陸續(xù)發(fā)展起來的世界先進的重油加工技術相結合，開發(fā)更完善的組合工藝技術鏈，將高殘?zhí)?、高瀝青質部分的劣質油直接或間接轉化為高附加值的產品，是未來溶劑脫瀝青工藝發(fā)展的重要方向。