(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶媒流から重炭化水素を除去するための装置において、
第一の抽出ユニット及び第二の抽出ユニットを具備し、
第一の抽出ユニットは、第一の水流入路、溶媒流流出路、及び第一の重炭化水素流出路を有し、
第一の重炭化水素流出路は第二の抽出ユニットに連結され、
第二の抽出ユニットは、第二の水流入路、第二の水流出路、及び第二の重炭化水素流出路を有し、
第二の水流出路は第一の水流入路に接続し、かつ
第一の抽出ユニットに連結された軽質炭化水素流入路を具備し、溶媒流が閉ループ溶媒流を含み、溶媒再生システムが溶媒流流出路に連結されている装置。
【請求項２】
溶媒再生システムが二段の蒸発システムを具備している請求項１に記載の装置。
【請求項３】
溶媒流から重炭化水素を除去するための装置において、
第一の抽出ユニット及び第二の抽出ユニットを具備し、
第一の抽出ユニットは、第一の水流入路、溶媒流流出路、及び第一の重炭化水素流出路を有し、
第一の重炭化水素流出路は第二の抽出ユニットに連結され、
第一の水流入路には凝縮したストリッピング流が供給され、
第二の抽出ユニットは、第二の水流入路、第二の水流出路、及び第二の重炭化水素流出路を有し、かつ
第一の抽出ユニットに連結された軽質炭化水素流入路を具備し、溶媒流が閉ループ溶媒流を含み、溶媒再生システムが溶媒流流出路に連結されている装置。
【請求項４】
溶媒再生システムが二段の蒸発システムを具備している請求項３に記載の装置。
【請求項５】
凝縮したストリッピング流が芳香族抽出蒸留プロセスからのものである請求項３に記載の装置。
【請求項６】
凝縮したストリッピング流が溶媒再生システムからのものである請求項３に記載の装置。
【請求項７】
溶媒流から重炭化水素を除去する方法において、
ａ）少なくとも一種の溶媒に溶解した重炭化水素を含有する混合物の第一のバッチを提供し、
ｂ）混合物の第一のバッチを軽質炭化水素洗浄液で抽出し、
ｃ）混合物の第一のバッチを第一の水洗浄液で洗浄し、
ここで、軽質炭化水素洗浄液と第一の水洗浄液が、重炭化水素が枯渇した溶媒流と軽質炭化水素に溶解した重炭化水素を生じ、
ｄ）重炭化水素が枯渇した溶媒流を除去し、
ｅ）軽質炭化水素に溶解した重炭化水素を第二の水洗浄液で洗浄し、
ｆ）第二の水洗浄液を除去し、
ｇ）軽質炭化水素に溶解した重炭化水素を含有する流出流を分離する
ことを含み、溶媒流が閉ループ溶媒流を含む方法。
【請求項８】
少なくとも一種の溶媒に溶解させた重炭化水素を含有する混合物の第二のバッチを提供し、工程ｂ）−ｇ）を繰り返すことを更に含む請求項７に記載の方法。
【請求項９】
混合物の第一のバッチを洗浄するために使用した第二の水洗浄液が、ついで、第二の水洗浄液が混合物の第二のバッチに対する第一の水洗浄液を含有するように閉ループシステムで移送される請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
重炭化水素が枯渇した溶媒流から少なくとも一種の溶媒を再生することを更に含み、
再生工程が溶媒再生システムを使用することを含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
第一の水洗浄液が溶媒再生システムによって生じる凝縮ストリッピング流を含む請求項７に記載の方法。
【請求項１２】
少なくとも一種の溶媒に溶解させた重炭化水素の閾値濃度が該方法の操作を開始させる請求項７に記載の方法。
【請求項１３】
溶媒流が芳香族化合物を含む請求項７に記載の方法。
【請求項１４】
第二の水洗浄の前に軽質炭化水素に溶解させた重炭化水素を移送することを更に含む請求項７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願へのクロスリファレンス
この出願は、その全内容が出典明示によりここに援用される２００８年１２月９日出願の米国仮特許出願第６１／１２１１５３号に対して優先権を主張する。
【０００２】
連邦支援研究に関する陳述
適用なし
【背景技術】
【０００３】
ビチューメン、ケロゲン、ギルソナイト(登録商標) (鉱物ユインター石の商標名）及びタールのような重炭化水素は、石油産業でしばしば遭遇する高分子量の炭化水素である。これら重炭化水素は雰囲気温度で高粘性の液体から固体まで及び、一般に有用な形態で回収するのは困難である。例えば、重炭化水素原油及び天然ビチューメンは、その低比重及び高粘度が貯留槽又は精製装置流内を流れるその能力を妨害するので、取り扱いが困難である。更に、重炭化水素は、精製装置の様々なプロセス流中に経時的にたまり、系の製品を汚染し、又はコストのかかる操業休止時間を必要とする。
【０００４】
重炭化水素は石油化学製品の精製プロセスでは問題があるが、重炭化水素が有用である多くの用途がある。重炭化水素は、例えば、道路の舗装やルーフィング又は防水用途に使用されるものを含む、アスファルト及びタール組成物として使用されている。重炭化水素はまたオレフィン類やガソリンのようなより軽質の炭化水素へ転換するための原料でもある。重炭化水素のより軽質の炭化水素への転換は、典型的には、例えば熱分解及び水素化分解プロセスによって達成される。
【０００５】
上記事情に鑑みると、精製装置において溶媒プロセス流から重炭化水素を容易に分離する装置及び方法は、かなり有益である。そのような装置及び方法は、精油プロセス流のより効果的な操作を可能にし、また更なる処理のために有用な形態で重炭化水素を提供する。
【発明の概要】
【０００６】
様々な実施態様では、溶媒流から重炭化水素を除去するための装置が開示される。該装置は、第一の抽出ユニット、第二の抽出ユニット及び第一の抽出ユニットに連結された軽質炭化水素流入路を具備する。第一の抽出ユニットは、第一の水流入路、溶媒流流出路、及び第一の重炭化水素流出路を有する。第一の重炭化水素流出路は第二の抽出ユニットに連結される。第二の抽出ユニットは、第二の水流入路、第二の水流出路、及び第二の重炭化水素流出路を有する。第二の水流出路は第一の水流入路に接続する。
【０００７】
他の様々な実施態様では、溶媒流から重炭化水素を除去するための装置が開示される。該装置は、第一の抽出ユニット、第二の抽出ユニット及び第一の抽出ユニットに連結された軽質炭化水素流入路を具備する。第一の抽出ユニットは、第一の水流入路、溶媒流流出路、及び第一の重炭化水素流出路を有する。第一の重炭化水素流出路は第二の抽出ユニットに連結される。第一の水流入路には凝縮したストリッピング流が供給される。第二の抽出ユニットは、第二の水流入路、第二の水流出路、及び第二の重炭化水素流出路を有する。
【０００８】
他の様々な実施態様では、溶媒流から重炭化水素を除去する方法が開示される。該方法は、ａ）少なくとも一種の溶媒に溶解した重炭化水素を含有する混合物の第一のバッチを提供し、ｂ）混合物の第一のバッチを軽質炭化水素洗浄液で抽出し、ｃ）混合物の第一のバッチを第一の水洗浄液で洗浄して、重炭化水素が枯渇した溶媒流と軽質炭化水素に溶解した重炭化水素を製造し、ｄ）重炭化水素が枯渇した溶媒流を除去し、ｅ）軽質炭化水素に溶解した重炭化水素を第二の水洗浄液で洗浄し、ｆ）第二の水洗浄液を除去し、及びｇ）軽質炭化水素に溶解した重炭化水素を含有する流出流を分離することを含む。
【０００９】
上記では、次の詳細な説明がよりよく理解されうるために本発明の開示の特徴をかなり広く概説した。本開示の更なる特徴及び効果は以下に記載するが、これが特許請求の範囲の主題を構成する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
本開示とその効果を更に完全に理解するために、本開示の特定の実施態様を記述する添付図面と併せて、以下、次の説明が参照される。
【図１】重炭化水素除去システムの例を示す。
【図２】重炭化水素除去システムの溶媒再生システムへの連結例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
次の説明では、ここに開示される本実施態様の完全な理解をもたらすように、特定の量、サイズ等のような、ある詳細事項が記載される。しかしながら、本開示がそのような特定の詳細事項がなくとも実施されうることは当業者には明らかであろう。多くの場合、そのような考慮等に関する詳細事項は、本開示の完全な理解のためには必要ではなく、当該技術分野の当業者の技量の範囲内である。
【００１２】
一般に図面において、図は開示の特定の実施態様を記載するためであり、それに限定することを意図するものではないことは理解されるであろう。図面は必ずしもスケール通りではない。
【００１３】
ここで使用される用語の殆どは当業者によって理解できるが、明示的に定義されていない場合、用語は当業者によって現在受け入れられている意味を採用しているものとして解釈されなければならないことが理解されなければならない。ある用語の解釈がそれを無意味か又は本質的に無意味にする場合は、定義はWebster’s Dictionary, 3版, 2009から採られなければならない。定義及び／又は解釈は、この明細書において特に記載されていない限り、又は有効性を維持するために援用が必要ならば、関連があろうとなかろうと、他の特許出願、特許、又は刊行物から援用されるべきではない。
【００１４】
ここで使用される「ラフィネート」は例えば軽質炭化水素を意味する。
【００１５】
例えば抽出蒸留システムのような、精油システムにおける重炭化水素の蓄積は、特にシステムが閉ループ循環を有している場合、問題となり得る。しばしば、重炭化水素の蓄積は、例えば重炭化水素の沸点が閉ループシステムにおいて製造される物質の沸点に近い場合、経時的に徐々に生じる。そのような場合、単蒸留による重炭化水素の分離は困難な場合があり、又はさもないとエネルギー効率が低い。分離が困難で、重炭化水素が経時的に蓄積される場合、精油システムの性能は悪くなる場合がある。重炭化水素の分離が容易に達成されない場合、製品品質及び最適なシステム性能を維持するために代替の分離方法がしばしば使用される。次の検討では、抽出蒸留の精製プロセスの例が記載される。しかしながら、ここに記載された重炭化水素を除去するための装置及び方法を、重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の何れかに使用することができることは当業者には分かるであろう。以下に検討される装置と方法は、抽出蒸留プロセスにおいて溶媒流から重炭化水素を除去するために軽質炭化水素を導入する。該装置及び方法は、製造される重炭化水素流出流以外に、装置の操作又は方法の実施で取り扱わなければならない水及び有機廃水流が非常に少ない点で、既存の装置及び方法に対して有利である。
【００１６】
様々な実施態様では、溶媒流から重炭化水素を除去するための装置が開示される。該装置は、第一の抽出ユニット、第二の抽出ユニット及び第一の抽出ユニットに連結された軽質炭化水素流入路を具備する。第一の抽出ユニットは、第一の水流入路、溶媒流流出路、及び第一の重炭化水素流出路を有する。第一の重炭化水素流出路は第二の抽出ユニットに連結される。第二の抽出ユニットは、第二の水流入路、第二の水流出路、及び第二の重炭化水素流出路を有する。第二の水流出路は第一の水流入路に接続する。該装置は、重炭化水素を含む溶媒流のバッチ処理を可能にする。該装置は、ある実施態様では、連続的に操作されうる。
【００１７】
ある実施態様では、装置は、溶媒流をモニターし、溶媒流から重炭化水素を除去する必要があると思われる場合に装置を自動的に稼働させるための検出センサを含む。例えば、重炭化水素の閾値濃度は溶媒流において到達され得、装置の操作を開始させうる。ある実施態様では、溶媒流の流量は、重炭化水素の除去が実施されなければならないことを示唆する事象を決定しうる。例えば、重炭化水素が溶媒流において蓄積されると、溶媒流の粘度が最適なシステムの操作には大きすぎるようになる場合があり、溶媒流の粘度に基づく装置の起動が生じうる。重炭化水素を除去するための装置は、例えばある許容可能なレベルを越える溶媒流中の重炭化水素の濃度を検出することによって自動的にまた稼働されうる。ある実施態様では、許容可能なレベルは、約１重量％の重炭化水素、他では約５重量％、他では約１０重量％、他では約２０重量％、他では約３０重量％、他では約４０重量％、他では約５０重量％であり、更に他では約５０重量％を越える。重炭化水素の濃度の検出は、例えば粘度の測定によって達成されうる。当業者であれば、溶媒流中における重炭化水素の濃度が、抽出蒸留システムが実施される元の石油フィード中の重炭化水素の濃度に少なくとも最初は依存することが分かるであろう。
【００１８】
装置の様々な実施態様では、溶媒流は閉ループ溶媒流を含む。上で検討されたように、閉ループ溶媒流は重炭化水素の蓄積につながる。様々な実施態様では、装置は、溶媒流流出路に連結された溶媒再生システムを更に含む。例えば、溶媒は、溶媒流流出路から除去され、溶媒再生システムで再生され、抽出蒸留システムへ戻されうる。そのような溶媒再生システムは、例えば抽出蒸留システムに水を戻す前に水を溶媒から除去するプロセス及びシステムを含む。ある実施態様では、溶媒再生システムは二段の蒸発システムである。
【００１９】
様々な実施態様では、装置は抽出蒸留システムに連結される。装置が抽出蒸留システムに連結される実施態様では、抽出蒸留は芳香族化合物の抽出蒸留に使用することができる。芳香族化合物は、例えばベンゼン、トルエン及びキシレンを含みうる。
【００２０】
重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と、重炭化水素を含む溶媒の制御部分が自動的に移送され、ここに開示された重炭化水素の除去装置によって処理される。図１は、例示的な重炭化水素除去システム１００を示す。該重炭化水素除去システムは、第一の抽出ユニット１２０と第二の抽出ユニット１３０を含む。溶媒中に重炭化水素を含む溶媒源１０１は、軽質炭化水素流入路１０２からの軽質炭化水素（ＬＨＣ）フィードで処理される。軽質炭化水素フィードは溶媒中の重炭化水素混合物を希釈する。混合は、例えば溶媒／ＬＨＣスタティックミキサー１０３で達成される。重炭化水素は軽質炭化水素に抽出される。第一の水洗浄液は第一の水流入路１０４から供給される。第一の水流入路１０４からの水の重炭化水素の溶媒／ＬＨＣ混合物との混合は、水／溶媒／ＬＨＣスタティックミキサー１０５でなされる。該装置はまた二基のセパレータ１０６及び１０７を含む。第一段のセパレータ１０６は、水含有相としてセパレータの底部からの溶媒の除去を達成する。水ベース相の除去は溶媒流流出路１１２を通して生じる。溶媒流は、そこでは重炭化水素が枯渇しているが、抽出蒸留システムに戻すために更に処理されうる。あるいは、溶解した溶媒を含む水含有相は、溶媒回収、水再循環、廃棄、又はその組合せのために更に処理されうる。第一段のセパレータ１０６に残る上相は軽質炭化水素抽出物に溶解した重炭化水素を含む。
【００２１】
第一段のセパレータ１０６中の上相は、軽質炭化水素抽出物中の重炭化水素と共に少量の溶解した又は混合した溶媒を含む。重炭化水素の廃棄又は更なる処理では、軽質炭化水素抽出物に溶解した重炭化水素から残りの溶媒を除去することが有利である。第一段のセパレータ１０６の水含有相中の溶媒の大部分を除去した後、軽質炭化水素に溶解した重炭化水素を、第一の重炭化水素流出路１１３を通して第一段のセパレータ１０６から移送させ、第二の水流入路１０８から供給される新鮮な水と混合させる。軽質炭化水素中の重炭化水素の混合は、水／重炭化水素／ＬＨＣスタティックミキサー１０９中で生じる。ついで、混合物は第二段のセパレータ１０７に移される。重炭化水素／ＬＨＣ相中の残留溶媒を第二の水洗浄液中に抽出させ、第二段のセパレータ１０７中に底部層として除去される。重炭化水素相は第二段のセパレータ１０７中において上部層として分離され、第二の重炭化水素流出路１１０を通して重炭化水素流出流として除去される。第二の重炭化水素流出路１１０を通して得られた重炭化水素は更なる処理のために軽質炭化水素溶液に溶解されたままである。例えば、軽質炭化水素は更なる処理中に除去され得、又は重炭化水素流出物は直接廃棄されうる。
【００２２】
第二段のセパレータ１０７の底部から除去される水洗浄液は第一段のセパレータ１０６中において重炭化水素／ＬＨＣ混合物から分離されない微量の溶媒を主として含む。しかして、このようにして得られた水洗浄液は、多量の溶媒を除去するための第二回目の洗浄として使用されるのに適している。ここに記載された装置は第二の水流出路１１１を含み、それによって、第二段のセパレータ１０７から除去された水洗浄液は溶媒に溶解した重炭化水素の第二のバッチのための第一の水洗浄液として利用することができる。第二の水流出路１１１は第一の水流入路１０４に接続される。第二の水流出路１１１は、重炭化水素分離装置１００が閉ループシステムとして操作されることを可能にする。第二の水流出路１１１によって提供される閉ループ構造は、溶媒流からの重炭化水素の連続的なバッチ分離を可能にするので、有利である。更に、続く抽出バッチにおいて第一の水洗浄液に対して第二の水洗浄液を利用することは廃水処理コストを低減し、廃水に一般に伴う他の考慮を軽減する。
【００２３】
他の様々な実施態様では、溶媒流から重炭化水素を除去するための装置は、第一の抽出ユニット、第二の抽出ユニット及び第一の抽出ユニットに連結された軽質炭化水素流入路を具備する。第一の抽出ユニットは、第一の水流入路、溶媒流流出路、及び第一の重炭化水素流出路を有する。第一の重炭化水素流出路は第二の抽出ユニットに連結される。第一の水流入路には凝縮したストリッピング流が供給される。第二の抽出ユニットは、第二の水流入路、第二の水流出路、及び第二の重炭化水素流出路を有する。装置の様々な実施態様では、溶媒流は閉ループ溶媒流を含む。様々な実施態様では、装置は、溶媒流流出路に連結された溶媒再生システムを更に含む。ある実施態様では、溶媒再生システムは二段の蒸発システムである。
【００２４】
本発明のある実施態様では、凝縮されたストリッピング流は芳香族抽出蒸留プロセスからのものである。装置のある実施態様では、ストリッピング流は溶媒再生システムによって製造される。
【００２５】
重炭化水素除去が有利である例示的なプロセスは、芳香族の抽出蒸留においてである。芳香族の抽出蒸留プロセスは、重炭化水素除去装置及び溶媒再生システムに連結されうる。図２は、溶媒再生システムへの重炭化水素除去システムの連結例を示す。溶媒貯留槽２０１は芳香族芳香族抽出蒸留プロセスに連結されている。溶媒貯留槽２０１内の溶媒に重炭化水素が蓄積するようになると、溶媒の一部が、溶媒貯留槽２０１から重炭化水素除去システム２０４への途中の流路２１１中に放出される。重炭化水素除去システムの例は上に既に記載され、図１に示されている。重炭化水素を含む溶媒は、軽質炭化水素流入路２０２からの軽質炭化水素と水流入路２０３からの水で処理される。重炭化水素、溶媒、軽質炭化水素及び水の混合物が重炭化水素除去システム２０４中に供給される。例えば、上で検討されたように、重炭化水素、溶媒、非芳香族の軽質炭化水素及び水の混合物が第一の抽出ユニットとついで第二の抽出ユニット中に通され、重炭化水素及び軽質炭化水素から水と溶媒が分離される。軽質炭化水素に溶解した重炭化水素は重炭化水素流出路２０５を通って除去される。残留した水及び重炭化水素が枯渇した溶媒は溶媒流流出路２０６を流路を通って除去される。残留水と溶媒は重炭化水素の軽質炭化水素溶液からの水と溶媒の第一の抽出分離から生じる。
【００２６】
図２に示された実施態様では、重炭化水素が枯渇した溶媒流が、溶媒流流出路２０６から第一の蒸発ユニット２０７と第二の蒸発ユニット２０８を有する二段の蒸発システム中に供給される。第一の蒸発ユニット２０７と第二の蒸発ユニット２０８から、溶媒を溶媒再生システム２０９まで流通させる。溶媒再生システム２０９は溶媒の再生の過程でストリッピング流を生じる。ストリッピング流を凝縮させることができ、重炭化水素除去システムの水洗浄のための（つまり上記の水流入路２０３のための）閉ループで使用される。精製された溶媒は流路２１２を通して溶媒貯留槽２０１に戻され、これがその後芳香族抽出蒸留プロセスに戻される。
【００２７】
溶媒再生システム２０９から生成されたストリッピング流は凝縮され、重炭化水素除去システム２０４において少なくとも第一の水洗浄液として使用されうる。重炭化水素除去プロセスへの溶媒再生プロセスの連結は有利な操作上の利益をもたらす。溶媒流から除去される重炭化水素ばかりでなく、重炭化水素除去プロセスにおけるストリッピング流の利用は廃水として水の放出を最小にする。
【００２８】
上で検討した重炭化水素除去システムを、重炭化水素の除去が有利である多くの処理条件の何れかに連結することができ、上で提供された芳香族抽出蒸留プロセスに連結された実施態様は例示的であると考えられるべきであることは当業者には分かるであろう。当業者には、上で検討された装置は過剰量の廃溶媒、廃水又は廃熱を生じない点で有利であることが分かるであろう。該装置によって生じる有機廃液流のみの一つはＬＨＣ／重炭化水素流である。ある実施態様では、ＬＨＣ／重炭化水素流でさえ、例えば液体燃料系に混合するために、又は他の精製ユニットへの移送によって、例えば重炭化水素をより有用な小有機物に熱分解するために更に処理することができる。
【００２９】
他の様々な実施態様では、溶媒流から重炭化水素を除去する方法が開示される。該方法は、ａ）少なくとも一種の溶媒に溶解した重炭化水素を含有する混合物の第一のバッチを提供し、ｂ）混合物の第一のバッチを軽質炭化水素洗浄液で抽出し、ｃ）混合物の第一のバッチを第一の水洗浄液で洗浄して、重炭化水素が枯渇した溶媒流と軽質炭化水素に溶解した重炭化水素を製造し、ｄ）重炭化水素が枯渇した溶媒流を除去し、ｅ）軽質炭化水素に溶解した重炭化水素を第二の水洗浄液で洗浄し、ｆ）第二の水洗浄液を除去し、及びｇ）軽質炭化水素に溶解した重炭化水素を含有する流出流を分離することを含む。様々な実施態様では、該方法は、重炭化水素を含む混合物の第二のバッチを提供し、方法工程を繰り返すことを更に含む。従って、ここに開示された重炭化水素を除去する方法は連続的に実施することができる。
【００３０】
方法の様々な実施態様では、溶媒流は閉ループ溶媒流である。方法の様々な実施態様では、溶媒流は芳香族化合物を含む。方法の様々な実施態様では、抽出工程は重芳香族化合物を除去する。
【００３１】
方法の様々な実施態様では、混合物の第一のバッチを洗浄するために使用された第二の水洗浄液を、ついで、第二の水洗浄液が、重炭化水素と少なくとも一種の溶媒を含む混合物の第二のバッチに対して第一の水洗浄液となるように閉ループシステムで移される。第二の水のそのような再使用は上により詳細に説明した。様々な実施態様では、該方法は、重炭化水素が枯渇した溶媒流から少なくとも一種の溶媒を再生することを更に含む。再生工程は、溶媒再生システムを使用することを含む。溶媒再生システムは、溶媒流中に再び導入して戻す溶媒を再生する。該方法の様々な実施態様では、第一の水洗浄液は溶媒再生システムによって製造される凝縮ストリッピング流を含む。
【００３２】
該方法の様々な実施態様では、少なくとも一種の溶媒に溶解させた重炭化水素の閾値濃度が該方法の操作を開始させる。様々な閾値パラメータ及び閾値濃度を検出する方法が上で検討された。様々な実施態様では、該方法は、第二の水洗浄の前に軽質炭化水素に溶解させた重炭化水素を移送することを更に含む。
【００３３】
上記の説明から、当業者であれば、この開示の本質的な特徴を容易に確認することができ、その精神及び範囲から逸脱することなく、様々な変化と変更をなして開示を様々な用途と条件に適合させることができる。上に記載された実施態様は、例証のためだけを意味するものであり、次の特許請求の範囲に定義される開示の範囲を限定するものと解されてはならない。
【図１】
0005484482.tif 000002
【図２】
0005484482.tif 000003