专利名称：重烃移除系统和方法
重烃移除系统和方法与相关申请的交叉引用本申请要求2008年12月9号提交的美国临时专利申请61/121，153的优先权，其通过全文引用并入本文。关于联邦资助研究的声明不适用。
背景技术：
重烃如浙青、油母质、GILSONTTE (矿物硬浙青的商标名)和焦油为石油工业中常见的高分子量烃。这些重烃在环境温度下的状态从稠粘液体至固体不等，并且一般难以以有用形式回收。例如，由于重烃原油和天然浙青的低重力和高粘度妨碍了它们在容器或炼油厂流中流动的能力，所以其难以处理。此外，重烃可随时间在炼油厂的各种处理流中累积、污染系统出口或需要成本昂贵的工艺停车时间。尽管重烃在石油化学品的精炼处理中引起很多问题，但是重烃可用于一些用途中。例如，已将重烃用作浙青以及焦油组合物，包括用于铺路、建造屋顶或防水用途的那些。 重烃还是转化为轻烃(如烯和汽油)的原料。例如，重烃到轻烃的转化通常通过热裂解和氢解进行。鉴于以上所述，从炼油厂的溶剂流中容易地分离出重烃的设备和方法是很有益的。这种设备和方法能更有效地操作精炼处理流，并且还提供了用于进一步处理的有用形式的重烃。
发明内容
在各种实施方案中，公开了用于从溶剂流移除重烃的设备。所述设备包括第一萃取单元、第二萃取单元、以及与第一萃取单元连接的轻烃输入管线。所述第一萃取单元包括第一水输入管线、溶剂流输出管线和第一重烃输出管线。所述第一重烃输出管线与第二萃取单元连接。所述第二萃取单元包括第二水输入管线、第二水输出管线和第二重烃输出管线。所述第二水输出管线与所述第一水输入管线相连。在其它各种实施方案中，用于从溶剂流移除重烃的设备包括第一萃取单元、第二萃取单元、以及与所述第一萃取单元连接的轻烃输入管线。所述第一萃取单元包括第一水输入管线、溶剂流输出管线和第一重烃输出管线。所述第一重烃输出管线与所述第二萃取单元连接。所述第一水输入管线供给有冷凝的汽提蒸汽。所述第二萃取单元包括第二水输入管线、第二水输出管线和第二重烃输出管线。在其它各种实施方案中，公开了从溶剂流移除重烃的方法。所述方法包括a)提供第一批混合物，其包含溶于至少一种溶剂中的重烃，b)用轻烃洗液萃取所述第一批混合物，c)用第一水洗液清洗所述第一批混合物，以产生重烃贫化的溶剂流和溶于轻烃中的重烃流，d)移除所述重烃贫化的溶剂流，e)用第二水洗液清洗所述溶于轻烃中的重烃流，f) 移除所述第二水洗液，和g)分离包含溶于轻烃中的重烃的输出流。上述大致描述了本公开的特征，以使以下详细说明得到更好理解。本公开的其它特征和优点将在下文中描述，其形成权利要求的主题。
为了更完整地理解本公开及其优点，结合描述本公开具体实施方案的附图参考以下描述，附图中图1显示重烃移除系统的示意图；和图2显示重烃移除系统与溶剂再生系统连接的示意图。发明详述在以下描述中，给出了一些细节如具体量、尺寸等以使本文公开的实施方案得到透彻理解。然而，本领域技术人员会明确可实施本公开而无需这些具体细节。在很多情况下，由于这些细节并非完全理解本公开必需的且在相关领域技术人员技术范围内，所以省略了基于这种考虑等的细节。大体上参考附图，应理解示意图是为了描述本公开的具体实施方案，而不旨在对其进行限制。绘图不一定是按照比例的。尽管本文所用的大部分术语为本领域技术人员所知，然而应理解当未明确定义时，术语应被解释为具有目前本领域技术人员所接受的含义。在对术语的遣词造句会使其无意义或基本无意义时，应采用Webster' s Dictionary，第三版，2009的定义。除非在本说明书中明确说明或者其并入是维持有效性所必需的，否则定义和/或解释不应从其它无论是否相关的专利申请、专利或出版物中并入。本文所用“萃余液”是指例如轻烃。在精炼系统如萃取蒸馏系统中积累的重烃可产生问题，尤其是当系统为闭环循环时。通常，重烃的积累随时间逐渐地发生，例如，当重烃的沸点与闭环系统中产生的物质的沸点相近时。在这种情况下，通过简单的蒸馏分离重烃是困难的或者是能效低的。当分离困难并且重烃随时间积累时，精炼系统的性能受到影响。在重烃的分离不容易进行时，经常采用替代性的分离方法以保持生产质量和最佳的系统性能。在以下的讨论中，描述了萃取蒸馏的一个示例性精炼过程。然而，本领域的技术人员可认识到本文所述的重烃移除设备和方法可用于需要移除重烃的各种精炼过程的任一种。以下讨论的设备和方法引入了轻烃萃取，以在萃取蒸馏过程中从溶剂流移除重烃。本设备和方法比现有的设备和方法的优势在于，除了产生的重烃输出流外，在设备操作或实施本方法时，必须要处理的水和有机废物流的量很低。在各种实施方案中，公开了从溶剂流移除重烃的设备。所述设备包括第一萃取单元、第二萃取单元、以及与所述第一萃取单元连接的轻烃输入管线。所述第一萃取单元包括第一水输入管线、溶剂流输出管线和第一重烃输出管线。所述第一重烃输出管线与所述第二萃取单元连接。所述第二萃取单元包括第二水输入管线、第二水输出管线和第二重烃输出管线。所述第二水输出管线与所述第一水输入管线相连。所述设备能分批处理包含重烃的溶剂流。在一些实施方案中，所述设备可连续操作。在一些实施方案中，所述设备包括用于监测溶剂流并在认为需要从所述溶剂流中移除重烃时自动激发设备的检测传感器。例如，溶剂流中重烃可达到阈值浓度并引发设备的操作。在一些实施方案中，溶剂流的流量可指示应进行重烃移除的情况。例如，随着重烃在溶剂流中的累积，溶剂流的粘度对于系统最佳运行而言可变得过大，可发生基于溶剂流粘度的设备激发。例如，用于移除重烃的设备还可通过检测溶剂流中重烃的浓度高于一定允许水平而自动激发。在一些实施方案中，所述允许水平为约1重量％的重烃，另一些中为约5重量％，另一些中为约10重量％，另一些中为约20重量％，另一些中为约30重量％， 另一些中为约40重量％，另一些中为约50重量％，并且其它另一些中为大于约50重量％。 例如，重烃的浓度检测可通过测量粘度进行。本领域技术人员会理解溶剂流中重烃的浓度至少在初始时取决于进行萃取蒸馏的初始石油进料中重烃的浓度。在本设备的各种实施方案中，所述溶剂流包括闭环溶剂流。如上所述，闭环溶剂流易于导致重烃的累积。在各种实施方案中，所述设备还包括与所述溶剂输出管线连接的溶剂再生系统。例如，溶剂可从所述溶剂流输出管线中移除，用溶剂再生系统再生，并重新放回入所述萃取蒸馏系统。这种溶剂再生系统可包括，例如在将水放回入萃取蒸馏系统之前将水从溶剂中移除的过程和系统。在一些实施方案中，所述溶剂再生系统为两段蒸发系统。在各种实施方案中，所述设备与萃取蒸馏系统连接。在所述设备与萃取蒸馏系统连接的实施方案中，所述萃取蒸馏可用于芳香族化合物的萃取蒸馏。芳香族化合物可包括， 例如苯、甲苯、二甲苯。当在闭环萃取蒸馏系统中检测到重烃的阈值浓度时，包含重烃的溶剂的受控部分被自动转移并被本文公开的重烃移除设备处理。图1显示了示例性的重烃移除系统100。 所述重烃移除系统包括第一萃取单元120和第二萃取单元130。将在溶剂中包含重烃的溶剂源101用来自轻烃输入管线102的轻烃(LHC)进料处理。轻烃进料稀释了溶剂中的重烃混合物。混合在例如溶剂/LHC静态混合器103中完成。重烃被萃取到轻烃中。从第一水输入管线104中供给第一水洗液。在水/溶剂/LHC静态混合器105中进行来自第一水输入管线104的水与重烃的溶剂/LHC混合物的混合。设备还包括两个分离器106和107。第一阶段分离器106从分离器的底部将溶剂作为含水相移除。含水相从溶剂流输出管线112 移除。可进一步处理现在重烃贫化的溶剂流以重新放回萃取蒸馏系统。或者，可进一步处理包含溶解溶剂的含水相用于溶剂回收、水再循环、处置，或其组合。保留在第一阶段分离器106中的上层相包含溶于轻烃萃取物中的重烃。所述第一阶段分离器106中的上层相包含少量的溶解或混合的溶剂以及在轻烃萃取物中的重烃。对于重烃的处置或进一步处理，有利的是从溶于轻烃萃取物的重烃中移除残留的溶剂。移除在第一阶段分离器106的含水相中的大部分溶剂后，将溶于轻烃中的重烃经第一重烃输出管线113从第一阶段分离器106转移，并与从第二水输入管线108供给的新鲜水混合。在水/重烃/LHC静态混合器109中进行轻烃中重烃的混合。然后将所述混合物转移到第二阶段分离器107中。重烃/LHC相中的残留溶剂被萃取到第二水洗液中，并在第二阶段分离器107中作为底层被移除。重烃相在第二阶段分离器107中作为顶部相被分离，并经第二重烃输出管线110作为重烃输出流被移除。经第二重烃输出管线110 获得的重烃在轻烃溶液中保持溶解用于进一步处理。例如，轻烃可在进一步处理中被移除或可直接处置重烃输出物。从第二阶段分离器107中移除的水洗液主要包含痕量的未在第一阶段分离器106 的重烃/LHC混合物中分离的溶剂。因此，这样获得的水洗液适于第二次用作移除更大量溶剂的水洗液。本文所述的设备包括第二水输出管线111，由此从第二阶段分离器107中移除的水洗液可用作第二批溶于溶剂中的重烃的第一水洗液。第二水洗液输出管线111与第一水洗液输入管线104相连。第二水输出管线111使重烃分离设备100作为闭环系统运行。第二水输出管线111形成的闭环结构是有利的，因为其能从溶剂流连续分批地分离重烃。而且，在随后的萃取批次中利用所述第二水洗液进行第一水清洗降低了废水处理成本， 并减轻了与废水普遍相关的其它事项。在其它各种实施方案中，用于从溶剂流移除重烃的设备包括第一萃取单元、第二萃取单元、以及与所述第一萃取单元连接的轻烃输入管线。所述第一萃取单元包括第一水输入管线、溶剂流输出管线和第一重烃输出管线。所述第一重烃输出管线与所述第二萃取单元相连。所述第一水输入管线供给有冷凝的汽提蒸汽。所述第二萃取单元包括第二水输入管线、第二水输出管线和第二重烃输出管线。在所述设备的各种实施方案中，所述溶剂流包括闭环的溶剂流。在各种实施方案中，所述设备还包括与所述溶剂流输出管线相连的溶剂再生系统。在一些实施方案中，所述溶剂再生系统为两段蒸发系统。在所述设备的一些实施方案中，所述冷凝的汽提蒸汽来自芳香族化合物萃取蒸馏过程。在所述设备的一些实施方案中，所述汽提蒸汽由溶剂再生系统产生。重烃移除有利的一个示例性过程是芳香族化合物萃取蒸馏。所述芳香族化合物萃取蒸馏过程可与重烃移除设备和溶剂再生系统相连。图2显示了重烃移除系统与溶剂再生系统相连的示意图。溶剂储存器201与芳香族化合物萃取蒸馏过程相连。当溶剂储存器 201中的溶剂载有重烃时，一部分溶剂从溶剂储存器201中经管线211释放到重烃移除系统204。上文中已描述了示例性的重烃移除系统并示于图1中。用来自轻烃输入管线202 的轻烃和来自水输入管线203的水处理包含重烃的溶剂。将重烃、溶剂、轻烃和水的混合物供给入重烃移除系统204。例如，如上所述，重烃、溶剂、轻烃和水的混合物经过第一萃取单元，而后经过第二萃取单元以从重烃和轻烃中分离水和溶剂。溶于轻烃中的重烃从重烃输出管线205移除。重烃贫化的溶剂和残留水经溶剂流输出管线206移除。残留的水和溶剂来自于水的第一萃取分离和重烃的轻烃溶液中的溶剂。在图2所示的实施方案中，将重烃贫化的溶剂流从溶剂流输出管线206供给入两段蒸发系统，其具有第一蒸发单元207和第二蒸发单元208。溶剂从第一蒸发单元207和第二蒸发单元208中穿过到达溶剂再生系统209。所述溶剂再生系统209在溶剂再生过程中产生汽提蒸汽。所述汽提蒸汽可被冷凝，并用于重烃移除系统的水清洗的闭环中(即用于以上的水输入管线20 。纯化的溶剂经管线212供给回溶剂储存器201，其然后供给回入芳香族化合物萃取蒸馏过程。由溶剂再生系统209产生的汽提蒸汽可被冷凝，并用作重烃移除系统204中的至少第一水洗液。溶剂再生过程与重烃移除过程的连接提供有利的可操作益处。不仅从溶剂流中移除了重烃，还利用了重烃移除过程中的汽提蒸汽使作为废水释放的水最小化。本领域技术人员会理解以上所述重烃移除系统可与各种移除重烃有利的处理条件中的任一种相结合，而以上所述的与芳香族化合物萃取蒸馏过程相连的实施方案应理解为示例性的。本领域的技术人员还应认识到上述设备的优点在于不产生过量的废溶剂、废水或废热。由所述设备产生的唯一有机废流为LHC/重烃流。在一些实施方案中，即使是 LHC/重烃流也可被进一步加工，例如，混合入液体燃料系统，或例如通过将其转移入另一个精炼单元以将重烃分解成更有用的小有机物。
在其它各种实施方案中，公开了用于从溶剂中移除重烃的方法。所述方法包括a) 提供包含溶于至少一种溶剂中的重烃的第一批混合物，b)用轻烃洗液萃取第一批混合物，
c)用第一水洗液清洗所述第一批混合物以产生重烃贫化的溶剂流和溶于轻烃中的重烃流，
d)移除重烃贫化的的溶剂流，e)用第二水洗液清洗所述溶于轻烃中的重烃流，f)移除所述第二水洗液，和g)分离包含溶于轻烃中的重烃的输出流。在各种实施方案中，所述方法还包括提供包含重烃的第二批混合物并重复所述方法的步骤。因此，本文公开的重烃移除方法可连续实施。在本方法的各种实施方案中，所述溶剂流为闭环溶剂流。在所述方法的各种实施方案中，所述溶剂流包含芳香族化合物。在所述方法的各种实施方案中，所述萃取步骤移除重芳香族化合物。在所述方法的各种实施方案中，将用于清洗第一批混合物的第二水洗液随后转入闭环系统，使得所述第二水洗液作为包含重烃和至少一种溶剂的第二批混合物的第一水洗液。上文中更详细描述了这种第二水洗液的重新利用。在各种实施方案中，所述方法还包括从重烃贫化的溶剂流再生所述至少一种溶剂。所述再生步骤包括使用溶剂再生系统。所述溶剂再生系统将溶剂再生用于重新引回入溶剂流中。在所述方法的各种实施方案中，所述第一水洗液包括由溶剂再生系统产生的冷凝的汽提蒸汽。在所述方法的各种实施方案中，溶于所述至少一种溶剂中的重烃的阈值浓度引发所述方法的操作。上文中已阐释了各种阈值参数和感测阈值浓度的方法。在各种实施方案中，所述方法还包括在所述第二清洗步骤前将溶于轻烃中的重烃流转移。由上所述，本领域普通技术人员可容易地确定本公开的基本特征，并且对本公开作出各种改变和修改以使其适用于各种应用和条件而不背离本公开内容的精神和范围。上文讨论的实施方案只旨在示例并不应被理解为限制本公开的范围，本公开的范围在权利要求中限定。
权利要求
1.一种用于从溶剂流移除重烃的设备，所述设备包括第一萃取单元和第二萃取单元；其中所述第一萃取单元包括第一水输入管线、溶剂流输出管线和第一重烃输出管线； 其中所述第一重烃输出管线与所述第二萃取单元相连；其中所述第二萃取单元包括第二水输入管线、第二水输出管线和第二重烃输出管线； 其中所述第二水输出管线与所述第一水输入管线相连；以及与所述第一萃取单元相连的轻烃输入管线。
2.权利要求1的设备，其中所述溶剂流包括闭环溶剂流。
3.权利要求1的设备，还包括与所述溶剂流输出管线相连的溶剂再生系统。
4.权利要求3的设备，其中所述溶剂再生系统包括两段蒸发系统。
5.一种用于从溶剂流移除重烃的设备，所述设备包括 第一萃取单元和第二萃取单元；其中所述第一萃取单元包括第一水输入管线、溶剂流输出管线和第一重烃输出管线； 其中所述第一重烃输出管线与所述第二萃取单元相连； 其中所述第一水输入管线供给有冷凝的汽提蒸汽；其中所述第二萃取单元包括第二水输入管线、第二水输出管线和第二重烃输出管线，以及与所述第一萃取单元相连的轻烃输入管线。
6.权利要求5的设备，其中所述溶剂流包括闭环溶剂流。
7.权利要求5的设备，还包括与所述溶剂流输出管线相连的溶剂再生系统。
8.权利要求7的设备，其中所述溶剂再生系统包括两段蒸发系统。
9.权利要求5的设备，其中所述冷凝的汽提蒸汽来自芳香族化合物萃取蒸馏过程。
10.权利要求7的设备，其中所述冷凝的汽提蒸汽来自所述溶剂再生系统。
11.一种用于从溶剂流移除重烃的方法，所述方法包括a)提供包含溶于至少一种溶剂中的重烃的第一批混合物；b)用轻烃洗液萃取所述第一批混合物；c)用第一水洗液清洗所述第一批混合物；其中所述轻烃洗液和所述第一水洗液产生重烃贫化的溶剂流和溶于轻烃中的重烃流；d)移除所述重烃贫化的溶剂流；e)用第二水洗液清洗所述溶于轻烃中的重烃流；f)移除所述第二水洗液，和g)分离包含溶于轻烃中的重烃的输出流。
12.权利要求11的方法，其中所述溶剂流包括闭环溶剂流。
13.权利要求11的方法，还包括提供包含溶于至少一种溶剂中的重烃的第二批混合物并重复步骤b)至g)。
14.权利要求13的方法，其中用于清洗所述第一批混合物的所述第二水洗液随后转入闭环系统中，使得所述第二水洗液包括用于所述第二批混合物的所述第一水洗液。
15.权利要求11的方法，还包括从所述重烃贫化的溶剂流再生所述至少一种溶剂；其中所述再生步骤包括使用溶剂再生系统。
16.权利要求15的方法，其中所述第一水洗液包括由所述溶剂再生系统产生的冷凝的汽提蒸汽。
17.权利要求11的方法，其中溶于所述至少一种溶剂中的所述重烃的阈值浓度引发所述方法的操作。
18.权利要求11的方法，其中所述溶剂流包含芳香族化合物。
19.权利要求11的方法，还包括在所述第二水洗液之前将所述溶于轻烃中的重烃流转移。
全文摘要
本发明公开了用于从溶剂流移除重烃的设备和系统。所述设备将重烃萃取到轻烃中并提供移除了重烃的溶剂流。采用两个水洗步骤从轻烃的重烃溶液中移除残留溶剂。在一些实施方案中，第二水洗液用于处理随后的溶剂流批次。回收所述重烃和溶剂并进一步加工。本发明还公开了用于从溶剂流移除重烃的方法。
文档编号C10G1/04GK102282237SQ200980149519
公开日2011年12月14日 申请日期2009年12月8日 优先权日2008年12月9日
发明者普拉迪普·帕瓦尔, 王松, 米尔西亚·克雷托尤, 约瑟夫·金特里 申请人:美国Gtc技术有限责任公司