王 斌，裴麗麗

(1.石油化工工程質量監(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處理技術，其過程為純物理抽提過程，對減壓渣油等重質油中殘?zhí)?、瀝青質和重金屬的脫除率高，能夠得到性質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合發(fā)展，充分發(fā)揮組合優(yōu)勢，提高煉廠靈活性和經濟效益[1]。如何平衡好液體收率和產品質量的關系，如何保證安全、高效運行已迫在眉睫。

1 溶劑脫瀝青概況

溶劑脫瀝青技術根據(jù)生產目的的不同，分為丙烷脫瀝青、混合C4脫瀝青和戊烷脫瀝青過程。國內外工業(yè)生產裝置約120套，各裝置根據(jù)對目標產品要求的差異，工藝流程、原料性質和產品收率等也不盡相同，國內采用丁烷作為溶劑進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，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)對裝置的產品收率和質量產生直接影響，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：①生產流程上采用“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加工原料的性質最重，即殘?zhí)恐底罡撸瑸r青質含量也最高。④脫瀝青油的收率最高。⑤脫油瀝青的軟化點最高。

2 原料及溶劑性質

2.1 生產過程中幾種典型原料的性質

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，減壓渣油的性質變化幅度較大，密度、殘?zhí)?、餾程和四組分物理性質分析數(shù)據(jù)，見表1。

表1 五種減壓渣油的物理性質

從表1可以看出，從原料A到原料E性質逐漸變重，①變化較大的為殘?zhí)恐担罡邽?5.3%(實際生產過程中最高達到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初餾點的變化與殘?zhí)?、密度無對應的規(guī)律或比例關系，而與上游減壓裝置拔出深度有關；④從減壓渣油四組分進行分析，飽和烴、芳香烴的質量分數(shù)較高會有利于提高脫瀝青油的拔出率，膠質、瀝青質的質量分數(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 原料性質設計值

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

原料性質對比表1數(shù)據(jù)可知，與原設計原料性質相比，生產形勢已發(fā)生了很大的變化，實際加工減壓渣油的性質逐年變重，殘?zhí)?、密度和瀝青質含量已遠遠高于設計數(shù)據(jù)，意味著對裝置的運行苛刻度不斷提高。

2.3 溶劑組成

在實際生產過程中，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；異構烷烴的溶解度小于正構烷烴，但選擇性較好。選擇性越好，脫瀝青油的殘?zhí)吭降?；溶解度越大，脫瀝青油的收率越高[3]。

本裝置設計以提供催化裂化原料為目的，因此采用以正丁烷為主(設計要求質量分數(shù)≥85%)的混合C4為抽提溶劑。裝置運行中，85%左右的溶劑直接循環(huán)利用，15%左右的溶劑經汽提、脫水后循環(huán)利用，同時會適時根據(jù)分析數(shù)據(jù)進行補充或置換溶劑，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

隨著減壓渣油性質的變化，為保證裝置產品脫瀝青油和脫油瀝青質量合格，會在設計指標范圍內，對劑油比、抽提溫度、沉降溫度、抽提器界位等關鍵運行操作參數(shù)進行調整，選擇適當?shù)牟僮鳁l件。

在實際生產過程中，為適應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，通過逐步調整各關鍵操作參數(shù)，裝置運行安全和產品質量合格的基礎上，基本確定出了最大加工能力和適應的操作條件，并摸索出了實際生產過程中幾點變化規(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原料性質中對加工量影響的主要參照因素為殘?zhí)恐岛蜑r青質含量，原料A殘?zhí)恐禐?5.83%，與設計14.6%較接近，瀝青質含量稍高于設計值，加工能力基本能達到設計值；原料B至原料E各項性質分析數(shù)據(jù)均高于設計值，加工能力也遠低于設計負荷。③對比原料C和原料D，殘?zhí)?、瀝青質含量相近，最大加工量相差5 t/h，同時對各關鍵運行參數(shù)進行對比分析可知，加工量達到80 t/h時，抽提器界位已經超高，二段沉降器也處于高界位運行，抽提系統(tǒng)存在隨時出現(xiàn)混相的可能。實際運行中，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，后采取降低進料量的措施后恢復正常。④原料變重，油組分減少，會相應降低劑油比，同時劑油比的調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)擴大，即亞臨界抽提系統(tǒng)的抽提溫度可調節(jié)范圍變大。⑤原料性質變重時，抽提溫度降低。一般情況下，抽提、沉降溫度作為調整脫瀝青油收率的主要措施，因此原料變化時只進行小范圍的微調。⑥抽提界位是抽提系統(tǒng)安全、可靠運行的主要監(jiān)控指標，是確保體系兩相達到基本分離的第一參照。在一定的操作條件下，原料性質的變化會直接影響到兩相間相界位的移動，原料性質殘?zhí)恐翟黾訒r，界位上升，如瀝青質含量也增加，則分離苛刻度增加，抽提效果變差，進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

原料性質中主要影響脫瀝青油收率的兩個指標為殘?zhí)恐岛蜑r青質含量，表3列出了五種原料不同性質對應下脫瀝青油的收率變化。在對比分析過程中，各主要操作調節(jié)已經過一定的優(yōu)化調整，因此只討論原料性質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系，即殘?zhí)恐翟礁撸摓r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秶鷥龋瑲執(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，且還受到原油性質的影響。表4中，原料B～E中的鐵、鎳和釩的質量分數(shù)高于原料A，經亞臨界萃取分離技術，溶劑脫瀝青脫除了含有大量重金屬的瀝青質等組分，金屬脫除能力較好，總脫除率達到80%～90%，但同時脫除情況還與脫瀝青油的拔出率密切相關。

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，當原料殘?zhí)抠|量分數(shù)從20.24%增加到21.5%時，脫瀝青油中殘?zhí)抠|量分數(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。同一條件下，收率降低，其殘?zhí)恐狄步档停怀樘崞骰虺两灯鞲呓缥贿\行情況下，抽提時間延長，重組分也更被攜帶至脫瀝青中。

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

3.5 對脫油瀝青軟化點的影響

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

從原料1到原料4，均為裝置加工負荷較高情況，基本無調節(jié)余地，可以看出脫油瀝青軟化點受到原料殘?zhí)康闹苯佑绊?，隨著原料殘?zhí)康闹饾u升高，脫油瀝青軟化點不斷增大。在生產過程中，當原料性質出現(xiàn)大幅波動時，3 h內脫油瀝青軟化點會出現(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，脫油瀝青軟化點較低，為103.5 ℃，分析主要原因為裝置加工負荷較低，脫瀝青油收率低，各關鍵參數(shù)可調節(jié)余地大，軟化點可調控范圍較大，如欲提高脫油瀝青軟化點，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行調整。

表6 溶脫裝置不同原料下的脫油瀝青的軟化點

4 結論及建議

溶劑脫瀝青技術對加工原料的適應范圍較大，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整重油產品結構的途徑之一，在靈活生產的調整過程中應注意：①溶脫裝置的加工能力受到原料性質的直接影響，在追求脫瀝青油收率、質量和脫油瀝青質量的過程中，存在一個相對平衡的點。②加工原料性質較重的減壓渣油時，產品質量和收率的變化同時受其瀝青質量分數(shù)的影響，且質量與收率呈一定的反比例關系。③根據(jù)摸索出的對應邊界條件，可以在較快的時間內達到平衡穩(wěn)定狀態(tài)有利于溶脫裝置在重油物料平衡和產品結構調整中的作用發(fā)揮。