专利名称：抽提烃物料中所含芳香化合物的方法与设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及通过使液态烃类物料与第三种液态溶剂逆流接触(所谓液液型抽提)抽提出该烃类物料中所含芳香化合物的改进方法和改进设备。
本发明更具体涉及抽提在烃物料中所含的芳香化合物，抽提后的物料或用于润滑油的组合物，或粗柴油的组合物，而且就在本申请书的后面将要更详细地叙述，但这又不会对本发明的范围构成任何限制。
通过一种液体的待处理物料与一种也是液体的第三溶剂逆流接触的抽提方法，在先有技术中是一种公知的操作，其目的是保证将物料中的一种或几种溶质转移到不相容相，即第三溶剂中。这样我们就得到了两相抽出物相(溶剂和溶质)和抽余物相(清除了大部分溶质的物料)。
这样的方法具体用来从用于润滑油组合物的物料中除去所含的芳香族化合物，因为润滑油要求粘度不大随温度而变化，但芳香化合物的粘度变化很大。另外，芳香化合物对氧化敏感，会导致由于缩聚而形成焦炭。
一般是使待处理的物料和溶剂逆流流过一个抽提塔，比物料要重的溶剂从塔的顶部引入，而物料则从塔的底部引入。在塔顶得到抽余物相，其中源于物料中的芳香化合物含量很少，但含有少量溶剂；在塔底得到抽出物相，它含有大部分溶剂以及溶于其中、源于原料物料的芳香化合物。
为了更明白，在下面将简要叙述一下先有技术，并参照附图中的
图1，在图中图1是从调合润滑油用的物料中抽提芳香化合物用的先有技术中塔的示意图；图2是按照本发明类似抽提塔的示意图，后面我们将对其做更详细的叙述。
在图1所表示的先有技术抽提塔中，溶剂从塔顶的线2加入，而待处理的物料则由管线3注入塔底部，进入结构的内部，至塔底的距离基本上等于塔高度的三分之一。实际上，溶剂的比重一般大于1kg/L，比如说，使用糠醛时为1.16kg/L，而物料的比重一般低于或等于 ，比如对于减压馏分来说大约为0.92kg/L。溶剂构成连续相，而物料构成分散相。因此，在塔1的上部进行了相分离。
在塔顶由线4回收将用作润滑油基础油的抽余物相，而在塔底由线5回收抽出物相。然后在分离阶段回收含于每个相中的溶剂，再循环到抽提单元。
使用溶剂(糠醛、N-甲基吡咯烷酮，即NMP、苯酚、二甲基亚砜即DMSO、二甲基甲酰胺即DMF等)的选择性在环境温度下一般是不够的，因此应在高于环境温度的温度下进行抽提操作，比如对于糠醛是80～140℃，对于NMP为70～110℃。
以糠醛为例，物料一般在大约85℃，以大约4.5～8.5m3/h/m2的比流量加入，而溶剂是从塔顶加入，其温度高于物料温度，而且足以保证塔顶抽余物的质量能满足要求。温度的选择是很关键的，因为两相的相容性是随温度升高而增大的。因此，在保持塔顶有较高温度以改善选择性，使抽余物合乎规范的同时，在两个引入区之间要建立第一温度梯度以有利于在连续相中所含轻相的析出，这样会增大抽余物/物料的抽提效率。
糠醛的比流量约为14.5～18.5m3/h/m2，这相当于溶剂比率，即溶剂流量与物料流量比为1.70～4.10v/v，也相当于总的比流量(抽提塔的液体动力能力)最大值23m3/h/m2。
另外，在操作时还有一个塔底温度梯度。实际上，从侧线管6抽出一部分连续相，它通过换热器7而被冷却，通过管线8再循环至塔的下部，这样就在塔底保证了一个更大的第二温度梯度，像第一温度梯度一样，这有助于在连续相中所含轻相的析出。这样抽提物相中的抽余相液滴就会减少，因此就加大了抽余物/原料的比值。
对于另外一些溶剂，要根据其内在性能和所需抽余物的质量要求来选择操作条件(比流量和温度)。
一般说来，调合润滑油使用的物料含有50～75％的芳香化合物，而在抽提后所得到的抽余物中含有35～55％的芳香化合物。而对于用来构成粗柴油的物料，其芳香化合物含量为25～35％，而在抽提后得到的抽余物中含有10～20％的芳香化合物。
在塔的上部，在其2/3的高度处，准备了一组由轴心固定盘状物9构成的内件，以及固定在塔内侧壁上的冠状突起11。
塔的这些内部构件保证了物料在第三溶剂中的分散。物料中一种或几种溶质向溶液中的传质强度反比于轻相分散在连续相中液滴的大小。因此，为了有利于最大限度地传质，要保持形成小液滴。
可是，小尺寸的液滴有一个附聚的问题，特别是对于界面张力小的体系，这样就有随着连续相带走被分散的轻相液滴的风险。此外，随着溶剂与物料的比流量增大，这个风险也在增加。
为了补救这个不足，一般在循环管线8的下方装置一个在先有技术中称之为缓冲聚结器的12，它比如说由一个缠绕格栅组成，它有利于使液滴之间发生冲撞，从而使之聚结，这样就限制了分散在连续相中轻相的夹带。
连续相在塔1下部、缓冲聚结器下部的停留时间一般长过15分钟，优选为20～30分钟，这样就在实际上由于通过缓冲聚结器12而完全除去了分散的轻相。
上面所述的技术具有某些缺点。具体说，我们在盘状物和塔板之间的相中观察到轴向沟流，对于大直径的塔此现象证实更为明显，它妨碍了芳香化合物向溶剂中的最优化传质。此外，在塔盘和盘状物之间，两相间的横向混合较差，而这种混合会带来两相间的良好传质。
与上述设备相似，但是其盘状物9是转动的，并由沿塔轴装置的一个驱动轴带动的另一种装置被提出来，用于抽提在烃类物料中所含的芳香化合物。转动盘的动作使得能得到比在前述情况下更好的横向混合。
然而，轴向混合显得太强而有害于一相向另一相的最优化传质。特别是，形成了尺寸很小的分散液滴导致会减少物料的流量，这就限制了抽提塔的处理能力。
另外，这种带有转盘的装置是一种复杂的结构而且难于操作。特别是这种装置具有严重的维修问题，特别是对轴承的维修。
在这两种装置中都碰到的另一个缺点是在抽提塔内的不均匀行进状态，这主要是由于返混的影响。另外，这种冠状突起与盘状物类型的内部轴向透过度低，只有25％左右，这就限制了总的比流量值。
本发明的目的是克服如上所述的缺点，在塔的上部以固定的静态混合器型填料代替先有技术中的冠状突起及静止或转动盘状物。
本发明的另一目的是通过有助于溶剂和物料之间的紧密接触来增大抽提塔的处理能力，并强化呈乳液状分散在抽提物相中的抽余相液滴的分离。
本发明的最后一个目的是使物料在抽提塔内的停留时间均匀化，使得每个物料液滴的停留时间接近于物料液滴总体的平均停留时间。
实际上，本发明的目的是一种通过使一种烃类物料与一种和该物料互不混溶并适合于抽提芳香化合物的第三液态溶剂密切逆流接触来抽提该烃类物料中芳香化合物的方法，分离两相，从而得到一个含芳香化合物较少的抽余物相和一个富含溶剂和芳香化合物的抽出物相。此方法的特征在于，(a)物料和第三溶剂的逆流密切接触，至少部分是在至少一种静态混合器型结构的填料单元存在下进行的；(b)至少一部分富含溶剂及芳香化合物的抽出物相经液液分离被分离为富含溶剂而基本不含抽余物的二相以及富含抽余物而基本不含溶剂的一相，抽余物被排出，溶剂则循环到抽提再用。
按照本发明的一个优选模式，第三溶剂的流量大于物料的流量。在此情况下，第三溶剂是作为连续相，在连续相中呈乳液状分散着物料的液滴。
本发明的另一目的是一种通过使一种烃类物料与一种和该物料互不混溶并适合于抽提芳香化合物的第三溶剂密切地逆流接触，从而抽提该烃类物料中的芳香化合物的装置，该装置包括一个抽提塔，在其上部加入所述第三溶剂，而待处理的物料从塔的下部加入，抽余物相排出管线装在塔的上部，而抽出物相的排出管线装在塔的下部，此装置的特征在于(a)在塔内部至少部分体积内，在分隔开溶剂加入点和物料加入点的部位装置至少一种静态混合器型结构填料单元；以及(b)抽出物相的排出管线连接着塔外液液分离装置，此分离装置装有一个富含溶剂及芳香化合物，少含抽余物相的出口，以及一个将富含抽余物而少含溶剂的相循环到塔下部的装置。
静态混合器是当前在精馏塔中通用的，在比如US-A-4,532,086和FR2577820中有所叙述。
本申请人意外地确定，用于上述类型抽提塔中采用的静态混合器十分有利于介质的湍动，因而十分有利于连续的溶剂相和由使用的物料构成的轻相之间的密切接触，在抽提芳烃后该物料被用于润滑组合物或粗柴油组合物。
在按照本发明的单元中，物料和溶剂的比流量都明显高于相同尺寸的传统装置所规定的数值。更准确地说，按照所进行实验，物料的比流量比传统装置高4～5倍，而溶剂的比流量也比传统装置高4～5倍，按照物料及溶剂，这相当于总比流量将达到120m3/h/m2。
这表现为对于得到的相同质量的抽余物，抽提单元的处理能力有了明显的增大。在下面将要叙述的实施例1～3完全说明了这个增加。实际上，其冠状突起和固定盘状物被相同体积的静态混合器代替，并连有一个外部沉降器的实施例3的单元，在所含芳烃浓度相同，以及得到的抽余物质量也与传统单元相同的条件下，抽余物的产量增加了340％。
另一种情况是使用能力与相同尺寸的先有技术的单元相同的本发明抽提单元，在此情况下，得到的抽余物的质量要高于在传统单元中所得到的质量。
按照本发明的一种实施方式，液液分离是通过沉降完成。可借助不同类型的沉降器来实现沉降操作比如，重力沉降器、机械离心沉降和水力旋风沉降等。用于实施本发明的优选沉降器是重力型的，比如Alfa-laval公司、Metal-europ公司及General Mills公司生产的。
按照本发明的另一特征，该静态混合器由疏油材料如不锈金属组成，这使轻相能在连续相中得到最优分散。
按照本发明的抽提塔，最好像在先有技术中一样，在其下部包括一个由缓冲聚结器构成的聚结区。不过，对于按照本发明改进的先有技术装置，如果物料及溶剂的流量仍然与先有技术装置在相同等级，那么无需缓冲聚结就可实现抽余物相的液滴聚结。实际上，通过静态混合器之后得到的轻相液滴尺寸要比在先有技术的装置所得到的大，因此在塔的下部就自发地保证了它们的聚结。单元的操作由此而比较简单，实际上，由于有比如由缠绕格栅构成的缓冲聚结器的存在就需要特别是由于它被包含在物料中的固体颗粒和/或由于溶剂和/或物料降解而产生的焦炭颗粒的局部阻塞而导致的维修工作量。
按照本发明的一个特别优选的实施形式(见实施例3)，抽出物相在直通沉降装置的塔底部被排出，到了沉降器抽出物相就要分离为两相，一个相可适当地称之为抽出物相，它被排掉，另一相富含抽余物而含有较少的芳烃和溶剂，可称之为假抽余物，它要被循环到低于物料引入处的水平进入抽提塔中。此外，如有必要，在抽提塔底部排出的抽物相和循环到塔中的假抽余物可分别通过热加换被冷却及加热，以调节其温度在抽提塔及在沉降装置中所需要的范围，这样就建立了使含在连续相中的轻相容易析出的温度梯度。
按照本发明的另一实施方案，最好在与液液分离装置相连的抽提塔内部，在假抽余物注入口与物料注入口之间装有至少一个静态混合器。此种静态混合器就构成了一种新型缓冲聚结器，它没有先有技术中聚结器的缺点。
按照本发明的一个特征，在此部位的静态混合器的轴向通过率大于或等于排布在物料加入口和溶剂加入口之间的数值，这就使得在抽提塔内空间的各处有同样的流动条件。
按照另一个特征，呈至少一个静态混合器形的缓冲聚结器由亲油材料组成，比如由聚丙烯、聚四氟乙烯或聚乙烯组成，这样有利于抽余物相液滴的聚结。
具有上述不同实施方案的本发明方法和设备提供出明显提高抽提塔处理能力以及提高效率抽余物/物料的优点。
对于表面张力小的体系，比如糠醛/减压馏分对，观察到抽提物相夹带抽余物相液滴的危险大为减小。此外，返混现象也减少了。两相的轴向沟流消失了；所有这些都有利于两相在静态混合器区域内横向及轴向有更好的混合。另外，由于本发明，能得到轻相物质更均匀地向连续相转移的条件。
特别是将要注意到，对于按照本发明的装置，可以在距塔底低于或基本等于约1/4塔高处引入待处理的物料，而已知技术大约是1/3塔高。
最后，很清楚的是，维修这样的抽提塔比在先有技术的转盘塔的特定情况相比要容易得多。
现在将参照附图2更详细地叙述按照本发明装置的一种实施形式。
在此图上，我们看到一个抽提塔21，它包括在其上部的一个溶剂送入管线22，在距塔底约1/4塔高处有一个待处理物料送入管23。
在塔顶上由管线24排出抽余物相，而在塔底由管线25排出抽出物相。按照本发明，在位于溶剂注入点和物料注入点之间的至少一部分塔2 1的内部容积装有由静止混合器构成的填料单元31，比如Sulzer公司商品名SMV和Kenics及Alfa-laval公司出售的填料。
这些填料单元的功效有利于两相的接触，因而有利于传质。此外，对于Sulzer的SMV静态混合器，有很高的，比如约90％的轴向透过率，这有助于扩大物料及溶剂的比流量。
为了减小位于物料注入点之下的容积21，这一般是由缓冲聚结器在其上部限定的容积，它用来使分散的轻相液滴聚结，在由图2所说明的实施形式中，最好在通向外沉降系统的塔底排出抽出物相。因此，此抽出物相就由管线25通向沉降器26中，在这里它要停留足够的时间，比如说至少20分钟，使得分离出抽出物相，使它基本不合有抽余物，将其由管线27通到溶剂回收管路中，另一富含抽余物而不含溶剂的相，或称假抽余物，由管线28重新注入塔21的底部。
在管线25和/或28上装有换热器，分别是29和30，它们能降低在塔出口处抽提物相的温度和提高循环到塔中的假抽余物相的温度。在沉降器26中的温度大约50℃。
在假抽余物相(28)注入口和物料(23)注入口之间，也能在塔内装有静态混合器型的填料(32)单元，这样就在外沉降时，使未在假抽余物相中聚集的抽余物相液滴进行最优化的聚结。
实施例如下各实施例并无限定的性质只用来说明本发明的实施及其优点。
实施例1在一个抽提塔中用糠醛处理减压馏分，其在40℃和100℃的粘度分别为32.8厘沲和5.75厘沲(mm2/s)，在15℃时的比重为0.915kg/L。馏分中芳烃含量为57％。
使用的塔塔高19m，直径2.4m，在高度8.4m以上的区域内有直径1.2m的固定对中圆盘，它们位于直径1.7m附于侧壁上的冠状物之间。圆盘和冠状物规则排布，其间间隙为0.15m。
在距塔底8.9m处引入温度约85℃的物料，比流量等于8.5m3/h/m2；在塔顶引入温度足够高的糠醛，以便在抽提塔顶部维持100℃。
溶剂的比流量为大约14.5m3/h/m2，相当于溶剂流量与物料流量比(溶剂比)为1.70v/v，总比流量(抽提塔液流能力)为23m3/h/m2。
在圆盘和冠状物的下方，抽出一部分下降相，使抽出相与溶剂的流量比为1v/v。此抽出相在塔外被换热器冷却至大约45℃，然后在抽出点之下距塔底约5.3m处重新注入，这样在加入物料点与塔底之间就建立了大约40℃的温度梯度。
为了使在塔下部的抽出物相中尽量优化地减少抽余相液滴，在距所述塔底4.3m处沿整个塔截面布置一个由缠绕金属丝构成的高60cm的缓冲聚结器，以增大抽余物相的液滴尺寸。
在塔顶回收抽余物相，在塔底排出抽出物相。
在前述条件下，以抽余物/物料比为61％(重量)的效率进行抽提，产量为515吨/日抽余物，相当于在40℃粘度为30厘沲，粘度指数95，得到的抽余物中芳烃含量为35.5％。
实施例2在装有Sulzer公司生产的SMV型静态混合器的一个塔中，处理与在实施例1中相同的物料。静态混合器所占的位置与空间与实施例1中圆盘与冠状物所占的位置与空间相同。同样，缓冲聚结器的位置与结构也与实施例1中所用的缓冲聚结器的类似。
温度条件、加料位置、抽出口位置、重新注入位置、抽余物相出口和抽提出相出口的位置都与实施例1中所用的相同。
加入物料的比流量等于30m3/h/m2，而加入糠醛的比流量为51m3/h/m2，这相当于溶剂与物料的流量比(溶剂比)为1.70v/v，总比流量为81m3/h/m2。
在塔顶回收抽余物相，在塔底排出抽出物相。以提余物/物料比为51％的效率进行抽提，芳烃浓度和得到的质量基本与实施例1中相同，产量为1520吨/日，相当于产量增加了195％。
实施例3用按照本发明的方法与装置处理与实施例1相同的物料。
使用同样高19m，直径2.4m的塔，在高度为17m处设置Sulzer公司生产的SMV型静态混合器。
在距塔底4m处引入温度大约100℃的物料，比流量35m3/h/m2。在塔顶以比流量46m3/h/m2加入溶剂，溶剂与物料比为1.31v/v，总比流量为81m3/h/m2。在塔顶处溶剂温度大约100℃，并保持此值直至物料加入处(等温条件)。
物料在与溶剂逆流通过静态混合器后所得到的二相混合物在塔底被排出，然后在塔外沉降器中在约50℃下处理(由换热器调节)，在沉降器中停留时间大约20分钟。
如此除去抽余物的抽出物相从沉降器中排出，并通向溶剂回收管路。称作假抽余物的轻相以大约85℃的温度重新引入塔底，在物料加料点和塔底之间造成一较小梯度(15℃)。
在塔顶回收抽余物相。
此抽提方法使得得到大约65％的抽余物/物料比，在芳烃浓度和所得抽余物质量基本与实施例1相同时，抽余物产量为2260吨/日。这相当于抽余物产量比按照实施例1所述的先有技术增加了340％，比按实施例2所得抽余物产量增加50％。
实施例3说明了给抽提烃类物料中芳香化合物技术带来的改善；效率以及抽余物的产量都明显提高，而又不影响产品质量。再者，按照本发明的装置和方法为处理物料使用了较少数量的溶剂，这导致溶剂/物料比与先有技术相比降低20～35％(对实施例3大约为23％)，这样就使得实施抽提的方法更为经济，特别是使得操作抽提装置所必需的溶剂的量得到节约。
我们还要注意到，按照本发明的方法及装置并不限于抽提烃类物料中的芳香化合物，它也可用于抽提其它类型的烃类杂质。
权利要求
1.通过使烃类物料和一种与之不相溶而又适合抽提芳香化合物的液态第三溶剂逆流密切接触，分离两相而得到一个含有少量芳香化合物的抽余物相以及一个富含溶剂和芳香化合物的抽提物相的一种抽提烃物料中芳香化合物的方法，该方法的特征在于(a)物料与第三溶剂的逆流密切接触至少部分借助至少一种静态混合器型结构填料单元(31)这一中间体来实现；(b)通过液-液分离(26)至少一部分富含溶剂和芳香化合物的抽出物相被分为富含溶剂而基本不含抽余物的一相和富含抽余物而少含溶剂的一相，前者被排放，后者循环至抽提工序。
2.按照权利要求1的方法，其特征在于该第三溶剂呈连续相，其中分散着乳液状物料液滴。
3.按照权利要求1或2的方法，其特征在于用沉降的办法进行液-液分离。
4.按照权利要求1、2或3中之一项的方法，其特征在于，富含抽余物的一相被换热器冷却，然后循环至抽提工序。
5.按照权利要求1的方法，其特征在于，第三溶剂是糠醛。
6.通过使烃类物料和一种与之不相溶而又适于抽提芳香化合物的第三溶剂逆流密切接触，抽提该物料中芳香化合物的装置，该装置包括一个抽提塔(21)、在其上部是第三溶剂入口，而待处理物料由塔下部引入，用于排放抽余物相的管线(24)装在塔(21)的上部，而排放抽出物相的管线(25)装在塔下部，此装置的特征在于(a)在塔(21)内部的至少一部分容积内装有至少一种静态混合器类型的结构填料单元(31)，它将溶剂加入口(22)和物料加入口(23)分隔开；(b)抽出物相排放管线(25)连着塔(21)外液-液分离装置(26)，该分离装置(26)装有富含溶剂及芳香化合物而少含抽余物的一相出口(27)，以及将富含抽余物而少含溶剂一相循环至塔下部的装置(28)。
7.按照权利要求6的装置，其特征在于，该结构填料单元(31)是用疏油材料制造的。
8.按照权利要求6的装置，其特征在于，该液-液分离装置是一个沉降器，优选重力型(gravitaire)沉降器。
9.按照权利要求6～8中之一项的装置，其特征在于排放抽提物相的管线(25)以本身公知的方式包括一个通过热交换冷却此抽提物相的装置。
10.按照权利要求6～9中之一项的装置，其特征在于，向塔的下部循环的装置(28)以本身公知的方式包括一个通过热交换加热富含抽余物而少含溶剂的一相的装置。
11.按照权利要求6的装置，其特征在于，缓冲聚结器以本身公知的方式装在塔(21)内部，处在来自沉降系统(26)的富含抽余物的一相循环入塔的点(28)和引入待处理物料的点(23)之间。
12.按照权利要求10的装置，其特征在于，该缓冲聚结器由至少一个静态混合器型填料单元(32)构成，优选由亲油材料制造。
13.按照权利要求6～12中之一项的装置，其特征在于，在与塔底的距离小于或等于该塔高约1/4处将待处理的物料引入该抽提塔(21)。
14.按照权利要求1～5中之一项的方法或按照权利要求6～13中之一项的装置在提抽物料中芳香化合物方面的应用，在所述抽提后该物料用来调合润滑油。
全文摘要
在本方法中(a)物料与第三溶剂的逆流密切接触至少部分借助于至少一个静态混合器型结构填料单元(31)这一中间体来实现；以及(b)通过液-液分离(26)将至少一部分富含溶剂和芳香化合物的抽提物相分离为一个富含溶剂而基本不含抽余物的相和一个富含抽余物而少含溶剂的相；前者被排放，后者循环至抽提工序。
文档编号B01D11/04GK1153201SQ9611199
公开日1997年7月2日 申请日期1996年9月10日 优先权日1995年9月12日
发明者H·布拉库, L·古兹恩 申请人:多塔乐精制销售有限公司