优先权声明
[0001] 本申请要求 2019 年 7 月 23 日提交的当前未决美国申请序列号 16/520,135 的优先权,其内容通过引用全部并入本文。
发明背景
发明领域
[0002] 本发明涉及碳基沥青生产的改进。 更具体地,本发明涉及来自煤焦油和石油加工的蒸馏副产物的热处理以优化沥青产率同时最小化喹啉不溶物含量和在沥青中产生中间相。
现有技术的描述
[0003] 煤炭是生产现代化世界所依赖的许多有益产品的重要原材料。 最值得注意的是,从地下开采的烟煤可以在称为“焦炭电池”的烤箱中通过煤的干馏或碳化来加热以生产焦炭和煤焦油。 焦炭广泛用作燃料和钢铁生产中的试剂源。 煤焦油是在焦化过程中从煤中去除的深色液体,可用作用于密封道路、沥青、屋顶、处理过的木材和其他建筑材料的密封涂层的成分。 煤焦油是大约 10,000 种主要芳香族和半芳香族化合物的复杂混合物,通常在 50°C 至 550°C 以上的温度范围内沸腾,例如但不限于苯、甲苯、二甲苯、茚、苯酚、萘 、苯并噻吩、喹啉、甲基萘、苊、芴、菲、蒽、咔唑、荧蒽、芘、并四苯、苯并菲、屈、苯并 (a) 芘 (“BaP”)、晕苯和苯并 (ghi) 苝。 因此,煤焦油可被蒸馏成一系列馏分,以分离和收集各种组成成分,每一种成分本身都可能是商业上可行的产品。 大部分经蒸馏的煤焦油材料是煤焦油沥青残渣。 这种材料用于生产铝冶炼的阳极,以及钢铁工业中使用的电弧炉的电极。 在评估煤焦油沥青的质量特性时,业界关注煤焦油沥青材料提供适合用于阳极和电极生产过程的粘合剂的能力。 软化点、比重、喹啉不溶性百分比和焦化值等各种特性都用来表征煤焦油沥青在这些不同的制造过程和行业中的适用性。
[0004] 沥青也可以从石油而不是煤中获得。 在这种情况下,由石油催化裂化产生的油,例如倾析油或乙烯裂化器残渣(“ECB”)可用作生产石油沥青的原料。 澄清油是石油在炼油过程中经催化裂化和蒸馏而产生的。 倾析油货架稳定,沸点高,还包括芳香族和杂环化合物。 ECB 的热稳定性不如倾析油,因此其蒸馏产物可能在储存中爆炸,因此不太受欢迎。 煤焦油和石油的沥青生产工艺可能彼此相似,甚至可能使用相同的设备但操作条件不同。 或者,石油和煤焦油沥青生产系统可能彼此不同。 此外,与煤焦油沥青相比,石油沥青在软化点、喹啉不溶物(“QI”)百分比或焦化值方面可能具有不同的特性。 通常将石油沥青和煤焦油沥青按一定比例混合,以解决原材料短缺、成本和最终产品所需特性的问题。
[0005] 生产煤焦油或石油沥青的方法有很多种。 例如,
图 1A显示了这种过程的一个实施例。 该现有技术的蒸馏过程从湿原油 1 原料开始。 湿原油1可以是煤焦油或石油衍生油如倾析油或ECB。 湿原油1通过C1进料管线10被引入第一塔C1,C1进料管线10是将湿原油1起始材料转移到第一塔C1中的管道或管道。 与第一塔C1的内部体积相比,C1进料管线10可能较窄,因此湿原油1在C1进料管线10中时处于较高压力下。当湿原油1通过孔口11进入第一塔C1时 ,它会经历“闪蒸”或压力突然变化,导致组成部分分离成较低和较高沸点的成分。 第一个塔 C1 是一个脱水器容器,其中的内容物在特定温度下被加热以除去较轻的馏分成分。 或者,C1进料管线10可穿过热交换器以在进入之前升高湿原油1的温度。 第一个塔 C1 主要用于去除水以在塔底部产生“干焦油”或“干油”,这取决于起始材料,其含水量不超过一定量。 例如,可以使用诸如蒸汽加热器的加热器将第一塔C1加热至约160℃的温度以分离出C1馏出物12,其包括水蒸气和具有相对低沸点的较轻分子例如水和光 通常称为“BTX”的油类包括苯、甲苯和二甲苯。 这些 C1 馏出物 12 上升到第一塔 C1 的顶部或“塔顶”区域,并通过 C1 蒸气管线 13 除去。其余较重的分子,包括多环芳烃 (“PAH”),落到塔底。 “底部”是指由于质量和高沸点而分离到蒸馏塔底部的具有较重组分的馏分。 因此,C1 底部包含 PAH 和其他较重的分子,通常称为“干焦油/油”14。
[0006] 来自C1底部的干焦油/油14通过连接的C1-C2输送管线15输送至第二塔C2用于进一步蒸馏。 因此,来自第一塔C1的干焦油/油是第二塔C2的原料。 第二塔C2是提供多级蒸馏的分馏塔。 多级蒸馏塔可提供有价值化学品的最佳回收率和纯度。 它可以包括多个塔板20,这些塔板至少跨越塔的一部分直径并且用作用于形成蒸馏冷凝物的级,有助于成分的回流以进一步分离组分。 它还可以包括倾倒的或规整的填料21,蒸发的分子通过该填料上升以帮助分离。 无论结构如何,沸腾的蒸汽向上移动,液体在重力作用下向下流动。 在任何阶段,从下方进入的蒸汽都比向下流动的液体热。 蒸汽和液体的这种逆流接触将热量从蒸汽传递到液体。 这会蒸发液体中沸点较低的较轻组分,并冷凝蒸汽中较重的组分。 这种较轻的蒸发与连续阶段中较重的冷凝是分离和净化化学回收的原因。
[0007] 第二塔 C2 中的蒸馏通常通过在大气压下通过加热器将第二塔 C2 加热至约 250-270°C 和最高 360°C 的底部温度而发生。 轻质馏出物 22 可在此阶段去除,包括萘(可单独出售或用于生产染料和塑料),也可浓缩在精炼化学油(“RCO”)中,蒸馏温度为 210-315° C。 轻质馏出物22通过蒸气管线23从第二塔C2中移除。一部分轻质馏出物22可返回至第二塔C2用于回流以实现进一步蒸馏和分离。 来自第二塔 C2 的所得 C2 底部通常称为“顶部焦油/油”25,同样取决于起始材料,并且含有高分子量芳烃例如 PAH,其构成中间和重馏分。
[0008]来自 C2 底部的塔顶焦油/油 25 通过 C2-C3 传输管线 26 从第二塔 C2 转移到第三塔 C3。另外的焦油和沥青包括塔顶焦油、中间或软沥青,其特征为软沥青 27,具有软化 约 40-125°C 和优选约 90°C 的软化点(尽管高度依赖于最终沥青的所需终点软化点)可添加到 C2-C3 传输管线 26 以与拔顶焦油/油 25 连接,如 如果需要额外的体积或调整进料的特性,则为第三列 C3 添加额外的原料。 在可能包含填料21和/或塔板的该第三蒸馏塔C3中,内容物被加热器加热至高于315℃的温度。 然而,在这个阶段必须小心,因为中间相在 390°C 左右的温度下开始形成。 中间相是焦炭的前体,焦炭将在所得沥青中表现为固体颗粒。 然而,重要的是要注意,本文所用的术语“中间相”仅指大于4微米的“可报告的”中间相。 出于本公开的目的,4微米或更小的“胚胎”中间相不被认为是中间相。 在这个特定的生产过程中要避免沥青中的焦炭,因为当它用于铝生产的阳极形成和钢铁生产的电极形成时,它会降低沥青的功能,限制沥青适当润湿焦炭的能力 混合步骤以制造碳工件,例如阳极或电极,导致所得产品的电导率降低。 因此,也可在第三塔C3中采用真空以降低组分将分离和蒸馏的沸点。
[0009] 可以从第三塔C3获得各种馏出物,它们各自是各种组分的混合物。 例如,第一介质馏出物35首先蒸馏并且可以通过馏出物管线36从第三塔C3移除。第一介质馏出物35是各种碳基分子的混合物,例如具有至少12个碳,因此具有高分子量 . 它们可称为炭黑原料(“CBF”),可出售给炭黑行业以生产橡胶行业的原材料。 一部分第一介质馏出物35可以返回到第三塔C3用于回流和进一步分离。
[0010] 第二中等馏出物 38 可通过馏出物管线 39 从第三塔 C3 中移出。第二中等馏出物 38 可包括用于制造杂酚油木材防腐剂的那些化合物,其可与馏出物的剩余部分分离以进一步精炼并用于 其他应用,例如处理铁路枕木、电线杆和其他木材防腐应用。 第二介质馏出物38的一部分可以返回到第三塔C3用于回流和进一步分离。
[0011] 重质馏出物41包括甚至更高分子量的组分。 它可以通过蒸气管线42从第三塔C3中移除。重质馏出物41是副产物并且可以包括炭黑原料。 一部分重质馏出物41可以返回到第三塔C3用于回流和进一步分离。
[0012] 煤焦油沥青 50 留在第三塔 C3 的 C3 底部。该沥青 50 是一种粘稠的黑色液体,含有包括 PAH 在内的化学品混合物,并且是上述沥青生产系统所需的最终产品。 它可以通过沥青出口管线 51 从第三塔 C3 中取出并用于后续应用。 该沥青 50 将以各种质量为特征,包括软化点、比重、QI 百分比和焦化值,以确定其在各种制造工艺和行业中的质量和适用性。 可以通过在不同时间和/或以不同体积去除不同馏分的馏出物来调整蒸馏过程,以根据需要选择性地改变所产生的沥青50的所得特性。 例如,具有约108-140℃的梅特勒软化点和不超过10-20%QI的煤焦油沥青50可用作阳极和电极生产中的粘合剂。 浸渍沥青需要较低的 QI。
[0013]在现有技术沥青生产的第二个实施例中,如
图 1B ,湿原油 1 原料通过孔口 11 闪蒸进入第一塔 C1 进行脱水。轻油和水作为 C1 馏出物 12 被去除,干焦油/油 14 通过输送管线 15 转移到第二塔 C2。
[0014] 第二个塔 C2 是一个多级分馏塔,与其他现有技术工艺一样,并在大气压力下通过加热器加热至约 250-270°C 的温度。 然而,在该实施方案中,轻质馏出物22通过蒸汽管线23蒸馏和去除,中等馏出物38通过馏出物管线39从第二塔C2蒸馏和去除。 轻质馏出物22可包括精炼化学油(“RCO”)和其他轻质蒸馏油。 中间馏出物38可包括可进一步分离和精炼的杂酚油。 轻馏分和中馏分 22、38 可以合并并储存在一起,或者可以随后进行加工以生产精制杂酚油。
[0015] 在该实施方案中,C2底部的塔顶焦油/油25然后通过C2-C4传输管线26'移动至第四塔(对于该实施方案而言为第三塔)并通过孔口11引入或闪蒸至第四塔C4,其 可能是喷雾器。 该闪蒸从剩余残余物中分离出重质馏出物41例如重油,从而允许重质馏出物41通过蒸气管线42从第四塔C4移除。重质馏出物41的组分可随后通过进一步蒸馏或加工分离 ,生产炭黑沥青和其他芳香族化合物。 第四塔C4底部的残余物是沥青50,如果以煤焦油为起始,则其可为煤焦油沥青;如果以倾析油为起始,其可为石油沥青。
[0016] 现有技术沥青生产的第三实施例,如图所示
图 1C ,利用四个塔从形成沥青的残渣中蒸馏和/或分离油。 具体地,湿原油1首先在第一塔C1中脱水以去除包括水和轻油的C1馏出物12。 然后将干焦油/油14在分馏塔第二塔C2中蒸馏以除去轻质馏出物22。然后将得到的出顶焦油/油25转移到另一个分馏塔第三塔C3,其中中等馏分38被除去。 在该实施方案中,来自第三塔C3的残余物被转移至第四塔C4,该第四塔是闪蒸塔,在其中突然的压差分离出重质馏出物41。剩下的是所需的沥青50。
[0017] 取决于工艺参数,上述现有技术的沥青生产工艺可产生 15-60% 的沥青产率,如从煤焦油和澄清油之一的起始材料计算的那样。 优化流程和提高产品产量很重要,但很难确定,而且已证明更难以在工业规模上成功实施用于商业销售的商品。
[0018] 优化产量的一种方法包括对馏出物和副产品进行热处理(也称为热处理或热浸),以用作沥青生产中的原料。 热处理过程被认为具有三个主要参数:温度、压力和停留时间。
[0019] 已经进行了许多尝试来确定通过使用热处理来提高沥青收率(和其他特性)的方法,但在商业开发所需的工业生产水平上,性能程度差异很大,而且几乎没有商业成功。 每篇参考文献都广泛公开了时间和温度,但对导致产量增加的机理知之甚少,而且对与特定产量性能相关的实际时间和温度组合的公开也很差。
[0020] 美国专利第 3,140,248 号公开了利用浸泡步骤制备粘合剂沥青。 将沸点为200-650℃的石油馏分催化裂化,然后进行热裂化。 从热裂解中获得的热残渣在 480-590°C 的温度下在 30-400 psi 下进行 4-20 分钟的均热区。 优选短停留时间和高线速度以最小化焦化。 未进一步详细公开均热线圈的使用。
[0021]美国专利第 3,318,801 号公开了使用热浸鼓和短管加热器。 热浸鼓在 340-425°C 的温度和 0-30 psi(g) 的压力下使用 3-90 分钟。 加热管在 25-250 psi(g) 下快速加热到 425-510°C,持续 2-30 分钟。
[0022] 美国专利No.3,673,077公开了用于生产粘合剂沥青以增加甲苯不溶物(“TI”)的热浸。 条件为 350-450°C,压力约为 75 psi(g),停留时间为 15 分钟至 25 小时。 它还公开了空气任选地通过反应器。
[0023] 美国专利第 4,039,423 号公开了对澄清油进行热处理以形成石油沥青。 条件包括 413-524°C 和 220-440 psi(g),停留时间为 3-300 分钟。 连续流动条件优选湍流而不是层流,以最大限度地减少焦炭形成并保持任何 QI 悬浮。 这也增加了材料的有效混合并减少了反应时间。 产品的软化点范围为 79-135°C。
[0024] EP 专利号 1 739 153 公开了在惰性气氛下对煤焦油和馏出物进行热处理的用途。 条件为 340-400°C,压力小于 145 psi(g),停留时间为 3-10 小时。 一个优选的实施方案是在 14 psi(g) 下 370-400°C 4-6 小时。 据推测,惰性条件下的热处理增加了分子的平面性和反应产物的稳定性,限制了副反应。 这提高了润湿性、石墨化性和反应产率。 原料包括蒽油。
[0025] 美国专利第 8,757,651 号公开了在 350-440°C 和 50-120 psi(g) 压力下对煤焦油馏出物进行热处理以生产沥青的用途。 停留时间范围为 1 至 7 小时。 起始材料包括具有低 QI 的杂酚油。 据推测,热处理可以将相对低分子量的组分聚合成更大的分子。 预期产物的下游蒸馏以分离不同的物质。 最终产品可能具有 55-70% 的焦化值和 90-140°C 的软化点。 低于 15% QI 也是一个目标。 考虑了分批和流通热处理,但没有给出反应器的细节。
[0026] 美国专利第 9,222,027 号公开了利用在高速和压力下操作的电加热管式反应器的热处理。 还公开了盐和熔融金属浴。 条件为 450-560°C,500-900 psi(g),停留时间为 1-2 分钟。 解决了反应器管道中的层流和湍流,优选湍流。 湍流的雷诺数通常被认为在 4000 以上。雷诺数在 10000 以上是首选,25000 给出了最好的实验结果。 在没有经验或实验数据的情况下提出了使用雷诺数超过 50000 的推测。
[0027] 美国专利申请出版社。 20170121834公开了利用热处理生产石油沥青。 均热反应器在 360-460°C 和 215-265 psi 的范围内使用 15 分钟到 5 小时。 需要惰性环境,或至少无氧环境。 起始材料包括倾析油、润滑油提取物和瓦斯油。
[0028] 尽管做出了这些努力,但由于现有技术解决方案尚未取得商业上的成功,因此仍有改进的余地。 因此,在本领域中仍然未知的是一种可以应用于煤焦油和石油副产品并在商业规模操作中产生可预测和可重复结果的热处理方法和设备。 对现有技术应用的关键限制包括在热处理后产生过量的焦炭或中间相,这阻止了起始材料的连续加工。 这通常归因于过度应用处理或处理时间和温度的过度可变性。 利用间歇式反应器内容物的再循环的现有技术的教导将确定相同的对沥青质量有害。
发明内容
[0029]公开了热处理工艺,其使来自煤焦油或石油生产的馏出物副产物经受热处理以提高沥青收率,特别强调与时间、温度和压力相关的参数以使焦化和中间相产生最小化。 公开了利用热处理工艺的相应煤焦油或石油沥青生产工艺。
[0030] 具体地,本发明的热处理工艺使用在后期沥青生产中蒸馏的重馏分油和来自石油生产的倾析油作为起始材料。 本发明的热处理工艺使这些起始材料在特定温度、压力和停留时间下进行热处理,以回收额外的沥青并提高总沥青收率。 因此,本发明的热处理工艺提高了整个沥青生产的效率,同时还从其他方面不太经济的副产品中获得了价值。 控制热处理过程中的相关温度、压力和停留变量对于保持最低 QI 水平和避免中间相形成至关重要。 本发明利用可能延伸超过 510°C 的高温范围和超过 60-300 psi(g) 的压力范围来保持起始原材料和反应物处于液相,因此它们在整个热处理过程中始终如一地移动 系统。 然而,由于已知中间相在 390°C 左右形成,本发明考虑在该过程中相应的停留时间以最小化中间相形成和因此焦化的可能性。 本发明还试图实现,如在现实世界条件下物理上可能的那样,对进料进行湍流加热,然后通过热处理设备的反应器部分进行活塞流,目的是保持起始材料的连续和一致的流动 通过系统大致等效地暴露于热量,这将被任意识别为“近均匀流”。 本说明书中对活塞流的引用应理解为接近均匀的流动。 在系统中较长时间会增加中间相形成和焦化的可能性,这可以通过较低的温度来调节,但不是优选的。 作为连续过程的一部分,经热处理的起始材料然后可以作为添加的原料返回到沥青生产过程中以增加产率。
[0031] 此外,有迹象表明未来商业上使用的沥青的软化点将趋于升高。 目前,大多数商业沥青和沥青混合物的软化点在 90-150°C 范围内。 沥青的软化点较低是由于存在高 PAH 含量,减少该含量会提高软化点。 其中许多化合物可能致癌,一些州和国家对人类和环境接触这些材料越来越敏感。 因此,未来沥青的软化点可能会增加,因为去除更多这些高 PAH 化合物会去除潜在的致癌化合物,但也会因此增加软化点。 重质馏出物包括许多高度芳香族化合物,已知在沥青形成过程中增加去除的重质馏出物的量会在所得沥青中产生更高的软化点。 有办法利用这种额外的重馏分油将是有益的,特别是如果它可以用来产生更多的沥青。 这里公开的系统和过程提供了这样的好处。
[0032] 热处理和沥青生产系统和工艺连同它们的具体特征和优点将从以下详细描述并参考附图变得更加明显。
附图说明
[0033] 图 1A 图1是用于从湿粗煤焦油或倾析油生产沥青的现有技术系统的第一实施例的示意图。
图 1B 图1是用于产生沥青的现有技术系统的第二实施例的示意图。
图 1C 图1是用于产生沥青的现有技术系统的第三实施例的示意图。
图 2A图1是本发明的沥青生产系统的第一个实施方案的示意图,该系统结合了用于从煤焦油生产增加的沥青产率的热处理。
图 2B 图1是本发明的沥青生产系统的第二个实施方案的示意图,该系统结合了热处理以从煤焦油中生产增加的沥青产率。
图 2C 图1是本发明的沥青生产系统的第三个实施方案的示意图,该系统结合了用于从煤焦油生产增加的沥青产率的热处理。
图 3A 图1是本发明的沥青生产系统的第一个实施方案的示意图,该系统结合了用于从石油副产品如倾析油中生产增加的沥青收率的热处理。
图 3B 图1是本发明的沥青生产系统的第二个实施方案的示意图,该系统结合了用于从石油生产增加的沥青产率的热处理。
图 3C 图1是本发明的沥青生产系统的第三个实施方案的示意图,该系统结合了用于从石油生产增加的沥青产率的热处理。
图 3D 图1是本发明的沥青生产系统的第四个实施方案的示意图,该系统结合了用于从石油副产品如倾析油生产增加的沥青产率的热处理。
图 3E 图1是本发明的沥青生产系统的第五个实施方案的示意图,该系统结合了用于从石油生产增加的沥青产率的热处理。
图 3F 图1是本发明的沥青生产系统的第六实施方案的示意图,该系统结合了用于从石油生产增加的沥青产率的热处理。
图 4A 图1是本发明热处理系统的第一实施例的示意图。
图 4B 图1是本发明热处理系统第二实施例的示意图。
[0034] 贯穿附图的几个视图,相似的参考数字指代相似的部分。
优选实施例的详细说明
[0035] 如附图所示,本发明涉及热处理系统 300、300' 和沥青生产系统 100、100'、100"(来自煤焦油)和 200、200'、200"(来自石油) 相同的。 例如,
图 2A-2C 举例说明从煤焦油 102 生产煤焦油沥青 150 的各种实施方案和
图 3A-3C 图例示了从倾析油 203 生产石油沥青 250 的各种实施例。各种热处理系统 300、300' 显示在
图 4A-4B 可以与任何沥青生产系统一起使用。
焦油
[0036] 首先转向煤焦油沥青生产系统,沥青生产系统 100 的第一个实施例示意性地显示在
图 2A ,开始于使煤焦油102脱水。粗煤焦油102可能具有来自初始焦化过程的一些水或水分含量,但应小于约4wt.%。 %水分含量,以免减慢焦油加工。 为了使煤焦油 102 脱水,它通过 C1 进料管线 110 输送到第一塔 C1。C1 进料管线 110 可以通过至少一个热交换器(未显示),其中来自系统的其他元件的热量被施加到 C1进料管线110,从而预热C1进料管线110中的焦油102,同时冷却其他组分。
[0037] 如本文和附图中所公开的热交换器不允许组分混合但充分接触以允许热量从较热的组分移动到较冷的组分。 这使得系统中产生的热量得到有效利用,这在工业规模的生产运行中尤为重要,在这种情况下,加热系统组件的成本可能非常昂贵,并且可能需要大量燃料。 可能有多个热交换器定位在整个系统中以有效利用热量。 在至少一个实施例中,热交换器可包括各种馏出物管线的路线以冷却相应的馏出物以供储存,同时加热另一组分,例如焦油102原料。 在其他实施例中,热交换油可用于热交换器中以加热冷却器部件。
[0038] 在至少一个实施例中,煤焦油102具有约50℃的初始温度。 随着 C1 进料管线 110 行进通过至少一个或在一些情况下多于一个热交换器,煤焦油 102 被加热到约 160°C。 因此,当煤焦油102进入第一塔C1时,它处于至少160℃的温度。 因为煤焦油 102 被泵送通过 C1 进料管线 110,所以它处于压力下,例如大约 100 psi。 第一塔C1是压力为约1atm(约14.7psia)的常压塔。 当煤焦油 102 通过孔口 111 进入第一塔 C1 时,压力的突然下降使煤焦油 102 闪蒸,导致其组成成分开始分离。 优选地,没有再沸器或其他加热器来加热第一塔C1,所以第一塔C1的热量大约是进入的湿煤焦油102的热量,至少160℃。
[0039] 水蒸气和蒸馏的轻油,例如 BTX,向上移动到第一塔 C1 并通过 C1 蒸气管线 113 去除,并且可以在最高约 75°C 的温度下通过冷却水冷凝器冷凝,然后作为 C1 馏出物 112 收集 . 水在大约 100°C 的近似温度下蒸馏。 轻油也在大致相同的温度下蒸馏:苯 (80°C)、甲苯 (110°C) 和可能的二甲苯 (144°C)。 因此,这些轻油和水被一起蒸馏和收集。 轻油约占煤焦油进料的 1%,与水不混溶,作为 C1 馏出物 112 的顶层被倾析并泵送储存。 应监测轻质油的比重,不允许过高,例如在 15.5°C 下不超过约 0.92,因为这会导致与冷凝水的分离不良。 如果第一塔 C1 的湿煤焦油 102 进料太高,则可能发生这种情况。
[0040] 第一塔 C1 中的蒸馏继续进行,直到收集在 C1 底部的干焦油 114 减少至约不超过约 2.5 重量%。 %水含量,优选小于0.5%,并且可进一步表征为在15.5℃下具有至少1.15的比重。 这种干焦油 114 然后可以通过传输管线 115 从第一塔 C1 中移除,该传输管线可以行进通过至少一个热交换器以在进入第二塔 C2 之前将干焦油 114 的温度增加到约 250-270°C 焦油打顶。
[0041]在第二个塔 C2 中,干焦油 114 经历进一步蒸馏以回收轻质馏出物 122,其可能包括作为 RCO 的粗萘,在称为“焦油顶馏”的过程中,因为它去除最低沸点馏分或顶部馏出物, 干焦油 114。进入的干焦油 114 在进入第二塔 C2 时已经处于约 250-270°C 的温度,并且可以在基于加热器的 C2 进料流速的流量控制下泵入, 与第二塔C2相关的真空和冷凝器系统。 第二塔C2是在1atm压力下的常压塔,在干焦油114进料点下方具有蒸馏塔盘120。 在至少一个实施例中,第二塔C2中可以有20-30个塔盘。 在干焦油 114 进料点上方还可以有至少一个填料塔段或填料 121,用于在蒸馏时精馏轻质馏出物 122 的纯度。 加热器,例如燃烧过程加热器再沸器或其他合适的热源,可与第二塔C2相关联以将底部内容物加热至约350-360°C的温度并进一步蒸馏轻质馏出物122。轻质馏出物122蒸汽 向上移动到第二个塔 C2,通常以 C2 进料速率的约 15-22% 的速率通过馏出物管线 123 移除。 轻质馏出物122然后可以通过冷凝器冷凝以转化为液体形式,其可以包括具有萘的RCO,并且可以进一步通过热交换器进行水冷却。 优选地,轻质馏出物122可包含55-65%的萘含量并且可在炼油厂中进一步加工以分离和纯化萘。 轻馏分122还优选在70℃下具有1.03的最大比重。 轻质馏出物122也可如以下提供的表1和2中表征。 至少部分轻馏分122可以返回第二塔C2顶部回流,以限制轻馏分122中高沸点化合物的量,增加轻馏分122中石脑油含量。具体而言 在整个公开内容中注意到,所有蒸馏和蒸汽流可以替代地被移除、储存以供将来进一步使用并在适当的点插入这些过程,如本领域技术人员所熟知的。 这种液体 C2 回流冷凝了进料点上方蒸气中的高沸点化合物,并提高了第二塔 C2 顶部精馏段的分离效率。 轻质馏出物122可以以C2进料速率的至少10%的速率回流以增加轻质馏出物122中的萘含量。约15-22%的原始煤焦油102可以作为轻质馏出物122除去。
[0042] C2 底部含有顶部焦油 125,然后将其通过输送管线 126 输送到第三塔 C3,用于在所需软化点生产沥青。 沿输送管线126保存热量,因此进入第三塔C3的塔顶焦油125与C2塔底的温度大致相同。 任选地,可以将软沥青 127 添加到第三塔 C3 之前的传输管线 126,以与顶部焦油 125 结合作为 C3 原料,以调节温度、增加原料的体积,或从添加的软沥青中去除任何剩余的油 沥青。 第三塔C3优选是在约40-100毫巴(约0.77-1.9psia绝对压力)的绝对压力下操作的真空塔。 它也可以具有用于多级蒸馏的塔盘120和填充顶部塔段121的组合。 加热器,例如但不限于燃烧过程加热器再沸器,可用于将 C3 塔底部加热至约 350-360°C 的温度,以通过 C3 底部液体的再循环从顶部焦油 125 中煮沸重油馏出物 .
[0043]当顶部焦油 125 在第三塔 C3 中蒸馏时,馏出物蒸气通过塔上升并通过各种馏出物的再循环而冷凝。 具体地,第一介质馏出物135通过馏出物管线136提取并且可以用其他过程、传热油流或水进行外部冷却以冷凝。 它的特征可如下表1和2中所确定。第一中间馏分135是一种中间炭黑原料产品,其生产主要是为了支持其他产品质量并作为调和油。 它的一部分可以回流回第三塔C3或者可以送去储存和销售。 约小于5%的初始煤焦油102作为第一中等馏出物135被蒸馏。
[0044] 来自第三塔C3的第二产物是第二介质馏出物138,其可包含用作杂酚油的组分,例如WEI-C或AWPA杂酚油基础油。 第二介质馏出物138通过馏出物管线139移除并且可以用其他过程、传热油流或水进行外部冷却以冷凝。 总粗焦油 102 的约 13-22% 作为第二介质馏出物 138 被蒸馏。第二介质馏出物 138 的特征可如下表 1 和表 2 所确定,和/或通过 10% 最大蒸馏至 300°C, 最高蒸馏 65-90% 至 355°C,在某些情况下(特别是在欧洲)最高 10 ppm 的苯并 (a) 芘。 至少一部分经蒸馏的第二介质馏出物138可返回或再循环至第三塔C3用于回流。 第二介质馏出物 138 中包含的杂酚油在其他行业非常有用,例如木材防腐剂,因此可以通过监测其馏程和苯并 (a) 芘的含量来监测质量控制。 第二中间馏分油 138 的质量由其产率控制,优选在总粗煤焦油 102 的 14-20% 的范围内,以及当它再循环回到第三塔 C3 进行回流时的温度,其优选在 100-115℃的范围。
[0045] 从第三塔 C3 中的出顶焦油 125 的蒸馏获得的第三种产物是重质馏出物 141,其通过馏出物管线 142 被移除并且可以用其他工艺、传热油流或水进行外部冷却以冷凝。 该重质馏出物 141 也是多种成分的混合物,主要包括炭黑原料,但具有在第一中等馏出物 135 中未发现的其他成分,如下表 1 所示,这增加了重质馏出物 141 的 PAH 水平和沸点。此外, 重质馏出物 141 的 QI 和甲苯不溶物浓度极低,几乎为零。 它的特征还可以是 10% 的最大蒸馏至 355°C。 至少一部分重质馏出物141可以返回到第三塔C3用于通过回流进一步蒸馏和分离。 总粗焦油 102 的约 14% 可以作为重质馏出物 141 蒸馏掉。
[0046] 煤焦油生产系统 100 的第一个实施方案中感兴趣的各种馏出物的一般特征可如下表 1 和表 2 所示,其组分量可根据所生产的沥青的目标软化点而变化。
表格1。
| 成分 | 轻馏分(% 总量) | 1 st< 介质馏分(% 总量) | 第 2< 介质馏分(% 总量) | 重质馏分油(总量百分比) |
| 苯 | 0.20 | | | |
| 甲苯 | 0.30 | | | |
| 乙苯 | 0.20 | | | |
| m+p二甲苯 | 0.30 | | | |
| 苯乙烯 | 0.20 | | | |
| o 二甲苯 | 0.24 | | | |
| 3+4乙基甲苯 | 0.10 | 0.07 | | |
| 1,3,5 三甲苯 | 1.14 | 0.03 | | |
| 苯酚 | 0.73 | 0.05 | | |
| 1,2,3 三乙苯 | 0.10 | 0.08 | | |
| 印度丹 | 0.48 | 0.05 | 0.08 | |
| 茚 | 4.53 | 0.75 | 0.01 | |
| 萘 | 62.40 | 3.49 | 0.20 | |
| 甲基萘 | 11.75 | 11.38 | 0.20 | 0.08 |
| 喹啉 | 0.77 | 0.37 | 0.34 | 0.03 |
| 苊 | 0.70 | 17.68 | 8.20 | 0.44 |
| 苊 | 1.09 | 7.75 | 4.23 | 0.26 |
| 二苯并呋喃 | 1.29 | 0.59 | 0.43 | 0.03 |
| 芴 | 1.85 | 10.14 | 7.53 | 0.04 |
| 菲 | 1.59 | 12.70 | 26.22 | 5.23 |
| 蒽 | 0.24 | 2.90 | 4.45 | 1.46 |
| 咔唑 | | 1.78 | 4.75 | 2.02 |
| 4H-环戊[def]菲 | | 0.89 | 3.36 | 1.35 |
| 荧蒽 | | 1.33 | 8.66 | 15.13 |
| 芘 | | 0.51 | 3.89 | 13.86 |
| 苯并[a]蒽 | | | 0.01 | 5.29 |
| 屈 | | | | 5.25 |
| 苯并荧蒽 | | | | 4.84 |
| 苯并 (e) 芘 | | | | 1.48 |
| 苯并 (a) 芘 | | | | 1.76 |
| 沸点 | 80 - 340°C | 248 - 425°C | 265 - 437 °C | 308 - >496°C |
表 2。 | 成分 | 1st< 介质馏分 | 2 nd < 介质馏分 | 重馏分油 |
| 柔软的。 铂。 115℃ (%) | 柔软的。 铂。 130℃ (%) | 柔软的。 铂。 115℃ (%) | 柔软的。 铂。 130℃ (%) | 柔软的。 铂。 115℃ (%) | 柔软的。 铂。 130℃ (%) |
| 茚 | 0.4 | 0.6 | 0.1 | | 0.1 | 0.1 |
| 萘 | 3.3 - 4.9 | 3.2 - 6.2 | 0.3 - 0.9 | 0.4 - 0.8 | 0.1 | 0.1 |
| 硫萘 | 0.1-0.3 | 0.2 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 |
| 喹啉 | 1.4 - 2.2 | 1.2 - 1.6 | 0.4 - 0.6 | 0.3 - 0.5 | 0.1 | 0.1 |
| 异喹啉 | 0.5 - 0.7 | 0.4 - 0.6 | 0.1 | 0.1 | | |
| 吲哚 | 1.0-1.4 | 1.0-1.2 | 0.2 - 0.4 | 0.3 | | |
| 2-甲基萘 | 5.5 - 6.9 | 5.3 - 5.9 | 1.1 - 1.5 | 1.0-1.4 | 0.2 | 0.2 |
| 1-甲基萘 | 2.6 - 3.2 | 2.4 - 2.8 | 0.5 - 0.7 | 0.5 - 0.7 | 0.1 | 0.1 |
| 联苯 | 2.2 - 2.4 | 2.0 - 2.6 | 0.7 | 0.5 - 0.9 | 0.1 | 0.1 |
| 二甲基萘 | 2.7-3.1 | 2.5-3.1 | 0.8 - 1.0 | 0.7-1.1 | 0.1 | 0.2 |
| 苊 | 0.3 - 0.5 | 0.3 - 0.5 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.0 |
| 苊 | 14.7-16.1 | 15.9 - 17.3 | 5.5 - 6.3 | 5.7 - 7.3 | 0.8 - 1.0 | 1.0 |
| 二苯并呋喃 | 7.6 - 8.6 | 7.3 - 8.7 | 3.6 - 4.0 | 3.3 - 4.5 | 0.6 - 0.8 | 0.8 |
| 芴 | 9.9 - 10.9 | 10.5 - 10.7 | 5.7 - 6.5 | 6.0 - 7.0 | 1.0-1.2 | 1.3 |
| 2-甲基芴 | 0.6 - 0.8 | 0.7 | 0.5 - 0.7 | 0.6 | 0.1 | 0.1 |
| 1-甲基芴 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.1 | 0.1 |
| 二苯并噻吩 | 1.4 - 1.6 | 1.5 | 1.6-1.8 | 1.7-1.9 | 0.5 | 0.6 |
| 菲 | 19.6 - 22.6 | 21.4 - 22.0 | 25.7-30.1 | 28.2 - 30.8 | 7.5 - 8.5 | 9.0 - 10.0 |
| 蒽 | 5.3 - 5.9 | 5.6 - 5.8 | 6.4 - 8.2 | 7.9 - 8.9 | 2.1-2.5 | 2.5 - 2.9 |
| 咔唑 | 2.3-3.1 | 2.2 - 2.8 | 4.2 - 5.8 | 4.9 - 5.5 | 1.6 - 2.0 | 1.9 - 2.1 |
| 3-甲基菲 | 0.7 | 0.7 | 1.2 - 1.4 | 1.3 | 0.5 | 0.6 |
| 2-甲基菲 | 1.0 | 0.8 - 1.0 | 1.7 - 2.1 | 1.6 - 2.0 | 0.7 - 0.9 | 0.9 |
| 环戊烷[def]菲 | 1.5-1.7 | 1.5-1.7 | 3.2 - 3.8 | 3.4 - 3.6 | 1.4 - 1.6 | 1.6-1.8 |
| (4+ 1)-甲基菲 | 0.3 | 0.3 | 0.6 - 0.8 | 0.7 | 0.3 | 0.4 |
| 荧蒽 | 3.9-5.1 | 3.5 - 4.5 | 14.5 - 17.3 | 13.3 - 15.5 | 14.5 - 16.1 | 16.2 -18.2 |
| 芘 | 2.3-3.1 | 2.0 - 2.6 | 9.8-11.8 | 8.3 - 9.9 | 14.5 - 16.1 | 15.9 - 17.7 |
| 苯并[a]芴 | 0.2 | 0.1 | 0.7 - 0.9 | 0.6 - 0.8 | 3.1 - 3.5 | 3.4 - 3.6 |
| 苯并[b]芴 | 0.2 | 0.2 | 0.9 - 1.1 | 0.7-1.1 | 3.5 - 3.9 | 3.7 - 4.1 |
| 苯并[a]蒽 | | | | | 8.2 - 8.7 | 9.1-9.7 |
| 屈 | | | | | 7.5 - 8.3 | 8.2 - 8.8 |
| 苯并(bjk)荧蒽 | | | | | 7.1 - 7.9 | 10.0 - 10.8 |
| B(e)P | | | | | 2.4 - 2.6 | 3.5 - 3.7 |
| B(a)P | | | | | 2.7-3.1 | 4.1-4.3 |
[0047]留在 C3 底部的残留物是所需的煤焦油沥青 150,其质量由但不限于其软化点、至 355°C 的馏出物百分比、QI 和甲苯不溶物含量决定。 所有三个参数都可以通过 C3 底部液体温度和重馏分 141 产品率来控制。 优选地,所得沥青150的软化点可以在100-140℃的范围内并且具有不超过20%的QI。 此外,最终沥青 150 中的灰分含量优选不超过 0.4%,而至 355°C 的馏出物优选不超过 4%。 该系统100和工艺可产生至少约40%的沥青收率。 该沥青150可以沿着沥青出口管线151从第三列C3移除以用于储存、运输、使用或销售。
[0048] 沥青生产系统 100 还包括热处理系统 300。尽管下文更全面地提供了热处理系统 300 的细节并参考
图 4A 和
4B ,应当注意,热处理工艺300可以将总沥青150产率增加2-10%,总产率为约42-50%。 在某些实施例中,沥青收率可增加至44%总沥青收率的优选目标。 这种额外的沥青 150 是通过在某些预选温度和停留时间下热处理经蒸馏的重馏分油 141,然后将经过热处理的产物引入第三塔 C3 以在沥青生产系统 100 中进一步蒸馏和分离沥青而获得的,如图所示 在
图 2A .
[0049] 本发明还包括煤焦油沥青生产系统 100' 的第二个实施方案,示意性地显示在
图 2B . 当煤焦油 102 在约 100 psi 的压力下通过 C1 进料管线 110 中的至少一个热交换器(未显示)时,它被加热到约 160-170°C。 煤焦油102通过孔口111闪蒸到第一塔C1中,在孔111处C1进料管线110与第一塔C1流体连通。 第一塔C1在该实施方案中是在约900mm Hg(17.4psia)的大气压力下的脱水器。 C1 进料管线 110 和第一塔 C1 之间的压差使湿煤焦油 102 闪蒸并将水蒸气和轻油(例如苯、甲苯和二甲苯)分离为 C1 馏出物 112。如前所述,残留在 C1 中的残留物 第一塔C1的底部是干焦油114,它存在于第一塔C1中直到干焦油114的含水量不超过约2.5%,优选不超过0.5%。 它可以与上述干焦油114类似地表征。
[0050] 干焦油 114 通过 C1-C2 传输管线 115 传输到第二塔 C2,该第二塔可以是如上所述的分馏塔或多级蒸馏塔。 这里,第二塔C2可以在约120-180mm Hg(2.3-3.48psia)的压力下处于真空下并且可以被加热至约182-230℃的内部温度。 在生产系统100'的该第二实施方案中,轻质馏出物122'蒸馏并通过馏出物管线123收集。轻质馏出物122'可具有如下表3所示的组成和表征。 中间馏出物138'也被蒸馏并从第二塔C2中移除。 介质馏出物138'可具有如下表3所示的组成和表征。 用加热器(未显示)将 C2 底部产物加热至约 350-365°C 的温度以循环残余物并协助蒸馏。 经蒸馏的轻馏分和中馏分 122'、138' 可合并并储存在一起,或可单独储存并随后加工,例如生产可出售或用于其他应用的精制杂酚油。
[0051]C2 底部含有顶部焦油 125',其可能具有与先前描述的那些相似的特性,并且可能处于约 350-365°C 的温度和约 180-220 mm Hg (3.48-4.25 psia) 的压力下。 然而,在沥青生产过程100'的该第二实施例中,拔顶焦油125'通过C2-C4传输管线126'从第二塔C2传输到第四塔C4。 第四塔C4是闪蒸塔,而不是上述分馏器第三塔C3。 顶部焦油125'可以通过孔口111如分布器或其他合适的引入开口闪蒸到第四塔C4中。 第四塔C4可以在约40-70mm Hg(0.77-1.35psia)的压力下处于真空下。 当塔顶焦油 125 闪蒸进入第四塔 C4 时,重质馏出物 141' 在约 290-365°C 的温度下分离出来,并可通过馏出物管线 142 除去。该重质馏出物 141' 包括组成并可如所示表征 在下面的表 3 中。 然后将重质馏出物141'转移到下文描述的热处理系统300以进行热处理以增加沥青产量。 一旦通过热处理系统300,经热处理的产物被引入C1-C2传输管线115以被添加到C2原料中用于另外的分馏和蒸馏。 通过该工艺生产的沥青150'比未对重质馏分油141'进行热处理的原始产率提高了20-40%。
[0052] 由沥青生产系统的第二优选实施方案生产的各种馏出物的特征可如表3中所示。
表3。
| 成分 | 轻馏分(% 总量) | 中馏分(% 总量) | 重质馏分油(总量百分比) |
| 苯 | 0.16 | | |
| 甲苯 | 0.17 | | |
| 乙苯 | 0.07 | | |
| m+p二甲苯 | 0.32 | | |
| 苯乙烯 | 0.23 | | |
| o 二甲苯 | 0.13 | | |
| 3+4乙基甲苯 | 0.00 | | |
| 1,3,5 三甲苯 | 0.00 | | |
| 苯酚 | 0.12 | | |
| 1,2,3 三乙苯 | 0.00 | | |
| 印度丹 | 1.45 | 0.07 | |
| 茚 | 3.21 | 0.22 | |
| 萘 | 53.76 | 12.86 | |
| 甲基萘 | 7.58 | 0.90 | |
| 喹啉 | 0.61 | 5.16 | |
| 苊 | 3.79 | 0.63 | 2.35 |
| 苊 | 1.36 | 1.96 | 0.07 |
| 二苯并呋喃 | 2.26 | 3.71 | 0.29 |
| 芴 | 2.88 | 17.03 | 0.83 |
| 菲 | 4.43 | 2.91 | 9.77 |
| 蒽 | 0.97 | 1.62 | 3.19 |
| 咔唑 | | 1.61 | 1.83 |
| 4H-环戊[def]菲 | | 2.00 | 2.00 |
| 荧蒽 | | 11.56 | 16.23 |
| 芘 | | 8.03 | 14.74 |
| 苯并[a]蒽 | | 0.50 | 4.71 |
| 屈 | | 1.76 | 4.98 |
| 苯并荧蒽 | | 0.82 | 4.09 |
| 苯并 (e) 芘 | | 0.39 | 1.16 |
| 苯并 (a) 芘 | | 0.62 | 1.46 |
| 沸点 | 80 - 340°C | 265 - >496°C | 279 - >496°C |
[0053] 在沥青生产系统 100” 的第三个实施例中,显示在
图 2C 如图所示,煤焦油102在约158-161psi的压力下行进通过C1进料管线110中的至少一个热交换器(未示出)时被加热至约124-184℃。 煤焦油102通过孔口111闪蒸到第一塔C1中,在孔111处C1进料管线110与第一塔C1流体连通。 第一塔C1在该实施方案中是在约15.6psia的大气压下的脱水器。 C1进料管线110和第一塔C1之间的压力差使湿煤焦油102闪蒸并分离水蒸气和轻油,例如作为C1馏出物112的BTX,其具有约115℃的温度。 如前所述,保留在第一塔C1底部的残余物是干焦油114,其保留在第一塔C1中直到干焦油114具有不超过2.5%的水含量,优选不超过约0.5%的水,并且温度为 约 230°C。 它可以与上述干焦油114类似地表征。
[0054] 系统100”的该第三实施例与之前的实施例的不同之处在于它利用四个塔来蒸馏和分离沥青形成中的油。具体地,干焦油114通过C1-C2被转移到作为分馏塔的第二塔C2 输送管线115,并可通过加热器(未显示)加热至约262°C的温度。轻质馏出物122"从该第二塔C2中蒸馏出并可回流以进一步分离。 轻质馏出物 122" 的特征可如下表 4 所示,可包括 RCO 和其他轻油。在第二塔 C2 底部形成的所得拔顶焦油 125" 可通过 C2-C3 传输管线转移至第三塔 C3 126 进一步蒸馏。
[0055]在第三塔 C3 中,可通过加热器(未显示)将焦油加热至约 330°C 的温度以蒸馏中等馏出物 138"。这些中等馏出物 138" 的特征可如下表 4 所示,并且可包括杂酚油和 某些炭黑原料化合物。 中间馏出物 138” 也可通过第三塔 C3 回流以进一步蒸馏和分离。在第三塔 C3 底部形成的所得软沥青 127” 可能接近所需沥青,但可能具有太低的软化点, 例如在大约 90°C 的范围内。 沥青的软化点越高,还必须除去更多的油。
[0056] 因此,软沥青 127" 可以通过 C3-C4 传输管线传输到第四塔 C4,第四塔 C4 可以是依靠压差从固体中去除油的闪蒸塔。例如,第四塔 C4 可以在 约 1 psia 的真空。压差导致重质馏出物 141" 蒸馏掉,在第四塔底部留下所需的煤焦油沥青 150",可将其取出用于进一步使用或销售。重质馏出物 141 "可以在约310°C的温度和约1psi(g)的压力下并且可以进一步表征如下表4所示。
[0057] 过程 100” 继续通过热处理系统 300 对蒸馏出的重质馏分油 141” 进行热处理,下文将对此进行更详细的描述。 热处理后,重质馏出物 141" 与顶部焦油 125" 结合作为 C3 原料,或单独引入第三塔 C3 以蒸馏中等馏出物 138",然后是来自新产生的额外沥青的重质馏出物 141"。
[0058] 由煤焦油沥青生产系统100”的第三优选实施方案生产的馏出物的特征可如表4中所示。
表 4。
| 成分 | 轻馏分(% 总量) | 中馏分(% 总量) | 重质馏分油(总量百分比) |
| 苯 | | | |
| 甲苯 | | | |
| 乙苯 | 0 - 0.58 | 0 - 0.55 | |
| m+p二甲苯 | | | |
| 苯乙烯 | 0-0.43 | 0-0.32 | |
| o 二甲苯 | | | |
| 3+4乙基甲苯 | | | |
| 1,3,5 三甲苯 | 0 - 1.23 | 0 - 0.58 | |
| 苯酚 | | | |
| 1,2,3 三乙苯 | | | |
| 印度丹 | 0.55 - 0.74 | 0 - 0.29 | |
| 茚 | 6.45 - 6.58 | 3.00 - 4.28 | 0 - 0.28 |
| 萘 | 47.89 - 56.51 | 3.48 - 6.00 | |
| 甲基萘 | 6.56 -11.19 | 1.32 - 5.00 | |
| 喹啉 | 0- 1.47 | | |
| 苊 | 2.12 - 3.88 | 6.00 - 6.71 | 2.01 - 4.41 |
| 苊 | 1.71 - 2.16 | 0-3.00 | 0-2.00 |
| 二苯并呋喃 | 1.50 - 3.69 | 2.50 - 3.38 | 0.16 - 0.53 |
| 芴 | 0.71 - 2.85 | 4.81 - 5.00 | 0.78 - 1.73 |
| 菲 | 0.04 - 0.96 | 17.00 - 17.11 | 6.51 - 12.81 |
| 蒽 | | 1.55 - 3.00 | 2.25 - 4.18 |
| 咔唑 | | 1.49 - 3.00 | 1.39 - 3.24 |
| 4H-环戊[def]菲 | | 0-2.17 | 0 - 1.92 |
| 荧蒽 | | 10.00 - 13.60 | 14.82 - 18.35 |
| 芘 | | 10.00 - 10.93 | 13.51 - 19.27 |
| 苯并[a]蒽 | | 2.50 - 2.53 | 5.18 - 5.46 |
| 屈 | | 1.29 - 1.50 | 4.56 - 5.85 |
| 苯并荧蒽 | | 0.50 - 1.47 | 3.72 - 3.93 |
| 苯并 (e) 芘 | | 0.41-0.50 | 1.02 - 1.20 |
| 苯并 (a) 芘 | | 0.50 - 0.56 | 1.36 - 1.54 |
| 沸点 | 176 - 336°C | 265 - >496°C | 308 - >496°C |
石油沥青
[0059] 石油产品可用作生成石油沥青 250 的起始材料,如中所示
图 3A-3C . 例如,如图
图 3A , 石油馏出物如倾析油通常被识别为油 203 并用作沥青生产的起始产品。 Decant oil 203 是由石油催化裂化得到的重油混合物。 它在许多方面与煤焦油 102 相似,但不同之处在于它包含更多来自石油的脂肪烃,这使得处理倾析油 203 的化学过程更加复杂。 但是,许多步骤是相似的。 在某些实施方案中,ECB可以单独地或与倾析油组合用作沥青生产200的油203。 然而,ECB 不太稳定,特别是作为蒸气时,可能容易爆炸,因此更难以可靠地用作起始试剂。 ECB 通常也不适合制造浸渍沥青。 倾析油的储存稳定性非常好且易于使用,因此在至少一个实施例中可能是优选的。 石油沥青生产系统 200、200'、200" 将根据使用倾析油 203 作为起始材料进行描述,但应当理解,来自石油裂化(催化或其他方式)的任何重油或其组合物具有 硫含量、碳含量或焦化值的适当特性可用作起始材料。
[0060] 石油沥青生产系统200、200'、200"的脱水和蒸馏部分如图所示
图 3A-3C 和
图 3D-3F , 可能类似于煤焦油生产系统的那些 100, 100', 100" of
图 2A-2C, 分别。 然而,石油沥青生产系统 200、200'、200" 在每个步骤的操作参数可能不同。在未具体标识为不同的范围内,本领域技术人员应注意煤焦油的操作参数可能 同样适用于石油。此外,热处理过程 300、300' 可以作为过程中的第一步发生,在脱水和蒸馏起始材料之前,当产生石油沥青 250 时,如中所示
图 3A-3C ,而在生产煤焦油沥青 150 时,它发生在对起始材料进行脱水和蒸馏之后。这主要是因为倾析油的化学成分与煤焦油相比缺乏较重的成分,并且在交付时水含量通常较低。 因此,倾析油蒸馏副产品通常不适用于独立热处理。 因此,石油沥青生产系统 200、200'、200" 中的热处理系统 300、300' 的输入是倾析油 203。这些热处理系统 300、300' 在下面更详细地描述并参考
图 4A 和
4B 可与生产煤焦油沥青150、150'、150"时使用的相同。
[0061] 参考
图 3A 如图所示,在沥青生产系统200的第一实施例中,倾析油203最初通过热处理系统300进行处理,然后被引导至剩余的蒸馏系统,具体的处理路径由分批或连续处理和水含量决定。 在倾析油 203 不需要脱水的情况下,C1 脱水器如下面关于
图 3A-3C 可以去除流326'和流326'和215,这在本领域技术人员的知识范围内。 在某种程度上,C1 脱水器是必需的,或可能作为连续过程的一部分,倾析油 203 或合并的轻质馏出物 222、第一中等馏出物 235、第二中等馏出物 238、重质馏出物 241 或其任何组合或子组合可以 重新引入热处理系统300或C1脱水器,如下文更全面地讨论。 如果是这样,如图
图 3D-3F ,倾析油203可替代地通过输入流310A被引导至C1脱水器。 如下所述,脱水后,它可通过输出流 215A 返回进行热处理,以引入热处理系统 300。此外,作为连续系统的一部分,馏出流 243 可返回以重新引入第一塔 C1 脱水器 通过输入流 310A。 在使用脱水器C1的实施方案中,将材料引入并闪蒸到第一塔C1脱水器中。 进入的热处理油和第一塔 C1 之间的压差导致轻油如石脑油或 BTX(苯、甲苯和二甲苯)与倾析油 203 的剩余部分分离,这些油作为 C1 馏出物 212 通过馏出物管线 213 被移除 还应特别注意的是,BTX和其他轻油可以从反应器320中提取,这将在下面更详细地描述。
[0062] 剩余的干油214通过C1-C2传输管线215传输至分馏塔第二塔C2或返回用于如上所述的热处理。 该第二塔C2如前所述通过加热器加热至约350-365℃的温度以从油中蒸馏出轻质馏出物222,其可包括RCO和杂酚油。 轻质馏出物222也可被引导通过系统200再循环以通过轻质馏出物流224进一步热处理和蒸馏。
[0063]C2 塔底产物中的残余物包含顶部热处理油 225,其被转移至热交换器以将顶部油 225 的温度升高至约 375-415°C,然后进入第三塔 C3,在那里它被进一步蒸馏。 随着拔顶油225被蒸馏,可以去除各种馏出物以形成石油沥青250。具体地,可以首先蒸馏对应于炭黑进料和其他组分的第一中等馏出物235。 第二介质馏出物238可以被提取并且包括稍重的分子。 可最后蒸馏具有最重油和组分的重质馏出物241。 这些馏出物中的每一种可以以各种组合方式组合并被引导通过系统200再循环以分别通过第一中等馏出物流237、第二中等馏出物流240和重质馏出物流243进行进一步热处理和蒸馏。 如下文所讨论的,注意到在通过热处理进行任何再循环之前必须去除沥青250。 正如可以从
图 3A ,所有各种馏出物流224、237、240和243可以以任何组合或子组合组合以形成单一输入以与在沥青生产过程200开始时进入热处理系统300的新鲜倾析油203结合 或根据需要引入C1脱水器。 然而,还预期可将各种馏出物流224、237、240和243分别供应至热处理系统300用于再循环。
[0064] 沥青生产系统200'的第二个实施例,如图所示
图 3B , 非常相似,但蒸馏程序不同。 具体地,轻质馏出物222'和中等馏出物238'都可以在被加热到350-415℃的温度的第二塔C2中蒸馏。 然后将得到的拔顶油 225' 转移到第四塔 C4,该第四塔是如前所述的闪蒸塔。 重质馏出物 241' 在该第四塔 C4 中蒸馏以形成所得石油沥青 250'。 轻质馏出物 222'、中等馏出物 238' 和重质馏出物 241' 中的每一种可被引导通过系统 200' 进行再循环,以分别对轻质馏出物流 224、中等馏出物流 240 和重质馏出物流 243 进行进一步热处理和蒸馏 ,其可以组合以重新进入热处理系统300或可以单独输入。
[0065] 沥青生产系统的第三个实施例 200",如图所示
图 3C , 也很相似,但不同之处在于它在脱水和蒸馏过程中使用了四个塔。 此处,轻质馏出物 222" 在第二个塔 C2 分馏器中被去除以产生拔顶油 225",中等馏出物 238" 在第三个塔 C3 分馏器中被去除以产生软沥青 227' 并且重质馏出物 241" 从 生成最终石油沥青 250" 的第四塔 C4 闪蒸塔。 轻馏分 222"、中馏分 238" 和重馏分 241" 中的每一种可被引导通过系统 200" 进行再循环,以通过轻馏分进一步热处理和蒸馏 流224、中等馏出物流240和重质馏出物流243,它们可合并以重新进入热处理系统300或可单独输入。
[0066] 在优选的实施方式中,源自石油沥青生产系统200'的第二实施方式的轻质馏出物222'、中等馏出物238'和重质馏出物241'的特征可如下表5所示,尽管源自其他实施方式的馏出物 也可能类似。
表 5。
| 成分 | 轻馏分(% 总量) | 中馏分(% 总量) | 重质馏分油(总量百分比) |
| 苯 | 0.88 | | |
| 甲苯 | 1.00 | | |
| 乙苯 | 1.73 | | |
| m+p二甲苯 | 4.00 | | |
| 苯乙烯 | 1.64 | | |
| o 二甲苯 | 5.81 | | |
| 3+4乙基甲苯 | 1.65 | 0.20 | |
| 1,3,5 三甲苯 | 4.88 | 0.23 | |
| 苯酚 | 1.35 | 0.17 | |
| 1,2,3 三乙苯 | 5.22 | 0.08 | |
| 印度丹 | 0.53 | 0.09 | |
| 茚 | 0.50 | 0.14 | |
| 萘 | 0.63 | 0.90 | 0.09 |
| 甲基萘 | 1.50 | 5.06 | 0.61 |
| 喹啉 | 0.07 | 0.26 | 0.40 |
| 苊 | 0.04 | 0.87 | 0.14 |
| 苊 | 0.03 | 1.32 | 0.15 |
| 二苯并呋喃 | 0.05 | 1.32 | 0.18 |
| 芴 | 0.06 | 1.00 | 0.11 |
| 菲 | | 1.73 | 1.68 |
| 蒽 | | 0.47 | 0.46 |
| 咔唑 | | 0.37 | 0.30 |
| 4H-环戊[def]菲 | | 0.46 | 1.35 |
| 荧蒽 | | 1.00 | 1.43 |
| 芘 | | 1.57 | 6.92 |
| 苯并[a]蒽 | | 0.20 | 1.47 |
| 屈 | | 0.05 | 2.35 |
| 苯并荧蒽 | | 0.17 | 0.26 |
| 苯并 (e) 芘 | | | 0.11 |
| 苯并 (a) 芘 | | | 0.04 |
| 沸点 | >80 - 340°C | 160 - 425°C | 218 - 495 °C |
热处理
[0067]本发明还包括用于加热来自煤焦油沥青生产的馏出物100、100'、100”或用于石油沥青生产的起始倾析油200、200'、200”的热处理系统300、300'。 热处理系统300、300'中的每一个都利用特定的温度和停留时间来富集经热处理的材料,以生产在没有热处理过程的情况下不会产生的额外的沥青,从而增加总沥青产量。 要特别注意的是,这些系统在设计上是可互换的,并且构成本文所述的任何系统中的可替代实施例。
[0068] 图 4A图描绘了热处理系统300的第一实施例。系统300的输入来自沥青生产系统,例*自煤焦油沥青生产100的重质馏出物141、倾析油203或轻质馏出物222、中等馏出物238( 或来自石油沥青生产200的第一和第二介质馏出物235、238)和重质馏出物241。无论类型如何,输入通过热处理输入流310进入热处理系统300。该输入材料可以处于以下温度范围内 265-300°C,以约 4-9 MT/h 的流速和约 3.3-7.5 bar(g) (47.86-108.78 psi(g)) 的压力移动; 更优选在273-293℃范围内的温度、约5.5-9MT/h的流速和约3.5-6.5巴(g)(50.76-94.27psi(g))的压力; 还更优选在约278-288℃的温度、约6.5-9MT/h的流速和约3.8-5.5巴(g)(55.11-79.77psi(g))的压力下; 并且最优选在约283℃的温度、约7MT/h的流速和约4.5bar(g)(65.27psi(g))的压力下。 需要特别指出的是,所公开的流速并非旨在作为工艺限制。 超出所述范围的增加流量仅需要根据规范重新计算其余变量。 热处理输入流310可以是直径约2英寸(50.8mm)的管道或其他导管。 泵311,例如但不限于压力泵,可在热处理输入流310中实施以移动输入材料通过其中并将其加压至约6.2-11.7bar(g)(89.92-169.69psi)的压力 (g)),更优选至约 7.2 - 9.7 bar(g) (104.42 - 140.69 psi(g)) 的压力,还更优选至约 7.5 - 8.7 bar(g) (108.78 - 126.18 psi(g)) 的压力 ), 并且最优选地达到约 8.8 bar(g) (127.63 psi(g)) 的压力。 热处理输入流310将输入材料传送至热交换器312,热交换器将输入材料的温度升高至约455-490°C,更优选约470-490°C,还更优选约475-490°C C,最优选至约 480°C。 从热交换器312,输入材料通过管线313(可以被加热)移动到优选在其中具有湍流的过程加热器314。 该过程加热器314可以是任何类型的热反应器,例如但不限于感应加热。 例如,在至少一个实施例中,过程加热器314可以包括由导热材料构造的均热线圈315以促进热传递,均热线圈315与管线313流体连通。应当理解,“热 “传导性”旨在表示传递热量或促进热量传递的材料,而不是指任何特定的加热机制或方式。 虽然不是必需的,但是在过程加热器314内强烈希望输入材料流的湍流。可以有至少一个源316,例如提供交流电(AC)、直流电(DC)或其他类型的功、功率 或能量到过程加热器314以加热热线圈315。要特别注意的是,热能的应用可以是任何已知类型,包括感应加热、火焰、诸如盐或金属的熔融材料、电线圈或 否则。 唯一的限制是按指定的量施加热量。 使输入材料达到约 475-510°C 的温度和约 4.2-11.7 bar(g) (60.92-169.69 psi(g)) 的压力,更优选约 490-510°C,约 5.2-9.7 bar(g) g) (75.42 - 140.69 psi(g)),更优选约 495-510°C,约 5.5 - 8.7 bar(g) (79.77 - 126.18 psi(g)),最优选约 500°C,约 6.8 bar(g) (98.63 psi(g)) 穿过线圈 315 和过程加热器 314。
[0069]加热的材料通过反应器输出管线 317 离开过程加热器 314 并移动到反应器 320。反应器输出管线 317 的直径可以小于先前的输入流 310,例如对于一个 高速或湍流传输。 反应器320可包括多个容器、管道或导管,加热的材料通过这些容器、管道或导管以在系统300中实现期望的保留或停留时间以进行热处理。 因此,反应器320可包括本领域技术人员已知的多种长度、形状、尺寸和布置以实现所需的保留时间。 不受理论的束缚,将加热的材料引入反应器320并作为连续流通过其中,该连续流通常在常规管道或储层流动特性的限制内以均匀或接近均匀的活塞流和速度移动。 然而,优选地,在细长容器中,长度与直径之比为约10:1。
[0070] 例如,至少在该第一实施例中,反应器输出管线 317 与第一容器 321 流体连通,将加热的材料输送到第一容器 321 中。因为加热的材料处于高温,所以反应器的内部体积 第一容器 321 在惰性气体 318 下,例如但不限于氮气或氩气,以防止氧气进入第一容器 321。第一容器 321 可以具有如上所述的各种形状和/或直径,并且至少 一个实施例可在长度上伸长约16m并且具有约14英寸(0.3m)的直径。 它也可以被隔热以保存被加热材料的热量以将温度保持在约500℃。 第一个容器 321 也处于大约 6-7 巴(87-101.5 psi(g))的压力下,这与温度共同作用以保持加热的材料处于液相,因此它容易移动通过系统 300。虽然真正的绝热 条件实际上是不可能的,旨在第一容器 321(以及任何其他实施例的相应部分,包括特别考虑的单一容器实施例)中的温度在第一容器的大部分横越过程中保持在接近恒定的水平 通过它的加热材料将被任意识别为“接近恒定的温度”。 出于该优选实施例的目的,正负30°C和更优选地正负10°C并且最优选地正负5°C的波动将被认为接近均匀。 此外,在实用范围内,旨在使加热的材料以近乎均匀的流动尽可能均匀地穿过容器。
[0071] 加热的材料从底部进入第一容器 321,并随着额外的加热材料被输送到第一容器 321 而继续上升。加热的材料基本上通过活塞流移动通过第一容器 321,使得加热材料的分子全部 以尽可能接近相同的速率移动通过第一容器 321。应当理解,虽然根据流体与容器内表面相互作用的力学不太可能实现全面的活塞流,但设计 容器和反应器320作为一个整体尽可能实现接近均匀的流动。 应避免第一容器321内的电流或流速变化。 这是为了保持加热材料的所有分子以尽可能均匀的速率移动通过反应器320,从而可以知道分子的停留时间。 停留时间越长,加热材料的分子经受给定反应温度的时间越长,并且可能导致焦炭形成的中间相形成的风险越高。 因此,湍流可用于产生近乎均匀的活塞流,但不会达到导致某些分子更快移动同时将其他分子卷入涡流或局部再循环的程度。 过度湍流引起的不一致被认为导致热处理工艺300中的不一致,因此不利于由此形成的附加沥青150、250的质量。
[0072]随着加热的材料上升通过第一容器321,包含轻链322的蒸气将在液体之前形成。 这些轻链322可以包括在沥青形成期间不能与其他分子结合或作为副产物断裂的小长度碳链分子。 这些轻链322可从第一容器321中取出并收集用于进一步处理,例如通过洗涤或其他收集任何不可冷凝的气体。 不受理论的束缚,据信该蒸气材料有助于流过容器的均匀性。 当加热材料水平上升到第一容器 321 中的预定出口点时,它可以流入与第一容器 321 和第二容器 324 流体连通的中间反应器管线 323。中间反应器管线 323 可以更小 或具有与第一或第二容器321、323相似的尺寸。在至少一个实施例中,中间反应器管线323的直径可为约3英寸(76.2mm),并且优选最大为第一容器直径的五分之一 容器 321。它将加热的材料从第一容器 321 转移到第二容器 324 以进一步保留。
[0073] 在至少一个实施例中,第二容器324可以是立管或具有大约6英寸(0.15m)的直径和大约5m的长度的其他类似的细长结构。 它的尺寸应该最小以阻止进一步的反应,并且应该绝缘以保存材料的热量以将温度维持在 500°C 左右。 加热的材料也通过第二容器 324 移动,如上所述,它们在此处可互换使用。反应器输出管线 325 与第二容器 324 流体连通,并将加热的材料从反应器 第二容器324连接到热交换器312。这可以是与上述相同的热交换器312,或者可以是不同的热交换器,但优选地是相同的。 反应器输出管线325可具有与反应器输出管线317相似的直径,例如用于高速传输的约1.25英寸(31.75mm)。 离开反应器 320 并返回热交换器 312 的加热材料在其通过反应器 320 的过程中可能已经损失了一些热量,现在具有约 465-510°C 的温度,更优选约 480-510°C,还更 优选约485-510℃,最优选约490℃。 此时,加热的材料在热交换器312中被冷却并且压力略微降低至约275-325℃的温度和约3.7-11.7巴(g)(53.66-169.69psi(g))的压力,更优选 约 280-315°C 和 5.2-9.7 bar(g) (75.42-140.69 psi(g)),更优选约 288-305°C 和 5.0-8.7 bar(g) (72.52-126.18 psi(g)) ,最优选约 300°C 和 6.5 bar(g) (94.27 psi(g))。 这种经过热处理的材料包括通过暴露于热处理而形成的附加沥青。 为了获得该额外的沥青,经热处理的材料通过在沥青生产系统100、100'、100"、200'、200'、200"中的不同位置相交的输出管线326从热交换器312带走 根据系统的实施例和类型,将热处理产品输送到蒸馏和去除油中,以提取额外的沥青。 具体而言,输出管线 326 可与煤焦油沥青生产系统 100 和 100" 的 C2-C3 输送管线 126 相交,如图所示
图 2A 和
2C 分别作为额外的 C3 原料; 进入煤焦油沥青生产系统100'的C1-C2输送线115,如图
图 2B , 成为额外的 C2 原料; 并直接进入石油沥青生产系统 200、200'、200" 中的第一塔 C1,如图所示
图 3A-3C, 脱水后蒸馏。 其他实施例可在沿沥青生产系统的不同点处引入热处理产品。 在煤焦油实施方案中,热处理材料与拔顶焦油 125、125" 或干焦油 114 的组合可进一步降低温度、流速和压力,使得 C3 原料或 C2 原料分别可为约 358-375° C 在约 98-130 m 3 /h 的流速和约 2.3-5.5 bar(g) (33.35-79.77 psi(g)) 的压力下,更优选在约 99-120 m 3 下约 362-373°C < /h 和约 2.5-4.9 bar(g) (36.26-71.07 psi(g)),更优选约 364-370°C,约 99-110 m 3< /h 和约 2.8-4.5 bar(g) (40.61 - 65.27 psi(g)),最优选约 367°C,约 99 m 3 /h 和约 3.5 bar(g) (50.76 psi(g))。要特别指出的是,在任何连续 [0060] 过程中,由热处理形成的沥青必须在将那些剩余的其他油重新引入热处理系统以进行额外处理和额外的沥青形成之前与包含在热处理材料中的其他油分离。不受理论的束缚, 通常不希望对沥青材料进行热处理,因为在进行额外热处理时形成中间相或焦炭的可能性很高,因此应在重新引入热处理之前通过蒸馏分离沥青。
[0074] 加热材料在热处理系统 300 中的停留时间,可互换地称为“停留时间”或“保留时间”,是热处理过程的持续时间,并且可定义为加热材料花费的时间 材料以形成来自热交换器312的回路,通过反应器320并返回到热交换器312用于冷却。 该电路定义了加热材料承受约 500°C 高温的时间,因此必须小心避免形成中间相。 停留时间可根据系统的精确温度和压力而变化,较高的温度或压力对应于较短的停留时间。 在至少一个实施例中,热处理系统300包括在约500℃的温度和约87-101.5psi(g)的压力下加热输入材料约3-7分钟,优选7分钟。
[0075] 来自沥青生产系统 100、100'、100" 的各种馏出物馏分已相当明确地定义和表征,如上所述。因此,煤焦油起始材料重质馏出物 141 的稠度意味着保留时间和反应温度可以 相对可预测,但各参数之间的具体关系有些复杂,以下是重质馏分油热处理工艺操作参数的一些示例范围:
表 6。
| 范围 | 范围最广 | 首选范围 | 最优选范围 | 目标 |
| 温度 [°C] | 475 - 510 | 490-510 | 495 - 510 | 500 |
| 压力 [psi(g)] | 46.2 在 490°C | 155 在 510°C | 490°C 时为 60.7 | 126 在 510°C | 65.1 在 495°C | 510°C 时为 111.5 | 83.9 |
| 保留时间 [分钟] | 475°C 时为 49.2 | 3.0 在 510°C | 23.6 在 490°C | 4.3 在 510°C | 16.3 在 495°C | 5.7 在 510°C | 7.4 在 500°C |
| 沥青产量 [%] | 45 | 15 | 40 | 20 | 35 | 25 | 30 |
[0076] 下表 7 显示了在不同流速下用于热处理煤焦油重馏分油的估计沥青收率的参数的额外计算,其依赖于上述相同的复杂关系。
表 7。
| 流速 [lp/h] | 温度 [°C] | 压力 [psi(g)] | 沥青产量估计 [%] | 保留时间 [分钟] |
| 1250 | 470 | >50 | 22.7 | 16.4 |
| 475 | >54 | 25.6 | 16.3 |
| 480 | >60 | 28.8 | 16.2 |
| 485 | >63 | 32.3 | 16.1 |
| 490 | >66 | 36.2 | 16.0 |
| 495 | >71 | 40.3 | 15.9 |
| 500 | >74 | 44.6 | 15.8 |
| 505 | >83 | 48.8 | 15.7 |
| 1000 | 470 | >50 | 26.3 | 20.5 |
| 475 | >55 | 29.6 | 20.4 |
| 480 | >60 | 33.2 | 20.3 |
| 485 | >63 | 37.1 | 20.1 |
| 490 | >66 | 41.3 | 20.0 |
| 495 | >71 | 45.5 | 19.8 |
| 500 | >74 | 49.9 | 19.7 |
| 505 | >83 | 54.7 | 19.6 |
| 750 | 470 | >50 | 31.5 | 27.4 |
| 475 | >55 | 35.4 | 27.2 |
| 480 | >60 | 39.5 | 27.0 |
| 485 | >63 | 43.9 | 26.9 |
| 490 | >66 | 48.5 | 26.7 |
| 495 | >71 | 53.2 | 26.5 |
| 500 | >74 | 58.1 | 26.3 |
[0077] 热处理系统300'的第二个实施例示于
图 4B 也可以与任何沥青生产系统结合使用。 在没有这种热处理的情况下,沥青的产量可能约为初始倾析油 203 的 15-25%。根据此处针对系统 300' 描述的工艺进行热处理,总产率可提高约 25-30% 约 40-50% 的总沥青产量。 如果将馏出物再循环并进一步热处理,则总沥青收率可增加至约 60-80%,这取决于起始材料和馏出物的质量水平。
[0078]在热处理系统300'的这个实施例中,反应器320'的部件可能与之前描述的那些略有不同,整个热处理系统300'的一些操作参数也可能如此。 作为初步测试设计的非限制性示例,输入材料在进入时可能处于约 49-104°C 的温度、约 7.2-13.1 MT/h 的流速和约 20-70 psi(g) 的压力 热处理系统300'。 压力泵311可以是在300psi(g)下以约2gpm运行的高压供给泵,但也可考虑其他速率和压力。 在进入热交换器312之前,压力泵311可以将输入材料的流速提高到大约20.3MT/h并且将压力提高到大约200-260psi(g)。
[0079] 热交换器 312 通过使较热的组分,例*自系统 300' 下游的加热产品通过热交换器 312,将输入材料的温度增加到约 413-430°C。从那里,材料被转移到 工艺加热器 314,根据输入材料的特性,它被进一步加热到大约 465-500°C 的温度。
[0080] 与之前的实施例一样,过程加热器314可以是感应加热或均热线圈并且可以由任何合适的源316供电,例如但不限于如图所示的以1MW功率运行的变压器。 从源 316 到过程加热器 314 和/或其中的线圈 315 可能有多个连接,这些连接可以有规律的间隔,例如线圈 315 的每三圈。然而,任何配置都可以考虑为 过程加热器314。过程加热器314可以在其中具有足够长度的盘管315,在通过反应器出口管线317离开过程加热器314之前,盘管315在其中保持输入材料并将其加热到期望的目标温度。
[0081] 反应器出口管线317与反应器320'的第一容器321'流体连通。 该第一容器321'可以是如前所述的活塞流反应器。 加热材料从底部进入第一容器321'并以接近均匀的速率上升,避免湍流并保持所有加热材料分子的相同流速。 第一容器 321' 可处于约 100-200 psi(g) 的压力下,优选在 100-175 psi(g) 的范围内,并且进一步处于惰性气体 318 下,例如氮气或氩气,以限制 鉴于高温,第一容器 321' 中存在氧气。 当加热的材料进入第一容器321'时,其可优选地处于约482.2-496℃。 当它沿着第一容器 321' 的长度向上移动时,它可能会失去一些热量,例如大约 20-30°C。
[0082] 在实施例中,第一容器321'可包括沿其一部分限定的脱离区328,优选靠近容器321'的顶部。 脱离区328具有比第一容器321'的其余部分更大的直径,并因此具有更大的内部体积。 在实施例中,该额外空间可允许在沥青生产过程中未能形成沥青150、250的包括小烃分子的蒸气与液体分离并作为LC1 322'被去除。 这种提取还可以限制起泡,这是不希望的,因为会产生湍流。 这些LC1 322'上升到第一容器321'的顶部。 LC1 322'可以在约437.8-443.3°C的温度下并且在优选地高于脱离区328的点处从第一容器321'移除。移除的LC1 322'可以被输送到冷凝器,在那里它们被冷凝和/ 或在污染控制装置中进行热破坏。
[0083]LC2 333可以在脱离区328中形成为泡沫和/或蒸汽。 LC2 333包含不可冷凝的气体并且可以从第一容器321'的脱离区328移除并且转移到第二容器324'。 在一个优选的实施方案中,额外的轻链LC2 333在其中的中点处进入第二容器324'。 当第一容器321'中的加热材料的水平上升到一定水平时,来自第一容器321'的液体加热材料也通过中间反应器管线323'转移到第二容器324'。 来自第一容器321'的加热材料与第二容器324'中的LC2 333结合以用于通过第二容器324'的额外活塞流。 第二容器324'也在惰性气体318下,其可以与第一容器321'的气体相同或不同。 被加热的材料在第二容器324'中的温度和压力与在第一容器321'中的温度和压力基本相同,尽管当被加热的材料行进通过反应器320'时可能会有一些损失。
[0084] 收集在第二容器324'顶部的蒸气可以作为轻链LC3 340被去除,其随后可以与LC1 322'结合并冷凝回液体。 这些合并的 LC1 322' 和 LC3 340 可能含有石脑油,石脑油可以在石脑油精炼厂进行纯化和分离以供销售或进一步使用。 LC1 322'和LC3 340的其余部分可以如上所述被热破坏。 第二容器324'的底部包含热处理材料,然后通过反应器输出管线325将其送回热交换器312用于冷却。 一旦冷却,经热处理的材料返回到沥青生产系统100、100'、100"、200'、200'、200",这取决于系统的实施例和类型,具有如上所标识的类似交叉点。 或者,经热处理的材料可从反应器320'返回塔C1或可如通过常规方式降低温度。
[0085] 使用系统300'的第二实施例的热处理工艺的停留时间至少根据所使用的温度而变化。 例如,在大约 482.2-500°C 的温度下加热的煤焦油材料可以通过热处理过程 200',保留时间大约为 10-20 分钟,而大约 537.8°C 的温度可能仅维持保留时间 大约 5 分钟。 在较低的反应温度下,保留时间可达 60 分钟。 这些只是一些非限制性示例。
[0086] 已显示使输入材料经受本发明的热处理系统300'一次通过将沥青产量增加2.5倍,与没有热处理的约15%的沥青产量相比产生约40%的总沥青产量。 额外的沥青150、250可通过使输入材料再循环通过热处理系统300'至少一次,如果不是多次的话,进一步产生,尽管存在随着沥青负载增加而发生中间相累积的风险。 因此,在一些实施例中,使热处理后的产品通过蒸馏以除去所得沥青150、250可能是有益的或什至是必要的,因此它不会再循环回到热处理系统300'。 这将限制或防止在沥青 150、250 中产生中间相。
[0087] 与煤焦油 102 起始材料相反,倾析油 203 在其批次之间的组成和浓度方面具有更高程度的可变性。 这导致温度、保留时间和压力之间的关系更加复杂。 然而,> 47% 焦化值和 < 0.7% 中间相的所需沥青参数控制着可接受的沥青收率增加的外部极限,因为增加太高或太低会产生焦化值不足或中间相过多的沥青。 由于这些限制,热处理澄清油的保留时间和温度之间的关系可以用以下等式描述:
其中 25 是相对于未经热处理可获得的产率增加百分比(由至少 47% 焦化值和不超过 0.7% 中间相的所需沥青参数确定);
T r 是以摄氏度为单位的反应温度;
温度 是 653 和
时间是以分钟为单位的保留时间。 第一个 0.1 表示温度每升高华氏度的产量增加百分比,第二个 0.1 表示每增加一分钟产量增加的百分比。 根据特定系统的限制,上述等式可以用保留时间表示
时间 或反应温度
T r , 分别为:
在本文讨论的优选实施例中,
T r 反应温度可以在 454 - 483°C 的范围内,并且
时间 热处理倾析油 203 时,保留时间在 3-25 分钟范围内。有趣的是,25% 的产率增加,对应于上面等式中的“25”和“250”,同样适用于倾析油 203 起始材料 -5 至 0 API 比重。 产量增加高于或低于此往往会产生不可接受的中间相水平或焦化值不足。 正如石油行业普遍理解的那样,API 比重与比重 (SP) 的关系如下:
因此,尽管石油沥青生产 200 中的澄清油 203 的比重可能会改变系统 200 的操作参数,但上述等式同样适用于各种比重的澄清油 203 起始材料。
[0088] 上面给出的用于预测反应温度和反应时间的上述公式提供了使用本文公开的热处理系统300’的石油馏出物的热处理过程的操作参数的以下示例性范围用于平均反应器梯度,如表8所示:
表 8。
| 反应温度(分钟) | 温度 (°C) | 沥青收率 (wt%) | 焦化值 (wt%) | 总中间相 |
| 1 | 496 | 54 | 47.3 | 0.9 |
| 2.5 | 482 | 47.5 | 49.4 | 0.6 |
| 5 | 482 | 53.7 | 49.2 | 0.4 |
| 10 | 482 | 54.3 | 50.5 | 0.5 |
| 10 | 468 | 43 | 47.3 | 0.1 |
| 10 | 477 | 53.7 | 48.0 | 0.2 |
| 20 | 459 | 44.7 | 47.7 | 0.6 |
| 20 | 460 | 43.8 | 49.4 | 0.3 |
| 20 | 463 | 46.4 | 47.8 | 0.6 |
| 20 | 459 | 47.5 | 50.1 | 0.5 |
| 20 | 468 | 40.0 | 47.6 | 0.0 |
| 20 | 471 | 40.0 | 50.0 | 0.7 |
[0089] 本发明优选实施方案的这些和其他特征可通过以下非限制性实施例进一步说明。
例子
[0090] 以下实施例提供了在确定和/或测试本文所述的沥青生产系统和/或热处理系统的某些参数时得出的实验数据。 适当时提供对特定实施例的参考。
示例 1。 确定重馏分去除率
[0091] 进行某些实验以确定重质馏出物 141 可以从上述煤焦油沥青生产系统 100 的第一实施方案的第三塔 C3 移除而不损害沥青生产系统 100 的整体性能的最大流速。重质馏出物 141 热处理对于 B(a)P 的分离以及在所得沥青 150 中保持较高的软化点(例如约 130°C Mettler)很重要。
[0092] 给定将沥青产量增加 5% 的目标,热处理系统 300 所需的流量计算如下。 假设年焦油吞吐量约为 300,000 公吨/年,该数字的 5% 约为 15,000 公吨/年,这将需要额外的沥青。 这个 15,000 公吨/年的速度除以 30% 的估计产量约为 50,000 公吨/年,除以 300 天/年的运行提供 166 公吨/天或 7 公吨/小时的热处理系统流量 300 至 实现额外的 5% 沥青产量。
[0093] 煤焦油沥青生产系统100通常可以以约31.5MT/h的速率操作用于沥青生产。 使重馏分油 141 以约 7 MT/h 的速率运行通过热处理过程 300 将需要与沥青生产速率相当的下降。 因此进行测试以确定是否可以在不妨碍现有沥青生产过程的情况下充分降低沥青生产率以实现增加的沥青产量。
[0094]为了对此进行测试,试验通过以不同的量部分地关闭从第三塔C3到其馏出物管线142的阀门来模拟重质馏出物141的热处理抽取。 这限制了流速,就像抽油一样。 测试了四个不同的阀门位置,具有各种不同的关闭百分比,从 55% 关闭(正常操作)开始,然后是 35% 关闭、30% 和 25% 关闭。 对于每个阀门位置,测量流速以监测重质馏分油 141 的模拟抽取量。还测量热负荷以监测系统的效果,并测量所得沥青的软化点(梅特勒)作为质量 沥青生产过程的控制。 其他项目也作为对照进行测量。 为了更好地了解分离的影响,还测量了 B(a)P 和蒸馏间隔。 这些试验的结果总结在下表 9 中。
表 9。
| 流量计阀门关闭 [%] | 55 | 35 | 30 | 25 |
| 重质馏分油流量 [MT/H] | 31.5 | 22.4 | 18.8 | 10.8 |
| 重馏分油产率 | 6.5 | 6.5 | 6.3 | 6.5 |
| E3 热负荷 [MW] | 1.32 | 1.20 | 1.09 | 0.70 |
| 重馏分区域冷却 [MW] | 1.04 | 0.85 | 0.72 | 0.27 |
| 重质馏出物塔盘温度 [°C] | 279.4 | 288.2 | 293.7 | 301.4 |
| 闪蒸压力 [mbara] | 112.5 | 116.7 | 114.4 | 112.6 |
| 第 2 < 介质馏出物塔盘温度 [°C] | 207.3 | 211.7 | 214.8 | 220.8 |
| 2 nd< 介质馏出物阀(控制) | 100(冷) | 100(冷) | 100(冷) | 100(冷) |
| 顶部压力 [mbar(a)] | 73.5 | 74.2 | 75.9 | 78.0 |
| 1 st< 中馏分产率 [-] | 6.9 | 7.2 | 8.4 | 10.0 |
| 重质馏出物塔盘液位 [%] | 80.52 | 77.74 | 78.48 | 70.42 |
| 美东时间。 梅特勒 [°C] | 128.0 | 130.3 | 127.8 | 127.7 |
| B(a)P [ppm] | - | - | 3.69 | 3.95 |
| 区 间隔 [0-300°C] | - | - | 1 | 1 |
| 区 间隔 [0-355°C] | - | - | 76 | 68 |
[0095] 结果表明,可以降低重馏分油 141 热处理流速,同时保持沥青生产系统 100 的正常运行。这通过流速降低对热负荷的影响得到证实。 55% 的工艺条件显示出一些正常变化,即使它是标准操作条件。 这可以从不同于其正常温度 210°C 的第二介质馏出物塔板温度看出。
[0096] 即使保持正常运行,也应注意第二个介质馏分冷却回路已达到极限。 这让第二个介质馏出物托盘温度随着实验的进行而增加,这导致了第一个介质馏出物产率的增加。 使第二介质馏出物冷却达到最大值是有问题的,特别是当额外的冷却任务随着重质馏出物流速的降低而被移除时。
[0097] 一般来说,温度控制和实验室结果都表明色谱柱冷却不充分。 当额外的流量从控制回路中移除时,这种影响会增加。 因此,可能需要额外的冷却来克服冷却负荷的损失或减少能量输入。
[0098] 总之,这些结果表明,对于使用 7MT/h 流量的热处理工艺是可能的,但对于低 PAH 杂酚油生产可能需要额外的冷却。
示例 2。 确定反应器温度
[0099] 为了进一步设计热处理系统300的全面应用,评估了一些基本情况,特别是过程加热器314的温度。 此处,评估了 420、445、471、497 和 522°C 的温度。 该评估的下限是基于显示有限反应性的初步高压灭菌结果。 上限基于重质馏分油的自燃温度,测得为 542°C。 出于安全原因,最终反应器温度限制在 522°C。
[0100] 先前的实验表明,重质馏分油可以承受 550°C 的温度 5.2 分钟,而不会形成中间相或焦炭。 此外,先前关于长保留时间的实验提供了以下数据,如表 10 所示。
表 10。
| 温度 (°C) | 保留时间(小时) | 收率 % (软化点 115°C) |
| 395 | 4 | 15.7 |
| 401 | 2 | 10.6 |
| 420 | 5 | 26.7 |
[0101] 基于这些先前的数据,确定了基于动力学的模拟,并结合使用 7 MT/h 的重馏分油流速和所需的 30% 总体沥青收率,如实施例 1 所确定的。这些动力学计算提供了以下数据,如表 11 所示 .
表 11。
| 出口反应器温度 | 420 | 445 | 471 | 497 | 522 |
| 反应器容积 [m 3< ] | 17.9 | 8.2 | 3.71 | 1.74 | 0.82 |
| 保留时间 [分钟] | 142.7 | 64.3 | 28.6 | 13.1 | 6.1 |
| 所需输入能量 [kW] | 360 | 374 | 376 | 391 | 383 |
[0102] 实验室中使用的最长保留时间为 5.2 分钟。 从表11可以看出,大部分计算结果都远远超过了这个时间。 因此,这些动力学计算可能会高估反应速率。
示例 3。 测试各种温度和保留时间 - 煤焦油
[0103]进行试运行以评估热处理重质馏分油以将其转化为沥青的可行性。 这些初始实验是在 365 至 510°C 的不同温度和 4.5 分钟至 2 小时的保留时间范围内进行的。 从这些结果导出反应常数。 进行了另外两个绝热实验以测量反应是否吸热,彻底隔离反应器以确保测量的反应器温度不是由于烘箱的温度,而是内部的重质馏出物。 使用活塞流反应器进行实验。
[0104] 实验都以相同的一般方式进行。 将重质馏出物置于进料罐中并通过旋转泵泵送通过反应器。 反应器安置在带有预热器的烘箱中,还使用了不同尺寸的反应器,尺寸范围为 299-330 mL。 将重馏分泵送通过反应器以获得在给定温度下的预定保留时间。 在烘箱之后,重质馏出物在进入废液罐或样品罐之前通过冷却盘管降低温度。 一旦反应器的温度稳定,就进行样品收集。 大多数实验收集了 1000 克样品。
[0105] 将伴热添加到所有管道以确保重质馏出物在整个实验过程中呈液态。 进料罐保持在 100°C,冷却盘管保持在 180°C,样品和废液罐保持在 150°C。 温度传感器放置在预热器和反应器的多个位置,以跟踪重馏分油的温度分布。 在实验期间使用氮气吹扫流以具有惰性气氛。 实验在升高的压力下进行以克服重质馏出物的蒸气压。 实验通常在 100 psi(g) 左右进行。
[0106] 需要对所得热处理油进行蒸馏,以确定该样品的沥青产量。 为蒸馏设置真空蒸馏。 每次蒸馏都是在圆底烧瓶中用大约 400 克样品进行的。 使用的蒸馏柱是 1 m 长的 Vigreux 柱。 所有样品都在完全真空下蒸馏。 蒸馏开始时底部温度设置为 250°C,然后逐渐升高,直到蒸馏出足够的油以产生预期的收率。 如果沥青不在 105-130°C 的正确熔点范围内,则从头开始重新进行另一次蒸馏。 在第二次蒸馏过程中,底部温度升高或降低,以确保蒸馏出更多或更少的馏出物,从而分别产生熔点更高或更低的沥青。
[0107] 对热处理油、沥青和馏出物进行了多项分析。 用傅里叶变换红外光谱(FTIR)测量热处理油以计算芳香度。 沥青的熔点经过测量,应该在 105-130°C 之间才能被接受。 测量沥青的 QI,希望其尽可能低。 还对沥青进行了 B(a)P 分析。 对馏出物进行气相色谱(GC)以计算重质馏出物中化合物的转化率并计算反应常数。 还使用气相色谱质谱 (GCMS) 测量了一些油,以与 GC 结果进行比较。
[0108] 各种测试的数据总结在下表12中。
表 12。
| 实验 | F18024 | F18025 | F18027 | F18028 | F18029 | F18031 | F18032 | F18033 | F18034 |
| 沥青产量 % | 13.83 | 16.55 | 38.31 | 37.23 | 23.94 | 17.79 | 30.45 | 45.24 | 55.01 |
| 梅特勒 [°C] | 103.35 | 126.35 | 125.8 | 119.7 | 128.85 | 116.9 | 119.25 | 121.85 | 118.8 |
| 质量百分比 | 0.1 | 0.08 | 0.11 | 0.00 | 0.513 | 0.22 | 0.84 | 0.2 | 0.31 |
| 修正后的沥青产量 | 11.34 | 18.97 | 40.62 | 38.23 | 26.90 | 18.20 | 31.36 | 46.70 | 55.82 |
| 反应器容积 [ml] | 205.89 | 205.89 | 205.89 | 139.52 | 139.52 | 139.52 | 205.89 | 205.89 | 205.89 |
| 平均温度 [°C] | 479.2 | 501.5 | 539.8 | 538.0 | 521.8 | 499.7 | 519.8 | 551.2 | 562.7 |
| 保留时间 [分钟] | 4.7 | 4.5 | 4.4 | 2.9 | 3.0 | 3.1 | 4.5 | 4.2 | 4.1 |
| 实验 | | F19008 | | F19012 | | F19015 | | F19016 | |
| 沥青产量 % | | 27.6 | | 24.54 | | 19.13 | | 30.42 | |
| 梅特勒 [°C] | | 111.35 | | 129.85 | | 119.9 | | 118.7 | |
| 质量百分比 | | | | 0.19 | | 0 | | | |
| 修正后的沥青产量 | | 26.82 | | 27.71 | | 20.18 | | 31.21 | |
| 反应器容积 [ml] | | 67 | | 327.0 | | 326.7 | | 326.7 | |
| 平均温度 [°C] | | 528 | | 465.2 | | 488.8 | | 514.4 | |
| 保留时间 [分钟] | | 1.78 | | 37.8 | | 8.6 | | 8.2 | |
[0109] 这些数据表明,随着测试温度和保留时间的增加,沥青收率百分比有所增加,表明重质馏分油的热处理可以提高沥青收率。
[0110] 测试反应是否吸热的绝热实验的结果示于下表13中。
表 13。
| 实验 | F19020 | F19021 |
| 反应器入口 [°C] | 482 | 499.8 |
| 反应器中间 [°C] | 483 | 499.8 |
| 反应器出口 [°C] | 483.75 | 500.8 |
示例 4。 测试各种温度和保留时间 - 石油
[0111]在不同的温度和保留时间下进行了各种实验室规模的测试,用于热处理石油衍生的倾析油。 在恒定 200 psi(g) 的高压釜中对未加工的倾析油进行热浸。 当倾析油被加热到所需温度时,经历了轻微的滞后时间。 一旦在指定的时间内达到所需的温度,热处理的产品就会迅速冷却以淬火热浸并限制中间相的形成。 在热处理过程中形成的沥青通过蒸馏分离以除去任何未反应的倾析油,所得沥青的特征在于焦化值和中间相。 这些实验的结果总结在下表14中。
表 14。
| 温度时间(分钟) | 滞后时间(分钟) | 处理时间分钟) | 温度 (°C) | 沥青收率 (wt%) | 焦化值 (wt%) | 总中间相 |
| 0 | 1 | 1 | 496 | 54 | 47.3 | 0.9 |
| 2.5 | 2 | 4.5 | 482 | 47.5 | 49.4 | 0.6 |
| 5 | 2 | 7 | 482 | 53.7 | 49.2 | 0.4 |
| 10 | 2 | 12 | 482 | 54.3 | 50.5 | 0.5 |
| 10 | 2 | 12 | 468 | 43 | 47.3 | 0.1 |
| 10 | 2 | 12 | 477 | 53.7 | 48.0 | 0.2 |
| 20 | 5 | 25 | 459 | 44.7 | 47.7 | 0.6 |
| 20 | 5 | 25 | 460 | 43.8 | 49.4 | 0.3 |
| 20 | 2 | 22 | 463 | 46.4 | 47.8 | 0.6 |
| 20 | 5 | 25 | 459 | 47.5 | 50.1 | 0.5 |
[0112] 上述每个实验都产生了可接受的沥青,其特征在于 > 47% 的焦化值和 < 0.7% 的中间相。
[0113] 由于可以对所描述的优选实施例进行许多细节上的修改、变化和改变,因此旨在将前述描述中和附图中所示的所有内容解释为说明性的而不是限制性的。 因此,本发明的范围应由所附权利要求及其法律等同物确定。 既然已经描述了本发明,
[0114] 可以参考以下编号的条款描述本发明的实施例,在从属条款中列出优选特征:
1. 一种从预选起始原料中提取沥青的方法,该方法包括以下步骤: 从以下组中选择起始原料: (i) 石油基澄清油和 (ii) 煤焦油基重馏分油; 将处于可流动的液相中的所述起始材料引入至少部分由促进热传递的导热材料构成的导管中; 以受控方式向包含所述起始材料的所述导管的所述导热部分施加热量,以在46-300psi(g)的压力下将所述起始材料的温度升高至459-535℃; 保持所述起始材料在接近恒定的温度下接近均匀地流过所述导管的至少一部分所述导热部分一段足以将所述起始材料的一部分转化为沥青的时间段,同时将中间相形成限制为无 合并流中超过 0.7%; 将所述组合流的温度降低至275-385℃; 从所述组合流中分离所述沥青并获得沥青收率:(i)相对于所述石油基澄清油至少25%和(ii)相对于所述煤焦油基重质馏分油至少15% . 2.条款1的方法,其中所述起始材料是煤焦油基重馏分油,其在46-155psi(g)范围内的压力下升温至475-510℃范围内的温度。 3.条款2的方法,其中在所述近乎恒定的温度下的所述近乎均匀的流动发生3.0-49.2分钟范围内的一段时间。 4.条款2的方法,其中所述沥青收率在15-45%的范围内。 5. 条款 2 的方法,其中所述温度为约 475°C,所述压力为约 46.2 psi(g),所述近乎均匀的流动在所述近乎恒定的温度下发生约 49.2 分钟的时间段以产生 大约 45% 的间距。 6. 条款 2 的方法,其中所述温度为约 510°C,所述压力为约 155 psi(g),所述近乎均匀的流动在所述近乎恒定的温度下发生约 3 分钟的时间段以产生 大约 15% 的间距。 7.条款1的方法,其中所述起始材料是煤焦油基重质馏分油,其在60.7-126psi(g)范围内的压力下升温至490-510℃范围内的温度。 8.条款7的方法,其中在所述近乎恒定的温度下的所述近乎均匀的流动发生4.3-23.6分钟范围内的一段时间。 9.条款7的方法,其中所述沥青收率在20-40%之间。 10. 条款 7 的方法,其中所述温度为约 490°C,所述压力为约 60.7 psi(g),所述近乎均匀的流动在所述近乎恒定的温度下发生约 23.6 分钟的时间段以产生 大约 40% 的间距。 11. 条款 7 的方法,其中所述温度为约 510°C,所述压力为约 126 psi(g),所述近乎均匀的流动在所述近乎恒定的温度下发生约 4.3 分钟的时间段以产生 约 20% 间距。 12. 条款 1 的方法,其中所述起始材料是煤焦油基重馏分油,其在 65.1 - 111.5 psi(g) 范围内的压力下升温至 495 - 510°C 范围内的温度。 13.条款12的方法,其中在所述近乎恒定的温度下的所述近乎均匀的流动发生5.7-16.3分钟范围内的一段时间。 14.条款12的方法,其中所述沥青收率在25-35%的范围内。 15. 条款 12 的方法,其中所述温度为约 495°C,所述压力为约 65.1 psi(g),所述近乎均匀的流动在所述近乎恒定的温度下发生约 16.3 分钟的时间段以产生 大约 35% 的间距。 16. 条款 12 的方法,其中所述温度为约 510°C,所述压力为约 111.5 psi(g),所述近乎均匀的流动在所述近乎恒定的温度下发生约 5.7 分钟的时间段以产生 约 25% 间距。 17. 条款 1 的方法,其中所述起始材料是煤焦油基重馏分油,其在约 83.9 psi(g) 的压力下升温至约 500°C 的温度。 18.条款17的方法,其中所述近乎均匀的流动在所述近乎恒定的温度下发生约7.4分钟的时间段以产生约30%的沥青。 19.条款1的方法,其中所述起始材料是API比重在-5至0范围内的石油基澄清油,所述起始材料具有在接近恒定温度下施加的80-300psi(g)的压力 按照以下公式持续一段时间: .
其中
T r 是以摄氏度为单位的反应温度;
温度 是 653 和
时间是以分钟为单位的保留时间,使沥青产率增加至少 25%,所述沥青具有至少 47 重量%的焦化值。 20. 条款 1 的方法,其中所述起始材料是石油基澄清油,其在 80-300 psi(g) 范围内的压力下升高至 459-496°C 范围内的温度。 21.条款20的方法,其中在所述近乎恒定的温度下的所述近乎均匀的流动发生1-25分钟范围内的一段时间。 22.条款20的方法,其中所述沥青收率在40-54.3%的范围内,焦化值在47.3和50.5wt.%之间。 23. 条款 20 的方法,其中所述温度为约 496°C,所述近乎均匀的流动在所述近乎恒定的温度下发生约 1 分钟的时间段以产生约 54% 的沥青,其焦化值为约 47.3 重量。 % 24. 条款 20 的方法,其中所述温度在 468-482°C 的范围内,所述近乎均匀的流动在所述近乎恒定的温度下发生约 10 分钟的时间段以产生在 约 43 - 54.3% 的沥青具有在 47.3 - 50.5 重量范围内的焦化值。 % 25. 条款 20 的方法,其中所述温度在 459-471°C 的范围内,所述近乎均匀的流动在所述近乎恒定的温度下发生约 20 分钟的时间段以产生在 约 40 - 47.5% 的沥青具有在 47.7 - 50.1 重量范围内的焦化值。 26. 条款1的方法,其中所述导管还包括导热部分和反应器部分,所述起始材料以湍流方式流过所述导热部分,所述起始材料以接近均匀的方式在其中流动。 27.条款26的方法,其中所述起始材料的所述温度在所述导热部分中升高并在所述反应器部分中保持在接近均匀的水平。 28.条款1的方法,还包括在引入所述导管之前加热所述起始材料的附加步骤。 29.条款28的方法,其中所述升温步骤和所述温度降低步骤在共用热交换器中同时实现。 30. 一种中间相含量低于 0.7% 的沥青产品,其衍生自选自以下的起始材料:(i) 石油基澄清油和 (ii) 煤焦油基重馏分油,其方法包括 步骤:将处于可流动液相的所述起始材料引入至少部分由促进热传递的传导材料构成的导管中; 以受控方式向包含所述起始材料的所述导管的所述导热部分施加热量,以在46-300psi(g)的压力下将所述起始材料的温度升高至459-535℃; 保持所述起始材料在接近恒定的温度下接近均匀地流过所述导管的至少一部分所述导热部分一段足以将所述起始材料的一部分转化为沥青的时间; 将所述组合流的温度降低至275-385℃; 将所述沥青部分与所述组合流分离。 31. 条款 30 的方法,其中所述起始材料是煤焦油基重馏分油,其在 46-155 psi(g) 范围内的压力下升温至 475-510°C 范围内的温度。 32.条款31的方法,其中在所述近乎恒定的温度下的所述近乎均匀的流动发生3.0-49.2分钟范围内的一段时间。 33. 条款 31 的方法,其中所述沥青收率在 15-45% 的范围内。 34. 条款 31 的方法,其中所述温度为约 475°C,所述压力为约 46.2 psi(g),所述近乎均匀的流动在所述近乎恒定的温度下发生约 49.2 分钟的时间段以产生 大约 45% 的间距。 35. 条款 31 的方法,其中所述温度为约 510°C,所述压力为约 155 psi(g),所述近乎均匀的流动在所述近乎恒定的温度下发生约 3 分钟的时间段以产生 大约 15% 的间距。 36. 条款 30 的方法,其中所述起始材料是煤焦油基重馏分油,其在 60.7-126 psi(g) 范围内的压力下升温至 490-510°C 范围内的温度。 37.条款36的方法,其中在所述近乎恒定的温度下的所述近乎均匀的流动发生4.3-23.6分钟范围内的一段时间。 38.条款36的方法,其中所述沥青收率在20-40%之间。 39. 条款 36 的方法,其中所述温度为约 490°C,所述压力为约 60.7 psi(g),所述近乎均匀的流动在所述近乎恒定的温度下发生约 23.6 分钟的时间段以产生 大约 40% 的间距。 40. 条款 36 的方法,其中所述温度为约 510°C,所述压力为约 126 psi(g),所述近乎均匀的流动在所述近乎恒定的温度下发生约 4.3 分钟的时间段以产生 约 20% 间距。 41. 条款 30 的方法,其中所述起始材料是煤焦油基重馏分油,其在 65.1 - 111.5 psi(g) 范围内的压力下升温至 495 - 510°C 范围内的温度。 42.条款41的方法,其中在所述近乎恒定的温度下的所述近乎均匀的流动发生5.7-16.3分钟范围内的一段时间。 43. 条款 41 的方法,其中所述沥青收率在 25-35% 的范围内。 44. 条款 41 的方法,其中所述温度为约 495°C,所述压力为约 65.1 psi(g),所述近乎均匀的流动在所述近乎恒定的温度下发生约 16.3 分钟的时间段以产生 大约 35% 的间距。 45. 条款 41 的方法,其中所述温度为约 510°C,所述压力为约 111.5 psi(g),所述近乎均匀的流动在所述近乎恒定的温度下发生约 5.7 分钟的时间段以产生 约 25% 间距。 46. 条款 30 的方法,其中所述起始材料是煤焦油基重馏分油,其在约 83.9 psi(g) 的压力下升温至约 500°C 的温度。 47.条款46的方法,其中所述近乎均匀的流动在所述近乎恒定的温度下发生约7.4分钟的时间段以产生约30%的沥青。 48. 条款 30 的方法,其中所述起始材料是 API 比重在 -5 至 0 范围内的石油基澄清油,所述起始材料具有以接近- 按照以下公式恒温一段时间: 。
其中
T r 是以摄氏度为单位的反应温度;
温度 是 653 和
时间是以分钟为单位的保留时间,使沥青产率增加至少 25%,所述沥青具有至少 47 重量%的焦化值。 49. 条款 30 的方法,其中所述起始材料是石油基倾析油,其在 80-300 psi(g) 范围内的压力下升温至 459-496°C 范围内的温度。 50.条款49的方法,其中在所述近乎恒定的温度下的所述近乎均匀的流动发生1-25分钟范围内的一段时间。 51.条款49的方法,其中所述沥青收率在40-54.3%的范围内,焦化值在47.3和50.5wt.%之间。 52. 条款 49 的方法,其中所述温度为约 496°C,所述近乎均匀的流动在所述近乎恒定的温度下发生约 1 分钟的时间段以产生约 54% 的沥青,其焦化值为约 47.3 重量。 %。 53. 条款 49 的方法,其中所述温度在 468-482°C 的范围内,所述近乎均匀的流动在所述近乎恒定的温度下发生约 10 分钟的时间段以产生约 43 - 54.3% 的沥青,其焦化值在 47.3 - 50.5 重量的范围内。 %。 54. 条款 49 的方法,其中所述温度在 459-471°C 的范围内,所述近乎均匀的流动在所述近乎恒定的温度下发生约 20 分钟的时间段以产生约 40 - 47.5% 的沥青,焦化值在 47.7 - 50.1 重量范围内。 %。 55.条款30的方法,其中所述导管还包括导热部分和反应器部分,所述起始材料以湍流方式流过所述导热部分,所述起始材料以接近均匀的方式在其中流动。 56.条款55的方法,其中所述起始材料的所述温度在所述导热部分中升高并且在所述反应器部分中保持在接近均匀的水平。 57.条款30的方法,还包括在引入所述导管之前加热所述起始材料的附加步骤。 58.条款57的方法,其中所述升温步骤和所述温度降低步骤在共用热交换器中同时实现。 59.根据条款1所述的方法,其中通过蒸馏实现所述沥青部分与所述合并流的所述分离。 60.一种从预选起始材料中衍生沥青的连续方法,该方法包括在分离作为所述起始材料的所述沥青部分之后再循环条款1的所述组合流的步骤。 61. 一种用于从选自下组的起始材料衍生沥青的热处理系统:(i)基于石油的澄清油和(ii)基于煤焦油的重馏分油,该热处理系统包括:管道 具有至少一个部件部分,所述至少一个部件部分至少部分地由促进热传递的传导材料构成; 所述导管具有第一端、第二端和它们之间的中间部分,所述中间部分可以选择性地包括至少一部分所述导管的所述导热材料部分; 所述导管的所述导热部分具有459-535℃的最高温度和46-300psi(g)的最高压力; 并且所述导管的所述中间部分的尺寸和形状被设计成在足以将所述起始材料的至少一部分转化为沥青的一段时间内在接近恒定的温度下保持所述起始材料的连续且接近均匀的流动 同时将合并流中的中间相形成限制在不超过 0.7% 以获得沥青产率:(i) 相对于所述石油基倾析油至少 25% 和 (ii) 相对于所述煤至少 15% 焦油基重质馏分油。 62.根据条款61所述的热处理系统,其中所述导管的所述中间部分还包括反应器部分。 63.如条款61所述的热处理系统,其中所述导热部分还包括加热部分。 64.根据条款63所述的热处理系统,其中所述加热部分被感应加热。 65.根据条款63所述的热处理系统,其中所述加热部分是细长盘管。 66.根据条款63所述的热处理系统,其中所述加热部分的尺寸被设计成引起所述起始材料从中通过的湍流。 67.63. 条款62的热处理系统,其中所述反应器部分还包括至少一个保持容器,用于将所述起始材料保持在接近恒定的温度。 68.根据条款62所述的热处理系统,其中所述反应器部分还包括至少一个保留容器,用于维持所述起始材料通过其中的近乎均匀的流动。 69.如条款62所述的热处理系统,其中所述反应器部分还包括多个容器。 70.如条款62所述的热处理系统,其中所述反应器部分还包括至少一个细长的圆柱形容器。 71.如条款62所述的热处理系统,其中所述反应器部分还包括惰性气氛。 72.如条款62所述的热处理系统,还包括用于收集不凝性气体的空间。 73.根据条款61所述的热处理系统,还包括用于在引入所述导管之前将来自所述组合流的热能交换到所述起始材料的热交换器。 74.根据条款69所述的热处理系统,其中所述多个容器还包括第一容器和第二容器,并且所述第一容器的容量比所述第二容器的容量大。 75.如条款74所述的热处理系统,其中所述第二容器是最小尺寸的。 76.如条款68所述的热处理系统,其中所述容器是细长的并且具有10:1或更大的长度直径比。 77.根据条款61所述的热处理系统,其中所述近乎恒定的温度在正负30℃的范围内。 78.根据条款76所述的热处理系统,其中所述近乎恒定的温度在正负10℃的范围内。 79.如条款76所述的热处理系统,其中所述接近恒定的温度是正负5℃。 80. 一种蒸馏系统,用于从石油基倾析油中衍生出中间相含量不超过 0.7% 的沥青,以获得至少 25% 的沥青收率增加,所述蒸馏系统包括:第 61 条的热处理系统,用于 接收和处理所述石油基澄清油以从中提取沥青; 和至少一个与所述热处理系统流体连通的蒸馏塔,用于接收所述热处理的石油基澄清油并将其分馏成包括沥青的组分馏分。 81.条款80的蒸馏系统进一步包括多个蒸馏塔。 82.条款81的蒸馏系统,其中至少一个所述蒸馏塔还包括闪蒸。 83.条款80的蒸馏系统,其中在所述蒸馏塔中除去所述沥青之后将所述澄清油再循环至所述热处理系统。 84. 一种用于从煤焦油基重馏分油中衍生中间相含量不超过 0.7% 的沥青以获得至少 15% 的沥青收率的蒸馏系统,所述蒸馏系统包括: 至少一个蒸馏塔,用于接收和 将煤焦油分馏成组分馏分,包括沥青和煤焦油基重质馏分油; 条款61的热处理系统与所述至少一个蒸馏塔系统流体连通,用于接收和处理所述煤焦油基重质馏分油以从中获得沥青。 85.条款84的蒸馏系统进一步包括多个蒸馏塔。 86.条款85的蒸馏系统,其中至少一个所述蒸馏塔还包括闪蒸。 87.条款85的蒸馏系统,其中至少一个所述蒸馏塔还包括脱水器。 88.条款84的蒸馏系统,其中在所述蒸馏塔中除去所述沥青之后将所述基于煤焦油的重馏分油再循环至所述热处理系统。
