Способ разделения жидкой двухкомпонентной углеводородной смеси

(51) 4 С 10 С 21/28 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЭОбРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ Ж й,-,. ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ /ц Н ПАТЕНТУ ЕфВ(72) Йохан Джордж Альберт Биттер (НЬ)(54) СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ ЖИДКОЙ ДВУХКОМПОНЕНТНОЙ УГЛЕВОДОРОДНОЙ СМЕСИ(57) Изобретение относится к областинефтехимии, в частности, к разделениюжидкой двухкомпозиционной смеси углеводородов (УГ). Цель изобретения -сокращение расхода растворителей иэнергетических затрат. Смесь УГ, со.801282822 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 экстр- агент, 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 .цую парафин и фурфурол, с помощью бензола или толуола, как экстрагента. Способ позволяет сократить энергозатраты на упаривание экстрактаФ% и улучшить степень разделения УГ. Я 2 табл., 3 ил.Изобретение относится к способам разделения жидкой углеводородной смеси, состоящей иэ двух компонентов. 35 щего количества экстрагирующегоагента переносится через мембрану.Следовательно, в определенных случаях будет осуществлено более полноеразделение, но такое разделение всегда будет осуществлено в меньшем масштабе, поэтому оно будет менее дорогим, чем процесс, осуществляемый без 45предварительного удаления экстрагирующего агента через мембрану,Мембрана проницаема для экстрагирующего агента и не проницаема длякомпонента А. При определенных условиях мембрана также проницаема фдля компонента В, что выгодно, есликонцентрация компонента В выше всмеси компонентов А и В, чем в потоке, содержащем экстрагируюший агент,В этом случае имеющийся градиентконцентрации обуславливает диффузиюкомпонента В с одной стороны мембраны на другую, что дает разделение 5Целью изобретения является сокра - щение расхода растворителя и энергетических затрат.Способ осуществляют следующим образом. 10Примеры осуществления способа приведены в таблице 1, Процессы 11 и 12 относятся к разделению систем жидкость - твердое вещество, остальные процессы представляют собой эк 1стракцию в системах жидкость - жидкость. Асфальтены (процесс 1) бывают иногда очень вязкими, однако с точки зрения физики они являются жидкостями. 20Согласно изобретению экстрагирующий агент, который ранее подлежал отделению от компонента В громоздким и дорогим способом (например, дистил. ляцией, кристаллизацией или отгон кой) с последующим повторным введением в подлежащую разделению смесь, теперь простым способом поступает от компонента В, который уже отделен, к еще подлежащей обработке сме 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 концентрат ция 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 перой 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 другой стороны мембраны, повторно вводятв поток экстрагирующего агента, содержащий растворенный компонент В,и таким образом он опять проходитвдоль другой стороны мембраны. 5Хотя во многих случаях достаточно одной мембраны, встречаются случаи, когда вследствие несовершенства устройств, предпочтительно применение нескольких мембран - либо длядостижения большей производительности (параллельная установка), либодля более полной экстракции (последовательная установка). В последнемслучае несколько мембран устанавливают последовательно, и поток компонентов А+В, который пропускают вдольодной стороны любой иэ мембран, затем пропускают вдоль той же стороныследующей мембраны, и, аналогично, 20поток экстрагирующего агента, содержащий растворенный компонент В, который пропускают вдоль другой стороны любой из мембран, пропускают затем вдоль той же стороны предыдущеймембраны. Затем поток компонентов Аи В подают в сепаратор. Другой поток,состоящий теперь почти полностью изчистого компонента В, не обязательно подвергать конечной очистке (например, отгонке).При применении нескольких мембран их количество зависит от типапроцесса, скорости подачи в единицу времени и размеров мембраны, Обычно применяют 2-20 мембран, предпочтительно 4-10 мембран,Материал для мембраны может бытьвыбран из известных материалов, применяемых для этой цели, например, 40полипропилена, ацетилцеллюлозы, бутилкаучука, метилкаучука, силиконового каучука, полистирола, политет-,рафторэтилена и других полимерныхматериалов, Материал должен быть нерастворим как в компонентах А и В,так и в экстрагирующем агенте. Ондолжен быть также полностью или практически непроницаем для компонентаА, но проницаем для экстрагирующего 50агента. Засорения мембраны твердымиили вязкими элементами смеси компонентов А и В не происходит - мембрана остается чистой, так как она непрерывно промывается диффундирующим 55экстрагируюшим агентом,По конфигурации применяемая мембрана может быть одной из допускающихподдержание потоков вдоль обеих ее сторон, например, плоской или трубчатой. Однако такие формы не оченьэкономичны с точки зрения плошадии поэтому не позволяют достигнутьвысокой упаковочной плотности(м мембраны/маппарата).зПредпочтительно применение спирально навитой мембраны. В ней сочетаются такие качества как сопротивление напору, низкие начальныерасходы и высокая упаковочная плотность известных спирально навитыхмембран, поддерживающих потоки содной стороны мембраны, с возможностью поддержания потока по обестороны мембраны.На фиг. 1 представлена технологическая схема осуществления процесса по предлагаемому способу; нафиг. 2 и 3 - технологические схемыустановок депарафинизации и деасфальтенизации соответственно,Подлежащая разделению смесь А+В(фиг. 1) поступает в мембранное устройство М, где экстрагирующий агентЕ присоединяется к потоку подлежащей разделению смеси, Затем полученный поток поступает в сепаратор Б,где отделяется компонент А. Остаток(компонент В и экстрагирующий агент)рециркулирует в мембранное устройствоМ для переноса экстрагирующего агента в свежую порцию подлежащей разделению смеси, Если мембрана проницаема для компонента В и если концентрация компонента В выше в смесиА+В, чем в смеси Е+В, то происходитмиграция компонента В вдоль мембраныв направлении, противоположном направлению экстрагирующего агента1(пунктирная линия В ).Установка депарафинизации (фиг.2)включает в себя мембранное устройство. Загружаемое сырье, напримерпарафиновый фурфурольный рафинат,поступает по линии 1 на мембранноеустройство 2, где растворитель (экстрагируюший агент) 3 присоединяетсяк сырью, В качестве растворителяможет быть применена смесь ароматических углеводородов (бензол, толуол и т.д.) и метилэтилкетона, Потрубам 4 и 5 сырье и растворительпоступают далее через теплообменник6 и холодильник 7 во вращающийся барабанный вакуум-фильтр 8, В холодильнике 7 сырье и растворитель охлаждаются до температуры приб.ивительно-20 С для кристаллизации солержаших 282822ся 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 вакуум- фильтра 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 экстрагирующимагентом, 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 трубе5 10 15 20 25 мембранному устройству по 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 колонной23, в которой остатки зкстрагирующего агента 24 удаляются паром из потока 40 45 50 55 5 в мембранное устройство 6, а оставшаяся 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 15 соответственно, Труба .4 соединена с трубой3, которая ведет к смесителю. По трубе 15 рециркулирует часть разбавленного сырья к мембранному устройству9 по трубе 16 и трубе 8, а остатокразбавленного сырья поступает на следующее мембранное устройство по трубе 17. Поток деасфальтенизированного масла с экстрагирующим агентом;, который выделип часть экстрагирующего агента в мембранные устройства б 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 дисковомуконтактору 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.), Асфальте- новую фракцию отделяют от остаточного экстрагирующего агента (если последний в ней содержится) в отпарной колонне 31, Какое-то количество асфальтенов может быть отведено потрубе 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 последующееразделение пара и экстрагирующегоагента (например, пропана) в отпарнойколонне 23 требует затрат определенного количества энергии, которое тембольше, чем больше фракция экстрагирующего агента в деасфальтенизированном масле, Эта фракция невелика, потому что максимально возможное количество экстрагирующего агента поступает в свежее сырье через мембранноеустройство. 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, врезультате чего достигается дополнительное снижение общих затрат.Движение экстрагирующего агентаможет быть как противоточным (фиг.З)так и прямоточным,П р и м е р 1. Эксперимент проводят в депарафинизаторе (фиг. 2).Парафиновый фурфуроловый рафинатобрабатывают смесью избирательныхрастворителей (экстратирующее средство) , состоящей из 50 об.7 метилэтилкетона и 50 об.Х толуола в мембранном блоке 2, содержащем спиральнонамотанную мембрану из сополимераполипропилена-полиэтилена толщиной1 мкм. Иэ 1714 т/сут смеси раствори,телей, подаваемой вместе с 299 т/сутдепарафинированного масла через трубопровод 15 в мембранный блок 2,1264 т/сут, т.е. почти 74 мас,й смеси растворителей, имеющейся в потоке15, подают через мембрану в поток 4 ида"лее пропускают с парафиновым фурфуроловым рафинатом через теплообменник6, холодильник 7 и трубопровод 5 ввакуумный роторный барабанный фильтр8. Парафиновые кристаллы, полученныепосле охлаждения парафинового рафината и смеси растворителей в холо-.дильнике 7, промывают на фильтре 8р использованием небольшого потокасмеси растворителей 9, затем удаляют и подают через трубопровод1 О в блок 11 обработки парафина. фильтрат из фильтра 8, состоящий иэдепарафинированного масла и смесирастворителей, представляет собойукаэанный поток 15. 299 т/сут депа рафинированного масла, которое посту.пает из мембранного блока 2 вместес 450 т/сут оставшейся смеси растворителей, подаются через трубопровод 16 в блок 17, содержащий две испарительные колонны и отпарную секцию для отделения таким образом299 т/сут депарафинированного маслачерез трубопровод 19 и повторнойподачи 450 т/сут смеси растворителейчерез трубопровод 20 в депарафинизатор.В табл. 2 показано воздействие;мембранного узла на обработку депара.1, финированного масла.20Как видно из табл. 2, поток 16 содержит значительно меньшее количество растворителя по сравнению с темвариантом, где мембрана не исполь зуется. Соответственно меньшее количество растворителя приходитсявыпаривать в разделительном блоке17. В связи с этим, требуется меньшее количество тепла для удаления 30 растворителя из депарафинированногомасла (8708 вместо 21855 ИДж/ч).П р и м е р 2. Эксперимент проводят в деасфальтирующем блоке(фиг. 3). Короткую подачу остатка,полученного путем вакуумной перегонки атмосферного остатка после перегонки сырой нефти, предварительноразбавляют в смесительном резервуаре 32 смесью подачи и п-бутаном, 40 подаваемым по трубопроводу 33. Смеськороткого остатка и п-бутана, полученную таким образом, подают в шестьпараллельных мембранных блоков, гдеиспользуют полипропиленовые мембранытолщиной 3 мкм. В этих блоках с рабочей температурой 60 С 859 мЗ/сути-бутана (используется избирательныйрастворитель) диффундирует иэ потоков, содержащих деасфальтированноемасло и п-бутан, и иэ потока 18(263 м /сут деасфальтированного мас 33ла и 1321 м /сут п-бутана) черезмембраны в предварительно разбавленную подачу. Потоки деасфальтированного масла, содержащие остаток бутана,который подают из мембранных блоков,собирают в поток 19 (263 м /сутдеасфальтированного масла и 462 максути-бутана) и подают в испарительную1 О 1282822 Таблица 1 Процес рагируюагент льтены Деасфальтенизированное масло ГГропанФурфур ная эк ракция Урфуроль- Фурфурольный Фурфурол ый рафинат экстракт Деасфальтенизированное осточноесло,ветенное сло,тялое рециркулирующеемасло 1 енольная экстракция 1 еасфаль- тенизированное осФенол енольныиафинат нольныистракт таточное масло,ве ретенно масло,т жело иркулующееасло асфаль- ЯОнизиро- Рафин БОЭкстрак идкий ЗкстракцияБО анное остаточное масло,тя секцию, где деасфальтированное маслоотделяют от и-бутана. Поток подачикороткого остатка, смешанный с и-бутаном, который удаляется из мембранных блоков, подают в контактный аппарат с вращающимися дисками, гдепоток разделяют на фракцию асфальтенов (106 м /сут - поток 39) и указанный поток, содержащий деасфальтированное масло и и-бутан. Фракцию 10асфальтенов (поток 39) подают в отпарную секцию и отделяют от оставшегося п-бутана (20 м /сут). Формула изобретения 15 Способ разделения жидкой двухкомпонентной углеводородной смеси, включающий контакт ее с экстрагентом,раствбряющим один из двух компонентов, отделение в сепараторе другогокомпонента от полученного экстрактного раствора и выделение из последнего растворенного компонента, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью сокращения расхода растворителяи энергетических затрат, исходнуюуглеводородную смесь пропускают вдольодной стороны мембраны, пронипаемойдля экстрагента и не проницаемой длякомпонента, не растворимого в экстрагенте, экстрактный раствор пропускают вдоль другой стороны мембраныс последующей подачей исходной углеводородной смеси, поглотившей экстрагент, в сепаратор с отделениемэкстрактного раствора, направляемоговдоль другой стороны мембраны.1282822 12Продолжение табл 1 Рафинат М-МПЭкстракт 5. Экстракция М-метил пирролидоном таток, веретенное 6. Процесс Эделеану Очищенныйкеросин ЖидкийЯО. 7. Процесс Эделеану Неочищенная газоБО,Рафинат Супербенэекс ЖидкийЯО линовая фракция Ароматичес- Сульфоланкий экстракт С ульфолан ,р афина т Платформинг-бензин Диэтиленгликоль 9. Гликолевая экстракция То же Гликольр рафинат То же 1 О. Экстракия М-метилН-МП,рафинат пирролидоном 11. ДепарафиниэацияПарафин Метилэтилкетон, пропан дистиллат Тяжелый газойль, жидкое топливо".1-метилпирролидон;тетрагидротиофен,1-диоксид;34 4может быть применен также триэтиленгликоль или тетраэтиленгликоль. 8. Сульфолановая экстрак-.ЮвЦИЯ 12, Депарафинизация мочевиной желое рециркулирующеемасло, Деасфаль- тенизированный осмасло,тяжелое рециркулирующеемасло Неочищенная керосиноваяфракция Парафиновый смазочный н-Парафин,аддукт парафин/моче- вина Керекс1282822 13 Таблица 2 Беэ использованиямембраны, т/сут 299 - 299 299 1714 - 1714 - 1714 С использованиеммембраны, т/сут 299 - 299 299 1714 1264 450 - 450 Составитель Н. Богдановадактор Н. Егорова Техред И.Попович Корректор М. Демч Зака Подписноеета СССР м д ытиинаб., д. 4/ и ушск а афическое предприятие, г. У ул. Проектна роизводственно-и Получение депарафинированногомасла 294/60 ВНИИПИ Го по делам 13035Мос