宁爱民，沈本贤，刘纪昌，仝玉军

(1.华东理工大学化学工程联合国家重点实验室，上海 200237；2.中国石化抚顺石油化工研究院)

常压闪蒸-溶剂脱沥青组合工艺提高塔河原油加工中液体收率的研究

宁爱民1，2，沈本贤1，刘纪昌1，仝玉军1

(1.华东理工大学化学工程联合国家重点实验室，上海 200237；2.中国石化抚顺石油化工研究院)

基于塔河原油高硫、高酸、高残炭、高沥青质、高金属以及低轻馏分油收率等特点，对塔河原油常压闪蒸-溶剂脱沥青与常压蒸馏-延迟焦化两种组合工艺进行了对比分析。结果表明：常压闪蒸-溶剂脱沥青组合工艺的总液体收率为78.77%，比常压蒸馏-延迟焦化组合工艺的总液体收率(69.30%)提高9.47百分点，可为催化裂化或加氢处理提供较高比例的优质原料。闪蒸-溶剂脱沥青组合工艺操作温度较低，可减缓常减压蒸馏等装置的石油酸腐蚀问题。从提高塔河原油液体收率、改善油品性质和缓解腐蚀等方面考虑，常压闪蒸-溶剂脱沥青组合工艺具有一定的发展前景。

塔河原油 溶剂脱沥青 延迟焦化 总液体收率

随着世界经济的快速发展，对液体石油燃料的需求越来越大，然而可供选择的轻质石油资源却逐渐减少，原油的重质化、劣质化现象日趋严重，加工越来越多的重质劣质原油是当前炼油企业面临的挑战[1]。重质油的改质方法分为脱碳和加氢两类[2]，脱碳工艺包括延迟焦化、催化裂化和溶剂脱沥青等，加氢工艺包括加氢裂化、加氢精制等。加氢技术的加工费用和设备投资较高，且技术复杂，使其发展受到制约；脱碳技术的成本低、转化率较高、操作灵活、投资回报率高，是当前炼油企业最主要的渣油加工技术[3]。

产自于新疆塔里木盆地北部塔河油田的塔河原油，具有密度大，黏度高，残炭高，蜡含量低，硫、氮含量高，镍、钒等金属含量高，沥青质含量高的特点，同时轻馏分油收率低。原油在经过常减压蒸馏之后其残炭、硫、镍、钒、沥青质等将大部分集中于渣油中，如果进入催化裂化、催化加氢工艺的催化系统，将会很容易导致催化剂的失活[4]，故塔河渣油不能直接进入催化裂化装置加工。塔河原油的酸值较高，为高酸原油，会在装置高温部位造成严重的石油酸腐蚀[5]，故在加工塔河原油过程中应尽可能避开石油酸的腐蚀作用温度，减轻其对装置的腐蚀。

针对塔河原油密度高，黏度大，酸值高，硫、氮、重金属、沥青质含量高等特点，本课题以塔河原油为原料，对比考察常压闪蒸-溶剂脱沥青和常压蒸馏-延迟焦化两种组合工艺的优劣。

1 实 验

1.1 原 料

实验原料为塔河原油，其性质见表1。

表1 塔河原油性质

1.2 实验装置

延迟焦化在实验室小试装置上进行。溶剂脱沥青试验在中国石化抚顺石油化工研究院研制的中型连续式溶剂脱沥青FYRT-2.5ZY-S装置上进行。

2 结果与讨论

2.1 塔河原油常压蒸馏-延迟焦化组合工艺

2.1.1 塔河原油常压蒸馏 塔河原油经过常压蒸馏切割成轻馏分油(小于350 ℃)和常压渣油(大于350 ℃)，其收率分别为28.40%和71.60%。常压渣油作为延迟焦化的进料，其性质见表2。

表2 塔河常压渣油性质

2.1.2 塔河常压渣油延迟焦化试验 焦化塔温度是延迟焦化装置的重要操作指标，改变焦化温度将直接影响到炉管内和焦炭塔内的反应深度，从而影响到焦化产物的产率和性质[6]。在反应压力0.15 MPa、进料流速1 000 g/h、进料时间3 h、水蒸气进料流速15 g/h、汽提时间2 h、零循环比的条件下，对塔河常压渣油在延迟焦化小试装置上进行试验，考察焦化温度对产物分布的影响，结果见图1。

图1 焦化温度对产物分布的影响■—气体； ●—汽油； ▲—柴油；蜡油； 焦炭； 总液体收率

由图1可以看出：随着焦化温度的升高，气体、汽油、柴油收率逐渐增加，而蜡油和焦炭收率逐渐降低，但总液体收率增加；在焦化温度为470 ℃时，总液体收率为66.30%，其中汽油、柴油和蜡油的收率分别为13.17%，20.46%，32.67%，焦炭产率为29.59%；当焦化温度升高到500 ℃时，总液体收率达到了73.49%，其中汽油、柴油和蜡油的收率分别为16.04%，27.06%，30.39%，焦炭产率为20.44%。当焦化温度增加时，裂解深度增加，焦炭的收率下降，对反应有利，因此焦化反应考虑在较高的反应温度下进行；但是温度过高容易造成泡沫夹带并使焦炭硬度增大，造成除焦困难，同时还会使加热炉管线和转油线的结焦倾向增大，影响操作周期[7-8]。对于塔河渣油这样重质化严重的渣油，高温下炉管结焦的倾向将会进一步增大，严重影响装置的长期稳定进行，因此反应温度不宜太高，适宜的焦化温度为490 ℃。

循环比(循环油量与新鲜原料量的比值)，是影响延迟焦化产物分布的重要工艺条件。循环比降低，可以降低焦炭产率和提高液体产物收率，但焦化蜡油的质量也会相应下降[9]。在进料流速1 kg/h、焦化温度490 ℃、反应压力0.15 MPa、进料时间3 h、水蒸气进料流速15 g/h、 汽提时间2 h的条件下，对塔河常压渣油在延迟焦化小试装置上进行试验，考察循环比对产物分布的影响，结果见图2。

图2 循环比对产物分布的影响■—总液体收率； ●—气体； ▲—汽油； 柴油； 蜡油； 焦炭

由图2可以看出：随着循环比的提高，气体、焦炭、汽油、柴油收率增加，而蜡油和总液体收率降低；在零循环比时，总液体收率为69.33%，其中汽油、柴油和蜡油的收率分别为14.14%，24.26%，30.93%，焦炭收率为25.05%；当循环比提高到0.7时，总液体收率下降到61.34%，其中汽油、柴油和蜡油的收率分别为21.47%，33.38%，6.49%，焦炭产率为27.83%。焦化反应循环比越高，参与反应的焦化蜡油量越多，蜡油经焦化反应转化为焦炭、气体和汽油、柴油组分，从而导致焦炭、汽油、柴油收率增加，总液体收率降低。因此，为了提高液体收率，焦化反应中更趋向于降低循环比。然而，循环比过低时，炉管内以及分馏塔塔底的结焦加重，影响装置的操作周期，同时蜡油产量增加，质量变差，增加了后续装置加工焦化蜡油的难度。在实际操作过程中应根据焦化原料的性质，选择适当的循环比，使之既能得到较高的液体收率，又能延缓加热炉炉管的结焦[10]。基于塔河渣油原料的特殊性，考虑在高循环比的条件下操作，这样一方面可以减缓原料在炉管中的结焦倾向，以保证装置的长期稳定进行；另一方面，高循环比下蜡油产量低，可以有效解决劣质蜡油经济效益的问题，且减少的蜡油绝大部分裂解为汽油和柴油组分，将循环比从0提高到0.7时，汽油产率增加了7.33百分点，柴油产率增加了9.12百分点。

2.2 塔河原油常压闪蒸-溶剂脱沥青组合工艺

2.2.1 塔河原油常压闪蒸 由表1中塔河原油馏程分布数据可知，大于350 ℃馏分和大于500 ℃馏分的收率分别高达71.60%和50.80%，表明常压和减压馏分油的收率较低，难以用常减压蒸馏装置从塔河原油中获得足够多的轻质馏分油。与常减压蒸馏相比，在同等收率下闪蒸工艺可以减轻加热设备的负荷，同时可以减轻或避免油品因过热分解而引起降质和设备结焦[6]。故采用常压闪蒸工艺将塔河原油中的轻馏分蒸出，避免其在后续溶剂脱沥青工艺的溶剂回收过程中与所用溶剂产生分离困难问题。

塔河原油的酸值为2.46 mgKOH/g，大于0.5 mgKOH/g，为高酸原油。通常原油中90%的酸性物质是环烷酸[11]。一般认为环烷酸腐蚀的温度区间为220～400 ℃，温度更高时环烷酸将发生分解，温度更低时基本不发生腐蚀[12-13]。为了研究在常压闪蒸过程中不同操作温度下塔河原油对设备的腐蚀情况，采用挂片失重试验对不同温度下塔河原油的腐蚀速率进行考察，结果见图3。

图3 不同油样温度下的挂片腐蚀速率

由图3可以看出：温度低于260 ℃时，塔河原油对挂片的腐蚀速率很小；当温度升高到280 ℃时，腐蚀速率有很大的突跃，腐蚀现象严重。为了避免塔河原油对常压闪蒸装置的剧烈腐蚀，同时为减轻后续溶剂脱沥青工艺的加工负担，塔河原油常压闪蒸操作的适宜温度为260 ℃左右，此时闪蒸轻馏分油和闪蒸渣油的收率分别为14.4%和85.6%。塔河闪蒸渣油(>260 ℃)作为溶剂脱沥青工艺的原料，其性质见表3。

表3 塔河常压闪蒸渣油性质

2.2.2 塔河闪蒸渣油溶剂脱沥青试验 溶剂脱沥青能使渣油中的沥青质、金属等杂质浓缩于沥青中，得到的脱沥青油具有杂质含量低、裂化性能好等特点。当脱沥青油收率很低时，脱沥青油的性质与某些饱和烃的性质接近；脱沥青油收率很高时其性质与原料油性质接近[14-15]。影响脱沥青过程的主要操作因素有温度、溶剂组成、溶剂比等，而改变溶剂脱沥青温度常常是调整操作的主要手段[6]。

在抽提压力为3.7 MPa、剂油体积比为5的条件下，采用纯度大于95%的异戊烷对塔河闪蒸渣油在连续式溶剂脱沥青装置上进行溶剂脱沥青试验，考察在不同抽提温度下脱沥青油和脱油沥青收率的变化，结果见图4。

图4 抽提温度对脱沥青油和脱油沥青收率的影响

由图4可以看出，随着抽提温度的降低，脱沥青油收率逐渐增加。在抽提温度为185 ℃时，脱沥青油的收率为58.2%，当抽提温度降至170 ℃时，脱沥青油的收率达到了79.1%。其原因为抽提温度降低时，溶剂的溶解能力增强，从而导致脱沥青油收率增加。但是随着脱沥青油收率增加，脱沥青油质量变差，为了能使脱沥青油在进一步加工处理过程中获得理想的效果，脱沥青油质量不宜太差，即在保证脱沥青油质量的前提下，存在最大脱沥青油收率。不同温度下脱沥青油的性质见表4。

表4 不同温度下脱沥青油的性质

由表4可以看出，随着温度的降低，脱沥青油性质呈现变差的趋势，残炭、硫含量、氮含量、重金属含量逐渐增加，其中重金属含量的增加幅度最大。在抽提温度大于175 ℃时，脱沥青油中基本不含有沥青质，抽提温度降到170 ℃时，脱沥青油中沥青质的质量分数达到了0.63%。沥青质的存在将会严重影响脱沥青油的后续加工处理，在脱沥青油加氢处理中，要求脱沥青油中的沥青质质量分数不超过0.05%，否则加氢处理脱沥青油将与加氢处理渣油一样困难[16]，故塔河闪蒸渣油戊烷溶剂脱沥青操作温度在175 ℃左右较适宜，此时脱沥青油收率为75.20%。

采用常压闪蒸-溶剂脱沥青组合工艺加工处理塔河原油，在适宜的常压闪蒸温度(260 ℃)和适宜的溶剂脱沥青操作温度(175 ℃)条件下，不仅可以缓解塔河原油中石油酸的腐蚀，同时在保证脱沥青油收率的前提下可得到较高的液体收率。

2.3 两种组合工艺比较

2.3.1 总液体收率比较 塔河原油常压闪蒸-溶剂脱沥青组合工艺在其最佳操作条件下总液体收率Y1的计算式为：

Y1=常压闪蒸轻馏分油收率+脱沥青油收率×常压闪蒸渣油收率

塔河原油常压蒸馏-延迟焦化组合工艺工业装置总液体收率Y2的计算式为：

Y2=常压蒸馏轻馏分油收率+(汽油收率+柴油收率+蜡油收率)×常压蒸馏渣油收率

表5和表6为两种组合工艺的产品收率及总液体收率，其中常压蒸馏-延迟焦化组合工艺收率采用工业装置数据。由表5和表6可以看出，塔河原油常压闪蒸-溶剂脱沥青组合工艺总液体收率为78.77%，比常压蒸馏-延迟焦化组合工艺工业装置总液体收率(69.30%)高9.47百分点。

2.3.2 脱沥青油与工业装置延迟焦化液体产品性质对比 表7为常压闪蒸-溶剂脱沥青组合工艺得到的脱沥青油与常压蒸馏-延迟焦化组合工艺得到的焦化汽油、焦化柴油和焦化蜡油的性质。从表7可以看出，尽管与焦化汽油、焦化柴油和焦化蜡油相比，脱沥青油的性质较差，残炭、金属含量和胶质含量较高，并且含有较多的重组分，但脱沥青油性质相对于塔河渣油性质有明显的改善。重油催化裂化原料要求残炭不大于8%，金属质量分数不大于30 μg/g，渣油加氢进料要求残炭小于10%，金属质量分数小于100 μg/g，即塔河原油经常压闪蒸-溶剂脱沥青组合工艺生成的脱沥青油可用作重油催化裂化和渣油加氢的进料。

表5 常压闪蒸-溶剂脱沥青组合工艺的产品收率和总液体收率 w，%

表6 常压蒸馏-延迟焦化组合工艺工业装置的产品收率和总液体收率 w，%

表7 脱沥青油与工业装置延迟焦化液体产品性质对比

2.3.3 装置腐蚀性的比较 对于含酸原油来说，最难解决的问题就是对设备的腐蚀。塔河原油为高酸原油，在蒸馏等加工过程中会产生严重的设备腐蚀。为确保装置的长周期、平稳运行，应采用一定的防腐措施。温度对石油酸的腐蚀有很大的影响，低温下石油酸几乎不对金属产生腐蚀[12，17]。常压闪蒸-溶剂脱沥青组合工艺中的操作温度较常压蒸馏-延迟焦化组合工艺低，溶剂脱沥青工艺的操作温度仅为175 ℃，远远低于石油酸的腐蚀作用温度范围(220～400 ℃)，从而可减缓现行的常压蒸馏等装置的石油酸腐蚀问题。

3 结 论

(1) 焦化温度越高，循环比越低，焦化总液体收率越高。因塔河常压渣油性质较差，延迟焦化不适宜采用低循环比以增加总液体收率，而应采用高循环比操作。塔河原油常压闪蒸-溶剂脱沥青组合工艺的总液体收率为78.77%，比常压蒸馏-延迟焦化组合工艺的总液体收率(69.30%)提高9.47百分点。与延迟焦化汽油、柴油和蜡油相比，脱沥青油性质较差，但是满足重油催化裂化和加氢处理的进料要求，可为进一步的加工处理提供较高比例的优质原料。

(2) 常压闪蒸-溶剂脱沥青组合工艺中常压闪蒸和溶剂脱沥青操作温度分别为260 ℃和175 ℃，低于塔河原油石油酸的腐蚀作用温度，腐蚀速率较小，从而可减缓现行的常减压蒸馏等装置的石油酸腐蚀问题，有利于装置的长周期、平稳运行。

[1] 曹湘洪.高油价时代渣油加工工艺路线的选择[J].石油炼制与化工，2009，40(1)：1-9

[2] 张刘军，高金森，徐春明.我国重油转化工艺技术[J].河南石油，2004，18(5)：62-64

[3] 刘文举，王少锋，江莉.溶剂脱沥青-焦化联合提高重质油综合液体收率实验研究[J].石油炼制与化工，2013，44(9)：51-54

[4] 侯祥麟.中国炼油技术[M].北京：中国石化出版社，1991：126-127

[5] 段晓磊，王金刚，丁振君，等.塔河原油对常压设备腐蚀分析[J].化工装备技术，2009，30(1)：49-52

[6] 沈本贤.石油炼制工艺学[M].北京：中国石化出版社，2009：142-432

[7] Gobes J.Delay coking technology advance[J].Hydrocarbon Engineering，2004，45(10)：14-19

[8] 孙在春，苏君雅，杨继涛，等.循环比对胜利渣油焦化行为的影响[J].石油学报(石油加工)，1997，13(4)：10-16

[9] 洪晓瑛.提高延迟焦化装置液体收率方法[J].广东石油化工学院学报，2013，23(4)：5-8

[10]姚国欣.渣油深度转化技术工业应用的现状、进展和前景[J].石油技术与应用，2012，30(1)：1-12

[11]梁春雷，陈学东，艾志斌，等.环烷酸腐蚀机理及其影响因素研究综述[J].压力容器，2008，25(5)：30-36

[12]Slavcheva E，Shone B，Turnbull A.Review of naphthenic acid corrosion in oil refining[J].British Corrosion Journal，1999，34(2)：125-131

[13]曹玉亭，申海平.石油加工中的环烷酸腐蚀及其控制[J].腐蚀科学与防护技术，2007，27(1)：45-48

[14]Rana M S，S/mano V，Ancheyta J，et al.A review of recent advances on process technologies for upgrading of heavy oils and residua[J].Fuel，2007，86(9)：1216-1231

[15]龙军，王子军，黄伟祁，等.重溶剂脱沥青在含硫渣油加工中的应用[J].石油炼制与化工，2004，35(3)：1-5

[16]戴立顺，李大东，石亚华，等.重溶剂脱沥青油加氢处理工艺的研究[J].石油炼制与化工，2005，36(3)：1-4

[17]Kane R D，Cayard M S.A Comprehensive Study on Naphthenic Acid Corrosion[R].Houston：NACE International，2002

IMPROVING LIQUID YIELD OF TAHE CRUDE BY ATOMSPHERIC FLASH-SOLVENT DEASPHALTING COMBINED PROCESS

Ning Aimin1，2，Shen Benxian1，Liu Jichang1，Tong Yujun1

(1.StateKeyLaboratoryofChemicalEngineering，EastChinaUniversityofScienceandTechnology，Shanghai200237；2.FushunResearchInstituteofPetroleumandPetrochemicals，SINOPEC)

Tahe crude is characterized by its high content in sulfur，acid value，Conradson carbon residue，asphaltenes，metals and low yield of light distillates.Two combined processes for Tahe crude oil，atmospheric flashing-solvent deasphalting process and atmospheric distillation-delayed coking process were compared to see which one is better for more liquid yield.The results show that the total liquid yield can reach 78.77% by the atmospheric flashing-solvent deasphalting combined process，9.47 percentage points more than the atmospheric distillation-delayed coking process(69.30%).The liquid distillations with high quality from the former process can be used as catalytic cracking or hydrotreating feeds.Meanwhile，the corrosion of petroleum acid existing in atmospheric and vacuum distillation can be retarded as the operating temperature of atmospheric flashing-solvent deasphalting combined process is far lower than the temperature where the corrosion of petroleum acid is seriously occurred.In aspect in increasing total liquid yield，improving liquid oil properties and retarding corrosion，the atmospheric flashing-solvent deasphalting combined process is superior to the compared process.

Tahe crude oil； solvent deasphalting； delayed coking； total liquid yield

2014-03-27； 修改稿收到日期： 2014-06-25。

宁爱民，博生研究生，主要从事石油沥青产品和工艺技术研究开发工作。

沈本贤，E-mail：sbx@ecust.edu.cn。

中国石油化工股份有限公司合同项目(110104)。