УДАЛЕНИЕ ТЯЖЕЛЫХ УГЛЕВОДОРОДОВ
REMOVAL OF HEAVY HYDROCARBONS

Ссылки на родственные заявки
Настоящая заявка испрашивает приоритет на основании § 119(e) Раздела 35 Свода законов США в соответствии с предварительной заявкой на выдачу патента США №61/931450, поданной 24 января 2014 г., которая включена в настоящий документ посредством отсылки во всей своей полноте, как если бы была полностью изложена в настоящем документе.
Предшествующий уровень техники настоящего изобретения
Содержащие ароматические вещества потоки часто содержат «тяжелые углеводороды из-за зеленой нефти с установок гидропереработки, уноса с находящихся выше по потоку установок фракционирования, различных полимеров, продуктов разложения и/или подобного». В настоящее время их непросто удалять при помощи способов, известных в данной области техники.
Принимая во внимание вышесказанное, устройства и способы для более легкого выделения тяжелых углеводородов из технологического потока растворителя на нефтеперерабатывающем заводе будут представлять значительное преимущество. Такие устройства и способы будут обеспечивать более эффективную работу технологических потоков на нефтеперерабатывающем заводе, а также обеспечивать тяжелые углеводороды в пригодном виде для дальнейшей переработки.
Краткое раскрытие настоящего изобретения
Согласно различным вариантам осуществления раскрыты устройства для удаления накопившихся тяжелых углеводородов из потока растворителя. Устройства содержат: первую экстракционную установку, вторую экстракционную установку, впускную водяную линию, впускную линию для легких углеводородов (НС) и выпускную линию для чистого растворителя.
Согласно различным вариантам осуществления раскрыты устройства для удаления тяжелых углеводородов из потока растворителя. Устройства содержат: первую экстракционную установку, вторую экстракционную установку, впускную линию для легких углеводородов, впускную водяную линию, выпускную линию для тяжелых углеводородов и выпускную линию для чистого растворителя. Через впускную водяную линию подают сконденсированный отдувочный пар из процесса экстрактивной дистилляции.
Согласно различным вариантам осуществления раскрыты способы удаления тяжелых углеводородов из потока растворителя. Способы предусматривают: подачу первой порции смеси, содержащей тяжелые углеводороды и по меньшей мере один растворитель; промывку первой порции смеси содержащим рафинат раствором для промывания; удаление по меньшей мере одного растворителя и содержащего рафинат раствора для промывания из первой порции смеси; отмывку рафината из первой порции при помощи промывочной воды в вертикальном многостадийном контакторе и выделение выходящего потока, содержащего тяжелые углеводороды, и второго выходящего потока чистого растворителя.
Вышеуказанное достаточно широко характеризовало признаки настоящего раскрытия для того, чтобы следующее подробное раскрытие можно было лучше понять. Дополнительные признаки и преимущества настоящего раскрытия будут описаны далее в настоящем документе, что образует объект формулы изобретения.
Краткое описание Фигур
Для более полного понимания настоящего раскрытия и его преимуществ ссылка теперь будет сделана на следующие описания, которые необходимо принять совместно с приложенными графическими материалами, описывающими конкретные варианты осуществления настоящего раскрытия, где:
на фиг. 1 показана типичная система удаления тяжелых углеводородов со стадией рециркуляции воды согласно варианту осуществления заявляемого изобретения;
на фиг. 2 показана типичная система удаления тяжелых углеводородов без стадии рециркуляции воды согласно варианту осуществления заявляемого изобретения; и
на фиг. 3 показано иллюстративное объединение системы удаления тяжелых углеводородов с системой регенерации растворителя.
Подробное раскрытие типичных вариантов осуществления
В следующем описании некоторые сведения указаны в виде конкретных количеств, размеров и пр. с тем, чтобы обеспечить полное понимание вариантов осуществления настоящего изобретения, раскрытого в настоящем документе. Однако, специалистам в данной области техники будет очевидно, что настоящее раскрытие можно осуществлять на практике без таких конкретных сведений. Во многих случаях сведения, относящиеся к таким соображениям и подобному, были опущены, поскольку такие сведения не важны для получения полного понимания настоящего раскрытия и находятся в пределах знаний специалистов в данной области техники.
Ссылаясь на фигуры в общем, будет понятно, что изображения представлены с целью описания конкретного варианта осуществления настоящего раскрытия и не предназначены для ограничения им. Фигуры не обязательно представлены в масштабе.
Хотя большинство выражений, используемых в настоящем документе, будут узнаваемыми специалистами в данной области техники, следует понимать, однако, что когда точно не определены, выражения следует толковать как принимающие значение, на данный момент используемое специалистами в данной области техники.
1
6
«Рафинат» при использовании в настоящем документе относится, например, к легким, среднеполярным углеводородам. Это C-C-углеводороды, предпочтительно алканы и циклоалканы.
9+
6
8
Тяжелый углеводород (ННС), в частности С углеводороды, такие как ароматические и нафтеновые углеводороды, накапливающиеся в нефтеперерабатывающих системах, таких как, например, системы экстрактивной дистилляции, может быть проблемой, в частности когда системы имеют циркуляцию в замкнутом контуре. Варианты осуществления настоящего изобретения направлены на процессы экстракции (экстрактивной дистилляции на основе полярных растворителей) ароматических веществ (в частности C-C-ароматических веществ) на нефтеперерабатывающих заводах. Накопление тяжелых углеводородов происходит из-за того, что тяжелые углеводороды кипят при близких или более высоких температурах относительно ароматических веществ, которые экстрагируют в процессе, и характеризуются от умеренной до средней аффинностью в отношении растворителя, используемого для экстракции. Это приводит к накоплению в контуре циркуляции растворителя, что влияет на извлечение ароматических веществ.
Выделение тяжелых углеводородов простой дистилляцией является сложными или же энергетически неэффективным. Когда выделение является сложным, а тяжелые углеводороды накапливаются с течением времени, рабочие характеристики процесса экстракции могут ухудшаться. В тех случаях, когда выделение тяжелых углеводородов непросто проводить, альтернативные способы выделения необходимы для сохранения качества продукции и оптимальной работы системы. При дальнейшем обсуждении рассматривается типичный процесс нефтепереработки экстрактивной дистилляцией. Однако, специалист в данной области техники оценит, что устройства и способы удаления тяжелых углеводородов можно использовать для любого из ряда процессов нефтепереработки, где желательно удалять тяжелые углеводороды из средне-высокополярного растворителя. Устройства и способы, обсуждаемые в настоящем документе ниже, включают экстракцию легкими углеводородами для удаления тяжелых углеводородов из потока растворителя в процессе экстрактивной дистилляции. Устройства и способы предпочтительны относительно существующих устройств и способов, поскольку за исключением потока удаления тяжелых углеводородов (HHR) имеют дело с очень низким количеством потоков воды и органических отходов.
Преимущества состоят в следующем: поток легких углеводородов (LHC) представляет собой часть потока, отбираемую из головного потока рафината в колонне экстрактивной дистилляции, и не требуется никакой внешней подачи сырья. То свойство, что рафинат и более тяжелые углеводороды, которые следует удалять, являются неполярными (или незначительно полярными) по природе, используют для удаления тяжелых НС. Потери растворителя минимальны в системе (<1 массовых частей на миллион расхода растворителя). То свойство, что как вода, так и растворитель являются полярными по природе, используют для предотвращения уноса растворителя в рафинат. Кроме того, вариант рециркуляции воды, представленный ниже, снижает требования к содержащему рафинат раствору для промывания (или LHC) и промывочной воде для всей системы, делая растворитель более селективным за счет снижения извлечения в отношении полярных соединений, таким образом снижая аффинность в отношении среднеполярных тяжелых углеводородов. Промывочная вода содержит сконденсированный отгоночный пар, полученный в указанной системе регенерации растворителя.
Согласно различным вариантам осуществления раскрыты устройства для удаления тяжелых углеводородов из потока растворителя. Устройства содержат: первую экстракционную установку, вторую экстракционную установку, впускную линию для легких углеводородов, впускную водяную линию и выпускную линию для тяжелых углеводородов, и выпускную линию для растворителя. Устройства обеспечивают периодическую обработку потока растворителя, содержащего тяжелые углеводороды. Устройства могут работать непрерывно. Технологические данные могут обуславливать вариант, указывающий на то, как следует проводить удаление тяжелых углеводородов. Устройства для удаления тяжелых углеводородов могут также запускаться автоматически при детектировании, например, концентрации тяжелых углеводородов в потоке растворителя свыше некоторого допустимого уровня. В некоторых случаях допустимый уровень составляет 1 масс. % тяжелых углеводородов, в других - 5 масс. %, а в других - 10 масс. %. Определение концентрации тяжелых углеводородов можно проводить, например, газовой хроматографией.
Согласно варианту осуществления настоящего изобретения система состоит из содержащего рафинат раствора для промывания части потока растворителя, содержащего тяжелые НС. Содержащий рафинат раствор для промывания представляет собой первый контактор (от одно- до многостадийного). За ним следует второй контактор, который представляет собой содержащий промывочную воду контактор (от одно- до многостадийного). Воду рециркулируют назад в установку содержащего рафинат раствора для промывания в некоторых вариантах осуществления. Согласно другим вариантам осуществления воду не рециркулируют. Вариант с отсутствием рециркуляции воды, хотя и эффективен, наносит ущерб, происходит за счет увеличения требования к расходу содержащего рафинат раствора для промывания и промывочной воды.
Согласно различным вариантам осуществления устройств поток растворителя содержит часть потока из потока растворителя замкнутого контура. Как обсуждалось выше в настоящем документе, течение растворителя в замкнутом контуре приводит к накоплению тяжелых углеводородов. Согласно различным вариантам осуществления устройства также содержат выпускную линию из первой экстракционной установки. Согласно различным вариантам осуществления устройства также содержат систему генерации пара (SG). Например, растворитель можно удалять по выпускному трубопроводу, регенерировать при помощи системы генерации пара и направлять обратно в систему экстрактивной дистилляции. Такие системы регенерации растворителя могут включать, например, процессы и системы для удаления воды из растворителя перед направлением его назад в систему экстрактивной дистилляции.
Согласно различным вариантам осуществления устройства соединяют с экстрактивной системой. Согласно вариантам осуществления, где устройство соединено с экстрактивной системой, экстрактивную систему можно использовать для экстракции ароматических соединений. Ароматические соединения могут включать бензол, толуол, стирол и ксилолы, например.
Когда пороговую концентрацию тяжелых углеводородов определяют в системе экстрактивной дистилляции с замкнутым контуром, регулируемую часть растворителя, содержащего тяжелые углеводороды, автоматически перемещают и обрабатывают при помощи устройств для удаления тяжелых углеводородов, раскрытых в настоящем документе. На фиг. 1 показана типичная система 100 удаления тяжелых углеводородов. Источник 101 растворителя, содержащий тяжелые углеводороды, обрабатывают при помощи содержащего легкие углеводороды (LHC) сырья из впускного трубопровода 102. Смешивание проводят, например, в статическом смесителе 103 для растворителя/LHC. Тяжелые углеводороды экстрагируют легкими углеводородами в первом контакторе. Рецикл воды можно необязательно подавать из впускной линии 104. Смешивание воды из впускной линии 104 со смесью растворителя/LHC тяжелых углеводородов происходит в статическом смесителе 105 для воды/растворителя/LHC. Устройство содержит первый контактор 106. В первом контакторе 106 осуществляют удаление растворителя из куба сепаратора в виде отдельной фазы, которая не содержит ННС (тяжелые углеводороды). Удаление фазы растворителя происходит посредством линии 112. Растворитель, который теперь обеднен по тяжелым углеводородам, можно далее обрабатывать для направления назад в систему экстрактивной дистилляции. Альтернативно, фазу растворителя можно дополнительно обрабатывать для извлечения растворителя, рециркуляции воды, утилизации или их комбинации. Головная фаза, оставшаяся в сепараторе 106 первой стадии, содержит тяжелые углеводороды, растворенные в экстракте легких углеводородов.
ом
Головная фаза в сепараторе 106 первой стадии содержит небольшое количество растворенного или примешанного растворителя вместе с тяжелыми углеводородами и экстрактом легких углеводородов. Для предотвращения потерь растворителя в системе предпочтительно удалять оставшийся растворитель из тяжелых углеводородов, растворенных в экстракте легких углеводородов. После удаления основной части растворителя с фазой растворителя контактора 106 первой стадии тяжелые углеводороды, растворенные в легких углеводородах, перемещают из первого контактора 106 во второй контактор 107. Во втором контакторе фазу LHC + ННС (фазу легких углеводородов и тяжелых углеводородов) промывают подачей свежей воды для экстракции уноса растворителя в фазе LHC + ННС. В варианте с рециклом воды эту фазу воды + уноса растворителя (линия 113) перемещают назад в первый контактор. С точки зрения процесса эта вода делает полярный растворитель в первом контакторе более селективным в отношении полярных соединений, но снижает извлечение, таким образом снижая его аффинность в отношении тяжелых углеводородов. Это снижает требования к промывочной воде и содержащему рафинат раствору для промывания (LHC) для всей системы. Углеводородная фаза, выделенная во 2 контакторе, состоит из легких углеводородов и удаленных тяжелых углеводородов.
Промывочная вода, удаленная из куба второго контактора 107, содержит главным образом следы растворителя, не выделенные из смеси тяжелых углеводородов/LHC в сепараторе 107 второй стадии. Устройства, описанные в настоящем документе, содержат трубопровод 113, при помощи которого промывочную воду, удаленную из второго контактора 107, можно использовать в качестве промывочной воды для порции тяжелых углеводородов, растворенных в растворителе.
Способ на фиг. 2 представляет альтернативный вариант осуществления заявленного изобретения, в котором воду не рециркулируют назад в первый контактор. Источник 101 растворителя, содержащий тяжелые углеводороды, обрабатывают содержащим легкие углеводороды (LHC) сырьем из впускного трубопровода 102. Смешивание проводят, например, в статическом смесителе 103 для растворителя/LHC. Тяжелые углеводороды экстрагируются в легкие углеводороды. Устройство содержит первый контактор 106. В первом контакторе 106 осуществляют удаление растворителя из куба сепаратора в виде фазы растворителя. Удаление фазы растворителя происходит посредством трубопровода 112. Растворитель теперь объединен с потоком воды из второго контактора 107, и его можно подавать назад в процесс экстракции ароматических веществ для дальнейшей переработки. Головная фаза, оставшаяся в контакторе 106 первой стадии, содержит тяжелые углеводороды, растворенные в экстракте легких углеводородов плюс некоторый дополнительный унос растворителя.
Головная фаза в сепараторе 106 первой стадии содержит небольшое количество растворенного или примешанного растворителя вместе с тяжелыми углеводородами и экстрактом легких углеводородов. Для минимизации потерь растворителя предпочтительно удалять оставшийся растворитель из тяжелых углеводородов, растворенных в экстракте легких углеводородов. После удаления основной части растворителя с фазой растворителя сепаратора 106 первой стадии, тяжелые углеводороды, растворенные в легких углеводородах, перемещают из первого контактора 106 во второй контактор 107. Фазу тяжелых углеводородов + легких углеводородов выделяют как верхний слой в сепараторе 107 второй стадии и удаляют в виде потока углеводородов через выпускную линию 115 для углеводородов. Остаточный растворитель в фазе тяжелых углеводородов/LHC удаляют в виде кубового слоя (117) во втором контакторе 106.
Поток тяжелых углеводородов, удаленный через выпускную линию 110 для тяжелых углеводородов из первого контактора 106, подают в куб второго контактора 107. Свежую воду подают в верхнюю часть второго контактора 107 посредством впускного водопровода 114. Вода смешивается с потоком тяжелых углеводородов противоточным образом на нескольких стадиях и селективно экстрагирует остаточный растворитель из тяжелых углеводородов. Ее удаляют в виде потока 117, который объединяют с потоком 112 перед направлением назад в процесс экстракции ароматических веществ.
Согласно другим различным вариантам осуществления раскрыты устройства для удаления тяжелых углеводородов из потока растворителя. Устройства содержат: первую экстракционную установку, вторую экстракционную установку, впускную линию для легких углеводородов, впускную водяную линию и выпускную линию для тяжелых углеводородов, и выпускную линию 111 для растворителя. Через впускную водяную линию подают сконденсированный отдувочный пар из процесса экстрактивной дистилляции. Согласно различным вариантам осуществления устройств поток растворителя содержит поток растворителя в замкнутом контуре. Согласно различным вариантам осуществления устройства также содержат выпускную линию из первой экстракционной установки. Согласно различным вариантам осуществления устройства также содержат систему генерации пара. Согласно различным вариантам осуществления процесс экстрактивной дистилляции содержит процесс экстрактивной дистилляции ароматических веществ. Согласно различным вариантам осуществления отдувочный пар получают в системе генерации пара.
Типичный процесс, для которого удаление тяжелых углеводородов является предпочтительным, представляет собой экстрактивную дистилляцию ароматических веществ. Процесс экстрактивной дистилляции ароматических веществ можно соединять с устройством удаления тяжелых углеводородов (HRS) и системой генерации пара (SG), как показано на фиг. 3. Резервуар 201 для растворителя (SRC) соединен с процессом экстрактивной дистилляции ароматических веществ. Когда растворитель в резервуаре 201 для растворителя становится обогащенным тяжелыми углеводородами, часть растворителя перемещается из резервуара 201 для растворителя в линию 211 и транзитом в систему 204 удаления углеводородов. Растворитель, содержащий тяжелые углеводороды, обрабатывают неароматическими легкими углеводородами из линии 202 и водой из линии 203. Головной рафинат из колонны экстрактивной дистилляции в процессе экстракции ароматических веществ служит для цели подачи легких углеводородов, требуемых для системы удаления HHR (удаления тяжелых углеводородов). Свежую воду можно отводить из головной части колонны извлечения растворителя (в процессе экстракции ароматических веществ) после конденсации. Смесь тяжелых углеводородов, растворителя, неароматических легких углеводородов и воды подают в систему 204 удаления тяжелых углеводородов. Например, как обсуждалось выше в настоящем документе, смесь тяжелых углеводородов, растворителя, неароматических легких углеводородов и воды пропускают в первую экстракционную установку, а затем во вторую экстракционную установку для отделения воды и растворителя от тяжелых углеводородов и неароматических легких углеводородов. Тяжелые углеводороды, растворенные в неароматических легких углеводородах, удаляют по выпускному трубопроводу 205. Объединенный поток воды и растворителя (206) можно затем подавать в контур генерации пара процесса экстракции ароматических веществ, как показано в варианте осуществления. Следует отметить, что в отсутствие системы удаления HHR воду обычно удаляют из головного потока колонны извлечения растворителя и подают на участок генерации пара. Таким образом, отвод воды и подача потока растворителя + воды, когда система удаления HHR присутствует, не следует из обычной конфигурации процесса установки экстракции ароматических веществ. Это дополнительное преимущество соединения системы удаления HHR с процессом экстракции ароматических веществ.
Специалист в данной области техники оценит, что систему удаления тяжелых углеводородов, обсуждаемую выше, можно объединить с любым из ряда условий обработки, где удаление тяжелых углеводородов предпочтительно, и вариант осуществления, представленный выше в настоящем документе, соединенный с процессом экстрактивной дистилляции ароматических веществ, следует рассматривать как иллюстративный. Специалист в данной области техники также оценит, что способы, обсуждаемые выше в настоящем документе, предпочтительны в связи с отсутствием образования потоков отходов растворителя или промывочной воды. Поток LHC/тяжелых углеводородов можно дополнительно обрабатывать, например, для смешивания в системе жидкого топлива или путем перемещения в другую установку нефтепереработки, например, для расщепления тяжелых углеводородов на более пригодные небольшие органические вещества или соединять с существующими технологическими установками для данного потока.
Согласно различным вариантам осуществления раскрыты способы для удаления тяжелых углеводородов из потока растворителя. Способы предусматривают подачу первой порции смеси, содержащей тяжелые углеводороды и по меньшей мере один растворитель; экстракцию первой порции смеси легкими углеводородами; промывку первой порции смеси промывочной водой; промывку первой порции смеси промывочной водой в вертикальном многостадийном контакторе; удаление промывочной воды и выделение выходящего потока, содержащего тяжелые углеводороды. Согласно различным вариантам осуществления способы также предусматривают повторение стадии подачи по меньшей мере один дополнительный раз. Следовательно, способы удаления тяжелых углеводородов, раскрытые в настоящем документе, можно проводить непрерывно.
Согласно различным вариантам осуществления способов выходящий поток, содержащий тяжелые углеводороды, также содержит легкие углеводороды. Согласно различным вариантам осуществления способов поток растворителя содержит поток растворителя в замкнутом контуре. Согласно различным вариантам осуществления способов поток растворителя содержит ароматические соединения. Согласно различным вариантам осуществления способов на стадии экстракции удаляют тяжелые ароматические соединения.
Согласно различным вариантам осуществления способов концентрация тяжелых углеводородов по меньшей мере в одном растворителе выше порогового значения, которое запускает работу способа.
В связи с этим различные варианты осуществления настоящего изобретения раскрывают устройства для удаления тяжелых углеводородов из потока растворителя, причем устройства содержат: первую экстракционную установку; вторую экстракционную установку; впускную линию для легких углеводородов; впускную водяную линию и выпускную линию для тяжелых углеводородов.
Согласно различным вариантам осуществления поток растворителя содержит поток растворителя в замкнутом контуре. Согласно различным вариантам осуществления устройства также содержат выпускную линию из первой экстракционной установки. Согласно различным вариантам осуществления устройства также содержат систему регенерации растворителя.
Из вышеуказанного описания специалист в данной области техники может легко установить важные характеристики настоящего раскрытия и без отклонения от его сущности и объема может сделать различные изменения и модификации для приспособления раскрытия для различных применений и условий. Варианты осуществления, описанные выше в настоящем документе, предназначены только для иллюстративных целей и не должны рассматриваться как ограничивающие объем настоящего раскрытия, который определен в следующей формуле изобретения.