(57)【要約】  原料油の処理における分離のための方法、システム及び装置が開示される。一実施形態にしたがえば、装置は、方形パイプ入口及び蒸気流出口を有する円筒形容器を備え、蒸気流出口は円筒形容器の頂部に配置され、方形パイプ入口は円筒形容器の内径に対する接平面にあり、また円筒形容器の下に配置されたバレル及び円筒形容器とバレルの間に配置された二重遮断ナイフエッジバルブを備え、ガス及び固形物質の流れが方形パイプ入口を通って円筒形容器に入り、ガスと固形物質が遠心力を用いることで分離され、ガスは蒸気流出口から出て、固形物質はバレルに収集される。
2014503353.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
装置において、
方形パイプ入口及び蒸気流出口を有する円筒形容器であって、前記蒸気流出口は前記円筒形容器の頂部に配置され、前記方形パイプ入口は前記円筒形容器の内径に対する接平面にある、円筒形容器、
前記円形容器の下に配置されたバレル、及び
前記円筒形容器と前記バレルの間に配置された二重遮断ナイフエッジバルブ、
を備え、
ガス及び固形物質の流れが前記方形パイプ入口を通って前記円筒形容器に入り、
前記ガスと前記固形物質が遠心力を用いることで分離され、
前記ガスは前記蒸気流出口から出て、前記固形物質は前記バレルに収集される、
ことを特徴とする装置。
【請求項２】
収集された固体物質をあけるために前記バレルが取外し可能であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記装置がサイクロン分離器の下流で急冷槽の上流に配置されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
方法において、
方形パイプ入口及び蒸気流出口を有する円筒形容器であって、前記蒸気流出口は前記円筒形容器の頂部に配置され、前記方形パイプ入口は前記円筒形容器の内径に対する接平面にある円筒形容器、
前記円形容器の下に配置されたバレル、及び
前記円筒形容器と前記バレルの間に配置された二重遮断ナイフエッジバルブ、
を備える二次分離器を提供する工程、
前記二次分離器をサイクロン分離器の下流に配置する工程であって、ガス及び固形物質の流れが前記方形パイプ入口を通って前記円筒形容器に入り、前記ガスと前記固形物質が遠心力を用いることで分離され、前記ガスは前記蒸気流出口から出て、前記固形物質は前記バレルに収集される、前記二次分離器をサイクロン分離器の下流に配置する工程、
及び
前記二次分離器を急冷槽の上流に配置する工程であって、前記ガスは前記蒸気流出口から出て、前記急冷槽に進み続ける、前記二次分離器を急冷槽の上流に配置する工程、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項５】
前記バレルを取り出す工程及び収集された固形物質をからにする工程をさらに含むことを特徴とする請求項４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の説明】
【０００１】
本出願は２０１０年１２月３０日に出願された、名称を「重質炭化水素供給原料の熱処理に用いるための慣性分離器(INERTIAL SEPARATOR FOR USE IN THERMAL PROCESSING OF HEAVY HYDROCARBON FEEDSTOCKS)」とする、米国仮特許出願第６１/４２８３１６号の恩典及び優先権を特許出願し、主張する。上記出願の明細書は全ての目的のためその全体が本明細書に参照として含められる。
【技術分野】
【０００２】
本発明は全般には粘稠原料油の高速熱処理のための装置に関する。さらに詳しくは、本発明は原料油の処理における分離のための方法、システム及び装置に向けられる。
【背景技術】
【０００３】
ヘビーオイル資源及びビチューメン資源は通常の軽質原油及び中質原油の生産における減退を補っており、これらの資源からの生産は着実に増大している。パイプラインはこれらの原油を、希釈剤を加えて粘度及び比重をパイプライン仕様まで下げるまでは、扱うことができない。あるいは、一次改質によって所望の特性が達成される。しかし、希釈原油または改質合成原油は通常の原油とかなり異なっている。この結果、ビチューメンブレンドまたは合成原油は通常の流体接触分解製油所では容易に処理されない。したがって、いずれの場合にも希釈原油または改質原油を処理するように構成された製油所においてさらなる処理がなされなければならない。
【０００４】
多くの重質炭化水素原料の特徴はかなりの量のＢＳ＆Ｗ（底層堆積物及び水）を含むことである。そのような原料油はパイプラインによる輸送に適しておらず、あるいはそれらの腐食性及び砂と水の存在により、精製に適していない。一般に、ＢＳ＆Ｗが０.５重量％より少ない原料油がパイプラインで輸送可能であり、大量のＢＳ＆Ｗを含む原料油は、輸送に先立ち、含有ＢＳ＆Ｗを減じるためのある程度の加工または処理が必要である。そのような処理には、水及び粒状物質を沈降させるための保管及び水とその他の成分を蒸発させるための加熱処理を含めることができる。しかし、これらの操作は操業費を高める。したがって、かなりの含有ＢＳ＆Ｗを有する原料油を、原料油の輸送またはさらなる処理に先立ち、改質する効率の良い方法が技術内で必要とされている。
【０００５】
ヘビーオイル及びビチューメンは、熱処理法（例えば、特許文献１，２及び３）、水素化分解法（特許文献４）、ビスコシチーブレーキング法（特許文献５，６，７）、または接触分解法（特許文献８，９，１０，１１，１２，１３，１４）を含む、一群のプロセスのいずれかを用いて改質することができる。ビスコシチーブレーキング法または接触分解法のような、これらのプロセスの内のいくつかは、上流または下流の反応器内の不活性または触媒性の粒状接触材料を利用する。触媒性接触材料はほとんどの場合ゼオライトベースであるが（例えば、特許文献８，９，１０，１１，１２，１３，１４，１５，１６を見よ）、ビスコシチーブレーキング法では一般に、不活性接触材料（例えば特許文献５）、炭素質固形物（例えば特許文献７）または不活性固体カオリン（例えば特許文献６）が利用される。
【０００６】
原料ビチューメンの直接処理のための流体接触分解（ＦＣＣ）法またはその他のユニットの仕様は技術上既知である。しかし、供給原油材料内に存在する多くの化合物が接触材料自体に被着することによってこれらのプロセスを妨害する。これらの原料油内汚染物には、バナジウム及びニッケルのような金属、（コンラッドソン）残留炭素のようなコークス前駆体、及びアスファルテンがある。再生器内の燃焼によって除去されなければ、これらの材料が被着する結果、中毒が起こり、接触材料の早期交換が必要になり得る。これは、効率的分解及びプロセスの適切な温度制御には触媒プロセスを妨害する燃焼可能な被着材料または金属をほとんどまたは全く含まない接触材料が必要であるから、ＦＣＣプロセスに用いられる接触材料に特に当てはまる。
【０００７】
接触分解ユニット内の触媒材料の汚染を低減するため、ビスコシチーブレーキング法（特許文献５，６，７）、熱処理法（特許文献３，４）及び、原料油の分解に必要な温度より低温で動作する、ＦＣＣ様反応器を一般に用いる、その他のプロセス（例えば、特許文献１６，１７，１８）による原料油の前処理が提案されている。これらのシステムはＦＣＣユニットと直列で動作し、ＦＣＣのための前処理器として機能する。これらの前処理プロセスは原料油から汚染材料を除去するように設計され、いかなる分解も緩和する条件の下で動作する。これらのプロセスは原料油のいかなる改質及び制御された分解も最適条件の下にＦＣＣ反応器内でおこることを保証する。
【０００８】
原料ビチューメンは、砂及びその他の粒状物質のような、固形物を含む。原料ビチューメンの直接処理は高温及び高圧における水素含有ガスの炭化水素供給流との接触によって行われなければならない。したがって、そのような処理の主費用は本質的に処理装置の入手及び保守にある。主費用の例は、容器及び付帯する炉、熱交換機、分配器プレートアセンブリ、ポンプ、そのような用役を行うことができる配管及びバルブ、そのような用役において汚染された触媒の交換費用、及び装置を組み立てる費用がある。汚染化合物を含有する常圧蒸留残油のような比較的低コストの原料油の工業的水素化精製処理には、一日当たり数１０００バレルから１０００００バレルまで程度の流量が必要であり（１バレル＝０.１５９ｍ３）、供給液体１バレル当たり１００００標準立方フィート(２８３.２標準ｍ３)までの水素を同時に流す必要がある。したがって、そのような反応プロセスを収容できる容器は、そのような量の原料ビチューメンを収容し、原料ビチューメン内の水素化合物、イオウ化合物及び固形物質による腐蝕及び金属脆性化に耐える必要があり、同時に高圧及び高温において所望の反応を行う必要があることから、費用が極めて高くなる。そのような圧力及び温度において水素を含有する液流を扱うためのポンプ、配管及びバルブも、そのような圧力において何ヶ月もの長期間にわたりシールが水素を漏洩させずにおかなければならないから、費用がかかる。ヘビーオイル及びビチューメン内の、微細及び超微細な、粘土、砂及び粒状物質も、時間の経過にともない、シールの有効性を減じさせ得る。全ての装置が正しく組み立てられ、製作され、及び／または保守されることを保証することにも極めて費用がかかる。
【０００９】
最純の最終製品を保証するため、改質プロセス中に、及び装置の組立、製作及び保守にあらゆる予防措策を講じたとしても、当業者には、多くの場合最終製品に原料ビチューメンまたは原料石油からの微細及び超微細な、粘土、砂及び粒状物質が含まれることは不可避であることが当然である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許第４４９０２３４号明細書
【特許文献２】米国特許第４２９４６８６号明細書
【特許文献３】米国特許第４１６１４４２号明細書
【特許文献４】米国特許第４２５２６３４号明細書
【特許文献５】米国特許第４４２７５３９号明細書
【特許文献６】米国特許第４５６９７５３号明細書
【特許文献７】米国特許第５４１３７０２号明細書
【特許文献８】米国特許第５７２３０４０号明細書
【特許文献９】米国特許第５６６２８６８号明細書
【特許文献１０】米国特許第５２９６１３１号明細書
【特許文献１１】米国特許第４９８５１３６号明細書
【特許文献１２】米国特許第４７７２３７８号明細書
【特許文献１３】米国特許第４６６８３７８号明細書
【特許文献１４】米国特許第４５７８１８３号明細書
【特許文献１５】米国特許第４４３５２７２号明細書
【特許文献１６】米国特許第４２６３１２８号明細書
【特許文献１７】米国特許第４９８００４５号明細書
【特許文献１８】米国特許第４８１８３７３号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１１】
原料油の処理における分離のための方法、システム及び装置が開示される。一実施形態にしたがえば、装置は、
方形パイプ入口及び蒸気出口を有する円筒形容器、
蒸気出口は円筒形容器の頂部に配置され、方形パイプ入口は円筒形容器の内径に対する接平面にある、
円筒形容器の下に配置されたバレル、及び
円筒形容器とバレルの間に配置された二重遮断ナイフエッジバルブ、
を備え、
ガス及び固形物質の流れが方形パイプ入口を通って円筒形容器に入り、
ガスと固形物質が遠心力を用いることで分離され、
ガスが蒸気出口から外に出て、固形物質がバレルに収集される。
【００１２】
本発明のシステム、方法、特徴及び利点は、当業者には、以下の図面及び詳細な説明を精査すれば明らかであるか、または明らかになるであろう。そのような別の方法、特徴及び利点は、本説明内に含まれている、本発明の範囲内にある、及び添付される特許請求の範囲によって保護されるとされる。また本発明は例示実施形態の詳細を必要とする態様に限定されないとされる。
【００１３】
本明細書の一部として含められる添付図面は現在好ましい実施形態を示し、上に与えられた全般的説明及び以下に与えられる好ましい実施形態の詳細な説明とともに、本発明の原理の説明及び教示に役立つ。
【００１４】
図面は必ずしも比例尺で描かれておらず、同様の構造または機能の要素は普通、全図面を通して、説明の目的のために同様の参照数字で表されていることに注意すべきである。図面は本明細書に述べられる様々な実施形態の説明を容易にすることが目的とされているに過ぎないことにも注意すべきである。図面は必ずしも本明細書に開示される教示の全ての態様を表してはおらず、特許請求の範囲を限定しない。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は従来技術の反応器の構成を示す。
【図２】図２は従来技術の反応器の構成を示す。
【図３】図３は、一実施形態にしたがう、本システムとともに用いるための反応器の構成の一例を示す。
【図４】図４は、一実施形態にしたがう、本反応器システムとともに用いるための二次分離器区画の一例を示す。
【図５】図５は、一実施形態にしたがう、本システムとともに用いるための二次分離器の一例の詳細構造図を示す。
【図６】図６は、一実施形態にしたがう、本二次分離器及び急冷槽による固形物質収集重量傾向の比較を示す。
【図７】図７は、一実施形態にしたがう、砂キャリーオーバーの傾向の例を示す。
【図８】図８は炭化水素焼尽試験の結果の例を示す。
【図９】図９は様々な合成原油製品の粒状物質カウント数分布の例を示す。
【図１０】図１０は、一実施形態にしたがう、本二次分離器により捕捉された粒状物質の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）像（倍率：１００Ｘ）を示す。
【図１１】図１１は、一実施形態にしたがう、本二次分離器により捕捉された粒状物質の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）像（倍率：５００Ｘ）を示す。
【図１２】図１２は、一実施形態にしたがう、本二次分離器により捕捉された粒状物質の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）像（倍率：１０００Ｘ）を示す。
【図１３】図１３はサイクロン型分離器より捕捉された粒状物質の粒径分布のヒストグラムを示す。
【図１４】図１４は、一実施形態にしたがう、本二次分離器により捕捉された粒状物質の粒径分布のヒストグラムを示す。
【図１５】図１５はサイクロン型分離器及び、一実施形態にしたがう、本二次分離器により捕捉された固形物質に対する粒径の傾向を示す。
【図１６】図１６は従来技術の熱ファウリング試験ユニットの略図を示す。
【図１７】図１７は本二次分離器無実装時のファウリング試験の結果の例を示す。
【図１８】図１８は、一実施形態にしたがう、本二次分離器実装時のファウリング試験の結果の例を示す。
【図１９】図１９は、一実施形態にしたがう、本二次分離器実装時のファウリング試験の結果の別の例を示す。
【図２０】図２０はアサバスカ(Athabasca)ビチューメン原油内を循環している固形物質の顕微鏡像を示す。
【図２１】図２１はアサバスカビチューメン原油内の粒状物質の粒径のＦＢＲＭ（集束ビーム反射率測定）のグラフを示す。
【図２２】図２２は３つのアサバスカビチューメン生産品のＦＲＢＭ比較を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
原料油の処理における分離のための方法、システム及び装置が開示される。一実施形態にしたがえば、装置は、
方形パイプ入口及び蒸気出口を有する円筒形容器、
蒸気出口は円筒形容器の頂部に配置され、方形パイプ入口は円筒形容器の内径に対する接平面にある、
円筒形容器の下に配置されたバレル、及び
円筒形容器とバレルの間に配置された二重遮断ナイフエッジバルブ、
を備え、
ガス及び固形物質の流れが方形パイプ入口を通って円筒形容器に入り、
ガスと固形物質が遠心力を用いることで分離され、
ガスが蒸気出口から外に出て、固形物質がバレルに集められる。
【００１７】
本開示は、従来技術の方法及び装置にともなう欠点無しに、ガス（例えば水素含有ガス）と液体（例えば液体炭化水素）の混合物の優れた、安定で滑らかな流れを生成することができる、装置または高速熱処理アセンブリへの付加装備を提供する。
【００１８】
本システムは、反応器の下流に二次分離器を設けて、反応蒸気生成物からの原料油と固形反応生成物の除去及び反応生成物の品質の向上を提供することにより、従来技術の欠点を克服する。反応器の目的は原料ヘビーオイルを、循環床固体熱キャリア輸送反応器システム内部の熱分解反応（サーマルクラッキング）によって、より軽質の最終生成物に転換することである。
【００１９】
本開示は粘稠重質原料炭化水素を改質するための高速熱処理のための二次分離器（本明細書では互換で慣性分離器及び二次分離システムとも称される）を提供する。二次分離器は、円筒形部材及び、上端に開口、下端に開口及び、生成ガス及び粒状物質がそれを通って二次分離器に入る、円筒形部材に直交して通る軸をもつ、少なくとも１つの開口を定める構造を有する。少なくとも１つの第２の円筒形部材が、円筒形部材に直交して通る軸をもつ最上端開口において第１の円筒形部材の内部にある。円筒形部材の下端の開口においてドーム型構造体が円筒形部材に取り付けられる。ドーム型構造体は第１の円筒形構造体の下端の開口の寸法をさらに狭める。粒状物質は二次分離器の下端の開口を通って二次分離器を出る。本発明はさらに、反応器から生成ガスを受け取ることによって本発明の所望の目的を達成する。生成ガスは、原料油からの粒状物質、反応生成物、または反応生成蒸気から分離されなければならない反応器容器から運ばれる循環固体熱キャリアを含む。生成ガスは、粒状物質量を減少させ、反応生成蒸気の品質を向上させる、二次分離器を通過する。
【００２０】
本二次分離器は原料のヘビーオイルまたはビチューメンを改質するための、原料油のある程度の化学的改質または軽度の分解を含む、処理に利用される。これらのプロセスは原料油内の汚染物レベルも減じ、よって原料のヘビーオイルまたはビチューメンに存在する成分による、分解または水素化分解に用いられる触媒性接触材料のような、触媒性接触材料の汚染を軽減する。そのようなプロセス及び／または方法並びに関連する装置及び製品は、米国特許第７５７２３６５号、第７５７２３６２号、第７２７０７４３号、第５７９２３４０号、第５９６１７８６号、第７９０５９９０号、及び継続米国特許出願第１３/３４０４８７号、第１３/３４０５６９号、第１２/０４６３６３号及び第０９/９５８２６１号の明細書に説明されている。これらの明細書はそれぞれの全体が本明細書に参照として含められる。
【００２１】
（その全体が本明細書に参照として含められる）米国特許第５７９２３４０号明細書に説明されているように、本タイプの熱分解反応器システムには、液体供給原料のための原料分散システムが必要である。ガス分配プレートの下に配置されたプレナムチャンバを通して輸送ガス（リフトガス）が導入される。原料分散システムの目的は、液体原料の液滴寸法を小さくして表面積対体積比を高めることにより、液体原料に対する一層効率的な熱伝達を達成することである。リフトガス分配プレート（分配器プレート）の目的は、原料と固体熱キャリアの混合を容易にする、最適ガスフローパターンを提供することである。
【００２２】
「原料油」または「重質原料炭化水素」は一般に、重質原油、ヘビーオイル、（オイルサンド）ビチューメンまたは精製残油（またはアスファルト）と称されることが多い（ただしこれらには限定されない）高密度及び高粘度の石油誘導油を意味する。しかし、語句「原料油」には、常圧タワー底または真空タワー底のような、原油の底留分も含めることができる。さらに、原料油はかなりの量のＢＳ＆Ｗ（底層堆積物及び水）、例えば、０.５重量％より多くのＢＳ＆Ｗ含有量、ただしこれには限定されない、を有することができる。ヘビーオイル及びビチューメンは好ましい原料油である。本発明の実施形態は、プラスチック、ポリマー、炭化水素、石油、石炭、シェール、製油所原料油、ビチューメン、軽油、タールマット、粉砕炭、バイオマス、バイオマススラリー、いずれかの有機材料からのバイオマス液体及び混合物を含むがこれらには限定されない、他の供給原料の転換にも適用することができる。バイオマス供給原料は、鋸屑の形態にあることができる、乾燥木材原料であることが好ましいが、液相及び蒸気相（気相）のバイオマス材料を別の液相または蒸気相の供給システムを用いて高速熱転換システムで有効に処理することができる。用いることができるバイオマス原材料には、硬材、軟材、樹皮、農業及び林業の残余物、及びその他のバイオマス炭素質原材料があるがこれらには限定されない。
【００２３】
米国特許第５７９２３４０号明細書に説明されているように、本タイプの熱分解反応器システムには、液体供給原料のための原料分散システムが必要である。ガス分配プレートの下に配置されたプレナムチャンバを通して輸送ガス（リフトガス）が導入される。原料分散システムの目的は、液体原料の液滴寸法を小さくして表面積対体積比を高めることにより、液体原料に対する一層効率的な熱伝達を達成することである。リフトガス分配プレート（分配器プレート）の目的は、原料と固体熱キャリアの混合を容易にする、最適ガスフローパターンを提供することである。
【００２４】
図１は従来技術の反応器の構成を示す。反応器構成１００は、最低点１０２ａにおいて再循環ガスすなわちリフトガス１０２が入る、円筒形反応器１０１を備える。若干高い点１０３ａにおいて再生された固体熱キャリア１０３が入り、最高点１０４ａにおいて反応器液体原料１０４が導入される。反応器の頂部から放出される、コークス化された使用済の固体熱キャリア、生成物及び、その他のガス及び粒状物質１０５はサイクロン分離器１０６に入り、そこでガス（生成物蒸気及びその他のガス）と固形物質（固体熱キャリア及び粒状物質）が分離する。生成物蒸気及びその他のガスは次の生成物１０７の分離のためのプロセスに向けて下流に進み続ける。固形物質１０８は再加熱システム１０９に入る（再加熱システム１０９は図に示されていないが、システムへの組込みは当業者には当然であろう）。固体熱キャリアは再生され、次いで、再生された固体熱キャリア１０３は側部区画を通して反応器１０１に送り返される。
【００２５】
図２は従来技術の反応器の構成を示す。図１に示される従来技術の高温区画１００と同様に、反応器構成２００は、最低点２０２ａにおいて再循環ガスすなわちリフトガス２０２が入る、円筒形反応器２０１を備える。若干高い点２０３ａにおいて再生された固体熱キャリア２０３が入る。リフトガスの流入点２０２ａ及び固体熱キャリアの流入点２０３ａに対する最高点２０４ａにおいて反応器液体原料２０４が導入される。反応器の頂部から放出される、コークス化された使用済の固体熱キャリア、生成物及び、その他のガス及び粒状物質２０５はサイクロン分離器２０６に入り、そこでガス（生成物蒸気及びその他のガス）と固形物質（固体熱キャリア及び粒状物質）が分離する。生成物蒸気及びその他のガスは次の生成物２０７の分離のためのプロセスに向けて下流に進み続ける。固形物質は（固体熱キャリアが再生される）反応器システム２０８に再入し、次いで再生された固体熱キャリア２０３は側部区画に入って反応器に送り返される。当業者には、固体熱キャリアの再生及び反応器への送り返しのための特定の方法は、本開示の範囲を逸脱することなく、実施形態間で変わり得ることは当然であろう。
【００２６】
固形物質流２０８はサイクロン２０６の底から出て、傾斜区画（ディップレグ）２０９を通過し、再生器区画（砂再加熱器）２１０に入る。再加熱器２１０において、固形物質は高温空気と混合され、固体熱キャリアは被着コークスを燃焼し尽くすことで再生される。固体熱キャリアは燃焼によって高温に加熱もされる。高温の再生された固体熱キャリアは再加熱器の底２１１から出て、オーガー２１２により反応器２０１に送り返される。
【００２７】
ガス流はサイクロン２０６の頂部を出て、下流に進み（２０７）、次の処理を受ける。ガス流は主に炭化水素の蒸気及びガス、及び熱分解反応、パージ、燃焼及び大気からのその他のガス（Ｎ２，Ｏ２，ＣＯ２，ＣＯ，ＮＯｘ，Ｈ２，Ｈ２Ｓ及びＳＯ２が検出される）からなる。可変量の伴出固形物質も存在し、それらの量はサイクロン分離器２０６の分離効率に依存する。
【００２８】
ガス流は下流に進んで急冷槽２１３に入り、そこでより低い２５０℃の温度で炭化水素液体が再循環される。急冷槽２１３は２つの目的のためにはたらく。第１は、以降の下流プロセスに備え、炭化水素蒸気を冷却して液相に戻すことである。第２の目的はガス流内の炭化水素生成物から固形物質（主に砂）を除去することである。温度の降下により固形粒状物質の運動エネルギーはほとんどが急冷槽の底に落ちる点まで低下し、一方炭化水素液体は急冷槽の頂部から出る。
【００２９】
そのような構成はほとんどの固形汚染物を液体生成物から分離して急冷槽の下流に保つには有効であるが、急冷槽２１３内に残るかなりの量の液体生成物が高濃度の固形汚染物のために最終生成物ブレンドに使用できなくなる。これは、従来技術の高温区画構成においては、サイクロン分離器２０６によってガス流から分離されないいかなる固形物質も最終的に急冷槽２１３に集められるからである。総合的に見て、従来技術の高温区画はほぼ２０００ｌｂ/時間（９０７.２ｋｇ/時間）で砂を再循環させ、用いられるサイクロン分離器の定格分離効率は少なくとも９９％である。したがって、１％（または２０ｌｂ/時間（９ｋｇ/時間）までの固形物質が急冷槽に入ることができ、砂の循環は常時おこっている。これは、１回のラン中に反応器に入る原料ヘビーオイルの供給速度が通常は６０ｌｂ/時間（２７ｋｇ/時間）以下であることを考えると、かなりの量である。
【００３０】
図３は、一実施形態にしたがう、本システムとともに用いるための反応器の構成の一例を示す。反応器構成３００は、最低点３０２ａにおいて再循環ガスすなわちリフトガス３０２が入る、円筒形反応器３０１を備える。若干高い点３０３ａにおいて再生された固体熱キャリア３０３が反応器３０１に入る。リフトガスの流入点３０２ａ及び固体熱キャリアの流入点３０３ａに対する最高点３０４ａにおいて反応器液体原料３０４が導入される。反応器の頂部から放出される、コークス化／費消された固体熱キャリア、生成物及び、その他のガス及び粒状物質２０５はサイクロン分離器３０６に入り、そこでガス（生成物蒸気及びその他のガス）と固形物質（固体熱キャリア及び粒状物質）が分離する。生成物蒸気及びその他のガスは次の生成物３０７の分離のためのプロセスに向けて下流に進み続ける。固形物質は（固体熱キャリアが再生される）反応器システム３０８に再入し、次いで再生された固体熱キャリア３０３は側部区画に入って反応器に送り返される。当業者には、固体熱キャリアの再生及び反応器への送り返しのための特定の方法は、本開示の範囲を逸脱することなく、実施形態間で変わり得ることは当然であろう。
【００３１】
固形物質流３０８はサイクロン３０６の底から出て、傾斜区画（ディップレグ）３０９を通過し、再生器区画（砂再加熱器）３１０に入る。再加熱器３１０において、固形物質は高温空気と混合され、固体熱キャリアは被着コークスを燃焼し尽くすことで再生される。固体熱キャリアは燃焼によって高温に加熱もされる。高温の再生された固体熱キャリアは再加熱器の底３１１から出て、オーガー３１２により反応器３０１に送り返される。
【００３２】
ガス流はサイクロン３０６の頂部を出て、下流に進み（３０７）、次の処理を受ける。ガス流は主に炭化水素の蒸気及びガス、及び熱分解反応、パージ、燃焼及び大気からのその他のガス（Ｎ２，Ｏ２，ＣＯ２，ＣＯ，ＮＯｘ，Ｈ２，Ｈ２Ｓ及びＳＯ２が検出される）からなる。可変量の伴出固形物質も存在し、それらの量はサイクロン分離器３０６の分離効率に依存する。
【００３３】
従来技術における上述した不具合を改善するため、サイクロン分離器３０６の下流で、急冷槽３１３の上流に、二次分離器４００が設置される。ガス流は下流に進んで急冷槽３１３に入り、そこでより低い２５０℃の温度で炭化水素液体が再循環される。急冷槽３１３は、以降の下流プロセスに備え、炭化水素蒸気を冷却して液相に戻す。急冷槽３１３はガス流内の炭化水素生成物から、二次分離器４００で除去されなかった、固形物質（主に砂）を除去もする。
【００３４】
図４は、一実施形態にしたがう、本反応器システムとともに用いるための二次分離器区画の一例を示す。ガス流はサイクロン分離器３０６を出て二次分離器４００に入り、そこでガスと固形物質のさらなる分離がおこる。処理されたガス流は次いで急冷槽３１３に進む。
【００３５】
一実施形態にしたがえば、本二次分離器の構成は複数のガス／固体分離原理の様相を利用する。最大流行物質（ＰＭ）除去効率による投資／保守費用の低減が指導パラメータである。二次分離器は自立型であり、これは、内部容積が２００ｌｂ（９０.７ｋｇ）の砂を保持し、それでも最小の分離効率低下で機能するように構成されていることを意味する。また、二次分離器は、（断熱のための耐熱材をもたない）容器壁の冷却を補償するに十分な熱を容器壁に与える、大電力熱ケーブルで裏打ちされる。予備的計算に基づけば、本分離器の粒状物質カットポイント（ｄ５０）は１５μｍ（ｄ５０における５０％効率）である：
【数１】
2014503353.tif 000003
【００３６】
ここで、
μ＝ガス速度（ｋｇ/ｍ・秒），
Ｗ＝流入口の幅（ｍ），
Ｎｅ＝サイクロンのターン数，
Ｖｉ＝流入速度（ｍ/秒），
ρｐ＝粒状物質密度（ｋｇ/ｍ３），
ρｇ＝ガス密度（ｋｇ/ｍ３），
である。
【００３７】
伴出固形物質（ガス１立方フィート当たりほぼ０.０７ｌｂ（１.１２ｋｇ/ｍ３））を含むガス流が例えば２.９インチ（７.３７ｃｍ）角のパイプ４０１を通って二次分離器４００に入り、パイプ４０１は二次分離器４００の内径に対する接平面にある。角パイプ４０１を通る接平面流入により、ガス／固形物質流の分離器４００への流入及び下向き螺旋運動の開始が可能になる。ガスが下向き螺旋運動を続けていくと、固形物質は遠心量及び慣性によって外側の渦内に保たれる。固形物質は容器内壁に当たるから、固形物質はＮ回転後に分離し、二次分離器４００の底ボウル４０２に向かって引かれる。ほぼ４〜５回転後に、ガスは１０インチ（２５.４ｃｍ）パイプの中心を通って進み、３インチ（７６.２ｍｍ）蒸気流出口４０４から出る。
【００３８】
図５は、一実施形態にしたがう、本システムとともに用いるための二次分離器の一例の詳細構造図を示す。二次分離器４００は、長めにつくられたバレル長が十分な内部回転、したがって十分な固形物質分離を提供するであろうから、円錐区画を有していない。さらに、二次分離器４００は一義的に密閉容器である。これは、技術的には、動作中の定常的な固形物質排出がないことを意味する。固形物質が分離器４００から除去される方法は、固形物質が増分（例えば１０ｌｂ（４.５ｋｇ増分）ごとに手作業で取り出される、二重遮断ナイフエッジバルブ（４０５）ロックシステムによる。しかし、一般的なラン期間中、二次分離器４００は密閉容器と見なされ、したがって固形物質はラン期間を通してバレルの底４０２にとどまる。
【００３９】
二次分離器４００は、自立構造であるから、本質的にサイクロン分離器３０６の下流の固形物質収集器として急冷槽３１３の役割を果たす。表１及び表２は、二次分離器を備えていない場合及び備えている場合の、ラン中の急冷槽から排出される砂状固形物質の総量を示す。表１及び表２は砂循環持続時間及び砂循環速度も示し、これらはいずれもそれぞれのランに対する実サイクロン分離効率を計算するために用いられる：
Ｍ砂合計＝ｍ砂×ｔ循環，
ηサイクロン＝１００％×(ＭＶ８００砂÷Ｍ砂合計)，
ここで、
ＭＶ８００砂＝急冷槽からの砂 (ｌｂ)，
Ｍ砂合計＝サイクロン総砂スループット (ｌｂ)，
ｍ砂＝砂循環速度 (ｌｂ/時間)，
ｔ循環＝砂循環持続時間 (時間)，
ηサイクロン＝サイクロン分離効率 (重量％)，
である。
【表１】
2014503353.tif 000004
【表２】
2014503353.tif 000005
【００４０】
図５は、一実施形態にしたがう、本二次分離器及び急冷槽による固形物質収集重量傾向の比較を示す。平均して、二次分離器を備えていないランでは１４４ｌｂ（６５.３ｋｇ）の固形物質が急冷槽に収集され、二次分離器を備えたランでは固形物質は急冷槽に全く収集されなかった。他方で、二次分離器を備えたランでは平均して１３６ｌｂ（６１.７ｋｇ）の固形物質が二次分離器に収集された。両平均が非常に近いことから（６％未満の差）、最終的には急冷槽に至ったであろう固形物質のほとんど全てを二次分離器が途中で捕捉したということができる。これは、二次分離器の実装前後のサイクロン分離器効率の間が非常に近いことによってさらに確認される。
【００４１】
急冷槽における砂蓄積の大部分を低減することによって、最終生産品における固形物質汚染の危険無しに、急冷槽底の生成物のより多くを最終合成原油（ＳＣＯ）ブレンドに用いることができる。急冷槽再循環ポンプのストレーナーの清掃に必要な時間が短縮されることにより、また循環している固体熱キャリアが蓄積している急冷槽の底の定期的排出の必要が減じられることにより、作業者の効率も向上する。
【００４２】
（修復と称される）作業者へのそのような実用的恩恵は、反応器と再加熱基の間に新しい固体加熱キャリア輸送システムを有する高温区画にとって特に重要である。
【表３】
2014503353.tif 000006
【００４３】
表３に示されるように、修復後ラン中に二次分離器から排出される砂の平均量は４５９ｌｂ(２０８ｋｇ)である。図７は、新しい装置及び新しい制御システムによる新しいラン方式のトレーニング及び試験中のイベントを含む、サイクロン分離器から二次分離器への砂のキャリーオーバーを示す。
【００４４】
二次分離器は、広い範囲の動作条件及び方式にわたって、砂の収集に置いて効率的であり、有効であった。
【００４５】
表１に示される急冷槽から排出される砂の重量は、急冷槽の底から排出される砂／油混合物の総重量及び混合物の油含有量の実験室分析に基づいている。砂／油混合物の重量ベース油含有量を決定するための実験室分析方法は、混合物からいかなる燃焼性材料（油がほとんど）も焼尽させて、砂を後に残す。分析（炭化水素焼尽試験）結果が表４に示され、図８に表される。
【表４】
2014503353.tif 000007
【００４６】
表４に示されるように、二次分離器実装前には急冷槽液体内に平均７７.３％の砂がある。二次分離器実装後、平均量は１０.４２％に低下する。これは、二次分離器がサイクロン分離器を出るガス流内に存在する固形物質の大部分を収集することの表れであり、このことは図６に示される傾向から明らかである。
【００４７】
タワーの底からタワーの頂部への急冷液媒の循環のためには、ラン中に急冷槽内に十分なレベルの液体が必要であり、この目的のため、与えられたランに対して処理される全原油が急冷槽に投入される。様々な要因が急冷槽液体レベルの減少に影響し、投入液体は最適液体レベルを維持するために補充されなければならない。そのような要因には、システム圧力、流量及び急冷槽排出頻度の変化がある。急冷槽内の砂の蓄積量を低減することにより、急冷槽内の液体レベルの維持に必要な投入液体の量も減じられる。
【００４８】
異なるラン間の相対急冷槽投入量を比較するため、それぞれの急冷槽投入量を特定のランに対して用いられる総反応器供給量と、反応器供給用量は与えられたランに対して反応器システムによって処理される原料ヘビーオイル量を直接表すから、対にする。表５に示される急冷槽投入量対反応器供給量の比は、処理される原料油一単位当たりに必要な急冷槽投入量を与える。
【表５】
2014503353.tif 000008
【００４９】
表５に示されるように、二次分離器を備えていない場合に必要な急冷槽投入量は二次分離器を備えている場合に必要な量のほぼ２倍である。いずれのヘビーオイル改質単位の値も、重い全原油を軽い生成物に転換できる能力内にある。より多くの全原油を急冷槽に直接導入し、急冷槽の上流で行われるいずれの前処理及び熱分解も飛び越すことにより、急冷槽投入の追加で得られる利益はない。他方で、必要な急冷溶液投入液量を減じることによって、必要な全原油用量がより少なくなり、この点に関して必要な費消量がより少なくなる。
【００５０】
急冷槽は、急冷溶液に入るいかなる固形物質もさらに下流には進ませず、液体生成物から固形原料油汚染物を取り除いておくための「ノックアウト」容器として機能する。しかし、いずれの分離方法とも同様、効率は１００％ではなく、急冷槽から下流の容器への固形物質キャリーオーバー、特に急冷槽の底にたまりにくいような微細で軽量な粒状物質、を完全に回避することはできない。
【００５１】
二次分離器により、ランＡ０２８以降は急冷槽にはもはや固形物質の蓄積はない（図７を見よ）。急冷槽内の固形物質濃度のかなりの低下により、下流の容器に持ち越され得るであろう固形物質の量もかなり減じる。急冷槽の下流の容器は、最後にブレンドされて最終製品（合成原油、またはＳＣＯ）にされる、液体生成物の大部分を収集する。したがって、二次分離器は最終製品から固形原料油汚染物を除いておく責任を負う。
【００５２】
最終合成原油製品は、集束ビーム反射率測定（ＦＢＲＭ）と呼ばれる方法を用いて、固形不純物について分析することができる。様々な合成原油製品のＦＢＲＭ分析結果が表６に示され、粒状物質カウント数分布が図９に示される。二次分離器を用いていないランの、ランＡ０１４合成原油についての結果が二次分離器を用いたランでつくられた合成原油についての結果と比較される。
【表６】
2014503353.tif 000009
【００５３】
表６に示される数値によれば、二次分離器を用いたランについては固形物質汚染の度合いがかなり小さくなっていることが明らかである。Ａ０１４合成原油は総カウント数が２７０００の固形物質を含むが、二次分離器を用いたランの内の最大カウント数は７４５０であり、これはＡ０１４の量より約７０％少ない。全ての粒径の粒状物質、特に粒径が５０μｍより小さい粒状物質、のかなりの減少も見られる。
【００５４】
図１０は、一実施形態にしたがう、本二次分離器により捕捉された粒状物質の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）像（倍率：１００Ｘ）を示す。図１１は、一実施形態にしたがう、本二次分離器により捕捉された粒状物質の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）像（倍率：５００Ｘ）を示す。図１２は、一実施形態にしたがう、本二次分離器により捕捉された粒状物質の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）像（倍率：１０００Ｘ）を示す。二次分離器実装以前には、これらの粒状物質は蒸気内にとどまり、最後には最終液体製品に含まれていたであろう。
【００５５】
サイクロン分離器３０６及び二次分離器４００はいずれも同じ部類の分離装置であるが、本明細書に説明されるように、技術的構成の違いにより、粒径の異なる粒状物質の分離効率に違いがある。
【００５６】
サイクロン分離器３０６と二次分離器４００の間で分離の品質を比較するためにはそれぞれの分離器の排出固形物質を比較する必要がある。サイクロン分離器排出物の代表的試料は、サイクロン分離器の再加熱基の間に配された試料ポートでとられた固形物質（砂）試料または再加熱器からとられた試料である。二次分離器排出物の代表的試料は、固体物質のための出口がないから、分離器の底ボウルから抜き取られた全ての固形物質である。
【００５７】
分離の品質の妥当な指標は、分離器で捕捉された粒状物質の粒径の決定である。表７はサイクロン分離器３０６及び二次分離器４００で捕捉された固形物質の粒径分布を比較する。これらの数値はランＡ０２８でとられた試料に基づく。
【表７】
2014503353.tif 000010
【００５８】
表７に示されるように、二次分離器で捕捉された固形物質はサイクロン分離器で捕捉された固形物質より粒径が小さいことは明らかである。二次分離器で捕捉された全固形物質のほぼ７３％は粒径が３００μｍより小さく、一方サイクロン分離器で捕捉された全固形物質のほぼ１６％だけが粒径が３００μｍより小さい。さらに、二次分離器で捕捉された全固形物質のほぼ４％は粒径が５０μｍより小さいが、サイクロン分離器では粒径が１５０μｍより小さい粒状物質は捕捉されていない。上述によれば、合成原油製品内の固形汚染物の最大カウント数は粒径が５０μｍより小さい固形物質のカウント数である。したがって、これは最終液体製品からの固形汚染物除去に二次分離器が主要な寄与をしていることの証拠である。図１３及び図１４は、サイクロン分離器及び、一実施形態にしたがう、本二次分離器で捕捉された固形物質の粒径分布のヒストグラムを示す。
【００５９】
サイクロン分離器３０６及び二次分離器４００で遅くされた固形物質における同じ粒径の相違は別のランにおいても同様に示される。表８はサイクロン分離器及び二次分離器で捕捉された固形物質の体積加重平均粒径（ザウタ径）を比較し、図１５はデータを入手できた全てのランについての粒径傾向を示す。
【表８】
2014503353.tif 000011
【００６０】
図１５に示されるように、二次分離器で捕捉された粒状物質平均粒径はサイクロン分離器で捕捉された粒状物質の平均粒径より一貫して小さい。これは表７に示されるランＡ０２８の知見と一致する。
【００６１】
原料のヘビーオイル及びビチューメンはいくつかの、問題を引きおこし、取り扱いにくく、超微細及び微細な、固形物質を含有し得る。微細固形物質は、炭化水素被覆による、ヘビーオイル及びビチューメンのアスファルト留分にともなう。アサバスカ地層は主要なオイルサンド埋蔵鉱床の内で最大である。アサバスカビチューメンはアサバスカ地層から生産されるオイルに対する総称である。ヘビーオイル及びビチューメンは比較的若い地層から産し、アサバスカビチューメンは他のヘビーオイル及びビチューメンとの、またはその他の固形物質を含有する原料油との、比較に対する基準を与える。
【００６２】
微細固形物質は、オンサイト脱水による、及び、沸点が１０００°Ｆ（５３７.８℃）をこえ、アスファルトを含有する、重質留分をともなうような精製プロセスにより、源地層から識別される。これらの原料油固形物質は、反応器及び反応器サイクロンを通過するが、二次分離器で捕捉される。原料油固形物質の源には以下がある。
【００６３】
（１）地層の堆積時に取り込まれ、これらの小粒状物質の周りに形成され、凝集された石油として覆われた、固形物質。これらの粒状物質はトルエン不溶有機物質（ＴＩＯＭ）の被覆を有し、最も重い炭化水素の、アスファルテンにともなう。これらの固形物質は。測定すると、１０μｍより小さく、通常は５μｍより小さい、直径を有する。
【００６４】
（２）油、超微細及び微細な無機粘土、砂及び、湖沼または海洋の堆積環境で見られるその他の材料の源と同時に敷き込まれた固形物質。これらの固形物質は測定すると１０×２００ｎｍにある。この固形物質は、露出無機領域、腐植土被覆領域及びＴＩＯＭ領域を有する。疎水性領域及びその他の親水性領域により、超微細及び微細な固形物質は油と微視的水滴の界面に見られる。これらの固形物質は水の除去を困難にし、油−水界面にエマルジョンがともなう。
【００６５】
（３）生産中に、掘削泥、生産を強化するための、流動性向上剤のような、流体及び添加剤、及び、掘削泥、流体添加剤及び油の相互作用の反応生成物を含むがこれらには限定されない源から加えられた固形物質。
【００６６】
（４）パイプのスケール、錆、等を含む、生産にともなって入ってきた固形物質。
【００６７】
（５）処理のための原料油の送配に先立つアスファルテン及びアルケンの沈殿生成物であった固形物質。これらは抽出のための軽材料の添加を含む生産中に生じ、アスファルテンは、温度及び／または圧力が低下したときに掘削孔の側面上に、またはオンサイトパイプ輸送時に、生じる。物理的条件及びアスファルテンに依存して、堆積により減じた直径の結果、速度が増大して、沈殿アスファルテンを堆積させない、十分に強い剪断力が得られるが、沈殿アスファルテンは油とともに送られる。
【００６８】
原料油からの固形物質及びアスファルテンに加えて、これらの材料は凝集し、凝固してさらに大きな粒状物質をつくることができる。熱処理は固体熱キャリアとともに再生器に導かれる固形コークス物質を生じさせる。原油内の固形物質及びアスファルテンの存在の結果、生産油井孔から、オンサイト脱水、保管、及び製油所への輸送を経て、製油プロセスを経て、製油所の熱交換器、加熱器、塔、タンク及び、燃料油を含む、底部生成物において堆積物を沈下させる、コーカーに至るまでずっと、スラッジの蓄積が生じ得る。生産におけるいかなる中断も不利益な、商業生産製油所について、原油品質のインジケーターは原油のファウリング能力である。したがって、望ましい特性はファウリング能力の低減である。
【００６９】
図１６は従来技術の熱ファウリング試験ユニットの略図を示す。原料油及び製品のファウリング能力を決定するため、製油所熱交換器構成の実験室規模のシミュレーションを、試験される原油によって生じるファウリングの程度を定量化する特許装置をもつサードパーティカンパニーである、Ｆ.Ａ.Ｃ.Ｔ.によって実施する。Ｆ.Ａ.Ｃ.Ｔ.熱ファウリング試験ユニット１６００は、精確な温度設定のための電気加熱チューブを有するシェル／チューブ熱交換器の円環区画を通して、試験される原油をポンプで引く。加熱されたチューブの温度出力及び熱交換器を出てくる原油の温度を測定するため、熱電対が配置される。本装置による試験ランの期間にわたり、加熱されたチューブの表面にファウリングが生じる。
【００７０】
熱交換器上のファウリングの実用上の効果は不十分な熱交換である。定常状態及び無ファウリングにおいて、加熱されるチューブと熱交換器を出てくる原油の温度は極めて近いはずである。熱交換器上に被覆されたスラッジは汚れていない過熱されたチューブ表面より遙かに小さい熱伝導度を有し、したがって、ファウリングが生じると、原油への熱交換が妨げられる。これは、熱交換器を出てくる原油の温度の低下に移し替えられる。言い換えれば、ファウリングが強くなるほど、温度は益々低くなる。すなわち、Ｆ.Ａ.Ｃ.Ｔ.熱ファウリング試験ユニットは熱交換器を出て着る原油の温度の変化を測定することでファウリングの程度を定量化する。表９，表１０及び表１１は二次分離器実装前のランＡ０１４並びに二次分離器実装後のランＡ０２８，Ｅ０４３.Ａ，Ｅ０４４，Ｅ０４５.Ａ及びＥ０４６からの合成原油最終製品を、未処理のアサバスカビチューメン及び試掘ヘビーオイル試料（ＥＨＯＳ）全原油と比較する。ＥＨＯＳ（試掘ヘビーオイル試料）は技術的デモンストレーションのために提供された試掘井からの試料である。ＥＨＯＳは初期現場生産から得られ、その活動に対して唯一無二であり、一サンプルキャンペインで得られた。ＥＨＯＳは試料自体の唯一の代表である。二次分離器はランＡ０２８において初めて実装し、以降使用され続けた。
【表９】
2014503353.tif 000012
【表１０】
2014503353.tif 000013
【表１１】
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【００７１】
表９に示されるように、二次分離器を使用しないと、プロセスは、ランＡ０１４において処理されたアサバスカビチューメン全原油より若干高いファウリング能力（同じ経過時間後に若干高くなったΔＴ値）を有する合成原油製品を生産した。これは、ビチューメンの堆積は減じられるが、固形物質は除去されていないことから当然予想されていた。対照的に、表１０に示されるように、二次分離器を使用すると、プロセスは、ランＡ０２８における原料油であったアサバスカビチューメン全原油より低下したファウリング能力を有する合成原油製品を生産した。これは二次分離器の最初の試運転であり、運転ガイドラインとしての向上した性能が満たされた。
【００７２】
ファウリング能力におけるこの低下は、異なるタイプの全原油を処理した二次分離器実装後ランでも反復された。表１１に示されるように、プロセスは、ランＥ０４３.Ａ，Ｅ０４４，Ｅ０４５.Ａ及びＥ０４６において処理された試掘ヘビーオイル試料（ＥＨＯＳ）よりも非常に低いファウリング能力を有する合成原油製品を生産した。
【００７３】
図１７は本二次分離器無実装に対するファウリング試験の結果の例を示す。図１８は、一実施形態にしたがう、本二次分離器実装に対するファウリング試験の結果の例を示す。図１９は、一実施形態にしたがう、本二次分離器実装に対するファウリング試験の結果の別の例を示す。
【００７４】
製油所熱交換器にファウリングを生じさせる原料油の固形物質及びアスファルテンの他に、原油には最善に最小化される他の望ましくない物質が存在する。金属、特にニッケル及びバナジウム、はそのような望ましくない物質の１つである。ニッケル及びバナジウムは製油所プロセスに不都合な化学錯体をおそらくは形成し得る。しかし、本プロセスは、そのような金属を吸着して炭化水素から分離する媒体を固体熱キャリアが提供するから、最終液体製品からこれらの金属を除去する。したがって、いずれの下流生成物容器においても固体熱キャリアの量を最小限に抑えて最終製品内の金属の量を減じることができる。
【００７５】
表１２はＩＣＰ分析に基づく合成原油（ＳＣＯ）及び反応器原料油の金属含有量データを示す。合成原油の生ＩＣＰデータは、本二次分離器を実装していないランの合成原油金属含有量が本二次分離器を実装しているランの合成原油金属含有量より低いことを示唆している。しかし、反応器原料油の生ＩＣＰデータは、本二次分離器を実装していないランの反応器原料油金属含有量が本二次分離器を実装しているランの反応器原料油金属含有量より高いことを示唆している。したがって、二次分離器実装の前及び後からの合成原油生データを比較することは公正な評価ではない。代わりに、比較は反応器原油内に既存の金属量にも基づいてなされなければならない。この目的のため、合成原油金属含有量対反応器原油金属含有量比が確立される。
【００７６】
ＳＣＯ/反応器原料油金属含有量比を比較することにより、二次分離器実装後ランからの合成原油製品内の、反応器原料油の既存金属含有量一単位当たりの、ニッケル、バナジウム及びカルシウムの量が実際に低くなっている。これは、より低い合成原油金属含有量によって表されるように、二次分離器を実装したランについて、より大きな金属除去率を示す。
【表１２】
2014503353.tif 000015
【００７７】
オイルサンドからのビチューメン、及び密度が水より高いその他の原油、の生産においては脱水システムにより、油が上にあり、水を抜き取ることができるように、抽出するため及びバルク密度を水より低くするために、ナフサ希釈剤が用いられる。ナフサ希釈剤は常圧蒸留によって取り出され、生産に送り返されるが、ビチューメンは運送保管槽に送られる。希釈剤除去後も、いくらかの取り扱いにくい固形物質及び水がまだビチューメンに残っている。そのような残留固形物質の主な成分は、トルエン不溶有機物質で表面が被覆された、超微細アルミノケイ酸クレイ結晶である。鉱物質固形物質及び塩が、蒸留されたビチューメンに、またビチューメン処理中に、残り、揮発性オーバーヘッドに伴出されて、他のプロセスユニットに持ち越され得る。塩素を多く含有する残留塩は下流の処理ユニットにおいて腐蝕及びファウリングの問題を引きおこす。ビチューメン原料油固形物質成分にともなう有機物質の量及びタイプのため、主にそのような有機物質が反応器容器内及び触媒上のコークス形成に寄与する。また、原料油固形粒状物質の伴出が前処理フィルタ及び充填層型水素化処理装置にファウリングを生じさせることは既知である。ビチューメンにともなう固形物質は圧倒的に、ナノサイズの、単層アルミノケイ酸クレイ粒子であると報告されている。地質学的時間をかけて、これらの活性無機粒子の外面は、オイルサンド鉱床からの極めて芳香性の極性有機成分への曝露のため、アスファルテン様になる。ホスト表面との化学的相互作用が有機被覆溶媒を不溶にする。そのようなクレイ−水粒状物質は、移動して炭化水素鉱床に入ったか、または地質学的に長時間適所にとどまっている間に、油によって包み込まれ得る。したがって、遠心力による固形物質及び水を除去するための商業生産プロセスにおいてさえ、コーカー供給ビチューメンにはいくらかの超微細粒状物質がまた残る。ビチューメン処理中、粒状物質のいくらかが揮発性オーバーヘッドに伴出される。固形物質は、それらの表面に吸着した有機物質とアスファルテン自体の間の類似性のため、アスファルテン成分にともなって残ることが好ましい。
【００７８】
濾過による原料油微細固形物質の除去は、その大きさ及びアスファルテンの付帯のため、非常に困難である。実験室分析のために固形物質を除去するため、３５００００Ｇの遠心力が得られる回転速度でトルエン−アスファルテン溶液を遠心分離する、超高遠心分離を実施した。遠心分離回転速度を高めるとともに、原料油固形物質分離効率は高くなった。調整された溶媒形を用いて固形物質を除去して実験では液体回収率が８５％まで低下する結果が得られ、これは、対応する費用及び無駄の増大により、考慮に値しない。
【００７９】
上述したように、微細及び超微細な原料油固形物質は、パイプライン、改質及び精製プロセスにファウリングを生じさせる。原料油固体物質は一般にアスファルテン留分の経路にしたがい、真空タワーガスオイル及び、コーカーフィード、ヘビーオイル水素化処理、燃料油または合成原油ブレンド形成に導かれる、真空タワーの底に見られる。
【００８０】
アスファルテンを含有する重質留分にともなう原料油固形物質がファウリングの原因であり、ファウリング試験法において検出されることは周知である。
【００８１】
本システムは原料油固形物質の一部を除去し、この場合は合成原油（ＳＣＯ）の、ブレンド流のファウリング要因を低減する。
【００８２】
アサバスカビチューメン原料油にともなう微細固形物質を検出及び分析するため、ここでは最新の測定システムを用いた。固形物質は顕微鏡写真で視認され、ＦＢＲＭ（集束ビーム反射率測定）によって粒径中央値が５μｍ未満であることが確認された。
【００８３】
図２０は原油内を循環している固形物質の顕微鏡像を示す。図２１は溶液内の粒状物質の粒径のＦＢＲＭ（集束ビーム反射率測定）グラフを示す。図２０の顕微鏡像と整合して、分布最頻値が５μｍ未満の小微細固形物質がＦＢＲＭにより測定されている。
【００８４】
図２２は３つの個別のアサバスカビチューメン生産品のＦＲＢＭ比較を示す。生産品１は線２２０１，試料Ａ０１４-ＳＰ０１３５-６５３で示される。生産品２は線２２０２，試料Ａ０２４-ＳＰ０１３５-１３０８で示される。生産品３は線２２０３，試料Ａ０５３-ＳＰ０１３５-３８６８で示される。ＦＲＢＭ実施条件は６５℃で、ｒｐｍ設定を１：００にした。全てのアサバスカビチューメン生産品が、中央値が５μｍ未満の微細固形物質を含有していた。生産品のそれぞれに存在する小粒状物質に顕著な差があることは明らかであり、最も大きな差は生産品１（２２０１）に示される。そのような差は、特定の地層の特定の深さから産出している特定の油井によるか、あるいは脱水、ナフサ回収またはその他の作業の差によるか、あるいは仕様品を生産するためのブレンドトリミングによると思われる。
【００８５】
上記説明においては、説明の目的のためだけに、本開示の完全な理解を提供するため特定の専門語が述べられる。しかし、本開示の教示の実施にこれらの特定の詳細が必要ではないことが当業者には明らかであろう。
【００８６】
さらに、代表例及び従属請求項の様々な特徴は、本教示の別の有用な実施形態を提供するため、特にもまた明示的にも挙げられていない態様で組み合わせることができる。値の範囲の全てまたはエンティティの群の表示の全ては、もとの開示の目的のために、また特許請求される主題を制限する目的のためにも、全ての可能な中間値または中間エンティティを開示していることも、明白に注記される。図面に示されるコンポーネントの諸元及び形状は本開示がどのように実施されるかの理解を助けるように意図されているが、例に示される諸元及び形状に限定する目的はないことも明白に注記される。
【００８７】
原料油の処理における分離のための方法、システム及び装置を開示した。本明細書に説明される実施形態は説明の目底のためであり、本開示の主題を限定すると見なされるべきではないことは当然である。本発明の範囲または精神を逸脱しない、様々な改変、用法、置換、組合せ、改善、生産方法が当業者には明白であろう。
【符号の説明】
【００８８】
３０６    サイクロン分離器
３１３    急冷槽
４００    二次分離器（慣性分離器）
４０１    方形パイプ
４０２    底ボウル
４０３    パイプ
４０４    蒸気流出口
４０５    二重遮断ナイフエッジバルブ
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図１６】
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【国際調査報告】
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