對烴類進行溶劑脫瀝青的改進方法
【專利摘要】提供了對現有溶劑脫瀝青(SDA)工藝進行提高改進以降低處理烴流的資金和運營成本，通過對現有SDA方案進行修改以包括適當設置的帶混合功能的沉淀器(MEP)，從而降低瀝青質分離步驟中溶劑的使用要求并且增加SDA工藝的整體可靠性，尤其適于加拿大瀝青（Canadian?Bitumen）。當與溫和型熱裂化器集成時，改進后的SDA配置無需額外的稀釋劑進一步提高了管道適應型原油產率，并用于現有設備的，例如殘余物裂解器和焦煉裝置的，故障排除。
【專利說明】對烴類進行溶劑脫瀝青的改進方法
[0001] 本申請要求于2011年10月19日提交的美國臨時專利申請?zhí)?1/548, 915的優(yōu)先 權。

【技術領域】
[0002] 本發(fā)明涉及通過新型的后生產（post-production)工藝改善脫浙青來改善生產的 浙青，尤其是(但不限于）加拿大浙青。

【背景技術】
[0003] 現有技術中的SDA方案：
[0004] 溶劑脫浙青（"SDA")為煉油設備中采用的用以從前序操作中得到的渣油中提取 有價值組分的工藝。所提取的組分可以在煉油設備中進行進一步加工，在煉油設備中，它們 被裂化并轉化成有價值的更輕質餾分，如汽油和柴油?？梢栽谌軇┟撜闱噙^程中使用的合 適漁油原料包括，例如，常壓塔底部、真空塔底部、原油、拔頂原油（topped crude oils)、煤 餾油提取物、頁巖油和從油砂中回收的油。
[0005] 溶劑脫浙青工藝為已知的且其中許多在公開的現有技術中有描述，例如在Smith 的美國專利號2, 850, 431、Van Pool的美國專利號3, 318, 804、King等人的美國專利號 3, 516, 928、Somekh等人的美國專利號3, 714, 033、Kosseim等人的美國專利號3, 714, 034、 Yan的美國專利號3, 968, 023、Beavon的美國專利號4, 017, 383、Bushnell等人的美國專利 號4, 125, 458和Vidueira等人的美國專利4, 260, 476中有描述，所有這些專利均受益于可 以減少溶劑與油的比例和/或改善所需烴類產品的回收這樣的進一步節(jié)省能源和增強性 能的特征。
[0006] 現有技術中對產生浙青質富集流的SDA進行處理：
[0007] 在美國專利號4, 421，639中，SDA工藝使用了第2個浙青提取機來濃縮浙青質材 料(并回收更多的脫浙青油）。添加有溶劑的濃縮浙青流穿過加熱器，將濃縮浙青流的溫度 在18psia下升至425° F，然后被送入閃蒸罐（flash drum)和汽提塔，以將溶劑(在此情況 下為丙烷）從該濃縮浙青流中分離。液體形式的浙青產品泵入貯存器。這種設置只有當浙 青富集流在這些條件下為液體時才有效。如果在浙青質富集流中存在任何可察覺的固體浙 青質，例如浙青中，則存在堵塞問題，因此所述工藝具有高的溶劑要求。
[0008] 在美國專利號3, 847, 751中，將從SDA單元生產的濃縮浙青質與溶劑混合并以液 體溶液形式傳送到噴霧干燥器中。該干燥器中的噴嘴設計和壓降決定了所形成的液滴的尺 寸。輕質烴類(溶劑)液滴越小，其越快完全閃蒸為蒸汽。重質烴類(浙青質)顆粒越小，通過 輻射和傳導以冷卻重質液滴所進行的熱傳遞的可用的每單位體積/質量的表面積就越大。 干燥器中的目的是產生干的、非粘性固體浙青質顆粒。向噴霧干燥器底部添加冷氣體，以通 過額外的對流和傳導熱傳遞加強冷卻以及通過減慢液滴下降率(通過向上的冷卻氣流）來 增加液滴的停留時間，以便減小容器(該容器往往是非常大的)的尺寸。如果，在過程操作溫 度下，萃取器中已經沉降出的浙青質顆粒在溶劑中為固體形式，則這種設置不可行。固體顆 粒會堵塞噴霧干燥器的噴嘴，限制了該方案在固體浙青質富集流中的可靠性并由此限制了 其可行性。
[0009] 在美國專利號4, 278, 529中，公開了通過減壓將溶劑從浙青材料中分離出而不攜 帶浙青材料的遺留物的方法。含有浙青材料和溶劑的類似流體相中的原料通過穿過減壓閥 經受減壓過程，然后被引入汽提塔中。所述減壓過程蒸發(fā)掉部分溶劑，并且還分散了溶劑中 的細浙青粒子噴霧。剩余浙青質仍然是濕粘性的，并且沒有剩下足夠的溶劑將重質浙青相 (具有許多固體）保持為流體。
[0010] 美國專利號4, 572, 781公開了一種將具有高軟化點(溫度)的實質上干燥的浙青質 從重質烴類材料中進行分離的SDA工藝，該工藝使用離心潷析器用以將液相從固體浙青質 的高濃縮漿料中進行分離。這種工藝被設計為用于處理具有固體顆粒的浙青質富集流，但 卻是一種高度昂貴的工藝，因為固體的分離是通過固/液分離并且需要額外的溶劑以使材 料流至潷析器來完成的。該固體材料一旦分離仍然相對較濕，并且需要進一步的干燥步驟 來將溶劑回收為蒸氣。然后需要將回收的溶劑蒸汽冷凝以再利用，這是另一個增加復雜性 的高能量步驟。
[0011] 在美國專利號7, 597, 794中，將分散溶劑在通過溶劑萃取法分離后引入浙青流 中，所得到的浙青溶液在氣-固分離器中經歷快速變化并被分散成固體顆粒和溶劑蒸氣， 導致浙青與溶劑的低溫分離，其中，所述浙青顆粒具有可調整的尺寸。此處公開的使用液體 溶劑作為傳輸介質的閃蒸/噴霧干燥器的難題在于在該集成工藝（integrated process)中 產生的浙青質在閃蒸干燥階段之前、期間和之后具有保持濕潤的傾向。另外，伴隨這種集成 工藝，浙青質在升高溫度下繼續(xù)液化。濕的浙青質附著表面，污染并堵塞加工設備。這種方 法固有的降低的可靠性使得這些操作對于具有高浙青質含量的重質原油而言是昂貴的。
[0012] 在美國專利號7, 964, 090中，公開了一種使用SDA和氣化作用改質（upgrading) 重質浙青質原油的方法。通過將包含一種或多種浙青質和一種或多種非浙青質的烴類與溶 劑進行混合生成進入氣化器的流，其中，溶劑與烴的比例為約2:1至約10:1。所得浙青質 富集流作為液體從SDA轉移到氣化器。傳輸中使用的大量溶劑在氣化器中被消耗，并且價 值上降級成燃氣等效物。由于浙青質傾向于是液體，使用上述量的溶劑傳送該材料是可行 的。對于固體浙青質而言，這種方法將需要多10-20倍的溶劑進行傳送，并且該方法中將消 耗大批量的昂貴溶劑且其價值被降低。
[0013] 在美國專利號4, 572, 781中，公開了一種使用溶劑將實質上干燥的浙青質從重質 烴類材料中進行分離的方法。液萃取(潷析器)以產生DA0產品及隨后螺旋傳送浙青質漿料 這兩個階段和在噴霧干燥器和分離器中進行固-氣分離以產生干浙青質的這兩個階段，構 成了該專利的范圍。在DA0生產過程中生成干浙青質副產物的這種理念是可行的，該專利 在這方面具有指導意義和教育意義。然而，該方法背負的問題在于，得到DA0產物和干浙青 質產物這兩種產物需要許多方法步驟。此外，在潷析步驟中生成固體浙青質所需的操作條 件對于加拿大浙青而言不起作用。在該專利中設置的條件下，（<150°C )，在上游分餾塔中， 無論對加拿大浙青進行熱轉化還是分離，其均不會流動并且會堵塞系統(tǒng)。在替代實施例中， 美國專利' 781用蒸發(fā)器替代噴霧干燥器，并向該過程中添加水/表面活性劑以輔助分離溶 齊?。對處理步驟沒有進行簡化，并且添加了其他材料，增加了操作的復雜性。
[0014] 現有技術中煉油和改質方面的SDA方案：
[0015] 在美國專利7, 749, 378中，將ROSE (渣油超臨界萃取)SDA工藝應用于煉油設備或 改質設備內的常壓渣油或真空塔底渣流。從ROSE SDA單元中分離的浙青質富集流是一種很 粘且需要苛刻操作條件（高溫）和添加溶劑以便原料流經處理設備的液體溶液，所述處理設 備是充分加強的和昂貴的。該工藝沒有使固體浙青質經歷溫和的熱裂化過程，因此不會使 浙青質從粘性轉變?yōu)橐状噘|地，并且該工藝主要依靠過多的溶劑來傳輸稀釋形式的浙青質 流。
[0016] 公開的所述ROSE SDA工藝所針對的實施例需要至少4:1的溶劑與油(渣油）的比 例(質量比）并且萃取器的操作溫度在300-400° F范圍內。在實踐中，所述操作溫度必須 甚至更高或者必須加強溶劑流以防止浙青質富集流堵塞該工藝。在此設置中，大部分原始 原料是從原油中降級的并被送入低轉化設備（即焦化器，氣化裝置）或低價值操作單元(浙 青廠)，降低了原油的整體經濟產率(除了相對較高工藝操作強度)。
[0017] 集成烴類裂化和SDA方案的需求性：
[0018] 已公開了將重質烴流(例如，油砂浙青）轉化和/或調節(jié)成可管道傳輸的且煉油設 備可接受的原油的方法。值得注意的是，已經提出了熱裂化、催化裂化、溶劑脫浙青及所有 這三者的組合(例如，減粘裂化和溶劑脫浙青)，用以轉換浙青，從而改善其傳輸特性和用作 煉油設備原料的特性。
[0019] 以下公開的本發(fā)明的益處可以在下述背景下進行理解：美國專利號7, 976, 695中 所述的熱裂化單元的操作以及通過將該專利（'695)的熱裂化器的操作與美國專利申請?zhí)?13/037, 185中的SDA進行結合而產生的實例。
[0020] 圖A示出了兩種類型的浙青質分子的排列。這些分子很復雜，具有長側鏈， 所述長側鏈表明高分子量的浙青烴分子和極大的焦炭化傾向，如由高的MCR (微殘?zhí)?(micro-carbon residue))值所不。
[0021] 此外，這些長側鏈容易與其他類似分子纏結，構成難以處理的大的粘性團塊。向這 些粘性團塊添加直接的、強烈的、瞬時熱量，產生大量的焦炭和輕質氣體?？焖倮鋮s產生縮 合反應，生成具有長側鏈的不同構型的復雜浙青質，它們在進一步的下游加工中同樣難以 處理。
[0022]

【權利要求】
1. 一種帶混合功能的沉淀器（MEP)，其支持連續(xù)方法將重質烴流與輕質烴流完全并快 速混合用于增強傳質，通過改變下游分離的來自所述重質烴流的浙青質顆粒在所得混合流 中的溶解特性來加速固體浙青質的沉淀。
2. 根據權利要求1所述的裝置，其中，所述沉淀幾乎與所述混合即時。
3. 根據權利要求1所述的裝置，其通過解開烴鏈來增強傳質。
4. 根據權利要求1所述的裝置，其通過裂解所包含的加拿大浙青分子的側鏈來改變浙 青質分子的特性，產生另外的有用烴類產物。
5. 根據權利要求1所述的裝置，其通過將兩種不同流體進行密切混合來增強傳質，所 述兩種不同流體具有至少100, 〇〇〇:1的比較粘度差。
6. 根據權利要求1所述的裝置，其中，在所述MEP中沉淀并且被傳送出該裝置的固體在 10 μ m至900 μ m范圍內。
7. 根據權利要求1所述的裝置，其具有3-40范圍內的剪切數。
8. -種設置在第二浙青質萃取器上游的帶混合功能的沉淀器（MEP)，其支持連續(xù)方法 將重質烴流與輕質烴流完全并快速混合用于增強傳質，通過改變下游分離的來自所述重質 烴流的浙青質顆粒在所得混合流中的溶解特性來加速固體浙青質的沉淀。
9. 根據權利要求8所述的裝置，其中，所述沉淀幾乎與所述混合即時。
10. 根據權利要求8所述的裝置，其通過解開烴鏈來增強傳質。
11. 根據權利要求8所述的裝置，其通過裂解其所處理的加拿大浙青分子的側鏈來改 變浙青質分子的特性，產生另外的有用烴類產物。
12. 根據權利要求8所述的裝置，其通過將兩種不同流體進行密切混合來增強傳質，所 述兩種不同流體具有至少100, 〇〇〇:1的比較粘度差。
13. 根據權利要求8所述的裝置，其中，在所述MEP中沉淀并且被傳送出該裝置的固體 在ΙΟμ--至900μπ?范圍內。
14. 根據權利要求8所述的裝置，其具有3-40范圍內的剪切數。
15. -種設置在溫和型熱裂化器的上游以改善所述溫和型熱裂化器的性能并提高浙青 加工的產率的帶混合功能的沉淀器（ΜΕΡ)，其支持連續(xù)方法將重質烴流與輕質烴流完全并 快速混合用于增強傳質，通過改變下游分離的來自所述重質烴流的浙青質顆粒在所述混合 流中的溶解特性來加速固體浙青質的沉淀。
16. 根據權利要求15所述的裝置，其提供具有未解開的浙青質分子的均質流體原料， 以改善所有分子的均勻熱通量。
17. 根據權利要求15所述的裝置，其通過裂解加拿大浙青分子的側鏈來改變浙青質分 子的特性，產生另外的有用烴類產物。
18. 根據權利要求15所述的裝置，其中，剪切數在1-30范圍內。
19. 一種從重質、浙青質富集油或原油原料生產管道適應型或煉油設備適應型原料的 方法，包括使用帶混合功能的沉淀器（ΜΕΡ)，其中，所述帶混合功能的沉淀器支持連續(xù)方法 將重質烴流與輕質烴流完全并快速混合用于增強傳質，通過改變下游分離的來自所述重質 烴流的浙青質顆粒在所得混合流中的溶解特性來加速固體浙青質的沉淀。
20. 根據權利要求19所述的方法，其中，所述ΜΕΡ設置在第二浙青質萃取器的上游。
21. 根據權利要求19所述的方法，其中，所述ΜΕΡ設置在溫和型熱裂化器的上游以改善 所述溫和型熱裂化器的性能并提高浙青加工的產率。
22. 根據權利要求19所述的方法，其中，將所述MEP與溫和型熱裂化器進行集成，所述 溫和型熱裂化器設置在SDA工藝的上游。
23. 根據權利要求19所述的方法，其中，所生產的固體浙青質保持固態(tài)直到到達燃燒 溫度。
24. 根據權利要求19所述的方法，其中，脫浙青油餾分（DAO)的產率為所述原料體積的 至少88%。
25. 根據權利要求22所述的方法，其中，所述SDA工藝使用溶劑并且具有：溶劑與油的 質量平衡比例低于6:1 ;低于所述溶劑的臨界溫度的40-130°C的操作溫度；以及低于所述 溶劑的臨界壓力的40-240psig的操作壓力。
26. 根據權利要求25所述的方法，其中，所述溶劑為C4-C9烴類或C4-C9烴類的混合 物。
27. 根據權利要求19所述的方法，其中，所述沉淀幾乎與所述混合即時。
28. 根據權利要求19所述的方法，其中，通過解開烴鏈來增強傳質。
29. 根據權利要求19所述的方法，其中，通過裂解正被加工的加拿大浙青分子的側鏈， 將所述浙青質分子的特性進行改變，產生另外的有用烴類產物。
30. 根據權利要求19所述的方法，其中，通過將兩種不同流體進行密切混合來增強傳 質，所述兩種不同流體具有至少100, 〇〇〇:1的比較粘度差。
31. 根據權利要求19所述的方法，其中，在所述MEP中沉淀并且被傳送出所述MEP的固 體在10 μ m至900 μ m范圍內。
32. 根據權利要求19所述的方法，其中，剪切數在3-40范圍內。
33. 根據權利要求22所述的方法，其中，將所述MEP添加到現有的基于焦化器的浙青改 質設備或煉油設備中，以提高原油進料的整體產率并改善現有設備的壽命周期。
34. 根據權利要求22所述的方法，其中，將所述MEP添加到現有的殘余物加氫裂化以及 基于焦化器的浙青改質設備或煉油設備中，以提高原油進料的整體產率并改善現有設備的 壽命周期。
35. 根據權利要求22所述的方法，其中，將所述MEP用在新的浙青改質設備或現有的 "脫硫原油"煉油設備中代替焦化工藝，以提高原油進料的產率和質量。
36. 根據權利要求1所述的裝置，其中，所述帶混合功能的沉淀器為混合器或泵/混合 器組合，為兩者產生用于所述方法的壓力并將液體混合成均質流體。
37. 根據權利要求36所述的裝置，其容納的流經它的固體在10 μ m-900 μ m范圍內。
38. 根據權利要求36所述的裝置，其具有在3-40范圍內的剪切數，為瞬時混合產生足 夠的湍動。
39. 根據權利要求36所述的裝置，其中，使用至少1個轉子/定子的發(fā)生器。
40. 根據權利要求1所述的裝置，其中，將所述MEP和浙青分離器組合成一個操作單元 (MEP加浙青分離器)，用于沉淀并分離所沉淀的生成脫浙青的油/溶劑混合物的浙青質和 干的固體浙青質產物。
41. 根據權利要求40所述的裝置，其中，所述MEP與所述浙青分離器緊密耦合。
42. 根據權利要求40所述的裝置，其中，所述MEP與所述浙青分離器由管道隔開，所述 管道至少為一英寸的一部分到工業(yè)操作單元中適宜的長度。
【文檔編號】C10C3/00GK104053750SQ201280051797
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2012年8月3日 優(yōu)先權日:2011年10月19日
【發(fā)明者】湯姆·科斯卡登, 格雷格·迪杜奇, 達米安·霍金, 達留斯·雷梅薩特, 吉姆·卡恩斯 申請人:Meg能源公司