专利名称：通过耦合萃余残渣造粒实现重质油深度梯级分离的方法及处理系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种石油重质油深度加工工艺及其设备，尤其是耦合萃余残渣造粒同时低温分离溶剂的重油深度梯级分离方法。
背景技术：
溶剂脱沥青是将石油重质油中的重质组分沥青脱除出来的技术，适用于对开采得到的重质油和油砂沥青，石油加工过程中得到的各种常压和减压渣油的处理，这类重质油的密度(20℃)＞0.934g/cm3或沸点高于350℃。脱除沥青后的脱沥青油主要用于生产润滑油基础油或作为催化裂化或加氢裂化(不限于)后续加工的原料，脱除的沥青可作为道路沥青、建筑沥青或燃料。
生产润滑油的溶剂脱沥青技术一般采用丙烷作溶剂；为催化裂化或加氢裂化提供原料时一般采用丁烷或丁烷馏分作为溶剂，得到的沥青主要作为燃料或道路沥青调合组分。现有溶剂脱沥青技术主要有两级或三级过程。在第一段中溶剂和重质油原料混合后分为轻重两相，轻相由溶剂和被溶解的脱沥青油(Deasphalted Oil-DAO)组成，重相称为沥青相，由脱油沥青(Deoiled Asphalt或称Asphaltene(Asp.))和一定含量的溶剂组成。沥青相抽出后由加热炉加热到较高温度后闪蒸脱除其中大部分溶剂，再用水蒸气汽提其中的剩余溶剂，得到脱油沥青。在二级过程中脱沥青油相经加热在溶剂的近临界或超临界条件下回收绝大部分溶剂，再用水蒸气汽提其中的剩余溶剂后得到脱沥青油。三级过程中脱沥青油相再经加热升温或降压，以降低溶剂的溶解能力，使其中的胶质在二级分离中沉降下来，脱沥青油相再经升温或降压进入第三级回收溶剂。胶质和脱沥青油再分别汽提脱除剩余的溶剂，得到所谓的重脱油(或称胶质)和轻脱油。这种传统的溶剂脱沥青三级分离过程，脱沥青油的质量控制方法是脱沥青油相经换热器加热升温，使DAO中的胶质在二级分离中沉降下来，其分离效率仅为1个平衡级，对重质原料得到较差的DAO的质量改善不大。即使这样，三级分离过程胶质分离塔的进料还是需要复杂的换热系统才能实现。
按照现有技术的溶剂脱沥青工艺，无论是二级还是三级流程，沥青相的加热是制约脱沥青油收率的关键。要得到较高的脱沥青油收率，需要使用更重的溶剂(如戊烷或己烷)，得到的沥青的软化点必然提高，为脱除沥青相中的溶剂就需要加热到更高的温度，在如此高温下(高于软化点)沥青易发生分解缩合反应，加热炉结焦问题难以解决。而且由于高软化点(＞100℃，特别是＞150℃)沥青即使在高温下粘度依然很高，生产中出料和输送都十分困难，因而目前的工艺难以满足重质油深度加工的要求。
美国专利(US Patent，3847751，(1974))提出了回收高沥青质含量沥青的梯级分离工艺，其中沥青相的处理方法是采用加热炉将沥青相加热到287～371℃，脱除其中的溶剂后再喷雾造粒，前述采用加热炉流程带来的问题同样没有得到有效的解决。
本案申请人曾有在先专利ZL 01141462.6，“一种脱除石油渣油中高软化点沥青的梯级分离工艺及其设备”，公开了一种通过对溶剂萃取后的沥青相直接节流膨胀喷雾成高软化点沥青微粒，膨胀后沥青相中残留的溶剂成为气体，与沥青微粒实现低温气固分离，优点是沥青相中溶剂的回收不必再使用传统的投资较高的加热炉加热和闪蒸汽提方法，从而实现简化流程，降低建设投资。该专利方法的处理产物有两部分，即脱油沥青微粒(Asp.)和脱沥青油(DAO)。但是该专利技术的实施仍有其局限性，一方面，该专利虽然可以在较低温度分离沥青，但沥青分散造粒的效果主要由萃余沥青相的性质和萃取塔的操作条件控制，没有独立调节手段，沥青颗粒尺寸不易控制，甚至影响过程操作；另一方面，该专利方法对于更“重质”原料的处理，较差的DAO质量的调节问题，仍不能有效解决，因此在实际应用中还有一定限制。
发明内容
本发明在目前梯级分离重质油的工艺基础上提供了一种通过耦合萃余残渣造粒，同时实现低温分离溶剂的重油深度梯级分离方法，不仅可得到较高收率的脱沥青油，对于沥青相的处理不再需要高温加热，简化了工艺过程，同时实现对更“重质”的重质油原料的深度梯级分离，为重质油轻质化加工过程如催化裂化或加氢裂化提供经过更广泛的改质原料。
本发明提供了通过耦合萃余残渣造粒实现重质油深度梯级分离的方法，其包括如下过程1)使重质油原料与萃取溶剂混合进行萃取分离出沥青相和脱沥青油相；2)分离出的沥青相中进一步加入分散溶剂，对沥青相在被分散状态下进行气固相变分离，使沥青分散成固体颗粒，而溶剂成为气态被冷凝回收，所述分散溶剂与沥青相的质量流量比0.01-0.5∶1，该过程中气固分离温度高于溶剂的沸点，低于沥青的软化点。所述沥青的软化点高于100℃，优选高于150℃。
本案发明人的研究发现，萃取后的沥青相中引入分散溶剂，使沥青相与该分散溶剂混合后在气固分离器中快速相变并被强化分散为固体颗粒，此时用常压低温气固分离器完全替代了加热沥青所需的高温高压加热炉，而且由于沥青相是在被强化分散作用下经过气固分离得到沥青颗粒，通过控制该分散溶剂的混合量可以实现沥青微粒尺寸的调控，即，实现耦合萃余残渣的造粒。本发明对该实现对沥青相强化分散的分散溶剂称为“强化分散溶剂”，理论上对该强化分散溶剂的选择没有特别限定，只要其能实现所述的分散效果即可，即，可以与用于萃取重质油原料的溶剂相同也可以不同，实际生产过程中，从方便操作考虑优选所述分散溶剂与分离系统中用于萃取重质油的溶剂相同。
与所提到的在先专利ZL 01141462.6的方案相似，沥青相与脱沥青油相的分离也是在萃取塔中进行，根据本发明的方案，萃取塔的温度可以控制在80℃-250℃之间，压力为3.0-10.0MPa，进入萃取塔时，萃取溶剂(称为“主溶剂”)与重质油原料的质量流量比为1.5-5.0∶1(定义为主溶剂比)，分离出脱沥青油相，从萃取塔底部再次加入萃取溶剂(称为“副溶剂”)对萃取塔中的沥青相进一步萃取，副溶剂与重质油原料的质量比为0.2-2.0∶1(定义为副溶剂比)，萃取完成后沥青相从塔底排出。
本发明的整个分离系统中采用的萃取溶剂，主要组分为C4-C6的烷烃，该溶剂馏分中可含异丁烷、正丁烷、正戊烷、异戊烷、正己烷，适用于本发明的溶剂馏分优选假临界温度Tc在120℃-240℃之间，所述假临界温度Tc按公式Tc=Σi=1nxiTci]]>获知，式中xi是组分i摩尔分数，Tci是其临界温度，单位℃，n是溶剂含的组分数。
本发明的分离方法可以是二级分离，将沥青分出并分散成为所要求的微粒，同时得到脱沥青油相。对于“超重”的重质油，可以通过三级分离对脱沥青油进一步分离成轻脱沥青油和胶质，以改善脱沥青油的性质，同时获得最大的轻脱油收率。所以，本发明的重质油深度梯级分离方法还包括，经过程1)溶剂萃取分离出的脱沥青油相先经与超临界溶剂混合，并与已经脱除了胶质的油相逆流接触，分离出较重的胶质相而得到轻脱油相，加热该轻脱油相使其中的溶剂处于超临界状态，实现溶剂与轻脱沥青油的分离；其中，与脱沥青油相混合的超临界溶剂质量流量∶脱沥青油相的总质量流量＝0.01-0.5∶1，脱除了胶质的油相质量流量∶脱沥青油相的总质量流量＝0.01-0.5∶1。
本发明所采用的与脱沥青油相混合的超临界溶剂一般采用分离系统中循环使用的萃取溶剂，而所述脱除了胶质的油相可以是系统中已经超临界分离溶剂后的轻脱油直接回用。根据本发明的方案，萃取塔中出来的脱沥青油相经与适量超临界溶剂直接混合，可被加热升温到适宜的分离温度后进入胶质分离器，配合轻脱油的逆向接触作用，尤其是来自超临界溶剂回收塔循环部分温度较高的轻脱油，使胶质得到有效分离，优选是该轻脱油从分离塔上部进入，使胶质分离塔内通过传质传热形成温度梯度，有利于改善胶质与DAO的分离选择性，胶质分离塔顶部轻相经加热到超临界态，进入超临界溶剂回收塔中，在较低溶剂的密度下实现轻脱油(DAO)与溶剂的有效分离，本发明超临界态回收条件为溶剂的密度低于0.20g/cm3，循环溶剂总量的80％以上可从此塔得到回收，并可在高压下直接循环回萃取塔。
本发明的分离工艺无论是二级或三级分离，均可进一步包括分别对脱沥青油和胶质中剩余少量溶剂降压、加热、汽提、冷却、回收。
本发明的分离方法与传统重油溶剂脱沥青相比，采用碳原子数较高的烷烃(C4、C5、C6烷烃或其混合物)作溶剂，对不同的重质油脱沥青油+胶质(DAO+Resin)收率高，可高达(100-C7沥青质)％，并可灵活控制DAO的收率和质量，DAO和Resin可根据需要作为催化裂化原料或加氢处理原料；用常压低温气固分离器替代高温高压加热炉，并省去胶质分离塔进料加热或换热装置，简化了流程，并降低了投资，而沥青微粒尺寸易调控，不必粉碎即可直接输送，作为气化制合成气及氢气的原料、掺水乳化燃料或直接作为固体燃料。本发明可广泛用于石油重质油深度加工领域以及重油开采的现场改质。
本发明的第二方面是还提供了可实现上述通过耦合萃余残渣造粒，同时实现低温分离溶剂的重质油深度梯级分离的分离系统。
本发明提供的分离系统包括原料混合器、萃取塔、脱沥青油混合器、加热器、常压气固分离器、溶剂罐、超临界溶剂回收塔、脱沥青油汽提塔，其中原料混合器连接萃取塔，溶剂罐通过管路与原料混合器相通，溶剂与重质油原料进入混合器混合后，被输入萃取塔中而分离成沥青相和脱沥青油相，萃取塔的下部还设有溶剂入口，使溶剂可从塔底进入后与沥青相混合再次萃取；萃取塔底部的沥青相出口连接常压气固分离器，其连接管路上还设置有强化分散溶剂的入口和沥青颗粒排出口及与溶剂罐连通的气化溶剂出口，使沥青相与强化分散溶剂混合后进入该气固分离器实施快速相变，沥青分散成固体颗粒，溶剂气化成为气体并通过管路返回溶剂罐，得到不含溶剂的高软化点沥青颗粒；萃取塔上部设置脱沥青油相出口，并通过加热器连接到超临界溶剂回收塔，当脱沥青油相经过加热器进入超临界溶剂回收塔，可使溶剂在超临界状态下与脱沥青油分离；超临界溶剂回收塔下端出口连通脱沥青油汽提塔，所设溶剂出口连通到溶剂罐，可使含少量溶剂的胶质和脱沥青油从下端出口进入脱沥青油汽提塔，该气提塔设物料排放口和溶剂排出口，后者连通到系统的溶剂回路。
萃取用溶剂在该系统中形成循环回路，回收的溶剂被送回溶剂罐(可以在回路中设计高压溶剂罐和低压溶剂罐)，再通过溶剂泵实现循环，必要时可以随时向系统补充溶剂。
需要实施三级分离时，本发明的分离系统还可进一步包括脱沥青油混合器、胶质分离器(或称胶质分离塔)和胶质气提塔，即，在萃取塔与加热炉之间增加胶质分离体系，组合方式为萃取塔上部设置的脱沥青油相出口与脱沥青油混合器连通，该脱沥青油混合器的出口连通胶质分离器，该脱沥青油混合器还设有超临界溶剂入口与超临界溶剂回收塔连通，使脱沥青油相在混合器中与超临界溶剂混合后进入胶质分离器，在其中胶质相与轻脱沥青油相分离；
该胶质分离器的上部设有油相入口，与超临界溶剂回收塔的油相出口通过泵连接，使来自超临界溶剂回收塔的油相从上部进入胶质分离器与来自脱沥青油混合器的混合物成逆向接触，而该胶质分离器的油相和溶剂混合物的出口连通到加热器；胶质分离器的下部连通胶质气提塔，胶质气提塔还设有溶剂出口连通到回收溶剂的管路，在管路中设置冷却器，使来自胶质分离器的胶质进入胶质气提塔，分离出少量溶剂气体后从出口排出胶质。
根据本发明的分离系统，其中所涉及的具体设备，例如常压气固分离器、各种分离塔和萃取塔，及超临界溶剂回收塔等均为本领域的常规设备，本发明的创新在于将其根据工艺的需要进行了适当的组合和连接，形成适用于本发明的完整系统。
从以上介绍可以知道，为获得较高收率的脱沥青油和胶质(DAO+Resin)，本发明采用了碳原子数较高的轻烃(C4、C5、C6烷烃或其混合馏分)作溶剂，由此必然导致脱油沥青(Asp.)的软化点明显升高，难以采用传统的加热炉加热和闪蒸水蒸汽汽提方法处理回收溶剂。而本发明采用了沥青相强化快速相变分离方法，使高软化点沥青残渣分散为固体微粒，在常压低温气固分离器中实现沥青与溶剂分离，使沥青中溶剂的回收不必再使用加热炉，不仅克服了传统工艺中需要对沥青高温加热所带来的问题，与传统的溶剂脱沥青技术相比，本发明引入耦合萃余残渣造粒工艺，更可以处理常规方法难以处理的重质和劣质原料，在为重质油的轻质化过程提供更多的原料的同时，更可节省建设投资。
总之，本发明的分离方法是对在先技术的改进和提高，通过引入强化分散溶剂，实现了独立调节和控制萃余沥青相的分散造粒，可以根据需要控制可调节沥青颗粒的尺寸；同时，传统的溶剂脱沥青三级分离过程，脱沥青油的质量控制方法是脱沥青油相经换热器加热升温，使DAO中的胶质在二级分离中沉降下来，其分离效率仅为1个平衡级，对重质原料得到较差的DAO的质量改善不大，本发明方法从两个方面改进分离效果，一是脱沥青油与超临界溶剂的直接混合加热，二是超临界溶剂回收塔底部循环部分温度较高的轻脱油到胶质分离塔上部，通过传热传质形成由底部到顶部温度升高的温度梯度，改善胶质与DAO的分离选择性，所以本发明的实施还可去掉了传统溶剂脱沥青三级分离过程胶质分离塔进料的复杂换热系统。
图1是本发明优选实施方案的工艺和设备流程示意图。
具体实施例方式
以下结合附图和具体实施方案对本发明进行更详细的介绍。
本发明采用的溶剂主要为C4、C5、C6烷烃或其混合物馏分，此溶剂可含丁烷、戊烷、己烷及它们的异构体，其假临界温度要求在120-240℃之间，假临界温度Tc按公式Tc=Σi=1nxiTci,]]>式中xi是组分i摩尔分数，Tci是其临界温度，单位为℃，n是溶剂的组分数。工艺过程如下首先，将溶剂(主溶剂)按一定的比例与重质油在原料混合器01中混合，主溶剂与原料之比按质量流量计为1.5-5.0(wt/wt)，混合物料进入萃取塔02分离得到脱沥青油相和沥青相，萃取塔02在温度120-200℃和压力3.0-10.0MPa下操作。
其后，脱沥青油相从萃取塔02上部分出，沥青相再次与从萃取塔底进入的溶剂(副溶剂)充分接触，副溶剂与原料的质量流量比例为0.2-2.0，副溶剂进一步溶解沥青相中的残余油分，以得到较高软化点的沥青(＞100℃，优选＞150℃)。从萃取塔02分出的沥青相与强化分散溶剂混合，进入气固分离器07中经快速相变分离，此时溶剂和沥青温度降至溶剂沸点至沥青软化点之间的范围内，溶剂成为气体，高软化点沥青被分散成为固体微粒，微粒的粒径分布在1-600μm内，沥青颗粒中溶剂残留低于0.35％，调整强化分散溶剂的混入，沥青微粒的平均粒径实现灵活调节而具有良好的流动性，可直接从气固分离器07底部排放。沥青微粒可作为固体燃料，也可制备成平均粒径＜100μm的微粒用于掺水乳化燃料。溶剂气体从气固分离器07上部分出在回路上经冷却器10冷凝后可回到低压溶剂罐中供循环使用。
对于重质原料，如油砂沥青或超重油等，需要将经过萃取分离从萃取塔02上部排出的脱沥青油进一步分离成轻脱沥青油和胶质以改善脱沥青油的性质，同时获得最大的轻脱油收率。可采取三级分离流程，脱沥青油相经与来自超临界溶剂回收塔06的超临界态溶剂在脱沥青油混合器03中混合升温后进入胶质分离塔04中部，从胶质分离塔04上部向下分散喷入来自超临界溶剂回收塔06塔底的轻脱沥青油相，在胶质(Resin)分离塔04中由下向上形成温度逐步升高的梯度场，使胶质得到有效分离并从塔底部引出实现胶质相的脱除，塔顶分离出轻脱油相。该轻脱油相经加热器05加热升温后进入超临界溶剂回收塔07，使其中溶剂的密度低于0.20g/cm3，丧失对油的溶解能力，将溶剂和脱沥青油分离，并经高压溶剂罐12在高压下直接循环回原料混合器01和萃取塔02。胶质和脱沥青油中剩余的少量溶剂分别经降压加热在胶质汽提塔08和脱沥青油汽提塔09中汽提回收。
如果只需一个脱沥青油产品(不需分离其中的胶质成分)，可采取二级分离的流程，即，从萃取塔04塔顶出来的脱沥青油相可直接进入加热器05，而不需进入流程图中虚框所示胶质分离系统。
无论是二级还是三级流程，从图1可以看到，在本发明的分离系统中，萃取用的溶剂实现了循环利用，经测试总循环溶剂的80％以上在高压下直接得到回收和再利用，高软化点沥青颗粒带走的溶剂损失仅占沥青颗粒质量的0.35％以下；同时，本发明可利用系统内的超临界溶剂和轻脱油作为进一步分离胶质的热源，也实现了热能的循环利用。
脱油沥青(Asp.)表现出极不理想的性质，Asp.中主要成分是沥青质和重胶质，还含少量重质芳烃，杂原子含量高，是重质油轻质化过程中性质最差的组分，是重质油催化反应加工过程中引起催化剂中毒的最主要根源。其分子量大(为重质油的2-7倍)，密度高、H/C原子比低(1.16-1.39)，残炭值高(35.8％-54.6％)，虽然胶质、沥青质的含量较少(10％-30％)，重金属Ni(某些原料油中还含有较大量的V)及S、N杂原子含量高，Ni、V含量占重质油中Ni、V含量的60％-80％，S为25％-40％，N为25％-50％。本发明方法可以大大改善重质油轻质化过程(如催化裂化、加氢裂化)的原料性质，对不同的重质油脱沥青油和胶质(DAO+Resin)总收率可高达(100-C7沥青质)％，脱沥青油的收率和质量可以由胶质分离塔04的温度和压力灵活调节，脱沥青油和胶质可根据需要作为催化裂化原料或加氢裂化原料(胶质可掺入催化裂化原料或进一步加氢处理)。因此对改善催化裂化或加氢裂化过程的操作，减少催化剂中毒和生焦，提高原油加工深度和轻油收率，改善产品质量，降低轻质油产品的精制难度，都有十分重要的作用。与现有技术相比，本发明方法可大幅度脱除重质油的非理想成分得到高软化点沥青微粒，(软化点＞100℃，优选＞150℃)，且沥青颗粒尺寸可控，使沥青微粒可直接作为固体燃料或掺水乳化燃料的原料，在石油化工领域具有十分重要的应用价值。
以下是本发明的具体实施例，其操作流程如附图1所揭示，其中用到的主溶剂、副溶剂和强化分散溶剂均为系统中循环利用的溶剂，所有实施例仅用于说明本发明的实施过程和所带来的有益效果，不应理解为对本发明的可实施范围构成任何限制。
实施例1中国胜利原油减压渣油(沸点＞520℃)为原料脱沥青的萃取过程，以戊烷馏分为溶剂，采用二级分离方式，将渣油分离成脱沥青油和硬沥青粉末。
溶剂组成如下组分 异丁烷 正丁烷 正戊烷 正己烷组成，mol％ 1.00 0.0578.05 20.90临界温度，℃ 135.0152.0 196.6 234.4混合溶剂的假临界温度199.1℃。
原料以100kg/h的流率与350kg/h流率的主溶剂在混合器01中相混合(即主溶剂比3.5)，进入萃取塔02脱沥青油相和沥青相分离，从萃取塔02下部输入副溶剂，其质量流量比为0.8，对沥青相中的油进一步萃取，以提高脱沥青油收率和脱油沥青的软化点，萃取塔温度170℃，压力5.0MPa，使沥青的软化点达到200℃。
萃取塔02底部出来的沥青相与强化分散溶剂混合后进入气固分离器07，强化分散溶剂与沥青的质量流量比0.05∶1，在低于100℃和常压条件下实现沥青与溶剂快速相变分离，沥青分散为固体微粒，经气相顶空色谱分析可知，沥青颗粒中残余溶剂含量占沥青颗粒质量0.30％。沥青微粒平均粒径200μm，可作为固体燃料。气固分离得到的溶剂成为气体，经回路返回低压溶剂罐11。
萃取塔顶排出的脱沥青油相经加热到溶剂密度0.190g/cm3，进入超临界溶剂回收塔06，在其中溶剂和脱沥青油被分离，可直接回收85％的循环溶剂，回收溶剂可直接循环与重质油原料混合及进入萃取塔底部。含有残余溶剂的脱沥青油进一步在汽提塔09中汽提，将残余溶剂回收，经冷却器10回低压溶剂罐11循环使用。
从气固分离器07底部排出的沥青软化点为200℃，其中的残炭45.0wt％，原料中46％的金属Ni及几乎全部C7沥青质随沥青脱除。脱沥青油收率为85.2wt％，脱沥青油性质得到明显改善，利于进一步加工利用。
原料和脱沥青油、脱油沥青的性质如下
注Mn-分子量；H/C-氢碳原子比；a室温下为液体，以下相同。
实施例2中国胜利原油减压渣油(沸点＞520℃)为原料脱沥青的萃取过程，溶剂组成同实施例1，采用三级分离方式，将渣油分离成脱沥青油、胶质和硬沥青粉末。
原料以10kg/h的流率与35kg/h流率的主溶剂在混合器01中相混合(即主溶剂比为3.5)，进入萃取塔02脱沥青油相和沥青相分离，副溶剂(副溶剂比为0.8)从萃取塔下部进入，对沥青相中的油进一步萃取，萃取塔温度170℃，压力5.0MPa，以提高脱沥青油收率和脱油沥青的软化点，使沥青的软化点达到200℃。
萃取塔02底部出来的沥青相与强化分散溶剂混合后进入气固分离器07，混合比为所述强化分散溶剂与沥青的质量流量比为0.15∶1，在常压条件下实现沥青与溶剂快速相变分离，沥青分散为固体微粒，沥青颗粒中残余溶剂含量占沥青颗粒质量0.22％，沥青微粒平均粒径90μm，直径＜90μm的沥青微粒体积分率占65％，可直接掺水乳化成水浆燃料。气固分离得到的溶剂成为气体，经回路返回低压溶剂罐11。
萃取塔顶排出的脱沥青油相经与来自超临界溶剂回收塔07的超临界溶剂换热在混合器03混合升温并进入胶质分离塔04，其中，超临界溶剂质量流量∶脱沥青油相的总质量流量＝0.15∶1，同时，来自超临界溶剂回收塔底的轻脱油相质量流量∶脱沥青油相的总质量流量＝0.1∶1，在胶质分离塔04中胶质相与轻脱油相分离；脱沥青油相经加热炉05加热，进入超临界溶剂回收塔06，溶剂密度为0.180g/cm3，在其中溶剂和脱沥青油被分离，可直接回收循环溶剂的85％，回收溶剂可直接循环与重质油原料混合及进入萃取塔。
含有残余溶剂的脱沥青油和胶质分别在汽提塔中09，08汽提，将残余溶剂回收，经冷却器10回低压溶剂罐(11)循环使用。
得到的沥青的软化点为200℃，其残炭45.0wt％，金属Ni含量为172μg/g，原料中46％的金属Ni随沥青脱除。采用三级分离，可灵活调节脱沥青油的收率，改善其性质，此例中脱沥青油收率控制在为65.0wt％，其残炭仅为6.6wt％，Ni含量为15.5μg/g，不含C7沥青质；分离的胶质收率20.2wt％，C7沥青质含量＜0.1％，其残炭15.0wt％，Ni含量51.6μg/g。脱沥青油和胶质可根据需要分别加工利用。原料和脱沥青油、胶质及脱油沥青的性质如下
实施例3加拿大Athabasca Bitumen ATB是从Athabasca油砂中提取的油砂沥青经常压蒸馏得到的塔底产物(常压渣油)，沸点＞350℃，20℃密度＞1.0g/cm3(API＜10)，是难以处理的重质原料。以戊烷为溶剂，对其实施二级萃取，方法同实施例1。原料流率100kg/h，主溶剂比为3.0，副溶剂比为0.5，萃取塔温度160℃，压力5.0MPa，沥青软化点180℃。
沥青相与强化分散溶剂混合，强化分散溶剂与沥青的质量流量比0.02∶1，进入气固分离器07，在常压条件下实现沥青与溶剂快速相变分离，沥青颗粒中溶剂残留0.25wt％，沥青微粒平均粒径300μm，可作为固体燃料。
超临界溶剂回收塔中溶剂密度0.170g/cm3，其中80％以上的溶剂和脱沥青油的分离回收。脱沥青油收率为84％，脱除了95％的C7沥青质，Ni和V随沥青脱除率分别为68.5％和65.4％，脱沥青油粘度及残炭仅为原料粘度的1/5和46％，有利于输送和进一步深度加工。
原料及产物收率性质见下表
注API=141.5d15.615.6-131.5]]>实施例4委内瑞拉Orinoco超重油，沸点＞350℃，20℃密度＞1.0g/cm3(API＜10)，是典型的超重油。对其实施二级萃取工艺，方法同实施例1。溶剂组成如下组分 异丁烷 正丁烷 正戊烷正己烷组成，mol％1.00 0.05 78.05 20.90临界温度，℃ 135.0 152.0 196.6 234.4混合溶剂的假临界温度203.9℃。
原料流率100kg/h，主溶剂比为4.0，副溶剂比为0.5，萃取塔温度165℃，压力4.0MPa，得到沥青软化点160℃；
沥青相与强化分散溶剂混合，强化分散溶剂与沥青的质量流量比0.12∶1，在常压条件下实现沥青与溶剂快速相变分离，沥青微粒平均粒径80μm，直径＜80μm的沥青微粒体积分率占58％，可直接掺水乳化成水浆燃料。
超临界溶剂回收塔06中溶剂密度0.170g/cm3，其中80％以上的溶剂和脱沥青油的分离回收。脱沥青油收率为80％，粘度仅为原料粘度的1/14，Ni和V随沥青脱除率分别为81.2％和89.4％，有利于输送和进一步深度加工。
原料及分离产物收率和性质见下表
实施例5加拿大Athabasca Bitumen Pitch是从油砂中提取的油砂沥青的减压渣油(沸点＞524℃)，20℃密度高达1.0596g/cm3，软化点高达80℃，C7沥青质高达18.1wt％，是最重质原料的代表。对其实施二级萃取分离，以戊烷馏分为溶剂，溶剂组分及处理方法同实施例1。原料流率100kg/h，主溶剂比为4.0，副溶剂比为0.5，萃取塔温度180℃，压力7.0MPa，得到的沥青软化点150℃。
沥青相与强化分散溶剂混合，所述强化分散溶剂与沥青的质量流量比0.25∶1，进入气固分离器07，在常压条件下实现沥青残渣与溶剂快速相变分离，沥青颗粒中溶剂残留0.25wt％，沥青微粒平均粒径100μm，直径＜100μm的沥青微粒体积分率占56％，可直接掺水乳化成水浆燃料。
脱沥青油收率为61.88wt％，原料中Ni，V随沥青残渣脱除率分别达76.7％和81.13％，C7沥青质几乎完全脱除，利于脱沥青油的输送和进一步深度加工。
超临界溶剂回收塔06中溶剂密度0.200g/cm3，其中80.5％以上的溶剂与脱沥青油分离回收。
原料及分离产物收率性质见下表
实施例6加拿大Athabasca Bitumen Pitch，性质来源同实施例5。对其实施三级萃取分离，方法同实施例2。以正己烷为溶剂，其临界温度222.0℃，原料流率100kg/h，主溶剂比为4.0，副溶剂比为0.5，萃取塔温度190℃，压力4.0MPa，控制沥青软化点200℃以上。
沥青相与强化分散溶剂混合，所述强化分散溶剂与沥青的质量比0.15∶1，进入气固分离器，实现在常压条件下沥青与溶剂的快速相变分离，沥青颗粒中溶剂残留0.30wt％，沥青微粒平均粒径60μm，直径＜60μm的沥青微粒体积分率占78％，可直接掺水乳化成水浆燃料。
萃取塔顶排出的脱沥青油相经与来自超临界溶剂回收塔07的超临界溶剂换热在混合器03混合升温并进入胶质分离塔04，其中与胶质分离塔进料混合的超临界溶剂质量流量∶脱沥青油相总质量流量＝0.2∶1，同时，来自超临界溶剂回收塔底的轻脱油相质量∶脱沥青油相总质量流量＝0.15∶1，在胶质分离塔04中胶质相与轻脱油相分离，脱沥青油相升温，进一步分离成轻脱油和胶质，收率分别为69.7％和12.8％，与实施例3比较，脱沥青油加胶质总收率达到83.5％。
超临界溶剂回收塔06溶剂密度0.170g/cm3，其中80％以上的溶剂和脱沥青油被分离回收。Ni，V随沥青脱除率分别为43.22％和38.84％，脱沥青油(DAO)中Ni和V仅占原料的32.8％和23.3％，且不含沥青质，有利于轻质化加工。
原料及产物收率性质见下表
实施例7加拿大Cold Lake油砂沥青渣油，是从油砂中提取的油砂沥青的减压渣油(沸点＞524℃)，20℃密度高达1.0402g/cm3，软化点高达73℃，C7沥青质高达17.73wt％，也是最重质原料之一。对其实施三级萃取工艺，方法同实施例2。以戊烷为溶剂，原料流率100kg/h，主溶剂比为4.0，副溶剂比为0.5，萃取塔温度185℃，压力6.0MPa，得到沥青软化点180℃。
沥青相与强化分散溶剂混合，强化分散溶剂与沥青的质量流量比0.15∶1，进入气固分离器07，在常压条件下实现沥青与溶剂快速相变分离，沥青微粒平均粒径65μm，直径＜65μm的沥青微粒体积分率占72％，可直接掺水乳化成水浆燃料。
萃取塔顶出来的脱沥青油相经换热器03与超临界溶剂混合升温，其中与胶质分离塔04进料混合的超临界溶剂质量流量∶脱沥青油相总质量流量＝0.10∶1，同时，来自超临界溶剂回收塔底的轻脱油相质量流量∶脱沥青油相总质量流量＝0.05∶1，在胶质分离塔中04胶质相与轻脱油相分离，脱沥青油相升温，进一步分离成轻脱油和胶质，收率分别为70.2％和8.5％，脱沥青油加胶质总收率达到78.7％。
超临界溶剂回收塔06中溶剂密度0.170g/cm3，其中80％以上的溶剂与脱沥青油分离被回收。DAO中C7沥青质及残炭脱除率分别为97.8％和43.5％，Ni和V随沥青的脱除率分别为61.4％和72.0％，有利于输送和进一步深度加工。
原料及产物收率性质见下表
权利要求
1.通过耦合萃余残渣造粒实现重质油深度梯级分离的方法，其包括如下过程1)将重质油原料与萃取溶剂混合进行萃取分离出沥青相和脱沥青油相；2)分离出的沥青相中进一步加入分散溶剂，对沥青相在被分散状态下进行气固相变分离，使沥青分散成固体颗粒，而溶剂成为气态被冷凝回收，所述分散溶剂与沥青相的质量流量比0.01-0.5∶1，气固分离温度高于溶剂的沸点，低于沥青的软化点。
2.权利要求1所述的方法，其中，所述分散溶剂与萃取分离原料所用的萃取溶剂相同。
3.权利要求1所述的方法，其中，沥青相与脱沥青油相的分离在萃取塔中进行，萃取塔的温度在80℃-250℃之间，压力为3.0-10.0MPa，进入萃取塔时，萃取溶剂与重质油原料的质量流量比为1.5-5.0∶1，分离出脱沥青油相及沥青相，脱沥青油相从塔顶排出，从萃取塔底部再次加入萃取溶剂对得到的沥青相进一步萃取，此溶剂与重质油原料的质量流量比为0.2-2.0∶1，萃取后的沥青相从塔底排出。
4.权利要求1所述的方法，其还包括，经过程1)溶剂萃取分离出的脱沥青油相先经与超临界溶剂混合，并与已经脱除了胶质的油相逆流接触，分离出较重的胶质相得到轻脱油相，加热该轻脱油相使其中的溶剂处于超临界状态，实现溶剂与轻脱沥青油的分离；其中，与脱沥青油相混合的超临界溶剂质量流量∶脱沥青油相质量流量＝0.01-0.5∶1，脱除了胶质的油相质量流量∶脱沥青油相质量流量＝0.01-0.5∶1。
5.权利要求4所述的方法，其中，所述脱除了胶质的油相可以是分离系统中经超临界分离溶剂后的轻脱油。
6.权利要求1所述的方法，其中，所述溶剂的主要组分是C4-C6的烷烃馏分，其假临界温度Tc在120℃-240℃之间，假临界温度Tc按公式Tc=Σi=1nxiTci]]>得出，式中xi是组分i摩尔分数，Tci是该组分的临界温度，单位℃，n是所述溶剂包含的组分数。
7.权利要求1所述的方法，所述重质油包括开采得到的重质油和油砂沥青，以及石油加工过程中得到的渣油，其20℃时密度＞0.934g/cm3或沸点高于350℃。
8.权利要求4所述的方法，其中还包括分别对脱沥青油和胶质中剩余少量溶剂进行降压、加热、汽提、冷却、回收。
9.耦合萃佘残渣造粒实现重质油深度梯级分离的处理系统，其包括原料混合器、萃取塔、脱沥青油混合器、加热器、常压气固分离器、溶剂罐、超临界溶剂回收塔、脱沥青油汽提塔，其中原料混合器连接萃取塔，溶剂罐通过管路与原料混合器相通，溶剂与重质油原料进入混合器混合后，可被输入萃取塔中而分离成沥青相和脱沥青油相，萃取塔的下部还设有溶剂入口，使溶剂可从塔底进入后与沥青相混合再次萃取；萃取塔底部的沥青相出口连接常压气固分离器，其连接管路上还设置有分散溶剂的入口，该常压气固分离器还设有沥青颗粒排出口及与溶剂罐连通的气化溶剂出口，使沥青相与分散溶剂混合后进入该气固分离器实施快速相变，沥青分散成固体颗粒，溶剂气化成为气体并通过回收溶剂的管路返回溶剂罐，得到不含溶剂的高软化点沥青颗粒；萃取塔上部设置脱沥青油相出口，并通过加热器连接到超临界溶剂回收塔，当脱沥青油相经过加热器进入超临界溶剂回收塔，可使溶剂在超临界状态下与脱沥青油分离；超临界溶剂回收塔下端出口连通脱沥青油汽提塔，所设溶剂出口连通到溶剂罐，可使含少量溶剂的胶质和脱沥青油从下端出口进入脱沥青油汽提塔，该气提塔设物料排放口和溶剂排出口，后者连通到系统的溶剂回路。
10.权利要求9所述的处理系统，其还包括脱沥青油混合器、胶质分离器和胶质气提塔萃取塔上部设置的脱沥青油相出口与脱沥青油混合器连通，该脱沥青油混合器的出口连通胶质分离器，该脱沥青油混合器还设有超临界溶剂入口与超临界溶剂回收塔连通，使脱沥青油相在混合器中与超临界溶剂混合后进入胶质分离器，在其中胶质相与轻脱沥青油相分离；该胶质分离器的上部设有油相入口，与超临界溶剂回收塔的油相出口通过泵连接，使来自超临界溶剂回收塔的油相从上部进入胶质分离器与来自脱沥青油混合器的混合物成逆向接触，而该胶质分离器的油相和溶剂混合物的出口连通到加热器；胶质分离器的下部连通胶质气提塔，胶质气提塔还设有溶剂出口连通到回收溶剂的管路，并在其管路中设置冷却器，使来自胶质分离器的胶质进入胶质气提塔，分离出少量溶剂气体后从出口排出胶质。
全文摘要
本发明公开了一种通过耦合萃余残渣造粒实现重质油深度梯级分离的方法及分离系统，溶剂萃取分离后的沥青相中通过引入分散溶剂，在气固分离器中快速相变被强化分散为固体微粒，而溶剂气化为气体，实现沥青与溶剂的低温分离，并且沥青微粒尺寸易调控；本发明的分离方法还包括对重质油原料进行三级分离，对从重质油原料中分离出的脱沥青油相利用超临界溶剂处理，进一步分离出轻脱油(DAO)中的胶质成分，最大限度地提高轻脱油的收率和品质。本发明的工艺及系统利用常压低温气固分离器替代高温高压加热炉，并省去胶质分离塔进料加热或换热装置，因此简化了流程，降低了投资。
文档编号C10G21/00GK1891784SQ200510080799
公开日2007年1月10日 申请日期2005年7月5日 优先权日2005年7月5日
发明者赵锁奇, 徐春明, 王仁安, 许志明, 孙学文, 庄庆发 申请人:中国石油大学(北京)