(57)【要約】  炭化水素流を処理するための資本費用及び運転費用を削減するための、既に開発された公知技術の溶剤脱瀝（ＳＤＡ）プロセスに対する改善策が提供され、それにより、公知技術のＳＤＡスキームは、適切に配置された混合可能化沈殿装置（ＭＥＰ）を含むように修正されて、アスファルテン分離ステップにおける溶剤使用の必要量が削減され、特にカナダ産ビチューメンに適したＳＤＡプロセスに対する全体としての信頼性が高められる。低温熱分解装置と統合されると、改善されたＳＤＡ構成は、追加の希釈剤なしでパイプライン用の原油の収率をさらに高め、及び、残油水素化分解装置及びコーキングユニットなどの既存設備の隘路を打開するために使用される。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
重質炭化水素流と軽質炭化水素流を完全且つ急速に混合する連続プロセスをサポートする混合可能化沈殿装置（ＭＥＰ）であって、下流における分離のために、得られる混合流中での前記重質炭化水素流からのアスファルテン粒子の溶解特性を変化させることによって固体アスファルテンの沈殿を速めるための、強化された物質移動のためのものであることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記沈殿は、前記混合によりほぼ瞬間的に起ることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
炭化水素鎖を解きほぐすことによって物質移動を強化することを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
含まれるカナダ産ビチューメン分子の側鎖を開裂して、付加的な存続可能な炭化水素生成物を生成することによって、アスファルテン分子の前記特性を変化させることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
少なくとも１００，０００：１の相対的粘度差を有する２つの異なる流体を密接に混合することによって物質移動を強化することを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記ＭＥＰ内で沈殿して該装置から外部に輸送される固体は、１０μｍから９００μｍまでの範囲内にあることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
剪断数が３−４０の範囲にあることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
２次アスファルテン抽出器の上流に配置される、重質炭化水素流と軽質炭化水素流を完全且つ急速に混合する連続プロセスをサポートする混合可能化沈殿装置（ＭＥＰ）であって、下流における分離のために、得られる混合流中での前記重質炭化水素流からのアスファルテン粒子の溶解特性を変化させることによって固体アスファルテンの沈殿を速めるための、強化された物質移動のためのものであることを特徴とする装置。
【請求項９】
前記沈殿は、前記混合によりほぼ瞬間的に起ることを特徴とする、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
炭化水素鎖を解きほぐすことによって物質移動を強化することを特徴とする、請求項８に記載の装置。
【請求項１１】
処理するカナダ産ビチューメン分子の側鎖を開裂して、付加的な存続可能な炭化水素生成物を生成することによって、アスファルテン分子の前記特性を変化させることを特徴とする、請求項８に記載の装置。
【請求項１２】
少なくとも１００，０００：１の相対的粘度差を有する２つの異なる流体を密接に混合することによって物質移動を強化することを特徴とする、請求項８に記載の装置。
【請求項１３】
前記ＭＥＰ内で沈殿して前記装置から外部に輸送される固体は１０μｍから９００μｍまでの範囲内にあることを特徴とする、請求項８に記載の装置。
【請求項１４】
剪断数が３−４０の範囲にあることを特徴とする、請求項８に記載の装置。
【請求項１５】
低温熱分解装置の上流に配置され、前記熱分解装置の性能を改善してビチューメン処理の収率を高めるための、重質炭化水素流と軽質炭化水素流を完全且つ急速に混合する連続プロセスをサポートする混合可能化沈殿装置（ＭＥＰ）であって、下流における分離のために、前記重質炭化水素流からの混合流中でのアスファルテン粒子の溶解特性を変化させることによって固体アスファルテンの沈殿を速めるための、強化された物質移動のためのものであることを特徴とする装置。
【請求項１６】
全ての分子に対する均一熱流束を改善するために解きほぐされたアスファルテン分子を有する均質な流体供給原料を提供することを特徴とする、請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
カナダ産ビチューメン分子の側鎖を開裂して、付加的な存続可能な炭化水素生成物を生成することによって、アスファルテン分子の前記特性を変化させることを特徴とする、請求項１５に記載の装置。
【請求項１８】
剪断数が１−３０の範囲にあることを特徴とする、請求項１５に記載の装置。
【請求項１９】
重質アスファルテン・リッチ油又は原油供給原料からパイプライン用又は製油所用の供給原料を生成するプロセスであって、重質炭化水素流と軽質炭化水素流を完全且つ急速に混合する連続プロセスをサポートする混合可能化沈殿装置（ＭＥＰ）の使用を含み、前記装置が、下流における分離のために、得られる混合流中での前記重質炭化水素流からのアスファルテン粒子の溶解特性を変化させることによって固体アスファルテンの沈殿を速めるための、強化された物質移動のためのものであることを特徴とするプロセス。
【請求項２０】
前記ＭＥＰは、２次アスファルテン抽出器の上流に配置されることを特徴とする、請求項１９に記載のプロセス。
【請求項２１】
前記ＭＥＰは、低温熱分解装置の上流に配置され、該低温熱分解装置の性能を改善してビチューメン処理の収率を高めることを特徴とする、請求項１９に記載のプロセス。
【請求項２２】
前記ＭＥＰは低温熱分解装置と統合され、前記低温熱分解装置はＳＤＡプロセスの上流に配置されることを特徴とする、請求項１９に記載のプロセス。
【請求項２３】
生成された前記固体アスファルテンは、燃焼温度に達するまで固体のままであることを特徴とする、請求項１９に記載のプロセス。
【請求項２４】
脱瀝油留分（ＤＡＯ）の収率が、体積で供給原料の少なくとも８８％であることを特徴とする、請求項１９に記載のプロセス。
【請求項２５】
前記ＳＤＡプロセスは、溶剤を使用するものであり、溶剤対油比が物質収支で６：１より低く、運転温度が前記溶剤の臨界温度より４０℃から１３０℃低く、運転作業圧が前記溶剤の臨界圧力より４０ｐｓｉから２４０ｐｓｉ低いことを特徴とする、請求項２２に記載のプロセス。
【請求項２６】
前記溶剤は、Ｃ４−Ｃ９炭化水素、又はＣ４−Ｃ９炭化水素の混合物であることを特徴とする、請求項２５に記載のプロセス。
【請求項２７】
前記沈殿は、前記混合によりほぼ瞬間的に起きることを特徴とする、請求項１９に記載プロセス。
【請求項２８】
前記物質移動は、炭化水素鎖を解きほぐすことによって強化されることを特徴とする、請求項１９に記載プロセス。
【請求項２９】
処理されているカナダ産ビチューメン分子の側鎖を開裂し、付加的な存続可能な炭化水素生成物を生成することによって、アスファルテン分子の前記特性を変化させることを特徴とする、請求項１９に記載プロセス。
【請求項３０】
前記物質移動は、少なくとも１００，０００：１の相対的粘度差を有する２つの異なる流体を密接に混合することによって強化されることを特徴とする、請求項１９に記載のプロセス。
【請求項３１】
前記ＭＥＰ内で沈殿して該ＭＥＰから外部に輸送される固体は、１０μｍから９００μｍまでの範囲内にあることを特徴とする、請求項１９に記載のプロセス。
【請求項３２】
剪断数が３−４０の範囲にあることを特徴とする、請求項１９に記載のプロセス。
【請求項３３】
前記ＭＥＰは、原油フィードの全収率を高め、既存の設備の寿命を改善するために、既存の、コーキング装置に基づくビチューメン改質所又は製油所に追加されることを特徴とする、請求項２２に記載のプロセス。
【請求項３４】
前記ＭＥＰは、原油フィードの全収率を高め、既存の設備の寿命を改善するために、既存の、残油水素化分解及びコーキング装置に基づくビチューメン改質所又は製油所に追加されることを特徴とする、請求項２２に記載のプロセス。
【請求項３５】
前記ＭＥＰは、原油フィードの収率及び品質を高めるために、新たなビチューメン改質所又は既存の「スイート原油」製油所においてコーキングプロセスの代りに使用されることを特徴とする、請求項２２に記載のプロセス。
【請求項３６】
前記混合可能化沈殿装置は、前記プロセスのための圧力を発生すると共に液体を混合して均質流体にする、ミキサ、又はポンプ／ミキサの組合せとすることができることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項３７】
前記装置を通って流れる１０μｍから９００μｍまでの範囲内の固体を受入れることができることを特徴とする、請求項３６に記載の装置。
【請求項３８】
瞬間的な混合のために十分な乱流を発生する３−４０の範囲の剪断数を有することを特徴とする、請求項３６に記載の装置。
【請求項３９】
少なくとも１つのロータ／ステータジェネレータが使用されることを特徴とする、請求項３６に記載の装置。
【請求項４０】
前記ＭＥＰとアスファルト分離器が組み合わされて、沈殿させ及び沈殿したアスファルテンを分離するための１つの動作ユニット（ＭＥＰ＋アスファルテン分離器）になっており、脱瀝油／溶剤混合物、及び乾燥固体アスファルテン生成物を生成することを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項４１】
前記ＭＥＰと前記アスファルト分離器とが直結されたことを特徴とする、請求項４０に記載の装置。
【請求項４２】
前記ＭＥＰと前記アスファルト分離器とが、少なくとも、わずか１インチから市販の作業ユニットに適した長さまでの管で隔てられたことを特徴とする請求項４０に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に脱瀝を改善する新規な産出後プロセスによる、カナダ産ビチューメン（これに限定されるものではないが）に焦点を合わせた、産出したビチューメンを改善することに関する。
本出願は、２０１１年１０月１９日出願の米国仮特許出願第６１／５４８，９１５号の利益を主張するものである。
【背景技術】
【０００２】
溶剤脱瀝（「ＳＤＡ」）は、製油所において、その前の工程から出た残油から有効成分を抽出するために用いられるプロセスである。抽出された成分は、製油所においてさらに処理することができ、そこで分解されてガソリン及びディーゼル油などの有益な軽質留分に転換される。溶剤脱瀝プロセスにおいて用いることができる適切な残油供給原料としては、例えば、常圧塔缶出液、減圧塔缶出液、原油、抜頭原油、石油抽出物、シェール油、及びオイルサンドから回収された油が挙げられる。
【０００３】
溶剤脱瀝は周知であり、多くが公知技術、例えば、Ｓｍｉｔｈによる特許文献１、Ｖａｎ  Ｐｏｏｌによる特許文献２、Ｋｉｎｇ他による特許文献３、Ｓｏｍｅｋｈ他による特許献４、Ｋｏｓｓｅｉｍ他による特許文献５、Ｙａｎによる特許文献６、Ｂｅａｖｏｎによる特許文献７、Ｂｕｓｈｎｅｌｌ他による特許文献８、及びＶｉｄｕｅｒｉａ他による特許文献９で説明されており、これらは全て、溶剤対油比を低減する及び／又は所望の炭化水素生成物の回収率を向上させることが可能な、さらなるエネルギー節約及び性能向上のための特徴からの利益を享受することができるであろう。
【０００４】
「従来技術におけるＳＤＡで生成されたアスファルテン・リッチ流の処理」
特許文献１０において、ＳＤＡプロセスには、アスファルテン材料を濃縮する（及びより多くの脱瀝油を回収する）ために第２のアスファルト抽出器が使用される。濃縮アスファルト流に溶剤を加えたものがヒータを通して送られ、このヒータが流れの温度を１８ｐｓｉａにおいて４２５°Ｆまで昇温させ、これが次にフラッシュドラム及びスチームストリッパに送られて、アスファルト流から溶剤（この場合にはプロパン）が分離される。液状のアスファルト生成物がポンプで給送されて貯蔵される。この機構は、アスファルト・リッチ流がこれらの条件において液体である場合にのみ機能する。ビチューメンのようなアスファルテン・リッチ流の場合のように何らかのかなりの量の固体アスファルテンが存在すると、詰まりが負担になるので、このプロセスには大量の溶剤が必要となる。
【０００５】
特許文献１１において、ＳＤＡユニットから生成された濃縮アスファルテンは、溶剤と混合されて液体溶液として噴霧乾燥機に移送される。噴霧ノズルの設計及び乾燥機内の圧力降下が、形成される液滴のサイズを決定する。軽質炭化水素（溶剤）の液滴が小さいほど、より速く完全にフラッシュして蒸気になる。重質炭化水素（アスファルテン）の粒子が小さいほど、重い液滴を冷却するための放射及び伝導による熱移動に有効な体積／質量当りの表面積が大きくなる。乾燥機の目的は、乾燥した粘り気のない固体アスファルテン粒子を生成することである。冷ガスが噴霧乾燥機の底部に追加されて、追加の対流及び伝導による熱移動によって冷却が促進され、同時に、容器のサイズ（非常に大きくなりがちである）を小さくするために液滴の降下速度を遅くする（上向きの冷却ガス流により）ことによって液滴滞留時間を長引かせる。この機構は、抽出器内で沈降したアスファルテン粒子がプロセス運転温度において溶剤中で固体である場合には実行不能である。固体粒子は噴霧乾燥機ノズルを詰まらせるので、固体アスファルテン・リッチ流におけるこの方式の信頼性を制限し、従って実行可能性を制限する。
【０００６】
特許文献１２において、ビチューメン材料のキャリオーバなしに減圧によりビチューメン材料から溶剤を分離するプロセスが開示されている。ビチューメン材料及び溶剤を含む流体様の相の供給原料が、減圧弁を通る通路によって減圧プロセスに供され、次にスチームストリッパ内に導入される。減圧プロセスは、溶剤の一部分を蒸発させ、さらに、溶剤中のビチューメン微粒子のミストを分散させる。残ったアスファルテンは、湿った粘り気のある状態のままであり、重質ビチューメン相（多くの固体を含む）流体を維持するほど十分な溶剤は残されていない。
【０００７】
特許文献１３は、重質炭化水素材料から実質的に乾燥した高軟化点（温度）のアスファルテンを分離するための、固体アスファルテンの高濃縮スラリから液相を分離する遠心デカンタを用いたＳＤＡプロセスを開示している。このプロセスは、固体粒子を有するリッチなアスファルテン流を取り扱うように設計されているが、固体の分離が固／液分離によって行われるのでデカンタへの材料流を生成するのに追加の溶剤が必要とされるため、非常に高費用のプロセスである。固体材料は、いったん分離されてもまだ比較的湿っており、溶剤を蒸気として回収するためにはさらなる乾燥ステップを必要とする。回収された溶剤蒸気はその後、再使用のために凝縮させる必要があり、これが複雑さを付加する別の高エネルギーステップとなる。
【０００８】
特許文献１４では、溶剤抽出による分離後のアスファルト流に分散溶媒が導入され、得られたアスファルト溶液が気固分離器内で急激な変化を受けて固体粒子及び溶剤蒸気に分散され、その結果、アスファルトと溶剤との低温分離が生じ、調節可能な粒径のアスファルト粒子がもたらされる。ここで開示されているような液体溶剤を輸送媒体として用いるフラッシュ／噴霧乾燥機に伴う課題は、この統合プロセスで生成されるアスファルテンが、フラッシュ乾燥段階の前、その間及びその後で、湿ったままであるという傾向である。さらに、この統合プロセスでは、アスファルテンは高温において液化を続ける。湿ったアスファルテンは、表面に粘着して、プロセス装置にファウリングして詰まらせる。この手法に内在する信頼度の低さにより、高アスファルテン含量の重質原油に対するこうした工程は費用がかさむことになる。
【０００９】
特許文献１５には、ＳＤＡ及びガス化を用いて重質アスファルテン原油を改質する（ｕｐｇｒａｄｉｎｇ）方法が開示されている。１又はそれ以上のアスファルテン及び１又はそれ以上の非アスファルテンを含む炭化水素を溶剤と混合することによってガス化装置への流れが生成され、このとき溶剤対炭化水素の比は約２：１乃至約１０：１とされる。得られたアスファルテン・リッチ流は、ＳＤＡから液体としてガス化装置に移送される。輸送に用いられた大量の溶剤はガス化装置内で消費され、燃料ガス相当まで価値が格下げされる。これらのアスファルテン類はとなる傾向があるので、材料を移送するのに上述の量の溶剤を使用することは実行可能である。固体アスファルテンに対しては、この方法は移送のために１０−２０倍もの多くの溶剤を必要とすることになり、高価な溶剤がプロセス中に大量に消費され、その価値が減ぜられる。
【００１０】
特許文献１３には、溶剤を用いて、重質炭化水素材料から実質的に乾燥したアスファルテンを分離するためのプロセスが開示されている。ＤＡＯ生成物を生成するための２段階の液体抽出（デカンタ）と、それに続くアスファルテン・スラリのスクリューコンベヤによる搬送、並びに、乾燥アスファルテンを生成するための噴霧乾燥機及び分離器における２段階の固体−蒸気分離が、この特許の範囲を形成する。この特許は、乾燥アスファルテン副生成物を生成する概念がＤＡＯ生成プロセスにおいて実行可能であるという点で示唆に富み、学ぶべきところが多い。しかし、このプロセスには、ＤＡＯ生成物及び乾燥アスファルテン生成物の両方を得るために必要とされる多数のプロセスステップによる負担がかかる。さらに、デカンテーション・ステップで固体アスファルテンを生成するのに必要な操作条件は、カナダ産ビチューメンには効かない。この特許において設定された条件（＜１５０℃）では、カナダ産ビチューメンは、上流の精留塔で熱的に転換され又は分離されていても、いずれにしても、流動せずにシステムを詰まらせることになる。代替的な実施形態において、特許文献１３は、噴霧乾燥機を蒸発器で置換え、プロセスに水／界面活性剤を加えて溶剤の分離を補助する。処理ステップの省力化は為されず、追加材料が加えられて操作の複雑さが増すことになる。
【００１１】
「従来技術の精製及び改質におけるＳＤＡスキーム」
特許文献１６では、ＲＯＳＥ（残油超臨界抽出）ＳＤＡプロセスが、製油所又は改質所（Ｕｐｇｒａｄｅｒ）における常圧残油又は減圧缶出残油流に適用される。ＲＯＳＥ  ＳＤＡユニットから出た分離されたアスファルテン・リッチ流は、非常に粘り気がある液体溶液であり、非常に集約的で高価なプロセス装置を通って供給原料が流動することを容易にするためには極端な操作条件（高温）及び溶剤の添加を必要とする。このプロセスは、固体アスファルテンを低温熱分解プロセスに通さないので、アスファルテンを粘り気のある状態からバリバリした質感に変換せず、主として過剰の溶剤に依存してアスファルテン流を希釈された形態で移送する。
【００１２】
開示されたＲＯＳＥ  ＳＤＡプロセスが目標とする実施形態は、少なくとも４：１の溶剤対油（残油）比（質量比）、及び３００−４００°Ｆの範囲の抽出器運転温度を必要とする。実際には、アスファルテン・リッチ流がプロセスを詰まらせないように保つために、温度をさらに高くするか又は溶剤流を増やさなければならない。この機構では、元の供給原料の大部分が、原油から格下げされて低転換率の操作（即ち、コーキング装置、ガス化）又は低価値の操作（アスファルトプラント）に送られ、原油の全体としての経済的収量を低減する（比較的高い操作のプロセス集約度に加えて）。
【００１３】
「統合された炭化水素分解及びＳＤＡスキームの望ましさ」
重質炭化水素流（例えば、オイルサンドのビチューメン）をパイプラインで輸送可能な、製油所で受入れられる原油に変換し及び／又は条件を整えるためのプロセスが開示されている。注目すべきは、ビチューメンを転換してその特性を輸送用に及び製油所用供給原料としての使用のために改善するために、熱分解、接触分解、溶剤脱瀝、及び３つ全ての組合せ（例えば、ビスブレーキング及び溶剤脱瀝）が提案されている。
【００１４】
以下で開示される本発明の利益は、特許文献１７に記載の熱分解ユニットの操作、及び、その特許文献１７の熱分解装置の操作と米国特許出願番号第１３／０３７１８５号のＳＤＡとの統合によって作り出される例を背景として理解することができる。
【００１５】
図Ａは、２種類のアスファルテン分子の配置を示す。これらの分子は、ビチューメン炭化水素分子の高分子量を示す長い側鎖を有する錯体であり、高ＭＣＲ（残留マイクロ炭素分（ｍｉｃｒｏ−ｃａｒｂｏｎ  ｒｅｓｉｄｕｅ））数によって表されるように非常にコーキングし易い。
【００１６】
さらに、これらの長い側鎖は他の同様の分子と容易に絡み合って大きな制御不能な粘着性の集塊を作り易い。これらの粘着性集塊に、直接に強力な瞬間的熱を加えると、かなりの量のコークス及び軽ガスが生成される。急速冷却によって縮合反応が起こり、種々異なって構成された長い側鎖を有する複雑なアスファルテンが生成され、これは、処理におけるさらに下流での取扱いも同様に困難である。
【化１】
2014532110.tif 000003
【００１７】
図Ａ  異なるソースからのアスファルテン分子を表す平均分子構造：Ａ、在来の重質原油からのアスファルテン；Ｂ、カナダ産ビチューメンからのアスファルテン（Ｓｈｅｒｅｍａｔａ  他、２００４年）
【００１８】
制御された低温熱分解装置（ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  ｍｉｌｄ  ｔｈｅｒｍａｌ  ｃｒａｃｋｅｒ）は、不活性コークス粒子に似た分子のコア構造を保持するような様式でビチューメン分子の長い側鎖が開裂された、熱変質（ｔｈｅｒｍａｌｌｙ−ａｆｆｅｃｔｅｄ）アスファルテンを生成する。通常はアスファルテンを可溶化する樹脂もまた熱の影響を受けてアスファルテンの溶解度の低下をもたらし、沈殿が可能になる。ひとたび沈殿すると、これらの改質アスファルテンの粒子は高温でも固体のままとなる。開裂した側鎖は分離すると主として軽質炭化水素液体分子になり、これを捕捉するとパイプライン用原油の全体としての経済的収量を高めることができる。
【００１９】
特許文献１８には、重質粘稠炭化水素油の処理のためのプロセスが開示されており、このプロセスは、油をビスブレーキングするステップと、ビスブレーキングされた油を分留するステップと、ビスブレーキングされた油の非蒸留部分を２段階脱瀝プロセスで溶剤脱瀝して、分離アスファルテン、樹脂、及び脱瀝油留分を生成するステップと、脱瀝油留分（ＤＡＯ）をビスブレーキング留出物と混合するステップと、脱瀝ステップからの樹脂を再利用してビスブレーキング装置に初めに供給された供給原料と組み合せるステップとを含む。特許文献１８の特許は、カナダ産ビチューメンより軽い炭化水素（ＡＰＩ比重＞１５）を改質する手段を提供するが、カナダ産ビチューメンと共に用いられると、炭化水素流を過剰分解しコーキングすることになる熱分解の適用を誤ることにより、並びに、樹脂留分をＤＡＯから分離するための追加の溶剤抽出段階の複雑さ及び費用により、負担がかかる。パイプライン輸送仕様を満たす生成物を生成するためには樹脂流のリサイクル部が必要であり、運転費用並びに操作の複雑さ及びプロセス集約度を高める。
【００２０】
典型的な熱分解装置は、ビスブレーキング装置と同様に、複雑なカナダ産ビチューメンのアスファルテン分子の特性を認め得るほどには改善しない。高温では、アスファルテン分子は液体となり、非常に粘り気が高くなる。
【００２１】
これらの典型的なビスブレーキング装置がＳＤＡプロセスと統合されると、ＳＤＡプロセスから出た液相の溶剤は、典型的には、これらの分離されたアスファルテンを副生成物処理操作（ガス化、噴霧乾燥機、又はアスファルトプラント）にスラリとして輸送するのに使用される。
【００２２】
特許文献１９には、重質炭化水素流が初めに蒸留によって種々の留分に分離され、重質成分が低温熱分解装置（ビスブレーキング装置）に送られるプロセスが開示されている。低温熱分解装置から出た残留重液は、公知技術のＳＤＡユニット内で溶剤脱瀝される。ＳＤＡから分離されたアスファルテンは、ガス化装置へのフィードとして用いられる。得られた脱瀝油は、凝縮した低温熱分解装置の蒸気とブレンドされて混合生成物を形成する。標準的なビスブレーキングは、アスファルテンの特性に影響を及ぼさない早期のコークス発生という課題に直面する。アスファルテンは、ＳＤＡ溶剤と混合されて、液体スラリとしてガス化装置に送られる。高価な溶剤がガス化装置内で消費されて、操作全体の資本費用及び運転費用を高め、一方でまた、プロセスのカーボンフットプリント及びプロセス集約度も高める。
【００２３】
「従来技術における静的ミキサ及び一次ビチューメン処理」
精油業界の慣行では、２つの流れ、典型的には軽質炭化水素流と重質炭化水素流とを混合するのに静的ミキサが使用される。静的ミキサは、２つの流れが類似の粘性を有しており、流動状態が乱流領域にあるときに有用である。流れの粘性が１０００倍を超えて異なると、静的ミキサは流れの混合にはうまく機能しない。さらに、非常にファウリングし易い傾向を有する流れ、例えば改質アスファルテン流によるプロセスについては、静的ミキサは、流れを制限する点、付加的な表面積、及び流れに曝される不規則な壁の構造部を作り出すので、ファウリングの確率を高めることになる。
【００２４】
静的ミキサは、アスファルト抽出器における脱瀝プロセスを促進するために溶剤と原油とを混合する試みに使用されている。しかし、重質原油と溶剤との間の粘性の差（１０００倍を遥かに上回る）が大きいので、静的ミキサはこの用途において何ら注目に値する利益をもたらさない。
【００２５】
「従来技術における原油精製／オイルサンド改質プロセスにおける回転剪断混合装置」
高剪断ミキサが、原油精製用途において原油の流動性を改善するために検討されている。特許文献２０では、剪断ミキサは、高剪断混合装置内で原油を軽ガスに導入することによって原油のＡＰＩ比重を高める試みに用いられている。高剪断力は本質的に、原油内にガスを「同伴」させる。名目上の沈降時間の後、ガスは、特により暖かい温度において原油から放出されることになり、従って、原油にＲＶＰ（リード蒸気圧）を及ぼし、それにより、原油精製におけるこの剪断混合の適用による利益を限られたものとし、パイプライン輸送及びポンピングには適さない２相流体が増えることになる。しかし、この適用は、相対密度（及び粘性）が似ていない材料の２つの異なる相を完全に混合する能力を示す。
【００２６】
カナダ産オイルサンドの場合、有機溶剤中へのビチューメンの溶解速度を決定する研究において回転円板を有する容器が使用されている。Ｒ．Ｕｌｒｉｃｈ他（非特許文献１）は、回転円板による剪断の度合いが高まるに連れて、ビチューメンの溶解が溶剤の種類に敏感でなくなることを発見した。この教示は、Ｆｏｓｔｅｒ  Ｗｈｅｅｌｅｒ（特許文献２１）によりその市販のアスファルト抽出器の中の公知技術のＳＤＡユニットに適用されたが、可動の機械式装置は、特にカナダ産ビチューメンからの沈殿固体アスファルテンを取り扱うときには信頼性の懸念がある。彼らの目的は、混合によって軽質液体及び重質液体の炭化水素生成物流を生成することである。沈殿アスファルテンは、抽出器容器内のＦｏｓｔｅｒ  Ｗｈｅｅｌｅｒプロセスにおいて回転円板にファウリングし易い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２７】
【特許文献１】米国特許第２，８５０，４３１号明細書
【特許文献２】米国特許第３，３１８，８０４号明細書
【特許文献３】米国特許第３，５１６，９２８号明細書
【特許文献４】米国特許第３，７１４，０３３号明細書
【特許文献５】米国特許第３，７１４，０３４号明細書
【特許文献６】米国特許第３，９６８，０２３号明細書
【特許文献７】米国特許第４，０１７，３８３号明細書
【特許文献８】米国特許第４，１２５，４５８号明細書
【特許文献９】米国特許第４，２６０，４７６号明細書
【特許文献１０】米国特許第４，４２１，６３９号明細書
【特許文献１１】米国特許第３，８４７，７５１号明細書
【特許文献１２】米国特許第４，２７８，５２９号明細書
【特許文献１３】米国特許第４，５７２，７８１号明細書
【特許文献１４】米国特許第７，５９７，７９４号明細書
【特許文献１５】米国特許第７，９６４，０９０号明細書
【特許文献１６】米国特許第７，７４９，３７８号明細書
【特許文献１７】米国特許第７，９７６，６９５号明細書
【特許文献１８】米国特許第４，４５４，０２３号明細書
【特許文献１９】米国特許出願公開第２００７／０１２５６８６号
【特許文献２０】米国特許出願公開第２０１１／００２８５７３号
【特許文献２１】米国特許第４，０８８，５４０号明細書
【特許文献２２】米国特許第７，７５８，７４６号明細書
【特許文献２３】米国特許第７，８６７，３８５号明細書
【特許文献２４】米国特許第７，５８５，４０７号明細書
【非特許文献】
【００２８】
【非特許文献１】Ｒ．Ｕｌｒｉｃｈ他著、「Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｒｏｔａｔｉｎｇ  Ｄｉｓｋ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｔｏ  ｔｈｅ  Ｓｔｕｄｙ  ｏｆ  Ｂｉｔｕｍｅｎ  Ｄｉｓｓｏｌｕｔｉｏｎ  ｉｎｔｏ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｓｏｌｖｅｎｔｓ」Ｃａｎａｄｉａｎ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ、１９９１年８月、第６９巻
【発明の概要】
【００２９】
本発明のその他の態様は、本発明の種々の実施形態が例証として示され説明される以下の詳細な説明から当業者には容易に明らかとなることを理解されたい。認識されるように、本発明は、全て本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、他の異なる実施形態のためのものとすることが可能であり、その幾つかの細部を他の種々の点で修正することができる。従って、図面及び詳細な説明は、実際には例証的なものであり、限定的なものではないとみなすべきである。
【００３０】
混合可能化沈殿装置（ＭＥＰ：Ｍｉｘｉｎｇ  Ｅｎａｂｌｅｄ  Ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｏｒ）は、一実施形態において、少なくとも粘性の大きさが１００，０００倍異なる２つの異なる粘性流体を完全且つ急速に混合するための連続プロセスをサポートする。一実施形態のＭＥＰは、下流での分離のために、重質炭化水素流からの混合流中でのアスファルテン粒子の溶解特性を変化させることによって固体アスファルテンの沈殿を速めるための、強化された物質移動を提供する。
【００３１】
ＭＥＰは一実施形態において、混合によりほぼ瞬間的な沈殿をもたらし、炭化水素鎖を解きほぐすことにより物質移動を強化する。この装置は、カナダ産ビチューメン分子の側鎖を開裂し、付加的な存続可能な（ａｄｄｉｔｉｏｎａｌ  ｖｉａｂｌｅ）炭化水素生成物を生成することによって、アスファルテン分子の特性を変化させることができる。ＭＥＰの一実施形態において、沈殿して該装置の外部に輸送される固体は、１０μｍから９００μｍまでの範囲にあり得る。ＭＥＰは、好ましい実施形態において、３から４０までの剪断数範囲において最適に動作することができる。
【００３２】
公知技術のＳＤＡスキームを、別の実施形態において適切に配置された混合可能化沈殿装置（ＭＥＰ）を含むように修正して、アスファルテン分離ステップにおける溶剤使用の必要量を削減し、特にカナダ産ビチューメンに適したＳＤＡプロセスに対する全体としての信頼性を高めることができる。低温熱分解装置と統合されると、この実施形態の改善されたＳＤＡ構成は、追加の希釈剤なしでパイプライン用原油を生成することを期待する石油生産者のために、及び、残油水素化分解装置及びコーキングユニットといった既存の設備の隘路打開を望む製油所／改質所のために、原油収率をさらに改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】説明される１つ又はそれ以上の実施形態による、固体アスファルテン分離を改善するための慣性分離器を伴う、溶剤脱瀝を改善するために含められた混合可能化沈殿装置（ＭＥＰ）による例証的なＳＤＡプロセスを示す。
【図２】説明される１つ又はそれ以上の実施形態による、溶剤脱瀝を改善するための示された二次ＭＥＰ及びアスファルト抽出器構成を伴う、図１に対するさらなるＳＤＡ強化を示す。
【図３】説明される１つ又はそれ以上の実施形態による、統合された低温熱分解及び図２と同様の改善された溶剤脱瀝プロセスの例証的な適用を示す。
【図４】説明される１つ又はそれ以上の実施形態による、減圧及び／又はコーキングユニットを有する既存の改質所又は製油所内に適切に配置された剪断混合装置を伴う、統合された低温熱分解及び改善された溶剤脱瀝プロセスの例証的な適用を示す。
【図５】説明される１つ又はそれ以上の実施形態による、既存の改質所又は製油所からの減圧缶出流が供給され、統合された分解装置／改善されたＳＤＡからの種々の生成物が水素化分解、残油水素化分解及びガス化ユニットに送られる、適切に配置された剪断混合装置を伴う統合された低温熱分解装置及び改善された溶剤脱瀝プロセスの図４からの特定の例証的適用を示す。
【図６】沈殿した固体アスファルテンとＤＡＯ／溶剤混合物とを分離するための受け器（アスファルテン分離器）を有するＭＥＰに関する、特定の例証的な配置のプロセス集約化を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
添付の図面に関連して以下で示される詳細な説明は、本発明の種々の実施形態の説明として意図されたものであり、本発明人によって企図された唯一の実施形態を表すことを意図したものではない。詳細な説明は、本発明の包括的な理解を与えることを目的として、具体的な細部を含む。しかし、本発明はこれらの具体的な細部なしに実施することができることが当業者には明らかであろう。
【００３５】
図１は、公知技術のＳＤＡプロセスに混合可能化沈殿装置（ＭＥＰ）３０が追加されたものを用いた、改善されたＳＤＡプロセスを示すプロセスフロー図であり、このプロセスを重質炭化水素（例えばカナダ産ビチューメン）流５に適用して溶剤との混合が達成され、製油所及びパイプライン用フィードとして適した混合炭化水素が生成物流８２、１００及び１０２の種々の組合せから作り出される。
【００３６】
新しい補給溶剤は流れ１に加えられ、プロセスからの再利用溶剤は、他の流れ１０１及び１２２を通じて加えられる。この混合流１４は、適切な温度（２７５−４００°Ｆの範囲）まで加熱され、ＭＥＰ３０を通して送られる。アスファルテン・リッチ流と溶剤（ブタンからヘプタンまでのような軽質炭化水素）との間のように粘性に大きな違いがあると、静的ミキサでは適切な混合がもたらされないことが判明しており、そのためＭＥＰ又は能動的混合装置がなければ混合させるために追加の溶剤が必要となる。しかし、より多くの溶剤の追加が特定の点を超えた後、２つの液体（溶剤及びアスファルテン・リッチ流）は輸送配管内で層形成を示すことになるので、アスファルト抽出器／分離器に至る前の配管内での液体の予備混合を制限することになる。理論的には、混合を向上させるために静的ミキサの開口面積を減らすことができるが、実際には、アスファルテン・リッチ流を取り扱うと、開口面積を減らしたミキサでは詰まりが生じることになる。
【００３７】
「急速／完全（例えば、高剪断）混合及び一次ビチューメン処理」
一次重質原油（例えば、カナダ産ビチューメン）処理の従来技術はいずれも、溶剤脱瀝ユニットの直接上流での急速／完全（例えば、高剪断）混合の使用を伴わない。さらに、アスファルテンが直接、固体形態で沈殿することは、従来設計では望ましくない結果であるとして避けられている。石油産業における急速／完全混合の適用は、今まではオイルサンドからのビチューメンの初期抽出及びオイルサンド尾鉱の処理に焦点を合わせたものであった（とりわけ特許文献２２、特許文献２３、及び特許文献２４に記載されている再生利用プロセス流）。
【００３８】
ＭＥＰ３０は、本出願人により、大きく粘性が異なる２つの関与する液体（アスファルテン・リッチ及び軽質炭化水素溶剤）の混合を改善して固体沈殿を促進するために、脱瀝に従事するパイロットプラントに対して適用された。
【００３９】
この急速／完全混合の新たな適用は、以下の利点をもたらすことができ、これらはいずれか／両方で生じると考えられる。
１．溶剤と油との間の密接な接触を生じさせ、その結果、以下のことがもたらされる：
ａ．Ｓ／Ｏ比を小さくしても同じ生成物収率／品質が達成され、運転費用が削減される。
ｂ．一定のＳ／Ｏ比で同じ生成物収率／品質を達成ための滞留時間が短縮されることによる、設備サイズの縮小。
ｃ．アスファルト抽出器内の何らかの物質移動及び／又は混合用の内部構造物の必要性をなくし、そのことによりプロセス全体の信頼性を経済的に高める（簡素な清澄器又はアスファルテン分離器を作り出す）。
ｄ．溶剤損失が削減される。
ｅ．アスファルテン固体の急速沈殿が促進される。
２．長い鎖状の絡み合ったアスファルテン分子に作用する力（例えば、剪断力）を強めて、第１にこれらの分子の絡まりを解いて分離し、第２に、存在すると樹脂／アスファルテンを一緒に保持して「より大きな」アスファルテン構造体を生成することになるあらゆる弱い結合／引力（極性）を理論上破壊する。これにより、以下のことが生じ得る。
ａ．アスファルテンをＤＡＯ／樹脂からより良好に分離してＤＡＯとアスファルテンとの間の溶解度変化を引き起こすことにより、液体ＤＡＯ／樹脂の収率が高まる。
ｂ．こうした大きい分子内に最小限の引力／引力無しで保持され得る金属を除去する可能性が高まる。
ｃ．アスファルテン固体の急速沈殿が強化される。
【００４０】
ＭＥＰは、高粘性流（即ち、ビチューメン）と溶剤の低粘性流（即ち、ブタン、ペンタン、ヘキサン若しくはヘプタン又は混合物のような低ＭＷ炭化水素）とを密接に混合するという課題に首尾よく対処する。この急速／完全混合は、他の方法では自然には密接に又は完全に混合しない成分の、標準化された比較的均質な混合物を生成する。高剪断（乱流）が、物質移動のための溶解度駆動力を高く保つように作用すると考えられる。乱流が増すと、物質移動が改善され、完全混合に近づく。瞬間的混合が達成されると、ビチューメン及び軽質溶剤からのアスファルテンの所望の急速沈殿が生じる。
【００４１】
所望の混合の達成の例として、ＭＥＰを適用して急速／完全混合を生じさせ、必要な乱流を促進することができる。剪断力を発生する様々な方法がある。以下は、装置内で固体沈殿を取り扱うために設けられる高剪断混合装置の好ましい実施形態の一例である。この装置は、典型的にはかなり高い回転速度で動作して高いロータ先端速度を生じさせるロータ及び静止ステータを利用することができる。様々な程度の剪断発生を伴う複数のロータ及びステータを適用することができる。ロータとステータとの間の速度差が、ロータとステータとの間の間隙に非常に高い剪断及び乱流エネルギーを与える。従って、ロータ先端速度は、２つの流れの混合に入力される剪断量を予測するときの重要な因子である。ロータ先端速度は、ロータの直径及び回転速度の関数であり、式（１）によって表すことができる。
【数１】
2014532110.tif 000004
式中、Ｄはロータのメートル単位の直径であり、ｎはロータのｒｐｍ単位の回転速度である。式（１）は、ロータのサイズとそれが回転する速度との関係を表す。ロータ先端速度は［ｕｎｉｔｓ］（単位）である。複数のロータブレードが用いられる場合、この量は全てのブレードの先端速度の和となる。
【００４２】
さらに、ロータとステータとの間の間隙距離が剪断量に寄与する。ロータとステータとの間の間隙内の剪断を計算するために使用される式は（２）に示される。
【数２】
2014532110.tif 000005
式中、Ｓrは剪断速度であり、ｇはロータとステータとの間のメートル単位の間隙である。剪断速度は、典型的には、高剪断ミキサの性能を表すのに使用される。複数のロータ先端（ブレード）が関与する場合、この事実は、式１のＶ（先端速度）の計算で既に考慮に入れられている。
【００４３】
別の重要な因子は剪断周波数、ｆs、即ち、ロータとステータ開口部とのかみ合いの発生回数である。剪断周波数は、剪断ミキサの幾何学的構造を考慮し、式（３）によって与えられる。
【数３】
2014532110.tif 000006
式中、Ｎrはロータブレードの数を表し、Ｎsはステータ開口部の数を表す。
【００４４】
経験的に有用な剪断計算は、剪断周波数と剪断速度（先端速度の一次関数）との関係である剪断数（Ｓ）を与える。式（４）は、２つ（又はそれ以上）の混合装置の剪断効果を比較するための手段を与える無次元剪断数を案出する方法を示す。
【数４】
2014532110.tif 000007
【００４５】
これに基づいて、本出願でアスファルテン・リッチ材料と溶剤との所望の瞬間的な密接混合を首尾よく達成して固体アスファルテンを急速沈殿させることを可能にするには、３−４０の範囲の剪断数が最適であり得ると判断された。好ましい実施形態において、最適な剪断数は８−１４の範囲にある。剪断数が５０を超えると、生成される剪断の利益及び得られる便益を減ずる可能性がある（即ち、流体に力を与える費用）。そうした大きな剪断速度は、適切な徐々に増大する解きほぐし又は混合効果には釣り合わない。
【００４６】
ロータ−ステータ設計を検討する場合、複数のステータ及びロータが存在し得るので、剪断数は、各列内の各ロータに対して適用しなければならない。
【００４７】
ＭＥＰは、装置内部で生じる固体／液体混合物を連続的に輸送することを可能にすると同時に、２つの炭化水素流の瞬間的急速混合（アスファルテン沈殿を加速する物質移動）を推進して沈殿固体アスファルテンを生成するように、高剪断力を生成する必要がある。
【００４８】
ＭＥＰの混合部（典型的には、ロータ及びステータの１つ又はそれ以上の組）は、装置内の大量のアスファルテン固体の沈殿／生成及び存在を受け入れなければならない。ＭＥＰの設計は、アスファルテンの沈殿を推進するための高剪断力の要件と、固体が装置内を通ってその外へ移動することを可能にする装置内の十分な開口とのバランスを取らなければならない。ＭＥＰの出口は、装置及び設備内で生成／沈殿した固体を収容するため、又はＭＥＰ内の材料を輸送管又は沈降容器（アスファルテン分離器）に押し出す圧力差をもたらすために、チャンバを有する必要がある。チャンバは、開放型とするか、又は固体／液体混合物をＭＥＰの外へ輸送することを促進するためのボリュート及び／又はインペラを設けることができる。
【００４９】
好ましい実施形態において、ＭＥＰは、サイズが１０μｍから９００μｍまでの範囲にあって液体混合物中に懸濁された固体粒子を通過させることができる。
【００５０】
プロセス内部構造物を有する標準的なアスファルト抽出器の上流にＭＥＰを配置することの主要な利益は、ＭＥＰによる密接な混合により、アスファルト抽出器内に静的又は可動の混合内部構造物を有する必要性が無くなることである。沈殿した固体アスファルテンは非常にファウリングし易いので、システム内の何らかの制約を排除するための備えは望ましいものであり、プロセス集約度を低減させる。簡素なアスファルテン分離器を抽出器の代りに使用することができる。
【００５１】
本出願における急速／完全ＭＥＰ装置の別の主要な利益は、静的ミキサよりもＳ／Ｏ比が少なくとも３０％小さいことである。この結果、より小さい分離器設備及びより少ない運転費用（即ち、溶剤液体の循環、及び回収／補充設備）で、静的混合による生成物と同じ収率／品質が生じる。残留している混じり合ったアスファルテンの長鎖状部分及び中程度の鎖状部分に対して急速／完全ＭＥＰ装置によってかけられる力が増すことは、溶剤がアスファルテンとより密接に混合することを補助することにもなり、溶液からのアスファルテンの急速且つ効果的な沈殿を促進する。急速／完全ＭＥＰ混合のための追加の（比較的小さい）電力要件を要因として考慮に入れたとしても、達成される低い溶剤対油比及び低減されるプロセス集約度による著しい節減が為される。
【００５２】
こうした低い溶剤対油比では、抽出器４０での処理後のアスファルテンは、本質的に油を含まないものと考えられ、これを抽出器／分離器から取り出し、流動ガスによる流れ４２として（他の工業的設定におけるコークス及び石炭の従来の輸送と同様に）、固体をあらゆる同伴液体及び輸送ガスから分離するための慣性分離器６０に輸送して、さらなる処理のために容易に貯蔵及び輸送される乾燥固体を生成することができる。
【００５３】
移送ラインの流れ４２は、できる限り多くの溶剤を蒸発させると同時にアスファルテンを固体状態に保つように輸送温度範囲内に加熱され、この輸送温度範囲は、運転中の調節によって容易に見出されるが１５０−３００℃の範囲内である。これは、投入される供給原料及び使用される溶剤に依存し得る。
【００５４】
このプロセスにおいては、従来技術において用いられるような追加溶剤を輸送媒体として加える／浪費する必要はない。従来のシステムにおいては、詰まらせずに固体アスファルテンを輸送するために、ＳＤＡに必要な溶剤の凡そ４−１０倍の溶剤が必要となる。
【００５５】
さらに、固体／ガス分離を促進するために詰まり易い狭窄部（ノズル）を必要とする噴霧乾燥機のような装置の代りに、大きな開口面積、及び、ガス及び連続固体流からの固体分離の助けとなる幾何学的構造を有する慣性分離器６０が設けられる。
【００５６】
固体の流れを促進するためにガス流４がカラム４の底部出口から注入される。ＤＡＯ抽出を向上させるために、流れ３の溶剤が抽出器に加えられる。流れ４２のガスは、何らかの同伴溶剤と共に最後に慣性分離器６０内に達する。慣性分離器からの蒸気は、交換器１１０内で冷却され、フラッシュドラム１２０内で分離される。回収された液体溶剤流１２２は、プロセス内での再利用のために流れ１と混合される。流動ガスである流れ１２１は、分離されて再利用される。
【００５７】
他のＳＤＡプロセスの場合と同様に、ユニット４０からの抽出されたＤＡＯは、溶剤をＤＡＯから分離するためにさらに処理される。流れ４１は、必要な場合には流れ２から追加される溶剤を有しており、溶剤中のＤＡＯの溶解度を低減するために加熱されて相分離を開始する。ヒータ９０、又は樹脂生成物が所望される場合にはヒータ７０を用いて、流れ４１が加熱される。
【００５８】
超臨界条件を用いて、典型的には溶剤抽出カラム及び低圧ストリッパを備えたユニット１００内で、溶剤をＤＡＯから分離することができる。
【００５９】
流れ１０２は高度に濃縮されたＤＡＯ流であり、他方、流れ１０１はプロセス内で再利用される溶剤である。樹脂生成物が所望される場合には、抽出カラム及び低圧ストリッパを完備した樹脂抽出ユニット１９０を使用することができる。流れ４１は加熱されてユニット８０に入り、樹脂リッチ流８２、及び、溶剤抽出ユニット１００内で処理されることになるＤＡＯ／溶剤リッチ流８１が生成される。
【００６０】
別の態様において、図２は、２次アスファルテン抽出器／沈降機であるユニット５０がＳＤＡプロセスにおいて用いられる場合の、ＤＡＯ抽出を改善するためのＭＥＰの別の配置を示す。この第２のＭＥＰは、一次抽出器の前方にＭＥＰを配置するのと同じ種類の利益をもたらす。本質的に、ＭＥＰは、アスファルテンをＤＡＯから分離するように設計された任意の抽出カラムと結合されることが有利であり、本発明においては、アスファルテン分離器又は沈殿装置／分離器として分類することができる。
【００６１】
２次アスファルテン抽出器５０は、プロセスからの生成物炭化水素の全回収率を高め、慣性分離器６０に送られる前に流れ４２から全ての油が確実に除去されるようにするために使用される。さらに、ユニット５０は全体としての溶剤循環率を低減する。
【００６２】
流れ４２は、直接に２次アスファルテン抽出器に送られる代りに、この場合にはＭＥＰ２３０に送られて、溶剤がアスファルテンと密接且つ急速に混合されることを可能にする強化されたアスファルテンの混合がもたらされる。
【００６３】
従来、一般的な現在の慣例では、一次脱瀝油に対して付加的な溶剤抽出が樹脂抽出器８０の形態で行われ、分離した脱瀝重質油流８２がもたらされる。この特徴は本発明のプロセスにも同様に含められる。改善点として、抽出器５０によるアスファルテン・リッチ流に対する付加的な溶剤抽出ステップは、一次抽出器４０で使用される溶剤と同じ溶剤による標準的な液−液抽出を使用し、設計内に含められたＭＥＰ２３０を有する。このＭＥＰ２３０の配置、及びアスファルテン・リッチ流に対する標準的液−液カラムの配置は新規且つ有益であり、その理由は、溶剤対油比がこのカラム内で５：１（通常は１０乃至２０：１）までさらに減らされて、脱アスファルト油の回収率を高めると共に全溶剤使用量を減らすことができるためである。
【００６４】
流れ３の溶剤が、カラム５０内でのアスファルテンの沈殿とそれゆえ油の回収とが促進されるように、アスファルテン・リッチ流４１に非常に高い溶剤対油比になるまで加えられ、さらに冷却される。
【００６５】
脱瀝油流５１は、生成物のブレンドのためにさらに精製されるよう樹脂抽出器８０に送られる。
【００６６】
二次アスファルテン抽出カラム５０からの缶出流は、カラム４０の缶出液と同様に濃縮アスファルテンであり、流れ５２となり、流れ４のガスによって、固体の分離、乾燥及び貯蔵のための慣性分離器６０に送られる。
【００６７】
本発明は一方又は両方のＭＥＰ混合装置を一方又は両方の位置に組み入れることができることに留意されたい。
【００６８】
急速／完全混合装置２３０と２次アスファルテンカラム５０との組合せを用いて高い炭化水素回収率を達成するために用いられる全溶剤使用量は、このプロセスにおいて静的ミキサを用いた場合よりも約１５−３０％少ない。この結果は、従来技術の現状の３段階抽出プロセスと比較してエネルギー消費の著しい削減となる。このＭＥＰ２３０及びカラム５０を含む高性能溶剤抽出スキームは、稼働中の既存の公知技術の溶剤抽出スキームに適用することができ、原油収率をさらに高め、及び／又は、総溶剤循環を減らすことにより運転費用が削減される。別の態様において、この新規のスキームは、通常は従来技術の溶剤脱瀝を使用する重質油回収における設計に対する改善として用いることができる。
【００６９】
図１の場合と同様に、流れ４１内の脱瀝油は、必要であれば同様の溶剤と混合され、温度が熱交換器７０によって昇温されて、何らかの樹脂及び残留同伴アスファルテンを樹脂抽出器であるユニット８０内で沈殿させる。樹脂抽出器からの缶出液は最終生成物とブレンドされ、他方、流れ８１は交換器９０内でさらに加熱されて溶剤回収部１２０に送られる。溶剤回収ユニット１２０は、典型的には、運転費用を削減するために超臨界抽出器として運転され、溶剤損失を１％未満に減らすために脱瀝油に対して設けられたストリッパを伴う。回収溶剤流１０１は、再使用のためにプロセスの前方に戻され、他方、流れ１０２は生成物としての使用のために流れ１２及び８２とブレンドされる。
【００７０】
図１及び図２の両方に示された強化されたＳＤＡスキームの有利な用途は、このＳＤＡ構成と従来技術の通常の低温熱分解装置との統合であり、これを図３に示す。好ましい実施形態は、特許文献１７に記載の熱分解装置を本発明のＭＥＰ／分離器構成と統合することである。
【００７１】
本構想のパイロット試験を通じて、熱変質アスファルテンが互いに再結合してより高分子量のアスファルテンを生成することが実証された。アスファルテン分子は、サイズが５μｍから５００μｍまでの範囲にあり、熱的に安定であり、高温でも固体のままであり、不活性コークス粒子に物理的に匹敵し得るものであり、適度な量の溶剤の存在下で油から容易に分離される。ＭＥＰ３０及び／又は２３０の適用により、物理的に結合したアスファルテン粒子の絡み合いが解かれて溶剤分離がより容易になる。
【００７２】
流れ１３に対するユニット１０及び３０の影響力は、アスファルト抽出器（ここではアスファルテン分離器）４０における非常に簡単な分離のために必要である。流れ１３と混合する流れ１で必要とされる溶剤の量は、ビチューメンに関する工業用途に必要な量（質量で８−９：１）よりも遥かに少なく、溶剤対油比が凡そ２−４：１の範囲にある。溶剤はＣ４−Ｃ９、又は適切な混合物とすることができる。抽出器は、脱瀝油流４１と、次第に濃縮される固体の安定な非粘着性アスファルテン・リッチ流４２とを生成する。
【００７３】
表１に示すように、この統合プロセスは、他の伝統的な構成の改質プロセスより高い収率をもたらす。この生成物の利益に加えて、慣性分離器６０を使用することによる資本費用の削減、並びに、反応器１０、ＭＥＰ３０及び／又は２３０、及び２次アスファルテン抽出カラム５０により生成される熱変質アスファルテンによる運転費用の節約により、この統合プロセスは、製油所及び改質所の長期的利益及び持続性を高めるための有用なツールになる。
【表１】
2014532110.tif 000008
【００７４】
新たな未開発地域でのプラント設計の機会に本発明を適用することに加えて、図４は、統合された制御熱分解装置とＭＥＰを有する改善されたＳＤＡとの、例証的な用途を示す。提案する統合プロセスである、反応器１０、並びに適切に配置されたＭＥＰ（３０及び／又は必要に応じて２３０）を有する改善されたＳＤＡ及びアスファルテン回収装置である要素２０−１２０を、製油所／改質所のコーキングユニットの上流に配置することができる。製油所／改質所にとっての利益は、既存の減圧及びコーキング設備の隘路を打開し、より多くの重質原油をユニットに受入れるようにする能力である。既存の設備で、より多くのバレルが処理されることは、同等の資本費用に対するより多くの利益及び経済的収益に相当する。さらに、より高品質の材料がコーキングユニット３００に送られることで、運転の過酷さを減らすことができ、コーキング装置のサイクル時間を延ばす（１２時間から２４時間まで）ことによりコーキング装置の寿命を延ばし、生成されるガス及びコークスを少なくしてより多くの高価値生成物が生成される。設備を交換するための資本費用を遅らせることができ、収率の増大を実現することができる（凡そ２−３％）。ＳＤＡにおいて捕捉された固体アスファルテンは、容易に利用できる処分の、流れ３０２、既存のコークス収集及び輸送システムを有するので、提案する統合プロセスの追加は、費用効率がより高く、収益性が高いものになる。プロセス集約度を低減することができる。
【００７５】
同様に、例として、流れ５は、図４においてユニット２００として総称的に示された常圧カラム、減圧カラム、又は接触分解ユニットからの缶出流とすることができる。統合された分解装置及びＳＤＡプロセスは、ＤＡＯ流１０２を生成し、このＤＡＯ流を水素化分解及び水素化処理複合ユニット４００内でさらに処理して輸送燃料流４０１に入れることができる。統合された分解装置、及びＭＥＰを有するＳＤＡプロセスはまた、樹脂品質流８２を生成することができ、これをコーキング、ＦＣＣ（流動接触分解）、及び／又は、さらに処理して最終製品にするためのアスファルトプラントに送ることができる。流れ６１として生成された固体アスファルテンは、ユニット３００で生成されたコークスと混合することができ、又は、さらなる処理（エネルギー生成及び／又は金属イオン封鎖（ｓｅｑｕｅｓｔｒａｔｉｏｎ））のためにオフサイトに送ることができる。
【００７６】
さらに別の例として、図５は、製油所／改質所のための新たな設計又は改修機会のための特定の実施形態を示す。ユニット２００は減圧ユニットであり、缶出流５は、統合された分解装置／適切に配置されたＭＥＰ３０及び／又は２３０を有するＳＤＡプロセスユニット２０−１２０に送られる。ＤＡＯ流１０２は、減圧ユニットからの流れ２０５と共に、水素化分解及び水素化処理ユニット４００に送られる。樹脂流８２は、ユニット２０−１２０から生成され、残油水素化分解ユニット５００に送られる。反応すると高発熱性であるアスファルテンが少ない状態でユニット５００に送られるので、残油水素化分解装置はより高い転換率で機能することができ、より多くの物質が最終輸送燃料生成物として生成される。ユニット２０−１２０からの固体アスファルテン流６１は、水素発生のためのガス化ユニットに送ることができる。
【００７７】
図４の場合と同様に、図５において統合ユニットを付加することの利益として、以下を挙げることができる。
１．プラントに入ってくる原油の最大収率。
２．コーキングユニットの、存在する場合には隘路打開、又はサイズ縮小。
３．残油水素化分解装置の、存在する場合には隘路打開、又はサイズ縮小。
４．ガス化ユニットの、存在する場合には隘路打開、又はサイズ縮小。
５．プロセス設備に関する総カーボンフットプリントの削減。
６．プロセス集約度の低減（総合効率及び経済性における利得）。
【００７８】
図３の統合プロセスはまた、スイート原油用のあまり複雑でない（ハイドロスキミング型）製油所が、より容易に入手可能なより重質で安価な原油を受けいれること、従って、より広範囲の供給原料を受入れることによってより多くの価値を獲得するよう製油資産を再配置することを支援することができる。本発明の統合プロセスは、より重質の原油の初期調整を行うために製油所の前方に配置することができる。
【００７９】
図６は、ＭＥＰ（４０ａ）及びアスファルト分離器（４０ｂ）の好ましい配置を示す。これら２つのユニットは点線内の１つの操作とみなされ、４０ａと４０ｂは典型的には比較的短い輸送管で隔てられている。ＭＥＰ内での完全且つ密接な混合は、固体アスファルテン粒子の所望の沈殿をもたらし、２相固体／液体混合物である流れ４１を生じさせる。ＭＥＰから下方への放出物は、ストークスの法則に則って清澄容器４０ｂに入り、下方へ流れるアスファルテンを沈降させる。ＭＥＰ（４０ａ）及び分離器（４０ｂ）は、処理及び配置計画に基づいて、直結することも、又は適当な距離で隔てることもできる。好ましい実施形態において、４０ａ及び４０ｂは、清澄器又はアスファルテン分離器と呼ぶことができる沈降容器内にＭＥＰが直接放出する１ユニットとして分類される。
【００８０】
分離器（４０ｂ）内に、流れ３で示すように容器の底部分に溶剤を注入することによって、アスファルテン洗浄ゾーンを形成することができる。溶剤／ＤＡＯ混合物は流れ４３により流出し、固体アスファルテンは流れ４２により流出する。２つのユニットを併合することで、ファウリングする又は詰まることがある輸送配管量を減らすことにより、プロセス全体の信頼性を大幅に高めることができる。さらに、この簡素化された構成は、設備全体のサイズを縮小し（資本費用を下げる）、総溶剤使用量を削減して（運転費用を下げる）、プロセスの複雑度の低減をもたらす。
【００８１】
プロセス集約化のさらなる機会として、ＭＥＰは、圧力を発生すると同時に急速／完全混合を行う高剪断混合ポンプとすることができる。高剪断混合ポンプＭＥＰがプロセス内の適切な位置に配置されると、分離したポンプ装置の必要性を無くすことができるので、それにより潜在的に資本費用が削減され、プロセスはさらに簡素化される。
【００８２】
混合可能化沈殿は、流れの研究室分析から、アスファルテン処理を含む任意のプロセス（即ち、アスファルトプラント運転）に至る、その他の業界でも使用することができる。
【００８３】
定義
以下の用語は、本明細書においては以下の意味で用いられる。このセクションは、出願人が意図する意味を明確にする助けとなることを意図したものである。
「スラリ」は、一般に、液体中の固体の濃厚懸濁液である。
化学の分野では、「懸濁液」は、沈降するほど十分に大きい固体粒子を含む不均一流体である。懸濁液は分散相及び分散媒に基づいて分類され、前者は本質的に固体であり、他方、後者は固体、液体、又は気体であり得る。
化学の分野では、「溶液」は、１つの相のみからなる均質混合物である。そのような混合物中では、溶質は、溶剤（溶媒）として知られる別の物質中に溶解される。
「エマルジョン」は、第１の液体の小球と、第１の液体が溶解しない第２の液体との混合物である。
「沈殿」は、溶液からある物質が固体として分離するプロセスである。
「空気圧技術」は、機械的運動を引き起すために加圧流体を使用することの研究及び適用を扱う技術の一部門である。
「プロセス集約化（Ｐｒｏｃｅｓｓ  ｉｎｔｅｎｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ）」は、別々の運転ユニットを、プロセスの全体的性能を改善するように１つのユニットに置換えること又は組み合わせることである。同様に、プロセス集約度（ｐｒｏｃｅｓｓ  ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ）は、プロセス又は設備について、複雑度、資本集約度及び運転経費因子の組合せを比較するための、相対的概念を表す。
「カナダ産ビチューメン」は、天然堆積物中に半固体又は固体相で存在する石油の一形態である。ビチューメンは、濃厚で粘り気のある形態の原油であり、貯留層条件下で１０，０００センチポアズを超える粘性を有し、ＡＰＩ比重は１０°ＡＰＩ未満であり、典型的には１５重量％を超えるアスファルテンを含む。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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