CN106459774A - 用于从烃原料中分离和提取多核芳香族烃、杂环化合物及有机金属化合物的综合系统和方法 - Google Patents

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Abstract

提供用于从烃原料，如原油或原油馏份中提取杂环化合物、有机金属化合物以及多核芳香族烃的方法。所述杂环化合物和有机金属化合物经由一次或多次连续提取从所述烃原料中去除以形成第一萃余物。所述提取使用含有由二氧化碳和水形成的离子液体的第一溶剂系统。所述多核芳香族烃使用含有非质子性溶剂，如NMP、DMSO、芳香族物或其组合的第二溶剂系统从所述第一萃余物中去除。所述经提取化合物保持化学完整并且可经分馏以用于其它应用。提供用于产生具有降低含量的杂环化合物、有机金属化合物以及2‑4环多核芳香族烃的烃萃余物的其它方法。

Description

用于从烃原料中分离和提取多核芳香族烃、杂环化合物及有 机金属化合物的综合系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2014年6月10日提交的名称是“用于从烃原料中分离和提取多核芳香族烃、杂环化合物及有机金属化合物的综合系统和方法(Integrated Systems AndMethods For Separation And Extraction Of Polynuclear Aromatic Hydrocarbons,Heterocyclic Compounds,And Organometallic Compounds From HydrocarbonFeedstocks)”(案号SA 6009 PA)的美国专利申请第14/300,709号的优先权益，其内容以全文引用的方式并入本文中。
技术领域
本说明书大体上涉及石油加工并且更确切地说，涉及从烃原料中分离、提取以及回收多核芳香族烃、杂环化合物以及有机金属化合物的综合系统和方法。
背景技术
原油或石油精炼厂是复杂工艺的综合，其中原油和其馏分通过各种单元操作和单元加工来加工。常规精炼厂主要产生例如运输燃料，如液化石油气(LPG)、柴油、汽油、航空燃料、煤油以及燃油。一些精炼厂还可产生沥青、沥青烯以及芳香族物。取决于其加工的原油的类型，其它石油精炼厂生产润滑油、阳极等级焦炭以及BTX(苯、甲苯、二甲苯)产品。除BTX产品以外，新一代精炼厂还生产作为石化原料的烯烃。
然而，来自精炼厂的主要产品是运输燃料。随着关于SOX、NOX以及颗粒排放物的较新和较严格的法规，运输原料的加氢处理要求对于精炼机变得更具挑战性。在加工原油期间并且更确切地说在对运输燃料进行加氢处理时，精炼厂消耗大量能源(7-15％)。
精炼机加工较重原油(较低API重力)，因为轻原油的供应减少。为了改进运输燃料(例如轻和中间馏出物)的产率，精炼机使重和中质原油的较高沸点树脂馏分裂化。此外，重馏出物(裂化或真空)和脱沥青油(DAO)含有极高量的杂环化合物和多核芳香族烃(PAH)并且因此，大量杂环化合物和PAH最终在裂化重和中间馏出物中，而低分子量芳香族物和杂环化合物最终在轻裂化馏出物中。
原油供应中杂环化合物和PAH的存在增加对来自重馏分的裂化馏出物的加氢处理产生越来越强的限制。举例来说，阿拉伯重油(Arab Heavy)在直馏原油中含有2.78wt％硫，而阿拉伯中质原油(Arab Medium)在其原油中含有1.4wt％硫(以元素S计)。平均最少5-10wt％(呈有机S化合物)烃与重和中质原油中的除PAH以外(大多在树脂和沥青烯中)的硫(S)和氮(N)杂环化合物化学键结。此外，由于树脂和沥青烯的较高沸点，杂环和有机金属化合物以及PAH在常压和真空蒸馏塔中分馏之后最终在重馏分中。因为PAH、有机金属以及杂环化合物在较大的大分子(如树脂和沥青烯)中化学键结，所以从常压或真空树脂馏分中直接回收或提取这些较大的大分子是不方便或不盈利和不具有商业吸引力的。大分子(来自树脂)必须进一步裂化以使得仅具有最小侧链的较小PAH以及杂环和有机金属化合物可在商业地将其作为精细化学品的原料销售之前再次以较小片段化分子形式分离。
为了获得增加量的中间馏出物，取决于精炼厂配置和原油类型，使原油的较重馏分(常压底部残留物和真空残余物)裂化。因此，来自树脂并且在某一程度上来自沥青烯的杂环化合物和PAH在裂化之后最终呈较小片段化分子形式。在此裂化之后，大量杂环和PAH馏分(以有机化合物计10wt％或更多)保留在中间馏出物、重馏出物以及在某一程度上，轻馏出物中。因此，在中间和重馏分中有机杂环化合物、有机金属化合物以及2-4环PAH化合物的浓度显著增加。递送来自精炼操作的轻和中间馏出物以用于加氢处理(HDT)以去除化合物，产生硫、氮以及金属较少的运输燃料(汽油和柴油)。但在原油馏分(例如尤其中间馏出物(柴油池)和轻馏出物(汽油池)的常规加氢处理(HDT)期间，杂环化合物转化成烃分子，不含硫和氮，而PAH转化成芳香族物和/或饱和环状化合物。
尽管当留在石油产品(如运输燃料)中时其麻烦的性质，例如PAH和有机杂原子化合物具有外来特性。具体来说，其具有光学活性、电活性、化学活性并且具有引起关注的半导体特性和射频特性。在若干技术市场中其也具有高价值。相同化合物在精炼厂中在常规加氢处理工艺期间由于其共轭键饱和而失去其外来特性。
多核芳香族烃、含有硫和/或氮的耐火杂环有机化合物以及有机金属化合物是用于许多应用的有价值的化学原料。此类化合物可用于生产精细化学品或作为用于例如有机太阳能电池、有机LED、其它有机薄膜晶体管、超高性能电池的构建模块。此类化合物的各种衍生物还可用于如消费电子产品和可再生能源的行业的研究环境。尽管大部分或所有这些化合物天然发现于烃原料(如原油、原油馏分以及石油来源)中，例如常规石油生产或精炼方法通常使化合物被浪费、孤立地在不利用化合物的额外价值的情况下以于其它产品中的少量杂质形式留下或从石油来源中去除但在去除期间化学转化成无硫、氮以及金属的有机烃。
由于世界上的总体原油供应减少，现有原油供应在全球变得沉重。与在较轻原油中相比，在重原油中PAH、耐火杂环有机化合物以及有机金属化合物的存在多得多。继而，对通常用于从原油中去除此类化合物的常规加氢脱硫/加氢脱氮(HDS/HDN)工艺或脱金属工艺的要求更严格，尤其在增加的成本方面。HDS/HDN的成本根据原油中化合物的量而升高，因为HDS/HDN或脱金属需要较高强度和较高氢消耗以去除更多量的化合物。
另一方面，如果PAH、耐火杂环有机化合物以及有机金属化合物可以较低强度并且在不破坏其分子结构的情况下从原油或原油馏分中去除，那么可实现两种益处。第一，可提供化合物用于其它应用。第二，用以从原油馏分中消除氮和硫的HDN/HDS的总成本可大幅度降低。因此，持续需要从原油或原油馏分中去除PAH、含有硫和/或氮的耐火杂环有机化合物以及有机金属化合物而不破坏其分子结构以使得化合物可用于或保持可用于其它应用的系统和方法。
发明内容
根据各种实施例，描述用于产生具有降低含量的杂环化合物、有机金属化合物以及多核芳香族烃的烃萃余物的方法。杂环化合物、有机金属化合物以及多核芳香族烃可在本文中共同地称为“杂原子化合物”。所述方法可包括提供含有沸点范围是约165℃到约430℃的原油馏分的烃原料。原油馏分可含有杂环化合物、有机金属化合物以及多核芳香族烃。杂环化合物、有机金属化合物或两者在具有可调溶剂的杂原子提取系统中从烃原料中提取以形成含有杂环化合物、有机金属化合物或两者的富含杂原子化合物的流体和含有多核芳香族烃的杂原子化合物贫乏流体。可调溶剂含有由加压二氧化碳和水形成的离子液体。随后，可用溶剂系统从杂原子化合物贫乏流体中提取多核芳香族烃以形成烃萃余物。溶剂系统含有非质子性溶剂。
根据其它实施例，描述用于从含有杂原子化合物和多核芳香族烃的烃原料中提取杂原子化合物和多核芳香族烃的方法。所述方法可包括从烃原料中提取杂原子化合物的至少一个目标部分并且在从烃原料中提取杂原子化合物的所有目标部分之后，将含有多核芳香族烃的杂原子贫乏流体转移到PAH提取器。多核芳香族烃可在PAH提取器中用包含非质子性溶剂的溶剂系统从杂原子贫乏流体中提取。从烃原料中提取杂原子化合物的各目标部分可包括将烃原料或来源于烃原料的原料流馈送到提取容器中。可将包含由加压二氧化碳和水形成的离子液体的水性溶剂馈送到提取容器中，使得烃原料或原料流与水性溶剂的组合形成提取混合物。或者，水性溶剂和烃原料可预混合以形成提取混合物，并且可将提取混合物馈送到提取容器中。水性溶剂可在提取容器中调节以与提取混合物中的杂原子化合物的目标部分选择性形成溶剂络合物，由此提取混合物分成至少富含杂原子化合物的相和杂原子化合物贫乏相，所述富含杂原子化合物的相含有所述溶剂络合物。杂原子化合物贫乏相可以杂原子化合物贫乏流体形式从提取容器中去除。富含杂原子化合物的相可以富含杂原子化合物的流体形式从提取容器中去除。任选地，杂原子化合物贫乏流体可以来源于烃原料的原料流形式从提取容器转移到另一提取容器以便从原料流中提取杂原子化合物的另一目标部分。
本文中所描述的实施例的额外特征和优势将在下文的详细描述中进行阐述，并且本领域的技术人员将部分地通过所述描述容易地清楚或通过实践本文中所描述的实施例(包括下文的详细描述、权利要求书以及附图)来认识到所述特征和优势。
应理解，前述大体描述以及以下具体实施方式描述了各种实施例并且意图提供概述或框架以用于理解所主张的主题的性质以及特征。包括附图以提供对各种实施例的进一步理解，并且所述附图被并入本说明书中并且构成本说明书的一部分。图式说明本文中所描述的各种实施例，并且与描述一起用以解释所主张的主题的原理和操作。
附图说明
图1是可在用于从本文中描述的烃原料中分离或提取有机杂原子化合物和多核芳香族烃的方法的实施例中使用的提取系统的示意图；
图2是根据图1的示例性提取系统的组件的示意图，所述系统用于分离或提取用于从本文中描述的烃原料中分离或提取有机杂原子化合物和多核芳香族烃的方法的实施例中的有机杂原子化合物；
图3是使用可调智能溶剂系统分离或提取有机杂原子化合物的提取容器的示意图；
图4是根据图1的示例性提取系统的组件的示意图，所述系统用于分离或提取用于从本文中描述的烃原料中分离或提取有机杂原子化合物和多核芳香族烃的方法的实施例中的有机杂原子化合物；
图5是根据图1的示例性提取系统的组件的示意图，所述系统用于分馏有机杂原子化合物，所述有机杂原子化合物来自用于从本文中描述的烃原料中分离或提取有机杂原子化合物和多核芳香族烃的方法的实施例中的富含杂原子的流体；
图6是根据图1的示例性提取系统的组件的示意图，所述系统用于分离或提取多核芳香族化合物，所述多核芳香族化合物来自用于从本文中描述的烃原料中分离或提取有机杂原子化合物和多核芳香族烃的方法的实施例中的杂原子贫乏流体。
具体实施方式
将描述用于产生具有降低含量的杂环化合物、有机金属化合物以及多核芳香族烃的烃萃余物的方法的实施例。还将描述用于从含有有机杂原子化合物和多核芳香族烃的烃原料中分离或提取有机杂原子化合物和多核芳香族烃的方法的实施例。从烃原料中分离或提取有机杂原子化合物和多核芳香族烃的方法和产生烃萃余物的方法各可包括通过在可调溶剂中提取来从烃原料中去除杂原子化合物，接着在包括非质子性溶剂的溶剂系统中去除多核芳香族烃。
如本文所用，术语“多核芳香族烃”或“PAH”是指具有多个芳环的烃化合物，其中多个芳环中的至少两个稠合，即，共用至少一侧使得至少两个碳原子为两个芳环共用。多核芳香族烃是“多环芳香族烃”的子组，多环芳香族烃也是具有多个芳环的烃，但其中芳环的稠合不必需存在。萘是多核芳香族烃的最简单的实例。在萘中，两个碳原子在两个稠合苯环之间共用。相比之下，联苯是多环芳香族烃，因为其具有两个芳环，但联苯不是多核芳香族烃，因为两个芳环不稠合。一般来说，本文中描述的多核芳香族烃是严格地由碳和氢形成的分子，其不含有任何杂原子(即除碳或氢外的原子)，并且在芳环的任何碳原子上其不携带取代基。
如本文所用，术语“x-y环PAH”(其中x和y是整数)，是指多核芳香族烃，其如上文所定义，具有x至y个芳环，包括x和y，所述芳环中的至少两个彼此稠合。举例来说，术语“2-4环PAH”描述多核芳香族烃，其如上文所定义，具有恰好3个芳环、恰好3个芳环或恰好4个芳环，所述芳环中的至少两个彼此稠合。
如本文互换地使用，术语“杂环化合物”和“有机杂环化合物”指环状有机化合物，其具有至少一个环，所述环含有至少一个碳原子和至少一个除碳外的元素(如硫、氮或氧)的原子。杂环化合物可由含有至少一个碳原子和至少一个除碳外的元素的原子组成的单环或可包含多个环，其中所述多个环中的一些或全部含有至少一个碳原子和至少一个除碳外的元素的原子。在一些实施例中，杂环化合物包括1到4个环或2到4个环，其中的至少一个包括氮、硫或两者。在其它实施例中，杂环化合物包括3个或更多个环，如3个或4个环，其中的至少一个包括氮、硫或两者。
如本文所用，术语“有机金属化合物”是指含有至少一个金属原子的有机化合物。至少一个金属原子可直接键结到碳原子或可为配位化合物的在至少一个金属原子与至少一个有机配位体之间的金属中心。
如本文互换地使用，术语“杂原子化合物”、“有机杂原子化合物”以及“HC”共同地指如上文所定义的杂环化合物和有机金属化合物。杂原子化合物的非限制性实例包括有机硫化合物，如含硫杂环化合物；有机氮化合物，如含氮杂环化合物；以及有机金属化合物，如卟啉。在一些实施例中，杂原子化合物可为在例如烃原料(如原油或原油馏份)中发现的天然杂质。
轻和中间馏出物原油馏分(沸点是约165℃到约430℃的那些)包括加工成例如重要产品(如汽油和柴油)的烃的混合物。烃的混合物还通常包括呈杂原子化合物和PAH形式的污染物。如果留在精炼产品中，那么通常包括含硫化合物、氮化合物、重金属化合物或这些的组合的这些污染物变为环境公害。加氢处理和脱硫工艺是从精炼产品中去除污染物的常规方法的实例。两种工艺涉及热和使用加压氢，并且因此能源消耗量大。
在常规精炼中，在加氢处理或脱硫之前，不提取或分离轻和中间馏分中的多核芳香族烃和杂环化合物。一般来说，多核芳香族烃和杂环化合物越大，通过加氢处理或脱硫去除其的能源消耗量可能越多。举例来说，与当杂环化合物仅具有两个环时相比，当杂环化合物具有三个或四个环时，通过加氢处理从烃原料中去除杂环化合物的动力学慢至少一个数量级。动力学的差异部分与必须在杂环化合物中断裂以释放硫原子的化学键的数目相关。将在加氢处理或脱硫中使用的氢气的量和压力以及加氢处理或脱硫的总体温度都遵循相同趋势。无论如何，常规精炼中的加氢处理或脱硫工艺仅去除污染物分子并且将其还原成不可用形式，如硫化氢或元素硫。
从原油馏分中回收杂原子化合物不是确立的工艺或发现综合到现代精炼操作中的工艺。在一些情况下，“设计师”离子液体经定制用于提取并且用于瞄准原油馏分中存在的特定有机物。然而，设计师离子液体以及常规和室温离子液体一般来说都过于昂贵，倾向于交叉污染并且相信具有不利环境影响。由于极高粘度，传统离子液体具有质量转移限制，并且仍存在原油馏份交叉污染的可能性。通过蒸馏工艺纯化杂环化合物和有机金属化合物具挑战性，因为这些化合物具有较高沸点，在所述沸点下离子液体倾向于不稳定或经受分解。因此，成本、质量转移限制、纯化、稳定性、环境因素是从原油和其馏分中提取这些化合物的瓶颈。
根据本文中所描述的方法的一些实施例，使用第一溶剂系统从烃原料中去除烃原料中存在的至少一部分杂原子化合物以形成富含杂原子的流体和杂原子贫乏流体。当需要提取和进一步使用杂原子化合物时，富含杂原子的流体可进一步经加工以提供个别杂原子化合物的输出。杂原子贫乏流体可在第二溶剂系统中处理以去除多核芳香族烃的混合物，视需要所述混合物可进一步经加工以提供个别多核芳香族烃的输出。在从杂原子贫乏流体中去除多核芳香族烃之后，形成杂环子化合物和多核芳香族烃贫乏的烃萃余物。与烃原料将在不去除杂原子化合物和/或多核芳香族烃的情况下经受脱硫或加氢处理工艺的常规工艺相比，烃萃余物可经受具有基本上降低的能源成本的脱硫或加氢处理工艺。
现将描述用于产生具有降低含量的杂原子化合物和多核芳香族烃的烃萃余物的方法的实施例。根据所述方法的实施例形成的烃萃余物可自身在精炼厂环境中具有特定价值，例如因为通过氢加工或脱硫处理烃萃余物与对烃原料进行的相同处理相比，将需要基本上较少能源。产生烃萃余物的方法可包括提供含有沸点范围是约165℃到约430℃的原油馏分的烃原料。原油馏分可包括杂原子化合物和多核芳香族烃。在一些实施例中，原油馏分可包括杂原子化合物和多核芳香族烃。在一些实施例中，多核芳香族烃可为例如1-4环PAH、2-4环PAH或3-4环PAH。
产生烃萃余物的方法可进一步包括用可调溶剂在杂原子提取系统的至少一个提取容器中从烃原料中提取至少一部分杂原子化合物。下文将更详细地描述杂原子提取系统。提取可形成含有杂原子化合物的富含杂原子化合物的流体和含有多核芳香族烃的杂原子化合物贫乏流体。可调溶剂可包括由加压二氧化碳和水形成的离子液体。下文也将更详细地描述可调溶剂。杂原子化合物贫乏流体可转移到另一容器，并且随后可从杂原子化合物贫乏流体中提取多核芳香族烃。多核芳香族烃可用含有非质子性溶剂和任选地质子性溶剂的溶剂系统提取。示例性非质子性溶剂包括例如N-甲基吡咯烷酮、二甲亚砜以及芳香族化合物。示例性质子性溶剂包括例如水和乙酸。在从杂原子化合物贫乏流体中去除多核芳香族烃后，与最初烃原料相比所得烃萃余物具有基本上较低量的杂原子化合物和多核芳香族烃。因而，根据本文实施例形成的烃萃余物将需要基本上较少成本和能源来通过氢加工或脱硫处理。
根据产生烃萃余物的方法的一些实施例，从烃原料中提取至少一部分杂原子化合物可包括从烃原料中提取杂原子化合物的具有第一极性的第一部分以形成第一原料流。可在杂原子提取系统的于第一压力下操作的第一提取容器中提取杂原子化合物的第一部分。所述方法可进一步包括从第一原料流中提取杂原子化合物的具有比第一极性低的第二极性的第二部分以形成第二原料流。可在提取杂原子化合物的第一部分之后在杂原子提取系统的于高于第一压力的第二压力下操作的第二提取容器中提取杂原子化合物的第二部分。所述方法可进一步包括从第二原料流中提取杂原子化合物的具有比第二极性低的第三极性的第三部分以形成杂原子化合物贫乏流体。可在提取杂原子化合物的第二部分之后在杂原子提取系统的于高于第一压力和第二压力的第三压力下操作的第三提取容器中提取杂原子化合物的第三部分。
根据产生烃萃余物的方法的一些实施例，在单一提取步骤中或在多个提取步骤的组合之后(各基于极性去除杂原子化合物)将来自烃原料的按重量计至少80％、至少90％、至少95％、至少99％、至少99.5％、至少99.9％或甚至100％杂原子化合物提取到富含杂原子化合物的流体中。在于单一提取步骤中去除至少80％、至少90％、至少95％、至少99％、至少99.5％、至少99.9％或甚至100％杂原子化合物的实施例中，来自单一提取步骤的杂原子化合物贫乏流体可经受PAH提取。在涉及多个提取步骤以去除杂原子化合物的实施例中，可对由最后一个提取步骤产生的杂原子贫乏流体进行PAH提取以去除杂原子化合物。
根据上文所描述的实施例的产生烃萃余物的方法可用于专用目的，如提供可以比可氢加工的烃原料低的成本氢加工的萃余物。当用于此类专用目的时，根据上文所描述的实施例的产生烃萃余物的方法无需包括任何用于分离、分开从烃原料中去除的杂原子化合物和/或多核芳香族烃的混合物或保持其完整性的组件或考虑因素。然而，当杂原子化合物和/或多核芳香族烃不仅从烃原料中去除而且还从烃原料中提取或分离以用于其它用途或应用时，可由产生烃萃余物的方法实现额外价值。考虑此额外价值，现将描述从原油馏分中去除或提取杂原子化合物和PAH的方法的实施例。根据此类实施例的方法可包括分开和分离杂原子化合物和PAH。
如在产生上文所描述的烃萃余物的方法的实施例中，在从原油馏分中去除或提取杂原子化合物和PAH的方法中，提供可调和可转换智能溶剂系统作为惯用离子液体的一个替代方案。作为降低氢加工的能源要求的附加益处，经提取杂原子化合物和PAH可作为用于精细化学品、生物化学品、药剂、用于有机太阳能电池的材料、用于有机电子设备的材料或用于高性能有机电池的材料的原料回收。在常规精炼工艺中，这些潜在适用的分子经由通过克劳斯工艺(Claus process)转化成H2S或元素硫来有效破坏。相比之下，本文中描述的方法的实施例包括从可用于例如从石油精炼厂产生适用化学原料的特定原油馏分中选择性提取和纯化或分离这些杂环化合物、有机金属化合物以及PAH。
在用于从含有杂原子化合物和多核芳香族烃的烃原料中分离或提取杂原子化合物和多核芳香族烃的方法的实施例中，使用两个单独溶剂系统来捕获或提取两种单独类别的化合物，具体来说，有机杂原子化合物和多核芳香族烃。在提取的第一阶段期间，使用充当离子液体的可转换、可调溶剂在不交叉污染原油馏分的情况下从原油和其馏分中回收硫杂环化合物、氮杂环化合物以及有机金属化合物。在(165℃到430℃)的沸点范围内的原油馏分可主要地富含硫和氮杂环化合物以及有机金属化合物。馏分可来源于来自精炼操作的裂化馏分(催化或非催化)产品。在精炼厂中，可存在来自不同单元的不同裂化产物流体。第一阶段的溶剂可包括与杂环化合物和有机金属化合物形成络合物的超临界和亚临界二氧化碳(CO2)和水。在提取阶段之后，通过压力和或变温从溶剂系统中在单独容器中喷射回收化合物并且固定在包括非质子性溶剂(如NMP、DMSO、芳香族溶剂或其组合)的第二溶剂系统中。第一溶剂系统(CO2和水)可再循环以便进一步回收杂环化合物。进而，可在不污染原油馏分的情况下回收杂环化合物。
在第一提取之后，使用非质子性溶剂系统再次使杂原子化合物馏分经受提取以提取PAH，如2-4环PAH或3-4环PAH。此分离工艺与石油精炼厂的无缝综合引起精炼厂的平稳、连续和盈利操作。用于提取单元的溶剂的部署顺序，首先可调溶剂、随后非质子性溶剂，防止非质子性溶剂无差别地以混合产物形式提取杂环化合物和PAH。
用于从根据各种实施例的含有有机杂原子化合物和多核芳香族烃的烃原料中分离或提取有机杂原子化合物和多核芳香族烃的方法可包括将烃原料和水性溶剂馈送到提取容器中以在提取容器中形成提取混合物。水性溶剂可包括由加压二氧化碳和水形成的离子液体。在一些实施例中，烃原料和水性溶剂可单独馈送到提取容器中，使得其首先在提取容器中混合。在其它实施例中，可混合烃原料以形成提取混合物，并且随后可将提取混合物馈送到提取容器中。
根据一些实施例，用于产生烃萃余物的方法以及用于从烃原料中分离或提取有机杂原子化合物和多核芳香族烃的方法可使用如图1的提取系统1的系统进行。应理解图1的提取系统1仅意图说明可在本文中所描述的方法使用中的系统的一个非限制性实施例。应进一步理解图1的提取系统1可以许多方式改变，但仍能够进行本文中所描述的方法。
在根据图1的提取系统1中，烃原料10可从烃源5引入到杂原子化合物提取系统100中。烃源5可为任何位置或管道，烃原料10可从其引入到杂原子化合物提取系统100中，如含有石油、原油或原油馏份的储存器，或来自例如石油精炼厂中存在的单独系统或操作。在一些实施例中，烃原料10可为原油、原油馏份或任何含有一种或多种杂原子化合物和一种或多种多核芳香族烃的烃混合物。在说明性实施例中，杂原子化合物、多核芳香族烃或两者可在其各别化学结构中具有至少三个环。举例来说，多核芳香族烃可为2-4环PAH或3-4环PAH。
杂原子化合物提取系统100将烃原料10分成杂原子化合物回收流体150和杂原子化合物贫乏流体30。下文将参看图2-4描述将烃原料10分成杂原子化合物回收流体150和杂原子化合物贫乏流体30的额外中间步骤。杂原子化合物回收流体150可转移到杂原子化合物分馏器200中。杂原子化合物分馏器200将杂原子化合物回收流体150分成多个杂原子化合物溶质馏分250。各杂原子化合物溶质馏份250可在指派给杂原子化合物溶质馏份250的杂原子化合物回收容器601处回收。
来自根据图1的杂原子化合物提取系统100的杂原子化合物贫乏流体30可转移到PAH提取系统300中。PAH提取系统300可含有将杂原子化合物贫乏流体30分成富含PAH相和PAH贫乏相的溶剂系统。PAH贫乏相可以萃余物流体40形式转移到萃余物回收容器603中以用于额外加工。富含PAH相可以PAH回收流体350形式转移到PAH分馏器400中。PAH分馏器400将PAH回收流体350分成多个PAH溶质馏分450。各PAH溶质馏份450可在指派给PAH溶质馏份450的PAH化合物回收容器602处回收。应理解图1的示意图本质上意图是粗略的。提取系统1的个别组件，如杂原子化合物提取系统100、杂原子化合物分馏器200、PAH提取系统300以及PAH分馏器400，各将在下文更详细地描述。
在用于产生烃萃余物的方法以及用于从烃原料中分离或提取有机杂原子化合物和PAH的方法的实施例中，图1的提取系统1包括杂原子化合物提取系统100。杂原子化合物提取系统100经由使用可逆/可转换/可调溶剂系统(下文称为“可调溶剂”)从烃原料中去除至少一部分杂原子化合物。可调溶剂允许杂原子化合物在从烃原料中分离后维持其物理和化学特性。在一些实施例中，可调溶剂可为离子液体、气体扩展离子液体或选择性吸引杂原子化合物的另一溶剂。可调溶剂可与杂原子化合物形成可逆络合物。在一些实施例中，可控制可调溶剂的各种特性以使得可调溶剂在本质上变得较离子性或较不离子性，并且因此可选择性吸引到一种或多种所选杂原子化合物或与一种或多种所选杂原子化合物选择性形成可逆络合物。可转换或可调溶剂又称为“可逆离子液体”并且与沸点在165℃到430℃范围内的原油馏分高度相容。可调溶剂可通过合适地调节溶剂特性使得其选择性溶解来自烃相的杂原子化合物或与所述杂原子化合物形成络合物来均匀或非均匀地起作用。
在一些实施例中，可调溶剂包括水与超临界或亚临界液态二氧化碳的混合物。在一些实施例中，水性溶剂包括超临界二氧化碳。在一些实施例中，水性溶剂包括亚临界二氧化碳。在其它实施例中，水性溶剂包括超临界和亚临界二氧化碳。如上文所提及，在一些实施例中水性溶剂可与烃原料在提取容器内混合形成提取混合物。还如上文所提及，在其它实施例中，水性溶剂可与烃原料混合形成提取混合物，并且随后可将提取混合物馈送到提取容器中。在一些实施例中，亚临界或超临界CO2可与或不与作为其它溶剂的水组合使用，并且还可引入溶剂改性剂来改进可调溶剂对某些类别的杂原子化合物的选择性。当使用溶剂改性剂时，可调溶剂的压力可从超临界区域朝向亚临界区域偏移，其方式为使得在减压开始时极性最小的溶质喷射，并且随后在后期极性最大的化合物喷射。在溶质回收期间可控制可调溶剂的选择性，使得可在一系列容器中通过控制或减少容器中的压力从溶剂系统中分离或喷射杂原子化合物。
用于产生烃萃余物的方法以及用于从根据各种实施例的烃原料中分离或提取有机杂原子化合物和多核芳香族烃的方法可包括将水性溶剂调节为与烃原料中的至少一部分杂环有机化合物和有机金属化合物选择性形成溶剂络合物，由此提取混合物分成至少富含杂原子化合物的相和杂原子化合物贫乏相。水性溶剂的调节可在提取容器中或在水性溶剂进入提取容器中之前进行，并且在任一种情况中，在水性溶剂与烃原料混合之前或之后。富含杂原子化合物的相含有基本上所有溶剂络合物，并且杂原子化合物贫乏相具有基本上比富含杂原子化合物的相高的浓度的多核芳香族烃。现将描述水性溶剂的调节。
取决于其源自的来源，烃原料，并且尤其来源于原油或原油馏分的烃原料可含有不同类型和量的杂原子化合物。通过调节目标用于提取的特定有机杂原子化合物的溶解性参数，烃原料中的杂质可使用可调溶剂选择性地从烃原料中分离。在一个说明性实施例中，特定有机杂原子化合物的溶解性参数可通过利用任何目标有机杂原子化合物的极性来调节。在一些实施例中，可调溶剂可通过调节溶剂系统的压力、温度和/或pH来改性以使得目标有机杂原子化合物以溶质形式维持在溶剂系统中。在将有机杂原子化合物溶剂化后，进一步调节溶剂系统的压力、温度和/或pH可逆转溶剂化，由此杂原子化合物可容易地以聚集物、沉淀物等形式回收。
在于提取容器中的分离工艺期间，超临界二氧化碳可促进杂原子化合物主要地从烃相并且主要地朝向可调溶剂的水相移动。超临界CO2具有低粘度和足够的扩散性以使其穿过烃相并且进入目标杂原子化合物。当CO2与水反应形成碳酸时，可形成可逆离子液体。离解碳酸在本质上是离子性的。基于用于调节可调溶剂的条件，碳酸中的离子可与目标杂原子化合物形成短暂络合物。由于杂原子化合物中存在的硫-碳键、氮-碳键或金属-碳键之间的电负性差异，杂原子化合物展示一些量的极性行为。
由于杂原子化合物的极性特性，杂原子化合物移动到水相中，并且经由与碳酸离子形成络合物实现提取。离子碳酸形成可随提取容器中的压力、温度以及盐浓度而变。碳酸离子与碳酸氢根离子(HCO3 -)离子的浓度比率随着温度和在约1巴到约300巴范围内的压力的增加而增加。离解碳酸驱使极性化合物的提取。离解碳酸与杂原子化合物之间的此短暂络合物形成的选择性取决于杂原子化合物的分子结构和/或杂原子化合物中的碳和杂原子之间的任何电负性差异。电负性差异可与杂原子化合物的偶极矩的强度，即极性相关，以及可与一组给定调节参数下的提取效率相关。
在一些非限制性实施例中，可通过调节溶剂系统的压力来调节或改性可调溶剂以使得溶剂经调节以吸引具有某一极性的目标有机杂原子化合物或与所述化合物络合。通过使用此类选择性溶剂，与在其它分离工艺中相比，来自不是目标有机杂原子化合物的杂质的干扰可为较不可能的。举例来说，基于例如杂质的沸点和冷凝点分离杂质的分离工艺可能分离不是目标有机杂原子化合物的杂质，特别是具有与目标有机杂原子化合物类似的沸点的杂质。相比之下，在根据本文实施例的方法中使用的可调溶剂可精确地经调节以使得其仅选择性分离目标杂原子化合物或一小类杂原子化合物。
在其它实施例中，可调溶剂可如通过调节溶剂系统的压力来调节或改性，以使得可调溶剂将有机杂原子化合物从烃中分离。举例来说，在一些实施例中，可调溶剂可经调节或改性以吸引在溶剂系统中作为溶质的极性最大的有机杂原子化合物或与所述化合物络合。在其它实施例中，可调溶剂可经调节或改性以吸引具有甚至弱极性，如弱偶极矩的有机杂原子化合物。
除压力改变以外，温度改变可用于调节可调溶剂系统的平衡。举例来说，温度可用于影响杂环化合物的溶解性。杂环化合物的溶解性增加可增加溶剂有机系统的提取和选择性，并且进而，温度可用于微调可调溶剂。
在用于产生烃萃余物的方法以及用于从根据一些实施例的烃原料中分离或提取有机杂原子化合物和多核芳香族烃的方法中，烃原料(如原油或原油馏份)可与能够经改性或调节以将一种或多种有机杂原子化合物作为溶质吸引到溶剂系统中的可调溶剂接触。烃原料与可调溶剂的接触可包括将烃原料馈送到接触器或提取容器中，并且将水性溶剂馈送到接触器或提取容器中以形成水性溶剂与烃原料的提取混合物。可调溶剂可由加压二氧化碳、水以及任选的改性剂形成。在一些实施例中，可调溶剂可与烃原料预混合以形成提取混合物，并且可将提取混合物馈送到提取容器中。溶剂系统的压力变化可用于调节可调溶剂以将特定有机杂原子化合物作为溶质吸引到溶剂系统中。因此，方法可包括确定提取混合物在提取容器中的提取容器压力和提取容器温度，所述压力和温度一起将水性溶剂调节为与至少一种有机杂原子化合物选择性形成溶剂络合物。
水相二氧化碳的溶解度可相对于在根据一些实施例的方法中采用的溶剂系统的压力增加而增加。此外，气态二氧化碳于水中的溶解度随着溶剂系统的温度降低而增加。然而，为了维持二氧化碳在溶剂系统中的超临界行为，根据实施例，溶剂系统的温度和压力可维持在二氧化碳的临界温度和压力以上。因此，二氧化碳和水在可调溶剂中的组合效果实现独特特性，其允许溶剂用于将来自烃原料的杂原子化合物吸引到溶剂系统中或与所述化合物络合到溶剂系统中作为溶质。
根据本文实施例的可调溶剂系统中的二氧化碳可在杂原子化合物提取或分离工艺中起多种作用。超临界二氧化碳可扩散通过烃原料，因为其具有良好扩散性和比其它溶剂低的粘度，此允许二氧化碳较好地引发将有机杂原子化合物吸引到溶剂系统中作为溶质的质量转移。举例来说，在实施例中，杂原子化合物的极性性质一般可使有机物进入溶剂的可逆水相中。
在一些实施例中，溶剂系统的温度、溶剂系统的压力或两者可经调节以将溶剂系统调节成含有较多或较少离子，如HCO3 -，进而使溶剂系统对极性耐火杂原子化合物的吸引力较大或较小或以调节溶剂系统在可调溶剂与有机杂原子化合物之间形成络合物的能力。为了去除目标杂原子化合物组分，如目标有机硫化合物、目标有机氮化合物、目标有机金属化合物或其组合，目标杂原子化合物的特性(如沸点)以及化学结构自身可影响引起溶剂系统的选择性的温度和压力参数。可在各种实施例中从烃原料中去除的杂原子化合物的非限制性实例包括吡咯、吡啶、喹啉、吲哚、咔唑、苯并噻吩、噻吩、二苯并噻吩、7,8,9,10-四氢-苯并[b]萘并[2,3-d]噻吩、四苯基-卟啉镍以及氧钒基-四苯基-卟啉。应理解特别列举的杂原子化合物仅是示例性的并且并不意图为可根据本发明的实施例去除的所有杂原子化合物的详尽列表。
可根据各种实施例从烃原料中去除的杂原子化合物可具有各种化学结构。因此，将从烃原料中去除的化合物将具有影响并且可确定需要的溶剂调节(如溶剂系统的压力和/或温度的调节)的合适量。另外，在实施例中，用于从烃中分离特定有机杂原子化合物的可调溶剂的选择可影响由提取混合物的相分离产生的有机杂原子化合物从烃相到溶剂相的质量转移。
可调溶剂的单一流体或一系列流体可用于从烃中选择性分离杂原子化合物，如有机硫化合物、有机氮化合物和/或有机金属化合物。在实施例中，分离可通过在一系列交叉流或逆流接触器或提取容器(如填充床接触器、流体化床接触器以及带档板接触器)中操作可调溶剂和烃来进行。
不希望受理论束缚，相信因为各种有机杂原子化合物具有极性，所有其可经由可调溶剂中存在的HCO3 -离子的活性从烃相中分离到溶剂的水相中。相信短暂络合物可在极性杂原子化合物与HCO3 -离子之间形成。举例来说，以下显示在二苯并噻吩与HCO3 -之间形成的短暂络合物：
含有氮的有机杂原子化合物也可具有极性行为。然而，不同于有机硫化合物，HCO3 -或H+可吸引有机氮化合物，因为在某些化合物中，氮键可具有正或负极性。举例来说，在咔唑中，N-H键可呈现正或负极性，并且因此可在可调溶剂与咔唑之间形成以下络合物：
杂原子络合物的以上描绘仅是示例性的并且并不意图限制本文任何实施例的范围。类似反应机制可关于其它有机杂原子化合物(如有机含硫杂环化合物、有机含氮杂环化合物以及有机金属化合物)的分离而存在。
用于从原油馏分中去除或提取杂原子化合物的可调和可转换智能溶剂系统是无毒、不可燃、可再循环、环保的，无严重处理问题，并且不易于引起原油馏分的交叉污染。如下文将更详细地描述，在从烃原料中去除杂原子化合物后，还可在任选地含有质子性共溶剂的非质子性溶剂系统中从所得杂原子化合物贫乏流体回收PAH。因为PAH和杂原子化合物一般可溶于非质子性溶剂系统中，同时杂原子化合物(而非PAH)可溶于包括二氧化碳的可调溶剂系统中，在根据一些实施例的提取系统1中，首先从烃原料中去除杂原子化合物，接着去除PAH化合物。
再次参看图1的提取系统1，其可在用于产生烃萃余物的方法以及用于从烃原料中分离或提取有机杂原子化合物和多核芳香族烃的方法的实施例中实施，杂原子化合物提取系统100可配置成示意性地显示在图2中的逐步HC提取系统101。根据其它实施例，图1的杂原子化合物提取系统100可配置成示意性地显示在图4中的分离后HC提取系统102。逐步HC提取系统101和分离后HC提取系统102都包括多个提取容器(如120、120a、120b、120c、120d)，其中图3的提取容器120是一个示例性实施例。
在逐步HC提取系统101中，使烃原料10经受杂原子化合物的多次提取，其中各提取根据杂原子化合物的极性去除一部分杂原子化合物。在杂原子化合物的多次提取之后，杂原子化合物贫乏流体离开逐步HC提取系统101。在分离后HC提取系统102中，使烃原料10经受对基本上所有杂原子化合物的初始提取，如80％到100％、90％到100％、95％到100％、98％到100％或98％到99％。在初始提取之后，杂原子化合物贫乏流体离开分离后HC提取系统102，并且使富含杂原子化合物的流体20经受进一步提取以根据杂原子化合物的极性去除杂原子化合物的一个或多个额外部分。
无论配置成逐步HC提取系统101(图2)或分离后HC提取系统102(图4)，根据一些实施例杂原子化合物提取系统100(图1)包括至少一个提取容器120。提取容器120的一个示例性实施例提供在图3中。提取容器120包括提取容器体500。可如通过底部喷嘴512将提取馈料15引入提取容器体500的底部中。在一些实施例中，提取馈料15可包括在将提取馈料15引入到提取容器体500中之前形成的烃原料与可调溶剂的混合物。举例来说，如图2中所示，烃原料10可在第一三通阀110a中与来自第一溶剂输入端145a的可调溶剂混合以形成第一提取馈料15a，随后将其引入第一提取容器120a中。在其它实施例中，提取馈料15可为烃原料，使得烃原料的混合物在提取容器体500内产生。可调溶剂馈料18可如通过顶部喷嘴514将可调溶剂引入到提取容器体500的顶部。
参看图3，当提取馈料15进入提取容器体500时，提取馈料15中的烃的液滴和喷雾可向上流动，如通过喷雾推进和通过填充提取容器体500的底部。来自可调溶剂馈料18的可调溶剂的液滴和喷雾可在提取容器体500中向下流动，如通过喷雾推进和重力。在一些实施例中，可定制提取馈料15和可调溶剂使得可调溶剂的密度高于提取馈料15中的烃的密度。此密度差异可使可调溶剂接触提取馈料15的组分并且穿过烃相。因此，在实施例中，提取馈料15和可调溶剂在提取容器体500内继续进行对流接触，进而增加提取馈料15与可调溶剂之间的接触的滞留时间。提取容器体500可任选地包括如挡板505或旋转混合装置(未显示)的结构以促进提取馈料15的组分与可调溶剂的互混。
在一些实施例中，来源于提取馈料15的组分的液滴和可调溶剂可合并形成单独均质相。在提取馈料15的烃比可调溶剂更密集的实施例中，这些组分到提取容器体500中的流动可逆转(即提取馈料15可引入到提取容器体500的顶部，并且可调溶剂馈料18可引入到提取容器体500的底部)。在提取馈料15与可调溶剂之间的接触期间，有机杂原子化合物可例如通过与可调溶剂形成络合物而作为溶质吸引到可调溶剂的溶剂相中。因此，在提取馈料15与可调溶剂相互作用一段时间之后，可从提取容器体500的中间提取杂原子化合物贫乏流体17。变为富含有机杂原子化合物的可调溶剂可从提取容器体500的底部作为富含杂原子化合物的流体125去除。
在提取馈料15与可调溶剂在提取容器120中接触期间，提取容器体500内的压力和/或温度可经改变以将溶剂调节为具有吸引提取馈料15中的极性最大的组分的离子。目标有机杂原子化合物，如有机硫杂环化合物、有机氮杂环化合物以及有机金属化合物在分子结构中天然地具有极性。这些化合物的相对极性可改变。举例来说，与含硫杂环化合物或含氮杂环化合物相比，一些有机金属化合物可展示较极性的行为(即可具有较高极性)。为了说明示例性杂环化合物的极性行为，考虑二苯并噻吩具有与其其它键结碳原子相比更正电性的硫原子。确切地说，二苯并噻吩的不定域电子可在其环结构内绘制并且因此硫原子的外壳层也可内部朝向电子绘制。因此，连接到环的硫原子变为正电性并且向二苯并噻吩提供极性特性。
再次参看图3，在提取馈料15与可调溶剂在提取容器体500中接触期间，形成多种相，所述相实现将提取馈料15分成杂原子化合物贫乏流体17和富含杂原子化合物的流体125。具体来说，滞留在提取容器体500中的流体可分成四个相区510、520、530以及540。各相区通过在图3中由虚线表示的相边界515、525、535与邻近相区分离。根据一些实施例，提取容器体500的顶部可包含溶剂相510，其包括来自可调溶剂的超临界和亚临界二氧化碳或基本上由所述二氧化碳组成。相边界515下方是贫乏相520，其可包括杂原子化合物和二氧化碳贫乏的烃。在实施例中，从提取容器体500中提取的杂原子化合物贫乏流体17可从贫乏相520中提取。相边界525下方是混合相530，其可包括含水二氧化碳、水、氢离子、碳酸、烃以及超临界二氧化碳的混合物。提取容器的底部是富集相540，其可包含含水二氧化碳、氢离子、水、碳酸以及富含杂原子化合物作为溶质的溶剂。从提取容器中提取的富含杂原子化合物的流体125可从富集相540中提取。
提取容器体500中相的产生可受提取容器体500内的溶剂系统的压力影响。举例来说，有机杂原子化合物与可调溶剂之间的络合物可通过溶剂系统中的压力增加或减少驱动。不希望受理论束缚，相信可调溶剂上的压力增加促进H2CO3(水溶液)与H+(水溶液)+HCO3 -(水溶液)之间的平衡偏移。此外，二氧化碳于水中的溶解度随着溶剂系统的温度增加而增加。然而，在络合物在HCO3 -与杂原子化合物之间形成后，促进反应，由此CO2在水中形成H2CO3(水溶液)，其可离解成H+(水溶液)+HCO3 -(水溶液)以维持HCO3 -(水溶液)的浓度。因此，紧接在经由一当量H2CO3(水溶液)离解成H+(水溶液)+HCO3 -(水溶液)来形成络合物之后建立平衡。因此，在实施例中，增加提取容器体500中的压力促进在一个HCO3 -(水溶液)离子与一个有机杂原子化合物分子之间形成络合物。类似地，压力减小将在相反方向上驱动以上机制并且将减少离子与有机杂原子化合物之间的络合物的形成或分解已存在于溶液中的任何络合物。因此，应显而易见有机杂原子化合物可从溶剂中喷射或可通过减小压力使其聚集或从溶剂中沉淀出。
在提取容器体500中施加的压力可取决于使用的可调溶剂和试图提取的目标有机杂原子化合物而变化。在一些实施例中，可改变压力以产生较多或较少HCO3 -以根据特定杂原子化合物的极性吸引特定有机杂原子化合物。在示例性实施例中，在提取杂原子化合物期间提取容器体500中的压力可为约2巴到约300巴，如约20巴到约275巴。在一些实施例中，收缩器中的压力可为约50巴到约250巴，如约75巴到约225巴。在其它实施例中，提取容器中的压力可为约100巴到约200巴。在其它实施例中，收缩器中的压力可为约125巴到约175巴。在其它实施例中，提取容器中的压力可为约2巴到约20巴，如约18巴。应理解以上范围意图包括公开的端点之间的各点，并且在本发明中预想2巴与300巴之间的各压力点。
提取容器120中的温度可根据使用的可调溶剂和提取的目标有机杂原子化合物改变。在二氧化碳是可调溶剂的实施例中，提取容器120中的温度可大于或等于二氧化碳的临界温度，如比二氧化碳的临界温度高约20℃。在一些实施例中，提取容器120中的温度可比二氧化碳的临界温度高大于或等于约40℃，如比二氧化碳的临界温度高约60℃。在实施例中，提取容器120中的温度可小于或等于约150℃，如小于或等于约80℃。
参看图2，在逐步HC提取系统101中，从烃原料10中依序提取杂原子化合物的多个部分，并且在已经去除杂原子化合物的多个部分之后将从逐步HC提取系统101中出现的杂原子化合物贫乏流体30递送到PAH提取系统300(图1)。在逐步HC提取系统101中，烃原料10可在第一三通阀110a中与来自第一溶剂输入端145a的可调溶剂混合例如以形成引入到第一提取容器120a中的第一提取馈料15a。第一提取容器120a可以与上文所描述的图3的提取容器120相同的方式配置。烃原料10可含有原油或原油馏分，尤其沸点范围是约165℃到约430℃的原油馏分。烃原料10可含有较高含量的杂原子化合物。取决于烃原料10中存在的杂原子化合物的类型，可将烃原料10的温度调节或维持到25℃到约150℃。
第一富含杂原子化合物的流体125a离开第一提取容器120a并且转移到第一喷射容器130a。在第一喷射容器130a中，可将含有杂原子化合物与可调溶剂的混合物的第一富含杂原子化合物的流体125a减压或冷却以使杂原子化合物离开溶液。当将第一喷射容器130a减压时，可逆碳酸变为酸性较小，因为碳酸恢复成含水CO2并且从溶剂相中喷射杂原子化合物。在一些实施例中，第一喷射容器130a的减压可在喷射工艺期间持续或半持续进行。在其它实施例中，减压可在一系列不同回收容器中分段进行，以便首先喷射极性最低的杂原子化合物，接着过滤或吸附杂原子化合物。
杂原子化合物可以将递送到杂原子化合物分馏器200(参见图1)中的第一杂原子化合物回收流体150a的形式转移出第一喷射容器130a。在一些实施例中，第一杂原子化合物回收流体150a可通过过滤第一喷射容器130a中的杂原子化合物，将杂原子化合物吸附到吸附剂上，或通过使杂原子化合物在芳香族溶剂中溶剂化来形成。第一喷射容器130a中的可调溶剂组分(如二氧化碳和水)可以第一溶剂再循环流体135a的形式递送到第一溶剂再生器140a。第一溶剂再生器140a可随后经由第一溶剂输入端145a将可调溶剂馈送回烃原料10的额外部分。
将第一杂原子化合物贫乏流体17a从第一提取容器120a转移到第二三通阀110b中以与来自第二溶剂输入端145b的可调溶剂混合并且以第二提取馈料15b的形式递送到第二提取容器120b。可将第二提取馈料15b调节到或维持在约25℃到约150℃的温度。在第二提取容器120b中，从第二提取馈料15b中去除另一部分杂原子化合物。在一些实施例中，可选择第二提取容器120b中的条件以瞄准与在第一提取容器120a中从第一提取馈料15a中提取的杂原子化合物相比，极性程度较低的杂原子化合物的提取。举例来说，第二提取容器120b的压力可维持在比用于在第一提取容器120a中进行提取的压力高的水平下。类似于在第一提取容器120a中的第一提取工艺，将第二富含杂原子化合物的流体125b从第二提取容器120b转移到第二喷射容器130b中。将第二喷射容器130b减压。当将第二喷射容器130b减压时，可逆碳酸变为酸性较小，因为碳酸恢复成含水CO2并且从溶剂相中喷射杂原子化合物。在一些实施例中，第二喷射容器130b的减压可在喷射工艺期间持续或半持续进行。在其它实施例中，减压可在一系列不同回收容器中分段进行，以便首先喷射极性最低的杂原子化合物，接着过滤或吸附杂原子化合物。
可将第二杂原子化合物回收流体150b递送到杂原子化合物分馏器200(参见图1)并且可将第二喷射容器130b中的可调溶剂的组分以第二溶剂再循环流体135b的形式递送到第二溶剂再生器140b中。在一些实施例中，第二杂原子化合物回收流体150b可通过过滤第二喷射容器130b中的杂原子化合物，将杂原子化合物吸附到吸附剂上，或通过使杂原子化合物在芳香族溶剂中溶剂化来形成。第二溶剂再生器140b可随后经由第二溶剂输入端145b将可调溶剂馈送回第一杂原子化合物贫乏流体17a的额外部分。
将第二杂原子化合物贫乏流体17b从第二提取容器120b转移到第三三通阀110c中以与来自第三溶剂输入端145c的可调溶剂混合并且以第三提取馈料15c的形式递送到第三提取容器120c。可将第三提取馈料15c调节到或维持在约25℃到约150℃的温度。在第三提取容器120c中，从第三提取馈料15c中去除另一部分杂原子化合物。在一些实施例中，可选择第三提取容器120c中的条件以瞄准与在第一提取容器120a中从第一提取馈料15a中和在第二提取容器120b中从第二提取馈料15b中提取的杂原子化合物相比，极性程度较低的杂原子化合物的提取。举例来说，第三提取容器120c可维持在比用于在第一提取容器120a和第二提取容器120b中进行提取的压力高的压力下。类似于在第一提取容器120a中的第一提取工艺，将第三富含杂原子化合物的流体125c从第三提取容器120c转移到第三喷射容器130c中。将第三喷射容器130c减压。当将第三喷射容器130c减压时，可逆碳酸变为酸性较小，因为碳酸恢复成含水CO2并且从溶剂相中喷射杂原子化合物。在一些实施例中，第三喷射容器130c的减压可在喷射工艺期间持续或半持续进行。在其它实施例中，减压可在一系列不同回收容器中分段进行，以便首先喷射极性最低的杂原子化合物，接着过滤或吸附杂原子化合物。
可将第三杂原子化合物回收流体150c递送到杂原子化合物分馏器200(参见图1)并且可将第三喷射容器130c中的可调溶剂的组分以第三溶剂再循环流体135c的形式递送到第三溶剂再生器140c中。在一些实施例中，第三杂原子化合物回收流体150c可通过过滤第三喷射容器130c中的杂原子化合物，将杂原子化合物吸附到吸附剂上，或通过使杂原子化合物在芳香族溶剂中溶剂化来形成。第三溶剂再生器140c可随后经由第三溶剂输入端145c将可调溶剂馈送回第二杂原子化合物贫乏流体17b的额外部分。
在非限制性说明性实施例中，第一提取容器120a可在2巴到300巴的压力P1下操作以便瞄准具有相对高极性的杂原子化合物。第二提取容器120b可在2巴到300巴的压力P2下操作，其中P2>P1，以便瞄准具有比在第一提取容器120a中提取的杂原子化合物低的极性的杂原子化合物。第三提取容器120c可在2巴到300巴的压力P3下操作，其中P3>P2>P1，以便瞄准最初烃原料中具有最低极性的杂原子化合物。
从第三提取容器120c，杂原子化合物贫乏流体30以富含烃原料10中存在的多核芳香族烃，但所有或相当大部分(如80％、90％、95％、99％或99.9％)杂原子化合物已从中去除的基本上烃相形式出现。应理解尽管逐步HC提取系统101在图2中说明为仅包括三个提取容器，即，第一提取容器120a、第二提取容器120b以及第三提取容器120c，但可采用更多或更少提取容器。举例来说，取决于预期逐步提取系统的成本效益，逐步HC提取系统101可仅包括两个提取容器或可包括四个、五个、十个、二十个或多于二十个提取容器。具体来说，如果瞄准许多类别的杂原子化合物，其所有均因可定量极性程度不同，那么多于三个提取容器可为有利的，使得提取容器中的可调溶剂的条件可精确定制以在各个别提取容器中提取类别中的一个。
参看图4，分离后HC提取系统102为图2的逐步HC提取系统101的变化形式，其中在分离后HC提取系统102中，使烃原料10经受对存在于烃原料10中的基本上所有杂原子化合物的初始提取。在分离后HC提取系统102中，烃原料10可在三通阀110中与来自溶剂输入端145的可调溶剂混合并且以提取馈料15的形式转移到提取容器120。可调节提取容器120中的压力和温度条件以调节可调溶剂，使得提取馈料15中的基本上所有杂原子化合物在以富含杂原子化合物的流体20的形式离开提取容器120的水相中溶剂化，而提取流体的PAH组分保留在以杂原子化合物贫乏流体30的形式离开提取容器120的有机相中。杂原子化合物贫乏流体30可从提取容器120转移到PAH提取系统(参见图1)。在第一三通阀110a中与来自第一溶剂输入端145a的可调溶剂混合形成第一提取馈料15a之后，富含杂原子化合物的流体20可转移到第一提取容器120a中。
在图4的示例性实施例中，不同于在逐步HC提取系统101中，几乎不含PAH的第一提取馈料15a可在第一提取容器120a、第二提取容器120b以及第三提取容器120c中经受杂原子化合物的多次提取。将来自提取容器120a、120b、120c的富含杂原子化合物的流体125a、125b、125c递送到各别喷射容器130a、130b、130c，杂原子化合物回收流体150a、150b、150c从其中的每一个递送到杂原子化合物分馏器200(参见图1)。溶剂再循环流体135a、135b、135c可从喷射容器130a、130b、130c递送到溶剂再生器140a、140b、140c以经由溶剂输入端145a、145b、145c和三通阀110a、110b、110c再引入回提取容器120a、120b、120c中。
如同图2的逐步HC提取系统101，应理解图4的分离后HC提取系统102说明为仅包括三个提取容器，亦即第一提取容器120a、第二提取容器120b以及第三提取容器120c，可采用更多或更少提取容器。举例来说，取决于预期逐步提取系统的成本效益，分离后HC提取系统102可仅包括两个提取容器或可包括四个、五个、十个、二十个或多于二十个提取容器。具体来说，如果瞄准许多类别的杂原子化合物，其所有均因可定量极性程度不同，那么多于三个提取容器可为有利的，使得提取容器中的可调溶剂的条件可精确定制以在各个别提取容器中提取类别中的一个。
参看图1和5，现将描述提取系统1的杂原子化合物分馏器200。在用于从烃流体中回收杂原子化合物和PAH的方法中，来自杂原子化合物提取系统100的杂原子化合物回收流体150可与HC溶剂流体235中所含有的HC-提取溶剂系统在三通阀210或其它适合装置中混合以形成HC分馏流体155。HC-提取溶剂系统可包括杂原子化合物回收流体150中的杂原子化合物可溶于其中的任何溶剂，尤其最有助于分离工艺(如分馏)的溶剂。在示例性实施例中，HC-提取溶剂系统可包括芳香族溶剂、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、二甲亚砜(DMSO)或其组合。
HC分馏流体155可引入到分馏容器220中，其中HC分馏流体155经历分离工艺。在一个实施例中，分离工艺取决于HC分馏流体155中的各种杂原子化合物组分的沸点变化。举例来说，分离工艺可包括分馏。分离工艺将包括杂原子化合物的混合物的HC分馏流体155分成多个杂原子化合物溶质馏分250a、250b、250c、250d、250e。多个杂原子化合物溶质馏分250a、250b、250c、250d、250e可通过任何化学上适合的技术以各别杂原子化合物回收率601a、601b、601c、601d、601e回收。在一些实施例中，杂原子化合物溶质馏分250a、250b、250c、250d、250e各可含有特定分子结构的高度纯的杂原子化合物。溶剂再循环流体225可被引导到溶剂再生器230以便经由HC溶剂流体235再引入到分馏容器220中。
参看图1和6，用于从烃原料10中回收有机杂原子化合物和PAH的方法可包括将杂原子化合物贫乏流体30从杂原子化合物提取系统100，或更确切地说，从杂原子化合物提取系统100的提取容器120转移到PAH提取系统300，或更确切地说，PAH提取系统300的PAH提取器320。在一些实施例中，PAH提取器320是容器，其中杂原子化合物贫乏流体30与从杂原子化合物贫乏流体30中提取PAH化合物的第二溶剂系统组合。第二溶剂系统可在与PAH溶剂输入端425流体连通的三通阀310中与杂原子化合物贫乏流体30混合例如以形成引入到PAH提取器320中的PAH提取馈料35。第二溶剂系统可包括至少一种选自例如芳香族溶剂、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、二甲亚砜(DMSO)或其组合的非质子性溶剂。在一些实施例中，第二溶剂可进一步包括例如质子性共溶剂，如水或乙酸。
在PAH提取器320中，在约3分钟到约2小时的足够滞留时间之后，例如发生杂原子化合物贫乏流体30的组分的相分离以产生基本上不含PAH的PAH贫乏相和PAH化合物于溶剂中的混合物的富含PAH相。PAH贫乏相可以萃余物流体40的形式转移到萃余物回收容器603以用于额外加工，如加氢处理。富含PAH相可以PAH回收流体350的形式转移到包括PAH分馏容器410的PAH分馏器400。因此，PAH回收流体350可引入到PAH分馏容器410中，其中PAH回收流体350经历分离工艺。在一个实施例中，分离工艺取决于PAH回收流体350中的各种PAH组分的沸点变化。举例来说，分离工艺可包括分馏。分离工艺将包括PAH化合物的混合物的PAH回收流体350分成多个PAH溶质馏分450a、450b、450c、450d、450e。多个PAH溶质馏分450a、450b、450c、450d、450e可通过任何化学上适合的技术以各别PAH化合物回收率602a、602b、602c、602d、602e回收。在一些实施例中，PAH溶质馏分450a、450b、450c、450d、450e各可含有特定分子结构的高度纯的PAH化合物。溶剂再循环流体415可被引导到溶剂再生器420以便经由例如PAH溶剂输入端425再引入到PAH提取系统300中。在一些实施例中，PAH溶质馏分450a、450b、450c、450d、450e包含于任何残余溶剂中的2-4环PAH或3-4环PAH，主要由其组成或由其组成。
已经描述用于产生烃萃余物的方法和用于从烃原料中分离或提取有机杂原子化合物和多核芳香族烃的方法的实施例。方法一般可描述为“非常规精炼”工艺，因为其在连续分离工艺中从原油和原油馏分中选择性去除一些韧性杂原子化合物和2-4环PAH或3-4环PAH以消除在原油馏分的氢加工期间当与常规石油精炼工艺结合时的大量问题。另外，去除2-4环PAH或3-4环PAH还可减轻运输燃料的颗粒排放问题。
通过上文所描述的方法提取的杂原子化合物和PAH化合物存在于较重原油中并且在氢加工操作期间还被视为公害。在氢加工期间，化合物促成昂贵催化剂的失活并且还需要加工在较高温度下和在较高氢气压力下进行。此外，未反应的残余PAH是颗粒形成的前驱体并且促成污染。在现有精炼厂配置中，这些杂环分子的转化产生元素硫，在成本和处理方面其是环境关注点。另一方面，在氢加工之前去除杂原子化合物和PAH化合物实际上消除对较高强度氢加工的需要并且减少硫处理成本、相关环境污染以及降低的资本投资。
从原油馏分中去除杂原子化合物和PAH可改进精炼厂中的氢加工操作的动力学和成本。有利的是，来自原油馏分的提取化合物可用作精细化学物质、生物化学品、药剂以及用于有机太阳能电池、有机电子材料以及光伏太阳能储存的材料的原料。因此，提取和回收这些材料可潜在地打开新的业务范围，例如作为产生新一代生物化学原料、用于有机半导体、光学电子装置以及有机太阳能电池的化学物质的原料。
根据第一方面，本发明提供产生具有降低含量的杂原子化合物和2-4环多核芳香族烃的烃萃余物的方法。所述方法可包括提供含有沸点范围是约165℃到约430℃的原油馏分的烃原料，所述原油馏分包含杂原子化合物和2-4环多核芳香族烃。所述方法可包括在杂原子提取系统的至少一个提取容器中用可调溶剂从烃原料中提取至少一部分杂原子化合物以形成含有杂原子化合物的富含杂原子化合物的流体和含有2-4环多核芳香族烃的杂原子化合物贫乏流体，可调溶剂包含由加压二氧化碳和水形成的离子液体。所述方法可包括用溶剂系统从杂原子化合物贫乏流体中提取2-4环多核芳香族烃以形成烃萃余物，溶剂系统包含非质子性溶剂。
根据第二方面，本发明提供根据第一方面的方法，其中从烃原料中提取至少一部分杂原子化合物包含从烃原料中提取杂原子化合物的具有第一极性的第一部分以形成第一原料流，杂原子化合物的第一部分在杂原子提取系统的于第一压力下操作的第一提取容器中提取。所述方法进一步包括从第一原料流中提取杂原子化合物的具有比第一极性低的第二极性的第二部分以形成第二原料流，杂原子化合物的第二部分在提取杂原子化合物的第一部分之后在杂原子提取系统的于高于第一压力的第二压力下操作的第二提取容器中提取。所述方法进一步包括从第二原料流中提取杂原子化合物的具有比第二极性低的第三极性的第三部分以形成杂原子化合物贫乏流体，杂原子化合物的第三部分在提取杂原子化合物的第二部分之后在杂原子提取系统的于高于第一压力和第二压力的第三压力下操作的第三提取容器中提取。
根据第三方面，本发明提供根据第一或第二方面的方法，其中将来自烃原料的按重量计至少99％杂原子化合物提取到富含杂原子化合物的流体中。
根据第四方面，本发明提供根据第一到第三方面中的任一个的方法，其中非质子性溶剂选自N-甲基吡咯烷酮、二甲亚砜以及芳香族化合物。
根据第五方面，本发明提供根据第一到第四方面中的任一个的方法，其中非质子性溶剂选自N-甲基吡咯烷酮、二甲亚砜以及芳香族化合物并且溶剂系统进一步包含质子性共溶剂。
根据第六方面，本发明提供提供从含有杂原子化合物和2-4环多核芳香族烃的烃原料中提取杂原子化合物和2-4环多核芳香族烃的方法。所述方法可包括用包含由加压二氧化碳和水形成的离子液体的水性溶剂从烃原料中提取杂原子化合物的至少一个目标部分。所述方法还可包括在已经从烃原料中提取杂原子化合物的所有目标部分之后将含有2-4环多核芳香族烃的杂原子贫乏流体转移到PAH提取器。所述方法还可包括在PAH提取器中用包含非质子性溶剂的溶剂系统从杂原子贫乏流体中提取2-4环多核芳香族烃。
根据第七方面，本发明提供根据第六方面的方法，其中从烃原料中提取杂原子化合物的至少一个目标部分包含：在于第一压力下操作的第一提取容器中提取杂原子化合物的具有第一极性的第一目标部分；在提取第一部分之后在第二提取容器中提取杂原子化合物的第二目标部分，第二提取容器在高于第一压力的第二压力下操作，杂原子化合物的第二部分具有比第一极性低的第二极性；以及在提取杂原子化合物的第二部分之后在第三提取容器中提取杂原子化合物的第三目标部分，第三提取容器在高于第一压力和第二压力的第三压力下操作，杂原子化合物的第三部分具有比第二极性低的第三极性。
根据第八方面，本发明提供根据第六或第七方面的方法，其中从烃原料中提取杂原子化合物的各目标部分包含将以下单独地或作为混合物馈送到提取容器中：烃原料或来源于烃原料的原料流；和水性溶剂，由此在提取容器中烃原料或原料流与水性溶剂的组合形成提取混合物。所述方法进一步包含将水性溶剂调节为与提取混合物中的杂原子化合物的目标部分选择性形成溶剂络合物，由此提取混合物分成至少富含杂原子化合物的相和杂原子化合物贫乏相，富含杂原子化合物的相含有溶剂络合物；和从提取容器中以杂原子化合物贫乏流体形式去除杂原子化合物贫乏相；从提取容器中以富含杂原子化合物的流体形式去除富含杂原子化合物的相；以及任选地将杂原子化合物贫乏流体以来源于烃原料的原料流形式从提取容器转移到另一提取容器中以便从原料流中提取杂原子化合物的另一目标部分。
根据第九方面，本发明提供根据第六到第八方面中的任一个的方法，其中调节水性溶剂系统包含确定提取容器中的提取混合物的提取压力和提取温度，所述提取压力和提取温度一起将水性溶剂调节为与杂原子化合物的目标部分选择性形成溶剂络合物，其中提取压力是2巴到300巴并且提取混合物的提取温度是高于二氧化碳的临界温度到约150℃。
根据第十方面，本发明提供根据第六到第九方面中的任一个的方法，其中从烃原料中去除杂原子化合物的至少两个目标部分，并且从烃原料中提取杂原子化合物的各目标部分进一步包含将富含杂原子化合物的流体转移到各别喷射容器；将各别喷射容器减压以降低杂原子化合物在水性溶剂中的溶解度并且从水性溶剂喷射杂原子化合物的混合物；以及从水性溶剂分离杂原子化合物的混合物以形成杂原子化合物回收流体。
根据第十一方面，本发明提供根据第十方面的方法，其进一步包含：将杂原子化合物回收流体转移到杂原子化合物分馏器；在分馏器中将杂原子化合物回收流体中的杂原子化合物的混合物分馏成多个杂原子化合物溶质馏分；以及从杂原子化合物溶质馏分中回收杂原子化合物。
根据第十二方面，本发明提供根据第六到第十一方面中的任一个的方法，其中从烃原料中提取杂原子化合物的至少一个目标部分包含从烃原料中提取杂原子化合物的一个目标部分，杂原子化合物的一个目标部分包含多于90重量％存在于烃原料中的杂原子化合物。
根据第十三方面，本发明提供根据第十二方面的方法，其进一步包含从PAH贫乏的富含杂原子化合物的流体中提取杂原子化合物的至少一个目标部分，其中PAH贫乏的富含杂原子化合物的流体是在从烃原料中提取杂原子化合物的一个目标部分期间形成的富含杂原子化合物的流体。
根据第十四方面，本发明提供根据第十二或第十三方面的方法，其中从PAH贫乏的富含杂原子化合物的流体中提取杂原子化合物的各目标部分包含将以下单独地或作为混合物馈送到提取容器中：PAH贫乏的富含杂原子化合物的流体或来源于PAH贫乏的富含杂原子化合物的流体的原料流；和包含由加压二氧化碳和水形成的离子液体的水性溶剂，由此烃原料或原料流与水性溶剂的组合形成提取混合物。所述方法进一步包含将水性溶剂调节为与提取混合物中的杂原子化合物的目标部分选择性形成溶剂络合物，由此提取混合物分成至少富含杂原子化合物的相和杂原子化合物贫乏相，富含杂原子化合物的相含有溶剂络合物；和从提取容器中以杂原子化合物贫乏流体形式去除杂原子化合物贫乏相；从提取容器中以富含杂原子化合物的流体形式去除富含杂原子化合物的相；以及任选地将杂原子化合物贫乏流体以来源于PAH贫乏的富含杂原子化合物的流体的原料流形式从提取容器转移到另一提取容器中以便从原料流中提取杂原子化合物的另一目标部分。
根据第十五方面，本发明提供根据第十二到第十四方面中的任一个的方法，其中从PAH贫乏的富含杂原子化合物的流体中提取杂原子化合物的至少一个目标部分包含在于第一压力下操作的第一提取容器中提取杂原子化合物的具有第一极性的第一目标部分；在提取第一部分之后在第二提取容器中提取杂原子化合物的第二目标部分，第二提取容器在高于第一压力的第二压力下操作，杂原子化合物的第二部分具有比第一极性低的第二极性；以及在提取杂原子化合物的第二部分之后在第三提取容器中提取杂原子化合物的第三目标部分，第三提取容器在高于第一压力和第二压力的第三压力下操作，杂原子化合物的第三部分具有比第一极性低的第三极性。
根据第十六方面，本发明提供根据第十三到第十五方面中的任一个的方法，其中从PAH贫乏的富含杂原子化合物的流体中提取杂原子化合物的各目标部分进一步包含将各富含杂原子化合物的相转移到各别喷射容器；将喷射容器减压以降低杂原子化合物在水性溶剂中的溶解度并且从水性溶剂喷射杂原子化合物的混合物；以及从水性溶剂分离杂原子化合物的混合物以形成杂原子化合物回收流体。
根据第十七方面，本发明提供根据第十六方面的方法，其进一步包含将杂原子化合物回收流体转移到杂原子化合物分馏器；在分馏器中将杂原子化合物回收流体中的杂原子化合物的混合物分成多个杂原子化合物溶质馏分；以及从杂原子化合物溶质馏分中回收杂原子化合物。
根据第十八方面，本发明提供根据第六到第十七方面中的任一个的方法，其中提取2-4环多核芳香族烃包含在PAH提取器中组合杂原子化合物贫乏相与溶剂系统，由此杂原子化合物贫乏相分成富含PAH相和PAH贫乏相，富含PAH相包含多核芳香族烃的混合物。所述方法进一步包含以PAH回收流体形式从PAH提取器去除富含PAH相；和以贫乏萃余物形式从PAH提取器去除PAH贫乏相。
根据第十九方面，本发明提供根据第十八方面的方法，其进一步包含将PAH回收流体转移到PAH分馏器；在PAH分馏器中将PAH回收流体中的多核芳香族烃的混合物分成多个PAH溶质馏分；以及从PAH溶质馏分中回收多核芳香族烃。
根据第二十方面，本发明提供根据第六到第十九方面中的任一个的方法，其中杂原子化合物包含吡咯、吡啶、喹啉、咔唑、吲哚、四苯基卟啉镍、氧钒基四苯基卟啉、噻吩、苯并噻吩、二苯并噻吩、7,8,9,10-四氢-苯并[b]萘并[2,3-d]噻吩或其组合；并且2-4环多核芳香族烃包含苯并蒽、萘、蒽、芘、菲、并四苯或其组合。
本领域的技术人员应清楚，在不脱离所主张的主题的精神和范围的情况下，可对本文中所描述的实施例进行各种修改和变化。因此希望本说明书覆盖本文中所描述的各种实施例的修改和变化，其条件是，此类修改和变化落在所附权利要求书和其等效物的范围内。

Claims (20)

1.一种产生具有降低含量的杂原子化合物和2-4环多核芳香族烃的烃萃余物的方法，所述方法包含：
提供含有沸点范围是约165℃到约430℃的原油馏分的烃原料，所述原油馏分包含杂原子化合物和2-4环多核芳香族烃；
在杂原子提取系统的至少一个提取容器中用可调溶剂从所述烃原料中提取至少一部分所述杂原子化合物以形成含有杂原子化合物的富含杂原子化合物的流体和含有所述2-4环多核芳香族烃的杂原子化合物贫乏流体，所述可调溶剂包含由加压二氧化碳和水形成的离子液体；以及
用溶剂系统从所述杂原子化合物贫乏流体中提取所述2-4环多核芳香族烃以形成所述烃萃余物，所述溶剂系统包含非质子性溶剂。
2.根据权利要求1所述的方法，其中从所述烃原料中提取至少一部分所述杂原子化合物包含：
从所述烃原料中提取所述杂原子化合物的具有第一极性的第一部分以形成第一原料流，所述杂原子化合物的所述第一部分在所述杂原子提取系统的于第一压力下操作的第一提取容器中提取；
从所述第一原料流中提取所述杂原子化合物的具有比所述第一极性低的第二极性的第二部分以形成第二原料流，所述杂原子化合物的所述第二部分在提取所述杂原子化合物的所述第一部分之后在所述杂原子提取系统的于高于所述第一压力的第二压力下操作的第二提取容器中提取；以及
从所述第二原料流中提取所述杂原子化合物的具有比所述第二极性低的第三极性的第三部分以形成所述杂原子化合物贫乏流体，所述杂原子化合物的所述第三部分在提取所述杂原子化合物的所述第二部分之后在所述杂原子提取系统的于高于所述第一压力和所述第二压力的第三压力下操作的第三提取容器中提取。
3.根据权利要求1所述的方法，其中来自所述烃原料的按重量计至少99％所述杂原子化合物提取到所述富含杂原子化合物的流体中。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述非质子性溶剂选自N-甲基吡咯烷酮、二甲亚砜以及芳香族化合物。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述非质子性溶剂选自N-甲基吡咯烷酮、二甲亚砜以及芳香族化合物并且所述溶剂系统进一步包含质子性共溶剂。
6.一种用于从含有杂原子化合物和2-4环多核芳香族烃的烃原料中提取所述杂原子化合物和所述2-4环多核芳香族烃的方法，所述方法包含：
用包含由加压二氧化碳和水形成的离子液体的水性溶剂从所述烃原料中提取所述杂原子化合物的至少一个目标部分；
在已经从所述烃原料中提取所述杂原子化合物的所有目标部分之后将含有所述2-4环多核芳香族烃的杂原子贫乏流体转移到PAH提取器；以及
在所述PAH提取器中用包含非质子性溶剂的溶剂系统从所述杂原子贫乏流体中提取所述2-4环多核芳香族烃。
7.根据权利要求6所述的方法，其中从所述烃原料中提取所述杂原子化合物的至少一个目标部分包含：
在于第一压力下操作的第一提取容器中提取所述杂原子化合物的具有第一极性的第一目标部分；
在提取所述第一部分之后在第二提取容器中提取所述杂原子化合物的第二目标部分，所述第二提取容器在高于所述第一压力的第二压力下操作，所述杂原子化合物的所述第二部分具有比所述第一极性低的第二极性；以及
在提取所述杂原子化合物的所述第二部分之后在第三提取容器中提取所述杂原子化合物的第三目标部分，所述第三提取容器在高于所述第一压力和所述第二压力的第三压力下操作，所述杂原子化合物的所述第三部分具有比所述第二极性低的第三极性。
8.根据权利要求6所述的方法，其中从所述烃原料中提取所述杂原子化合物的各目标部分包含：
将以下单独地或作为混合物馈送到提取容器中：
所述烃原料或来源于所述烃原料的原料流；和
所述水性溶剂，
由此在所述提取容器中所述烃原料或所述原料流与所述水性溶剂的组合形成提取混合物；
将所述水性溶剂调节为与所述提取混合物中的所述杂原子化合物的所述目标部分选择性形成溶剂络合物，由此所述提取混合物分成至少富含杂原子化合物的相和杂原子化合物贫乏相，所述富含杂原子化合物的相含有所述溶剂络合物；
以杂原子化合物贫乏流体形式从所述提取容器中去除所述杂原子化合物贫乏相；
以富含杂原子化合物的流体形式从所述提取容器中去除所述富含杂原子化合物的相；以及
任选地以来源于所述烃原料的原料流形式将所述杂原子化合物贫乏流体从所述提取容器转移到另一提取容器以便从所述原料流中提取杂原子化合物的另一目标部分。
9.根据权利要求8所述的方法，其中调节所述水性溶剂系统包含：
确定所述提取容器中的所述提取混合物的提取压力和提取温度，所述提取压力和提取温度一起将所述水性溶剂调节为与所述杂原子化合物的所述目标部分选择性形成溶剂络合物，其中所述提取压力是2巴到300巴并且所述提取混合物的所述提取温度是高于二氧化碳的临界温度到约150℃。
10.根据权利要求8所述的方法，其中从所述烃原料中去除所述杂原子化合物的至少两个目标部分，并且从所述烃原料中提取所述杂原子化合物的各目标部分进一步包含：
将所述富含杂原子化合物的流体转移到各别喷射容器；
将所述各别喷射容器减压以降低所述杂原子化合物在所述水性溶剂中的溶解度并且从所述水性溶剂喷射杂原子化合物的混合物；以及
从所述水性溶剂分离杂原子化合物的所述混合物以形成杂原子化合物回收流体。
11.根据权利要求10所述的方法，其进一步包含：
将所述杂原子化合物回收流体转移到杂原子化合物分馏器；
在所述分馏器中将所述杂原子化合物回收流体中的杂原子化合物的所述混合物分馏成多个杂原子化合物溶质馏分；以及
从所述杂原子化合物溶质馏分中回收杂原子化合物。
12.根据权利要求8所述的方法，其中：
从所述烃原料中提取所述杂原子化合物的至少一个目标部分包含从所述烃原料中提取所述杂原子化合物的一个目标部分，所述杂原子化合物的所述一个目标部分包含多于90重量％存在于所述烃原料中的所述杂原子化合物。
13.根据权利要求12所述的方法，其进一步包含：
从PAH贫乏的富含杂原子化合物的流体中提取所述杂原子化合物的至少一个目标部分，其中所述PAH贫乏的富含杂原子化合物的流体是在从所述烃原料中提取所述杂原子化合物的所述一个目标部分期间形成的所述富含杂原子化合物的流体。
14.根据权利要求13所述的方法，其中从所述PAH贫乏的富含杂原子化合物的流体中提取所述杂原子化合物的各目标部分包含：
将以下单独地或作为混合物馈送到提取容器中：
所述PAH贫乏的富含杂原子化合物的流体或来源于所述PAH贫乏的富含杂原子化合物的流体的原料流；和
包含由加压二氧化碳和水形成的离子液体的水性溶剂，
由此所述烃原料或所述原料流与所述水性溶剂的组合形成提取混合物；
将所述水性溶剂调节为与所述提取混合物中的所述杂原子化合物的所述目标部分选择性形成溶剂络合物，由此所述提取混合物分成至少富含杂原子化合物的相和杂原子化合物贫乏相，所述富含杂原子化合物的相含有所述溶剂络合物；
以杂原子化合物贫乏流体形式从所述提取容器中去除所述杂原子化合物贫乏相；
以富含杂原子化合物的流体形式从所述提取容器中去除所述富含杂原子化合物的相；以及
任选地以来源于所述PAH贫乏的富含杂原子化合物的流体的原料流形式将所述杂原子化合物贫乏流体从所述提取容器转移到另一提取容器以便从所述原料流中提取杂原子化合物的另一目标部分。
15.根据权利要求13所述的方法，其中从所述PAH贫乏的富含杂原子化合物的流体中提取所述杂原子化合物的至少一个目标部分包含：
在于第一压力下操作的第一提取容器中提取所述杂原子化合物的具有第一极性的第一目标部分；
在提取所述第一部分之后在第二提取容器中提取所述杂原子化合物的第二目标部分，所述第二提取容器在高于所述第一压力的第二压力下操作，所述杂原子化合物的所述第二部分具有比所述第一极性低的第二极性；以及
在提取所述杂原子化合物的所述第二部分之后在第三提取容器中提取所述杂原子化合物的第三目标部分，所述第三提取容器在高于所述第一压力和所述第二压力的第三压力下操作，所述杂原子化合物的所述第三部分具有比所述第一极性低的第三极性。
16.根据权利要求13所述的方法，其中从所述PAH贫乏的富含杂原子化合物的流体中提取所述杂原子化合物的各目标部分进一步包含：
将各富含杂原子化合物的相转移到各别喷射容器；
将所述喷射容器减压以降低所述杂原子化合物在所述水性溶剂中的溶解度并且从所述水性溶剂喷射杂原子化合物的混合物；以及
从所述水性溶剂分离杂原子化合物的所述混合物以形成杂原子化合物回收流体。
17.根据权利要求16所述的方法，其进一步包含：
将所述杂原子化合物回收流体转移到杂原子化合物分馏器；
在所述分馏器中将所述杂原子化合物回收流体中的杂原子化合物的所述混合物分成多个杂原子化合物溶质馏分；以及
从所述杂原子化合物溶质馏分中回收杂原子化合物。
18.根据权利要求6所述的方法，其中提取所述2-4环多核芳香族烃包含：
在所述PAH提取器中组合所述杂原子化合物贫乏相与所述溶剂系统，由此所述杂原子化合物贫乏相分成富含PAH相和PAH贫乏相，所述富含PAH相包含多核芳香族烃的混合物；
以PAH回收流体形式从所述PAH提取器去除所述富含PAH相；以及
以贫乏萃余物形式从所述PAH提取器去除所述PAH贫乏相。
19.根据权利要求18所述的方法，其进一步包含：
将所述PAH回收流体转移到PAH分馏器；
在所述PAH分馏器中将所述PAH回收流体中的多核芳香族烃的所述混合物分成多个PAH溶质馏分；以及
从所述PAH溶质馏分中回收多核芳香族烃。
20.根据权利要求6所述的方法，其中：
所述杂原子化合物包含吡咯、吡啶、喹啉、咔唑、吲哚、四苯基卟啉镍、氧钒基四苯基卟啉、噻吩、苯并噻吩、二苯并噻吩、7,8,9,10-四氢-苯并[b]萘并[2,3-d]噻吩或其组合；及
所述2-4环多核芳香族烃包含苯并蒽、萘、蒽、芘、菲、并四苯或其组合。
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