张董鑫，李京辉，徐鲁燕

（1.中国石油大学（北京），北京 102249；中国石油辽河石化分公司，辽宁盘锦124022）

近年来，原油重质化日趋严重，而轻质化油品的需求日益增加。如何合理加工利用劣质重油变得日益重要，重油的深度加工也成为当前炼油行业的重要组成部分。溶剂脱沥青工艺是纯物理抽提过程[1]，早期主要应用于从重油中制取重质润滑油，而且在相对较低的温度下没有对原油结构产生破坏，残炭、沥青质和重金属的脱除率高，能够得到性质较好的脱沥青油作为良好的二次加工原料。另外可以利用脱油沥青经过改质生产道路沥青，既可以丰富产品结构也是对原料更充分的利用，这对企业无疑具有十分重要的意义。由于国际原油普遍重质化、石油产品质量要求严苛等原因，作为渣油加工方法之一的溶剂脱沥青技术得到迅速发展。

1 国外溶剂脱沥青发展

1936年，M.W.Kellogg公司生产出第一套溶剂脱沥青工业装置[2]，至今，已经有100多套投入生产。80多年来，原油劣质化对工艺设备的要求、环境保护以及节能降耗对工艺设备的要求都促使溶剂脱沥青技术快速发展。其中最具有代表性的是由科尔–麦基（Kerr–McGee）公司推出的渣油超临界抽提（Rose）工艺[3]以及由UOP公司研制开发的抽提脱金属（Demex）工艺[4]，这两种工艺均是先将原料渣油与溶剂在静态混合器中混合，然后再进入到沉降塔中恒温恒压沉降，沉降塔中没有温度梯度。此设计的优势在于设备制造简单，建设费用低，能耗相对较低，设备的处理能力高；其主要缺点是生产的脱沥青油质量较差，故此设计比较适合制取对脱沥青油要求较低的催化裂化装置。除了上述两种工艺以外还有美国Foster–wheeler公司的低能耗溶剂脱沥青（LEDA）工艺、日本的筛板抽提MDS工艺、法国石油研究院（IFP）的Solvahl工艺以及英国壳牌公司的水里驱动转盘抽提Hydro–Cyclon工艺等。

目前，世界溶剂脱沥青装置总加工能力超过50 Mt/a。由Kerr–MeGee公司研制的Rose两段抽提工艺可以使用丙烷到己烷的烃类作溶剂，通常以常渣和减渣为原料，可以生产催化裂化原料、加氢原料、光亮润滑油原料以及胶质和沥青质。已有的工业化Rose装置多以丙烷作溶剂生产残渣润滑油料，使用戊烷作溶剂生产催化裂化和加氢裂化的原料。Rose工艺是在亚超临界压力下的液相抽提（低于超临界温度）和在超临界温度下的溶剂回收，并非严格意义上的超临界萃取（在临界温度和临界压力以上的抽提过程称为超临界流体抽提）。Rose工艺使用预混合器和多段分离塔，使脱沥青油和脱油沥青分离，在分离塔内采用乱堆式填料。

Rose法是在沉降塔中进行渣油原料和溶剂的充分接触，完成分离，然后于分离塔中在超临界状态下完成溶剂与产品的分离，回收溶剂。在超临界状态下，烷烃在溶剂中的溶解度很小，使溶剂较完全地从油中分离，回收的溶剂可以重复利用，同时获得质量较好的脱沥青油。与传统的蒸发回收相比不仅可以减少能耗还可以降低装置的建设投入。

美国UOP公司的Demex工艺，采用较重的烷烃溶剂，如丁烷或丁–戊烷混合溶剂，以沉降法两段脱沥青工艺为基础，应用静态混合器—沉降塔，实现减压渣油的2组分或3组分离。溶剂回收采用超临界回收技术。

美国Foster–Wheeler公司的LEDA工艺以C2～ C7的各种配比为溶剂进行抽提，通常用以制备催化裂化和加氢裂化原料、优质的光亮油原料以及胶质、沥青质。LEDA工艺与国内常用的丙烷脱沥青工艺相似，其典型特点是：压力在4 MPa以下、剂油比一般大于4∶1。抽提部分采用转盘抽提塔，塔内维持稳定的温度梯度，对原料进行预稀释，采用低剂油比和连续蒸发回收技术来降低能耗。其工艺在世界范围内应用较广，目前已建成工业装置约50套。

Solvahl技术由法国IFP开发，以C4或C5为溶剂，使用单段抽提，超临界溶剂回收，极大程度地提高脱沥青油的收率，同时Solvahl技术在处理减渣时可使脱沥青油中几乎不含沥青质，脱沥青油产品质量较好。国外几种主要的溶剂脱沥青技术的经济指标对比见表1。

从表1看出，不考虑装置差异，从能耗角度出发，生产润滑油原料和催化裂化原料差异很大，如Demex装置只生产润滑油原料，其装置综合能耗为722.3 MJ/t，而Solvahl装置只生产催化裂化原料，其综合能耗仅为684.7 MJ/t。生产工艺是影响能耗的主要原因之一。从表1还看出，只有LEDA工艺是利用冷却水冷却的，因此LEDA工艺的综合能耗最高，远高于其他几种使用空冷方法的装置。

2 国内溶剂脱沥青发展

目前，我国约有30套溶剂脱沥青装置，总加工能力超过9.0 Mt/a，主要以丙烷脱沥青为主，生产润滑油以及加氢裂化原料，同时生产催化裂化原料和沥青，以丁烷为主要溶剂的溶剂脱沥青装置约有8套。

丙烷脱沥青装置是利用丙烷溶剂对于减压渣油的溶解性质为理论基础，在一定范围内，丙烷对烷烃、环烷烃和单环芳烃的溶解能力较强，对于多环芳烃及稠环芳烃溶解能力较弱，对于胶质的溶解能力更弱，几乎不溶解沥青质。利用丙烷的这一特性可以除去渣油中较重和有害的部分，得到一种残炭值、重金属、硫氮含量较低的溶剂脱沥青油。

1984年由北京石油科学研究院、吉林省石化设计院和吉林化学工业公司炼油厂联合研究了以丁烷为溶剂的溶剂脱沥青技术，1987年在吉林建成了一套0.2 Mt/a的溶剂脱沥青装置，以C4混合为溶剂，以大庆—扶余混合原油的减压渣油为原料，其脱沥青油作为催化裂化原料，脱油沥青作为建筑沥青。与丙烷相比，丁烷作为溶剂溶解能力更强，可以降低溶剂比，进而降低能耗。这一工艺流程的特点是：①抽提塔和沉降塔共用一塔，塔顶安装有加热盘管可以控制塔顶的温度和脱沥青油的质量，塔底沥青界以下均设有溶剂进口，不同进口采用不同的容积温度，最下部温度可以保证抽提程度以及控制沥青质量；②溶剂回收采用超临界工艺，有利于降低装置加工能耗。

国内石化领域部分溶剂脱沥青生产装置概况见表2。从表2看出，国内大部分装置能耗水平均好于国外LEDA工艺，但是与其他工艺相比仍有较大差距，在主要工艺技术方面仍然需要进一步提高和改善[5]。

表2 国内石化领域部分溶剂脱沥青生产装置概况

近年来，随着超临界流体理论和技术的发展，国内外采用超临界萃取技术实现溶剂脱沥青过程的应用也越来越广泛，主要用于生产催化裂化原料和燃料油。国外生产润滑油的溶剂脱沥青装置仍主要以丙烷脱沥青工艺为主。国内超临界回收装置以及常规丙烷脱沥青装置与国外超临界抽提装置的操作参数对比见表3。

从表3看出，超临界回收装置与常规装置相比，萃取塔、临界塔压力相当，但萃取塔、临界塔温度要高2倍。

表3 国内外常规装置与超临界抽提装置对比

3 重油梯级分离技术

重质油的分子质量较大，是由种类很多的化合物组合而成的复杂混合物，其结构和组成具有差异性和复杂性，既含有烃类化合物又含有非烃类化合物（硫、氮、氧化合物以及重金属化合物），同时含有大分子聚合体如胶质、沥青质。重质油中的非烃类化合物以及大分子聚合体对于油品的轻质化有很大阻碍作用，尤其对催化剂毒害作用很大。针对此问题，中国石油大学（北京）提出了重油梯级分离技术[6]，通过萃取可以将重油中的沥青质、重金属富集到萃余相中，而萃取相的性质有明显改善。

中国石油大学重质油国家重点实验室于2010年自行研制了1 kg/h的连续式溶解梯度分离实验装置，如图1所示。一定比例的渣油和溶剂先在混合器中混合再进入萃取塔，脱油沥青从萃取塔底部流入沥青蒸发器中将溶剂蒸走，得到沥青相产品。脱沥青油从萃取塔顶部进入二段加热炉，达到给定温度时进入到二段分离器，分离轻脱油相和重脱油相。

图1 连续梯级分离装置

2011年，由中国石油大学（北京）和中国石油合作，在辽河石化公司建设了一套1.5万吨/年重油梯级分离耦合萃余残渣造粒工业示范装置，并完成工业试验。试验数据见表4。

从表4看出，采用重油梯级分离技术，以委内瑞拉超重油＞420℃减压渣油为原料，获得的轻、重脱油收率大于70%，远高于常规溶剂脱沥青工艺的脱沥青油收率，沥青质脱除率大于90%，残炭脱除率大于60%，重金属Ni、Na、Ca、V的脱除率均超过70%，表明该技术在处理诸如委内瑞拉超重油等劣质重油方面有较强优势。

4 溶剂脱沥青技术制备高附加值产品的应用

4.1 制备中间相沥青

中间相沥青是生产针状焦的必经阶段，作为针状焦的前躯体，其性质很大程度上影响针状焦性质。目前针状焦可广泛用于冶金领域中大功率石墨电极的材料，而且在诸多领域如航空航天、国防科技、海洋探索、日常生活中均发挥着重大作用。除此之外，中间相沥青还可以用于制备碳纤维、碳–碳复合材料等。

李春霞[7]研究了以某种催化裂化油浆为原料，利用超临界萃取处理油浆得到制备中间相沥青的原料。该装置包括萃取系统和溶剂分离回收系统。经过萃取，原料中的胶质、重金属含量以及残炭、黏度均有很大程度下降，可以用于制备中间相沥青。

表4 重油梯级分离工业试验数据

4.2 制备润滑油基础油

焦祖凯[8]等研究了以中海油特有的秦皇岛32-6减压渣油为原料，以丙烷为溶剂对原料进行超临界萃取，再经过加氢—异构脱蜡—补充精制组合工艺生产出符合标准的润滑油基础油150BS。

试验考察了丙烷脱沥青萃取温度对产品分布及性质的影响，结果表明，萃取温度对脱沥青油的收率以及性质影响较大，萃取温度降低，溶剂密度增加，其溶解能力增加，因此脱沥青油的收率增加，当残炭质量分数小于1.0%时，满足下一步加氢进料要求。

通过分析加氢后产品得出，秦皇岛32-6减压渣油可通过丙烷脱沥青获得生产润滑油基础油的原料。

熊春珠[9]等探究了不同馏分轻脱油对于光亮油产品收率以及性质的影响，其工艺路线为溶剂脱沥青—实沸点蒸馏—加氢—150BS基础油。

主要研究了轻脱油大于500℃重馏分与轻脱油加氢后产品性质的不同，轻脱油和轻脱油大于500℃重馏分性质见表5，加氢后产品理化性质见表6。

表5 轻脱油与大于500℃重馏分性质

从表5看出，大于500℃重馏分的黏度比轻脱油明显上升，同时黏度指数提高了22，重馏分的黏温性更好，硫、氮含量以及四组分含量无明显变化，以轻脱油大于500℃作加氢原料相当于牺牲一定收率来获得更好黏温性质的原料。

从表6看出，以轻脱油大于500℃重馏分为原料加氢产品的黏度指数比以轻脱油为原料加氢产品高10，同时其他条件均满足高黏度润滑油基础油的标准。

4.3 沥青造粒

制约溶剂脱沥青工艺发展的主要问题之一是如何有效利用脱油沥青产品，针对这一问题提出了沥青造粒技术，既可以把硬沥青释放出来并形成球状颗粒便于储存运输，同时又回收溶剂，降低能耗。

表6 轻脱油与大于500℃重馏分加氢产品性质

孙显锋[10]等利用中国石油大学（北京）梯级分离装置，以辽河稠油减压渣油为原料，以正戊烷为溶剂，探究了抽提压力、温度的变化对脱油沥青颗粒分布的影响。随操作压力升高沥青的收率降低，但是小颗粒沥青的质量分数增加，因此，增大压力有利于小颗粒沥青的生产。随着操作温度的增加沥青收率有所下降，沥青颗粒呈现整体偏大趋势，因此，升高温度有利于大颗粒沥青的生产。

范勐[11]等利用中国石油大学（北京）开发的重油梯级分离耦合沥青喷雾造粒装置，以加拿大油砂、委内瑞拉减压渣油等多个重油为原料，以正丁烷、正戊烷、正己烷以及不同比例的混合溶剂为溶剂，探究沥青喷雾造粒的影响因素。脱油沥青性质是造粒能否成功的关键因素，脱油沥青中的软化点高意味着沥青“硬度”大，在喷雾造粒过程中沥青不易发生聚合，可以实现造粒。反之，沥青发生聚合形成沥青团影响造粒效果。沥青的“软硬”与沥青族组成有必然联系，当饱和分、芳香分含量高时，沥青呈现“软”趋势，当胶质、沥青质含量高时，沥青相应变“硬”，因此沥青喷雾造粒过程中应提高脱油沥青中胶质、沥 青质含量。影响脱油沥青性质的因素除原料本身性质外，还与溶剂的选择以及溶剂抽提过程中的操作条件有关。在相同操作条件下，选择较重的溶剂获得的脱油沥青含有重组分含量高，有利于造粒。在造粒过程中于造粒塔底通入一定流速的氮气有利于沥青粉中溶剂的挥发，可明显改善造粒效果。

洛阳石化分公司[12]引进美国UOP公司的Demex 工艺技术，以减压渣油为原料，正丁烷为溶剂，对得到的脱油硬沥青产品进行熔融＋钢带造粒，获得的脱油沥青颗粒可以作为抗车辙剂母粒，解决了脱油硬沥青运输难的问题。

5 溶剂脱沥青组合工艺的研究

对于重油加工，溶剂脱沥青工艺不能完全实现渣油的全面改质或转化，但它能将渣油中对催化剂有毒害作用的重金属、沥青质等除去。因此，采用以溶剂脱沥青技术为“龙头”的组合工艺，除具有原油采购的灵活性和可生产出满足市场产品需要的灵活性外，还能以脱沥青油为原料，采用相应工艺生产市场需要的高附加值产品，其调整产品结构的能力比其他脱碳工艺都强。所以溶剂脱沥青技术与其他工艺高效结合能更好地实现渣油的高附加值利用，提高炼油经济效益。

杜平安[13]研究了溶剂脱沥青和溶剂抽提组合工艺，工艺示意见图2。

图2 溶剂脱沥青–溶剂抽提–催化裂化组合工艺

以溶剂脱沥青工艺得到的脱沥青油为原料，一部分选用合适溶剂进一步抽提得到抽出油和精制油，另一部分混合轻质油以及轻油浆进到催化裂化装置，提高催化裂化产品性质。脱油沥青被用来与催化裂化重油浆以及抽出油调和道路沥青。结果表明，以糠醛为溶剂对脱沥青油抽提，原料中的大部分稠环芳烃溶解到糠醛中富集到抽出油中，抽余油中的稠环芳烃含量以及胶质含量有明显降低。在相同的操作条件和催化剂条件下，经过溶剂脱沥青和糠醛抽提得到的抽余油作为催化裂化原料清油收率高，重油转化率高，生焦率低。用其脱油沥青与催化裂化重油浆成功调和出满足国标90号道路沥青。

该组合工艺主要解决了脱油沥青的利用以及催化裂化油浆有效利用的难题，提升脱油沥青和催化裂化油浆额外附加值，实现不同技术工艺的优势互补，提高重油加工的经济效益。

宁爱民[14]等通过对比常压闪蒸–溶剂脱沥青组合工艺和常压蒸馏–延迟焦化组合工艺发现，两套组合工艺在其各自的最优操作条件下（液体收率最大），常压闪蒸–溶剂脱沥青组合工艺比常压蒸馏–延迟焦化组合工艺液体收率高9.47%。两套组合工艺最优条件下的液体收率见表7。

表7 两套组合工艺产品收率 %

通过对比脱沥青油与焦化汽油、焦化柴油和焦化蜡油，脱沥青油的性质比较差，重组分较多，但是相对于原料性质有很大改善，且满足了催化裂化以及渣油加氢的原料要求。常压闪蒸–溶剂脱沥青组合工艺的另一个优势是整个组合工艺在较低温度下进行，很大程度上缓解了石油中酸类物质对金属的腐蚀作用。

孙学文[15]等探究了以辽河减压渣油为原料，采用溶剂脱沥青–脱沥青油催化裂化–脱油沥青焦化组合工艺，对比渣油直接焦化反应，轻油＋气体收率有明显增加，表8为渣油直接焦化产物及收率，表9为组合工艺产品及收率。

表8 辽河减压渣油焦化产物收率

表9 辽河减压渣油组合工艺产物收率

由表9看出，各操作压力下组合工艺的轻油总收率均大于渣油直接延迟焦化的轻油总收率，分别提高3.32～4.78个百分点。

蔡智[16]进行了溶剂脱沥青–脱油沥青气化–脱沥青油催化裂化组合工艺的研究和应用，其组合工艺的示意流程见图3。

研究结果证明，溶剂脱沥青–脱油沥青气化–脱沥青油催化裂化的组合工艺可以高效利用渣油。溶剂脱沥青可以为催化裂化提供优质原料，同时脱油沥青作为廉价原料生产化肥是一条非常实用的加工路线。

图3 溶剂脱沥青—脱油沥青气化—脱沥青油催化裂化组合工艺流程

胡艳芳[17]等研究了溶剂脱沥青–延迟焦化–加氢处理组合工艺，工艺流程见图4。

图4 溶剂脱沥青—延迟焦化—加氢处理组合工艺

该工艺是先将常压渣油进行减压蒸馏，得到减压馏分油和减压渣油，其中减压渣油一部分进入溶剂脱沥青装置，得到的脱油沥青进入到延迟焦化装置中，焦化蜡油混合脱沥青油和减压馏分油进入加氢装置。

该组合工艺可以很大程度上优化加氢装置的进料性质，其中大幅度降低了进料中的重金属含量和残炭含量，通过计算金属的脱除率达到80%以上，残炭含量下降60%以上，这可使加氢条件更加缓和，延长催化剂使用寿命，进而延长装置的开工周期，降低装置的维护费用。

6 结论

1）溶剂脱沥青技术已被广泛地应用于重油加工领域，利用其生产特种产品具有很好的经济效益，但如何有效利用脱油沥青是溶剂脱沥青技术的关键“瓶颈”。

2）国内的溶剂脱沥青技术已经取得很大进 展，但是存在发展不平衡等问题，与国外相比还有差距，应加强对工艺、设备的优化，提高我国溶剂脱沥青水平。

3）溶剂脱沥青技术可以与任何主要炼油技术组合，将溶剂脱沥青技术作为组合工艺的龙头可以对渣油进行预处理，优化原料性质，减少油品中有害物质对下一步加工工艺的影响，炼厂的渣油加工优化方案应以溶剂脱沥青工艺为核心的“脱碳”工艺与其他工艺形成组合工艺，充分发挥各自优势，扬长避短，使炼厂实现经济效益最大化，提高竞争力。