溶剂脱沥青技术应用与进展

廖志新，罗涛，王红，孔佳骏，申海平，管翠诗，王翠红，佘玉成

（中国石化石油化工科学研究院有限公司, 北京 100083）

中国2021 年进口原油5.13 亿吨，对外依存度达到72%，为保障能源安全需提高国内油气产量。国内原油加工量保持在高位，2021 年突破7 亿吨，同比增长4.3%，主要化学品总产量增长5.7%，成品油表观消费量增加10.3%。不断增加的消费量给原油开采及炼化提出更高要求，一些已开发50 多年的油田随资源品位下降只能开采“薄、小、碎、深”的油藏，提高效益和稳定生产的难度陡增，原油质量波动及性质特点变化愈加复杂[1]。国内油田后期开发、劣质原油进口增加、汽油质量提升、催化/加氢装置掺渣比降低等因素使渣油/劣质剩余油数量增加[2]。渣油等重质油Н/С 原子比低、劣质组分（残炭值、硫、氮、金属）含量高[3-4]，存在大量胶质、沥青质及与之结合的金属，黏度高、密度大、运输性能差，易使催化剂结焦失活，污染、腐蚀、堵塞反应器和阀门设备管线等[5-6]。炼油产业亟需一批高效节能、安全环保、可实现资源循环利用的关键技术，实现大转强、粗向精、全面高质量发展。提高渣油等重质油转化深度、轻质油质量及炼油厂盈利能力已成为重油加工技术的发展热点[7]。

劣质重油加工路线可按加氢和脱碳分类。加氢按反应器形式分固定床、沸腾床和悬浮床。脱碳分焦化、减黏裂化、溶剂脱沥青、催化裂化等。脱碳工艺成本低，可处理过剩渣油及加氢未转化油，适应炼油厂总流程变化，提高炼油厂效益，副产的高等级石油焦等产品市场需求大，在低油价下有较强竞争力。溶剂脱沥青（SDA）技术[8-9]是液液萃取的物理分离过程，可归类于脱碳，用于处理减压渣油（VR）等重质油，根据渣油中不同类型分子在轻烃类溶剂中溶解度不同而进行分离，可脱除渣油、油砂沥青[10]中高残炭含量及低黏度指数的胶质/沥青质、多环芳烃、含金属的非烃化合物等。SDA工艺过程简单、装置投资小、建设周期短、操作费用低[11]、环境污染小，可与其他工艺技术进行灵活组合，显著提高VR等重质原料转化率和配套的加氢或催化裂化装置操作稳定性，降低装置操作苛刻度及投资运行成本[12]，提高产品结构灵活性，从而提高经济效益。

1 溶剂脱沥青技术应用

SDA 可将沥青质、对裂化/加氢催化剂有害的重金属及杂原子化合物等浓缩于脱油沥青（DOA）中，得到杂质含量低、裂化性能好的脱沥青油（DAO）。DOA 可直接调和成道路沥青或氧化成建筑沥青，也可用于生产石油沥青或沥青黏合剂、隔热材料、防水和防腐材料，还可以作为气化、炼焦、热缩聚原料等。DAO 后续精制后，可用作生产发动机、航空、气缸、压缩机、变速器和润滑油基础油等[13]。两段式SDA 工艺可进一步将DAO 分成轻脱沥青油（LDAO）和重脱沥青油（HDAO）。SDA 溶剂常采用C3～C6轻质烷烃，丙烷适于生产润滑油原料，丁烷或丙丁烷混合溶剂适于生产催化裂化原料，戊烷SDA 与重油加氢组合可改善加氢原料性质，延长催化剂使用寿命，改质产品提供更多的催化裂化原料。全球有超百套不同工艺SDA 装置，国外环球油品公司（UOP）/福斯特惠勒公司（FW）的Demex 工艺及凯洛格·布朗·路特公司（KBR）的ROSE 工艺技术应用更广，FW 公司的LEDA 工艺和法国石油研究院（IFP）的Solvahl 工艺等也占有部分市场。国内以中国石化石油化工科学研究院有限公司（RIPP，简称石科院）的RFSD等工艺技术具有代表性。

1.1 技术特点

SDA 基本原理是利用VR 等重质油中各组分在低分子量烃类溶剂（С3～С6）中的溶解度不同进行的液-液萃取过程，是纯物理溶解的质量传递过程。溶解过程依分子相似原理，渣油中相对分子质量较小的饱和烃和芳烃较易溶解，胶质次之，沥青质则较差，甚至不溶。溶剂与渣油接触后，渣油中大部分的饱和烃、部分芳烃、少部分胶质溶解在溶剂中形成轻组分相（富溶剂相）；少部分饱和烃、部分芳烃、大部分胶质、不溶的沥青质和少部分溶剂形成重组分相（富沥青质相）；轻组分相和重组分相形成液-液相平衡。原料相同时对渣油的溶解能力随着烃类溶剂分子量的增加而增大，但选择性降低，更多的胶质进入到DAO 中导致性质变差。与常规蒸馏相比，SDA能够在较低的分离温度下得到分子量更大、沸点更高的馏分。

不受原料组成和性质限制及避免高残炭和高金属含量制约的技术优势，使SDA 在炼油工业中占有重要地位[14]。通过SDA对高黏度重油和天然沥青改质能显著降低其黏度和运输成本，脱除胶质/沥青质、深度脱金属、部分脱硫氮，得到杂质含量低的DAO。优先分离沥青质还能解决稀释/混合时胶体不稳定的问题，油砂沥青提质也有工业应用[15]，工艺流程如图1所示，冷湖天然沥青经SDA处理后DAO 产率＞60%（质量分数），密度和黏度达到管道运输要求[16]。

图1 油砂沥青提质工艺示意图

SDA过程无热化学反应，产物裂化性能好，可作为催化裂化和热裂化前置工艺，精制各种不同性质组成的VR、未转化油等，增加转化率和加工深度，提高产品质量，延长催化剂寿命，降低催化剂用量和工艺成本。经SDA 工艺得到DAO 进行加氢处理的氢耗比不经SDA 的重油原料加氢处理减少35%[17]。

炼油技术发展日臻成熟，新装置在选择工艺时技术经济性将起决定作用，SDA在降低能耗后具有多方面技术优势。SDA 典型工艺温度范围为50～235℃，压力范围为20～40bar（1bar=100kPa）。根据原料和产品质量使用从С3～С6等不同溶剂，将重质原料分离为两个（DAO、 DOA） 或三个（LDAO、HDAO、DOA）产品。宁爱民等[18]基于塔河原油残炭值、硫、酸、沥青质、金属含量高及轻馏分油收率低等特点，对比了其常压闪蒸+SDA 与常压蒸馏+延迟焦化两种组合工艺，总液收分别为78.77%、69.30%，并且常压闪蒸+SDA 具有操作温度低、减缓装置腐蚀等显著优势。图2是DAO收率与各项指标间的关系，具体选择工艺路线及操作条件应根据原料性质、炼厂定位、产品方案、技术水平、投资规模等多方面统筹考虑。

图2 DAO收率与各项指标

1.2 国外技术

行业领先的SDA 技术有UOP 的Demex 技术、KBR 的ROSE 技 术、FW 的LEDA 工 艺、IFP 开 发Axens许可的Solvahl工艺等。现行技术工艺流程相似，多为亚临界抽提，超临界溶剂回收，在内构件、混合/萃取/溶剂回收流程和操作条件方面有所不同。

1.2.1 ROSE工艺

ROSE 工艺于1979 年由Kerr-McGee 公司开发，1995 年凯洛格（Kellogg）公司买断了专利技术。1998 年Kellogg 公司与布朗·路特公司合并为KELLOGG BROWN & ROOT（KBR），现KBR 在全球已有60 余套ROSE 技术转让。ROSE 工艺具有DAO 产量和质量高、可灵活调整、超临界回收溶剂成本低、DAO 中沥青质残留量≤200µg/g 等优势[19]，表1 是ROSE 工艺 近20 年产能＞10000 桶/天的专利授权总结。

表1 ROSE工艺近20年高产能专利授权

常规两产品渣油SDA 技术产出的DOA 太硬，难以直接作道路沥青，而通过降低DAO 收率提高道路沥青质量并不经济。KBR三产品ROSE工艺在两产品流程基础上增加中间产物的抽出，如图3中红色流程所示，分离出的HDAO用于生产道路沥青或阳极焦，拓宽炼厂产品分布，增加经济效益和操作灵活性。KBR 的Aquaform 沥青造粒技术所得沥青质颗粒尺寸为l～3mm，可磨性指数HGI＞70，耐粉尘易于储存和运输至终端用户（水泥、钢铁、电力行业等），热值比焦化的燃料级石油焦高20%～50%，经济性更高[20]。

图3 两产品及三产品ROSE渣油SDA

1.2.2 Demex工艺

Demex工艺所属UOP公司[21]，1977年在美国得克萨斯炼油厂实现工业化，1996年UOP与FW公司签署合作协议共享SDA技术。Demex采用管道静态混合、两段沉降、溶剂超临界回收等工艺，应用顺流抽提技术和平行扰流板（PIP）内构件降低了溶剂比，减少了投资运营成本，表2是2010年后应用Demex 工艺建成的产能＞10000 桶/天的装置。Demex工艺三产品流程也是在两产品基础上增加中间产物的抽出，如图4 中红色流程所示。与Sulzer合作开发了规整填料及用于多级逆流接触器和LDAO/HDAO 分离器的内构件，整体提高了萃取效率，得到的DAO产量和质量都有提升。

表2 Demex工艺2010年后建成装置

图4 Demex两产品及三产品渣油SDA

Demex 工艺与ROSE 工艺溶剂进料比不同[22]，ROSE工艺溶剂进料比为8∶1，Demex 工艺仅需5∶1，溶剂回收的设备尺寸和能耗降低，优化资本和运营成本。UOP/FW的沥青焦化技术（ASCOT）是SDA与沥青延迟焦化技术的组合，通过装置间热集成提高能效，增加裂解原料的产品产量，并降低残渣产量[23]。

1.2.3 Solvahl工艺

Solvahl 是IFP 开发的专利技术，现属于法国Axens 公司。Solvahl 工艺用于处理未转化的常压渣油（AR）及VR，常与Axens 的另一项沸腾床加氢专利技术H-Oil组合应用。Solvahl采用C3～C6溶剂，有两个溶剂注入点，逆流运行，溶剂进料比低。图5 是Solvahl 工艺流程示意图，2008 年以前共12 套工业装置运行，总产能690×104t/a，近年新工业装置投产的报道较少。恒力石化2000×104t/a 炼化一体化项目于2016年签约了Axens的重油加氢裂化组合工艺，规模为1150×104t/a，包含两套平行的HOil沸腾床加氢装置转化VR，一套Solvahl装置加工未转化的渣油，产出的DAO 去加氢裂化，DOA 去气化。

图5 Solvahl工艺流程示意图

1.2.4 技术对比

传统SDA 采用蒸发法回收溶剂，分离过程相变潜热大[24]，20 世纪占有SDA 市场的主要是KBR的ROSE 工艺和FW 公司的LEDA 工艺。SDA 的核心技术亚临界抽提及超临界溶剂回收已广泛应用于国内外，装置整体能耗大幅下降，稳定性也有保障。新建或改建SDA 装置应优先考虑采用亚临界抽提、超临界溶剂回收技术，可明显降低能耗，且占地少、设备投资低。DEMEX、SOLVAHL工艺的剂油比更小，动力消耗、设备投资相应降低，设备体积更小，利于平面布置。国外SDA 技术对比见表3。

表3 国外SDA技术对比

21 世纪以来，新上装置的技术竞争集中在进一步降低能耗和装置大型化。用户会在产品要求、总投资、全厂产品方案及系统配套方面综合比选。LDAO和HDAO是良好的润滑油、催化裂化、加氢裂化原料，现代化的炼厂根据行业新变化、全厂生产情况有灵活改变产品方案的需求，因此可同时产出三产品的两段式脱沥青工艺更受市场青睐。

1.3 国内技术

我国SDA 技术起步略晚，首套SDA 装置于1958年在兰州炼油厂建成，现有SDA装置近30套，年总生产能力接近9Mt[26]。国内SDA 装置多采用丙烷两段脱沥青工艺，代表性的有RIPP-RFSD工艺、中国石油大学-SELEX Asp工艺等。

1.3.1 RFSD工艺

RFSD 是中国石化石科院针对重油在不同溶剂体系下溶解和传质特性开发的SDA 技术。具有DAO 产品质量好、收率高、能耗低和操作灵活等特点。中国石化石科院还开发了以RFSD为龙头的催化-RFSD、缓和热转化-RFSD、RFSD-加氢处理-催化裂化-DOA气化、RFSD-催化裂化-DOA气化、RFSD-延迟焦化等重油加工系列组合工艺及配套的DOA 产品利用方案，均已进入工业化应用，经济效益和社会效益显著。图6 是RFSD 一段工艺流程示意图。

图6 RFSD一段工艺流程示意图

中海油宁波大榭石化有限公司的160×104t/a 的丁烷两段SDA 装置是最大规模的国内自有技术应用。于2022 年2 月一次开车成功并生产出合格产品，标志着中国石化自主开发RFSD大型化技术成功工业应用。该装置以VR 为原料、以丁烷为溶剂，采用两段抽提工艺生产LDAO、HDAO 和DOA三种产品。为丰富重油加工手段，生产重质光亮油原料并改善加氢/催化裂解原料性质，LDAO作生产光亮油原料，HDAO 和DOA 根据原料性质和市场情况综合利用。各RFSD工艺装置见表4。

1.3.2 SELEX Asp工艺

SELEX Asp是中国石油大学开发的超临界溶剂梯级分离脱沥青耦合沥青造粒技术[27]。采用超临界戊烷连续萃取重油，分离出LDAO 和HDAO，以喷雾造粒分离回收溶剂和残渣，可处理软化点＞150℃的沥青，直接获得沥青粉更易于后续应用，图7为SELEX Asp 中试装置的流程图[28]。SDA 结合喷雾造粒突破了传统SDA 对DAO 收率的制约[29]，DAO 质量收率达70%～85%，残炭值和重金属脱除率分别达到50%和70%，并可将DAO 灵活地分为多个馏分，大幅改善重油轻质化加工性能。DAO 中质量分数达85%的溶剂可在超临界状态下高压直接回收，无需降压气化，沥青中回收溶剂无需高温加热炉。

图7 SELEX Asp工艺流程示意图

2009 年中国石油辽河石化公司建成300 桶/天的工业示范厂，可将95%的C7沥青质、70%的镍和钒及50%的残炭浓缩到DOA 中（15%～30%）。DAO 黏度远低于渣油原料，易于加氢处理和催化裂化。在固定床加氢/流化床催化裂化（FCC）前组合SELEX Asp工艺，液收质量分数比焦化工艺提高3%～5%，且大幅降低催化剂中毒概率，延长了催化剂寿命。山东一套产能16000 桶/天的SELEX Asp自2015年起运行，为加氢裂化供应原料，显著提高了轻油收率。

SELEX Asp 在处理催化裂化油浆已有应用，2015—2016年两套产能为4000桶/天的工业装置成功运行，可去除催化裂化油浆中约96%的金属，解决了制约催化裂化油浆高价值利用的固体分离难点。DAO可进一步分为富饱和馏分和富芳烃馏分，是催化裂化、加氢裂化、针状焦及其他碳材料的良好原料，DOA可用于生产优质高速公路路面沥青。

2 溶剂脱沥青技术进展

SDA去除杂质和不良组分时无热化学反应，可精炼重质原油及渣油、催化裂化油浆、油砂沥青等，生产高黏度润滑油基础油、重质润滑油原料油，为热裂解、加氢裂化、催化裂化等供给优质原料，近年来备受关注。在新溶剂、新内构件、组合工艺、模拟优化流程、提能降耗等多方面有研究进展。

2.1 组合工艺

SDA工艺简单、操作条件温和、工艺运行成本低，如图8所示可与多种核心炼油技术灵活组合转化重油，大量回收加工有炼化升级潜能的高价值油。组合工艺含流化催化裂化（FCC）、SDA、气化、延迟焦化、加氢、减黏裂化等两种或多种。以SDA 作龙头的组合工艺对渣油/重油预处理可优化原料性质，有效解决催化剂积炭中毒、设备结焦等问题，提高高附加值产品收率。

图8 含SDA的重油转化组合工艺

2.1.1 SDA+氢转化

SDA 经常与加氢处理/转化组合使用，重油经SDA 分离出DAO 再去加氢精制/裂化，氢耗大幅降低。DOA 经部分氧化制氢产生的氢气可用到加氢脱硫（HDS）/裂化[30]。先SDA 后加氢的组合工艺可称为上游SDA，例如原油SDA+加氢处理+蒸汽热解一体化工艺直接生产烯烃、芳烃等化学品，原油先经SDA 处理生产DAO 和DOA，DAO 送入加氢处理，加氢后的馏分油在蒸汽下热裂解，从产物中分离回收烯烃、芳烃及裂解燃料油[31-32]。上游SDA可先将重油中沥青质、残炭值、金属含量显著降低，使后续加氢转化在更温和条件下进行，具有更高转化率和轻馏分产率。同时，DAO 中不含沥青质，催化剂消耗显著降低，操作条件也更为缓和，相应后续加氢装置尺寸减小，组合工艺装置的投资运维降低。缺点是重金属等被浓缩到DOA 中，后续利用DOA难度加大，原料总转化率降低[33]。

下游SDA 是先进行加氢裂化，未转化的加氢裂化残渣进SDA[34]，产生的DAO可循环至加氢转化或与加氢后馏分混合成升级原料油，DAO 的产量和质量比上游SDA 更高。法国石油研究院（IFP）处理VR等重油的专利技术是先进行深度加氢转化分离出轻馏分，重馏分（80%沸点≥250℃）送SDA分离出DAO 去沸腾床加氢转化[35]、流化床催化裂化或固定床加氢裂化继续深加工[36]。

为使炼厂效益最大化，组合工艺时应深度优化工艺，SDA与加氢转化组合时，加氢催化剂（或前体）可先与重油原料混合再进SDA，产生的含有分散催化剂的DOA 再进行加氢裂化。将分散的过渡金属氧化物形式催化剂颗粒引入重油原料，作沥青质纳米聚集体吸附剂，有效提高SDA 效率和DAO质量[37-38]。采用固定床加氢时进料性质受限，需掺入较多DAO 改善渣油性质，SDA 加工量将由DAO所需当量决定。浆态床渣油加氢和沸腾床渣油加氢工艺对进料性质要求不高，SDA负荷通常由全厂耗氢量确定[23]。

近年来油砂沥青利用增多，从油砂（天然沥青）和油田中提取氢和提高油砂沥青输送性能成为研究热点，轻度热裂解是低成本方法之一，SDA结合热转化的新技术不需外部H2源即可升级转化沥青。采用沥青质热诱导氢转移作氢源，饱和裂解石脑油中的烯烃，以1∶4 的裂解石脑油与沥青质在350℃反应3h，可转化质量分数＞60%的烯烃（以1-癸烯计）[39]。

2.1.2 SDA+裂化

SDA组合加氢处理工艺可促进FCC装置处理劣质原料[40-41]，提高烯烃产量并减少轻石蜡和焦产量，FCC 产出的重馏分比常规硫燃料油附加值更高[42]。中国石化九江分公司在渣油催化裂化前增设SDA，产出DAO 再去FCC，不仅FCC 加工量提高，且产品分布改善大，液化气产率、柴油收率、轻油收率分别增加1.14%、2.70%，1.64%[43]，为炼厂提升经济效益。现各大炼化公司已有多种SDA 与裂化组合方案，如组合SDA+混合进料蒸汽裂解+柴油蒸汽裂解[44]，将原油转化为烯烃、芳烃等高附加值石化及燃料产品的综合工艺等。

中国石油长庆石化1.4Mt/a 两段提升管催化裂化装置因原料过重、残炭过高导致主分馏塔和沉降塔结焦严重[45]。建成0.8Mt/a 的SDA 装置后，减渣先脱去胶质和沥青质再去FCC，配合新增废催化剂循环管路等技改，催化剂的剂油比大幅提升，催化裂化装置产能和轻质油收率分别提高35.16%、3.64%，干气产量降低0.79%。孙学文等[46]以辽河VR及戊烷溶剂研究SDA+DAO催化裂化+DOA焦化组合工艺，压力7.0MPa 时DAO 收率达到74.22%，LDAOHDAO 催化裂化平均液化气、轻油收率分别为25.74%、12.72%，两者加和比VR 直接焦化高4.06%。

SDA 是FCC 油浆利用的优势选择之一，可将FCC油浆分离成具有较高蜡含量的轻油浆和改性油浆，提高芳香分＞18%、降低饱和分＞25%[47]。FCC 油浆也可掺兑到VR 的SDA 进料中。FCC 油浆比VR 密度大、黏度小，可改变VR 胶体体系及相溶性，降低胶溶能力和稳定性，提高分离效率，掺入FCC 油浆后萃取塔进料密度变大，增加了与溶剂的密度差，进料黏度减小萃取阻力降低，利于萃取并提高DAO 收率[48]。DOA 高效利用是SDA 关键技术之一，掺兑FCC 油浆回收其中有裂化潜力组分可有效提升DOA性质，生产更高品质道路沥青。刘以红等[49]在373.5℃、4.2MPa 条件下以质量分数为80.30%的丙烷混合C3为溶剂，掺兑30%油浆后蜡质量分数＜3%，DOA性质明显改善。

2.1.3 SDA+气化/焦化

SDA+气化组合工艺不受沥青质黏度限制，可从沥青汽提器直产气化原料DOA，加热到气化炉入炉最佳温度后脱溶剂。高效戊烷SDA 增加重油API度、降残炭值及金属含量，DAO收率及柴油产量更高。从净化气中回收氢气，总能耗降低，SDA和气化单元运行效率和经济性提升[23]，可灵活选择气化产氢作燃料，为溶剂加工供热，或DAO 加氢生产燃料、润滑油等[50]。

SDA+延迟焦化一体化工艺可提升残渣价值，提高馏分油和燃料油产品质量，实现渣油加工最大化[51]。胡艳芳等[52]提出一种重油SDA+延迟焦化+加氢工艺，重油经SDA得到DAO，与延迟焦化蜡油、减压蜡油混合去加氢处理，提升了加氢装置进料性质，脱质量分数85.51%的金属、66.06%的残炭，缓和了加氢操作条件、提高了加氢处理能力，装置操作费用降低、催化剂使用寿命延长超一倍。DOA掺入延迟焦化原料，解决了DOA应用难题。

SDA具有高度灵活性和适应性，可使各工艺单元充分发挥优势，扬长避短，提升炼厂经济效益和竞争力[25]。重油转化组合中SDA工艺配置取决于炼厂已有工艺流程、上下游物料特性及价格、终端产品销售市场等诸多条件，应着重考虑应对不同原料/产品市场的灵活性。原油劣质化问题愈加突显，国际油价回升，SDA将在世界先进重油加工转化技术中起到更加关键的作用。

2.1.4 SDA+润滑油生产

DAO 是制备光亮油、汽缸油或其他润滑油的优良原料[53]，DOA与润滑油生产过程中的糠醛精制抽出油调和可生产高品质的重交通道路石油沥青，因此SDA 与润滑油生产的加工路线是面向终端产品的重要组合工艺。传统工艺包含丙烷SDA、酮苯脱蜡、白土精制等物理分离过程，生产的基础油黏度指数＜105，对VR 原料进料要求高，同时受硫及芳烃含量限制只能生产APIⅠ类基础油[54]，现今全球APIⅠ类润滑油基础油产能呈下降趋势，通过加氢工艺生产APIⅡ、APIⅢ润滑基础油产品的需求迅速增长[55]。国内生产润滑油的炼厂有茂名石化、荆门石化、济南石化、克拉玛依石化、大庆石化等，其中茂名石化采用加氢工艺生产HVI Ⅲ类和Ⅲ+类高端润滑油基础油，克拉玛依石化以DAO 为原料采用加氢工艺生产API Ⅱ类150BS光亮油，荆门石化、济南石化、大庆石化均采用组合工艺生产润滑油基础油。

不经加氢处理的基础油中残留的芳烃易被氧化，从而导致油变暗、油泥形成并在发动机和工业用油中产生腐蚀性化合物[56]，因此加氢是生产优质基础油的优选加工工艺。萃取后加氢可提高产品饱和度和产量，埃克森美孚的抽余油加氢处理（RHT）和抽余油加氢转化（RHC）可以将Ⅰ类溶剂润滑油厂转化为先进灵活、经济高效的Ⅱ/Ⅱ+/Ⅲ类溶剂润滑油厂。引入加氢技术扩大了SDA+润滑油生产的原料范围，满足生产发动机润滑油对基础油质量越来越高的要求。近年来的SDA+润滑油基础油生产可分为全加氢工艺和融入加氢的改进传统工艺（组合工艺）两大类。全加氢工艺核心是采用加氢处理临氢降凝及异构脱蜡补充精制，融入加氢的组合工艺包括加氢处理、溶剂萃取、溶剂脱蜡/异构脱蜡、加氢补充精制等环节，SDA+润滑油生产组合工艺如图9所示。

2.2 溶剂

SDA 低碳数溶剂相对选择性更好，DAO 残炭更低，高碳数溶剂（C5+）溶解度更大，DAO 收率更高，选择性相对差，能耗方面也需要审慎核算。近年来溶剂研究热点为低碳烃混合物、CO2及甲苯，糠醛、环丁砜[57]、丙酮、甲醇、乙酸乙酯[58]等也有研究。

2.2.1 低碳烃

SDA传统溶剂为C3和C4，在混合C4方面有大量研究应用[59]。黄灏等[60]在丙烷溶剂中混入20%～25%丁烷，研究溶剂对荆门石化生产加氢改质原料和催化裂化原料的影响，得到LDAO+HDAO 收率大于60%。洛阳石化80×104t/a的SDA运转以正丁烷为主溶剂，同时含有C1～C5烷烃、烯烃，溶剂比为(5～6)∶1，分析不同生产周期溶剂组分，随碳数增加，轻烃对油的溶解度增大，选择性降低，异构烷烃溶解度小于正构烷烃，同碳数烯烃溶解度大于烷烃，但生产要求溶剂烯烃含量尽量低，因此适宜溶剂组成为异丁烷≤4.8%、正丁烷≥85.3%、戊烷≤9.9%[61]。

近年来研究热点逐渐转向更高碳数的C5+[53,62]、石脑油等[63-64]。Magomedov 等[65]在不同萃取温度、压力下研究正戊烷SDA，发现操作条件对产物金属含量、DAO 残炭值和沥青软化点几乎没影响，在接近临界温度220℃时超临界萃取，DAO收率有所下降。高纯度n-C5H12溶剂成本高，徐庆虎等[66]用n-C4H10质量分数＜10%的n-C5H12与n-C4H10混合作溶剂，基本不影响DAO 收率，溶剂比降低到4∶1时DAO 收率仅降低0.8%，但综合能耗降低33.4%。Koseoglu[67]采用与渣油同源的直馏石脑油作溶剂进行SDA，DAO和溶剂的混合物料送加氢处理。

更高碳数的烃类对SDA 过程中重组分沉降率作用机理不同。柴油含萘、烷基苯等大量芳香烃，是沥青的良好溶剂，Lin 等[68]研究了添加环己烷/柴油对新型混合沥青提取（HBE）工艺的影响，通过在高压釜监测界面位置随时间变化，测定庚烷稀释沥青泡沫乳液中聚合体沉降速率。室温下质量分数为10%的环己烷在HBE 中沉降率与高温水萃取效率相当，质量分数为10%的柴油乳化沉降率略低，3%～5%即可引发区域沉降，产出总固含量及水含量＜1000µg/g的可销售沥青产品。

2.2.2 CO2+甲苯

CO2为低沸点溶剂，可用作有效的抗溶剂，有利于重油分散系统的稳定和不溶性HDAO、DOA以分离相的形式沉淀[69]。CO2溶解高分子量重质油能力低，阻碍了CO2在连续商业SDA 工艺的发展[70]。有机溶剂可极大增强分子分散、提高芳烃溶解度，甲苯作CO2改性剂可显著提高溶剂效率，且DAO中金属浓度低[71]。

CO2-甲苯二元混合溶剂的溶解能力和产物分离效率强[72]，莫斯科物理与技术研究所与PAO Tatneft合作开发使用CO2-甲苯混合溶剂[73]的重质油SDA 工艺，DAO 产率＞50%，沥青质、残炭值和金属含量低。该工艺可用于从热裂解或催化加氢处理装置分离未转化残渣，可回收浓缩金属馏分从而回收分散的催化剂前体，甲苯质量分数通常为10%～40%，随甲苯含量提高DAO 产量迅速增加，饱和烃含量降低，HDAO、残炭值、金属含量增加。二氧化碳有抗溶剂特性，甲苯质量分数＞30%时对DAO 产率的影响不再显著，HDAO 及DOA 溶解度增加，DAO 质量下降，SDA 过程中СО2-甲苯中甲苯质量分数在20%～30%为宜[74]。

制约SDA 工艺发展的瓶颈之一是能耗，使用何种溶剂应重点考虑溶剂进料比、萃取效率等工艺条件对能耗、产品质量的影响。甲苯作为改性剂比甲醇更有效，Cossey 等[75]在24MPa、60℃条件下提取沥青，单独超临界二氧化碳（SC-CO2）仅提取原料中39%的沥青，随加入改进剂甲苯或甲醇浓度提高，萃取效率提高，甲苯摩尔分数15%时DAO收率的质量分数为76%，甲醇摩尔分数33.7%时DAO收率的质量分数为55%。Im等[76]用CO2在相对较低温度下从DAO 中分离正戊烷溶剂，80%溶剂回收率所需温度可由200℃降至40℃，降低热能节省操作成本，在相对低压范围，温度升高及混合物向超临界状态转变将导致溶剂密度、DAO 产率迅速下降。高于СО2-甲苯溶剂临界温度时需大幅增加压力以保持溶剂混合物溶解能力、分离选择性、DAO质量，为保障溶剂在液相状态，温度50～75℃、压力10～15MPa是选用СО2-甲苯溶剂的SDA工艺优选参数。

2.2.3 共沉淀剂

利用氧化镍（NiO）纳米颗粒作为沥青质共沉淀剂，可使SDA原位升级重质原油。Ovalles等[77]添加NiO纳米颗粒使API度平均提高17.1°（16%），黏度降低370mm2/s（16%），进一步提高原油性能，基于高角度环形暗场检测扫描透射电镜、能量色散X射线等分析发现，沥青质组分中的含碳层包裹了纳米NiO，NiO 纳米颗粒作为成核位点（团聚体）与C7-沥青质相互作用，在NiO纳米粒子表面形成纳米级的氧化羧酸镍或酚类物质。Hosseinpour等[78]将纳米颗粒添加到沥青质-甲苯溶液中，研究金属氧化物纳米颗粒表面酸/碱度对沥青质吸附热力学的影响，纳米颗粒对沥青质的吸附与表面的净电荷和酸性的协同作用有关，吸附力大小为NiO＞Fe2O3＞WO3＞MgO＞CaCO3＞ZrO2，吸附量为1.23～3.67mg/m2，酸碱相互作用和静电吸附是沥青质吸附到金属氧化物/盐表面的主要贡献。

SDA过程加入有机碳酸盐可快速形成富含沥青质、钒和镍沥青质络合物、含硫和氮杂原子有机化合物的易分离固体沉淀物[79]，去除沉淀物并降低温度，或添加比碳酸盐极性更强的溶剂后，混合物分离为纯化DAO 和富含钒和镍卟啉络合物及杂原子化合物的DOA。Eni 集团工艺开发有机碳酸盐SDA工艺，在温度80℃及溶剂进料比2∶1 条件下，用碳酸二甲酯作溶剂，DAO 产率质量分数达70%且金属含量＜50µg/g。

2.3 新技术

2.3.1 工艺

Petrosonic Energy 开 发 声 学 处 理SDA 工 艺[80]，溶剂用戊烷、己烷或异辛烷，溶剂进料比可低至3.5∶1，声学处理显著提高了物料混合强度、传质效率，进而提高萃取效率。低频声波比超声波更节省工业装置尺寸，且最佳频率范围在100～1000Hz，以1.16 的质量比混合正戊烷与重质阿尔伯塔原油，用40kW 声学处理60s，密度、黏度、金属和硫含量分别降低7%、99%、25%和14%，DAO 质量分数高达85.3%。

中国石油大学开发的SELEX Asp 核心之一是固体-蒸汽分离器，实现了喷雾造粒过程与超临界萃取的耦合，可直接形成干固体沥青质颗粒。开发的二级喷雾造粒喷嘴，单喷嘴造粒速度为0.8～1.2kg/min，改善了粒度分布，堆积密度为150kg/m3，具有接触器尺寸小、设计简单、能效高、溶剂消耗低、资本和运营成本低等优点[28]。

从沥青水乳化液中快速同时去除水和沥青质生产高质量原油的快速脱沥青工艺在逐渐兴起，Zhao等[81-82]在1.590m3/d中试装置上，423～453K、正戊烷/沥青体积比≥3.0条件下，将沥青水乳化液中＞98%的沥青质和＞99.9%的水同时脱除。在最佳操作条件下，DAO收率质量分数为80%、沥青质质量分数0.5%，DOA含硫38%、氮47%、镍和钒85%。沥青质颗粒与水滴的相互作用有利于脱去沥青质和提高DAO质量，在温度180～190℃、正戊烷/沥青体积比3.2～3.5、压力约35bar的最佳条件下，水-沥青乳液中回收的DAO中沥青质质量分数＜1%。

2.3.2 设备

萃取塔是SDA 工艺中的关键设备，塔内放置不同内构件会对分离的流场特性产生影响[83]。清华大学在萃取塔和填料方面有深厚的研究基础[84]，新型导向格栅填料萃取塔通量有大幅提高，当分散相与连续相流速比为1∶5 时，液泛通量达到150m3/(m2·h)[85]，在SDA 等工业领域有良好应用前景。蔡卫滨等[86]开发一种新型舌形波纹规整填料，该填料具有较大液泛通量及传质性能，是一种综合性能优良的新型萃取塔填料，可用于旧塔改造，提高塔处理能力和产品质量。

因溶剂和重质物料密度差异大，对SDA 装置的泵运行要求极高，机械密封的SDA 溶剂泵操作中存在泵震动大易产生泄漏，改用干气密封极大延长整机使用寿命[87]，降低检维修费用，保障SDA长周期安全运行。镇海炼化0.6Mt/a 的SDA 运转时间长，部分设备管线存在腐蚀等问题，对抽提器、DAO 汽提塔、低压溶剂系统进行检修改造后，原料改为VR+未转化油，加工量由60t/h提到80t/h[88]，沥青汽提塔顶的溶剂携带沥青量降低11.2%，装置运行良好。

3 结语

SDA 工艺简单且灵活性高，投资低于延迟焦化、渣油催化裂化和渣油加氢，其高兼容性的特点使其可与其他工艺技术优势组合，显著提高VR/油砂沥青等重质劣质油转化率及原油采购/产品结构灵活性，提高炼厂经济效益。近年来随着SDA 操作费用和能耗不断下降，逐渐提高了在重油改质技术中的竞争力并占据重要地位。为进一步降低能耗、拓宽原料适应性、提高DAO 收率及沥青产品品质，近年来在新工艺和组合工艺流程优化、塔及内构件结构优化、新设备研发及溶剂等方向有研发进展。

未来仍需对SDA 技术进行更多基础和优化研究，促进技术革新并向低碳转型，扩大在非常规原油改质中的应用，将劣质油/油砂直接或间接转化为高附加值化学品。根据现有SDA 装置的情况，未来SDA 技术发展趋势如下：①燃料型SDA 装置趋于大型化，单套处理能力大于100×104t/a；②更加灵活应用SDA 于催化油浆、油砂沥青等深加工组合工艺中；③不断模拟和优化SDA 过程以降低能耗，提高技术经济性和竞争力；④为追求高DAO 收率，溶剂质量分数将越来越重，如戊烷或混合C4～C5；⑤随加工量越来越大，开发更高效的内构件提高抽提塔分离效率；⑥拓宽DOA出路。