印度尼西亚布敦岛天然岩沥青溶剂抽提工艺研究

董智勇，邢定峰，赵锁奇，黄文辉

（1.中国石油大学重质油国家重点实验室，北京102200；2.中国地质大学（北京）能源学院，北京100083；3.中国石油天然气股份有限公司规划总院，北京100083）

天然沥青是石油在自然界长期受地壳挤压、变化，不断地从地壳中冒出，存在于山体、岩石裂隙中，并与空气、水接触逐渐变化，经长期蒸发凝固而形成的，其中常混有一定比例的矿物质［1］。岩沥青是天然沥青中的一种，其中含有许多砂和岩石，经过加水熬制，可以得到纯净的沥青［2］。随着国际原油价格的持续上涨，从岩沥青矿中提取燃料油或生产道路沥青，具备经济可行性。

作者在此针对印度尼西亚布敦岛天然岩沥青（BRA），开发了一种溶剂抽提岩沥青生产石油沥青和燃料油的新工艺，并探讨了该工艺的技术经济可行性。

1 岩沥青资源分布与利用现状

1.1 储量分布

岩沥青的主要产地有美国的犹他州（Gilsonite）［3］和堪萨斯州［4］、南太平洋印度尼西亚的布敦岛（BMA）、法国的加德（Gard）、俄罗斯西伯利亚［5］、瑞士瓦勒德特拉弗斯（Valde Travers）地区的沙泰尔（Neuchatel）、意大利的拉古萨（Ragusa）、约旦中东部［6］以及阿尔巴尼亚南部发罗拉区塞莱尼。

国内天然岩沥青矿产资源主要分布于新疆、青海以及四川等地［7，8］，其中规模较大的是新疆一三七团天然岩沥青矿，该矿地处准噶尔盆地西北边缘，远景储量1000万t以上，现年产天然岩沥青8000t［9］。

1.2 主要用途

岩沥青是石油基的固体，因此与沥青极易共存，混合后形成天然岩沥青与沥青的紧密混合物，既有天然岩沥青的硬度和耐磨性，同时也保留了沥青的韧性［10］。岩沥青具有非常优良的路用性能，目前主要用作石油炼制沥青的改性剂［11］。另外，岩沥青具有耐酸碱性、耐高温、化学性能稳定等特点，附着力强，可作为油漆及油墨等生产过程中的添加剂［12］、防腐涂料、热固及热塑性塑料添加剂，也可用于石油钻井中的固井。

1.3 需求现状

近年来，伴随着国内基础建设的巨大需求和能源紧缺的现状，国内沥青和岩沥青的净进口量逐年上升（图1）［13］。

图1 石油沥青和岩沥青的净进口量Fig.1 The import amounts of petroleum asphalt and rock asphalt

由图1可知，自1995年以来，石油沥青的净进口量持续攀升，2010年达到40万t以上。其中，主要进口的沥青类型为中国紧缺的重交通道路沥青，用于机场跑道、高等级道路的铺设；而岩沥青净进口量在1995～2005年没有明显波动，净进口量较少，自原油价格上涨和中国基础设施建设加速之后，2006年岩沥青的净进口量大幅上升，2008～2009年受金融危机影响又有所回落。

中国进口的岩沥青主要来自印度尼西亚，占进口总量的86.29%，其次为伊朗13.23%、美国0.27%、英国0.11%、阿联酋0.08%、日本0.01%。因此，研究更好地利用印度尼西亚进口岩沥青具有重要的经济意义和现实意义。

2 岩沥青溶剂抽提新工艺

2.1 应用背景

岩沥青作为道路沥青和油漆等行业的添加剂，国内消费量约10万t·a－1，规模较小。与石油、煤和油页岩比较，岩沥青开采成本较低。不同的有机溶剂对岩沥青中的有机质萃取能力不同，常见的溶剂有多环芳烃、吡啶类、酚类、氯仿、溶剂油等［14］，有机质脱除率最高能达到90%以上。

布敦岛某岩沥青矿可开采量约5000万t，采出的岩沥青原矿石除了用来生产道路沥青改性剂外，部分掺入燃煤产蒸汽和电力，满足矿区公用工程所需。为了实现规模化开采和利用，计划采用溶剂油来抽提沥青质，生产普通道路沥青和重交通道路沥青，副产轻烃处理后作为轻质燃料和化工原料出售，矿渣作为水泥工业原料，溶剂回收循环利用。

2.2 原料和抽出油评价

选取布敦岛岩沥青矿区有代表性的、不同区位的3种含油率的样品进行溶剂抽提实验，岩沥青性质见表1。

表1 布敦岛岩沥青性质Tab.1 The basic properties of BRA

设计正交实验，筛选抽提率高、适应性好的溶剂，对回收溶剂后的抽出油进行评价。抽出油常压实沸点蒸馏数据见表2。

表2 布敦岛岩沥青抽出油常压实沸点蒸馏数据Tab.2 The data of actural boiling－point distillation of asphaltenes of BRA

根据表2数据绘制抽出油实沸点蒸馏曲线，如图2所示。

图2 布敦岛岩沥青抽出油实沸点蒸馏曲线Fig.2 The actural boiling－point distillation curve of asphaltenes of BRA

分析发现抽出油的含硫量为4.86%。根据窄馏分收率比例，进行了掺兑实验。分别选择400～425℃、425～450℃、450～475℃和475～480℃4个馏程进行正交实验，结果表明，选择合适的馏程分配，所获得沥青的软化点、针入度、延伸度等指标能达到北美岩沥青的技术指标要求［15］，如表3所示。

表3 北美岩沥青技术指标Tab.3 The technical indicators of rock asphalt in North America

2.3 工艺方案

根据原料和抽出油评价结果，提出了溶剂抽提岩沥青生产石油沥青和燃料油、副产燃料气和水泥原料的工艺方案：采用密闭的固定床抽提，抽提过程在3～4个抽提塔中交替进行，蒸馏回收溶剂过程连续进行。

岩沥青经脱水、粉碎和筛选后由传动带送到抽提塔顶部，抽提塔顶部打开装料，由底部泵入预热后的溶剂，抽提完成后，先用氮气从顶部将抽提塔内的溶剂压回中间溶剂罐，以回收抽提塔中存留的大部分溶剂，然后再将抽提塔抽提后残余的溶剂用高温水蒸气汽提回收。溶剂抽提流程见图3。

图3 布敦岛岩沥青溶剂抽提流程Fig.3 The solvent extraction process of BRA

2.4 技术经济可行性研究

以三塔流程计算，假设每个抽提塔的溶剂为400m3（直径6m，高15m），每天3个塔轮流抽提1次，每天的岩沥青处理量为1200m3×0.65t·m－3＝780t，年开工330d，则可以处理257 400t，年产沥青约51 500t，若为四塔流程，则年产沥青达68 700t。

抽提过程所使用的溶剂成本低廉，但由于处理量大，需特别考虑其损失问题。经核算，经过抽提之后，砂石回收溶剂时，如果每吨砂石损失溶剂3kg，则每天的溶剂损失量为2.34t，以6.5t·h－1油产量计，相当于每生产1t沥青损失1.5kg溶剂。

溶剂损失主要有装置密封缺陷、砂石夹带和抽出油携带等。其中，抽出油携带从成本角度是许可的，因为抽出油粗产品的出厂价格高于溶剂。

以溶剂蒸发潜热300kJ·kg－1计，此过程主要能耗之一加热炉需要热能250×0.7×1000×300＝52 500MJ·h－1，标准燃油热值41.868MJ·kg－1，相当于1.25t·h－1标准燃油，约占沥青产量的20%。因此采用低价值的煤作燃料，掺杂适量岩沥青原矿石粉来产蒸汽，以高温蒸汽作为加热介质和汽提介质，会较采用燃油或燃气锅炉更经济。

在现有实验室小试装置的基础上，建立以溶剂抽提手段为主的工业化装置，处理规模为80万t·a－1，得到石油沥青约15万t·a－1，溶剂损耗低于3%。产品的软化点、针入度、延伸度等符合GB／T 15180－2000重交通道路石油沥青国家标准。

2.5 讨论

（1）通过定期补充溶剂方式，整个装置可实现稳定运行。

（2）岩沥青矿开采会产生浮土和石灰岩、砂岩碎石，需要回填矿区并恢复植被。

（3）溶剂抽提过程中会有微量溶剂挥发，燃料油燃烧时的尾气中含有H2S和SO2，通过尾气吸收和净化装置后达标排放。

（4）抽提后矿渣可作为配套水泥厂原料。

3 结论

对岩沥青的储量分布和资源利用现状进行了分析，针对印度尼西亚布敦岛天然岩沥青提出了一种用溶剂抽提岩沥青生产石油沥青和燃料油、副产燃料气和水泥原料的新工艺，该工艺具备技术经济可行性。

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