(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原油および原油残渣をアップグレードして中間相ピッチを生成する方法であって、
容器から空気および酸素を除去するために、少なくとも実質的に不活性なガスで前記容器をフラッシングする、ステップと、
前記容器に炭化水素原料を充填する、ステップと、
前記容器を初期増加圧力に加圧する、ステップと、
前記容器を所定の温度に加熱する、ステップと、
炭化水素原料を中間相ピッチを含む生成物にアップグレードするように動作可能な時間、前記容器を所定の温度に近接した温度に維持する、ステップと、を有し、
前記炭化水素原料が、重質原油または軽質原油と、５００℃を超える沸点を有する原油残渣と、からなる炭化水素であり、
前記炭化水素原料を中間相ピッチを含む生成物にアップグレードするように動作可能な時間、容器を所定の温度に維持するステップが、前記容器内の初期増加圧力を１，７００ｐｓｉｇ（１１．７ＭＰａ）〜２，５００ｐｓｉｇ（１７．２ＭＰａ）に増加させることであり、
前記所定の温度は３５０℃〜４５０℃であり、
前記初期増加圧力は２９０ｐｓｉｇ（２．０ＭＰａ）〜７２５ｐｓｉｇ（５．０ＭＰａ）であることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記容器を前記初期増加圧力に加圧するステップが、前記少なくとも実質的に不活性なガスで前記容器を加圧するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記少なくとも実質的に不活性なガスが窒素を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記所定の温度が４００℃〜４２５℃である、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記初期増加圧力が５５０ｐｓｉｇ（３．８ＭＰａ）〜６００ｐｓｉｇ（４．１ＭＰａ）である、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記時間が６時間〜１７時間である、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記所定の温度が４２５℃であり、前記初期増加圧力が６００ポンド／平方インチゲージ（ｐｓｉｇ）（４．１ＭＰａ）であり、前記時間が６時間である、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
生成物の液相のアスファルテン化合物含有量が、炭化水素供給原料のアスファルテン化合物含有量に対して少なくとも５０質量％減少する、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
生成物の液相のアスファルテン化合物含有量が、炭化水素供給原料のアスファルテン化合物含有量に対して少なくとも９０質量％減少する、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記方法のステップが、追加の添加剤または溶媒を適用することなく実施される、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記生成物の液相中の金属含有量が、前記炭化水素原料中の金属含有量未満である、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
中間相ピッチを含む生成物が液相全体にわたって均質であり、原油から直接化学品を製造する用途に適している、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
中間相ピッチを含む生成物が、少なくとも９０％純粋な中間相ピッチである別個の固相を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
中間相ピッチを含む生成物が、少なくとも９９％純粋な中間相ピッチである別個の固相を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
中間相ピッチを含む生成物が、液相の８０質量％が２５０℃未満の沸点を示す別個の液相を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
中間相ピッチを含む生成物が、液相の９０質量％が４００℃未満の沸点を示す別個の液相を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
中間相ピッチを含む生成物が、液相の９０質量％が５００℃未満の沸点を示す別個の液相を含む、請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示の実施形態は、原油および原油残渣のアップグレードに関する。特に、本開示の実施形態は、中間相ピッチを生成するために原油および原油残渣をアップグレードすることに関する。
【背景技術】
【０００２】
原油および原油残渣は、エネルギー集約型の精製プロセスで処理され、中間相ピッチを生成することができる。ピッチの縮合芳香族の特性は熱安定性をもたらし、その結果、中間相ピッチは、炭素繊維用途で使用するために溶融紡糸にすることができる。場合によっては、溶融紡糸は、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）系繊維の製造に使用され多量の溶媒および廃棄副産物を含む、湿式/乾式紡糸よりも好ましい。高品質の炭素繊維は光学的異方性または中間相ピッチ（ＭＰ）から製造できるが、この炭素繊維前駆体の製造は広範囲にわたる精製および複雑な処理が必要であり、そのため、中間相ピッチから炭素繊維を製造することは、ＰＡＮ系炭素繊維を製造するよりも望ましくなくなった。
【０００３】
炭素繊維は高強度および引張弾性率と、軽量であること、化学的に不活性であること、低い熱膨張を有すること、優れた電気伝導性および熱伝導性を有することなどの他の望ましい特性とを兼ね備えている。繊維形態における小さな構造的欠陥および強化された分子配向はこれらの特性を可能にし、炭素繊維を多くの構造的および機能的用途に適したものにする。
【０００４】
しかしながら、原油から直接化学品を製造する（Ｃ２Ｃ）技術において、中間相ピッチから炭素繊維を製造する1つの課題は、原油処理中に生成される高粘度水素化処理（ＨＴ）残渣（約５００℃を超える「留分」、または約５００℃を超える沸点）の約１０〜１５％が浪費されることである。したがって、より低い沸点を有する中間相ピッチを生成するために原油および原油残渣を処理することが望ましく、そうして、それは、炭素繊維を製造するために使用され、軽油として直接使用され、流動接触分解（ＦＣＣ）などの分解プロセスのための供給原料として使用され得る。
【発明の概要】
【０００５】
本開示は、重質原油又は残渣の粘度及び沸点を低下させるアスファルテンの同時除去を伴う、水素化処理を伴って又は伴わず原油又は原油残渣から直接高品質な中間相ピッチ（ＭＰ）を生成するための熱処理システム及び方法を提示する。このようなシステムおよび方法の生成物の固体、液体、および気体部分は、精油所生成物に分別され、水蒸気分解プロセスおよび接触分解プロセスを含む直接Ｃ２Ｃプロセスのための供給原料として使用され得る。
【０００６】
低コストの中間相ピッチ前駆体を大量に開発することにより、複数の産業で使用するための低コストの炭素繊維製造が可能になる。低コストの中間相ピッチ生成は、本開示のいくつかの実施形態では溶媒などの非不活性の化学添加剤なしで、炭素繊維産業に有益な影響を及ぼすことができる。例えば、低コストの炭素繊維系パイプラインを使用して、原油およびその製油所生成物を輸送することができ、これは、腐食損傷および生産中断を排除するのに役立つであろう。さらに、市販のピッチからの中間相ピッチ生成ではなく、原油または原油残渣から直接中間相ピッチを生成することにより、費用のかかる精製プロセス工程を排除することができる。
【０００７】
したがって、本明細書で開示されるのは、中間相ピッチを生成するための方法であって、容器から空気および酸素を除去するために少なくとも実質的に不活性なガスで容器をフラッシングするステップと、炭化水素供給原料を容器に充填するステップと、容器を初期増加圧力まで加圧するステップと、容器を所定の温度に加熱するステップと、炭化水素供給原料を中間相ピッチを含む生成物にアップグレードするように動作可能な時間、所定の温度に近接した温度に容器を維持するステップとを含む方法である。いくつかの実施形態では、炭化水素供給原料が重質原油、軽質原油、および約５００℃を超える沸点を有する原油残渣からなる群から選択される少なくとも１つの炭化水素を含む。他の実施形態では、容器を初期増加圧力まで加圧するステップが少なくとも実質的に不活性なガスで容器を加圧するステップを含む。さらに他の実施形態では、少なくとも実質的に不活性なガスは窒素を含む。
【０００８】
本方法の他の実施形態では、所定の温度は約３５０℃〜約４５０℃である。さらに他の実施形態では、所定の温度は約４００℃〜約４２５℃である。特定の実施形態では、初期増加圧力は約２９０ｐｓｉｇ〜約７２５ｐｓｉｇである。いくつかの実施形態では、初期増加圧力は約５５０ｐｓｉｇ〜約６００ｐｓｉｇの間である。他の実施形態では、時間は約６時間〜約１７時間である。本方法のさらに他の実施形態では、所定の温度は約４２５℃であり、初期増加圧力は約６００ポンド／平方インチゲージ（ｐｓｉｇ）であり、時間は約６時間である。
【０００９】
特定の実施形態では、生成物のアスファルテン化合物含有量が炭化水素供給原料に対して少なくとも約５０質量％減少する。さらに他の実施形態では、生成物のアスファルテン化合物含有量が炭化水素供給原料に対して少なくとも約９０質量％減少する。さらに他の実施形態では、本方法のステップが追加の添加剤または溶媒を適用することなく実施される。いくつかの実施形態では、中間相ピッチを含む生成物の液相中の金属含有量が、炭化水素供給原料中の金属含有量未満である。さらに他の実施形態では、中間相ピッチを含む生成物が液相全体にわたって均質であり、原油から直接化学品を製造する用途に適している。
【００１０】
さらに他の実施形態では、中間相ピッチを含む生成物が少なくとも約９０％純粋な中間相ピッチである別個の固相を含む。特定の実施形態では、中間相ピッチを含む生成物が少なくとも約９９％純粋な中間相ピッチである別個の固相を含む。さらに他の実施形態では、中間相ピッチを含む生成物が液相の約８０質量％が約２５０℃未満の沸点を示す別個の液相を含む。さらに他の実施形態では、中間相ピッチを含む生成物が液相の約９０質量％が約４００℃未満の沸点を示す別個の液相を含む。さらに他の実施形態では、中間相ピッチを含む生成物が液相の約９０質量％が約５００℃未満の沸点を示す別個の液相を含む。
【００１１】
さらなる実施形態では、炭化水素原料を中間相ピッチを含む生成物にアップグレードするように動作可能な時間、所定の温度に容器を維持するステップは、容器内の初期増加圧力を約１，７００ｐｓｉｇ〜約２，５００ｐｓｉｇに増加させる。
【００１２】
本開示のこれらおよび他の特徴、態様、および利点は、以下の説明、特許請求の範囲、および添付の図面に関してより良く理解されるであろう。しかし、図面は本開示のいくつかの実施形態のみを示し、したがって、他の等しく有効な実施形態を認めることができるので、本開示の範囲を限定すると見なされるべきではないことに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１Ａ】本開示の実施形態において、原油および原油残渣を中間相ピッチにアップグレードするのに適した装置を示す図である。
【図１Ｂ】中間相ピッチを生成する特定の実施形態を例示するために使用される実験設定を示す図である。
【図２】本開示の実施形態に従って熱処理されたアラビア重質原油のサンプルの沸点の低下を示すグラフである。
【図３】本開示の実施形態に従って温度４２５℃、撹拌速度６５０回転／分（ｒｐｍ）で６時間熱処理されたアラビア重質原油のサンプルの沸点の低下を示すグラフである。
【図４】１００μｍ、５０μｍ、および２０μｍスケールで本開示の実施形態を使用して得られた中間相ピッチの光学顕微鏡画像を示し、ここで、原油および原油残渣サンプルは、４２５℃の温度で、撹拌速度６５０回転／分（ｒｐｍ）で６時間処理された。
【図５】本開示の実施形態を使用して得られた中間相ピッチのＸ線回折（ＸＲＤ）データを示すグラフであり、ここで、原油および原油残渣サンプルは、４２５℃の温度で、撹拌速度６５０回転／分（ｒｐｍ）で６時間処理された。
【図６】本開示の実施形態に従って４２５℃の温度で、撹拌速度６５０回転／分（ｒｐｍ）で６時間熱処理されたアラビア軽質原油の水素化処理（ＨＴ）残渣のサンプルの沸点の低下を示すグラフである。
【図７】本開示の実施形態に従って熱処理されたアラビア重質原油のサンプルの沸点の低下を示すグラフである。
【図８】本開示の実施形態に従って熱処理されたＣ２Ｃ廃棄物のサンプルの沸点の低下を示すグラフである。
【図９】アラビア軽質原油のＨＴ残渣の熱処理中の反応容器の圧力プロファイルを示すグラフである。
【図１０】アラビア重質原油の熱処理中の反応容器の圧力プロファイルを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
中間相ピッチの生成、アスファルテン除去、および原油および残渣のアップグレード、ならびに明らかになるであろう他のものための統合された熱処理のシステムおよび方法の実施形態の特徴および利点がより詳細に理解され得るように、本明細書の一部を形成する、添付の図面に示される、その実施形態を参照することによって、既に簡潔に要約した本開示の実施形態のより具体的な説明ができるだろう。しかしながら、図面は本開示の様々な実施形態のみを示し、したがって、他の有効な実施形態も同様に含むことができるので、本開示の範囲を限定すると見なされるべきではないことに留意されたい。
【００１５】
米国石油協会（ＡＰＩ）比重度は、石油液体がどれだけ「重い」または「軽い」かの尺度である。６０°ＦにおけるＡＰＩ比重度と比重（ＳＧ）との関係は、ＡＰＩ＝（１４１．５／ＳＧ）−１３１．５である。ＡＰＩ比重度が約３２を超えるサウジアラビアからの原油はアラビア軽油または「ＡＬ」と呼ばれ、ＡＰＩ比重度が約２８未満の原油はアラビア重油または「ＡＨ」と呼ばれる。本開示全体を通して、アラビア軽質原油の水素化処理(「ＨＴ」)残渣は「Ｃ２Ｃ」（原油から化学品を製造する）廃棄物とも呼ばれ、これらの用語はアラビア軽質原油を水素化処理した後に約５００℃を超える沸点で得られる残渣を同定する。
【００１６】
最初に図１Ａを参照すると、本開示の実施形態における原油および原油残渣をアップグレードするのに適した装置を示す図が提供されている。装置１００は撹拌棒１０４を備えたオートクレーブ１０２を含み、原油または原油残渣サンプル１０６がオートクレーブ１０２内に配置されて示されている。オートクレーブ１０２は、ある所定の温度または予め設定された温度まで一貫して加熱することができる。一旦、予め設定された温度まで加熱されると、オートクレーブ１０２は、等圧に加えて、または等圧に代えて、等温に維持され得る。攪拌棒１０４は、ある所定のまたは予め設定された温度まで加熱する期間中、およびオートクレーブが所定の時間にわたって所定の温度または予め設定された温度に維持されている間のいずれかまたは両方で動作することができる。
【００１７】
例えば、いくつかの実施形態では、オートクレーブ１０２は摂氏約１度（℃）／分（ｍｉｎ）〜約１０℃／ｍｉｎの間で、約３６０℃〜約５００℃の間の温度に加熱することができる。いくつかの実施形態では、オートクレーブ１０２は約４００℃〜４２５℃に加熱される。オートクレーブ１０２は原油または原油残渣サンプル１０６の上方に空隙１０８を示し、これは、特定の実施形態において、１つ以上の不活性ガス（例えば、アルゴンまたはヘリウム）に加えて、またはその代わりに、窒素ガスを含む。
【００１８】
１つまたは複数の不活性ガスに加えて、またはその代わりに、窒素を使用して、オートクレーブ１０２内を、例えば、約２９０ポンド／平方インチゲージ（ｐｓｉｇ）〜約７２５ｐｓｉｇの増加圧力に維持することができる。いくつかの実施形態では、オートクレーブ１０２内の圧力がほぼ室温で窒素を使用して約６００ｐｓｉｇに維持される。特定の実施形態では、熱処理中、オートクレーブ１０２などの高圧容器内の圧力は出発原料の体積、空隙の体積、および処理中の温度に応じて、約１７００ｐｓｉｇ〜約２５００ｐｓｉｇに達することができる。
【００１９】
撹拌棒１０４の速度は調節することができる。いくつかの実施形態では、撹拌棒が約０〜約７００回転／分（ｒｐｍ）の間で調節可能であり、いくつかの実施形態では、撹拌棒の速度はオートクレーブが所定の温度または予め設定された温度まで加熱されている期間中、約６５０ｒｐｍに設定される。いくつかの実施形態では、撹拌が全処理の間、例えば、圧力容器内の圧力が約１７００ｐｓｉｇ〜約２５００ｐｓｉｇに増加する間、連続的である。さらに、原油または原油残渣サンプル１０６の上方の空隙１０８の体積および原油または原油残渣サンプル１０６の体積は、処理方法および処理するサンプルの沸点を低下させる処理方法の能力に影響を及ぼすように調整することができる。
【００２０】
図１Ｂは中間相ピッチを生成する特定の実施形態を例示するために使用される実験設定を示す図であり、図１Ａについて説明したオートクレーブ１０２と同様である。オートクレーブ１１０は、原油または原油残渣サンプル１１４を撹拌するために使用される撹拌棒１１２を含む。原油又は原油残渣サンプル１１４は、アラビア重質原油及びアラビア軽質原油からの水素化処理（ＨＴ）残渣（Ｃ２Ｃ廃棄物）を含むことができる。オートクレーブ１１０は、原油または原油残渣サンプル１１４の温度を正確に測定するための外側熱電対１１６および内側熱電対１１８を含む。
【００２１】
図示されるように、通気装置１２０は窒素ガスがオートクレーブ１１０に入り、内部圧力を約６００ｐｓｉ(圧力ゲージ１２２上に示されるように)、例えばほぼ室温、に維持することを可能にし、通気装置１２０は、窒素ガスおよび特定の反応化合物が通気され、オートクレーブ１１０から出ることを可能にする。いくつかの実施形態では、温度が処理中、約６時間〜約１７時間、約４００℃〜約４２５℃に維持される。いくつかの実施形態では、温度が約１〜約１５時間、約３５０℃〜約４５０℃に維持される。オートクレーブ１１０または原油残渣サンプル１０６中に存在する酸素は、処理がここで施される前に排気されるべきである。
【００２２】
いくつかの実施形態では、アラビア重質原油または原油残渣を中間相ピッチにアップグレードするための１ステッププロセスが、前処理なしで施される。本開示における特定の中間相ピッチ前駆体には、例えば、アラビア重質原油、および水熱処理されたアラビア軽質原油の５００℃を超える留分が含まれる。アラビア軽質留分は、約６０％の芳香族化合物を含有する。本開示の特定の実施形態では、オートクレーブなどの圧力容器を加熱する前に、圧力容器を (窒素ガス下、他の不活性ガスに加えて、または他の不活性ガスの代わりに) 約６００ｐｓｉｇに加圧し、加熱中に、圧力容器内の圧力は処理の温度および供給物の装填に応じて、浸漬時間（重合時間）中に、約１７００ｐｓｉｇ〜約２５００ｐｓｉｇ、例えば、約１８００ｐｓｉｇ、または約１９００ｐｓｉｇに達することができる。本開示における高圧および高温の組み合わせは、前処理なしで炭化水素を中間相ピッチに変換するための１ステッププロセスをもたらす。
【００２３】
図２は、本開示の実施形態に従って熱処理されたアラビア重質原油のサンプルの沸点の低下を示すグラフである。図１Ａおよび１Ｂに記載したものと同様の装置でアラビア重質原油を使用した試験では、アラビア重質原油の３０ミリリットル（ｍＬ）原料を１００ｍＬ容量のオートクレーブに装填し、そのオートクレーブをＮ２気体で数回フラッシュして、オートクレーブ内の酸素および大気含有量を除去した。オートクレーブを室温で約６００ｐｓｉｇのＮ２圧に維持した。次に、サンプルを図２に示す温度及び時間で加熱した。図２は、所定の沸点未満で沸騰する熱処理されたアラビア重油サンプルの液体留分の質量パーセンテージを示す。アラビア重質原油前駆体から得られた生成物の液体留分は、得られた生成物の約８０質量％に相当する。
【００２４】
図９および１０が示すように、オートクレーブなどの処理反応器の初期圧力は室温で約６００ｐｓｉｇであるが、オートクレーブなどの処理反応器内の圧力は劇的に増加し、いくつかの実施形態では約１，７００ｐｓｉｇ〜約２，５００ｐｓｉｇ、いくつかの実施形態では約１，９００ｐｓｉｇ〜約２，１００ｐｓｉｇ、いくつかの実施形態では約１，８５０ｐｓｉｇ、いくつかの実施形態では約１，９００ｐｓｉｇに増加する。
【００２５】
所望の中間相ピッチ生成物は（図４に示され、以下でさらに論じられるように）均質であり、室温で固体であり、プロセス後に得られる固体の炭素留分の約１００％に相当する。中間相ピッチの軟化点は好ましくは約２００℃であり、いくつかの実施形態では、約２００℃〜３５０℃である。中間相ピッチの軟化点の温度のこの範囲は、有利な機械的および熱的特性を有する炭素繊維の溶融紡糸製造におけるこの製品の使用を可能にする。
【００２６】
例えば図１Ａおよび１Ｂに示される、処理容器中の得られた生成物は、室温で、得られた炭素留分の約１０重量パーセント±５重量パーセント（供給原料、温度、および重合時間による)に相当する固相を含有する。液相（「留分」）は得られた炭素留分の約８０重量パーセント±５重量パーセントに相当し、気相は、得られた炭素留分の約１０重量パーセント±５重量パーセントである。
【００２７】
一連の実験において、反応器温度を、約６５０ｒｐｍで撹拌しながら、４００℃、４０９℃、および４２５℃の所定の温度まで６℃／分増加させた。所望の反応温度に達したら、熱処理を所定のまたは予め設定した重合時間維持し、実験容器が室温であった期間から実験終了まで６５０ｒｐｍで回転させながら撹拌を続けた。図２に示すように、６時間または１７時間加熱した後、オートクレーブ中で得られた生成物は、３つの別々の相、すなわち、気体、液体および固体からなっていた。加熱後に得られた液相を、模擬蒸留（ＳＩＭＤＩＳ）によって特徴付けた。必要とされる重合時間は一般に、反応が、完成すべき中間相ピッチを形成するために必要とする浸漬時間、すなわち、原油の品質向上および中間相ピッチ形成に必要とされる時間を指す。加熱プロセス中に、中間相ピッチは、原油中に存在する多くの芳香族化合物の重合によって形成されることが報告されている。
【００２８】
原油および残渣中、ならびに熱処理された原油および熱処理された残渣中の異なる成分の揮発性は、テキサス州シュガーランドのＡｇｉｌｅｎｔ  ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓによるＡｇｉｌｅｎｔ  Ｓｉｍｕｌａｔｅｄ  Ｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎ（「ＳＩＭＤＩＳ」）システムによって測定した。ＳＩＭＤＩＳは参考マニュアルに記載されている標準操作手順（ＳＯＰ）に従い、この方法はＡＳＴＭ  Ｄ７１６９を組み込んでいる。
【００２９】
本技術の特定の実施形態では、熱処理が、熱処理プロセスを加圧するために、１つ以上の不活性ガスに加えて、またはその代わりに、窒素以外の添加剤なしで実施される。いくつかの実施形態では、約９０％を超える純粋な中間相ピッチ生成物が熱処理後に得られ、いくつかの実施形態では、約９９％を超える純粋な中間相ピッチ生成物が熱処理後に得られる。原油およびＨＴ原油残渣は、本開示の加圧熱処理を用いて同時にアップグレードおよび脱れきすることができる。
【００３０】
図３は、本開示の実施形態に従って４２５℃の温度で、６５０回転／分（ｒｐｍ）の撹拌速度で６時間熱処理されたアラビア重質原油のサンプルについての沸点の低下を示すグラフである。原油中のアスファルテンを減少させ、米国石油協会（ＡＰＩ）数値を増加させながら、高品質の中間相ピッチを生成した。本開示の実施形態におけるＡＰＩ重力のＡＰＩ数値は、方法ＡＳＴＭ  Ｄ２８７を使用して測定した。
【００３１】
図４は１００μｍ、５０μｍ、および２０μｍスケールで本開示の実施形態を使用して得られた固体の中間相ピッチの光学顕微鏡画像を示し、中間相ピッチは、４２５℃の温度で、６５０回転／分（ｒｐｍ）の撹拌速度で６時間、サンプルを処理した後に得られた。本開示の実施形態を使用して生成される中間相ピッチは、ピッチ系炭素繊維に適切な高品質の前駆体である。得られた中間相ピッチは、適切な量のアルキル側鎖、より低い軟化点、および偏光光学顕微鏡およびＸＲＤを用いて同定された有利で一貫した結晶構造を含む。図４の画像は、中間相ピッチが全体を通して有益に均質であることを示す。同様の結果が、アラビア重油およびアラビア軽油（Ｃ２Ｃ廃棄物）出発物質のＨＴ残渣の両方についての光学顕微鏡画像で得られた。
【００３２】
中間相ピッチの純度は、「非中間相」領域とは異なって光を反射する中間相領域のパーセンテージを計数することによって、偏光顕微鏡によって決定した。本開示の実施形態における中間相ピッチの純度は、約９０％を超え、約９９％を超えることができる。
【００３３】
図５は本開示の実施形態を使用して得られた中間相ピッチについてのＸ線回折（ＸＲＤ）データを示すグラフであり、ここで、中間相ピッチは、４２５℃の温度で、６５０回転／分（ｒｐｍ）の撹拌速度で６時間にわたって得られた。ＸＲＤグラフは２５．６でピークを示し、これは中間相ピッチ炭素材料を同定する。ここで述べた方法を用いて得られた中間相ピッチはまた、原油や原油残渣などの中間相ピッチ前駆体よりも少ないアスファルテンを含んでいた。いくつかの実施形態では、約９０％までのアスファルテン除去が実現され、炭素繊維などのＣ２Ｃ用途に適した中間相ピッチが得られた。ＸＲＤによる最終生成物の特徴付けは中間相ピッチについての通常の回折グラフを示し、これは原油中の芳香族化合物および樹脂化合物の加熱重合を経て高分子量分子になることを説明している。
【００３４】
表１は、アラビア重質原油、熱処理されたアラビア重質原油、水素化処理原油残渣、および熱処理水素化処理原油残渣についての飽和炭化水素、芳香族化合物、樹脂、およびアスファルテンの値を示す。
【表１】
0006907347.tif 000002
【００３５】
原油またはその誘導体は4つの化学群、すなわち、アルカンおよびシクロパラフィンなどの飽和物、芳香族、樹脂、およびアスファルテンの、いわゆるＳＡＲＡ画分に分離することができる。ＳＡＲＡ分析を用いて、蒸留された石油サンプル中の飽和物、芳香族、樹脂、およびアスファルテンの分布を決定する。この手順は２つの段階に分けられる。すなわち、第１段階がアスファルテンの沈殿および定量を含み、一方、第２段階は、ＡＳＴＭ  Ｄ−２００７法に従う、脱れき油の飽和物画分、芳香族画分、および樹脂画分へのオープンカラムクロマトグラフィー分離である。
【００３６】
特に、表１は、アスファルテンの約９０％が除去されたので、ＡＨ処理生成物が脱れき化されたことを示す。表１に示すように、アスファルテン含有量の大部分は、原油を処理した後に除去される。また、表１には、アラビア重質原油についての樹脂含有量の約半分の減少が示されている。アラビア重油については、芳香族含有量は３５％から７８％に１００％以上増加した。
【００３７】
表２は、アラビア重質原油およびその熱処理生成物の両方の元素分析を示す。得られた中間相ピッチ炭化水素生成物はまた、その前駆体よりもはるかに少ない硫黄、ニッケル、および他の金属（例えば、バナジウム）を含有し、これは、中間相ピッチを、水蒸気分解または接触分解プロセスのいずれかを介する、原油から直接化学品を製造する技術に好適なものにする。金属を検出するために使用した誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）質量分析計において、使用したサンプル重量（３０ミリグラム、ｍｇ）の実際の定量限界（ＱＰＬ）は、ニッケル＝０．０５ｍｇ、硫黄＝０．４ｍｇ、およびバナジウム＝０．０５ｍｇであった。
【表２】
0006907347.tif 000003
【００３８】
表２に示すように、得られた生成物(処理されたアラビア重油)の液相中には、重金属含有量（Ｎｉ及びＶ）は検出されなかった。液相中の硫黄含有量も有意に減少した。ＳＩＭＤＩＳによって分析された液体組成物は、１００％の成分がアラビア重質油処理後に５００℃未満の沸点を有し、９６％の成分が残渣処理後に５００℃未満の沸点を有することを示した。
【００３９】
特定の実施形態では、アラビア重質油および５００℃を超える熱水処理されたアラビア軽油の留分を含む異なる前駆体が試験されている。いくつかの実施形態では、圧力容器、例えばオートクレーブまたは任意の高圧処理ユニットの開始圧力は少なくとも約６００ｐｓｉｇ（室温で）であり、次いで、温度は約４２０℃まで徐々に上昇する。処理中、高圧容器内の圧力は、出発原料の体積および到達した温度に応じて、約１７００ｐｓｉｇ〜約２５００ｐｓｉｇに達し得る。
【００４０】
図６は、本開示の実施形態に従って熱処理されたアラビア軽質原油の水素化処理（ＨＴ）残渣のサンプルについての沸点の低下を示すグラフである。図６に示すように、未処理のＨＴ残渣は、約４６０℃〜約７２０℃以上の沸点を有する成分から始まった。熱処理後、液体留分の成分の１００％は６３４℃未満の沸点を有する。
【００４１】
図７は、本開示の実施形態に従って熱処理されたアラビア重質原油のサンプルの沸点の低下を示すグラフである。模擬蒸留を用いて、熱処理されたアラビア重質原油を特徴付け、試料を４２０℃で６時間、最初は６００ｐｓｉｇ圧でＮ２を用いて処理した。５０ｒｐｍおよび５００ｒｐｍで処理されたサンプル間には、重合時間の持続時間を通して大きな差異はない。
【００４２】
図８は、本開示の実施形態に従って熱処理されたＣ２Ｃ廃棄物材料のサンプルの沸点の低下を示すグラフである。水素化処理したアラビア軽質原油の５００℃を超える沸点の残渣を、異なる温度で異なる重合時間で処理した。前述の重質原油と同様の反応が認められた。Ｃ２Ｃ廃棄物をより高い温度、４２５℃で７時間の重合時間で処理したときに得られた液体は６５０℃未満で１００％の回復を示し、５００℃未満で９０％の沸点を示した。
【００４３】
図９は、アラビア軽質原油のＨＴ残渣の熱処理中の反応容器の圧力プロファイルを示すグラフである。そこから分かるように、圧力は、約６００ｐｓｉｇの初期圧力から約１，８００ｐｓｉｇ の最終圧力まで増加する。
【００４４】
図１０は、アラビア重質原油の熱処理中の反応容器の圧力プロファイルを示すグラフである。そこから分かるように、圧力は、約６００ｐｓｉｇの初期圧力から約１，９００ｐｓｉｇの最終圧力まで増加する。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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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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