专利名称：用萃取剂对烃类进料脱金属的方法
技术领域：
本发明涉及使用碳酸或碳酸盐做为萃取剂，从含钙的原油、重质烃类渣油或原油和渣油的溶剂脱沥青油中脱除钙的方法。有些(但却越来越重要的)石油原料和渣油都程度不同地含有钙，使这些原料难以用常规的炼制方法加工。准确地讲，导致加工中特殊问题的钙污染物是非卟啉有机金属键形式的化合物。最近才发现这些化合物存在于原油中，特别是重质原油中，且相对来说是稀有的。已鉴定的含钙化合物中有一类是环烷酸钙及其同系物。用一般的脱盐方法不能从原料中分离这些有机钙化合物，在常规的炼制过程中，这些化合物会引起加氢处理催化剂迅速失活。钙化合物含量高的原料的实例是产于加利福尼亚S.anJaoquinValley原油。这些原油一般是管线中的混合物，指SanJaoquinValley原油或渣油。
石油原料中的钙所引起的问题以及脱除它的必要性只是在最近才受到重视，先有技术中也几乎没有特定的钙脱除方法。通常采用有机化合物脱金属，特别是脱除那些已知的金属污染如镍、钒和/或铜，这在先有技术中有介绍。这些化合物在原料中一般是卟啉和其它有机金属化合物的形态。
在美国专利3，052，627(Lerner)中，采用2-吡咯烷酮-醇混合物从石油原料中脱除金属污染物。在美国专利3，167，500(Payne)中，采用具有较好的C/H比和分子量、一般称之为沥青粘结剂的缩合多核芳香化合物从石油中脱除金属污染物如含金属的卟啉。在美国专利3，153，623(Eldib等)中，通过加入选择的高介电强度的有机化合物，有助于电沉淀作用以脱除带有极性有机分子的金属。
现在意外地发现，使用萃取剂如碳酸及其盐使钙化合物结合，可以有效地从烃类原料中脱除含钙污染物。
本工艺包括使用萃取剂的水溶液脱除烃类原料特别是原油或渣油中的金属的方法。本方法尤其适用于脱除钙，特别是非卟啉有机键钙化合物。较好的金属萃取剂是碳酸或其盐，如碳酸铵的水溶液。
在一较好的实施方案中，待脱金属的原料与碳酸铵的水溶液密切和完全混合。金属与萃取剂结合，水相与烃相分离，然后可将烃类原料提供给加氢工艺。
各种原油料以及这些原油的渣油含有高得不能接受量的含钙化合物。这些以有机键结合的钙化合物常使加氢催化剂迅速失活或结垢，在标准的加氢工艺中造成明显的加工困难。本发明包括采用已知的萃取剂，较好的是碳酸和其盐，特别是碳酸铵，在加氢处理原油或渣油之前，脱除含钙污染物的方法。
本发明适用于任何含有高得不能接受量钙的烃类原料，包括原油，特别是特定来源的原油如加利福尼亚SanJaoquinValley原油，更具体地讲包括SouthBelridge、HuntingtonBeach、Wilmington、KernFront、CymricHeavy、MidwaySunset或它们的混合物。此外，常压或减压渣油，或这些原油或渣油的溶剂脱沥青油越来越多地被加氢处理以得到更有用的产品如瓦斯油、汽油、柴油等，但这些原料也含有高的、不可接受量的钙。任何其它可能含有污染物的烃类原料如页岩油、液化煤、精选焦油砂等，也可用本发明处理，也包括在本发明的构思范围内。
基本的工艺过程并不复杂，将需处理的原油或渣油与碳酸或其盐的水溶液混合，且用碱或酸将pH调至2以上，最好为5～9。形成的钙络合物进入混合物的水相。水相和原油或烃相两相分离后将水相去掉。结果形成的无钙烃类原料可以同其它烃类原料一样处理和用常规的加氢技术加工。
物理分离通常用常规的原油脱盐器完成，原油脱盐器一般用于加氢处理前的原油脱盐。也可用任何其它的分离方法完成上述分离，包括逆流萃取。
众所周知，碳酸阴离子对钙和其它金属离子具有高的亲合力。将一种碱性溶液置于高压二氧化碳中，在水溶液里可以产生高浓度的碳酸和碳酸根离子。
然而，碳酸溶液最常见的是将一种碳酸盐溶于水中制成的。这些盐的一个普通实例是碳酸铵，(NH4)2CO3，分子量为114.10;也称为Hartshorn。
碳酸的铵盐形式一般是用碳酸氢铵和氨基甲酸盐溶液反应形成的，在某些情况下也可从水溶液中分离出结晶盐。这些盐一般比游离酸水溶性更强，酸性较小且使用更为方便，它们含有不同数量的水，其通式含有30～40%NH3和45%CO2。
碳酸铵通常用于清洗液以及羊毛的洗涤和脱脂。也在食品和饮料工业中用做烘烤剂和防腐剂。碳酸铵也是一大类络合或配合金属离子的配位体中的一种。这些化合物形成非常稳定的金属配位体络合物，碳酸铵本身与Ca+2离子形成可以离析的络合物。
碳酸及其盐在水溶液中也与其它金属离子反应，但对石油中常见的、一般为有机金属化合物的金属污染物如镍和钒石油卟啉，似乎作用不大或根本没有作用。然而对铁可能有某种作用，碳酸及其盐对脱除有机铁化合物可以是有效的。
如前所述，为了使钙与萃取剂适当结合，pH应高于2，最好为5～9。然而，加入碱产生的一个难题是有乳化液形成，干扰有效的分离。因此，最佳pH是6，特别对于环烷酸原油。
萃取剂水溶液与烃类原料之比应确定其最佳值，其决定因素是分离方法。例如，商业脱盐器一般在10%或低于10%水溶液体积下操作。也可用逆流萃取分离法。已进行过50%或50%以上水溶液体积的有效分离。
萃取水溶液与烃类原料的接触时间是重要的，一般可为几秒至大约4小时，较好的接触时间是大约4秒至大约60秒。
萃取的温度也是工艺效率的一个因素。萃取可在室温下进行，碳酸的摩尔当量要限制在300或更高。如果萃取在提高的温度下进行，例如180°F或以上，碳酸的摩尔当量可降低到4.5或4.5以上。较好的温度是180°F。
实例(碳酸铵)其它可以代替碳酸铵使用的碳酸类物质有碳酸钠、苏打水以及含碳酸盐的天然矿(如水碱，钠沸石(natrite)、泡碱和粒雪石(nevite)。
在实验室试验(结果详见下表)中是将一定量的SanJoaquinValley减压渣油(93ppmCa)溶于甲苯，使其具有适合的粘度，然后与指定量的碳酸溶液混合。碳酸溶液的制备是将指定量的碳酸铵溶于去离子水中以制取表中所列的碳酸铵与钙的摩尔比，然后用氢氧化铵或强无机酸调节其pH。加入破乳化剂(商品名treatoliteL-1562)以防止形成乳化物。振摇碳酸溶液和油的混合物，静置分离，最好是放置过夜。在处理渣油前后进行分析，测定脱钙量。
实例1为证明碳酸是有效的脱钙剂，在室温下对SanJoaquinValley减压渣油进行了对比试验。表1指出，以较低的碳酸(以碳酸铵形式)摩尔当量可以脱除大部分的钙。用炼油厂脱盐水、酸和碱进行萃取时，钙的脱除百分率较低。
实例2提高温度进行实验室试验，选择用于钙萃取的最佳碳酸(以碳酸铵的形式)用量。表2表明，碳酸的活性在约5摩尔当量时开始下降，而在约4.0摩尔当量时，活性开始急剧下降。
实例3表3中列举了用常规的脱盐溶液脱钙的结果，以资比较，与碳酸(以碳酸铵形式)对比，其脱钙量较低。
权利要求
1.一种烃类原料脱金属的方法，该方法包括将所说的烃类原料与一金属萃取剂的水溶液混合，萃取剂选自碳酸、碳酸盐和其混合物；从水溶液中分离出基本脱除了金属的烃类原料。
2.根据权利要求1所述方法，其中从所说原料中待脱除的金属包括第Ⅱ族金属。
3.根据权利要求2所述方法，其中的金属是钙。
4.根据权利要求1所述方法，其中的金属是有机金属键接的非卟啉化合物。
5.根据权利要求4所述方法，其中的化合物是钙的化合物。
6.根据权利要求1、2或4所述方法，其中所说的金属萃取剂选自碳酸铵、碳酸钠、苏打灰、水碱、钠沸石、泡碱和粒雪石。
7.根据权利要求6所述方法，其中所说的金属萃取剂包括碳酸铵。
8.根据权利要求6或7所述方法，其中的混合步骤的pH调节到2或2以上。
9.根据权利要求6或7所述方法，其中的混合步骤的pH调节到5或5以上。
10.根据权利要求9所述方法，其中的温度为环境温度。
11.根据权利要求10所述方法，其中碳酸对钙的摩尔当量比为15或15以上。
12.根据权利要求6所述方法，其中将温度提高。
13.根据权利要求12所述方法，其中的温度为大约180°F或180°F以上。
14.根据权利要求13所述方法，其中碳酸(以碳酸铵形式)对钙的摩尔当量比约为4.5或4.5以上。
15.根据权利要求6所述方法，其中分离是用常规脱盐或逆流萃取法进行的。
16.根据权利要求1或6所述方法，其中烃类原料选自包括原油，常压或减压渣油、页岩油、液化油和焦油砂油。
全文摘要
本发明涉及从烃类原料脱除金属污染物、特别是脱除钙的方法。该方法包括将原料与金属萃取剂，如碳酸或其盐(特别是碳酸铵)混合，然后将含金属的水溶液从脱掉金属的原料中分离出来。
文档编号C10G17/02GK1040214SQ8910453
公开日1990年3月7日 申请日期1989年7月4日 优先权日1986年8月28日
发明者约翰·G·里诺尔茨 申请人:切夫尔昂研究公司