CN1045119A - 溶剂萃取方法 - Google Patents

Abstract

一种将重质烃原料物质分离成它的各个组份的溶剂萃取方法。该方法包括利用减压来强化在原重质烃原料物质中含较低分子量的烃组份的脱沥青油产物的分离和回收。

Description

本发明涉及从重烃类物质中分离出它们的各个组份的溶剂萃取法，更确切地说，本发明涉及一种连续溶剂脱沥青方法，其中，使操作压力有控制地降低，以增加萃取溶剂的选择性。

已知用溶剂萃取法将重烃类物质，如湿法和干法减压渣油，分离成两个或更多的组份。因此许多种溶剂萃取法已经提出或者正在实用。一种广泛应用的溶剂萃取法是采用立式萃取塔，具有相对低温、逆流的溶剂脱沥青方法，该方法可见于纽约麦克格劳-希尔公司，1986年出版的，由R.A迈耶著的“汽油精炼方法手册”中第19至51页的第8.1节（R.A.Meyers'Handbook        of        Petroleum        Refining        Process.Part'8.1，pp        19-51        HaGraw-Hill        book        Co.，N.Y.（1986））。典型的是，该溶剂萃取法使用大量的萃取溶剂稀释重烃类物质或原料，调节被稀释的原料至所需的萃取温度，并将稀释原料送入萃取塔的一个中间段。在送入稀释了的原料的同时，另外的萃取溶剂被送入萃取塔的底段，在此处，原料和萃取溶剂密切接触，互相呈逆方向流动。这一密切接触导致了原料中的较低分子量组份被从中萃取出来，形成分开且不同的萃取相和萃余相。由此形成的萃取相含有原料的较低分子量烃组份（即所谓的脱沥青油）和大部分的溶剂，而萃余相中含有原料中的其余的较高分子量的烃组份（包括高分子量沥青质和中等分子量树脂）以及康拉逊炭前体（The        Conradson        Carbon        Precursors）和其中含有的大部分的重金属以及溶剂的残余部分。在收回这些相之后，每个相需经进一步加工汽提，并且分别回收溶剂部分、脱沥青油和较高分子量的烃组份（后者含有康拉逊炭前体和重金属）。

在以上概述的溶剂脱沥青法的实践中，通常的做法是通过增加或降低萃取溶剂的密度（Density）来控制从原料中萃取的脱沥青油的数量和质量。根据每天的操作，虽然也可以改变操作压力，但是这个溶剂密度的变化伴随着改变送入萃取塔中的原料和溶剂的温度。

对任何给定的脱沥青油产品的产率，通过进一步保持贯穿萃取区的温度梯度，也可以大大地改进脱沥青油产品的质量。这一方法的典型作法是，通过固定在萃取塔中的蒸汽盘管，使萃取塔顶段或精馏段保持较高的温度，以及使萃取塔的底段或汽提段保持较低的温度。这个温度梯度产生一个内回流，这是由于在较高温度下，原料中的较重烃组份在萃取塔的顶段中溶剂内具有较低的可溶性，相比较，在较低温度下，原料中所含的较重烃组份在萃取塔的底段中溶剂内具有较高的可溶性。当使用这个温度时，萃取塔内诱导的内回流实际上即会改进脱沥青油产品的质量，同时这一应用导致了大大增加动力消耗，特别是蒸汽。因此，开发新方法以保持或者改进由这种方法生产的脱沥青油产品的质量而不影响此种方法的动力消耗，实为本领域中的重大贡献。

本发明提供一种从重烃类物质中分离和回收高质量的脱沥青油产品的方法。更具体地说，本发明涉及一种连续的，相对低温的脱沥青方法，在该方法中，重烃类原料物质和萃取溶剂优选是在相互呈逆流关系，在高亚临界温度和超计大气压下在萃取区中相互接触，生成富含较低分子量的烃组份的第一轻质萃取相和富含较高分子量的烃组份，康拉逊炭前体和重金属的第一重质萃余相。

特别是，本发明包括对萃取区内生成的第一轻质萃取相进行连续减压。这种减压导至了该第一轻质萃取相中的萃取溶液的密度降低，去除在其中溶解夹带的任何残余的较高分子量的烃组份，康拉逊炭前体和重金属，并且生成富含较低分子量烃组份的第二轻质萃取相和富含较高分子量的烃组份，康拉逊炭前体和重金属的第二重质萃余相。本发明的改进还进一步包括回收第二重质萃余相，并将其加压至超过萃取区的压力。然后，再将其送入萃取区，给在此处相互接触的重烃类原料物质与萃取溶剂提供一个外回流源。

附图简要说明：

图1是本发明实施例的流程图，其中在萃取区内进行减压。

图2是本发明另一实施例的流程图，其中在萃取区外进行减压。

本发明涉及重烃类物质的连续溶剂脱沥青的改进，这些重烃类物质包括高温蒸馏沥青，天然沥青和它们的一种或多种馏份或组份。典型地，但并非限于此的高温蒸馏沥青的例子包括高或者非常低API比重原油，渣油（包括湿法和干法蒸馏的）软和硬材沥青，煤焦油渣，裂化焦油，妥尔油等等。典型地，但非限于此的天然沥青包括硬沥青、韧沥青、阿尔贝塔天然沥青等等和其它的天然沥青，如特里尼达沥青等等。技术术语“它们的一种或多种馏份或组份”是指一种高温蒸馏或天然沥青，其中一部分或者全部沥质含量已被去除，或者其中全部沥青质含量以及一部分的树脂含量已被去除。

本发明的改进方法可广泛地应用于任何一种在本领域中实施的各种连续溶剂脱沥青方法，在这些方法中，便用多种多样的萃取装置，例如，混合澄清器，萃取或接触塔等等。本发明可以特别适用于使用上述提取塔的那些萃取方法，在这些萃取塔中，重烃类物质和萃取溶剂被分别加入塔内并在那里呈逆流接触。由于重烃类物质同萃取溶剂之间的逆流接触是分离重烃类物质的一个更加有效的方法，因此这一方法被用于简单地解释和说明本发明。

参见图1，包括一种重烃类物质，如渣油的液体原料经管线10被送入萃取区14的高压室12的中间段。在液体原料送入所述的高压室12之前，所述的液体原料可根据它原来的粘度和流动特性在混合区内（未示出）同一部分用于液体原料萃取的烃溶剂予先稀释。概括地讲，同液体原料相混合的烃溶剂的用量为在萃取阶段使用的全部烃溶剂容积的百分之0到约百分之70，其中优选的为容积的约百分之10至约百分之25。然而，在不用这逆流萃取的那些溶剂脱沥青法中，如用混合澄清器类型的萃取装置的方法，同液体原料混合的烃溶剂的用量将是达到理想的萃取效果时所需的溶剂的总量。

与液体原料或予稀释的液体原料送入高压室12的同时，烃类溶剂被送入所述的高压室12的下段，所述的烃类溶剂是从含3个至6个碳原子的链烷烃中选出的一种轻质有机物质。这个送入过程是通过溶剂管线16来完成的。经溶剂管线16送入的烃溶剂的量将根据液体原料或予稀释液体原料在高压室12中相互接触的需求而定，它们提供一种溶剂同液体原料容积比为4∶1至20∶1的萃取混合物。

在萃取区14的高压室12中，较重质的液体原料，包括萃取混合物内的扩散相，向下方向流动，而较轻质的烃溶剂，包括萃取混合物内的连续相，则向上方向流动。通过这种上升的烃溶剂，这种逆流最大限度地萃取液体原料的下降滴，因此使液体原料内的较低分子量的烃组份（即，油组份）大大地溶解。

除了利用相互逆流技术最大限度地萃取液体原料，从而在其中分离所需的较低分子量的烃组份外，也可以在萃取区14内保持高亚临界温度和超计大气压力来强化这一分离。在低温溶剂脱沥青法的操作中，萃取区14中所保持的温度通常在约45℃至252℃之间，但常常低于所用的具体烃溶剂的临界温度。例如，当选用丙烷作为萃取溶剂时，其操作温度绝大多数介于约45℃至约82℃之间，而丙烷的临界温度为约97℃。典型的是，萃取区14中选用的和保持的温度范围，比所用具体烃溶剂的临界温度低5℃至20℃或更多的一个温度。

如上所述，萃取区14也可以保持在超计大气压下。总之，萃取区12内保持的压力范围是，从高于高亚临界温度下使用的具体烃溶剂的平衡蒸汽压一直到或者高于烃溶剂的临界压。

按照上述的条件，被送入高压室12的液体原料将分离成含较低分子量的烃组份（即，轻质油组份）和大部分烃溶剂的第一轻质萃取相，和含剩余的液体原料，即较高分子量的烃组份，康拉逊炭前体和重金属以及残余烃溶剂的第一重质萃余相，该第一轻质萃取相被收集在高压室12的上段或精馏段内，而第一重质萃余相被收集在它的下段或汽提段。第一重质萃余相经萃余液管线26被从萃取区14的高压室12中排出。第一重质萃余相一经从萃取区14排出，就在溶剂回收区（未示出），如汽提器，汽提出它的残余烃溶剂。

连续地收集在高压室12上段中的第一轻质萃取相从此段中被排出，并被输经减压室18，该减压室紧邻并在高压室12上段之上，同时紧邻并在低压室20的下段之下。为完成本发明的目的，减压室18可包括一个区域，其中或是配有一系列水平安装的分离塔盘，或是塔板，如筛板，泡罩板或浮阀塔板，或者配有一个含多种不同填料中任何一种填料的区域，这些填料如，腊希环，莱莘环，或者鲍尔环，或者贝尔鞍形填料，或者矩鞍形填料等等。不论是装有塔盘或者填入填料材料，当该萃取相被输经减压室18时，这种装置均有效地降低作用在第一轻质萃取相的压力。

随着第一轻质存取相被输经减压室18，降低了作用在该萃取相的压力。这种减压的目的在于有效地降低第一萃取相所含的烃溶剂的密度。至此，减压室18中的减压或降压程度将要足以能够降低溶剂的密度，但不能足以诱导萃取区14内保持的具体萃取温度下所用的烃溶剂沸腾。概括地讲，将作用在第一轻质萃取相的压力减低至400磅/平方英寸（psi）或高些，优选为200至350磅/平方英寸（psi），这将足以降低所需的溶剂密度，但是不足以诱导烃溶剂的沸腾。

如上所述，随着第一轻质萃取相从高压室12的上段即精馏段，经减压室18，进入低压室20的下段，在那里烃溶剂降低了密度。密度降低的结果导致了烃溶剂对溶解或夹带在该第一轻质萃取相内的任何残余的较高分子量烃组份，康拉逊炭前体和重金属的亲合力降低。这样即导致了从该萃取相内去除了这些残余物质。因此，在低压室20内，第一轻质萃取相进一步经过相分离形成上升的并收集在低压室20上段的第二轻质萃取相，和沉积并收集在低压室20下段中的第二重质萃余相。这种由压力诱导产生的溶剂密度的降低同常规溶剂脱沥青方法中使用的蒸汽盘管的作用一样，对生成的轻质萃取相起精馏或富集作用。

含有富含较低分子量烃组份，即轻油组份的烃溶剂的第二轻质萃取相从萃取区14中排出，特别是经萃取液管线30从低压室20的上段排出。一旦这个第二轻质萃取相从萃取区20排出，它经萃取管线30被输送到溶剂回收区（未示出），在那里被汽提出其中所含的烃熔剂。关于这个问题，采用任何公知的多效和超临界熔剂回收方法，如：R、A迈耶在第30-34页描述的方法（出处同上）可以容易地汽提第二轻质萃取相。

沉降并收集在低压室20下段中的第二重质萃余相中含有去除下来的高分子量烃组份，康拉逊炭前体和重金属，它经萃余管线22排出。然后，排出的第二重质萃余相经另外加热或不加热、经萃余管线22、泵24和管线28再循环至萃取区14的高压室12的上段。（泵24中，所述的残萃余相被再加压至高压室12内保持的操作压力），这样，该排出的第二重质萃余相构成了萃取工艺的一个外回流源，而该萃余相一旦返回萃取区14的高压室12时，便起到进一步增加萃取区14的高压室12内的液体原料的分离作用。

本发明的另一实施例参见图2。按图2所述的实施例，液体原料经管线10被送入萃取区14a的中段，萃取区14a可包括一个竖式接触塔或萃取塔，包括那些转盘塔。另外，按上述方式，液体原料可在混合区（未示出）同用于液体原料萃取的全部烃溶剂中的一部分预先稀释。

在向萃取区14a加入液体原料或预先稀释的原料时，上述种类的烃溶剂经溶剂管线16进入萃取区14a的下段。在萃取区14a中，液体原料和烃溶剂的萃取混合物保持在上述的高亚临界温度和超计大气压力下。随着液体原料萃取的进程，经此产生的并含有较低分子量的烃组份（即，轻质油组份）和大部分的烃熔剂的第一轻质萃取相不断地收集在萃取区14a的上段或精馏段中。同时，含有剩余的液体原料组份即，较高分子量的烃组份（包括沥青质和树脂），康拉逊炭前体和重金属以及剩余部分的烃溶剂的第一重质萃余相不断地收集在萃取区14a的下段。该第一重质萃余相经萃余液管线26从萃取区14a的下段排出，并且在溶剂回收区内，如一个汽提器（未示出），被汽提出它的剩余部分的烃溶剂。

连续地收集在萃取区14a上段或精馏段内的第一轻质萃取相，经萃取液管线30排出。在萃取液管线30内，采用一个减压装置32用来降低作用在该萃取相上的压力，该减压装置可以是一个常用的节流阀。现在，其压力低于萃取区14a内压力的第一轻质萃取相，经萃取液管线30，送入低压相分离区34。在低压相分离区34内，第一轻质萃取相进一步分离成两个附加相。这两个附加相包括一个富含较低分子量的烃组份（即，轻质油组份）的烃溶剂的第二轻质萃取相，此相上升并收集在相分离区34的上段，和一个含有去除下来的残余的较高分子量烃组份，康拉逊炭前体和重金属的第二重质萃余相，其中这些组份是被溶解或夹带进第一轻质萃取相中的，而且，第二重质萃余相沉降和收集在相分离区34的下段。如上述披露的那样，由于降低了第一萃取相的压力，从而产生第一轻质萃取相内的烃溶剂密度的降低，这样分离便产生了。

富含轻质油组份的大部分烃溶剂的第二轻质萃取相，经萃取管线36从相分离区34的上段排出。一旦第二轻质萃取相从分离区34排出，即在溶剂回收区（未示出）汽提出它的烃溶剂含量，然后分别回收烃溶剂和轻质油组份（包括脱沥青油的产品）。如上所述，这个溶剂回收区可包括任何公知的和应用于石油精炼工业中的多效和超临界溶剂回收方法。

关于收集在低压相分离区34下段内的第二重质萃余相，它经萃余液管线38排出。这个排出的萃余相，同图1所示的实施例中的第二重质萃余相一样，也构成一个外回流源，这个外回流可用来增加萃取方法的选择性。因此，在本发明的这一实施例中，至少一部分经液管线38从低压相分离区34中排出的第二重质萃余相被再循环送到萃取区14a。因此，流经萃余管线38的部分或全部的第二重质萃余相被排出。并且，用或不用未示出的方法加热该相，并经管线40，泵42和管线44输送到萃取区14a。泵42的作用在于将作用在第二重质萃余相的压力增加至在提取区14a内保持的操作压力。在提取区14a中，没被用做外回流的任何剩余部分的第二重质萃余相可以同通过萃余液管线26输送的第一重质萃余相汇合，或者做为该萃取方法的一个分离产物加以回收。

尽管已经描述了本发明关于处理重质烃原料物质，如湿法或干法减压渣油，本发明也可适用于处理如上述定义的那样含“一个或多个馏份或组份”的较轻质的原料，这些馏份或组份包括去除了部分或全部沥青质含量;或者去除了所有的沥青质成分和部分树脂成分的干馏的和天然的沥青。这种原料物质将仅仅含部分或根本不含有沥青质组份（即较高分子量的烃组份），绝大多数或全部的树脂组份（即，中等分子量的烃组份）和全部的轻质油组份（即较低分子量的烃组份）。当采用这种性质的原料物质时，本发明产生的萃取相将包括轻质油和绝大多数的烃溶剂，而萃余相则包括一部分沥青质或无沥青质，全部的树脂和剩余的烃溶剂。

由上述可知，用减压达到改变萃取溶剂密度的目的，同用升高温度可达到此目的的溶剂脱沥青方法相比，本发明提供了一种更加经济和有利的溶剂脱沥青方法以分离重质烃原料。

只要不超出如权利要求所限定的本发明的实质和范围，可从对所述的方法中的各个部分，单元，步骤和程序进行改变。

Claims (11)

1、一种分离含溶剂可溶和溶剂不溶烃组份的重质烃物质原料的溶剂萃取方法，包括：

在萃取区内，所述的原料同萃取溶剂接触、形成萃取混合物；

在高亚临界温度和超计大气压下保持萃取区内的所述的混合物，在此条件下，富含所述的溶剂不溶烃组份的第一重质萃余相与富含所述的溶剂可溶烃组成的第一轻质萃取相分离开来；

在保持所述第一轻质萃取相当高亚临界温度的同时，降低作用在该相的压力至足以便该相分离成富含所述溶剂可熔烃组份的第二轻质萃取相和富含所述溶剂不溶烃组份的第二重质萃余相；并且分别回收所述的第二轻质萃取相和所述的第二重质萃余相。

2、按权利要求1所述的方法，其中所述的原料和所述的萃取溶剂逆流接触，在所述的萃取区内形成所述的萃取混合物。

3、按权利要求1所述的方法，其中所述的萃取溶剂包括由含3到6个碳原子的链烷烃中选出的一种轻质有机物质。

4、按权利要求1所述的方法，其中所述的原料和所述的萃取溶剂相互接触，使形成的所述萃取混合物中溶剂与原料的容积比为4∶1至20∶1。

5、按权利要求1所述的方法，其中所述的萃取混合物保持在高亚临界温度，其变化范围比所述的萃取混合物中萃取溶剂的临界温度低5℃-20℃或更多。

6、按权利要求1所述的方法，其中，在高亚临界温度下，所述的萃取混合物保持在超计大气压的压力下，其变化范围是，从高于所述萃取混合物中所述萃取溶剂的平衡蒸汽压一直到和高于所述萃取溶剂的临界压力。

7、按权利要求1所述的方法，其中使作用在所述的第一轻质萃取相的超计大气压降低到足以使所述的萃取相中的所述的萃取溶剂的密度降低，但不足以诱导所述的萃取溶剂沸腾。

8、按权利要求7所述的方法，其中使作用在所述第一轻质萃取相的所述的超计大气压降低到400磅/平方英寸（psi）。

9、按权利要求8所述的方法，其中作用在所述第一轻质萃取相的所述的超计大气压降低到200至350磅/平方英寸（psi）。

10、按权利要求1所述的方法，其中降低作用在所述第一轻质萃取相的超计大气压力在所述的萃取区之外进行。

11、按权利要求1所述的方法，其中至少部分所述的回收的第二重质萃余相被再加压至所述萃取区内保持的作用在所述萃取混合物上的所述的超计大气压力，并且再循环回到和送入萃取，以提供其中所述的萃取混合物的回流。

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