CN105505442B - 一种溶剂脱沥青抽提塔及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种溶剂脱沥青抽提塔和溶剂脱沥青的方法。该抽提塔中设置的填料区中包括垂直隔离板、垂直隔板和多个相互平行放置的挡板，可以有效地提高抽提效果。

Description

一种溶剂脱沥青抽提塔及其应用

技术领域

本发明涉及一种溶剂脱沥青抽提塔及其应用，具体地，涉及一种溶剂脱除重油中沥青的抽提塔，以及在该抽提塔上进行重油抽提沥青的方法。

背景技术

溶剂脱沥青的原料多为渣油，粘度大，多采用有外界输入能量的抽提塔。国内大多数炼油厂的丙烷脱沥青萃取塔都采用水力驱动转盘塔。由于水力驱动涡轮的高速液流产生的涡流所造成的过度搅拌，会使分散相的液滴过小，产生严重返混，不利于传质与分离。大多数炼油厂的脱沥青装置反映，转盘转动与否对脱沥青油收率影响不明显，因此，许多厂不再启动转盘塔的转盘，致使转盘塔实际上变成了挡板塔，其传质效率很低；某些厂曾经试图采用散堆填料对丙烷脱沥青萃取塔进行改造，但因其抗堵塞、抗结焦能力很差，改造效果很不理想，并随操作时间的增长被迫对装置停工清洗。针对这些情况，有必要开发新的高效抽提塔来取代传统的转盘塔、筛板塔或填料塔。

CN2090288U公开了一种蜂窝型格栅规整填料萃取塔。塔内主要结构为多孔排管式液体分配器、蜂窝型格栅规整填料和具有传质作用的波纹板式填料支承。具有处理量大、传质性能良好，操作方便可靠，维修简单的特点。

CN102631794A提出了一种筛板萃取塔；在塔板出口处安装导流挡板，导流挡板与降液管平行安装。降液管安装倾角由连续相入口宽度和塔板间距所确定，即塔连续相入口宽、塔板间距和降液管壁长构成一个直角三角形。在于降液管和导流挡板开槽。降液管上部若干开槽处安装横向小挡板，所安装横向小挡板的数目为降液管开槽数目的三分之一至二分之一，横向小挡板宽度为降液管壁厚的2-3倍。萃取塔内连续相液体能够均匀的流经整个塔内，塔板间回流区基本消失，流场分布均匀。

CN102698465A提出了一种带有再分布器和/或垂直挡板的填料萃取塔。该萃取塔包括一个或多个再分布器和/或一层或多层垂直挡板，再分布器置于两个填料层之间、填料层与轻相分布器之间或填料层与重相分布器之间；垂直挡板置于填料层中，每层垂直挡板有一个或多个，多个垂直挡板之间互相平行或互相十字交叉。本发明改变塔内部的内件结构，再分布器消除了连续相的轴向返混，垂直挡板消除了连续相的横向流动，使连续相在萃取塔内的流动状态接近柱塞流，提高了萃取的分离效率，也提升了萃取塔的生产能力，结构上简单实用，易于实现。

CN101623617A提出了一种格栅填料及填料结构，格栅填料包括若干平行设置的格栅，栅板上设有两个以上的穿孔，每两块栅板之间设有定距管，另有与穿孔数对应的拉杆交替穿过栅板和定距管，拉杆两端设有紧固件使栅板与定距管连成一个整体。应用于填料塔的填料结构由若干层上下设置的上述格栅填料组成，填料的格栅垂直于填料塔截面，上下相临两层的格栅填料呈45°交错设置。此结构可以很好的用于气体净化方面，但对于高粘度的重油脱沥青体系来说，易于造成格栅上的沉积堵塞。

对于抽提塔，特别是没有外界输入能量的抽提塔，抽提塔的构件在萃取过程中起着重要的作用，其作用主要有两个方面，一是抑制连续相的轴向返混，二是提供表面积来促进分散相的粉碎、聚合和再分散以强化传质。由于溶剂脱沥青的原料—重油密度和粘度较大，更需要抽提塔的构件能够满足连续相的平稳流动和分散相的分散与聚合，避免抽提塔内的轴向返混影响抽提塔的分离效率。上述现有技术还不能有效地进行溶剂脱沥青的抽提，因此，需要一种更有效的溶剂脱沥青的抽提塔和方法。

发明内容

本发明的目的是为了更有效地抽提出重油中的沥青，提供一种溶剂脱沥青抽提塔和溶剂脱沥青的方法。

为了实现上述目的，本发明提供了一种溶剂脱沥青抽提塔，该抽提塔包括：轻组分出料口1、塔体2和重组分出料口18；轻组分出料口1设置在塔体2的顶部，重组分出料口18设置在塔体2的底部；其中，塔体2的内部空间自上到下依次设有填料抽提分离区3、流体分配区8和重组分收集区17；填料抽提分离区3内设有挡板4、第一盲板12、中心管13和第二盲板14；挡板4围绕中心管13排列，形成圆环形的填料区；第一盲板12设置在所述填料区和中心管13的上方，第二盲板14设置在所述填料区和中心管13的下方。

本发明还提供了一种溶剂脱沥青的方法，该方法在本发明提供的溶剂脱沥青抽提塔中进行，包括：将溶剂和重油的混合液加入所述溶剂脱沥青抽提塔的填料抽提分离区，以抽提出所述重油中的沥青组分。

通过上述技术方案，脱沥青原料——重油和溶剂混合物可以在抽提塔中设置的填料区内，在设置的多个倾斜平行挡板的作用下可实现溶剂和重油逆流、错流流动接触，提高了抽提效率。挡板具有一定的倾斜角，使得填料区具有自冲洗的功能，有效地避免重油在填料区内的堵塞沉积。克服现有技术中，抽提塔内液体流动不均匀，塔板间存在面积很大的回流区，塔内空间有效利用率低，两相传质效率低等缺点，以及散堆填料压降大、效率低的缺点。采用本发明提供的抽提塔和方法，可以改善流体的流动，提高传质效率，从而提高抽提塔的抽提效率。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明采用的第一种抽提塔的结构型式；

图2为图1中抽提塔的填料抽提分离区的A-A′的俯视的剖视图；

图3为图2中B-B′的正视图；

图4为中心管局部的剖视图；

图5为图1中抽提塔的重组分流体通道和第一构件区的立体示意图；

图6本发明采用的第二种抽提塔的结构型式。

附图标记说明

1、轻组分出料口 2、塔体 3、填料抽提分离区

4、挡板 5、轻组分流体通道 6、进料通道

7、框架 8、流体分配区 9、第一流体分配器

10、重组分流体收集管道 11、第二流体分配器 12、第一盲板

13、中心管 14、第二盲板 15、进料管

16、溶剂进料管 17、重组分收集区 18、重组分出料口

20、重组分流体通道 21、第一构件区 22、第二构件区

23、隔离板 25、隔板 30、中心管13上开孔

具体实施方式

以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，参照附图中的方向，溶剂脱沥青抽提塔为竖立，使用的方位词如“上、上方或顶部”是指溶剂脱沥青抽提塔的轻组分出料口的方向；“下、下方或顶部”是指溶剂脱沥青抽提塔的重组分出料口的方向。“内沿”是指塔体径向方向上靠近中心管的方向，“外沿或外周”是指塔体径向方向上靠近塔体的方向。

本发明提供了一种溶剂脱沥青抽提塔，如图1和图6所示，该抽提塔包括：轻组分出料口1、塔体2和重组分出料口18；轻组分出料口1设置在塔体2的顶部，重组分出料口18设置在塔体2的底部；其中，塔体2的内部空间自上到下依次设有填料抽提分离区3、流体分配区8和重组分收集区17；填料抽提分离区3内设有挡板4、第一盲板12、中心管13和第二盲板14；挡板4围绕中心管13排列，形成圆环形的填料区；第一盲板12设置在所述填料区和中心管13的上方，第二盲板14设置在所述填料区和中心管13的下方。

根据本发明，如图2所示，优选情况下，所述填料区内还设有垂直隔离板23和垂直隔板25；挡板4、垂直隔离板23和垂直隔板5将所述填料区沿塔体2的圆周向分隔为多个连续相邻的重组分流体通道20、第一构件区21和第二构件区22；在两个重组分流体通道20之间设置第一构件区21和第二构件区22；挡板4设置在第一构件区21和第二构件区22内，垂直隔离板23在第一构件区21和第二构件区22之间，用于分隔第一构件区21和第二构件区22互不相通；重组分流体通道20与相邻的第一构件区21和第二构件区22相通，垂直隔板25设置在重组分流体通道20内。

本发明中，在图2所示的抽提塔的俯视图中，所述填料区中还设有框架7，用于将挡板固定。框架7为开放式结构，可以为沿塔体2的圆周方向均匀分布的多个与塔体2的中心轴线相平行的支撑柱，也可以为设有开孔的圆筒，所述填料区通过框架7与进料通道6连通。所述填料区的外圆周与框架7同圆。

根据本发明，优选情况下，中心管13、所述填料区的外圆周和塔体2的半径比为1：2-20：10-60。所述填料区的高度为塔体2的高度的40-70％。

根据本发明，如图4所示，优选情况下，挡板4为四边形，挡板4的相邻两边分别与中心管13和垂直隔离板23相连接形成挡板4的内沿和挡板4的连接边，挡板4的与所述连接边相对的边与重组分流体通道20相通，形成挡板4的通道连通边，挡板4的与所述内沿相对的边形成挡板4的外沿；在塔体2的中心轴线的方向上，所述外沿在所述内沿的下方。

根据本发明，如图4所示，优选情况下，中心管13上设置有多个孔30，挡板4的内沿连接在孔30的上方；多个挡板4沿塔体2的中心轴线方向互相平行设置，且与中心管13形成的锐角α为30-70°。

本发明中，中心管13可以为开孔的圆管，也可以为多块开孔的板按多边形焊接成的多棱柱通道。在第一构件区21和第二构件区22内，相邻的平行的挡板4之间形成薄层区域，用于原料进入进行抽提分离。在塔体2的中心轴线的方向上，相邻的平行的挡板4之间的间距为5-300mm；优选地，相邻的平行的挡板4之间的间距为5-100mm。

本发明中，孔30可以沿中心管13对应在第一构件区21和第二构件区22内的所述薄层区域均匀分布开设，孔30可以为圆孔，也可以为长条缝隙。中心管13上所有开设的孔的开孔面积为中心管13侧面积的2-15％。

根据本发明，如图5所示，优选情况下，垂直隔板25有多个，均互相平行且与重组分流体通道20与中心管13的相交面平行。

本发明中，多个垂直隔板25在重组分流体通道20内可以沿塔体2的径向方向不等距地设置，具体地，靠近中心管13的相邻的垂直隔板25间的间距可以大，远离中心管13的相邻的垂直隔板25间的间距可以小。也就是说，中心管13设置的垂直隔板25较疏，远离中心管13设置的垂直隔板25较密。垂直隔板25的数目可以为3-8。

本发明提供的抽提塔可以有两种结构型式。第一种结构型式如图1，优选情况下，中心管13在第一盲板12上开口并与轻组分出料口1连通，同时在第二盲板14上不开口，形成轻组分流体通道5；第一盲板12与塔体2连接，用于不使液体进入塔体2顶部；第二盲板14和所述填料区与塔体2之间有空隙，形成进料通道6，进料通道6与流体分配区8连通；在塔体2的中心轴线的方向上，挡板4的所述连接边在挡板4的所述通道连通边的斜上方，挡板4与垂直隔离板23形成的锐角β为30-70°。

在本发明的抽提塔的第一种结构型式中，可以在中心管13的下方设置底面圆周与中心管13连接的且圆锥顶向上的圆锥形封端，用于防止在中心管13的下方形成流体流动的死区。

第二种结构型式如图6所示，优选情况下，中心管13在第一盲板12上不开口，同时在第二盲板14上开口与流体分配区8连通，形成进料通道6；第一盲板12和所述填料区与塔体2之间有空隙，形成轻组分流体通道5，轻组分流体通道5与轻组分出料口1连通；第二盲板14与塔体2连接，用于不使液体进入流体分配区8；在塔体2的中心轴线的方向上，挡板4的所述连接边在挡板4的所述通道连通边的斜下方，挡板4与垂直隔离板23形成的锐角β为30-70°。

在本发明的第二种结构型式中，可以在中心管13的上方设置底面圆周与中心管13连接的且圆锥顶向下的圆锥形封端(未显示)，用于防止在中心管13的上方形成流体流动的死区。

根据本发明，优选情况下，流体分配区8设置在第二盲板14的下方，流体分配区8内设有多个重组分流体收集管道10、进料管15和第一流体分配器9，重组分流体收集管道10在第二盲板14上开口，并穿过流体分配区8和第一流体分配器9伸入重组分收集区17；重组分收集区17设置在第一流体分配器9的下方，并与重组分出料口18连通。重组分流体收集管道10用于收集来自所述填料区抽提得到的重组分，并引入重组分收集区17。

根据本发明，优选情况下，重组分流体收集管道10沿塔体2的圆周向排列；进料管15和第一流体分配器9连通，用于进溶剂和重油以及分配溶剂和重油；重组分收集区17内设有溶剂进料管16和第二流体分配器11，用于进溶剂和分配溶剂。第一流体分配器9和第二流体分配器11可以为本领域常规使用的流体分配器。

本发明还提供了一种溶剂脱沥青的方法，该方法在本发明提供的溶剂脱沥青抽提塔中进行，包括：将溶剂和重油的混合液加入所述溶剂脱沥青抽提塔的填料抽提分离区，以抽提出所述重油中的沥青组分。

根据本发明，优选情况下，所述溶剂脱沥青抽提塔的顶部的温度为60-190℃，所述溶剂脱沥青抽提塔的底部的温度为70-210℃；以表压计，所述溶剂脱沥青抽提塔的内部的压力为2-10MPa。

根据本发明，优选情况下，所述溶剂为C₃-C₇烷烃；所述重油为渣油、减压渣油、稠油和劣质重油中的至少一种；所述溶剂与重油的体积比为3-12：1。优选地，所述溶剂为丙烷。

本发明中，分A和B两路向抽提塔提供原料。A路为进料管20和进料分配器21，提供溶剂和重油；B路为溶剂进料管22和溶剂分配器12，提供溶剂。优选情况下，A路提供的溶剂和B路提供的溶剂的体积比为1-10:1，优选地，A路提供的溶剂和B路提供的溶剂的体积比为4-9:1；在A路中，溶剂和重油的体积比为3-12:1；优选地，溶剂和重油的体积比为4-8:1。

下面参照图1描述本发明提供的方法在本发明提供的抽提塔中的工作过程。

通过进料管15和第一流体分配器9向抽提塔提供溶剂和重油混合均匀的混合液进入流体分配区8。上升的混合液与进料通道6内因重力作用发生沉降的重组分不断发生抽提作用。混合液经进料通道6进入填料区中多个挡板4间的各个薄层区域，进入薄层区域的溶剂和重油混合液在沿着薄层区域向塔中心流动的过程中，轻组分因浮力作用上升沿着薄层区域的上面的挡板斜向上流动，经中心管13上的开孔30进入轻组分流体通道5，然后经抽提塔轻组分出料口1流出抽提塔；重组分在重力作用下向下流动与向上流动的轻组分发生逆流抽提，重组分下沉到薄层区域下面并沿着挡板4向下流动进入重组分收集管道10，然后送到重组分收集区17，与来自第二流体分配器11的溶剂发生进一步的抽提，再进一步地抽提出重组分内的轻组分。

以下将通过实施例对本发明进行详细描述。

实施例和对比例中抽提效率通过下式计算得到：

抽提效率＝(脱沥青油收料速率÷重油进料速率)×100％

实施例和对比例所用重油性质见表1。

实施例1

本实施例用于说明本发明提供的溶剂脱沥青的方法。

如图1所示的抽提塔，塔直径为200mm，塔高度为2m。填料区的高度为1000mm，框架7的直径为150mm，中心管13的直径为40mm。挡板4与中心管13的夹角α为45°，与垂直隔离板23的夹角β为45°。相邻的挡板4之间在塔体2的中心轴线方向上的间距为25mm。开孔的大小为5mm,垂直隔离板23有4个。垂直隔板25有3个。重组分流体收集管道10有4个。

渣油的进料速度2kg/h，渣油性质见表1，溶剂为丙烷，溶剂和渣油的体积比为6：1。由A路的进料管16和进料分配器9提供的丙烷和渣油均匀地进入抽提塔，由B路的溶剂进料管16和溶剂分配器11提供的丙烷进入抽提塔，A路丙烷和B路丙烷的比例为3：1。

抽提塔的内部的压力为3.0MPa，抽提塔的顶部的温度为80℃，抽提塔的底部的温度为70℃。抽出液自塔顶的轻组分出料口1流出进入后续的分离***得到脱沥青油，脱沥青油收料速率为0.98kg/h；抽余液自塔底的重组分出料口24流出进入后续分离***得到沥青，产物收率及性质见表2。

实施例2

本实施例用于说明本发明提供的溶剂脱沥青的方法。

如图2所示的抽提塔，塔直径为200mm，塔高度为2m。填料区的高度为1m，框架7的直径为160mm，中心管13的直径为40mm。挡板4与中心管13的夹角α为45°，与垂直隔离板23的夹角β为55°。相邻的挡板4之间在塔体2的中心轴线方向上的间距为25mm。开孔的大小为6mm。垂直隔离板23有6个。垂直隔板25有4个。重组分流体收集管道10有6个。

渣油的进料速度为2kg/h，渣油性质见表1，溶剂为丙烷，溶剂和渣油的体积比为5：1。由A路的进料管20和进料分配器21提供的丙烷和渣油均匀地进入抽提塔，由B路的溶剂进料管22和溶剂分配器12提供的丙烷进入抽提塔，A路的丙烷和B路的丙烷的比例为6：1。

抽提塔的内部的压力为4.2MPa，抽提塔的顶部的温度为75℃，抽提塔的底部的温度为60℃。抽出液自塔顶的轻组分出料口1流出进入后续的分离***得到脱沥青油，脱沥青油收料速率为1kg/h；抽余液自塔底的重组分出料口24流出进入后续分离***得到沥青，产物收率及性质见表2。

对比例1

按照实施例1的方法，不同的是，采用传统的转盘抽提塔，替代如图1所示的抽提塔。

脱沥青油收料速率为0.9kg/h；产物收率及性质见表2。

表1

渣油性质	数值
		密度(20℃)，g/cm3	0.9641
粘度(100℃)，mm2/s	159.48
		残炭，％	20.4
重金属，μg/g	80

表2

由表2可知，丙烷脱沥青采用本发明提供的抽提塔，可更有效地脱除沥青，提高脱沥青油的收率及品质。

Claims (13)

1.一种溶剂脱沥青抽提塔，该抽提塔包括：轻组分出料口(1)、塔体(2)和重组分出料口(18)；轻组分出料口(1)设置在塔体(2)的顶部，重组分出料口(18)设置在塔体(2)的底部；

其特征在于，塔体(2)的内部空间自上到下依次设有填料抽提分离区(3)、流体分配区(8)和重组分收集区(17)；

填料抽提分离区(3)内设有挡板(4)、第一盲板(12)、中心管(13)和第二盲板(14)；挡板(4)围绕中心管(13)排列，形成圆环形的填料区；第一盲板(12)设置在所述填料区和中心管(13)的上方，第二盲板(14)设置在所述填料区和中心管(13)的下方。

2.根据权利要求1所述的抽提塔，其中，所述填料区内还设有垂直隔离板(23)和垂直隔板(25)；挡板(4)、垂直隔离板(23)和垂直隔板(25)将所述填料区沿塔体(2)的圆周向分隔为多个连续相邻的重组分流体通道(20)、第一构件区(21)和第二构件区(22)；在两个重组分流体通道(20)之间设置第一构件区(21)和第二构件区(22)；挡板(4)设置在第一构件区(21)和第二构件区(22)内，垂直隔离板(23)设置在第一构件区(21)和第二构件区(22)之间，用于分隔第一构件区(21)和第二构件区(22)互不相通；重组分流体通道(20)与相邻的第一构件区(21)和第二构件区(22)相通，垂直隔板(25)设置在重组分流体通道(20)内。

3.根据权利要求2所述的抽提塔，其中，挡板(4)为四边形，挡板(4)的相邻两边分别与中心管(13)和垂直隔离板(23)相连接形成挡板(4)的内沿和挡板(4)的连接边，挡板(4)的与所述连接边相对的边与重组分流体通道(20)相通，形成挡板(4)的通道连通边，挡板(4)的与所述内沿相对的边形成挡板(4)的外沿；在塔体(2)的中心轴线的方向上，所述外沿在所述内沿的下方。

4.根据权利要求3所述的抽提塔，其中，中心管(13)上设置有多个孔(30)，挡板(4)的内沿连接在孔(30)的上方；多个挡板(4)设置在塔体(2)的中心轴线的方向上互相平行，且与中心管(13)形成的锐角α为30-70°。

5.根据权利要求3所述的抽提塔，其中，中心管(13)、所述填料区的外圆周和塔体(2)的半径比为1:2-20：10-60。

6.根据权利要求2所述的抽提塔，其中，垂直隔板(25)有多个，均互相平行且与重组分流体通道(20)与中心管(13)的相交面平行。

7.根据权利要求3-6中任意一项所述的抽提塔，其中，中心管(13)在第一盲板(12)上开口并与轻组分出料口(1)连通，同时在第二盲板(14)上不开口，形成轻组分流体通道(5)；第一盲板(12)与塔体(2)连接，用于不使液体进入塔体(2)的顶部；第二盲板(14)和所述填料区与塔体(2)之间有空隙，形成进料通道(6)，进料通道(6)与流体分配区(8)连通；

在塔体(2)的中心轴线的方向上，挡板(4)的所述连接边在挡板(4)的所述通道连通边的斜上方，挡板(4)与垂直隔离板(23)形成的锐角β为30-70°。

8.根据权利要求3-6中任意一项所述的抽提塔，其中，中心管(13)在第一盲板(12)上不开口，同时在第二盲板(14)上开口与流体分配区(8)连通，形成进料通道(6)；第一盲板(12)和所述填料区与塔体(2)之间有空隙，形成轻组分流体通道(5)，轻组分流体通道(5)与轻组分出料口(1)连通；第二盲板(14)与塔体(2)连接，用于不使液体进入流体分配区(8)；

在塔体(2)的中心轴线的方向上，挡板(4)的所述连接边在挡板(4)的所述通道连通边的斜下方，挡板(4)与垂直隔离板(23)形成的锐角β为30-70°。

9.根据权利要求1所述的抽提塔，其中，流体分配区(8)设置在第二盲板(14)的下方，流体分配区(8)内设有多个重组分流体收集管道(10)、进料管(15)和第一流体分配器(9)，重组分流体收集管道(10)密封连接在所述填料区的下方，并穿过流体分配区(8)和第一流体分配器(9)伸入重组分收集区(17)；

重组分收集区(17)设置在第一流体分配器(9)的下方，并与重组分出料口(18)连通。

10.根据权利要求7所述的抽提塔，其中，重组分流体收集管道(10)沿塔体(2)的圆周向排列；进料管(15)和第一流体分配器(9)连通，用于进溶剂和重油以及分配溶剂和重油；重组分收集区(17)内设有溶剂进料管(16)和第二流体分配器(11)，用于进溶剂和分配溶剂。

11.一种溶剂脱沥青的方法，该方法在权利要求1-10中任意一项所述的溶剂脱沥青抽提塔中进行，包括：将溶剂和重油的混合液加入所述溶剂脱沥青抽提塔的填料抽提分离区，以抽提出所述重油中的沥青组分。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述溶剂脱沥青抽提塔的顶部的温度为60-190℃，所述溶剂脱沥青抽提塔的底部的温度为70-210℃；以表压计，所述溶剂脱沥青抽提塔的内部的压力为2-10MPa。

13.根据权利要求11或12所述的方法，其中，所述溶剂为C₃-C₇烷烃；所述重油为渣油、减压渣油、稠油和劣质重油中的至少一种；所述溶剂与重油的体积比为3-12：1。