CN105524649B - 一种劣质渣油溶剂萃取装置及其加工工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种劣质渣油溶剂萃取装置及其加工工艺。所述的溶剂萃取工艺是先将渣油用数倍于自身体积的一种溶剂萃取分离出大部分沥青质，得到的轻组分再用另一种溶剂进行二次萃取，确保沥青质不被带入到后续的管线中，确保脱沥青油质量。所述的萃取塔安装了多层填料，由于在萃取塔内安装了多层填料，能够阻挡沥青质随混合溶液上升，将沥青质留在萃取塔内，防止其进入后续管线，影响定压设备正常工作。

Description

一种劣质渣油溶剂萃取装置及其加工工艺

技术领域

本发明涉及一种劣质渣油溶剂萃取装置及其加工工艺。

背景技术

溶剂脱沥青技术是将石油常压渣油或减压渣油中的油分萃取出来，脱除渣油中的沥青。脱沥青油主要用于生产润滑油基础油或作为催化裂化或加氢裂化（不限于）后续加工的原料，脱除的沥青可作为道路沥青、建筑沥青或燃料。

在过去的10年中，欧佩克国家和非欧佩克国家都在增加重质原油的供应。仅2000年-2004年的四年间，非欧佩克国家向市场上提供的涵盖了高酸高硫原油的重质油数量增加了23%，轻质原油供应量却降低了10%。全球原油资源劣化趋势正在由高硫向重质化演变。

美国能源部信息管理局预测，从1995年至2015年间，世界能源消耗量将增长54%，其中亚洲的发展中国家将增长129%。能源的巨大缺口将主要依靠稠油等非常规重质原油来弥补。至21世纪中期，非常规重质原油产量将占原油总产量的一半以上。

我国作为一个原油资源并不富余的国家，目前对进口原油的依存度突破了50%。全球原油资源的重质化、稠油化发展趋势，必然对我国的原油炼制加工带来重大影响。

在劣质重油加工过程中，由于原油变重，蒸馏过程所能提取的液体馏份油尚不足原油的30%，为了提高轻油收率，通常是对渣油进行焦化加工，例如，通过此种方式可使塔河原油在蒸馏和焦化全过程的轻油收率提高到接近75%的水平，但此方法又使得原油的一部分变为了焦炭，影响原油有效利用。

所以，劣质稠油的液体馏份油提取技术是其有效利用的关键。在对溶剂脱沥青和减压蒸馏这两种分离技术的比较中不难发现，溶剂脱沥青技术可以提取馏程高达650℃的馏份油，远高于减压蒸馏技术（最高馏程为566℃），就是说溶剂脱沥青技术对馏份油提取能力明显高于减压蒸馏技术。

溶剂脱沥青技术可以充分提取渣油馏分中沸点较低的馏分，可以对渣油进行充分利用。现有的溶剂脱沥青技术都是根据对产品质量的要求，采用适当的溶剂，例如：制备润滑油基础油通常使用丙烷溶剂、丙烷和丁烷混合溶剂；制备加氢原料则可以使用丁烷溶剂或其他碳数更高的溶剂。现有的这些溶剂脱沥青技术可以对渣油进行充分利用，根据要求得到不同的产品，但并不是说这样的技术就已经是完美无缺的。为了节约生产成本，炼油企业越来越注重原油的价格，而不注重原油的质量，这就使得溶剂脱沥青的渣油原料种类繁杂，质量良莠不齐，按照常规的处理方法已经无法解决生产中出现的一些情况，对于这样的原料，企业只能挪作他用或完全放弃。例如：一些用于生产加氢原料的劣质渣油，进入装置后不久，就会在装置的转弯处、各个阀门和溶剂罐的底部沉积出大量的黑色沥青质，使管线上一些电子传感元件的精度和灵敏度下降，部分管线及阀门堵塞，加速溶剂罐的腐蚀速度，严重威胁到生产的安全运行。部分企业由于没有可替代的原料供应，只能对这种情况停产处理，严重影响了企业的技术发展和经济效益。

这些劣质渣油无法处理的原因主要有两点，一是萃取塔内的结构，二是工艺流程。

目前常见的萃取塔主要有转盘塔和填料塔，与传统的转盘塔相比，填料塔具有通量大、效率高的优点，因此正在使用的萃取塔以填料塔为主。填料塔是在萃取塔原料进口与溶剂进口之间安放了一组或多组填料，使原料在重力作用下，在下落过程中与溶剂充分接触，提高萃取效率。例如：CN200920247545.7、CN203545942U中的萃取塔都是这种萃取塔。这种设计从理论上讲是合理的，但在实际生产中却存在一些隐患，例如：部分渣油中的组分分布及其不均衡——饱和分和沥青质含量过高，芳香分和胶质含量很低。在萃取过程中由于相似相容，被萃取的饱和分夹带了大部分芳香分和胶质，进而夹带大量的沥青质。这些沥青质会在管线拐弯处、阀门处、定压设备的控制点处及溶剂罐中大量沉积，当累计到一定量时，整个萃取系统就会失控，同时也严重影响到脱沥青油的质量。

发明内容

本发明的目的是提供一种劣质渣油溶剂萃取装置及其加工工艺，得到较高质量的脱沥青油，为重质油轻质化加工过程如催化裂化或加氢裂化提供原料，同时减小因加工劣质渣油对装置带来的损害。

本发明提供了一种劣质渣油溶剂萃取装置，其技术方案为：

一种劣质渣油溶剂萃取装置，包括依次串联的萃取塔一及萃取塔二，萃取塔一设有原料入口、溶剂入口以及一级脱沥青油出口、一级脱油沥青出口，其中一级脱沥青油出口与萃取塔二相连，萃取塔二上另设有溶剂入口，塔二上端出口即二级脱沥青油出口及塔二下端出口即二级脱油沥青出口，二级脱沥青油出口与沉降塔相连，沉降塔上设置有上部出口、下部出口两个出口，下部出口用于排出沥青质，上部出口与溶剂回收塔相连用于回收溶剂。

本发明所述的萃取塔为多层填料萃取塔，其中在萃取塔原料入口和溶剂入口之间安放填料，并且在原料入口的上方至萃取塔顶部出口之间也安放了填料。填料的数量可以根据渣油的劣质程度增加，通常情况下可以使用两层或两层以上填料，最好是两层。当层数过多会影响物料的行进速度，降低装置的处理量。

前述在萃取塔一及萃取塔二的前部最好设有混合器、用于原料与溶剂的预混合。混合器出口与萃取塔的原料及溶剂入口相连。

萃取塔一为该萃取装置的起始设备，入口与渣油和溶剂一的进料管线相连接，轻脱沥青油出口设置与萃取塔一的侧面，与萃取塔二的入口相连接，轻脱油沥青出口设置于萃取塔一的底部。其中，萃取塔一、萃取塔二、沉降塔以及溶剂回收塔下部出口分别与气固分离器相连，排出沥青相；

气固分离器设有上部及下部两个出口，上部出口与冷却器、溶剂罐顺序连接，下部出口用于排出沥青相；

沉降塔上部设有一出口，与加热炉、溶剂回收塔顺序相连；

溶剂回收塔上部设有一出口与冷却器及溶剂罐相连，冷却器的出口直接与溶剂罐入口相连；

溶剂罐设有回流管与混合器或萃取塔相连。

本发明另一方面在于提供了一种劣质渣油溶剂萃取方法，该方法采用两种溶剂，两级萃取的加工工艺。包括：

a）将原料劣质渣油与溶剂一在溶剂脱沥青萃取塔一中接触进行一级萃取，分离出大部分沥青质，得到较轻的渣油即脱沥青油。

b）将步骤a）所得到的较轻的渣油即脱沥青油进入萃取塔二中，进行二级萃取，除去沥青质及较重的稠环化合物。

c）步骤b）中除去沥青质及较重的稠环化合物的渣油进入沉降塔，使胶质及较重的芳香化合物沉淀下来；

d）剩余的渣油进入溶剂回收塔，将溶剂回收，使劣质渣油中的轻组分沉淀。

从萃取塔一中得到的较轻渣油进入萃取塔二，萃取塔二的温度在80℃到175℃之间，萃取塔一的温度要高于萃取塔二的温度20℃到80℃之间。

所述溶剂一可以是C6，C7，C8的烷烃及其衍生物，或它们任意一种或多种的混合物。所述溶剂二可以是C3，C4，C5的烷烃及其衍生物，或它们任意一种或多种的混合物。保持温度和压力，以使混合物是低粘度液体。

溶剂一的选择取决于渣油的性质。沥青质含量较高的渣油需要选择碳链较长的烷烃为溶剂，沥青质含量相对较低的渣油需要选择碳链较短的烷烃为溶剂，这样可以在提高脱油沥青质量，保护装置安全运行的同时，不降低装置的处理量。

溶剂二的选择取决于所需产品的质量。由于劣质渣油的沥青质含量较高，为了保证装置的安全运行，通常采用C4、C5或是它们的混合物，而对于沥青质含量相对较少的渣油，可以采用C3、C4或是它们的混合物。较多的溶剂可以降低混合物的粘度，促进沥青质的沉淀作用，混合器中的溶剂与渣油的比值不低于5，萃取塔一中的溶剂与渣油的比值不低于5，萃取塔二中溶剂与渣油的比值不低于3，溶剂与渣油的比值可以通过控制渣油泵和容积泵的输送量来达到，萃取塔二中的溶剂与渣油的比值在不低于3的情况下，可以和萃取塔一中的溶剂与渣油的比值相同。

所述劣质渣油可以是天然石油、煤焦油、油砂、页岩油等提炼后的剩余物，可以是其中一种或多种的混合物，其特征在于沸点大于400℃，沥青质含量占渣油重量的25%以上。

本发明所述的萃取塔为多层填料萃取塔，其中在萃取塔原料入口和溶剂入口之间安放填料，并且在原料入口的上方至萃取塔顶部出口之间也安放了填料。填料的数量可以根据渣油的劣质程度增加，通常情况下可以使用两层或两层以上填料。当层数过多会影响物料的行进速度，降低装置的处理量。

在萃取塔二中进行二级萃取后所得到的溶剂与较轻的渣油由上部出口与加热炉和沉降罐顺序连接，萃取塔二所得到的较重的沥青质部分经由下部出口进入气固分离器；分离出的气相部分经由冷却器冷却后进入溶剂罐；经由气固分离器分离出的沥青质由下部出口排出。

该方法也可以将劣质渣油与溶剂接触制成混合物，以混合物形式进入萃取塔。本发明通过加入数倍于渣油的溶剂将大部分沥青质除去。再将分离出的混合物溶液逐步沉淀，分离出其中夹带的胶质等重组分。然后将含有较轻组分的混合物溶液再一次加热以回收溶剂。

本发明采用了不同溶剂二次萃取分离的方法，对渣油中的沥青质进行逐级分离。本发明在溶剂萃取装置的萃取塔中安装了双层填料，防止沥青质随萃取溶液进入后续管线及沉降罐。

根据本发明提供的溶剂萃取装置，所述的萃取装置采用了两段萃取分离的方法；所述的萃取塔内设有两层填料，填料分别安装在萃取塔渣油入口的上方和下方，每层填料的高度至少是萃取塔高度的3%。

本发明的优点有二：一是采用二级萃取的工艺，二是萃取塔中采用了多层填料的结构。

本发明采用的二级萃取，其主要特点是每级萃取塔中所用的溶剂不同。先在一级萃取塔中采用较重的C6-C8溶剂在160℃到195℃之间的温度条件下萃取，尽可能将渣油中的沥青质分离出来，分离出的沥青质占沥青质重量的70%-90%。萃取温度高有利于提高脱沥青油的质量，但收率会下降；萃取温度低可以提高脱沥青油的收率，但质量会下降，在设置温度是要从两个方面进行考虑，因此本发明根据实际生产情况将一级萃取塔的温度设定为160℃到195℃。溶剂所占的比例大有利于溶剂与渣油充分接触，使渣油在溶剂中充分溶解，分离效果会更好，但是过大的溶剂比会增加溶剂回收的处理量，增加能耗，因此，溶剂比最大不宜超过10。考虑到一级萃取塔的目的是为了尽量分离渣油中的沥青质，溶剂量大更有利于沥青质的分离，因此溶剂比在5-10之间。由于一级萃取塔与二级萃取塔的溶剂不同，且一级萃取塔所用的溶剂的溶解能力较强，这就使得沥青质在一级萃取塔既能有效的分离沥青质，又不会减少对二级萃取塔原料的供应，同时也减少了沥青质对后续装置的影响。

本发明的二级萃取塔中采用了多层填料的结构，由于进入二级萃取塔的渣油中还含有少量的沥青质，为了保证生产效率，大量的物料流动容易将少量的沥青质带到沉降塔等装置中，并在管线、阀门等处沉积。与传统萃取塔填料的安放不同，本发明的二级萃取塔不只在原料入口的下方放置填料，在原料入口的上方也放置了填料，使萃取出的轻组分溶液在原料入口上方的停留时间延长，由于密度差的原因，部分相对较重的组分向下回落，较轻组分则继续向前进入沉降塔，这就相当于在被萃取的物料的缓冲位置又进行了一次分离，即在一个萃取塔中进行了两次分离，即使物料的流动速度快也不会将沥青质带入到后续的管线中。由于进入二级萃取塔的原料沥青质含量显著降低，分离沥青质则不再是首要任务，也不再需要较大的溶剂比，因此二级萃取塔中溶剂比在3-6之间即可达到要求。且二级萃取塔采用了选择性更强的C3-C5溶剂，对沥青质的溶解能力很低，操作温度也比一级萃取塔低20℃到80℃，因此比传统装置得到的脱沥青油质量更好，能耗更低，对装置更具有保护性，延长装置的使用寿命。

附图说明

图1为本发明的溶剂萃取装置的一种流程示意图。

图中：1- 1萃取塔一，1- 2萃取塔二，2-沉降塔，3-溶剂回收塔，4-1及4-2加热炉，5-1及5-2溶剂罐，6-1，6-2，6-3及6-4气固分离器，7-1、7-2、7-3、7-4及7-5冷却器。

图2为本发明的溶剂萃取装置中萃取塔内部的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细的描述，但应当理解此处的具体实施方式仅为具体示例，不构成对本发明保护范围的限制。

本发明是一种从劣质渣油除去沥青质，提高脱油沥青质量的方法。这种渣油通常是炼油厂中大规模使用的、原油蒸馏过程中的剩余产物。这种渣油的抗老化性差、沥青质含量高。在萃取温度下，渣油能够与溶剂互溶。

由于渣油中含有大量的沥青质，会在管线拐弯处和定压设备的控制点处大量沉积，当累计到一定量时，整个萃取系统就会失控，同时也严重影响到脱沥青油的质量，因此，理想的是通过溶剂萃取从混合溶液中除去沥青质。溶剂萃取的产品是可以氢化处理、催化裂化的。

由于使用传统萃取塔，采用一种溶剂单级萃取的处理方法不能满足实际工作的需要，因此本发明使用了具有多层填料的萃取塔，且填料分布于原料入口的上下两侧，采用了两种溶剂多级萃取的处理方法，即先用一种溶剂萃取后，再用另一种溶剂进行二次萃取。

如图1所示，本发明所提供的劣质渣油溶剂萃取装置，包括两个萃取塔，分别为表示为1-1的萃取塔一和表示为1-2的萃取塔二。萃取塔上分别开设有原料入口及溶剂入口，萃取塔上下端分别开设有出口。萃取塔一溶剂入口与溶剂罐5-1相连，萃取塔一的上端出口即轻脱沥青油出口与气固分离器6-1相连，下端出口即轻脱油沥青出口与气固分离器6-2相连。气固分离器6-1及6-2上端出口经过冷却器7-1后与溶剂罐5-1相连。气固分离器6-1的下端出口与萃取塔二原料入口相连，萃取塔二的上部出口即重脱沥青油出口与加热炉4-1和沉降塔2顺序连接，下端出口即重脱油沥青出口与气固分离器相6-3连接；气固分离器6-3上部出口与冷却器7-2、溶剂罐5-2顺序连接，气固分离器6-3下部出口用于排出沥青相。

沉降塔2的上部出口与加热炉4-2、溶剂回收塔3顺序相连；下部出口与气固分离器6-4相连，分离器6-4上部出口与冷却器7-3和溶剂罐5-2顺序连接；自沉降塔出来的较轻的混合物进入溶剂回收塔3，将溶剂回收，使劣质渣油中的轻组分沉淀。溶剂回收塔3的出口分别与冷却器7-5和气固分离器6-5相连；气固分离器6-5底部出口用于排出脱沥青油相，上部出口与冷却器7-4和溶剂罐5-2顺序连接。

溶剂罐设有回流管与萃取塔相连。

如图2所示，本发明萃取塔为多层填料萃取塔，本发明的多层填料萃取塔不同于以往只在萃取塔原料入口和溶剂入口之间安放填料，而是在原料入口的上方至萃取塔顶部出口之间也安放了填料，填料的数量可以根据渣油的劣质程度增加，通常情况下可以使用2层或2层以上填料。

同时，本发明提供了一种劣质渣油溶剂萃取方法，该方法采用两种溶剂，多级萃取的加工工艺。本发明采用的两种溶剂多级萃取的加工工艺是将劣质渣油与溶剂一在萃取塔一中接触，分离出大部分沥青质，得到较轻的渣油。其中沥青质经气固分离器6-2分离后排出较轻的渣油再由萃取塔一塔顶出口经气固分离器6-1分离出气相部分后与萃取塔二的入口相连接，在萃取塔二中，渣油与溶剂二的混合物进行二级萃取，萃取塔二所得到的溶剂与较轻的渣油由上部出口与加热炉和沉降罐顺序连接，萃取塔二所得到的较重的沥青质部分经由下部出口进入气固分离器6-3；分离出的气相部分经由冷却器7-2冷却后进入溶剂罐5-2。经由气固分离器6-3分离出的沥青质由下部出口排出。

从萃取塔一中得到的较轻渣油进入萃取塔二，萃取塔二的温度在80℃到175℃，优选在140℃～170℃之间，萃取塔一的温度要高于萃取塔二的温度20℃到80℃之间。萃取塔一及萃取塔二上部的温度高于塔下部温度8～15℃。

所述劣质渣油可以是天然石油、煤焦油、油砂、页岩油等提炼后的剩余物，可以是其中一种或多种的混合物，其特征在于沸点大于400℃，沥青质含量占渣油重量的25%以上。所述溶剂一可以是C6，C7，C8的烷烃及其衍生物，或它们任意一种或多种的混合物。所述溶剂二可以是C3，C4，C5的烷烃及其衍生物，或它们任意一种或多种的混合物。保持温度和压力，以使混合物是低粘度液体。

溶剂一的选择取决于渣油的性质。沥青质含量较高的渣油需要选择碳链较长的烷烃为溶剂，沥青质含量相对较低的渣油需要选择碳链较短的烷烃为溶剂，这样可以在提高脱油沥青质量，保护装置安全运行的同时，不降低装置的处理量。

溶剂二的选择取决于所需产品的质量。由于劣质渣油的沥青质含量较高，为了保证装置的安全运行，通常采用C4、C5或是它们的混合物，而对于沥青质含量相对较少的渣油，可以采用C3、C4或是它们的混合物。较多的溶剂可以降低混合物的粘度，促进沥青质的沉淀作用，混合器中的溶剂与渣油的比值不低于5，萃取塔中溶剂与渣油的比值不低于3。

本发明使用的多层填料萃取塔不同于以往只在萃取塔原料入口和溶剂入口之间安放填料，而是在原料入口的上方至萃取塔顶部出口之间也安放了填料，填料的数量可以根据渣油的劣质程度增加，通常情况下可以使用2层或2层以上填料。

其中所述的萃取塔内的填料可以是两层或多层，当层数过多会影响物料的行进速度，降低装置的处理量。

不同条件的工艺参数及最终得到的脱沥青油产品质量见表1。

表1 工艺参数及脱沥青油产品质量

注：为了比对本发明的效果，设置了三种方案

方案一：不使用萃取塔一，只使用萃取塔二，且不增加萃取塔内的填料数量。

方案二：不使用萃取塔一，只采用萃取塔二，在萃取塔顶部增加20cm高度的填料。

方案三：同时采用萃取塔一和萃取塔二，在萃取塔顶部增加20cm高度的填料。

从表中数据来看，通过调整加工工艺，增加萃取塔内的填料数量，可以显著提升脱沥青油产品质量。

Claims (9)

1.一种劣质渣油溶剂萃取方法，其特征在于：该方法采用两种溶剂，两级萃取的加工工艺，步骤包括：

a）将原料劣质渣油与溶剂一在溶剂脱沥青萃取塔一中接触进行一级萃取，分离出大部分沥青质，得到较轻的渣油即脱沥青油；

b）将步骤a）所得到的较轻的渣油即脱沥青油进入萃取塔二中，进行二级萃取，除去沥青质及较重的稠环化合物；

c）步骤b）中除去沥青质及较重的稠环化合物的渣油进入沉降塔，使胶质及较重的芳香化合物沉淀下来；

d）剩余的渣油进入溶剂回收塔，将溶剂回收，使劣质渣油中的轻组分沉淀。

2.按照权利要求1所述的劣质渣油溶剂萃取方法，其特征在于，所述的方法采用如下装置：

依次串联的萃取塔一及萃取塔二，萃取塔一设有原料入口、溶剂入口以及塔一上端出口即一级脱沥青油出口、塔一下端出口即一级脱油沥青出口，其中一级脱沥青油出口与萃取塔二相连，萃取塔二上另设有溶剂入口，塔二上端出口即二级脱沥青油出口及塔二下端出口即二级脱油沥青出口，二级脱沥青油出口与沉降塔相连，沉降塔上设置有上部出口及下部出口两个出口，下部出口用于排出沥青质，上部出口与溶剂回收塔相连用于回收溶剂。

3.按照权利要求2所述的劣质渣油溶剂萃取方法，其特征在于：所述的装置中，萃取塔一及萃取塔二为多层填料萃取塔，其中在萃取塔原料入口和溶剂入口之间安放填料，并且在原料入口的上方至萃取塔顶部出口之间也安放了填料。

4.按照权利要求2所述的劣质渣油溶剂萃取方法，其特征在于：所述的装置中，填料的数量是两层或两层以上。

5.按照权利要求2所述的前述的劣质渣油溶剂萃取方法，其特征在于：所述的装置中，在萃取塔一及萃取塔二的前部设有混合器、用于原料与溶剂的预混合。

6.按照权利要求1所述的劣质渣油溶剂萃取方法，其特征在于：萃取塔二的温度在80℃到175℃之间，萃取塔一的温度要高于萃取塔二的温度20℃到80℃。

7.按照权利要求1所述的劣质渣油溶剂萃取方法，其特征在于：所述溶剂一是C6，C7，C8的烷烃及其衍生物中的任意一种或多种的混合物；所述溶剂二是C3，C4，C5的烷烃及其衍生物中的任意一种或多种的混合物。

8.按照权利要求1所述的劣质渣油溶剂萃取方法，其特征在于：萃取塔一中的溶剂与渣油的比值不低于5，萃取塔二中溶剂与渣油的比值不低于3，溶剂与渣油的比值可以通过控制渣油泵和容积泵的输送量来达到，萃取塔二中的溶剂与渣油的比值在不低于3的情况下，可以和萃取塔一中的溶剂与渣油的比值相同。

9.按照权利要求1所述的劣质渣油溶剂萃取方法，其特征在于：所述的萃取塔内设有两层填料，填料分别安装在萃取塔渣油入口的上方和下方，每层填料的高度至少是萃取塔高度的3%。