HU198849B - Extraction method and apparatus - Google Patents

Description

A találmány tárgya extrakciós eljárás és berendezés. A technika állása szerint ismeretes egy eljárás, amelynek során a betáplált anyagot érintkezésbe hozzák egy extraháló szerrel egy extrakciós zónán belül, amelynek felső részét adott esetben fűtik, majd visszáramot hoznak létre és a terméket a zóna felső és alsó részéből eltávolítják.

Az ilyen extraháló eljárások számtalan hátránnyal rendelkeznek, például az extrakciós zóna felső részének fűtése által létrejövő visszáram lefelé haladva megnő, amelynek eredményeképpen a visszaáramlás sebessége az optimális értéknél alacsonyabb lesz az extrakciós zóna felső részének nagyobb részében: ennek eredményeképpen a tömegek kicserélődése a reflux-áram (amely viszonylag nagy sűrűségű) és a felfelé áramló extraháló áram (ami viszonylag kis sűrűségű) között nem tekinthető optimálisnak. Sót mi több, a keletkező visszáram igen kicsiny cseppecskék formájában lehet jelen, amelynek eltávolítása az extraháló áram segítségével - úgy tűnik - akadályozza az eljárás leválasztást hatásfokát.

A jelen találmánnyal célunk az említett hiányosságok kiküszöbölése és olyan megoldás kidolgozása, amely igen széles hőmérséklettartományban működik és előnyös mind a beruházás, mind az üzemelés költségeit illetően.

A kitűzött feladatot olyan eljárással oldottuk meg, amelynek során a bevitt anyagot érintkezésbe hozzuk az extraháló közeggel és a keletkezett terméket, illetve folyadékot az extrakciós zóna alsó, illetve felsó részéből eltávolítjuk, ahol a találmány szerint az extrakciós zóna felső részéből eltávolított folyadék legalább egy részét hevítjük, a hevített folyadékot különböző sűrűségű folyadékokká választjuk szét és végül a nagyobb sűrűségű folyadék egy részét visszavezetjük az extrakciós zóna felső részébe.

A találmány szerinti eljárás során azt a folyadékot, amelynek nagyobb a sűrűsége, mint a kisebb sűrűségű folyadéké (amely tekintélyes mennyiségben tartalmaz extraháló közeget), eltávolítjuk a szeparációs zónából és ez a reflux-áramként hat, ha bevezetjük az extrakciós zóna felső részébe (5. műveleti lépés). Ez a reflux-áram, amely az extrakciós zónán kívül jön létre, igen jó hatásfokú, mert a tömegáramlási sebessége optimális már a bevezetési ponttól (ami előnyösen az extrakciós zóna környezetében van) egészen a lefelé irányuló áramlás során: ennek következtében a tömegfelcserélődós a nagyobb sűrűségű (extraháló közegben szegény) reflux-áram és a felfelé áramló kisebb sűrűségű (extraháló közegbe gazdag) áramlat között lényegesen jobb lesz az extrakciós zóna felső részében, ami egyenirányító zónaként működik, összehasonlítva azzal az extrakciós eljárással, amelynek során a reflux-áram belül jön létre.

Továbbá a találmányunk szerinti eljárás lehetővé teszi, hogy a reflux-áram megoszoljék szabályozott nagyságú cseppekké, ami által elkerülhető, hogy a felfelé áramló áramlat magával ragadja azokat az egyenirányító zónába.

Továbbá, amennyiben egy szeparációs zónát alkalmazunk (4. műveleti lépés), amely extrakciós zónától elválasztva van kialakítva, teljes mértékben megakadályozhatjuk, hogy a nagyobb sűrűségű reflux-folyadék az eltávolított alacsonyabb sűrűségű folyadékkal eltávozzon. - ..

Előnyösen az extraháló közegnek legalább egy részét (ami egy vagy több szelektív oldószert tartalmaz a beadagolt anyag megfelelő alkotóihoz), áramlat formájában bevezetni az extrakciós zóna alsó részébe, ahol a felfelé és a beadagolt és reflux-áramokkal ellenáramlatban áramlik, ami által optimális tömeg- és hőcserélődési feltételek hozhatók létre. Adott esetben az extraháló közeg egy részét felhasználhatjuk abban az esetben, ha a bevitt anyag aszfaltot tartalmazó nehéz szénhidrogén olaj, amelyet a találmány szerinti eljárással kívánunk aszfaltmenteslteni.

A találmány szerinti eljárás különösképpen alkalmas olyan bevitt anyag [extraháló közeg kombinációihoz, amelyeknél az extraháló közegben lévő oldott komponen(sek)] oldhatóságát csökkentjük magas hőmérsékleteken; ilyen kombinációk találhatók a szuperkritikus extrakciós eljárásoknál (pl. amikor szén-dioxidot használnak extraháló közegként) és nehéz szénhidrogén olajok aszfaltmentesítésénél, amikor erősen bekoncentrált lepárlási maradékot kapunk egy gyengén bekoncentrált lepárlási maradék csökkent nyomás alatt történő desztillációjával (mikoris a gyengén bekoncentrált lepárlási maradékot ásványolaj vagy szintetikus nyersolaj desztillációjával nyertük). Előnyösen alkánt (alkánolat) tartalmazó extraháló közeget használunk, amely előnyösen propánt és/vagy butánt és/vagy pentánt tartalmaz az aszfaltmentesített termék szándékolt felhasználásának függvényében, pl. ha olajkenésre kívánjuk felhasználni, ebben az esetben a propántartalmú extrahálószert kell előnyben részesíteni, míg katalitikus krakkoló művelethez, ahol előnyösebb a butánt vagy pentánt tartalmazó extraháló közeg.

A találmány szerinti eljárás igen széles hőmérséklettartományon (pl. 10-300 °C) és nyomástartományon (pl. 2-100 bar absz.) foganatosítható, előnyösen 50-150 °C között és 10-60 bar absz. nyomás alatt.

A találmány egy különösen előnyős foganatosltási módjánál az extrakciót olyan magas hőmérsékleten és olyan nyomás alatt végezzük, hogy az extrakciós zónában lévő folyadékokat éppen kritikus állapotuk alatt tartsuk; ilyen feltételek mellett, ha az ext3

HU 198849 Β rakciós zónából eltávolított folyadék hőmérsékletét növeljük (3. eljárási lépés), két külön folyadékáram jön létre, amelyek eltérő sűrűségük folytán könnyen szétválaszthatok.

Amennyiben úgy kívánjuk, az extrakciós zóna felső részéből eltávolított folyadék hevítését és elválasztását (3. és 4. eljárási lépések) végezhetjük egyetlen egy zónában is. Mindazonáltal előnyösebb, ha a találmány szerinti eljárás 3. és 4. eljárási lépéseit egymástól elválasztott (lehetőleg közvetett fűtésű) zónában, illetve elválasztási zónában foganatosítjuk, hogy a folyadékot optimálisan tudjuk elválasztani egy reflux- és legalább egy termékáramra.

A találmány egy másik, igen előnyős foganatosítási módjánál a 4. eljárási lépés során nyert, nagyobb sűrűségű reflux-folyadéknak legalább egy részét lehűtjük, mielőtt bevezetnénk az extrakciós zóna felső részébe, annak érdekében, hogy szabályozni tudjuk az extrakciós zónában uralkodó hőmérsékletet a szeparációs zónában uralkodó hőmérséklettől függetlenül, melyet a 3. eljárási lépés szerinti felfűtés határoz meg, hogy a beadagolt anyagban lévő különbózó komponensek optimális leválasztását biztosítsuk. Ezen túlmenően, a reflux-áram cseppecskéinek nagyságát szabályozhatjuk egy erre a célra kialakított elosztóval.

Amennyiben kívánjuk, az extrakciós zóna felső részéből eltávolított folyadékban lévő termék (pl. aszfaltmentesített olaj) teljes egészében leválasztható az extraháló közegtől, az áramok megfelelő fűtésével és hűtésével. Ily módon létrehozva az extraháló közegáramot, amely legalább részben visszavezethető az extrakciós zónába. Ily módon a nyert termék egy része refluxként lesz felhasználva (5. eljárási lépés).

Anélkül, hogy a hatásfok csökkenne, a bevezetónyílás alatti része az extrakciós zónának behelyettesíthető - különösképpen az aszfaltmentesitő eljárások során - egy keverő/ülepítő zónával, amely igen előnyös mind az üzemelés, mind beruházási költségek szempontjából.

A találmány vonatkozik továbbá az eljárás foganatosítására alkalmas berendezésre, amely tartalmaz egy házat a rajta kialakított bevezető-szervekkel a beviendő anyag és az extraháló közeg számára, egy első termékkivezetö elemet alsó végrészében és a felső végen egy folyadékkibocsátó elemet, amely a találmány szerint hőcserélő útján van kapcsolatban az ülepítőtartállyal, amelynek felső szakaszában egy második termék kivezető elem található és az első részben reflux-kibocsátó elem van, amely a ház végével áll kapcsolatban.

A találmányt részleteiben előnyös kiviteli példa kapcsán, a csatolt rajzmellékletben ismertetjük, ahol az

1. ábra a találmány szerinti berendezés sematikus ábrázolása, a

2. ábra a találmány szerinti berendezés . egy különösképpen előnyös kiviteli alakja.

Az 1. ábrán látható berendezés magában foglalja az 1 házat, a 2 bevezető elemet, ahol az extrahálandó anyag kerül bevezetésre, efelett helyezkedik el a 3 egyenirányító rész, alatta pedig - ugyancsak a házban - a 4 kigőzölő rész helyezkedik el. Az első terméket (például aszfaltot) kibocsátó 5 elem a ház alsó 6 végénél helyezkedik el, mig a folyadékkibocsátó 7 elem a ház felső 8 végében található. A folyadékot kibocsátó 7 elem a 11 ülepitőtartállyal összekapcsolva, éspedig közvetetten, a 9 (esetleg csőalakú) hőcserélő és a 10 vezeték útján. A fűtőközeg, például gőz a 12 vezetéken át lesz a 9 hőcserélőn átvezetve. Az ülepitőtartály egy második 13 kibocsátóelemmel van felszerelve (például a kis sűrűségű, aszfaltmentesített olaj és oldószer leürítésére) annak felső 14 részében, alsó 16 részében pedig a reflux kibocsátására szolgáló 15 szerkezet található. A refluxot kibocsátó 15 szerkezet az 1 ház felső 8 végével van kapcsolatban, míg az extraháló közeget kibocsátó 19 eleme a ház alsó részéhez van csatlakoztatva.

A 2. ábra a találmány szerinti berendezés egy különösképpen előnyös kiviteli alakját mutatja be, amely az 1. ábrával kapcsolatosan leírt elemek mellett magában foglal egy az 1 házban lévő 17 ülepítőt, amely kapcsolatban áll a 18 keverőszerkezettel (például őrvénykígyók, sőt előnyösen egy a folyamat! vonalba beiktatott keverő). Az extrahálandó anyag a 2 vezetéken kerül bevezetésre, az extraháló közeg pedig a 19 vezetéken át lesz bevezetve a 18 keverőbe, ahol a két folyadék alaposan össze lesz keverve.

Előnyösnek tekinthető, ha az 1 ház kolonnaként van kialakítva és 20 érintkeztető elemekkel, például a 2. ábrán látható terelólapokkal, perforált tálcákkal vagy gyűrűkkel vagy elemekkel van ellátva. A 11 ülepitőtartályba belső 21 elemek helyezhetők el, igy például párhuzamos lemezek vagy más ismert eszközök, amelyek a leülepedést elősegítik. A harmadik 22 kivezető elem, amin keresztül a termék (például nehéz szénhidrogén olaj) távozik, kapcsolatban áll a refluxot kibocsátó 15 nyílással, ami viszont a 23 hőcserélőhóz van csatlakoztatva, amelyen keresztül a hűtőközeg (például víz) lesz vezetve a 24 vezetéken keresztül. Végezetül a lehűtött reflux-folyadék vissza lesz vezetve a 25 vezetéken át az 1 ház felső 8 részébe az (itt nem ábrázolt) refluxkibocsátón keresztül.

A találmányt részleteiben az alábbi példákkal kívánjuk megvilágítani.

1. példa

A beadagolt anyag ennél a példánál napi 1000 t aszfalttartalmú nehéz szénhidrogén

HU 198849 Β olaj, amit napi 500 t propánnal elő-higítanak, az így kapott keverék a 2 bevezető elemen keresztül lép be az 1. ábrán látható ext-rakciós berendezésbe, amely 70 °C hőmérsékleten és 40 bar absz. nyomás alatt üzemel; az 5 extraháló közeget bevezető 19 elemen ét napi 3500 t propánt vezetünk be, mint extraháló közeget. Az 1 ház felső 8 végét elhagyó folyadékot 85 °C-ra hevítjük fel a 9 hőcserélőben, majd ezt követően áteresztjük a 11 üle- 10 pitőtartályba, amelyben napi 450 t viszonylag nagysűrűségű folyadékot - amely nehéz aszfaltmentesített olajat és feloldott propánt tartalmaz - választottunk szét és a 15 vezetéken át visszavezetjük mint refluxot az 1 15 ház 3 egyenirányítórészébe. A 11 ülepitőtartályból a 13 kibocsátó elemen keresztül leürített folyékony termék naponta 250 t lényegében aszfaltmentes, viszonylag könnyű aszfaltmentesített olajat tartalmaz, ezt napi 20 3500 t propánban oldjuk, amelyet tovább leválasztunk az 1. ábrában nem ábrázolt berendezésben. Naponta 750 t aszfalt és nehéz aszfaltmentesitett olajat távolítanak el napi 500 t propánnal együtt az 5 leüritőelemen 25 keresztül.

2. példa

Naponta 1000 t aszfalttartalmú nehéz szénhidrogén olajat vezetünk be napi 200 t extraháló keverékkel együtt, amely normálés izobutánt tartalmaz, a 2. ábrán látható 18 keverőbe. 35

A 18 keverő, a 17 ülepítő és a 3 egyenirányító rész (lényegében izotermikusan) működnek 135 °C hőmérsékleten és 40 bar absz. nyomással. Az 5 kibocsátó elemen keresztül naponta 600 t aszfalt és napi 400 t bután 40 hagyja el a rendszert, míg a 7 kibocsátó elemen keresztül eltávozó keverék napi 1700 t butánt és napi 550 t aszfaltmentesitett olajat tartalmaz. Ezt a keveréket a 9 hőcserélőben 150 °C-ra hevítik majd a 11 ülepítőtartályban 45 szétválasztják napi 400 t könnyű aszfaltmentesített olajtermékre - amelyet a 13 elemen keresztül ürítenek le és napi 1600 t butánra, továbbá napi 250 t keveréket, ami a nem kívánatos viszonylag nehéz aszfaltmentesitett 50 olajat és butánokat tartalmaz, a 23 hőcserélőben 135 °C-ra hűtik majd reflux formájában visszavezetik a 3 egyenirányító részbe.

Claims (9)

1. SZABADALMI IGÉNYPONTOK

   1. Extrakciós eljárás, amely magában foglalja az alábbi eljárási lépéseket: a bevitt anyagot érintkezésbe hozzuk az extraháló 60 közeggel az extrakciós zónába és a keletkeKiadja az Országos Találmányi Hivatal, Budapest R 4883 zett terméket, illetve folyadékot eltávolítjuk az extrakciós zóna alsó, illetve felső részéből, azzal jellemezve, hogy az extrakciós zóna felső részéből eltávolított folyadéknak legalább egy részét hevítjük, a felhevített folyadékot különböző sűrűségű folyadékokká választjuk szót, és végül a nagyobb sűrűségű folyadék egy részét visszavezetjük az extrakciós zóna felső részébe.
2. 2. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy nehéz szénhidrogén olajat viszünk be az extrakciós zónába és aszfaltmentes olajat tartalmazó folyadékot távolítunk el az extrakciós zóna felső részéből.
3. 3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy alkánt vagy alkánokat, előnyösen propánt és/vagy butánt és/vagy pentánt tartalmazó extraháló közeget használunk.
4. 4. Az 1-3. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a bevitt extrahálandó anyagot és az extraháló közeget összekeverjük, az így kapott keveréket pedig az extrakciós zóna alsó részébe vezetjük be, amely magában foglal egy ülepitózónát ahonnan a terméket levezetjük.
5. 5. Az 1-4. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az eljárási lépésben kapott., nagyobb sűrűségű folyadéknak legalább egy részét hútjük mielőtt bevezetnénk az extrakciós zóna felső részébe.
6. 6. Az 1-5. igénypont bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy olyan magas hőmérsékleten és olyan nyomáson végezzük el, hogy az extrakciós zónában lévő folyadékok lényegében kritikus állapotukban maradjanak.
7. 7. Berendezés az 1-6. igénypontok bármelyike szerinti eljárás foganatosítására, amelynek a házán az extrahálandó anyagot és az extraháló közeget bevezető elemei vannak, a ház alsó részén egy első termék leürítésére szolgáló kibocsátószerve, a felső részén folyadékkibocsátó eleme van, azzal jellemezve, hogy a folyadékkibocsátó elem (7) kapcsolatiján áll hőcserélő (9) utján egy ülepitőtartallyal (11), amelynek felső részén (14) másod k terméket leeresztő eleme (13), alsó részér (16) pedig refluxot kibocsátó eleme (15) van, amely a ház felső részéhez (9) van csatlakoztatva.
8. 8. A 7. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a ház alsó részében (6) ülepítő (17) van kialakítva, amely a bevitt anyagot és az extraháló közeget összekeverő keverőhőz (18) csatlakozik.
9. 9. A 7. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a ház (1) oszlopként van kialakítva és érintkeztető elemekkel (20) van ellátva.