Способ разделения жидкой двухкомпонентной углеводородной смеси

 

Изобретение относится к области нефтехимии, в частности, к разделению жидкой двухкомпозиционной смеси углеводородов (УГ). Цель изобретения - сокращение расхода растворителей и энергетических затрат. Смесь УГ, содержащую два компонента, подвергают контактированию с экстрагентом, растворяющим один А - компонент, при пропускании вдоль одной стороны мембраны , проницаемой для экстрагента и не проницаемой для А. Далее экстрактный раствор пропускают вдоль другой стороны мембраны с последующей подачей исходной УГ, поглотившей экстрагент, в селаратор с отделением экстрактного раствора, направляемого вдоль другой стороны мембраны. При. необходимости достижения лучшей производительности используют ряд последовательно расположенных мембран. Таким способом разделяют УГ, содержадую парафин и фурфурол, с помощью бензола или толуола, как экстрагента. Способ позволяет сократить энергозатраты на упаривание экстракта и улучшить степень разделения УГ. 2 табл., 3 ил. (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СО1,1ИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУВЛИК (5l) 4 С 10 G 21/28

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЭОбРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

I %4,-,. а,ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ /ц.

Н ПАТЕНТУ(Е В (21) 3561498/23-04 (22) 02. 03. 83 (31) 8200881 (32) 04.03.82 (33) NL (46) 07.01.87. Бюл. Р 1 (71) Шелл Интернэшнл Рисерч, Маатсхаппий Б.В. (NL) (72) Йохан Джордж Альберт Биттер (NL) (53) 665.662.374(088.8) (56) Патент США Р 3488283, кл. 208-316, 1970.

Патент США У 3468792, кл. 208-312, 1969. (54) СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ ЖИДКОЙ ДВУХКОМПОНЕНТНОЙ УГЛЕВОДОРОДНОЙ СМЕСИ (57) Изобретение относится к области нефтехимии, в частности, к разделению жидкой двухкомпозиционной смеси углеводородов (УГ). Цель изобретения— сокращение расхода растворителей и энергетических затрат. Смесь УГ, со„.SU„„1282822 А 3 держащую два компонента, подвергают контактированию с экстрагентом, растворяющим один А — компонент, при пропускании вдоль одной стороны мембраны, проницаемой для экстрагента и не проницаемой для А. Далее экстрактный раствор пропускают вдоль другой стороны мембраны с последующей подачей исходной УГ, поглотившей экстрагент, в сепаратор с отделением экстрактного раствора, направляемого вдоль другой стороны мембраны. При. необходимости достижения лучшей производительности используют ряд послецовательно расположенных мембран. Та- „ ким способом разделяют УГ, содержа- Е .Пую парафин и фурфурол, с помощью бензола или толуола, как экстрагента. Способ позволяет сократить энергозатраты на упаривание экстракта

М и улучшить степень разделения УГ. Я

2 табл., 3 ил.

1282822

Изобретение относится к способам разделения жидкой углеводородной смеси, состоящей иэ двух компонентов.

35 щего количества экстрагирующего агента переносится через мембрану.

Следовательно, в определенных слу- 40 чаях будет осуществлено более полное разделение, но такое разделение всегда будет осуществлено в меньшем масштабе, поэтому оно будет менее дорогим, чем процесс, осуществляемый без 45 предварительного удаления экстрагирующего агента через мембрану.

Мембрана проницаема для экстрагирующего агента и не проницаема для компонента А. При определенных ус- 50 ловиях мембрана также проницаема для компонента В, что выгодно, если концентрация компонента В выше в смеси компонентов А и В, чем в потоке, содержащем экстрагируюший агент. 55

В этом случае имеющийся градиент концентрации обуславливает диффузию компонента В с одной стороны мембраны на другую, что дает разделение

Целью изобретения является сокра— щение расхода растворителя и энергетических затрат.

Способ осуществляют следующим образом. 10

Примеры осуществления способа приведены в таблице 1 . Процессы 11 и 12 относятся к разделению систем жидкость — твердое вещество, остальные процессы представляют собой эк- 15

I стракцию в системах жидкость — жидкость. Асфальтены (процесс 1) бывают иногда очень вязкими, однако с точки зрения физики они являются жидкостями. 20

Согласно изобретению экстрагирующий агент, который ранее подлежал отделению от компонента В громоздким и дорогим способом (например, дистилляцией, кристаллизацией или отгон- 25 кой) с последующим повторным введе— нием в подлежащую разделению смесь, теперь простым способом поступает от компонента В, который уже отделен, к еще подлежащей обработке сме- 30 си. Отделение и повторное введение могут быть осуществлены при одних и тех же температуре и давлении, что позволяет значительно сократить расход энергии.

В зависимости от применяемых условий большая или меньшая часть обкомпонентов А и В. Но если концентрация компонента В в потоке, содержащем экстрагирующий агент, выше и мембрана проницаема для компонента

В, концентрацию последнего следует понизить, например, путем добавления экстрагируюшего агента. Тем самым повышается содержание растворителя.

В процессах, основанных на применении мембран, может возникнуть концентрационная поляризация. В результате этого там, где экстрагирующий агент диффундирует с одной стороны на другую, вдоль первой из сторон мембраны может образоваться слой, состоящий почти исключительно из компонента В, и, аналогично, вдоль второй из сторон мембраны может образоваться слой, состоящий почти исключительно из экстрагирующего агента. Такое локальное изменение градиента концентрации на обратный вызывает замедление диффузии экстрагирующего агента. Для предотвращения такой концентрационной поляризации быстро подают пото-— ки насосами вдоль обеих сторон мембраны и — во избежание необходимости применения мембраны со слишком большой поверхностью — потоки рециркулируют. Таким образом, как можно более гомогенная смесь постоянно находится как с одной, так и с другой стороны мембраны. Скорость перекачивания должна быть такая, чтобы молекула, диффундирующая через мембрану, прошла вдоль мембраны 10-30 раз прежде, чем она продиффундирует через нее.

Это означает, что часть смеси компонентов А и В, которая частично поглотила экстрагирующий агент, повторно вводится в поток смеси компонентов А и В (выше по ходу потока по отношению к мембране) и, таким образом, снова подается вдоль одной из сторон мембраны. Смесь компонентов А и В предварительно разбавляется до прохождения вдоль мембраны.

В частности, в случае разделения высоковязких жидкостей, например остаточных масел, это улучшает их способность к перекачиванию насосом и/или позволяет понизить температуру.

Часть потока экстрагирующего агента, содержащего растворенный компонент В, который проходит вдоль дру)282822 гой стороны мембраны, повторно вводят в поток экстрагируюшего агента, содержащий растворенный компонент В, и таким образом он опять проходит вдоль другой стороны мембраны. 5

Хотя во многих случаях достаточно одной мембраны, встречаются случаи, когда вследствие несовершенства устройств, предпочтительно применение нескольких мембран — либо для достижения большей производительности (параллельная установка), либо для более полной экстракции (последовательная установка). В последнем случае несколько мембран устанавливают последовательно, и поток компонентов А+В, который пропускают вдоль одной стороны любой иэ мембран, затем пропускают вдоль той же стороны следующей мембраны, и, аналогично, поток экстрагирующего агента, содержащий растворенный компонент В, который пропускают вдоль другой стороны любой из мембран, пропускают затем вдоль той же стороны предыдущей мембраны. Затем поток компонентов А и В подают в сепаратор. Другой поток, состоящий теперь почти полностью из чистого компонента В, не обязательно подвергать конечной очистке (на- 30 пример, отгонке).

При применении нескольких мембран их количество зависит от типа процесса, скорости подачи в единицу времени и размеров мембраны. Обыч- 35 но применяют 2-20 мембран, предпочтительно 4-10 мембран.

Материал для мембраны может быть выбран из известных материалов, применяемых для этой цели, например, 40 полипропилена, ацетилцеллюлозы, бутилкаучука, метилкаучука, силиконового каучука, полистирола, политет-. рафторэтилена и других полимерных материалов. Материал должен быть не- 45 растворим как в компонентах А и В, так и в экстрагирующем агенте. Он должен быть также полностью или практически непроницаем для компонента

А, но проницаем для экстрагирующего 50 агента. Засорения мембраны твердыми или вязкими элементами смеси компонентов А и В не происходит — мембрана остается чистой, так как она непрерывно промывается диффундирующим 55 экстрагирующим агентом.

По конфигурации применяемая мембрана может быть одной из допускающих поддержание потоков вдоль обеих ее сторон, например, плоскои или трубчатой. Однако такие формы не очень экономичны с точки зрения плошади и поэтому не позволяют достигнуть высокой упаковочной плотности (м мембраны/м аппарата). т э

Предпочтительно применение спирально навитой мембраны. В ней сочетаются такие качества как сопротивление напору, низкие начальные расходы и высокая упаковочная плотность известных спирально навитых мембран, поддерживающих потоки с одной стороны мембраны, с возможностью поддержания потока по обе стороны мембраны.

На фиг. 1 представлена технологическая схема осуществления процесса по предлагаемому способу; на фиг. 2 и 3 — технологические схемы установок депарафинизации и деасфальтенизации соответственно.

Подлежащая разделению смесь А+В (фиг. 1) поступает в мембранное устройство М, где экстрагирующий агент

Е присоединяется к потоку подлежащей разделению смеси. Затем полученный поток поступает в сепаратор S„ где отделяется компонент А. Остаток (компонент В и экстрагирующий агент) рециркулирует в мембранное устройство

M для переноса экстрагирующего агента в свежую порцию подлежащей разделению смеси. Если мембрана проницаема для компонента В и если концентрация компонента В выше в смеси

A+8 чем в смеси Е+В, то происходит миграция компонента В вдоль мембраны в направлении, противоположном направлению экстрагирующего агента

1 (пунктирная линия В ).

Установка депарафинизации (фиг.2) включает в себя мембранное устройство. Загружаемое сырье, например парафиновый фурфурольный рафинат, поступает по линии 1 на мембранное устройство 2, где растворитель (экстрагирующий агент) 3 присоединяется к сырью. В качестве растворителя может быть применена смесь ароматических углеводородов (бензол, толуол и т.д.) и метилэтилкетона, По трубам 4 и 5 сырье и растворитель поступают далее через теплообменник

6 и холодильник 7 во вращающийся барабанный вакуум-фильтр 8. В холодильнике 7 сырье и растворитель охлаждаются до температуры приблизительно

g1

-20 С для кристаллизации солержаших!

282822 ся парафинов. Кристаллы парафинов промывают на барабане барабанного фильтра 8 с применением тонкого потока растворителя 9, затем сгребают и вместе с незначительным количеством еще оставшегося растворителя подают по трубе 10 в установку 11 обработки парафинов, где так называемый "парафиновый гач" 12 отделяют от растворителя, который по трубе 13 поступает на линию 14 рециркуляции.

Фильтрат, состоящий из депарафинизированного масла и растворителя, из вращающегося барабанного вакуумфильтра 8 поступает по трубе 15 через теплообменник 6 в мембранное устройство 2, И в теплообменнике 6, и в мембранном устройстве 2 сырье предварительно охлаждается до некоторой степени путем косвенного контакта с холодным фильтратом. После диффузии значительной части растворителя через мембрану (поток 3), депарафинизированное масло вместе с остатком растворителя поступает по трубе 16 на установку 17 обработки депарафинизированного масла.

Установка 17 обычно включает в себя две испарительные колонны (одна работает при низких давлении и температуре, другая — при повышенных давлении и температуре), за которыми стоит колонна для отпаривания депарафинизированного масла, в сочетании с дистилляционными колоннами для удаления воды .иэ растворителя и ряда насосов, горелок и труб обратных холодильников. Необходимое тепло подается теплообменником 18.

Здесь депарафинизированное масло 19 окончательно отделяется от растворителя, который по трубам 20 и 14 через холодильник 21 повторно поступает в систему, т.е. в сырье, поступающее по линии 5.

В установке деасфальтениэации .(фиг. 3) по трубе 1 сырье (обычно остаток при вакуум-дистилляции) подают в смеситель 12, где оно предварительно разбавляется потоком сырья, уже разбавленного экстрагирующим ! агентом, выходящим из трубы 3. Смеситель 2 функционирует так же, как буферный сосуд, выравнивающий колебания подачи. Из смесителя 2 по трубе 4 непрерывно отводится поток, часть которого поступает по трубе

10

25 мембранному устройству IIQ трубам 20 и 12 и 21 и 13 соответственно, в то время как остаток разгружается по трубам 21 и 22 соответственно, Труба 22 соединена с предыдущим мембранным устройством трубой 12, а труба

35 21 соединена с отпарной колонной

23, в которой остатки зкстрагирующего агента 24 удаляются паром из потока

5 в мембранное устройство 6, а ис тавшаяся часть по трубам 7 и 8 поступает в мембранное устройство 9. В этих мембранных устройствах определенное количество зкстрагирующего агента, представленное как потоки

10 и 11, диффундирует иэ потока деасфальтениэированного масла и растворителя, поступающего по трубам 12 и 13 соответственно, через мембрану в поток предварительно разбавленного сырья, которое поступает по трубам 5 и 8 соответственно и разгружается по трубам 14 и 1 5 соответственно, Труба 4 соединена с трубой

3, которая ведет к смесителю. По трубе 15 рециркулирует часть разбавленного сырья к мембранному устройству

9 по трубе 16 и трубе 8, а остаток разбавленного сырья поступает на следующее мембранное устройство по трубе 17. Поток деасфальтенизированного масла с экстрагирующим агентом,, который выделип часть экстрагирующего агента в мембранные устройства

6 и 9 соответственно, раэгружается по трубам 18 и 19 соответственно.

Часть его рециркулирует к первому деасфальтенизированного масла 25.

Количество мембранных устройств может быть разным; в описываемой установке их количество равно 7.

Часть потока сырья с экстрагирующим агентом, которая отводится по трубе

26, подается к вращающемуся дисковому контактору 27, где этот поток разделяется на асфальтеновую фракцию, отводимую по трубе 28, и фракцию деасфальтенизированного масла с экстрагирующим агентом, которая поступает по трубе 29 в трубу 30 для удаления растворителя в мембранном устройстве 7 (и затем в мембранных устройствах 6,5 и т.д.). Асфальтеновую фракцию отделяют от остаточного экстрагирующего агента (если последний в ней содержится) в отпарной колонне 31. Какое-то количество асфальтенов может быть отведено по

1282822 трубе 32 и какое-то количество экстрагирующего агента — по трубе 33.

Оба потока, текущие по трубе 33, рециркулируют по трубе 34 к вращающемуся дисковому контактору 27 с тем, чтобы весь экстрагирующий агент смешивался с сырьем.

Производство пара и последующее разделение пара и экстрагирующего агента (например, пропана) в отпарной колонне 23 требует затрат определен— ного количества энергии, которое тем больше, чем больше фракция экстрагирующего агента в деасфальтенизированном масле. Эта фракция невелика, потому что максимально возможное количество экстрагирующего агента поступает в свежее сырье через мембранное устройство. Если применяется специальный материал для мембран например полипропилен, то дополнительно, значительная часть деасфальтенизированного масла поступает непосредственно из потоков 5, 8 и т.д. в потоки 18, 19 и т.д. через мембраны, в результате чего достигается дополнительное снижение общих затрат.

Движение экстрагирующего агента может быть как противоточным (фиг.3) так и прямоточным.

Пример 1. Эксперимент проводят в депарафинизаторе (фиг. 2).

Парафиновый фурфуроловый рафинат обрабатывают смесью избирательных растворителей (экстратирующее сред. ство), состоящей из 50 об.% метилэтилкетона и 50 об. толуола в мембранном блоке 2, содержащем спирально намотанную мембрану из сополимера полипропилена-полиэтилена толщиной

1 мкм. Иэ 1714 т/сут смеси раствори,телей, подаваемой вместе с 299 т/сут депарафинированного масла через трубопровод 15 в мембранный блок 2, 1264 т/сут, т.е. почти 74 мас. смеси растворителей, имеющейся в потоке

15, подают через мембрану в поток 4 и далее пропускают с парафиновым фурфуроловым рафинатом через теплообменник

6, холодильник 7 и трубопровод 5 в вакуумный роторный барабанный фильтр

8. Парафиновые кристаллы, полученные после охлаждения парафинового рафината и смеси растворителей в холо-. дильнике 7, промывают на фильтре 8 р использованием небольшого потока смеси растворителей 9, затем удаляют и подают через трубопровод

10 в блок 11 обработки парафина.

Фильтрат из фильтра 8, состоящий иэ депарафинированного масла и смеси растворителей, представляет собой укаэанный поток 15. 299 т/сут депа5 рафинированного масла, которое поступает из мембранного блока 2 вместе с 450 т/сут оставшейся смеси растворителей, подаются через трубопровод 16 в блок 17, содержащий две испарительные колонны и отпарную секцию для отделения таким образом

299 т/сут депарафинированного масла через трубопровод 19 и повторной подачи 450 т/сут смеси растворителей через трубопровод 20 в депарафинизатор.

В табл. 2 показано воздействие

;мембранного узла на обработку депара1 1 финированного масла.

2Р

Как видно из табл. 2, поток 16 содержит значительно меньшее количество растворителя по сравнению с тем вариантом, где мембрана не исполь25 зуется. Соответственно меньшее количество растворителя приходится выпаривать в разделительном блоке

17. В связи с этим, требуется меньшее количество тепла для удаления

30 растворителя из депарафинированного масла (8708 вместо 21855 ИДж/ч).

Пример 2. Эксперимент проводят в деасфальтирующем блоке (фиг. 3). Короткую подачу остатка, полученного путем вакуумной перегонки атмосферного остатка после перегонки сырой нефти, предварительно разбавляют в смесительном резервуаре 32 смесью подачи и п-бутаном, 4р подаваемым по трубопроводу 33. Смесь короткого остатка и п-áóòàíà, полученную таким образом, подают в шесть параллельных мембранных блоков, где используют полипропиленовые мембраны толщиной 3 мкм. В этих блоках с рабочей температурой 60 С 859 мЭ/сут и-бутана (используется избирательный растворитель) диффундирует иэ потоков, содержащих деасфальтированное масло и п-бутан, и иэ потока 18 (263 м /сут деасфальтированного мас3

3 ла и 1321 м /сут и-бутана) через мембраны в предварительно разбавленную подачу. Потоки деасфальтированного масла, содержащие остаток бутана, который подают из мембранных блоков, собирают в поток 19 (263 м /сут деасфальтированного масла и 462 м7 сут и-бутана) и подают в испарительную

1282822

Таблица 1

Процесс рагируюагент.1. Деасфальтенизация

ГГропан, б.утаи

Остаток от Асфальтены вакуум-дистилляции

Деасфальтенизированное масло

2. Фурфурольная экстФурфурольный рафинат

Деасфальтенизированное осФурфурольный экстракт

Фурфурол ракция таточное масло,веретенное масло,тяжелое рециркулирующее масло

3. енольная экстракция

Фенольный рафинат

ДеасфальФенольный экстракт

Фенол тенизированное остаточное масло,веретенное масло,тяжелое рециркулирующее масло

Деасфальтенизированное ос4. Экстракция

8О, so

Рафинат

S0

Экстракт

Жидкий

SO ã таточное масло,тясекцию, где деасфалт тированное масло отделяют от и-бутана. Поток подачи

I короткого остатка, смешанный с п áóтаном, который удаляется из мембранных блоков, подают в контактный аппарат с вращающимися дисками, где поток разделяют на фракцию асфальтенов (106 м /сут — поток 39) и указанный поток, содержащий деасфальтированное масло и и-бутан. Фракцию асфальтенов (поток 39) подают в отпарную секцию и отделяют от оставшегося п-бутана (20 м /сут).

Формула изобретения

Способ разделения жидкой двухкомпонентной углеводородной смеси, включающий контакт ее с экстрагентом, растворяющим один из двух компонентов, отделение в сепараторе другого компонента от полученного экстрактного раствора и выделение из последнего растворенного компонента, о т л и ч а ю шийся тем, что, с це— лью сокращения расхода растворителя и энергетических затрат, исходную углеводородную смесь пропускают вдоль одной стороны мембраны, пронипаемой для экстрагента и не проницаемой для компонента, не растворимого в экстрагенте, экстрактный раствор пропускают вдоль другой стороны мембраны с последующей подачей исходной углеводородной смеси, поглотившей экстрагент, в сепаратор с отделением экстрактного раствора, направляемого вдоль другой стороны мембраны.

1282822

12

Продолжение табл I желое рециркулирующее масло

N-МП "

Рафинат

N-МП

Экстракт

5. Экстракция

N-метил, Деасфальтенизированный оспирролидоном таток, веретенное масло,тяжелое рециркулирующее масло

6. Процесс

Эделеану

Неочищенная керосиновая фракция

Очищенный керосин

Жидкий

SO7. Процесс

Эделеану

Неочищенная газо$0 2

Рафинат

Супербенэекс

Жидкий

SO лино вая фракция

Ароматичес- Сульфолан кий экстракт

С ул ьфолан, рафинат

Платформинг-бензин

Диэтиленгликоль

9. Гликолевая экстракция

То же

Гликольр рафинат

То же

10. Экстракия .N-метилN-МП, рафинат

И-МП пирролидоном

11. Депарафиниэация

Парафиновый смазочный

Парафин

Метилэтилкетон, пропан дистиллат топливо ".1 -метилпирролидон; тетрагидротиофен-1,1-диоксид;

3 4 1 может быть применен также триэтиленгликоль или тетраэтиленгликоль.

8. Сульфолановая экстрак-.

К%

ЦИЯ

12. Депарафинизация мочевиной

Тяжелый газойль, жидкое н-Парафин, аддукт паРафин/мочевина

Керекс (ароматические) Депарафинированное масло

Депарафини- Дихлорметан рованное масло

1282822

l3

Таблица 2

Без использования мембраны, т/сут 299 — 299 299

1714 — 1714 — 1714

С использованием мембраны, т/сут 299 — 299 299

1714 1264 450 — 450

Составитель Н. Богданова

Редактор Н. Егорова Техред H.Попович Корректор M. Демчик

Заказ 7294/60 Тираж 464 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Получение депарафинированного масла

Поток

15 3 16 19 20