СПОСОБ ДЕАСФАЛЬТИЗАЦИИ НЕФТЯНЫХ ОСТАТКОВ (ВАРИАНТЫ)
METHOD OF DEASPHALTING OIL RESIDUES (VERSIONS)

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области химической технологии и может быть использовано в нефтепереработке, в частности для получения деасфальтизатов, применяемых в производстве минеральных масел и топливном производстве.
Уровень техники
Известен способ деасфальтизации нефтяных остатков в экстракционной колонне, снабженной отстойной секцией, которая отделена глухим днищем от экстракционной секции колонны [1, с.54-56, с.67-68]. По этому способу деасфальтизатный раствор выводится с верха экстракционной колонны, нагревается в пароподогревателе и с температурой 75-90°С подается в отстойную секцию, где происходит осаждение из деасфальтизатного раствора смол и полициклических углеводородов (рефлюкса). Раствор рефлюкса с нижней части отстойной секции забирается насосом и возвращается в верхнюю часть экстракционной части колонны в виде орошения.
Недостатком известного способа является неравномерный градиент температур по высоте колонны и отсутствие противоточной экстракции рефлюкса в отстойной секции, в результате чего не обеспечивается полный отбор деасфальтизата.
В качестве наиболее близкого аналога по технической сущности и существенным признакам к предлагаемому способу деасфальтизации нефтяных остатков, то есть прототипом, можно выделить следующий способ [1, С.55-57]. Он заключается в деасфальтизации нефтяных остатков легкими углеводородными растворителями, осуществляемой путем противоточного контактирования сырья с растворителем в экстракционной колонне с зоной отстоя деасфальтизатного раствора, зоной образования флегмы за счет нагрева деасфальтизатного раствора внутренними пароподогревателями, экстракционной зоной контактирования сырья, флегмы и растворителя, зоной отстоя асфальтового раствора, с получением и выводом из колонны деасфальтизатного и асфальтового растворов и последующей регенерацией растворителя из этих растворов с получением деасфальтизата и асфальта.
Основным недостатком этого способа является большое количество флегмы, циркулирующей между зоной ее образования и экстракционной зоной, что приводит к повышенной кратности растворителя на разделяемое сырье, повышенным энергозатратам и пониженным отбором деасфальтизата. Кроме этого колонна перегружена по внутренним потокам, что снижает производительность по сырью.
Сущность изобретения
Сущность изобретения по п.1 заключается в том, что деасфальтизация нефтяных остатков легкими углеводородными растворителями осуществляется путем противоточного контактирования сырья с растворителем в экстракционной колонне с зоной отстоя деасфальтизатного раствора, зоной образования флегмы за счет нагрева деасфальтизатного раствора внутренними пароподогревателями, зоной сбора и отвода флегмы, экстракционной зоной контактирования сырья, флегмы и растворителя, зоной отстоя асфальтового раствора, с получением и выводом из колонны деасфальтизатного и асфальтового растворов и последующей регенерацией растворителя из этих растворов с получением деасфальтизата и асфальта, при этом по варианту №1 часть флегмы из зоны сбора и отвода флегмы направляется, минуя экстракционную зону, в зону отстоя асфальтового раствора или по варианту №2 часть флегмы выводится из экстракционной колонны, а оставшаяся часть флегмы из зоны сбора и отвода флегмы возвращается в экстракционную зону.
Сущность изобретения по п.2 заключается в том, что деасфальтизация нефтяных остатков легкими углеводородными растворителями осуществляется путем противоточного контактирования сырья с растворителем в экстракционной колонне с зоной отстоя деасфальтизатного раствора, зоной образования флегмы за счет нагрева деасфальтизатного раствора внутренними пароподогревателями, зоной контакта флегмы и растворителя, экстракционной зоной контактирования сырья, флегмы и растворителя, зоной отстоя асфальтового раствора, с получением и выводом из колонны деасфальтизатного и асфальтового растворов и последующей регенерацией растворителя из этих растворов с получением деасфальтизата и асфальта, при этом по варианту №3 часть флегмы из зоны контакта флегмы и растворителя отводится, минуя экстракционную зону, в зону отстоя асфальтового раствора или по варианту №4 часть флегмы выводится из экстракционной колонны, а оставшаяся часть флегмы из зоны контакта флегмы и растворителя возвращается в экстракционную зону.
Основной целью настоящего изобретения является улучшение технологических и технико-экономических показателей процесса деасфальтизации, таких как повышение отбора деасфальтизата, снижение кратности растворителя и энергозатрат, возможность повышения производительности по сырью.
Поставленная цель достигается тем, что в экстракторе, в котором получаются и откуда выводятся деасфальтизатный и асфальтовый растворы с последующей регенерацией растворителя из этих растворов с получением деасфальтизата и асфальта, создается дополнительная зона сбора и отвода флегмы или зона контакта флегмы и растворителя.
Создание дополнительной зоны в экстракторе позволяет регулировать загрузку экстрактора по внутренним потокам и осуществлять перераспределение сырьевых компонентов, связанное с их растворимостью во взаимодействующих между собой внутренних потоках. В результате этого происходит дополнительное извлечение ценных сырьевых компонентов и увеличение отбора целевого продукта. Повышение эффективности процесса деасфальтизации достигается также за счет улучшения гидродинамической структуры потоков в экстракторе.
Совокупность отличительных признаков, описанных выше, обеспечивает новые технические свойства предлагаемого способа: снижение кратности растворителя и количества расходуемого тепла, увеличение отбора деасфальтизата, снижение нагрузки экстрактора по внутренним потокам, в результате чего повышается производительность по сырью и выработка продукции.
Перечень чертежей и иных материалов
В приложении приведены следующие чертежи:
1) фиг.1 - принципиальная схема по известному способу (прототипу);
2) фиг.2 - принципиальная схема по предлагаемому способу по п.1 (варианты №1 и №2);
3) фиг.3 - принципиальная схема по предлагаемому способу по п.2 (варианты №3 и №4).
На фиг.1 представлена схема деасфальтизации исходного сырья растворителем путем противоточного контактирования в экстракционной колонне (1) с зоной отстоя деасфальтизатного раствора, зоной образования флегмы за счет нагрева деасфальтизатного раствора внутренними пароподогревателями, экстракционной зоной контактирования сырья, флегмы и растворителя, зоной отстоя асфальтового раствора, с регенерацией растворителя из деасфальтизатного раствора в блоке регенерации растворителя №1 (2) и получением деасфальтизата, и с регенерацией растворителя из асфальтового раствора в блоке регенерации растворителя №2 (3) и получением асфальта.
На фиг.2 представлены предлагаемые способы деасфальтизации исходного сырья растворителем по вариантам №1 и №2 путем противоточного контактирования в экстракционной колонне с зоной отстоя деасфальтизатного раствора, зоной образования флегмы за счет нагрева деасфальтизатного раствора внутренними пароподогревателями, экстракционной зоной контактирования сырья, флегмы и растворителя, зоной отстоя асфальтового раствора, зоной сбора и отвода флегмы, часть которой по варианту №1 направляется, минуя экстракционную зону, в зону отстоя асфальтового раствора или по варианту №2 выводится из экстракционной колонны, а оставшаяся часть флегмы из зоны сбора и отвода флегмы подается в экстракционную зону, с регенерацией растворителя из деасфальтизатного раствора в блоке регенерации растворителя №1 (2) и получением деасфальтизата, и с регенерацией растворителя из асфальтового раствора в блоке регенерации растворителя №2 (3) и получением асфальта.
На фиг.3 представлены предлагаемые способы деасфальтизации исходного сырья растворителем по вариантам №3 и №4 путем противоточного контактирования в экстракционной колонне с зоной отстоя деасфальтизатного раствора, зоной образования флегмы за счет нагрева деасфальтизатного раствора внутренними пароподогревателями, экстракционной зоной контактирования сырья, флегмы и растворителя, зоной отстоя асфальтового раствора, зоной контакта растворителя и флегмы, часть которой по варианту №3 направляется, минуя экстракционную зону, в зону отстоя асфальтового раствора или по варианту №4 выводится из экстракционной колонны, а оставшаяся часть флегмы из зоны контакта флегмы и растворителя подается в экстракционную зону, с регенерацией растворителя из деасфальтизатного раствора в блоке регенерации растворителя №1 (2) и получением деасфальтизата, и с регенерацией растворителя из асфальтового раствора в блоке регенерации растворителя №2 (3) и получением асфальта.
Реализация экстракционного оборудования (экстракторов) может быть различна, например, экстракционные колонны, системы смесителей-отстойников, роторно-дисковые экстракторы и другие.
В табл.1 представлены данные, подтверждающие достижение поставленной задачи - показатели процесса по известному и предлагаемым способам.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
Для проверки предлагаемого способа проведены исследования процесса деасфальтизации гудрона по известному и предлагаемым способам. Условия проведения процесса деасфальтизации (кратность растворителя к сырью, температуры) и результаты исследований представлены в табл.1. Способ иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1 (прототип для п.1):
Гудрон с коксуемостью 13,2% при температуре 120°С в количестве 38000 кг/ч подают в верхнюю часть экстракционной зоны. В нижнюю часть экстракционной зоны подают растворитель - технический пропан при температуре 45°С в количестве 115200 кг/ч (объемная кратность растворителя к сырью 6:1).
В подогреватели верха экстракционной колонны подается водяной пар в количестве 2,538 Гкал/ч. Давление в экстракционной колонне поддерживается 3,9 МПа. Параметры стационарного режима экстракционной колонны, устанавливающиеся при вышеприведенных условиях, приведены в табл.1, графа 1:
- температуры зоны отстоя деасфальтизатного и асфальтового растворов составляют 83,2°С и 60°С, соответственно;
- температура деасфальтизатного раствора в зоне, расположенной между зонами образования флегмы и экстракции (зона сбора флегмы), составляет 62,6°С;
- содержание деасфальтизата в деасфальтизатном растворе в этой зоне составляет 27,8%. В зоне образования флегмы в результате нагрева образуется флегма в количестве 40144 кг/ч, содержащая 24488 кг/ч рефлюкса - концентрат ароматических и смолистых компонент сырья, который весь возвращается в зону экстракции;
- выход деасфальтизата заданного качества (коксуемость 1,1%) составляет 38 мас.% на сырье, температура размягчения асфальта составляет 44°С.
Пример 2 (по предлагаемому способу по п.1, варианты №1 и №2).
Параметры процесса деасфальтизации аналогичны примеру 1, со следующим отличием - объемная кратность растворителя к гудрону составляет 5,5:1, часть флегмы в количестве 7538 кг/ч из зоны сбора направляется, минуя экстракционную зону, в зону отстоя асфальтового раствора (п.1, вариант №1), или выводится из экстракционной колонны (п.1, вариант №2).
Параметры режима работы экстракционной колонны приведены в графе 3 таблицы 1, результаты процесса следующие:
- температура деасфальтизатного раствора в зоне сбора флегмы составляет 61,4°С, содержание деасфальтизата 29,1%. Количество рефлюкса, поступающего из зоны сбора в зону экстракции - 17282 кг/ч;
- выход деасфальтизата заданного качества с коксуемостью 1,1% составляет 39,5%, количество тепла 2,07 Гкал/ч.
Пример 3 (прототип для п.2):
Параметры процесса деасфальтизации аналогичны примеру 1, со следующим отличием - часть растворителя в количестве 9600 кг/ч, подаваемого в экстракционную колонну, подается в нижнюю часть зоны контакта флегмы с растворителем.
Параметры режима работы экстракционной колонны приводятся в графе 4 таблицы 1, результаты процесса следующие:
- температура деасфальтизатного раствора в зоне сбора флегмы 62,5°С, содержание деасфальтизата 28,1%, количество рефлюкса, поступающего из зоны сбора в зону экстракции - 22260 кг/ч;
- в результате контакта чистого растворителя с флегмой из нее извлекается 2336 кг/ч рефлюкса, обогащенного масляными компонентами, и возвращается в зону образования флегмы;
- выход деасфальтизата составляет 39,5%, количество тепла 2,499 Гкал/ч.
Пример 4 (по предлагаемому способу по п.2, варианты №3 и №4):
Параметры процесса деасфальтизации аналогичны примеру 3, со следующим отличием - объемная кратность растворителя к гудрону составляет 5:1. Часть флегмы в количестве 7226 кг/ч из зоны контакта направляется, минуя экстракционную зону, в зону отстоя асфальтового раствора (п.2, вариант №3), или выводится из экстракционной колонны (п.2, вариант №4).
Параметры режима экстракционной колонны приводятся в графе 5 таблицы 1, результаты процесса следующие:
- температура деасфальтизатного раствора над зоной контакта составляет 60,9°С, содержание деасфальтизата в растворе 29,3%. Количество рефлюкса, поступающего из зоны контакта в зону экстракции - 11114 кг/ч;
- выход деасфальтизата составляет 42%, необходимое для проведения процесса тепло 1,537 Гкал/ч.
Таким образом, сравнивая результаты деасфальтизации по примеру 2 и примеру 1, видно, что в результате вывода части флегмы из экстракционной зоны увеличивается выход деасфальтизата на 1,5%. Это происходит за счет того, что рефлюкс, возвращающийся вместе с флегмой в зону экстракции, по своему составу обогащен тяжелыми ароматическими и смолистыми компонентами сырья. При возвращении в экстракционную зону рефлюкс вновь растворяется, неэффективно занимая тем самым часть растворителя. Количество растворителя, которое необходимо для растворения 7538 кг/ч рефлюкса (по п.1, варианты №1 и 2), составляет (7538/29,1%)×(70,9%)=18366 кг/ч. Примерно такое же количество растворителя отвлекается от экстракционного процесса свежего сырья, богатого масляными компонентами.
Кроме того, при смешении рефлюкса со свежим сырьем в экстракционной зоне, содержание в сырье тяжелых ароматических и смолистых компонент увеличивается. Эти нежелательные, с точки зрения товарной продукции - деасфальтизата, компоненты при температуре экстракционной зоны хорошо растворяются, поэтому являются ненужным балластом процесса экстракции, снижающим его эффективность.
Как видно из примера 3, организация дополнительной зоны контакта рефлюкса со свежим растворителем позволяет увеличить выход деасфальтизата требуемого качества на 1,5%. Это происходит за счет того, что процесс извлечения оставшихся масляных компонент из рефлюкса происходит более эффективно, когда процесс осуществляется с применением свежего растворителя и отдельно от сырья и при более оптимальной температуре 73,9°С, превышающей температуру процесса в экстракционной зоне 60,4-62,5°С.
При этом эффективность процесса экстракции в экстракционной зоне не снижается, не смотря на снижение количества растворителя, подаваемого в эту зону, так как при этом снижается количество рефлюкса, попадающего в экстракционную зону по сравнению с прототипом, что эквивалентно высвобождению части растворителя.
При организации дополнительной зоны контакта с выводом части флегмы из экстракционной зоны (по п.2, варианты №3 и 4) выход деасфальтизата требуемого качества увеличивается по сравнению с прототипом на 4% при снижении общей кратности растворителя к сырью с 6:1 до 5:1.
Это происходит за счет проведения процесса экстракции из рефлюкса масляных компонент свежим растворителем в дополнительной зоне контакта отдельно от процесса экстракции сырья. Кроме того, за счет отвода из экстракционной зоны излишков флегмы, уменьшается в этой зоне концентрация тяжелых ароматических и смолистых соединений, высвобождая тем самым часть растворителя для экстракции желательных компонент из свежего сырья.
Полученные данные показывают, что использование предлагаемых способов позволяет увеличить отбор деасфальтизата, снизить кратность растворителя и количество расходуемого тепла, снизить нагрузку экстрактора по внутренним потокам, в результате повысить производительность по сырью и выработку продукции.
Источники информации
1. Гольдберг Д.О., Соболев Б.А. Деасфальтизация пропаном / Библиотечка молодого рабочего. М.: Химия, 1965.
Таблица 1
Показатели процесса по известному и предлагаемым способам
Показатели
Способ деасфальтизации
прототип для п.1
по п.1 (варианты №1/№2)
прототип для п.4
по п.2 (варианты №3/№4)
1
2
3
4
5
1. Температура сырья, °С
120
120
120
120
2. Температура растворителя, °С
45
45
45
45
3. Температура зоны отстоя деасфальтизатного раствора, °С
83,2
81,1
82,7
78,3
4. Температура деасфальтизатного раствора в зоне сбора флегмы, °С
62,6
61,4
62,5
60,9
5. Температура зоны отстоя асфальтового раствора, °С
60
62,9/58,0 (№1/№2)
60,4
60,6/58,7 (№3/№4)
6. Температура флегмы в зоне сбора флегмы, °С
83,2
81,1
73,9
68,2
7. Количество растворителя, подаваемого в экстракционную зону, кг/ч
115200
105600
105600
86000
8. Количество растворителя, подаваемого в зону контакта флегмы и растворителя, кг/ч
-
-
9600
10000
9. Количество сырья, подаваемого в экстракционную зону, кг/ч
38000
38000
38000
38000
10. Количество получаемого деасфальтизатного раствора, кг/ч, в том числе:
114550
105911
115512
97869
- деасфальтизат, кг/ч
14440
15010
15010
15960
- растворитель, кг/ч
100110
90901
100502
81909
11.1. Количество асфальтового раствора (прототипы, варианты №1, №3), кг/ч, в том числе:
38651
37689
37689
36131
- асфальт
23560
22990
22990
22040
- растворитель
15091
14699
14699
14091
11.2. Количество асфальтового
раствора (варианты №2, №4),
-
30151
-
28905
кг/ч, в том числе:
- асфальт
-
18392
-
17632
- растворитель
-
11759
-
11273
12. Количество флегмы, кг/ч, в том числе:
40144
35869
40322
25445
- количество флегмы в экстракционную зону
40144
28331
36492
18219
- количество флегмы в зону отстоя асфальтового раствора
-
7538
-
7226
- количество флегмы из экстракционной колонны
-
7538
-
7226
- количество растворенной флегмы, возвращаемой в зону образования флегмы, кг/ч
-
-
3830
-
13. Количество рефлюкса, поступающего в экстракционную зону, кг/ч
24488
17282
22260
11114
14. Количество тепла в подогреватели колонны, Гкал/ч
2,538
2,070
2,499
1,537
15. Объемная кратность растворителя к сырью
6:1
5,5:1
6:1
5:1
16. Выход деасфальтизата, %
38
39,5
39,5
42
17. Коксуемость деасфальтизата, %
1,1
1,1
1,1
1,1
18. Температура размягчения асфальта, °С
44
46/61 (№1/№2)
46
49/65 (№3/№4)