阿曼减渣溶剂脱沥青制备光亮油料和30#硬质道路沥青

仝玉军，沈本贤，刘纪昌，黄恒文，姚正天

阿曼减渣溶剂脱沥青制备光亮油料和30#硬质道路沥青

仝玉军1，沈本贤1，刘纪昌1，黄恒文2，姚正天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.上海华谊工程有限公司，上海 200241）

以阿曼减渣为原料，对其丙烷脱沥青工艺的溶剂组成和操作条件进行优化，对制备的30#硬质沥青的混合料性能进行考察，并采用固定床催化裂化装置对重脱沥青油的催化裂化性能进行研究。实验结果表明，丙烷脱沥青工艺的最佳条件为：混合溶剂（20%（w）异丁烷、80%（w）丙烷），抽提塔塔顶温度68 ℃，沉降塔塔顶温度81 ℃，溶剂体积比5.0，抽提压力4.35 MPa；在此条件下，轻脱沥青油收率为25.1%，其性质满足光亮油料指标要求；脱油沥青收率为46.0%，软化点61.7℃，采用沙中减渣为调和软组分可制备出合格的AH-30硬质沥青，30#沥青混合料具有良好的车辙动稳定度和浸水残留稳定度；重脱沥青油可作为重油催化裂化原料，轻油收率（汽油+柴油）为61.70%。

减压渣油；溶剂脱沥青；光亮油料；30#硬质道路沥青；沥青混合料性能；催化裂化性能

交通量剧增、超载严重、持续高温等综合因素作用下，车辙已成为沥青路面最严重的早期破坏形式之一，低针入度的硬质道路沥青可以显著提高沥青路面的抗车辙能力［1-3］。在国内硬质沥青主要是指针入度为20～40（0.1 mm）的30#沥青，在提高沥青混凝土抗高温永久变形能力及改性沥青方面具有效果，同时其价格较低，因而应用前景广阔［4-5］。光亮油是一种具有非常高市场价值的高黏度润滑油基础油，是以减压渣油为原料，经溶剂脱沥青（SDA）、溶剂精制、酮苯脱蜡及白土精制等工艺生产而成，目前，优质光亮油供不应求，且缺口逐渐增加，因此，探索有效提高优质光亮油料收率对提高炼厂效益有着重要意义［6］。

SDA是生产光亮油料和沥青的重要途径之一［7］，在目前低油价背景下，相对于其他重油加工工艺，SDA工艺具有明显的经济效益［8］。在光亮油料生产中通常采用丙烷溶剂，但丙烷溶解力有限，脱沥青油收率较低，脱油沥青针入度较大，难以用来制备硬质道路沥青；此外，操作温度较低，需采用较大溶剂比来降低渣油黏度。因此，寻找更合适的溶剂组成便成了脱沥青过程的关键［9］。

本工作以阿曼减渣为原料，以炼厂丙烷脱沥青工艺为基础，对溶剂组成和操作条件进行优化，摸索出轻脱沥青油符合光亮油料指标和脱油沥青可制备30#硬质道路沥青的工艺条件，同时对制备30#硬质沥青的混合料性能进行考察；并采用固定床催化裂化装置对重脱沥青油的催化裂化性能进行考察。

1 实验部分

1.1 原料

丙烷（C3）、异丁烷（iC4）：纯度大于98%（w），大连大特气体有限公司；阿曼减渣取自中国石化茂名石化分公司的减压蒸馏装置，其原料性质见表1。

1.2 SDA中试装置

SDA过程采用一次抽提两段沉降脱沥青工艺，流程见图1。

表1 阿曼减渣基本性质Table 1 Properties of Oman vacuum residue

图1 SDA装置流程Fig.1 Schematic diagram of continuous solvent de-asphalting(SDA) unit.DOA：de-oil asphalt；LDAO：light deasphalted oil；HDAO：heavy deasphalted oil.1 Solvent tank；2 Main solvent pump；3 Deputy solvent pump；4 Feedstock tank；5 Feedstock pump；6 Extractor；7 Settling tower；8 Flashing tower；9 Heat exchanger

减压渣油与预混溶剂一起从萃取塔顶部进料，主溶剂经预热器预热从萃取塔底部进料。渣油和溶剂在抽提塔内逆流接触进行萃取，脱油沥青（DOA）从抽提塔底部排出，脱沥青油（DAO）和溶剂从抽提塔顶部排出进入沉降塔，沉降塔塔底排出重脱沥青油（HDAO），闪蒸塔塔底排出为轻脱沥青油（LDAO），溶剂从上部排出经冷凝后进入溶剂罐循环使用。

1.3 催化裂化性能评价

在自建小型固定床流化催化裂化装置上对HDAO进行催化裂化性能评价，考察其裂化气、汽油、柴油、焦炭等产物的收率分布情况。该装置主要包括进油设备、进水设备、固定床反应器液相产物收集系统和气相产物收集系统 5 部分。气体产物分析在上海海欣色谱仪器有限公司GC-920型气相色谱仪上进行，液体产物使用日本岛津公司Agilent 6890N型气相色谱仪进行模拟蒸馏分析。

2 结果与讨论

2.1 中试装置可靠性考察

表2为阿曼减渣中试装置和工业装置在相同溶剂和操作条件下的产物收率和性质数据比较。从表2可看出，中试装置得到的LDAO和HDAO相对于工业装置收率分别增加0.9百分点和0.3百分点，同时残碳值、硫、氮和金属镍、钒有较大幅度地降低，说明中试装置设计合理，具有较高的抽提效率和分离效率。DOA收率降低，针入度较小，软化点较高，主要是由于中试装置的分离效率较高，较多的轻组分被抽提到DAO中。工业操作的沉降时间相对中试装置较短，使其LDOA与HDAO的沉降时间不足，与LDAO分离不够充分，可能是造成LDAO残碳值高的一个原因。另一方面，沉降塔的界位控制十分重要，对LDAO质量和收率的影响显著。

表2 中试装置和工业装置产物性质和收率的比较Table 2 Comparison of yield and properties of production industrial and pilot solvent deasphalting unit

2.2 溶剂组成对产品收率和性质的影响

溶剂组成是影响脱沥青油质量和收率的一个主要参数，选择恰当可以得到所要求的收率及最佳的质量。为了提高轻油收率，增加C3溶剂中iC4的含量，考察溶剂组成对产品收率和性质的影响，实验结果见表3。由表3可看出，随混合溶剂中iC4含量的增加，DOA收率降低，LDAO和HDAO收率增加；DOA针入度降低，软化点增加，LDAO和HDAO的残碳值、硫、氮、镍、钒含量增加。与C3比较，溶剂中iC4含量为10%（w）时，LDAO收率增加较小，而溶剂中iC4为50%（w）时，此时DAO收率增加12.3百分点，其中，LDAO增加8.3百分点，而LDAO性质较差，残碳值为1.72%，考虑LDAO收率与质量指标要求以及DOA能够满足制备硬质道路，溶剂中iC4含量为20%（w）较为适宜，此时DAO收率比C3作为溶剂时增加约8百分点，其中，LDAO增加近5百分点。DOA针入度为14，可用来制备30#硬质道路沥青。为使LDAO满足光亮油料性质指标，需对该溶剂组成下的SDA操作条件进一步优化。

表3 溶剂组成对产品收率和性质的影响Table 3 Effect of solvent on the yield and properties of DAO and DOA

2.3 C3/iC4 SDA操作条件优化

2.3.1 抽提塔塔顶温度

SDA主要操作条件有抽提塔塔顶温度、沉降塔塔顶温度和溶剂比［10］。抽提塔塔顶温度对SDA过程具有较大的影响，特别是对脱沥青油收率和质量影响较大。以20%（w）iC4的丙丁烷为溶剂，考察抽提塔塔顶温度对LDAO、HDAO和DOA产率和性质的影响，结果见表4。从表4可知，随抽提塔塔顶温度的升高，LDAO和HDAO收率下降，而DOA收率增加。DOA针入度升高，软化点降低，LDAO和HDAO性质变好，残碳值、硫、氮和金属镍、钒含量降低。这完全符合溶剂对渣油的溶解度规律，随着抽提塔塔顶温度的增加，溶剂对渣油的溶解性降低，但选择性加强，DAO收率增加，性质变好。此外，抽提塔塔顶温度对HDAO收率的影响程度要明显高于对LDAO收率的影响，抽提塔塔顶温度主要控制着DAO总收率与DOA收率和性质。抽提塔塔顶温度由66 ℃升高到68 ℃，LDAO收率基本不变，HDAO收率降低2.6百分点，而LDAO和HDAO性质变好，残碳值和金属含量降低，LDAO残碳值为1.23%；此外DOA针入度由14升高为20，可调和制备30#硬质道路。从DAO和DOA收率和性质综合考虑，抽提塔塔顶温度为68 ℃较为适宜，此时DOA收率为46.9%，LDAO和HDAO收率分别为26.8%和26.3%。

表4 抽提塔塔顶温度对产品收率和性质的影响Table 4 Effect of extraction tower top temperature on the yield and properties of DAO and DOA

2.3.2 沉降塔塔顶温度

沉降塔塔顶温度对SDA过程的影响见表5。从表5可看出，随沉降塔顶温度升高，LDAO收率下降，其残碳值、硫、氮、金属镍钒含量降低。由于抽提塔塔顶温度不变，由抽提塔经溶剂带入沉降塔的脱沥青油量不变，随塔顶温度升高，使得沉降塔顶溶剂对脱沥青油的溶解度下降，LDAO收率降低。同时，由沉降塔底出来的HDAO大大增加。另一方面，由于抽提塔顶温度不变，使由抽提塔底出来的DOA产率和性质变化较小。沉降塔塔顶温度的变化会引起LDAO收率和性质的较大变化。由表5可知，当沉降塔塔顶温度由75 ℃升高到84 ℃，则LDAO收率由30.8%降为21.2%，LDAO残碳值由1.69%降低到0.87%。综上所述，沉降塔塔塔顶温度控制为81 ℃，LDAO的残碳值为1.19%，满足光亮油料性质指标，此时LDAO收率为25.1%。

表5 沉降塔塔顶温度对产品收率和性质的影响Table 5 Effect of settling tower top temperature on the yield and properties of DAO and DOA

2.3.3 溶剂体积比

表6为溶剂体积比对阿曼减渣SDA过程的影响，从表6可看出，随溶剂体积比的增加，DOA收率下降，LDAO和HDAO收率增加。DOA针入度降低，软化点升高，LDAO和HDAO残碳值、硫、氮、金属含量增加。溶剂体积比对脱油沥青收率和质量的影响比较复杂，并不是呈简单的比例关系。溶剂体积比由4.5增大到5.0时，LDAO收率增加2.2百分点，而从5.0增加到5.5时，LDAO收率增加0.6百分点，LDAO收率增加不明显，而LDAO和HDAO中残碳值、硫、氮和金属含量增加显著，故溶剂体积比不宜较高。因而，从LDAO和DOA的收率、质量及能耗等多因素考虑，溶剂体积比为5.0较为合适，此时DOA收率为46.0%，LDAO和HDAO收率为25.1%和28.9%。

表6 溶剂比对SDA过程的影响Table 6 Effect of solvent ratio on the yield and properties of DAO and DOA

综上所述，阿曼减渣C3/iC4 SDA适宜的操作条件为：萃取塔塔顶温度为68 ℃，塔底温度50 ℃，沉降塔塔顶温度81 ℃，溶剂体积比为5.0，萃取压力为4.35 MPa；在此条件下，LDAO和HDAO收率为25.1%和28.9%，LDAO残碳值为1.19%，小于1.2%，满足光亮油料性质指标要求；DOA收率为46.0%，针入度为20，软化点为61.7 ℃，可用于制备30#硬质道路沥青。

2.4 DOA调和工艺制备道路沥青

以DOA为原料，与炼厂中的其他软组分中东减渣、糠醛减四线抽出油、拔头重油催化油浆和90#沥青进行调和制备不同性能的30#硬质道路沥青和70#道路沥青，结果见表7。由表7可看出，采用3种软组分调和制备的30#硬质道路沥青（30#-1，30#-2，30#-3）均满足标准GB/T 15180—2010［11］中 AH-30的指标，但性能存在一定的差异。与用糠醛抽出油和拔头催化油浆调和制备的30#硬质道路沥青（30#-2，30#-3）比较，采用沙中渣油调和制备30#硬质道路沥青（30#-1）软化点、60 ℃动力黏度、针入度指数和针入度比较高，15 ℃延度较低，表明其具有较好的高温性能和抗老化性能，而低温延展性能略差。目前30#硬质道路沥青主要用于沥青路面的中下面层，重点应看其是否具有良好的高温稳定性，所以减压渣油作为硬质道路沥青调和软组分较为适宜。由表7中阿曼减渣DOA分别与沙中减渣和90#A级道路沥青两种软组分调和制备70#道路沥青（70#-1，70#-2）性质，可看出两种调和沥青都能满足 JTG F 40—2004［12］中 70#A 级技术要求，采用沙中减渣调和DOA制备的70#-1具有良好的高低温性能和抗老化性能。比较采用DOA与沙中减渣调和制备的30#和70#两种道路沥青，发现30#硬质道路沥青的软化点、60 ℃动力黏度和针入度指数明显高于70#沥青，表明30#沥青具有较好的高温性能，同时感温性较小；而15 ℃和10 ℃延度远远低于70#沥青，由于低温延度更能反映沥青的低温性能，可见其低温性能不够理想。

表7 DOA调和制备30#硬质道路沥青Table 7 30# hard asphalt and 70# asphalt by blending DOA with soft components

采用阿曼减渣DOA与沙中减渣调和，可以制备出符合标准［11］的AH-30硬质沥青及符合标准［12］的70#A级重交通道路沥青。为进一步对30#硬质沥青高温稳定性、水稳定性以及抗疲劳等路用性能路进行考察，按照标准［12］对表7中DOA与沙中减渣调和制备的30#硬质沥青和70#A级沥青进行AC-20混合料实验，结果见表8。

表8 混合料实验结果Table 8 Properties of asphalt mixtures

由表8可知，30#沥青混合料的马歇尔稳定度、车辙动稳定度、残留稳定度、冻融劈裂残留稳定度（等性能明显优于70#A级沥青混合料。30#沥青混合料车辙试验的动稳定度是70#A的2倍多，浸水残留稳定度较70#沥青明显提高，30#沥青的车辙动稳定度和浸水残留稳定度性能均达到炎热区（聚合物）改性沥青和潮湿区（聚合物）改性沥青混合料的要求，表明30#沥青混合料具有较强抗高温变形能力和抵抗自然条件下的冻融破坏能力。此外，30#沥青混合料的低温弯曲试验破坏应变指标只能达到规范对冬冷区和冬温区的要求，与70#A级沥青混合料相比其低温性能还是较差。目前30#沥青混合料主要用于沥青路面的中下面层，重点应看其混合料是否具有良好的高温稳定性和水稳定性，将其用于沥青路面的中下面层将可大幅减少由于高温和重载所产生的车辙，尤其南方湿热条件下的沥青路面，具有较好的应用前景。

2.5 HDAO催化裂化性能

炼厂采用延迟焦化工艺加工处理，在固定床催化裂化装置上对中试装置制备HDAO的催化裂化性能进行考察，表9列出了两种中试装置HDAO催化裂化产物分布及工业装置HDAO延迟焦化产物分布数据。由表9可看出，与C3 SDA比较，采用C3/iC4 SDA制备的HDAO催化裂化后干气、重油和焦炭含量增加，轻油收率（汽油+柴油）由65.61%降低为61.70%，同时柴汽比增加。但HDAO收率增加由原来的26.1%增加到28.9%，相对于渣油，轻油收率增加了0.71百分点。此外，HDAO可与性质较好的减压蜡油掺练进料，进一步降低催化裂化焦炭产率。由于实验室中试装置良好的分离效果，阿曼减渣C3/iC4 SDA工艺制备的HDAO较好，其单独作为重油催化裂化进料，与工业HDAO延迟焦化数据比较，相对于渣油，汽油和柴油收率提高约7百分点。

表9 中试HDAO催化裂化和工业装置HDAO延迟焦化产物分布Table 9 Product distribution of catalytic cracking (pilot plant test HDAO) and delayed coking (industrial unit HDAO)

3 结论

1）阿曼减渣采用C3/iC4 SDA工艺，适宜的溶剂组成与操作条件为：混合溶剂（20%（w）C3，80%（w）iC4），抽提塔塔顶温度68 ℃，沉降塔塔顶温度81 ℃，溶剂体积比5.0，抽提压力4.35 MPa；在此条件下，LDAO和HDAO收率分别为25.1%和28.9%，LDAO残碳值小于1.2%，满足光料油料性质指标；DOA收率为46.0%，针入度为20，软化点为61.7。

2）采用沙中减渣调和可制备出合格的30#硬质沥青，其沥青混合料车辙动稳定度和浸水残留稳定度性能均达到炎热区（聚合物）改性沥青和潮湿区（聚合物）改性沥青混合料的要求。

3）与C3 SDA相比，C3/iC4 SDA制备的HDAO催化裂化性能变差，干气、重油和焦炭含量增加，轻油收率（汽油+柴油）由65.61%降低为61.70%，可作为重油催化裂化原料。

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（编辑 平春霞）

Solvent deasphalting process of Oman vacuum residue to produce bright stock and 30# hard asphalt

Tong Yujun1，Shen Benxian1，Liu Jichang1，Huang Hengwen2，Yao Zhengtian1

（1. State Key Laboratory of Chemical Engineering，East China University of Science and Technology，Shanghai 200237，China；2. Shanghai HuaYi Engineering Co. Ltd.，Shanghai 200241，China）

The solvent composition and operating conditions of propane solvent deasphalting of Oman vacuum residue were optimized，and the mixture performance of blended 30# asphalt was investigated；meanwhile，the catalytic cracking performance of heavy deasphalted oil was studied in fixed bed catalytic cracking unit. The result showed that the optimal conditions were as follows：mixture solvent of 80%(w) propane and 20%(w)iso-butane，extraction tower top temperature of 68 ℃，settling tower top temperature of 81 ℃，volume ratio of solvent to vacuum residue of 5.0，extraction pressure of 4.35 MPa；Under this condition，the yield of light deasphalted oil was 25.1% and the properties of light deasphalted oilconformed to the requirement of bright stock；the yield of de-oil asphalt was 46.0% and the softening point of de-oil asphalt was 61.7 ℃；meanwhile，de-oil asphalt could be used to produce 30# asphalt by blending with Saudi Arab Middle vacuum residue，and the blended 30# asphalt mixture had high rut dynamic stability and water resistant stability. Heavy deasphalted oil could be used as feedstock of catalytic cracking and light yield oil (gasoline and diesel)was 61.70%.

vacuum residue；solvent deasphalting；bright stock；30# hard asphalt；asphalt mixture；catalytic cracking performance

1000-8144（2017）11-1385-08

TE 624

A

10.3969/j.issn.1000-8144.2017.11.007

2017-05-08；［修改稿日期］2017-08-03。

仝玉军（1989—），男，河南省濮阳市人，博士生，电话 021-64253346，电邮 yjtongcareer@163.com。联系人：沈本贤，电话 021-64252851，电邮sbx@ecust.edu.cn。

国家自然科学基金项目（21476082）。