使用新型设备和方法改进从重质液态烃中分离固体沥青质(“ias”)的制作方法
【技术领域】
[0001] 在本说明书中描述了对现有技术中的液-固相分离器结构的工艺强化、简化和改 善，以用于改进固体沥青质分离器（IAS)的设备和方法。所述新型容器设置和流体路线提 供了一种以成本有效的方式，从溶剂/重烃混合物中分离沉淀的沥青质固体的有效、可靠 和简单的方法，所述方法适用于来自任何来源，例如加拿大沥青的重烃残留物（本发明的 "目标原料"），并且特别适用于使用加拿大专利#2, 764, 676 (和美国专利申请13/351767) 处理的加拿大沥青。
[0002] 溶剂脱沥青（"SDA"）是一种在炼油厂和提质设备中使用的工艺，用以从渣油中萃 取有价值组分，所述渣油经常在前一工艺操作流出的侧流中。由此工艺产生的萃取组分可 以进一步在精炼机中处理，在精炼机中所述组分裂化并转化为有价值的轻质馏分，例如汽 油和柴油。可以用在溶剂脱沥青工艺中的合适的渣油"目标原料"包括，通过采矿或原位回 收技术获得的，诸如常压塔底油料，真空塔底油料，原油，拔顶原油，煤油提取物，页岩油和 油砂中回收的油。
[0003] 形式上
[0004] 本申请要求美国临时专利申请S/N:61/768, 870的优先权。
【背景技术】
[0005] 现有技术中的SDA方案：
[0006] 溶剂脱沥青工艺是众所周知且描述在许多公开技术中，所述公开技术例如， Smith的美国专利No. 2, 850, 431，Van Pool的美国专利No. 3, 318, 804, King等人的美 国专利No. 3, 516, 928, Somekh等人的美国专利No. 3, 714, 033, Kosseim等人的美国专利 No. 3, 714, 034，Yan 的美国专利 No. 3, 968, 023，Beavon 的美国专利 No. 4, 017, 383，Bushnell 等人的美国专利No. 4, 125, 458和Vidueira等人的美国专利4, 260, 476,所有这些专利都得 益于减少溶剂与油的比例和/或提高期望的烃产品的回收率而产生的进一步的能量节约 及性能提高特征。值得注意的是，这些专利没有一个适合分离出烃富集流，得到沉淀的基本 无油的固体沥青质流。
[0007] 现有技术中SDA产生的沥青质富集流的处理
[0008] 在美国专利#4, 421，639中，SDA工艺使用了一个第2沥青萃取器以浓缩沥青质物 质（和回收更多的脱沥青油或DA0)。将添加有溶剂的浓缩沥青流穿过加热器，所述加热器 在18镑/平方英寸（psia)下将所述流的温度升高到425° F，然后，所述流被送至闪蒸罐 和蒸汽汽提塔以从沥青流中分离溶剂（在该案中是丙烷）。获得的液体形式的沥青被栗送 并储存。上述设置只在沥青富集流在这些条件下是液体时才起作用。如果同沥青质富集流 (如沥青）和在加拿大专利#2, 764, 676中处理的沥青的情况一样，出现任何明显的固体沥 青质，则上述设置由于堵塞而负担加重；此工艺在工业规模下还具有高溶剂体积需求。
[0009] 在美国专利#3, 847, 751中，由SDA单元产生的浓缩沥青质与溶剂混合并作为液体 溶液输送到喷雾干燥器。喷嘴设计和在所述干燥器中的压降决定了形成的液滴尺寸。在此 干燥器中的目的是由浓缩液体沥青质产品制备干的、非粘性固体沥青质颗粒，且不对从浓 缩液体沥青质中分离DAO起作用。将冷气添加到所述喷雾干燥器的底部以通过附加的对流 和传导换热加强冷却，以及通过降低液滴下降速度（通过向上流动的冷气）来增加液滴停 留时间以便减小容器的尺寸（否则在液滴下降时为了提供长的停留时间需要非常大的容 器）。如果在工艺操作温度下从萃取器中沉降出的沥青质颗粒在溶剂中是固体形态，此设置 是不可行的。固体颗粒堵塞喷雾干燥器的喷嘴，限制了此方案在固体沥青质富集流中的可 靠性并由此限制了可行性。
[0010] 在美国专利#4, 278, 529中，公开了用于通过减压从沥青物质中分离溶剂而不携 带出沥青物质的工艺。在液体样的相中的包括沥青物质和溶剂的原料通过穿过减压阀进行 减压操作，之后引入到蒸汽汽提塔中。减压操作蒸发了部分的溶剂，也将雾状细小的沥青颗 粒分散在了非气化溶剂中。剩余的沥青质保持湿润和粘性，且没有剩余足够的溶剂来保持 重质沥青相（具有许多固体）为流体。换句话说，该流不能保持流动的状态且形成了大块 的重质沥青颗粒。
[0011] 在美国专利#7, 597, 794中，通过溶剂萃取分离后，分散溶剂被引入到液体沥青流 中，获得的沥青溶液在气固分离器中进行快速变化，被分散为固体颗粒和溶剂蒸汽，导致沥 青和溶剂的低温分离，其中所述溶剂具有调整所得沥青颗粒大小的能力。如此处所公开的 使用液体溶剂作为传送媒介的闪蒸/喷雾干燥器的挑战是在快速干燥阶段之前、之中和之 后，在该集成工艺中产生的沥青质保持湿润的倾向。另外，在该集成工艺中，沥青质继续保 持在较高温度下并从而保持液体状态。产生的这种沥青仍然包括高水平的重烃。这些沥青 质粘在工艺设备表面并且污染和堵塞该工艺设备。这种方法固有的低可靠性使得这样的操 作对于具有高沥青质含量的重原油成本高昂。
[0012] 美国专利4, 572, 781 (Krasuk)公开了使用具有外部混合器的双阶段并流工艺从 重烃物质中分离本质上干燥的高软化点（温度）的沥青质和使用第一阶段离心分离器和 紧随其后的单独的第二阶段倾析器在通过系统的单向流动的泥浆和溶剂中将固体沥青质 的高浓浆与液相分离的SDA工艺。这种工艺被设计为，用于处理具有固体颗粒的沥青质富 集流，但是由于固体的分离是通过需要额外溶剂以使物质流动到倾析器的固/液分离完 成的，该工艺是一种昂贵的工艺。所述固体物质分离后仍然相对湿润，需要进一步的干燥 步骤来回收为蒸汽的溶剂。回收的溶剂蒸汽需要使用在所述溶剂的临界温度以上的超临 界分离来冷凝以重新使用，这是另一个增加成本和复杂性的高能量步骤。另外，操作温度 (15-60°C)远低于重烃残留物（例如加拿大沥青）的可流动点，除非溶剂/油质量比超过 10:1，这也使得该工艺的安装和实施非常昂贵。
[0013] 现有技术中的精炼并提质的商业SDA方案
[0014] 在美国专利7, 749, 378中，在精炼厂或提质设备中对大气压残流或真空塔底残流 施加 ROSE(残油超临界萃取）SDA工艺。来自ROSE SDA单元的分离的沥青质富集流是液体 溶液，其是高粘性的，需要极端操作条件（高温）并需要添加溶剂以促使原料流动穿过工艺 设备。公开的ROSE SDA工艺的目标实施方案需要至少4:1溶剂-油（残余）比率（重量 计）且萃取器的操作温度在300-400° F范围内。为了防止沥青质富集流堵塞工艺设备，在 目标原料的商业实践中，温度必须甚至更高（达到接近临界条件）或者溶剂流动速度必须 增加（直至12:1的溶剂-目标原料比）。无论如何，该专利要求沥青质必须在由其他有价 值的重烃组分组成的液体中保持溶解从而按照预期工作。在此设置中，很大部分的原始原 料从原油降级，并被送至低转化操作间（即炼焦器，气化）或低价值操作间（沥青车间），这 减少了原油的沥青质的总经济产率（以及增加了操作的相对高的工艺强度）。
[0015] 在美国专利4, 200, 525中，公开了一种在往复震动板萃取塔中使用逆流液相的液 体萃取工艺（商业上称为"Karr"塔），其中大致根据预先设置的空间关系，所述塔的板相对 于彼此间隔开。所述萃取塔包括外壳，在所述外壳中的往复轴，所述往复轴上安装有多孔板 和挡板，所述多孔板和挡板相对于彼此以某一空间关系安装在所述往复轴上，且所述萃取 塔包括运动部件和合适的凸轮及用于使所述轴往复运动的驱动部件。
[0016] 在美国专利2, 493, 265中，公开了一种液-液萃取塔（商业上称为"Scheibel" 塔），包括具有混合段的基本垂直的塔或室，所述混合段中设置一个或多个搅拌器以促进各 液体之间的密切接触，以使彼此之间接近平衡。该混合室的上面和下面是纤维填充的以防 止液体的圆周运动和使得液体分离。
[0017] 在美国专利4, 200, 525和2, 493, 265中的并流，混合器/沉降器工艺的挑战是内 部运动部件能够可靠地运行，实现处理重烃残留物（例如，加拿大沥青）的目标原料的经济 产量。当工业上使用这些混合器/沉降器时，由于回混的效率低性，仅产生理论传质阶段的 高达85%。为了实现更高的传质效率