DE69004082T2

DE69004082T2 - Lösungsmittel-extraktionsverfahren.

Info

Publication number: DE69004082T2
Application number: DE90903529T
Authority: DE
Inventors: Richard Hood; Stephen Nelson
Original assignee: Kerr McGee Corp
Current assignee: Kerr McGee Corp
Priority date: 1989-02-27
Filing date: 1990-02-08
Publication date: 1994-02-10
Anticipated expiration: 2010-02-09
Also published as: LTIP1584A; LV11187A; CN1019584B; CN1045119A; BR9006983A; MX172112B; EP0460015B1; US5009772A; WO1990010048A1; AU5109690A; AU619434B2; KR920700278A; JPH0781149B1; EP0460015A1; DE69004082D1; ES2019049A6; GEP19970798B

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lösungsmittel- Extraktionsverfahren zur Trennung von Materialien aus schweren Kohlenwasserstoffen in ihre Komponenten. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein kontinuierliches Lösungsmittel-Entasphaltierungsverfahren, in dem kontrollierte Verringerungen in den Verfahrensdrucken verwendet werden, um die Selektivität des verwendeten Extraktionslösungsmittels zu erhöhen.

Hintergrund der Erfindung

Die Verwendung der Lösungsmittel-Extraktion zur Trennung von Materialien aus schweren Kohlenwasserstoffen, wie z.B. von dampf- und vakuum-abgetoppten Rohölen in zwei oder mehrere ihrer Komponenten ist allgemein bekannt. Hierzu wurden viele Lösungsmittel-Extraktionsverfahren vorgeschlagen, oder sind zur Durchführung der Trennung in Verwendung. Ein weit verbreitet angewendetes Lösungsmittel-Extraktionsverfahren, das ein vertikales Extraktionsgefäß verwendet, ist das in R. A. Meyer's Handbook of Petroleum Refining Processes, Teil 8.1, Seiten 19-51, McGraw-Hill Book Co., N.Y., N.Y. (1986) beschriebene Lösungsmittel-Entasphaltierungsverfahren bei relativ niedriger Temperatur und im Gegenstrom.
Typischerweise erfolgt dieses Verfahren durch Verdünnen eines schweren Kohlenwasserstoffmaterials oder Einsatzgutes mit einem Extraktionslösungsmittel, Einstellen des verdünnten Einsatzgutes auf die gewünschte Extraktionstemperatur und Einbringen des verdünnten Einsatzgutes in einen mittleren Abschnitt des Extraktionsgefäßes. Gleichzeitig mit der Einbringung des verdünnten Einsatzgutes wird weiteres Extraktionslösungsmittel in einen Bodenabschnitt des Extraktionsgefäßes eingeführt, wodurch das Einsatzgut und das Extraktionslösungsmittel in einen engen Kontakt kommen, während sie in Gegenstrom-Richtungen fließen. Dieser Kontakt hat zur Folge, daß die niedrigermolekularen Komponenten, die im Einsatzgut enthalten sind, daraus extrahiert werden, sowie die Bildung von getrennten und definierten Extrakt- und Raffinat-Phasen. Die so gebildete Extrakt-Phase enthält die niedrigermolekularen Kohlenwasserstoffkomponenten des Einsatzgutes (die ein sogenanntes entasphaltiertes Öl umfassen) und den Hauptteil des Lösungsmittels, während die Raffinat-Phase die verbleibenden höhermolekularen Kohlenwasserstoffkomponenten des Einsatzgutes (einschließlich der hochmolekularen Asphaltene und Harze mit mittlerem Molekulargewicht) enthält, sowie die Conradson-Carbon- Vorläufer und die darin enthaltenen Schwermetalle, und einen restlichen Anteil des Lösungsmittels. Nach Gewinnung dieser Phasen wird dann jede einer weiteren Aufarbeitung unterworfen, um die Lösungsmittelanteile, das entasphaltierte Öl und die höhermolekularen Kohlenwasserkomponenten (die letzteren enthalten die Conradson-Vorläufer und Schwermetalle) abzuziehen und individuell zu gewinnen.
Bei der praktischen Durchführung des vorstehend allgemein beschriebenen Lösungsmittel Entasphaltierungsverfahrens ist es üblich, die Menge und Qualität des aus dem Einsatzgut extrahierten entasphaltierten Öls durch Erhöhung oder Erniedrigung der Dichte des Extraktionslösungsmittels einzuregeln. Auf der Grundlage eines täglichen Betriebs wird die Änderung in der Dichte normalerweise durch Variation der Temperatur des Einsatzgutes und des Lösungsmittels, die in das Extraktionsgefäß eingeführt werden, durchgeführt, obwohl Änderungen im Betriebsdruck ebenfalls verwendet werden können.
Es ist auch möglich, beträchtliche Verbesserungen in der Qualität des entasphaltierten Ölproduktes für eine bestimmte Ausbeute an entasphaltiertem Ölprodukt zu erreichen, indem man ferner über die Extraktionszone einen Temperaturgradienten aufrechterhält. Diese Ausführungsform umfaßt typischerweise das Aufrechterhalten einer höheren Temperatur am oberen Ende oder dem Rektifikationsabschnitt des Extraktionsgefäßes mittels Heizschlangen, die darin angebracht sind, und einer niedrigeren Temperatur am Boden oder dem Abziehabschnitt des Reaktionsgefäßes. Dieser Temperaturgradient erzeugt aufgrund der niedrigeren Löslichkeit der schweren Kohlenwasserstoffkomponenten des Einsatzgutes im Lösungsmittel bei den höheren Temperaturen im oberen Abschnitt des Reaktionsgefäßes im Vergleich zu ihrer höheren Löslichkeit im Lösungsmittel bei den niedrigeren Temperaturen im Bodenabschnitt des Extraktionsgefäßes einen internen Rückfluß. Obgleich die Anwendung eines Temperaturinduzierten internen Rückflusses innerhalb eines Extraktionsgefäßes tatsächlich die Qualität der entasphaltierten Ölprodukte verbessert, führt eine solche Verwendung zu einem beträchtlichen Ansteigen des Energieverbrauches, insbesondere von Dampf. Die Entwicklung von Wegen zur Aufrechterhaltung oder sogar Verbesserung der Qualität der durch solche Verfahren erhaltenen entasphaltierten Ölprodukte ohne nachteilige Beeinträchtigung des Energieverbrauches solcher Verfahren würde deshalb auf diesem Gebiet einen bedeutenden Beitrag leisten.
Die europäische Patentanmeldung 0246956A beschreibt ein Verfahren zur Entasphaltierung eines schweren Kohlenwasserstoffmaterials zur Herstellung einer öligen entasphaltierten Phase mit einem Conradson-Index von nicht mehr als 10, einem Harzanteil und einer Asphaltenfraktion, das zwei Fällungsstufen unter Verwendung eines leichten Lösungsmittels und eines schweren Lösungsmittels umfaßt, die in verschiedenen Anteilen einen Kohlenwasserstoff mit drei Kohlenstoffatomen und einen Kohlenwasserstoff, der mindestens fünf Kohlenstoffatome enthält, enthalten.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Trennung und Gewinnung entasphaltierter Ölprodukte hoher Qualität aus schweren Kohlenstoffmaterialien bereitgestellt. Insbesondere stellt die vorliegende Erfindung ein kontinuierliches Lösungsmittel- Entasphaltierungsverfahren zur Trennung eines Einsatzgutes aus schweren Kohlenwasserstoffen, das Lösungsmittel-lösliche niedrigermolekulare Kohlenwasserstoffkomponenten und Lösungsmittel unlösliche höhermolekulare Kohlenwasserstoffkomponenten, Conradson-Carbon-Vorläufer und Schwermetalle enthält, umfassend:
In-Kontakt-Bringen des Einsatzgutes mit einem Extraktionslösungsmittel in einer Extraktionszone, wobei die Zone einen Hochdruck-Teilraum, einen Druckreduzierungs- Teilraum und einen Niederdruck-Teilraum enthält und der Kontakt anfänglich im Hochdruck-Teilraum bewirkt wird, um kontinuierlich eine Extraktionsmischung aus dem Einsatzgut als dispergierte Phase und dem Extraktionslösungsmittel als kontinuierliche Phase zu bilden, und der Kontakt in dem Hochdruck-Teilraum der Extraktionszone im Gegenstrom bei einer erhöhten Temperatur im Bereich von 5ºC bis 20ºC oder mehr unterhalb der kritischen Temperatur des Extraktionslösungsmittels und unter einem überatmosphärischen Druck von etwa dem Gleichgewichts-Dampfdruck des Extraktionslösungsmittels bei der verwendeten erhöhten Temperatur durchgeführt wird;
Halten der Extraktionsmischung in dem Hochdruck-Teilraum der Extraktionszone bei der erhöhten Temperatur und unter dem überatmosphärischen Druck, wobi sich eine erste Leichtextrakt-Phase, die reich ist an den lösungsmittellöslichen niedrigermolekularen Kohlenwasserstoff-Komponenten, und eine erste Schwerraffinat- Phase, die reich ist an den lösungsmittelunlöslichen höhermolekularen Kohlenwasserstoff-Komponenten, Conradson- Carbon-Vorläufern und Schwermetallen ausbildet, die sich aus der Extraktionsmischung im Hochdruck-Teilraum der Extraktionszone individuell abtrennen;
Halten der Extraktionsmischung und der ersten Schwerraffinat- Phase in dem Hochdruck-Teilraum der Extraktionszone bei erhöhter Temperatur und unter den überatmosphärischen Drucken, während die erste Leichtextrakt-Phase von dem Hochdruck-Teilraum abgezogen wird und die erste Leichtextrakt-Phase in den Druckreduzierungs-Teilraum der Extraktionszone eingeführt wird;
Reduzieren des Drucks auf der ersten Leichtextrakt-Phase innerhalb des Druckreduzierungs-Teilraums der Extraktionszone, während die Extrakt-Phase bei der erhöhten Temperatur in einem Ausmaß gehalten wird, das aureicht, um innerhalb des Niederdruck-Teilraums der Extraktionszone eine Trennung der ersten Leichtextrakt-Phase in eine zweite Leichtextrakt-Phase, die reich ist an den lösungsmittellöslichen niedrigermolekularen Kohlenwasserstoff-Komponenten, und eine zweite Schwerraffinat-Phase, die reich ist an den lösungsmittelunlöslichen höhermolekularen Kohlenwasserstoffkomponenten, Conradson-Carbon-Vorläufern und Schwermetallen, zu bewirken;
Abziehen der unter reduziertem Druck stehenden ersten Leichtextrakt-Phase aus dem Druckreduzierungs-Teilraum der Extraktionszone und Einführen der unter reduziertem Druck stehenden ersten Leichtextrakt-Phase in den Niederdruck- Teilraum der Extraktionszone, worin die Trennung bewirkt wird, und individuelles Gewinnen der zweiten Leichtextrakt- Phase und der zweiten Schwerraffinat-Phase aus dem Niederdruck-Teilraum der Extraktionszone; und
Wieder-unter-Druck-Setzen von mindestens einem Teil der aus dem Niederdruck-Teilraum der Extraktionszone gewonnenen zweiten Schwerraffinat-Phase auf den überatmospärischen Druck, der auf der Extraktionsmischung und der ersten Leichtextrakt-Phase und ersten Schwerraffinat-Phase, die im Hochdruck-Teilraum der Extraktionszone gebildet werden, aufrechterhalten wird, und Recyclisieren des wieder unter Druck gesetzten Teils zurück in den Hochdruck-Teilraum der Extraktionszone, um einen Rückfluß für die darin enthaltene erste Leichtextrakt-Phase und Extraktionsmischung bereitzustellen.
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Ausführungsform, in der die Druckreduzierung innerhalb der Extraktionszone durchgeführt wird.
Fig. 2 ist eine schematische Darstellung einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform, in der die Druckreduzierung außerhalb der Reaktionszone durchgeführt wird.
Die vorliegende Erfindung betrifft Verbesserungen im kontinuierlichen Lösungsmittel-Entasphaltierungsverfahren für schwere Kohlenwasserstoffmaterialien, die pyrogene Bitumina, natürliche Bitumina und eine oder mehrere Fraktionen oder Komponenten davon enthalten. Repräsentative, aber nicht einschränkende Beispiele für die pyrogenen Bitumina umfassen schweres oder sehr leichtes (API gravity) Rohpetroleum, abgetoppte Rohöle (dampf- und vakuum-destilliert), harte und weiche Holzteere, Kohleteerrückstände, gecrackte Teere und Tallöl. Repräsentative, aber nicht einschränkende Beispiele für natürliche Bitumina umfassen Gilsonit, Wurzilit, Alberit und dergleichen, und natürliche Asphalte, wie z.B. Trinidadphalt. Der Ausdruck "eine oder mehrere Fraktionen oder Komponenten davon" bedeutet ein pyrogenes oder natürliches Bitumen, aus dem ein Teil oder der gesamte Asphaltengehalt entfernt wurde, oder aus dem der gesamte Asphaltengehalt sowie ein Teil des Harzgehaltes entfernt wurde.
Die erfindungsgemäßen Verbesserungen sind auf irgendeines der verschiedenen kontinuierlichen Lösungsmittel- Entasphaltierungsverfahren, die auf diesem Gebiet durchgeführt werden, und in denen ein großer Bereich an Extraktionsvorrichtungen einschließlich z.B. Mischer- Abscheider, "Extraktor"- oder "Kontaktor"-Kolonnen und dergleichen verwendet wurden und verwendet werden. Die vorliegende Erfindung ist insbesondere anwendbar auf solche Extraktionsverfahren, die die vorstehend genannten Extraktionskolonnen verwenden, und in denen das schwere Kohlenwasserstoffmaterial und das Extraktionsmittel den Kolonnen individuell zugegeben wird, und die darin im Gegenstrom in Kontakt gebracht werden. Aufgrund der Tatsache, daß die Verwendung eines Gegenstromkontaktes zwischen dem schweren Kohlenwasserstoffmaterial und dem Extraktionslösungsmittel einen viel wirksameren Weg zur Trennung eines schweren Kohlenwasserstoffmaterials bereitstellt, wurde dieser Weg ausgewählt, um die Erklärung und Beschreibung der vorliegenden Erfindung zu vereinfachen.
Nach Fig. 1 wird ein flüssiges Einsatzgut, das ein schweres Kohlenwasserstoffmaterial umfaßt, wie z.B. ein abgetopptes Rohöl, über eine Leitung 10 in einen mittleren Abschnitt eines Hochdruck-Teilraums 12 der Extraktionszone 14 eingespeist. Vor der Einspeisung des flüssigen Einsatzgutes in den Hochdruck-Teilraum 12 kann das flüssige Einsatzgut, abhängig von seiner ursprünglichen Viskosität und den Fließeigenschaften, in einer Mischzone (nicht dargestellt) mit einem Teil des gesamten Kohlenwasserstofflösungsmittels, das zur Durchführung der Extraktion des flüssigen Einsatzgutes verwendet wird, vorverdünnt werden. Die Menge des Kohlenwasserstofflösungsmittels, das mit dem flüssigen Einsatzgut gemischt werden kann, kann im Bereich von 0 bis 70 Vol.-% des gesamten, in der Extraktionsstufe verwendeten Lösungsmittels liegen, wobei eine Menge im Bereich von 10 bis 25 Vol.-% bevorzugt ist. In solchen Lösungsmittel- Entasphaltierungsverfahren, in denen keine Gegenstromextraktion verwendet wird, wie in solchen Verfahren, die z.B. Extraktionsvorrichtungen vom Mischer- Abscheider-Typ verwenden, ist jedoch die Menge des mit dem flüssigen Einsatzgut gemischten Kohlenwasserstofflösungsmittels dann die Gesamtmenge des zur gewünschten Extraktion erforderlichen Lösungsmittels.
Gleichzeitig mit der Einspeisung des flüssigen Einsatzgutes oder vorverdünnten flüssigen Einsatzgutes in den Hochdruck- Teilraum 12 wird das Kohlenwasserstofflösungsmittel, das ein leichtes organisches Material ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus paraffinischen Kohlenwasserstoffen mit ca. 3 bis ca. 6 Kohlenstoffatomen ist, in einen niedrigeren Abschnitt des Hochdruck-Teilraums 12 eingespeist. Diese Einspeisung wird über eine Lösungsmittelleitung 16 durchgeführt. Die Menge des über die Lösungsmittelleitung 16 eingespeisten Kohlenwasserstofflösungsmittels ist eine Menge, die bei Kontakt mit dem flüssigen Einsatzgut oder vorverdünnten flüssigen Einsatzgut im Hochdruck-Teilraum 12 eine Exraktionsmischung liefert, die ein Lösungsmittel/flüssiges Einsatzgut-Volumenverhältnis im Bereich von ca. 4:1 bis ca. 20:1 aufweist.
Innerhalb des Hochdruck-Teilraumes 12 der Extraktionszone 14 fließt das schwerere flüssige Einsatzgut, das eine dispergierte Phase innerhalb der Extraktionsmischung umfaßt, in einer Abwärts-Richtung und das leichtere Kohlenwasserstofflösungsmittel, das eine kontinuierliche Phase innerhalb der Extraktionsmischung umfaßt, fließt in einer Aufwärts-Richtung. Dieser Gegenstrom maximiert die Extraktion der absteigenden Tröpfchen des flüssigen Einsatzgutes durch das aufsteigende Kohlenwasserstofflösungsmittel, weil es eine größere Auflösung der Komponenten der niedrigermolekularen Kohlenwasserstoffe (d.h. der Ölkomponenten), die im flüssigen Einsatzgut enthalten sind, vorsieht.
Zusätzlich zur Verwendung eines Gegenstroms zur Maximierung der Exraktion des flüssigen Einsatzgutes und somit der Abtrennung der gewünschten niedrigermolekularen Kohlenwasserstoffkomponenten davon, werden innerhalb der Extraktionszone 14 erhöhte unterkritische Temperaturen und überatmosphärische Drucke aufrechterhalten. Beim Betrieb eines Nidertemperatur-Lösungsmittel- Entasphaltierungsverfahren liegen die innerhalb der Extraktionszone 14 aufrechterhaltenen Temperaturen im allgemeinen im Bereich von 45ºC bis 252ºC, aber immer unterhalb der kritischen Temperatur des verwendeten Kohlenwasserstofflösungsmittels. Wenn z.B. Propan als Extraktionslösungsmittel verwendet wird, liegen die Betriebstemperaturen, die am gebräuchlichsten verwendet werden, im Bereich von 45ºC bis 82ºC, wobei die kritische Temperatur von Propan ca. 97ºC beträgt. Typischerweise liegen die Temperaturen, die innerhalb der Extraktionszone 14 verwendet und aufrechterhalten werden, im Bereich von 5ºC bis 20ºC oder mehr unterhalb der kritischen Temperatur des verwendeten Kohlenwasserstofflösungsmittels.
Wie vorstehend angegeben, wird die Extraktionszone 14 auch unter überatmosphärischen Drucken gehalten. Im allgemeinen liegen die in der Reaktionszone 14 aufrechterhaltenen Drucke im Bereich von ca. dem Gleichgewichtsdampfdruck des verwendeten Lösungsmittels bei der angewendeten erhöhten unterkritischen Temperatur bis oder oberhalb ca. den kritischen Druck des Kohlenwasserstofflösungsmittels.
Unter den obigen Bedingungen unterliegt das flüssige in den Hochdruck-Teilraum 12 eingespeiste Einsatzgut einer Fraktionierung in eine erste Leichtextrakt-Phase, die die niedrigermolekularen Kohlenwasserstoffkomponenten (d. h. die Leichtöl-Komponenten) und einen Hauptanteil des Kohlenwasserstofflösungsmittels umfaßt, und eine erste Schwerraffinat-Phase, die den Rest des flüssigen Einsatzgutes, d.h. die höhermolekularen Kohlenwasserstoffkomponenten, Conradson-Carbon-Vorläufer und Schwermetalle, und einen Restanteil des Kohlenwasserstofflösungsmittels umfaßt. Die erste Leichtextrakt-Phase wird in einem oberen oder Rektifizier- Abschnitt des Hochdruck-Teilraums 12 gesammelt, während die erste Schwerraffinat-Phase in einem niedrigeren oder Abziehabschnitt davon gesammelt wird. Diese erste Schwermetallraffinat-Phase wird aus dem Hochdruck-Teilraum 12 der Extraktionszone 14 mittels einer Raffinatleitung 26 abgezogen. Sobald die erste Schwerraffinat-Phase aus der Extraktionszone 14 abgezogen ist, wird ihr restlicher Kohlenwasserstofflösungsmittel-Gehalt in einer Zone zur Wiedergewinnung des Lösungsmittels (nicht dargestellt), wie einem Stripper, davon abgezogen.
Die erste Leichtextrakt-Phase, die sich in dem oberen Abschnitt des Hochdruck-Teilraums 12 kontinuierlich sammelt, wird davon abgezogen und durch einen Druckreduzierungs- Teilraum 18, der neben und oberhalb des oberen Abschnittes des Hochdruck-Teilraums 12 und neben und unterhalb des unteren Abschnittes eines Niederdruck-Teilraums 20 liegt, geführt. Erfindungsgemäß kann der Druckreduzierungs-Teilraum 18 einen Bereich umfassen, der mit einer Reihe horizontal im Abstand voneinander angebrachten Böden oder Platten, wie einem Sieb-, Glocken- oder Ventilboden versehen ist, oder einen Bereich, der mit irgendeinem einer Anzahl verschiedener Füllmaterialien , wie z.B. Raschig-, Lessing- oder Pall- Ringen, oder Berl- oder Intalox-Satteln und dergleichen gefüllt ist. Ob mit Böden ausgestattet oder mit Füllmaterial gefüllt, funktionieren solche Vorrichtungen wirksam, um eine Reduzierung oder einen Abfall des Druckes auf die erste Leichtextrakt-Phase bereit zustellen, wenn diese Phase durch den Druckreduzierungs-Teilraum 18 hindurchgeführt wird.
Wenn die erste Leichtextrakt-Phase durch den Druckreduzierungs-Teilraum 18 hindurchgeführt wird, wird der Druck auf diese Phase verringert. Der Zweck dieser Druckreduzierung ist es, einen Abfall in der Dichte des in der ersten Extrakt-Phase enthaltenen Kohlenwasserstofflösungsmittels zu bewirken. In dieser Hinsicht wird das Ausmaß der Druckreduzierung oder des Druckabfalls innerhalb des Druckreduzierungs-Teilraums 18 ein solches sein, das ausreicht, um den gewünschten Abfall der Lösungsmitteldichte zu erreichen, aber nicht ausreicht, um ein Sieden des verwendeten Kohlenwasserstofflösungsmittels bei der Extraktionstemperatur, die in der Extraktionszone 14 aufrechterhalten wird, zu induzieren. Reduzierungen des Drucks auf die erste Leichtextrakt-phase, die im Bereich von bis zu ca. 400 psi (2757,9 kPa) oder höher und vorzugsweise im Bereich von 200 bis 350 psi (1379,0 kPa bis ca. 2413,2 kPa) liegen, werden im allgemeinen ausreichen, um die gewünschten Abnahmen in der Lösungsmitteldichte zu ergeben, die aber nicht ausreichend sind, um ein Sieden des Kohlenwasserstofflösungsmittels zu induzieren.
Wenn die erste Leichtextrakt-Phase vom oberen oder Rektifikations-Abschnitt des Hochdruck-Teilraums 12 durch den Druckreduzierungs-Teilraum 18 in einen niedrigeren Abschnitt des Niederdruck-Teilraums 20 geführt wird, so unterliegt, wie vorstehend angegeben, das darin befindliche Kohlenwasserstofflösungsmittel einer Abnahme der Dichte. Als Ergebnis dieser Dichteabnahme nimmt die Affinität des Kohlenwasserstofflösungsmittels für irgendeine der restlichen höhermolekularen Kohlenwasserstoffkomponenten, Conradson- Carbon-Vorläufer und Schwermetalle, die in dieser ersten Leichtextrakt-Phase gelöst oder eingeschlossen sind, auch ab. Dies führt zu einer Abführung dieser restlichen Materialien aus dieser Phase. Innerhalb des Niederdruck-Teilraums 20 unterliegt diese Phase somit einer weiteren Phasentrennung in eine zweite Leichtextrakt-Phase, die aufsteigt und sich in einem oberen Abschnitt des Niederdruck-Teilraums 20 sammelt, und eine zweite Schwerraffinat-Phase, die sich absetzt und in dem niedrigeren Abschnitt des Niederdruck-Teilraums 20 sammelt. Diese druckinduzierte Verringerung der Lösungsmitteldichte funktioniert somit in einer Weise, die analog ist mit der Verwendung von Heizschlangen in konventionellen Lösungsmittel-Entasphaltierungsverfahren, um die Rektifizierung oder Anreicherung der darin erzeugten Leichtextrakt-Phasen zu bewirken.
Die zweite Leichtextrakt-Phase, die ein an den niedrigermolekularen Kohlenwasserstoffkomponenten, d.h. den Leichtölkomponenten, angereichertes Kohlenwasserstofflösungsmittel enthält, wird aus der Extraktionszone 14, und spezifischer von dem oberen Abschnitt des darin enthaltenen Niederdruck-Teilraums 20 über eine Extraktleitung 30 abgezogen. Sobald diese zweite Leichtextrakt-Phase aus der Extraktionszone 14 abgezogen ist, wird sie über die Extraktleitung 30 einer Zone zur Wiedergewinnung des Lösungsmittels (nicht dargestellt), zugeführt, worin das darin enthaltene Kohlenwasserstofflösungsmittel abgezogen wird. Das Strippen der zweiten Leichtextrakt-Phase kann leicht unter Verwendung irgendeines der allgemein bekannten Mehrfachwirkungs- und überkritischen Lösungsmittel-Wiedergewinnungsverfahren durchgeführt werden, wie z.B. mit den in R. A. Meyers, ibid., Seiten 30-34 beschriebenen Verfahren.
Die zweite Schwerraffinat-Phase, die die ausgeschiedenen höhermolekularen Kohlenwasserstoffkomponenten, Conradson- Carbon-Vorläufer und Schwermetalle umfaßt, und sich in dem niedrigeren Abschnitt des Niederdruck-Teilraums 20 absetzt und ansammelt, wird daraus über eine Raffinatleitung 22 abgezogen. Diese abgezogene zweite Schwerraffinat-Phase wird dann, mit oder ohne zusätzlichem Erhitzen dieser Phase, zum oberen Abschnitt des Hochdruck-Teilraums 12 der Extraktionszone 14 über die Raffinatleitung 22, eine Pumpe 24 (in der diese Raffinat-Phase wieder auf den Betriebsdruck, der innerhalb des Hochdruck-Teilraums 12 der Extraktionszone 14 aufrechterhalten wird, gebracht wird) und eine Leitung 28 zurückgeführt. Die abgezogene zweite Schwerraffinat-Phase stellt somit eine Quelle für einen externen Rückfluß des Extraktionsverfahren dar, und bewirkt, sobald sie zum Hochdruck-Teilraum 12 der Extraktionszone 14 zurückgeführt ist, daß die Trennung des flüssigen Einsatzgutes innerhalb des Hochdruck-Teilraums 12 der Extraktionszone 14 weiter erhöht wird.
Die Fig. 2 bezieht sich auf eine andere erfindungsgemäße Ausführungsform. Gemäß dieser in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform wird das flüssige Einsatzgut über die Leitung 10 in einen mittleren Abschnitt einer Extraktionszone 14a eingespeist, die z.B. eine vertikal angebrachte "Kontaktor" oder "Extraktor"-Kolonne, einschließlich Kolonnen vom Rotationsscheiben-Typ, umfassen kann. Das flüssige Einsatzgut kann wieder und in der vorstehend beschriebenen Weise in einer Mischzone (nicht dargestellt) mit einem Teil des gesamten Kohlenwasserstofflösungsmittels, das zur Extraktion des flüssigen Einsatzgutes verwendet wird, vorverdünnt werden.
Gleichzeitig mit der Zugabe des flüssigen Einsatzgutes oder vorverdünnten Einsatzgutes in die Extraktionszone 14a wird ein Kohlenwasserstofflösungsmittel der vorstehend beschriebenen Art in einen niedrigeren Abschnitt der Extraktionszone 14a über die Lösungsmittelleitung 16 eingespeist. Innerhalb der Extraktionszone 14a wird die Extraktionsmischung des flüssigen Einsatzgutes und des Kohlenwasserstofflösungsmittels bei erhöhten unterkritischen Temperaturen und überatmosphärischen Drucken, wie vorstehend beschrieben, gehalten. Wenn die Extraktion des flüssigen Einsatzgutes fortschreitet, wrid die dadurch erzeugte erste Leichtextrakt-Phase, die die niedrigermolekularen Kohlenwasserstoffkomponenten (d. h. die Leichtölkomponenten) und einen Großteil des Kohlenwasserstofflösungsmittels umfaßt, in einem oberen oder Rektifikationsabschnitt der Extaktionszone 14a kontinuierlich gesammelt. Zur gleichen Zeit sammelt sich die erste Schwerraffinat-Phase, die den Rest der Komponenten des flüssigen Einsatzgutes, d.h. die höhermolekularen Kohlenwasserstoffkomponenten (einschließlich der Asphaltene und Harze), die Conradson-Carbon-Vorläufer und die Schwermetalle und den restlichen Anteil des Kohlenwasserstofflösungsmittels umfaßt, kontinuierlich in einem niedrigeren Abschnitt der Extraktionszone 14a. Diese erste Schwerraffinat-Phase wird aus dem niedrigeren Abschnitt der Extraktionszone 14a über die Raffinatleitung 26 abgezogen und der restliche Anteil des Kohlenwasserstofflösungsmittels wird in einer Lösungsmittel-Wiedergewinnungszone (nicht dargestellt), wie z.B. einem Stripper, abgezogen.
Die erste Leichtextrakt-Phase, die sich in dem oberen oder Rektifikations-Abschnitt der Extraktionszone 14a kontinuierlich sammelt, wird daraus über die Extraktleitung 30 abgezogen. Innerhalb der Extraktleitung 30 wird der Druck auf diese Phase unter Verwendung einer Druckreduzierungseinrichtung 32, die z.B. ein konventionelles Drosselventil sein kann, verringert. Die erste Leichtextrakt- Phase, die nun bei einem Druck ist, der niedriger ist als der Druck in der Extraktionszone 14a, wird dann über die Extraktleitung 30 in eine Niederdruck-Phasentrennungszone 34 geleitet. Innerhalb dieser Niederdruck-Phasentrennungszone 34 unterliegt die erste Leichtextrakt-Phase einer Trennung in zwei zusätzliche Phasen. Diese zwei zusätzlichen Phasen umfassen eine zweite Leichtextrakt-Phase, die ein an niedrigermolekularen Kohlenwasserstoffkomponenten (d. h. den Leichtöl-Komponenten) angereichertes Kohlenwasserstofflösungsmittel umfaßt, die aufsteigt und sich in einem oberen Abschnitt der Phasentrennzone 34 sammelt, und eine zweite Schwerraffinat-Phase, die ausgeschiedene restliche höhermolekulare Kohlenwasserstoffkomponenten, Conradson-Carbon-Vorläufer und Schwermetalle, die in der ersten Leichtextrakt-Phase gelöst oder eingeschlossen sind, und die sich in einem niedrigeren Abschnitt der Phasentrennzone 34 absetzt und sammelt. Wie vorstehend beschrieben, tritt diese Trennung aufgrund des Abfalls der durch die Reduzierung des Druckes auf die erste Extrakt-Phase bewirkten Abfalls in der Dichte des in der ersten Leichtextrakt-Phase enthaltenen Kohlenwasserstofflösungsmittels auf.
Die zweite Leichtextrakt-Phase, die einen Hauptteil des in den Leichtölkomponenten angreicherten Kohlenwasserstofflösungsmittels enthält, wird aus dem oberen Abschnitt der Phasentrennzone 34 über die Extraktleitung 36 abgezogen. Sobald die zweite Leichtextrakt-Phase aus der Phasentrennzone 34 abgezogen ist, wird ihr Kohlenwasserstoffgehalt in einer Lösungsmittelwiedergewinnungszone (nicht dargestellt) abgezogen und das Kohlenwaserstofflösungsmittel und die Leichtölkomponenten (die ein entasphaltiertes Ölprodukt umfassen) individuell gewonnen. Eine solche Lösungsmittelwiedergewinnungszone kann, wie vorstehend angegeben, auf irgendeinem der Mehrfachwirkungs- und überkritischen Lösungsmittels-Wiedergewinnungsverfahren, wie sie in der erdölverarbeitenden Industrie bekannt sind und verwendet werden, basieren.
Die zweite Schwerraffinat-Phase, die sich im niedrigeren Abschnitt der Niederdruck-Phasentrennzone 34 ansammelt, wird daraus über die Raffinatleitung 38 abgezogen. Diese abgezogene Raffinat-Phase stellt, genauso wie die im Hinblick auf die durch Fig. 1 veranschaulichte Ausführungsform beschriebene zweite Raffinat-Phase, auch eine Quelle des externen Rückflusses dar, der zur Erhöhung der Selektivität des Extraktionsverfahrens verwendet werden kann. In dieser erfindungsgemäßen Ausführungsform wird somit mindestens ein Teil der aus der Niederdruck-Phasentrennzone 34 über die Raffinatleitung 38 abgezogenen zweiten Schwerraffinat-Phase zur Extraktionszone 14a rückgeführt. Dazu wird ein Teil oder die gesamte zweite Schwerraffinat-Phase, die durch die Raffinatleitung 38 fließt, daraus abgezogen und, entweder mit oder ohne Erhitzen dieser Phase durch nicht dargestellte Mittel, über eine Leitung 40, eine Pumpe 42 und eine Leitung 44 zur Extraktionszone 14a geführt. Die Pumpe 42 dient zur Erhöhung des Druckes auf die zweite Raffinat-Phase auf den Arbeitsdruck, wie er innerhalb der Reaktionszone 14a aufrechterhalten wird. Ein verbleibender Anteil dieser zweiten Schwerraffinat-Phase, der nicht als externer Rückfluß in der Extraktionszone 14a verwendet wurde, kann mit der ersten Schwerraffinat-Phase, die durch die Raffinatleitung 26 geführt oder als getrenntes Produkt des Extraktionsverfahrens gewonnen wird, vereinigt werden.
Obgleich die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die Behandlung eines schweren Kohlenwasserstoff-Einsatzgutes, wie z.B. eines dampf- oder vakuum-abgetoppten Rohöls, beschrieben wurde, ist sie auch auf die Behandlung leichterer Einsatzgüter, die "eine oder mehrere Fraktionen oder Komponenten davon" enthalten, und die, wie vorstehend definiert, pyrogene und native Bitumina umfassen, von denen ein Teil oder der gesamte Asphaltengehalt entfernt wurde, oder von denen der gesamte Asphaltengehalt sowie ein Teil des Harzgehaltes entfernt wurde, anwendbar. Solche Einsatzgüter würden somit nur einen Teil oder keine der Asphaltenkomponenten (d.h. der höhermolekularen Kohlenwasserstoffkomponenten), die meisten oder alle Harzkomponenten (d. h. die Kohlenwasserstoffkomponenten mittleren Molekulargewichts) und alle Leichtölkomponenten (d.h. die niedrigermolekularen Kohlenwasserstoffkomponenten) enthalten. Wenn Einsatzgüter dieser Art verwendet werden, bestehen die erfindungsgemäß erzeugten Extrakt-Phasen aus den Leichtölen und dem Hauptteil des Kohlenwasserstofflösungsmittels und der Raffinat-Phasen, einem oder keinem Anteil der Asphaltene, allen Harzen und irgendwelchen restlichen Kohlenwasserstofflösungsmittel.
Aus der vorstehenden Beschreibung ist es ersichtlich, daß durch Druckreduzierung zur Veränderung der Dichte des Extraktionslösungsmittels die vorliegende Erfindung ein wirtschaftlicheres und vorteilhafteres Lösungsmittel- Entasphaltierungsverfahrens zur Trennung von schweren Kohlenwasserstoff-Einsatzgütern im Vergleich zu Lösungsmittel-Entasphaltierungsverfahren, die für diesen Zweck eine Temperaturerhöhung verwenden, darstellt.

Claims

1. Kontinuierliches Lösungsmittel- Entasphaltierungsverfahren zur Trennung eines Einsatzgutes aus schweren Kohlenwasserstoffen, das lösungsmittellösliche niedrigermolekulare Kohlenwasserstoffkomponenten und lösungsmittelunlösliche höhermolekulare Kohlenwasserstoffkomponenten, Conradson-Carbon-Vorläufer und Schwermetalle enthält, umfassend:

In-Kontakt-bringen des Einsatzgutes mit einem Extraktionslösungsmittel in einer Extraktionszone, wobei die Zone einen Hochdruck-Teilraum, einen Druckreduzierungs- Teilraum und einen Niederdruck-Teilraum enthält, und der Kontakt anfänglich im Hochdruck-Teilraum bewirkt wird, um kontinuierlich eine Extraktionsmischung aus dem Einsatzgut als dispergierte Phase und dem Extraktionslösungsmittel als kontinuierliche Phase zu bilden, und der Kontakt in dem Hochdruck-Teilraum der Extraktionszone im Gegenstrom bei einer erhöhten Temperatur im Bereich von 5 ºC bis 20 ºC oder mehr unterhalb der kritischen Temperatur des Extraktionslösungsmittels und unter einem überatmosphärischen Druck von etwa dem Gleichgewichts-Dampfdruck des Extraktionslösungsmittels bei der verwendeten erhöhten Temperatur durchgeführt wird;

Halten der Extraktionsmischung in dem Hochdruck-Teilraum der Extraktionszone bei der erhöhten Temperatur und unter dem überatmosphärischen Druck, wobei sich eine erste Leichtextrakt-Phase, die reich ist an den lösungsmittellöslichen niederigermolekularen Kohlenwasserstoff-Komponenten, und eine erste Schwerraffinat- Phase, die reich ist an den lösungsmittelunlöslichen höhermolekularen Kohlenwasserstaff-Komponenten, Conradson- Carbon-Vorläufern und Schwermetallen ausbildet, die sich aus der Extraktionsmischung im Hochdruck-Teilraum der Extraktionszone individuell abtrennen;

Halten der Extraktionsmischung und der ersten Schwerraffinat- Phase in dem Hochdruck-Teilraum der Extraktionszone bei erhöhter Temperatur und unter den überatmosphärischen Drucken, während die erste Leichtextrakt-Phase von dem Hochdruck- Teilraum abgezogen wird und die erste Leichtextrakt-Phase in den Druckreduzierungs-Teilraum der Extraktionszone eingeführt wird;

Reduzieren des Drucks auf der ersten Leichtextrakt-Phase innerhalb des Druckreduzierungs-Teilraums der Extraktionszone während die Extraktphase bei der erhöhten Temperatur in einem Ausmaß gehalten wird, das ausreicht, um innerhalb des Niederdruck-Teilraums der Extraktionszone eine Trennung der ersten Leichtextrakt-Phase in eine zweite Leichtextrakt-Phase, die reich ist an den lösungsmittellöslichen niedrigermolekularen Kohlenwasserstoff-Komponenten, und eine zweite Schwerraffinat-Phase, die reich ist an den lösungsmittelunlöslichen höhermolekularen Kohlenwasserstoff- Komponenten, Conradson-Carbon-Vorläufern und Schwermetallen, zu bewirken;

Abziehen der unter reduziertem Druck stehenden ersten Leichtextrakt-Phase aus dem Druckreduzierungs-Teilraum der Extraktionszone und Einführen der unter reduziertem Druck stehenden ersten Leichtextrakt-Phase in den Niederdruck- Teilraum der Extraktionszone, worin die Trennung bewirkt wird, und individuelles Gewinnen der zweiten Leichtextrakt-Phase und der zweiten Schwerraffinat-Phase aus dem Niederdruck-Teilraum der Extraktionszone; und

Wieder-unter-Druck setzen von mindestens einem Teil der aus dem Niederdruck-Teilraum der Extraktionszone gewonnenen zweiten Schwerraffinat-Phase auf den überatmosphärischen Druck, der auf der Extraktionsmischung und der ersten Leichtextrakt-Phase und ersten Schwerraffinat-Phase, die im Hochdruck-Teilraum der Extraktionszone gebildet werden, aufrechterhalten wird, und Recyclisieren des wieder unter Druck gesetzten Teils zurück in den Hochdruck-Teilraum der Extraktionszone, um einen Rückfluß für die darin enthaltene erste Leichtextrakt-Phase und Extraktionsmischung bereitzustellen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Extraktionslösungsmittel ein leichtes organisches Material umfaßt, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus paraffinischen Kohlenwasserstoffen mit 3 bis 6 Kohlenstoffatomen.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Einsatzgut und das Extraktionslösungsmittel in Mengen in Kontakt gebracht werden, die ausreichen, um in der Extraktionsmischung ein Lösungsmittel/Einsatzgut-Volumenverhältnis im Bereich von 4:1 bis 20:1 bereitzustellen.

4 Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Extraktionsmischung unter einem überatmospärischen Druck gehalten wird, der von oberhalb des Gleichgewichtsdampfdrucks des in der Extraktionsmischung enthaltenen Extraktionslösungsmittels bei der verwendeten erhöhten unterkritischen Temperatur bis zu und oberhalb dem kritischen Druck des Extraktionslösungsmittels reicht.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der überatmospärischen Druck auf die erste Leichtextrakt-Phase in einem Ausmaß reduziert wird, das ausreicht, um einen Abfall der Dichte des in der Extrakt-Phase enthaltenen Extraktionslösungsmittels zu bewirken, und nicht ausreicht, um ein Sieden des Extraktionsmittels zu induzieren.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der überatmosphärische Druck auf die erste Leichtextrakt-Phase in einem Ausmaß im Bereich bis zu 400 psia (2757,9 kPa) reduziert wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der überatmosphärische Druck auf die erste Leichtextrakt-Phase in einem Ausmaß im Bereich von 200 bis 350 psia (1379.0 kPa bis 2413.2 kPa) reduziert wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reduzierung des überatmosphärischen Drucks auf die erste Leichtextrakt-Phase außerhalb der Extraktionszone durchgeführt wird.