NO123579B - - Google Patents

Description

Fremgangsmåte for gjenvinning av løsningsmiddel.

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for gjenvinning av løsningsmiddel.

Væske-væskeekstraksjon er meget anvendt i petroleumindustrien for å raffinere hydrokarbonblandinger som inneholder smøre-olje, brennstoffer, krakkede utgangsmaterialer og middeldestillater. Ved ekstraksjonsprosessen blir et løsningsmiddel anvendt for å skille petroleumblandingene, som kan inneholde både hydrokarbon- og ikke-hydrokarbonbestanddeler, i-et raffinat som inneholder bestanddeler uløselige i løsningsmidlet og et ekstrakt som inneholder de bestanddeler som er løselige i løsningsmidlet..I forbindelse, med smøreoljer blir løsningsmiddelekstraksjon anvendt for å fjerne mer aromatiske forbindelser fra oljen samt ikke-hydrokarbonbestanddeler som har en tendens til å danne avsetninger eller virke korroderende på utstyret. Ved opparbeiding av krakkede utgangsmaterialer, brennstoffer og middeldestillater, blir løsningsmiddelekstraksjon anvendt for å separere de mer aromatiske bestanddeler for derved å få et raffinert oljeprodukt med forbedrede krakkingsmuligheter, bedre brennkarakteristika samt bedret stabilitet.

q Det mest anvendte løsningsmiddel for slike ekstraksjons-prosesser i petroleumindustrien, har i mange år vært furfural. I det siste har man funnet at N-metyl-2-pyrrolidon, heretter betegnet NMP, er et bedre løsningsmiddel og har flere fordeler fremfor furfural. Ved å anvende NMP istedenfor furfural, kan man redusere løsningsmid-deldoseringen til omtrent halvparten i forhold til det som er nød-vendig med furfural for å oppnå samme kvalitetsprodukt. Dette betyr at man kan bruke langt mindre løsningsmiddel, og dette igjen betyr at energitilførselen for gjenvinning av løsningsmidlet i et NMP-system er mindre enn for furfural. Man unngår dessuten avsetninger og gjen-tetninger i utstyret ettersom NMP ikke underkastes polymerisasjon i nærvær av oppløst luft eller oksygen. Man har dessuten funnet at NMP er langt mindre korroderende enn furfural. En videre betydelig fordel ved NMP er at det danner en ideell blanding med vann, det vil si at det ikke danner et azeotrop eller en konstant kokende blanding med vann, slik at blandinger av vann og NMP kan separeres fullstendig ved enkel destillasjon.

Ved løsningsmiddelseparasjon av hydrokarbonblandinger med NMP danner det seg en raffinatfase som inneholder de bestanddeler som er uløselig i løsningsmidlet sammen med en del oppløst NMP, og en ekstraktfase som inneholder de løselige bestanddeler i hydrokar-bonblandingen, samt hovedmengden av NMP-løsningsmidlet. Separasjon av det oppløste NMP fra raffinatfasen og- utskillelse av de oppløste hydrokarboner fra ekstraktfasen, kan utføres ved destillasjon eller re-ekstraksjon med et annet løsningsmiddel. I den destillasjons-separasjonsmetoden som er beskrevet i norsk patent nr. 121 292, kan raffinatfasen underkastes en første termisk destillasjon for å skille hovedmengden av det oppløste løsningsmiddel fra den raffinerte olje, hvoretter det gjenværende, oppløste løsningsmiddel utskilles ved damp-destillasjon i høyvakuum. Foreliggende oppfinnelse er en forbedring med hensyn til den fremgangsmåte som er beskrevet i dette patent, og angår spesielt fremgangsmåten for å skille oppløst NMP fra den raffinerte olje eller raffinatfasen.

Ved foreliggende fremgangsmåte blir'konderisatet fra dampdestillasjonen av raffinatprodukter, og mulige ekstraktprodukter, tilsatt raffinatfasen fra det primære ekstraksjonstårn for derved å utskille en vesentlig del av NMP-løsningsmidlet fra raffinatet og å mette den gjenværende oljefase med oppløst vann. Virkningen av dette oppløste vann er å redusere den temperatur som er nødvendig ved fra-destillasjonen av NMP fra raffinatoljen, og å gjøre det mulig å heve destillasjonstrykket uten derved å oppnå temperaturer som kunne, være skadelige for raffinatproduktets kvalitet. Som nevnt ovenfor, omfatter det raffinat som dannes ved løsningsmiddelraffinering av en hydrokarbonolje med NMP, de bestanddeler i hydrokarbonoljen som er uløselig i NMP samt noe oppløst NMP. Ekstraktfasen omfatter hovedmengden av NMP-løsningsmidlet, en mindre mengde vann samt ekstrakt-oljen, og den sistnevnte omfatter de bestanddeler i hydrokarbonoljen som er løselig i NMP. En mindre vannmengde er alltid tilstede i ek-straksjonsfasen som et resultat av den fuktighet som er tilstede i utgangsmaterialet, heri innbefattet vann i det resirkulerte NMP-løs-ningsmiddel på grunn av en ufullstendig utskillelse av vann, eller ved at man tilsetter en mindre mengde vann for å bedre løsningsmiddel-selektiviteten.

Det er foretrukket å regulere vanninnholdet i NMP-løs-ningsmidlet i ekstraksjonssonen på et nivå på ca. 1.0 vektprosent for å oppnå maksimal selektivitet uten nedsatt løselighet.

Ifølge foreliggende oppfinnelse er det således tilveiebragt en fremgangsmåte for gjenvinning av løsningsmiddel hvor en hydrokarbonolje i en ekstraksjonssone bringes i kontakt med et løs-ningsmiddel omfattende N-metyl-2-pyrrolidon (NMP), hvorved det dannes en raffinatfase omfattende de bestanddeler i nevnte hydrokarbonolje som er uløselig i løsningsmidlet samt en del oppløst NMP, og en ekstraktfase omfattende nevnte løsningsmiddel, en mindre vannmengde samt en ekstraktolje omfattende de bestanddeler i hydrokarbonoljen som er løselig i løsningsmidlet, kjennetegnet ved at raffinatfasen bringes i kontakt med en vannholdig strøm inneholdende oppløst NMP for derved å få utskilt en løsningsmiddelfase fra en oljefase med redusert NMP-innhold og forøket vanninnhold, oljefasen destilleres termisk i en første destillasjonssone hvor NMP og oppløst va-n utskilles som et første destillat fra et første destillasjonsbunnprodukt, det første destillasjonsprodukt vakuumdampdestilleres i en annen destillasjonssone for derved å få utskilt et annet destillat, omfattende NMP og vann fra et annet destillasjonsbunnprodukt bestående av et raffinert oljeprodukt, og nevnte-andre destillat anvendes for å tilveiebringe den vannholdige strøm, og at NMP og vann eventuelt skilles fra ekstraktfasen og kombineres med det andre destillat for derved å tilveiebringe den vannholdige strøm samt at ekstraktfasen eventuelt destilleres termisk i en tredje destillasjonssone for derved å få utskilt et tredje destillat omfattende NMP og vann fra et tredje destillasjonsbunnprodukt omfattende NMP og nevnte ekstraktolje, det tredje destil-las j onsbunnprodukt destilleres termisk i en fjerde destillasjonssone for derved å få utskilt tørr NMP som et fjerde destillat fra et fjerde destillasjonsbunnprodukt omfattende gjenværende NMP og ekstraktolje, vakuumdampdestillerer det fjerde destillasjonsbunnprodukt i en femte destillasjons sone for derved å få utskilt NMP og vann som et femte destillat fra et femte destillasjonsbunnprodukt omfattende ekstraktoljeprodukt, og det andre destillat kombineres med det femte destillat for å tilveiebringe den vannholdige strøm, og at nevnte løsningsmiddel-fase eventuelt føres til en sjette destillasjonssone for der å utskille vann som et sjette destillat fra tørr NMP utskilt som et sjette destillasjonsbunnprodukt som tilbakeføres til ekstraksjonssonen.

I det tilfelle nevnte fjerde destillat inneholder oppløst olje er det foretrukket at en del eller alt av nevnte fjerde destillat føres som intermediært tilbakeløp til sjette destillasjonssone for å

få utskilt et sjette destillat omfattende den oppløste olje og vann fra sjette destillasjonsbunnprodukt omfattende oljefri, tørr NMP. Når det fjerde destillat inneholder oppløst olje er det også hensiktsmessig at destillatet føres til en syvende destillasjonssone hvor et sekun-dært løsningsmiddel er tilstede og som-frembringer en separasjon ved destillasjon mellom den oppløste olje og NMP, og at strømmen som inneholder det sekundære løsningsmiddel underkastes en ytterligere separasjon hvor nevnte sekundære løsningsmiddel gjenvinnes og resirkuleres til nevnte syvende destillasjonssone.

Destillatet fra femte destillasjonssone og annen destillasjonssone kan kombineres for derved å tilveiebringe det kondensat som kontaktes raffinatfasen. En del av destillatet fra første destillasjonssone blir fordelaktig tilført som tilbakeløp til både første og annen destillasjonssone. Destillatet fra tredje destillasjonssone anvendes som tilbakeløp for tredje og femte destillasjonssone. Den løsningsmiddelfase som utskilles når kondensatet tilsettes raffinatfasen, kan også anvendes som en del av tilbakeløpet i tredje og femte destillasjonssone. Den løsningsmiddelfase som ikke anvendes som til-bakeløp slik det er beskrevet ovenfor, kan føres til en sjette destillasjonssone for å skille vann fra tørt NMP-løsningsmiddel for re-sirkulering. Når man raffinerer oljer, som inneholder bestanddeler som koker nær eller koker sammen med NMP-løsningsmidlet, så kan det tørre løsningsmiddeldestillat fra fjerde destillasjonssone inneholde en mindre mengde hydrokarbonoljer. I dette tilfelle føres det fjerde destillat som en intermediær tilbakeløpsfase eventuelt som nevnt til sjette destillasjonssone for derved å få skilt den oppløste olje fra fjerde sones destillat ved hjelp av vanntilbakeløpet som azeotroper med oljen. Den oppløste olje vil føres over til samletanken for sjette destillasjonssone, og kan der dekanteres fra vannet, som også føres inn i denne tank.

Hvis det er- ønskelig kan ytterligere vann tilsettes til den utskilte oljefase og ekstraktfasen før deres destillasjon for derved å redusere destillasjonstemperaturen og øke et mulig destilla-sjonstrykk.

Det er fordelaktig at så meget som mulig av vakuumdamp-kondensatet resirkuleres til raffinatblandingen, dog ikke over 50 vektprosent vann basert på det tilstedeværende løsningsmiddel. Ved faselikevekt er vannmengden oppløst i raffinatblandingen som føres til fordamperen, mindre enn 5 vektprosent. Mengden NMP i raffinatfasen som utskilles ved tilsetning av kondensatet, er fra 30 til 85 vektprosent.

Den vedlagte tegning viser et diagram for foreliggende fremgangsmåte.

Utgangsoljen identifisert som et "Voksdestillat 7", et ut-gangsmateriale for smøreolje med en spesifikk vekt på 27.7°API og utskilt ved en vakuumdestillasjon fra en råolje, tilføres med en hastighet på 6600 liter/time og ved en temperatur på ca. 85°C til ekstraktor 2. Det oppløste vann i oljen er ^30 deler/million. Ekstraktor 2 er en motstrømskontaktanordning, f.eks. en roterende skiveekstraktor hvor den tilførte olje blir kontaktet i motstrøm med NMP-løsningsmidlet, som tilføres med en hastighet på 99 500 liter/time med en temperatur på 91°C via ledning 3« NMP-løsningsmiddelstrømmen inneholder 1.0 vektprosent vann. Ved kontakten mellom oljen og NMP-løsningsmidlet får man en ekstraksjon fra oljen av de bestanddeler som er løselige i NMP-fasen, og ekstraktfaseproduktet omfatter ekstraherte bestanddeler og løsningsmidlet, og dette produkt tas ut fra bunnen av ekstraktor 2 via ledningen 4 ved en temperatur på 77 o C. Sammensetningen av ekstraktfasen er 73-6 vektprosent NMP og 25-7 vektprosent oppløst olje samt 0.7 vektprosent oppløst vann.

Raffinatfasen tas ut fra toppen av ekstraktor 2 via ledning 5 med en hastighet på 58 000 liter/time ved en temperatur på 91°C. Denne fase består av 73.6 vektprosent raffinatoljeprodukt, 26.1 vektprosent oppløst NMP og 0.3 vektprosent oppløst vann.

Raffinatfasen i ledning 5 føres til blander 8, hvor den blandes med kondensat fra ledning 9- Kondensatet er en blanding av 2560 kg/time NMP og 2410 kg/time vann, og har en temperatur på 38°C. Den resulterende blanding av raffinatfasen og kondensatet får en temperatur på 86°C og føres via ledningen 10 til separator 11. I separator 11 får man utskilt en vandig fase bestående av 13 380 kg/time NMP, 743 kg/time oppløst olje og 1480 kg/time oppløst vann, og dette tas ut fra bunnen av separator 11 via ledningen 12. Fra toppen av separator 11 får man utskilt en oljefase bestående av 37 500 kg/time olje, 2680 kg/time oppløst NMP og 1070 kg/time oppløst vann, og dette tappes ut via ledning 13. Oljefasen i denne ledning føres til varmespiral 14 i fordamper 15, hvor det blir oppvarmet til en temperatur på 260°C.

Den resulterende dampvæskeblanding føres via ledning 16 til des.tilla-sjonstårn 17. Destillat fra tårn 17 tappes ut via ledning 20, og innbefatter 1980 kg/time NMP og 1030 kg/time vann og føres til des-tillatmottaker. 21. Tilbakeløp tilføres destillasjonstårn 17 fra mot-taker 21 via ledningene 22 og 23. Bunnproduktet fra destillasjonstårnet omfatter 38200 kg/time olje, 955 kg/time oppløst NMP og 44 kg/ oppløst vann, og dette produkt tas ut via ledning 25 og føres til va-kuumdestillasjonstårnet 26. Dette tårn tilføres damp via ledning 27 med en hastighet på 1270 kg/time, og det gjenværende NMP strippes fra det raffinerte oljeprodukt som tas ut via ledning 28. Dette raffinerte oljeprodukt har en spesifikk vekt på 32.9°API og det fremstilles med i en mengde på 43600 liter/time, dvs. et utbytte på 66 volumprosent i forhold til tilførselen. Destillatet som innbefatter 1490 kg/ time NMP og 1310 kg/time damp tas ut via ledning 30 til destillatmottakertank 31.

Ekstrakt i ledning 4 føres til varmeveksler 35, hvor ek-straktet og 57 volumprosent resirkulert ekstrakt oppvarmes til ca. 211°C og føres deretter via ledning 36 til destillasjonstårn 37» Destillatet fra dette tårn som omfatter 42500 kg/time NMP og 920 kg/time damp, tas ut via ledning 39. Vannfritt bunnprodukt som innbefatter kg/time NMP og 32300 kg/time tappes ut via ledning 47. Destillatet i ledning 3? føres til destillatmottakertank 40. Tilbakeløp for destillasjonstårn 37 tappes ut fra tank 40 via ledning 41.

Bunnfraksjonen i ledning 47 føres til varmespiral 50 i fordamper 51, hvor temperaturen heves til 301°C. Den oppvarmede væske føres deretter via ledning 52 til destillasjonstårn 54. I dette destillasjonstårn ble hovedmengden av det gjenværende NMP utskilt som et destillat via ledning 55 > og det omfatter 51500 kg/time tørr NMP. Denne strøm returneres via ledningene 55 og 3 til ekstraktor 2. Bunn-produktene fra destillasjonstårn 54 i ledning 56 omfatter 20600 kg/ time olje og 710 kg/time NMP, og dette produkt føres til vakuum-destillasjonstårn 57- I dette tårn blir damp tilført med en hastighet på 1140 kg/time via ledning 58. Ekstraktoljeprodukt fritt for oppløst NMP tas ut via ledning 65 med en hastighet på 20600 kg/time. Vakuum-destillasjonstårn 57 blir også tilført destillat fra tank 40 via ledning 46 eller vannfase fra ledningen 12 og 45 via 61 hvor det oppsam-les ca. 480 kg/time oppløst NMP. Destillatet fra tårn 57 i ledning 60 omfatter 1190 kg/time NMP og 1140 kg/time vann og kombineres med destillatet i ledningen 30, hvorved man får tilveiebragt kondensatet som resirkuleres via ledning 9-

Den vandige løsningsmiddelfase i ledning 12 og fuktig destillat fra mottakertank 40 og ledning 66 kombineres i ledning 67 og føres til destillasjonstårn 68. I dette tårn blir vann utskilt med en -hastighet på 6250 kg/time i destillatet til ledning 69, og tørt løs-ningsmiddel for retur til ekstraktor 2 tappes ut via bunnen av tårn 68 gjennom ledning 3 med en hastighet på 104500 kg/time.

I det spesifikke eksempel som er beskrevet var forskjellen mellom kokepunktet for NMP og bestanddelene i "Voksdestillat 7" slik at ingen olje hadde en tendens til å akkumulere seg i det tørre løs-ningsmiddel. Når man imidlertid opparbeider gassoljeutgangsmaterialer hvor det skjer en akkumulering av en medkokende olje i det sirkulerende løsningsmiddel, så er det tilveiebragt en anordning for å til-bakeføre det sirkulerende løsningsmiddel eller en del av dette til den sjette destillasjonssone. I dette tilfelle blir en del av det tørre løsningsmiddel i ledning 55 fra destillasjonstårn 54 tatt ut via ledning 70, tilbakeført til destillasjonstårn 68 hvor den medkokende olje og vann utskilles som et azeotropisk destillat via ledning 69, mens olje og vannfritt løsningsmiddel tas ut via ledning J>. Destillat i ledning 69 akkumuleres i separator 71• Vann tas ut via ledning 59 og

utskilt olje via ledning 72. Ytterligere vanntilbakeløp for tårn 68

kan tilveiebringes ved å tappe vann fra separator 71 via ledning 73.

En fordel ved foreliggende fremgangsmåte er at den damp

som er nødvendig for vakuumdampdestillasjonen av raffinatet og ekstrak-

tet, når den er kondensert og blandet med raffinatfasen fra ekstraksjonssonen, er tilstrekkelig til å utskille en løsningsmiddelfase som inneholder ca. 80 % av det NMP som opprinnelig var oppløst i raffinatblandingen. Forbruket av brennstoff i fordampningsoppvarmeren som anvendes i gjenvinning av løsningsmidlet, og størrelsen og omkost-

ningene for denne fordamper, blir betydelig redusert fordi det NMP som fjernes ved faseseparasjon, ikke nødvendigvis trenger å gjenvinnes ved fordampning i fordampere og etterfølgende destillasjonssoner. En tilsetning av kondensatet i raffinatet gir ingen ytterligere destilla-sjohsproblemer ettersom det er nødvendig å fradestillere vannet fra NMP i denne kondensatstrøm i hvert tilfelle.

En videre og relativt uventet fordel ved tilsetningen av kondensatet til raffinatfasen, er at den gjenværende oljefase blir mettet med vann. Skjønt denne vannmengde er relativt liten på vekt-

basis, fordi dampen har relativt lav molekylvekt sammenlignet med NMP

og de hydrokarboner som destilleres, så gir det oppløste vann en stor dampmengde på molfraksjonsbasis. Effekten av dette vann på likevekts-destillasjonen gjør at man kan heve trykket for raffinatfasen i første destillasjonstårn til minst 0.35 kg/cm 2, således at man reduserer dia-meteren og derved omkostningene på destillasjonstårnet samtidig som man oppnår samme vektprosent fordampning av NMP. Denne fordampning skal oppnås videre med lavere utløpstemperatur.

Claims (3)

1. Fremgangsmåte for gjenvinning av løsningsmiddel hvor en hydrokarbonolje i en ekstraksjonssone bringes i kontakt med et løs-ningsmiddel omfattende N-metyl-2-pyrrolidon (NMP), hvorved det dannes en raffinatfase omfattende de bestanddeler i nevnte hydrokarbonolje som er uløselig i løsningsmidlet samt en del oppløst NMP, og en ekstraktfase omfattende nevnte løsningsmiddel, en mindre vannmengde samt en ekstraktolje omfattende de bestanddeler i hydrokarbonoljen som er løselig i løsningsmidlet, karakterisert ved at raffinatfasen bringes i kontakt med en vannholdig strøm inneholdende opp-løst NMP for derved å få utskilt en løsningsmiddelfase fra en oljefase med redusert NMP-innhold og forøket vanninnhold, oljefasen destilleres termisk i en første destillasjonssone hvor NMP og oppløst vann utskil-

6om et første destillr-t fra et første destillasjonsbunnprodukt, det første destillasjonsprodukt vakuumdampdestilleres i en annen destillasjonssone for devved å få utskilt et annet destillat, omfattende NMP og vann fra et annet destillasjonsbunnprodukt bestående av et raffinert oljeprodukt, og nevnte andre destillat anvendes for å tilveiebringe den vannholdige strøm, og at NMP og vann eventuelt skilles fra ekstraktfasen og kombineres med det andre destillat for derved å tilveiebringe den vannholdige strøm samt at ekstraktfasen eventuelt destilleres termisk i en tredje destillasjonssone for derved å få utskilt et tredje destillat omfattende NMP og vann fra et tredje des-tillasj onsbunnprodukt omfattende NMP og nevnte ekstraktolje, det tredje destillasjonsbunnprodukt destilleres termisk i en fjerde destillasjonssone for derved å få utskilt tørr NMP som et fjerde destillat fra et fjerde destillasjonsbunnprodukt omfattende gjenværende NMP og ekstraktolje, vakuumdampdestillerer det fjerde destillasjonsbunnprodukt i en femte destillasjonssone for derved å få utskilt NMP og vann som et femte destillat fra et femte destillasjonsbunnprodukt omfattende ekstraktoljeprodukt, og det andre destillat kombineres med det femte destillat for å tilveiebringe den vannholdige s.trøm, og at nevnte løs-ningsmiddelfase eventuelt føres til en sjette destillasjonssone for der å utskille vann som et sjette destillat fra tørr NMP utskilt som et sjette destillasjonsbunnprodukt som tilbakeføres til ekstraksjonssonen.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor nevnte fjerde destillat inneholder oppløst olje, karakterisert ved at den del eller alt av nevnte fjerde destillat føres som intermediært tilbakeløp til sjette destillasjonssone for å få utskilt et sjette destillat omfattende den oppløste olje og vann fra sjette destillasjonsbunnprodukt omfattende oljefri, tørr NMP.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor det fjerde destillat inneholder oppløst olje, karakterisert ved at nevnte fjerde destillat føres til en syvende destillasjonssone hvor et se-kundært løsningsmiddel er tilstede og som frembringer en separasjon ved destillasjon mellom den oppløste olje og NMP, og at strømmen som inneholder det sekundære løsningsmiddel underkastes en ytterligere separasjon hvor nevnte sekundære løsningsmiddel gjenvinnes og resirkuleres til nevnte syvende destillasjonssone.