УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ДЛЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ТЯЖЕЛЫХ УГЛЕВОДОРОДОВ ИЗ ПОТОКА РАСТВОРИТЕЛЯ
APPARATUS AND METHOD OF EXTRACTING HEAVY HYDROCARBONS FROM SOLVENT STREAM

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ
Данная заявка претендует на приоритет предварительной патентной заявки США 61/121153, поданной 9 декабря 2008 года, которая вводится в данное описание посредством отсылки во всей полноте.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Тяжелые углеводороды, такие как битум, кероген, Гильсонит (торговая марка минерального юинтаита) и смолы представляют собой высокомолекулярные углеводороды, часто встречающиеся в нефтяной промышленности. Эти тяжелые углеводороды при комнатной температуре имеют вид от густых вязких жидкостей до твердых веществ, и обычно их трудно извлекать в виде полезных веществ. Например, тяжелые углеводороды в виде неочищенных (сырых) масел и природных битумов трудно перерабатывать ввиду того, что их низкая плотность и высокая вязкость замедляет их движение в нефтеносных пластах и на нефтеперерабатывающих заводах. Кроме того, на нефтеперегонном заводе тяжелые углеводороды могут со временем накапливаться в различных потоках в процессе очистки, что уменьшает мощность системы или требует дорогостоящего простойного времени.
Хотя тяжелые углеводороды создают проблемы при переработке нефтехимических продуктов, существует ряд областей, в которых тяжелые углеводороды находят применение. Тяжелые углеводороды применялись, например, в составе асфальта или смолы, включая композиции, применяющиеся для дорожного покрытия, кровельных работ или гидроизоляционных работ. Тяжелые углеводороды являются также сырьем для превращения в более легкие углеводороды, такие как олефины и бензин. Обычно превращение тяжелых углеводородов в более легкие осуществляют, например, термическим крекингом или гидрогенолизом.
С учетом вышеизложенного значительную пользу могут принести установки и способы, позволяющие легко отделять тяжелые углеводороды от потока растворителя на нефтеперерабатывающем заводе. Такие установки и способы позволили бы сделать процесс переработки более эффективным, а также получать тяжелые углеводороды в форме, применимой для дальнейшей переработки.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В различных вариантах изобретения раскрываются установки для удаления тяжелых углеводородов из потока растворителя. Установки включают первый экстракционный узел, второй экстракционный узел и линию ввода легких углеводородов, соединенную с первым экстракционным узлом. Первый экстракционный узел включает первую линию ввода воды, линию вывода растворителя и первую линию вывода тяжелых углеводородов. Первая линия вывода тяжелых углеводородов соединена со вторым экстракционным узлом. Второй экстракционный узел включает вторую линию ввода воды, вторую линию вывода воды и вторую линию вывода тяжелых углеводородов. Вторая линия вывода воды соединена с первой линией ввода воды.
В других различных вариантах изобретения установки для удаления тяжелых углеводородов из растворителя включают первый экстракционный узел, второй экстракционный узел и линию ввода легких углеводородов, соединенную с первым экстракционным узлом. Первый экстракционный узел включает первую линию ввода воды, линию вывода растворителя и первую линию вывода тяжелых углеводородов. Первая линия вывода тяжелых углеводородов соединена со вторым экстракционным узлом. В первую линию ввода воды подается охлажденный (конденсированный) технологический пар. Второй экстракционный узел включает вторую линию ввода воды, вторую линию вывода воды и вторую линию вывода тяжелых углеводородов.
В других различных вариантах изобретения раскрываются способы удаления тяжелых углеводородов из растворителя. Эти способы включают: а) подачу первой партии смеси, содержащей тяжелые углеводороды, растворенные по меньшей мере в одном растворителе, б) экстракцию первой партии смеси промывкой легкими углеводородами, в) промывку первой партии смеси первой промывкой водой, при этом получают поток растворителя, обедненного тяжелыми углеводородами, и поток тяжелых углеводородов, растворенных в легких углеводородах, г) удаление потока растворителя, обедненного тяжелыми углеводородами, д) промывка потока тяжелых углеводородов, растворенных в легких углеводородах, с помощью второй промывки водой, е) удаление воды после второй промывки и ж) выделение выходящего потока, содержащего тяжелые углеводороды, растворенные в легких углеводородах.
Выше признаки настоящего изобретения изложены в достаточно общей форме для того, чтобы легче было понять представленное ниже подробное описание изобретения. Дополнительные признаки и преимущества данной заявки, которые входят в Формулу изобретения, будут описаны далее.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ФИГУР
Для более полного понимания настоящей заявки и ее преимуществ даются ссылки на то, что нижеприведенное описание следует рассматривать совместно с прилагаемыми фигурами, на которых представлены конкретные варианты изобретения по данной заявке:
на Фигуре 1 наглядно показана схема удаления тяжелых углеводородов;
на Фигуре 2 наглядно представлено сочетание системы удаления тяжелых углеводородов с системой регенерации растворителя.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В нижеприведенном описании некоторые подробные сведения представлены в виде конкретных количеств, размеров и т.д. с тем, чтобы обеспечить полное понимание вариантов настоящего изобретения по данному описанию. Однако, как станет очевидным для специалистов в данной области техники, настоящую патентную заявку можно воплощать на практике без таких конкретных подробностей. Во многих случаях детали, касающиеся таких оценок и т.п., опущены, поскольку такие детали не являются необходимыми для полного понимания настоящей заявки и они известны рядовым специалистам в релевантной области техники.
Что касается фигур в целом, понятно, что иллюстрации даются с целью описать конкретный вариант изобретения и не претендуют на ограничение изобретения. Фигуры не обязательно масштабировать.
rd
Хотя большинство терминов, применяемых в данном описании, знакомо специалистам в данной области техники, следует, однако, понимать, что если четко не оговорено, то термины имеют значение, принятое в настоящее время у рядовых специалистов в данной области техники. В тех случаях, когда истолкование термина лишает или почти лишает его смысла, следует брать значение из словаря Webster's Dictionary, 3 Edition, 2009. Определения и/или интерпретации не следует включать из других патентных заявок, патентов или публикаций, родственных или не родственных, если конкретно не заявляется в данном описании или если включение необходимо для подтверждения адекватности.
Термин "рафинат" по данному описанию относится, например, к легким углеводородам.
Накопление тяжелых углеводородов в системах очистки (например, на нефтеочистительных заводах), например, таких как система экстракционной перегонки, может создавать проблемы, в частности, когда системы являются замкнутыми циркуляционными системами. Нередко накопление тяжелых углеводородов происходит постепенно, во времени, например, когда температура кипения тяжелых углеводородов близка к температуре кипения продукта, образующегося в замкнутой системе. В таких случаях отделение тяжелых углеводородов простой перегонкой может быть затруднено или энергетически невыгодно. Если отделение затруднено и тяжелые углеводороды со временем накапливаются, система очистки может засориться. В таких случаях, если отделение тяжелых углеводородов нелегко осуществить, часто используют альтернативные методы выделения, чтобы сохранить качество продукции и оптимальные характеристики системы. В нижеприведенном обсуждении описан показательный процесс очистки экстракционной перегонкой. Однако, рядовой специалист в данной области техники знает, что устройства и способы извлечения тяжелых углеводородов по данному описанию можно применять в различных процессах очистки, когда желательно удалять тяжелые углеводороды. Устройства и способы, обсуждаемые ниже, включают экстракцию легкими углеводородами для извлечения тяжелых углеводородов из потока растворителя в процессе экстракционной перегонки. Преимущество устройств и способов перед существующими устройствами и способами состоит в том, что, за исключением полученного выходящего потока тяжелых углеводородов, в функционировании устройств или в осуществлении способов участвует очень малые водные потоки и потоки органических отходов.
В различных вариантах изобретения раскрываются установки для извлечения тяжелых углеводородов из потока растворителя. Устройства включают первый экстракционный узел, второй экстракционный узел и линию ввода легких углеводородов, соединенную с первым экстракционным узлом. Первый экстракционный узел включает первую линию ввода воды, линию вывода потока растворителя и первую линию вывода тяжелых углеводородов. Первая линия вывода тяжелых углеводородов соединена со вторым экстракционным узлом. Второй экстракционный узел включает вторую линию ввода воды, вторую линию вывода воды и вторую линию вывода тяжелых углеводородов. Вторая линия вывода воды соединена с первой линией ввода воды. Эти устройства позволяют осуществлять периодическую переработку потока растворителя, содержащего тяжелые углеводороды. В некоторых вариантах изобретения установки могут работать непрерывно.
В некоторых вариантах изобретения устройства включают детектирующие датчики для контроля потока растворителя и автоматической активизации установки, когда полагают, что необходимо удалить тяжелые углеводороды из потока растворителя. Например, можно достичь пороговой концентрации тяжелых углеводородов в потоке растворителя и запустить установку. В некоторых вариантах изобретения скорость потока растворителя может обуславливать событие, означающее, что следует осуществить удаление тяжелых углеводородов. Например, так как тяжелые углеводороды накапливаются в потоке растворителя, вязкость потока растворителя может стать слишком высокой для того, чтобы система работала в оптимальном режиме, и активизация установки происходит в зависимости от вязкости потока растворителя. Установки для удаления тяжелых углеводородов могут также включаться автоматически, например, если детектируется, что концентрация тяжелых углеводородов в потоке растворителя превышает определенный допустимый уровень. В некоторых вариантах изобретения допустимый уровень составляет около 1% вес. тяжелых углеводородов, в других вариантах изобретении около 5% вес, в других вариантах изобретении около 10% вес., в других вариантах изобретении около 20% вес., в других вариантах изобретении около 30% вес., в других вариантах изобретении около 40% вес., в других вариантах изобретении около 50% вес., и, наконец, в других вариантах изобретении более 50% вес. Определение концентрации тяжелых углеводородов можно проводить, например, по вязкости. Рядовой специалист в данной области техники знает, что концентрация тяжелых углеводородов в потоке растворителя, по меньшей мере вначале, зависит от концентрации тяжелых углеводородов в исходном углеводородном сырье, которое подвергается экстракционной перегонке.
В различных вариантах установок поток растворителя представляет собой замкнутый поток растворителя. Как обсуждается выше, в замкнутом потоке растворителя накапливаются тяжелые углеводороды. В различных вариантах изобретения установки дополнительно включают систему регенерации растворителя, соединенную с линией ввода растворителя. Например, растворитель можно удалить из линии вывода растворителя, регенерировать с помощью системы регенерации растворителя и снова пустить в систему экстракционной перегонки. Такие системы регенерации растворителя могут включать, например, процессы и системы удаления воды из растворителя перед тем, как снова пустить его в систему экстракционной перегонки. В некоторых вариантах изобретения система регенерации растворителя представляет собой двухступенчатую испарительную систему.
В различных вариантах изобретения установки соединены с системой экстракционной перегонки. В вариантах изобретения, в которых установка соединена с системой экстракционной перегонки, эту систему можно применять для экстракционной перегонки ароматических соединений. Ароматические соединения могут включать, например, бензол, толуол и ксилолы.
Когда в замкнутой системе экстракционной перегонки детектируется пороговая концентрация тяжелых углеводородов, находящаяся под контролем порция растворителя, содержащего тяжелые углеводороды, автоматически транспортируется в установку и обрабатывается на установке для удаления тяжелых углеводородов по данному описанию. На Фигуре 1 наглядно показана система удаления тяжелых углеводородов 100. Система удаления тяжелых углеводородов включает первый экстракционный узел 120 и второй экстракционный узел 130. В емкость с растворителем 101, содержащим тяжелые углеводороды в растворителе, подается порция легких углеводородов (LHC) из линии ввода легких углеводородов 102. Порция легких углеводородов разбавляет смесь тяжелых углеводородов в растворителе. Смешение осуществляют, например, в статическом смесителе 103. Тяжелые углеводороды экстрагируются легкими углеводородами. Первая промывка водой осуществляется из первой линии ввода воды 104. Смешение воды, поступающей из первой линии ввода воды 104, со смесью тяжелых углеводородов в растворителе/LHC с образованием смеси вода/растворитель/LHC осуществляется в статическом смесителе 105. Установка также включает два сепаратора 106 и 107. На первой стадии в сепараторе 106 осуществляется удаление растворителя из нижней части сепаратора (нижняя фаза, нижний слой) в виде водосодержащей фазы. Удаление водной фазы происходит через линию выведения потока растворителя. Поток растворителя, теперь обедненный тяжелыми углеродами, можно далее пускать в процесс, обратно в систему экстракционной перегонки. Или же, водосодержащую фазу с растворенным в ней растворителем можно далее обрабатывать с целью регенерации растворителя, рециркуляции, удаления воды или их комбинации. Верхняя фаза, оставшаяся в сепараторе первой стадии 106, включает тяжелые углеводороды, растворенные в экстракте легких углеводородов.
Верхняя фаза в сепараторе 106 для первой стадии содержит небольшое количество растворенного или смешанного растворителя наряду с тяжелыми углеводородами в виде экстракта в легких углеводородах. Для удаления или последующей обработки тяжелых углеводородов предпочтительно удалять оставшийся растворитель из тяжелых углеводородов в виде экстракта в легких углеводородах. После удаления большей части растворителя с водной фазой из сепаратора 106 первой стадии разделения тяжелые углеводороды, растворенные в легких углеводородах, транспортируются из сепаратора первой стадии 106 через первую линию вывода тяжелых углеводородов 113 и смешиваются со свежей водой, поступающей из второй линии ввода воды 108. Смешение тяжелых углеводородов в легких углеводородах происходит в среде вода/тяжелые углеводороды/HLC в статическом смесителе 109. Смесь транспортируется в сепаратор второй стадии 107. Остаточный растворитель в фазе тяжелые углеводороды/HLC экстрагируют второй промывкой водой и удаляют в виде нижнего слоя из сепаратора второй стадии 107. Фазу с тяжелыми углеводородами отделяют в виде верхнего слоя в сепараторе 107 второй стадии и удаляют в виде выходящего потока тяжелых углеводородов через вторую линию вывода тяжелых углеводородов 116. Тяжелые углеводороды на второй линии вывода тяжелых углеводородов 110 остаются растворенными в растворе легких углеводородов для последующей обработки. Например, можно удалять легкие углеводороды в ходе последующей обработки или можно непосредственно удалять продукт, представляющий собой тяжелые углеводороды.
Промывные воды, удаленные из нижней части сепаратора второй стадии 107, содержат, главным образом, следы растворителя, не выделенного из смеси тяжелые углеводороды/LHC в сепараторе 106 на первой стадии сепарации. Фактически, полученные при этом промывная вода пригодна для второй промывки с целью удаления больших количеств растворителя. Установки по данному описанию включают вторую линию вывода воды 111, посредством которой промывная вода, удаляемая из сепаратора 107 второй стадии, может снова использоваться для первой промывки водой второй партии тяжелых углеводородов, растворенных в растворителе. Вторая линия вывода воды 111 соединена с первой линией ввода воды 104. Вторая линия вывода воды 111 позволяет установке для отделения тяжелых углеводородов 100 функционировать как замкнутая система. Замкнутая система, создаваемая с помощью второй линии вывода воды 111, является предпочтительной, так как она позволяет непрерывно, партиями, выделять тяжелые углеводороды из потока растворителя. Помимо этого, использование воды после второй промывки вместо воды после первой промывки в последующих партиях, подлежащих экстракции, снижает расходы на утилизацию отработанной воды и нивелирует другие факторы, обычно связанные с отработанной водой.
В других вариантах изобретения устройства для удаления тяжелых углеводородов из потока растворителя включают первый экстракционный узел, второй экстракционный узел и линию ввода легких углеводородов, соединенную с первым экстракционным узлом. Первая линия вывода тяжелых углеводородов соединена со вторым экстракционным узлом. В первую линию ввода воды подается конденсированный технологический пар. Второй экстракционный узел включает вторую линию ввода воды, вторую линию вывода воды и вторую линию вывода тяжелых углеводородов. В различных вариантах установок по изобретению поток растворителя представляет собой замкнутый поток растворителя. В различных вариантах изобретения установки дополнительно включают систему регенерации растворителя, связанную с линией вывода потока растворителя. В некоторых вариантах изобретения система регенерации растворителя представляет собой двухступенчатую испарительную систему.
В различных вариантах устройств по изобретению конденсированный отработанный пар поступает с процесса экстракционной перегонки. В некоторых вариантах установок по изобретению технологический пар образуется в системе регенерации растворителя.
Иллюстрацией процесса, для которого выгодным является удаление тяжелых углеводородов, является экстракционная перегонка ароматических соединений. Процесс экстракционной перегонки ароматических соединений может быть связан с установкой удаления тяжелых углеводородов и с системой регенерации растворителя. На Фигуре 2 наглядно показано объединение системы удаления тяжелых углеводородов с системой регенерации растворителя. Емкость с растворителем 201 соединена с установкой для экстракционной перегонки ароматических соединений. Как только растворитель в емкости 201 станет содержать большое количество тяжелых углеводородов, порция растворителя поступает из емкости с растворителем 201 в линию 211, линию, ведущую к системе удаления тяжелых углеводородов 204. Система удаления тяжелых углеводородов представлена в данном описании ранее и проиллюстрирована на Фигуре 1. Растворитель, содержащий тяжелые углеводороды, обрабатывают легкими углеводородами из линии ввода легких углеводородов 202 и водой из линии ввода воды 203. Смесь тяжелых углеводородов, растворителя, легких углеводородов и воды поступает в систему удаления (извлечения) тяжелых углеводородов 204. Например, как обсуждается выше, смесь тяжелых углеводородов, растворителя, легких углеводородов и воды поступает в первый экстракционный узел, а затем во второй экстракционный узел для отделения воды и растворителя от тяжелых углеводородов и легких углеводородов. Тяжелые углеводороды, растворенные в легких углеводородах, удаляют через линию вывода тяжелых углеводородов 205. Остаточную воду и растворитель, обедненный тяжелыми углеводородами, удаляют через линию вывода потока растворителя 206. Остаточную воду и растворитель получают после первого экстракционного разделения воды и растворителя из раствора тяжелых углеводородов в легких углеводородах.
В варианте изобретения, показанном на Фигуре 2, поток растворителя, обедненный тяжелыми углеводородами подается из линии вывода потока растворителя 206 в двухступенчатую испарительную систему, включающую первый испарительный узел 207 и второй испарительный узел 208. Из первого испарительного узла 207 и второго испарительного узла 208 растворитель поступает в систему регенерации растворителя 209. В процессе регенерации растворителя в системе регенерации растворителя 209 образуется технологический пар. Технологический пар может конденсироваться и применяться в замкнутой системе в качестве воды для промывки в системе удаления тяжелых углеводородов (т.е. для линии ввода воды 203, см. выше). Очищенный растворитель по линии 212 снова подается в емкость для растворителя 201, а затем оттуда поступает в процесс экстракционной перегонки ароматических соединений.
Технологический пар, образующийся в системе регенерации растворителя 209, можно конденсировать и применять по меньшей мере в качестве воды для первой промывки в системе удаления тяжелых углеводородов 204. Объединение процесса регенерации растворителя с процессом удаления тяжелых углеводородов дает большие эксплуатационные преимущества. Происходит не только удаление (извлечение) тяжелых углеводородов из потока растворителя, ведь помимо этого утилизация технологического пара в процессе удаления тяжелых углеводородов сводит к минимуму сброс сточных вод.
Рядовой специалист в данной области техники знает, что система удаления тяжелых углеводородов, обсуждаемая выше, может быть связана с какими-то технологическими условиями, при которых удаление тяжелых углеводородов является выгодным, и вариант системы, объединенной с процессом экстракционной перегонки ароматических соединений, представленный выше в данном описании, следует рассматривать как иллюстративный. Кроме того, рядовой специалист в данной области техники знает, что установки, обсуждаемые выше в данном описании, являются выгодными, так как в результате позволяют избежать безвозвратных потерь растворителя, воды и тепла. Одним из потоков органических отходов, вырабатываемых установками, является поток LHC/тяжелые углеводороды. В некоторых вариантах изобретения даже поток LHC/тяжелые углеводороды можно далее обрабатывать, например, с целью смешения с образованием системы жидкого топлива, или транспортировать на другую нефтехимическую установку, например, для расщепления тяжелых углеводородов в более пригодные низкомолекулярные органические соединения.
В других различных вариантах изобретения раскрываются способы удаления тяжелых углеводородов из растворителя. Эти способы включают а) обеспечение (подачу) первой партии смеси, содержащей тяжелые углеводороды, растворенные по меньшей мере в одном растворителе, б) экстракцию первой партии смеси промывкой легкими углеводородами, в) первую промывку первой партии смеси водой с целью получить поток растворителя, обедненного тяжелыми углеводородами, и поток тяжелых углеводородов, растворенных в легких углеводородах, г) удаление потока растворителя, обедненного тяжелыми углеводородами, д) вторую промывку потока тяжелых углеводородов водой, е) удаление промывной воды после второй промывки и ж) выделение потока продукта, содержащего тяжелые углеводороды, растворенные в легких углеводородах. В некоторых вариантах изобретения способ дополнительно включает подачу второй партии смеси, содержащей тяжелые углеводороды, и повторение стадий способа. Соответственно, способы удаления тяжелых углеводородов, раскрываемые в данном описании, можно проводить непрерывно.
В различных вариантах способа по изобретению поток растворителя представляет собой замкнутый поток растворителя. В различных вариантах способа по изобретению поток растворителя включает ароматические соединения. В различных вариантах способа по изобретению на стадии экстракции происходит удаление тяжелых ароматических соединений.
В различных вариантах способа по изобретению промывную воду после промывки первой партии смеси затем транспортируют в замкнутую систему, так что промывная вода после первой промывки служит водой для первой промывки второй партии смеси, содержащей тяжелые углеводороды и по меньшей мере один растворитель. Такое повторное использование воды после второй промывки подробнее описано выше. В различных вариантах изобретения способы дополнительно включают регенерацию по меньшей мере одного растворителя из потока растворителя, обедненного тяжелыми углеводородами. Стадия регенерации включает использование системы регенерации растворителя. В системе регенерации растворителя происходит регенерация растворителя с целью повторного введения его в поток растворителя. В различных вариантах методов по изобретению первая промывная вода содержит конденсированный технологический пар, полученный в системе регенерации растворителя.
В различных вариантах методов по изобретению пороговая концентрация тяжелых углеводородов, растворенных по меньшей мере в одном растворителе, запускает рабочий процесс по данному способу. Различные пороговые параметры и способы определения (датчиком) пороговой концентрации рассматриваются выше в данном описании. В различных вариантах изобретения способы дополнительно включают транспортировку потока тяжелых углеводородов, растворенных в легких углеводородах, перед стадией второй промывки.
Из вышеприведенного описания рядовой специалист в данной области техники может легко установить существенные характеристики данной заявки и, не отступая от сущности и объема изобретения, сможет сделать различные изменения и модификации для адаптации заявки к различным применениям и состояниям. Предполагается, что варианты изобретения, описанные выше, даны только для иллюстрации, и их не следует воспринимать как ограничивающие объем данной заявки, который определяется Формулой изобретения.