JP2017505225A - 重質炭化水素の除去 - Google Patents

Abstract

溶媒流から重質炭化水素を分離するための装置、システム及び方法が開示される。重質炭化水素及び溶媒は、回収してさらに処理することができる。【選択図】図１

Description

関連出願の相互参照
本出願は、米国特許法第１１９条（ｅ）の定めにより、参照により本明細書にその全内容が完全に記載されているかのように本明細書に援用される、２０１４年１月２４日出願の米国仮特許出願第６１／９３１，４５０号の利益を主張する。

芳香族を含有する流れは、しばしば、「水素化処理装置からの緑油に由来する重質炭化水素、精留塔の上流からのキャリーオーバー、さまざまなポリマー、分解産物、及び／又は同様のもの」を含む。これらは、今のところ、当技術分野における方法によっては容易に除去されない。

上記観点から、精製所において重質炭化水素を溶媒処理流れから容易に分離する装置及び方法は、有益であるとみなされよう。このような装置及び方法は、精製処理流のさらに効率的な運用を可能にし、また、さらなる処理によって重質炭化水素を有用な形態で提供することを可能にするであろう。

さまざまな実施態様では、蓄積された重質炭化水素を溶媒流から除去するための装置が開示される。装置は、第１の抽出ユニット、第２の抽出ユニット、水インプットライン、軽質炭化水素（ＨＣ）インプットライン及び清浄溶媒アウトプットラインを備える。

さまざまな実施態様では、溶媒流から重質炭化水素を除去するための装置が開示される。装置は、第１の抽出ユニット、第２の抽出ユニット、軽質炭化水素インプットライン、水インプットライン、重質炭化水素アウトプットライン及び清浄溶媒アウトプットラインを備える。水インプットラインは、抽出蒸留プロセスからの凝縮されたストリッピング蒸気によって供給される。

他のさまざまな実施態様では、重質炭化水素を溶媒流から除去するための方法が開示される。方法は、重質炭化水素及び少なくとも１種類の溶媒を含む混合物の第１のバッチを提供すること；混合物の第１のバッチをラフィネート洗浄を用いて洗浄すること；少なくとも１種類の溶媒及びラフィネート洗浄を混合物の第１のバッチから除去すること；縦型の多段接触器内において水洗浄を用いてラフィネートを第１のバッチから洗浄すること；及び、重質炭化水素を含むアウトプット流と清浄な溶媒流の第２のアウトプットとを隔離することを含む。

上記は、以下の詳細な説明がさらによく理解されうることを目的として、本開示の特徴を幅広く概説している。特許請求の範囲の主題を形成する、本開示の追加的な特徴及び利点は、以下に記載される。

本開示及びその利点のさらなる完全な理解のため、本開示の特定の実施態様を説明する添付の図面と併せて以下の記載について申し述べる。
請求項に係る発明の実施態様に従った、水再利用の工程を有する重質炭化水素除去システムの例。 請求項に係る発明の実施態様に従った、水再利用の工程を有しない重質炭化水素除去システムの例。 重質炭化水素除去システムの溶媒再生システムへの例示的な連結。

以下の記述では、本明細書に開示される実施態様の十分な理解をもたらすために、例えば特定の量、寸法等、ある具体的詳細が示されている。しかしながら、本開示はこのような具体的詳細なしに実施されうることは、当業者にとって明白であろう。多くの事例では、本開示の完全な理解をもたらすためにこのような検討等に関する詳細は必要がなく、また、当業者の技能の範囲内であるため、除外されている。

一般に、図面について言及すると、図は本開示の特定の実施態様を説明する目的であって、それらを限定する目的ではないことが理解されよう。図面は、必ずしも縮尺に従っていない。

本明細書で用いられる用語のほとんどは当業者に認識されるが、しかしながら、明示的に定義されていない場合には、用語は、現在、当業者に受け入れられる意味を採用すると解釈されるべきであることが理解されるべきである。

本明細書で用いられる「ラフィネート」とは、例えば、軽質かつ極性の弱い炭化水素のことを指す。これらはＣ１−Ｃ６炭化水素であり、好ましくはアルカン及びシクロアルカンである。

例えば抽出蒸留システムなどの精製システム内に蓄積された、重質炭化水素（ＨＨＣ）、特にＣ９＋炭化水素、例えば芳香族及びナフテン（naphtenic）炭化水素などは、特にシステムが閉ループ循環を有する場合に、問題になりうる。本発明の実施態様は、精製機における芳香族（特にＣ６−Ｃ８芳香族）の抽出プロセス（極性溶媒をベースとした抽出蒸留）を対象とする。重質炭化水素の蓄積は、重質炭化水素が、本プロセスで抽出される芳香族に近いまたは芳香族よりも高い温度で沸騰し、かつ、抽出に用いられる溶媒に対して低から中度の親和性を有することから生じる。これは、芳香族の回収に影響を及ぼす、溶媒循環ループにおける蓄積を生じる。

単蒸留による重質炭化水素の分離は困難であるか、そうでなければエネルギー効率が悪い。分離が困難、かつ、重質炭化水素が経時により蓄積される場合、抽出プロセスの性能は低下しうる。重質炭化水素の分離が容易に達成されないこのような事例では、製造品質及び最適なシステム性能を維持するために、代替的な分離方法が必要である。以下の論述では、抽出蒸留の例示的な精製プロセスが論じられている。しかしながら、当業者は、重質炭化水素を除去するための本装置及び方法が、中程度から高度の極性溶媒から重質炭化水素を除去することが望ましい多くの精製プロセスに用いられうることが認識するであろう。本明細書で以下に論じられる装置及び方法は、軽質炭化水素抽出を導入して、抽出蒸留プロセスにおける溶媒流から重質炭化水素を除去する。本装置及び方法は、重質炭化水素除去（ＨＨＲ）流の他に、非常に少量の水及び対処しなければならない有機廃棄物流が存在するという点において、既存の装置及び方法よりも有利である。

有利な点は、軽質炭化水素（ＬＨＣ）の流れは抽出蒸留カラムの塔頂のラフィネートから取り出されたスリップ流であること、及び、外部の供給インプットは必要とされないことである。ラフィネート及び除去すべき比較的重い炭化水素は両方とも本質的に非極性である（又は極性が小さい）という特性が、重質ＨＣの除去に利用される。溶媒のロスは、システム内で最小限に抑えられる（＜１ｐｐｍｗの溶媒循環率）。水と溶媒の両方とも本質的に極性であるという特性は、ラフィネートにおける溶媒のキャリーオーバーを防ぐのに利用される。さらには、以下に提示される水再利用の選択肢は、回収の低下を犠牲にすることで極性化合物に対して溶媒をより選択的にし、よって極性が小さい重質炭化水素に対する親和性を低減することにより、システム全体についてのラフィネート洗浄（又はＬＨＣ）及び水洗浄の要件を低減する。

さまざまな実施態様では、溶媒流から重質炭化水素を除去するための装置が開示される。本装置は、第１の抽出ユニット、第２の抽出ユニット、軽質炭化水素インプットライン、水インプットライン、及び重質炭化水素アウトプットライン及び溶媒アウトプットラインを備える。本装置は重質炭化水素を含む溶媒流のバッチ式処理を可能にする。本装置は連続的に動作させることができる。プロセスデータは、重質炭化水素の除去が行われるべきであることを示唆する事象を指示することができる。重質炭化水素を除去するための装置はまた、例えば、溶媒流中のある許容レベルを超える重質炭化水素の濃度を検出することによって自動的に発動させることができる。一部の事例では、重質炭化水素の許容されるレベルは、１重量％、別の場合には５重量％、さらに別の場合には１０重量％である。重質炭化水素の濃度の検出は、例えば、ガスクロマトグラフィーによって成し遂げられうる。

本発明の一実施態様である本システムは、重質ＨＣを含む溶媒スリップ流のラフィネート洗浄からなる。ラフィネート洗浄は、第１の接触器（contractor）（単段式から多段式まで）である。この後に水洗浄接触器である第２の接触器（contractor）（単段式から多段式まで）が続く。水は、ある実施態様ではラフィネート洗浄ユニットへと戻されて再利用される。他の実施態様では、水は再利用されない。水の再利用をしない選択肢は有効ではあるが、増大するラフィネート洗浄及び水洗浄の流量要件の代償として成り立つ。

本装置のさまざまな実施態様では、溶媒流は閉ループ溶媒流からのスリップ流を含む。先に論じたように、閉ループ溶媒流は、重質炭化水素の蓄積を促進する。さまざまな実施態様では、装置はさらに、第１の抽出ユニットからのアウトプットラインを備える。さまざまな実施態様では、装置はさらに、蒸気発生（ＳＧ）システムを備える。例えば、溶媒は、アウトプットラインから除去され、蒸気発生システムで再生されて、抽出蒸留システムに戻されうる。このような溶媒再生システムは、例えば、溶媒を抽出蒸留システムに戻す前に、溶媒から水を除去するためのプロセス及びシステムを備えていてもよい。

さまざまな実施態様では、装置は抽出システムに結合される。装置が抽出システムに結合される実施態様では、抽出システムは芳香族化合物の抽出に使用されうる。芳香族化合物は、例えば、ベンゼン、トルエン、スチレン、及びキシレン類を含みうる。

重質炭化水素の閾値濃度が閉ループ抽出蒸留システムにおいて検出される場合、重質炭化水素を含む溶媒の制御された一部（controlled portion）は、本明細書に開示される重質炭化水素を除去するための装置に自動的に転送され、それによって処理される。図１は、例示される重質炭化水素除去システム１００を示している。重質炭化水素を含む溶媒源１０１は、インプットライン１０２から供給される軽質炭化水素（ＬＨＣ）を用いて処理される。混合は、例えば、溶媒／ＬＨＣの静的ミキサ１０３で達成される。重質炭化水素は、第１の接触器において軽質炭化水素を用いて抽出される。水は、水インプットライン１０４から任意選択的に供給されうる。水インプットライン１０４からの水と重質炭化水素の溶媒／ＬＨＣ混合物との混合は、水／溶媒／ＬＨＣの静的ミキサ１０５で生じる。装置は第１の接触器（contractor）１０６を備える。第１の接触器（contractor）１０６は、分離器の底からＨＨＣ（重質炭化水素）を含まない分離相としての溶媒の除去を達成する。溶媒相の除去は移送ライン１１２を通じて生じる。重質炭化水素がすでに取り除かれた溶媒は、抽出蒸留システム内に戻すためにさらに処理されうる。あるいは、溶媒相は、溶媒の回収、水の再循環、廃棄、またはこれらの組合せのためにさらに処理されうる。第１段分離器１０６内に残る最上相は、軽質炭化水素抽出液に溶解した重質炭化水素を含む。

第１段分離器１０６内の最上相は、重質炭化水素及び軽質炭化水素抽出液と共に、少量の溶解又は混合した溶媒を含む。システムにおける溶媒のロスを防ぐためには、軽質炭化水素抽出液に溶解する重質炭化水素から残りの溶媒を取り出すことが有利である。第１段接触器１０６における溶媒相中の溶媒の大部分の除去の後、軽質炭化水素に溶解した重質炭化水素は、第１の接触器（contractor）１０６から第２の接触器（contractor）１０７へと移送される。第２の接触器では、ＬＨＣ＋ＨＨＣ相（軽質炭化水素及び重質炭化水素の相）は、ＬＨＣ＋ＨＨＣ相における溶媒のキャリーオーバーを抽出するために真水のインプットで洗浄される。水再利用の選択肢では、この水＋キャリーオーバー溶媒相（ライン１１３）は、第１の接触器に戻される。プロセスの観点から、この水は、第１の接触器における極性溶媒を、極性化合物に対してさらに選択的にさせるが、回収を低下させ、したがって重質炭化水素に対するその親和性をも低下させてしまう。これは、システム全体についての水洗浄及びラフィネート洗浄（ＬＨＣ）の要件を低減する。第２の接触器で分離される炭化水素相は、軽質炭化水素及び除去された重質炭化水素からなる。

第２の接触器（contractor）１０７の底部から取り出された水洗浄は、主に、第２段分離器１０７において重質炭化水素／ＬＨＣの混合物から分離されなかった微量の溶媒を含む。本明細書に記載の装置は移送ライン１１３を備えており、それによって、第２の接触器（contractor）１０７から取り出された水洗浄を、溶媒に溶解した重質炭化水素のバッチの水洗浄として利用することができる。

図２のプロセスは、請求項に係る発明の代替となる実施態様を表しており、ここでは、水は再利用のために第１の接触器に戻されない。重質炭化水素を含む溶媒源１０１は、インプットライン１０２から供給される軽質炭化水素（ＬＨＣ）で処理される。混合は、例えば、溶媒／ＬＨＣの静的ミキサ１０３で達成される。重質炭化水素は軽質炭化水素中に抽出される。装置は第１の接触器（contractor）１０６を備える。第１の接触器（contractor）１０６は、分離器の底から、溶媒相としての溶媒の除去を達成する。溶媒相の除去は、移送ライン１１２を通じて生じる。溶媒は第２の接触器１０７からの水流と合わされて、さらなる処理のために芳香族抽出プロセスに戻される。第１段接触器１０６内に残る最上相は、軽質炭化水素抽出液に溶解した重質炭化水素＋幾らかの追加的な溶媒のキャリーオーバーを含む。

第１段分離器１０６内の最上相は、重質炭化水素及び軽質炭化水素抽出液と共に、少量の溶解又は混合した溶媒を含む。溶媒のロスを最小限に抑えるためには、残りの溶媒を軽質炭化水素抽出液に溶解した重質炭化水素から取り出すことが有利である。第１段分離器１０６の溶媒相中の溶媒の大部分の除去の後、軽質炭化水素に溶解した重質炭化水素は第１の接触器（contractor）１０６から第２の接触器（contractor）１０７に移送される。重質炭化水素＋軽質炭化水素の相は第２段分離器１０７における最上層として分離され、炭化水素アウトプットライン１１５を通じて炭化水素の流れとして取り出される。重質炭化水素／ＬＨＣ相の残りの溶媒は、第２の接触器（contractor）１０６における最下層（１１７）として取り出される。

第１の接触器（contractor）１０６から重質炭化水素アウトプットライン１１０を通じて取り出された重質炭化水素の流れは、第２の接触器１０７の底部に供給される。真水は、水インプットライン１１４を介して第２の接触器（contactor）１０７の上部に導入される。水は、多段にわたって逆流する方式で重質炭化水素の流れと混合し、残りの溶媒を重質炭化水素から選択的に抽出する。これは、芳香族の抽出プロセスに戻される前に、流れ１１２と合流して流れ１１７として取り出される。

他のさまざまな実施態様では、溶媒流から重質炭化水素を取り出すための装置が開示される。本装置は、第１の抽出ユニット、第２の抽出ユニット、軽質炭化水素インプットライン、水インプットライン、及び重質炭化水素アウトプットライン及び溶媒アウトプットラインを備える。水インプットラインは、抽出蒸留プロセスからの凝縮されたストリッピング蒸気によって供給される。本装置のさまざまな実施態様では、溶媒流は閉ループ溶媒流を含む。さまざまな実施態様では、装置はさらに、第１の抽出ユニットからのアウトプットラインを備える。さまざまな実施態様では、装置はさらに、蒸気発生システムを含む。さまざまな実施態様では、抽出蒸留プロセスは芳香族抽出蒸留プロセスを含む。さまざまな実施態様では、ストリッピング蒸気は蒸気発生システムによって生成される。

重質炭化水素の除去が有利である例示的なプロセスは、芳香族抽出蒸留におけるものである。芳香族抽出蒸留プロセスは、図３に示されるような重質炭化水素除去装置（ＨＲＳ）及び蒸気発生（ＳＧ）システムと連結させることができる。溶媒貯留部（ＳＲＣ）２０１は芳香族抽出蒸留プロセスに接続される。溶媒貯留部２０１の溶媒が重質炭化水素でいっぱいになると、溶媒の一部は、炭化水素除去システム２０４へ向かう途中で溶媒貯留部２０１からライン２１１内へと放出される。重質炭化水素を含む溶媒は、ライン２０２からの非芳香族軽質炭化水素及びライン２０３からの水で処理される。芳香族抽出プロセスにおける抽出蒸留カラムからの塔頂ラフィネートは、ＨＨＲ（重質炭化水素除去）除去システムに必要とされる軽質炭化水素を供給する目的に役立つ。真水は、凝縮後、溶媒回収カラムの塔頂（芳香族抽出プロセスにおける）から取り出される。重質炭化水素、溶媒、非芳香族軽質炭化水素及び水の混合物は、重質炭化水素除去システム２０４に供給される。例えば、先に論じたように、重質炭化水素、溶媒、非芳香族軽質炭化水素及び水の混合物は、第１の抽出ユニット、次いで第２の抽出ユニットを通過して、重質炭化水素と非芳香族軽質炭化水素から水と溶媒を分離する。非芳香族軽質炭化水素中に溶解した重質炭化水素はアウトプットライン２０５を通じて除去される。水と溶媒を合わせた流れ（２０６）は、次に、実施態様に示されるような芳香族抽出プロセスの蒸気発生ループ内へと供給されうる。ＨＨＲ除去システムの不存在下では、水は、通常は溶媒回収カラム塔頂から取り出され、蒸気発生区域内に供給されることに留意すべきである。したがって、ＨＨＲ除去システムが存在する場合の水の取り出し及び溶媒＋水の流れの供給は、芳香族抽出ユニットの通常のプロセス構成から逸脱していない。これは、ＨＨＲ除去システムを芳香族抽出プロセスに結合させることの追加的な利点である。

当業者は、先に論じた重質炭化水素除去システムは重質炭化水素の除去が有利である任意の処理条件のいずれかと連動させてもよく、また、芳香族抽出蒸留プロセスと連動させた本明細書に提示される実施態様は例示とみなされるべきであることを認識するであろう。当業者はさらに、先に論じたプロセスは廃溶媒又は洗浄水の流れを生じないという利点があることを認識するであろう。ＬＨＣ／重質炭化水素の流れは、例えば、液体燃料システム内に混ぜ込むためにさらに処理されてもよく、又は、別の精製装置に移すことによって、例えば、重質炭化水素をさらに有用な小さい有機物へと分解するため又はこの流れに存在する処理装置を用いて混ぜ合わせるために、さらに処理されてもよい。

さまざまな実施態様では、重質炭化水素を溶媒流から除去する方法が開示される。本方法は、重質炭化水素及び少なくとも１種類の溶媒を含む混合物の第１のバッチを提供すること；混合物の第１のバッチを軽質炭化水素を用いて抽出すること；混合物の第１のバッチを水洗浄を用いて洗浄すること；混合物の第１のバッチを縦型の多段接触器内において水洗浄を用いて洗浄すること；水洗浄を除去すること；及び重質炭化水素を含むアウトプット流を隔離することを含む。さまざまな実施態様では、本方法はさらに、供給する工程を少なくとも１回の追加時間、繰り返すことを含む。したがって、本明細書に開示される重質炭化水素を除去するための方法は、連続して行うことができる。

本発明のさまざまな実施態様では、重質炭化水素を含むアウトプットはさらに、軽質炭化水素を含む。本発明のさまざまな実施態様では、溶媒流は閉ループ溶媒流を含む。本発明のさまざまな実施態様では、溶媒流は芳香族化合物を含む。本発明のさまざまな実施態様では、抽出工程は、重質芳香族化合物を除去する。

本発明のさまざまな実施態様では、少なくとも１種類の溶媒中の重質炭化水素の濃度は、本方法の作動を引き起こす閾値を上回る。

このように、本発明のさまざまな実施態様は、溶媒流から重質炭化水素を除去するための装置を開示し、本装置は、第１の抽出ユニット；第２の抽出ユニット；軽質炭化水素インプットライン；水インプットライン；及び、重質炭化水素アウトプットラインを備える。

さまざまな実施態様では、溶媒流は閉ループ溶媒流を含む。さまざまな実施態様では、装置はさらに、第１の抽出ユニットからのアウトプットラインを備える。さまざまな実施態様では、装置はさらに、溶媒再生システムを含む。

前述の説明から、当業者は、本開示の精神及び範囲から逸脱することなく、本開示の本質的な特性を容易に解明することができ、また、様々な変更及び改変を行って様々な利用法及び条件に適合させることができる。上述の実施態様は単なる例示として解釈されるべきであり、添付の特許請求の範囲に定義される本開示の範囲の限定ととらえられるべきではない。

Claims (20)

1. 溶媒流から重質炭化水素を除去するための装置であって、
   第１の抽出ユニット；
   第２の抽出ユニット；
   軽質炭化水素インプットライン；
   水インプットライン；
   重質炭化水素アウトプットライン；及び
   溶媒アウトプットライン
   を備える装置。
2. 溶媒流が閉ループ溶媒流を含む、請求項１に記載の装置。
3. 前記第１の抽出ユニットからのアウトプットラインをさらに備える、請求項１に記載の装置。
4. 溶媒再生システムをさらに備える、請求項１に記載の装置。
5. 溶媒流から重質炭化水素を除去するための装置であって、
   第１の抽出ユニット；
   第２の抽出ユニット；
   軽質炭化水素インプットライン；
   水インプットライン；
   重質炭化水素アウトプットライン；及び
   溶媒アウトプットライン
   を備える装置。
6. 溶媒流が閉ループ溶媒流を含む、請求項５に記載の装置。
7. 前記第1の抽出ユニットからのアウトプットラインをさらに備える、請求項５に記載の装置。
8. 溶媒再生システムをさらに備える、請求項５に記載の装置。
9. 前記抽出蒸留プロセスが芳香族抽出蒸留プロセスを含む、請求項５に記載の装置。
10. 前記ストリッピング蒸気が前記溶媒再生システムによって生成される、請求項５に記載の装置。
11. 溶媒流から重質炭化水素を除去するための方法であって、
    重質炭化水素及び少なくとも１種類の溶媒を含む混合物の第１のバッチを提供すること；
    前記混合物の前記第１のバッチを軽質炭化水素を用いて抽出すること；
    前記混合物の前記第１のバッチから前記少なくとも１種類の溶媒を除去すること；
    前記混合物の前記第１のバッチを水洗浄を用いて洗浄すること；
    前記水洗浄を除去すること；及び
    重質炭化水素を含むアウトプット流を隔離すること
    を含む方法。
12. 重質炭化水素を含む前記アウトプット流がさらに前記軽質炭化水素を含む、請求項１１に記載の方法。
13. 前記溶媒流は閉ループ溶媒流を含む、請求項１１に記載の方法。
14. 前記水洗浄が前記混合物の第２のバッチのための第１の水洗浄を含むように、前記水洗浄が閉ループシステムに移送される、請求項１１に記載の方法。
15. 少なくとも１種類の溶媒を再生することをさらに含み；再生工程が、溶媒再生システムの使用を含む、請求項１１に記載の方法。
16. 前記水洗浄が、前記溶媒再生システムによって生成される凝縮されたストリッピング蒸気を含む、請求項１１に記載の方法。
17. 前記少なくとも１種類の溶媒中の前記重質炭化水素の濃度が、前記方法の作動を引き起こす閾値よりも高い、請求項１１に記載の方法。
18. 前記溶媒流が芳香族化合物を含む、請求項１１に記載の方法。
19. 前記抽出工程が重質芳香族化合物を除去する、請求項１１に記載の方法。
20. 軽質炭化水素インプットラインをさらに備える、請求項１に記載の装置。

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