(57)【要約】  発電用のプロセスが提供される。プロセスは、超臨界水流を加圧され加熱された炭化水素系組成物と混合デバイス内で複合させて、複合供給流を作り出すことを含む。複合供給流は、超臨界反応器に導入されて、アップグレードされた生成物を生成する。アップグレードされた生成物は、減圧および分離される。アップグレードされた生成物は、軽質および重質画分に分離され得、軽質は、ガスタービンに導入されて発電し得、重質画分は、ボイラーに導入されて発電し得、またはそれらの両方が行われ得る。代替的に、減圧されアップグレードされた生成物が、発電のためにボイラーに送られ得るカッターストックおよび重質画分からなる燃料油画分、ならびに発電のためにガスタービンシステムに送られ得る軽質画分、またはそれらの両方を生成するために、さらに分離され得る。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電用のプロセスであって、
超臨界水流を加圧され加熱された炭化水素系組成物と混合デバイス内で複合させて、複合供給流を作り出すことと、
前記複合供給流を超臨界反応器に導入することであって、前記超臨界反応器が、水の臨界温度よりも高い温度かつ水の臨界圧力よりも高い圧力で動作して、アップグレードされた生成物を生成する、導入することと、
前記アップグレードされた生成物を減圧することと、
前記アップグレードされた生成物を、少なくとも１つの軽質および少なくとも１つの重質の画分に分離することであって、前記軽質画分中の炭化水素が、前記重質画分中の炭化水素よりも大きいアメリカ石油協会（ＡＰＩ）比重値を有する、分離することと、
前記重質画分の少なくとも一部分をボイラーに導入して発電すること、および前記軽質画分の少なくとも一部分をガスタービンに導入して発電すること、またはそれらの両方と、
を含む、プロセス。
【請求項２】
前記軽質画分中の前記炭化水素が、３０°以上のＡＰＩ比重値を有し、前記重質画分中の前記炭化水素が、３０°未満のＡＰＩ比重値を有する、請求項１に記載のプロセス。
【請求項３】
前記軽質画分を油／ガス／水分離器に送って、ガス画分、液状油画分、および水画分を生成することをさらに含む、請求項１に記載のプロセス。
【請求項４】
前記液状油画分が、１０重量百万分率（重量ｐｐｍ）未満の金属の金属含有量を有する、請求項３に記載のプロセス。
【請求項５】
前記液状油画分、前記ガス画分、またはそれらの両方が、発電のためにタービンシステムに送られる、請求項３に記載のプロセス。
【請求項６】
前記タービンシステムが、燃焼器およびガスタービンを備える、請求項５に記載のプロセス。
【請求項７】
前記水画分を水処理ユニットに送って、給水画分を生成することをさらに含む、請求項３に記載のプロセス。
【請求項８】
前記少なくとも１つの重質画分を油水分離器に送って、前記重質画分の少なくともいくらかの水を分離して、脱水された重質画分を生成することをさらに含む、請求項１に記載のプロセス。
【請求項９】
前記脱水された重質画分が、１重量％以下の水の水分含有量を有する、請求項８に記載のプロセス。
【請求項１０】
前記脱水された重質画分が、１２２°Ｆで３８０センチストークス（ｃＳｔ）以下の粘度を有する、請求項８に記載のプロセス。
【請求項１１】
前記第２の水画分を前記水処理ユニットに送って、第２の給水画分を生成することをさらに含む、請求項８に記載のプロセス。
【請求項１２】
前記第１の給水画分、前記第２の給水画分、またはそれらの両方を前記ボイラーに導入することをさらに含む、請求項８に記載のプロセス。
【請求項１３】
前記アップグレードされた生成物を分離することが、前記アップグレードされた生成物を少なくとも１つの蒸留ユニットに送ることを含む、請求項１に記載のプロセス。
【請求項１４】
前記ボイラーから蒸気を送ることと、前記加熱され加圧された炭化水素系組成物、前記超臨界水流、またはそれらの両方を加熱することと、をさらに含む、請求項１に記載のプロセス。
【請求項１５】
発電用のプロセスであって、
超臨界水流を加圧され加熱された炭化水素系組成物と混合デバイス内で複合させて、複合供給流を作り出すことと、
前記複合供給流を超臨界反応器に導入することであって、前記超臨界反応器が、水の臨界温度よりも高い温度かつ水の臨界圧力よりも高い圧力で動作する、導入することと、
前記アップグレードされた生成物を減圧することと、
前記アップグレードされた生成物を少なくとも１つのガス／油／水分離器内で分離して、少なくともガス画分、液状油画分、および水画分を生成することと、
前記液状油画分を蒸留ユニット内で分離して、少なくとも軽油画分、カッターストック画分、および重油画分を生成することと、
少なくともカッターストック画分と前記重質画分とを複合させて、燃料油画分を生成することと、
前記軽油画分をガスタービンシステムに送って発電すること、
前記燃料油画分をボイラーに送って発電すること、またはそれらの両方と、
を含む、プロセス。
【請求項１６】
前記軽油画分中の炭化水素が、３０°以上のＡＰＩ比重値を有し、前記重油画分中の前記炭化水素が、３０°未満のＡＰＩ比重値を有する、請求項１５に記載のプロセス。
【請求項１７】
前記水画分を水処理ユニットに送って、第１の給水画分を生成することをさらに含む、請求項１５に記載のプロセス。
【請求項１８】
前記液状油画分が、１０重量百万分率（重量ｐｐｍ）未満の金属の金属含有量を有する、請求項１５に記載のプロセス。
【請求項１９】
前記少なくとも１つの重油画分を油水分離器に送って、前記重油画分の少なくともいくらかの水を分離して、脱水された重質画分および第２の水画分を生成することをさらに含む、請求項１５に記載のプロセス。
【請求項２０】
前記脱水された重質画分が、１重量％以下の水の水分含有量を有する、請求項１９に記載のプロセス。
【請求項２１】
前記脱水された重質画分が、１２２°Ｆで３８０ｃＳｔ以下の粘度を有する、請求項１９に記載のプロセス。
【請求項２２】
前記第２の水画分を前記水処理ユニットに送って、第２の給水画分を生成することをさらに含む、請求項１９に記載のプロセス。
【請求項２３】
前記第１の給水画分、前記第２の給水画分、またはそれらの両方を前記ボイラーに導入することをさらに含む、請求項２２に記載のプロセス。
【請求項２４】
前記アップグレードされた生成物を分離することが、前記アップグレードされた生成物を少なくとも１つの蒸留ユニットに送ることを含む、請求項１５に記載のプロセス。
【請求項２５】
蒸気を前記ボイラーから少なくとも１つの予熱器に送ることをさらに含む、請求項１５に記載のプロセス。
【請求項２６】
蒸気を前記ボイラーから超臨界アップグレーディング反応器に導入することをさらに含む、請求項１５に記載のプロセス。
【請求項２７】
前記ガス画分を前記ガスタービンシステムに送って発電することをさらに含む、請求項１５に記載のプロセス。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願は、２０１７年１２月１３日に出願された、米国実用特許出願第１５／８４０，５２５号、および２０１７年１月４日に出願された、米国仮特許出願第６２／４４２，０７３号に対する優先権を主張し、これらは、その全体が参照によって組み込まれる。
【技術分野】
【０００２】
本開示の実施形態は、概して、発電用のシステムおよびプロセスに関する。具体的には、本開示の実施形態は、炭化水素系組成物を発電用の燃料に変換するためのシステムおよびプロセスに関する。
【背景技術】
【０００３】
指数関数的に増加しているエネルギー消費は、効率的な発電に対する継続的な需要を生み出した。主な発電源は、液体燃料および天然ガス等の炭化水素由来であり、これらは、燃焼して熱およびガスを発生させ得、ガスが電気または他のタイプのエネルギーに変換される。重質原油は、発電に適切かつ経済的に実現可能な選択肢であるが、大気汚染を最小限に抑えるために、燃焼に使用される燃料は、厳しく規制されており、未処理の重質原油は、これらの基準を満たしていない。従来のプロセスにおいて、精製所が、原油をタービンおよびボイラー内での使用に適切な燃料に処理するために使用されなければならない。
【発明の概要】
【０００４】
したがって、重質原油が発電システム内で使用され得るように、重質原油から使用可能な成分をアップグレードおよび分離するためのプロセスに対する必要性が存在する。
【０００５】
本開示の一実施形態によると、発電用のプロセスが提供される。プロセスは、超臨界水流を加圧され加熱された炭化水素系組成物と混合デバイス内で複合させて、複合供給流を作り出すことを含む。複合供給流は、超臨界反応器に導入されて、アップグレードされた生成物を生成する。超臨界反応器は、水の臨界温度よりも高い温度かつ水の臨界圧力よりも高い圧力で動作する。アップグレードされた生成物は、減圧され、かつ少なくとも１つの軽質および少なくとも１つの重質の画分に分離され、軽質画分中の炭化水素が、重質画分中の炭化水素のアメリカ石油協会（ＡＰＩ）比重値よりも大きいＡＰＩ比重値を有する。重質画分の少なくともいくらかが、ボイラーに導入されて発電するか、軽質画分の少なくともいくらかが、ガスタービンに導入されて発電するか、またはそれらの両方が行われる。
【０００６】
本開示の別の実施形態において、発電用の別のプロセスが提供される。プロセスは、超臨界水流を加圧され加熱された炭化水素系組成物と混合デバイス内で複合させて、複合供給流を作り出すことを含む。複合供給流は、超臨界反応器に導入されて、アップグレードされた生成物を生成する。超臨界反応器は、水の臨界温度よりも高い温度かつ水の臨界圧力よりも高い圧力で動作する。アップグレードされた生成物は、少なくともガス画分、液状油画分、および水画分を生成するために、減圧され、かつガス／油／水分離器内で分離される。液状油画分は、軽油画分、カッターストック画分、および重油画分を生成するために、蒸留ユニット内で分離される。カッターストック画分および重質画分は、燃料油を生成するために複合される。燃料油が発電するためにボイラーに送られ得るか、軽油画分が発電するためにガスタービンシステムに送られ得るか、またはそれらの両方が行われ得る。
【０００７】
本開示の概念は、ボイラー、ガスタービン、圧縮器ユニット、燃焼器ユニット等を主に参照して描かれているが、その概念が、任意の構成または方法論を有するシステムに対する適用可能性を有することになることが企図される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
本開示の具体的な実施形態の以下の詳細な説明は、以下の図面と併せて読むと最もよく理解することができる。
【０００９】
【図１】本実施形態による、発電用のプロセスの概略図である。
【図２】本実施形態による、超臨界水ボイラーの上流に追加の処理工程を利用する発電用の別のプロセスの概略図である。
【図３】本実施形態による、軽質／重質分離器の上流に追加の蒸留ユニットを利用する発電用のさらに別のプロセスの概略図である。
【図４】本実施形態による、超臨界水ボイラー内で発生した蒸気を、超臨界水反応器の上流の予熱器に再循環させる、発電用の別のプロセスの概略図である。
【図５】本実施形態による、超臨界ボイラーの燃料として使用される重質画分の粘度を低下させるためにカッターストックが使用される、発電用の別のプロセスの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本開示の実施形態は、発電用のプロセスを対象とする。いくつかの実施形態は、超臨界水アップグレーディング反応器を使用して炭化水素系組成物をアップグレードすること、組成物を分離すること、およびアップグレードかつ分離された炭化水素系組成物を発電用の燃料として使用することによって発電することを含む。産業用途に限定されることなく、本開示は、炭化水素系組成物を、ガスタービンおよび蒸気ボイラーに燃料を供給して発電するために使用される画分に処理し得る。本開示は、いくつかの実施形態において、原油であり得る炭化水素系組成物の成分を分離および利用することによってエネルギーを発生させるためのプロセスを提供する。いくつかの実施形態において、本開示は、超臨界水を使用して炭化水素系組成物を効率的かつ効果的にアップグレードすることによって、従来のプロセスよりも多くの燃料を生成することができる可能性がある。いくつかの実施形態において、本開示は、高温で燃料成分をタービンおよびボイラーに追加的に導入して、予熱の必要性を低減または排除し得る。
【００１１】
本明細書全体を通して使用される際、「超臨界」は、その臨界圧力および温度以上の圧力および温度の物質を指し、別個の相が存在せず、物質は、液体のような物質を溶解しながらガスの高速拡散を呈し得る。したがって、超臨界水は、水の臨界温度および臨界圧力以上の温度および圧力を有する水である。臨界温度および圧力以上の温度および圧力では、水の液相および気相の境界が消えて、流体は、液体および気体物質の両方の性質を有する。超臨界水は、有機溶媒のように有機化合物を溶解することができ、気体のように優れた拡散性を有する。温度および圧力の調節は、超臨界水の特性を連続的に「調整」して、より液体様またはよりガス様にすることを可能にする。超臨界水は、液相亜臨界水と比較して低密度かつより小さい極性を有し、それによって水中で実行され得る化学現象の可能な範囲が大幅に拡大される。
【００１２】
超臨界水は、それが超臨界の境界に達すると、様々な予想外の特性を有する。超臨界水は、有機化合物に対して非常に高い溶解性を有し、気体との無限の混和性を有する。さらに、ラジカル種は、カゴ効果（すなわち、１つ以上の水分子がラジカル種を取り囲み、次いで、ラジカル種が相互作用することを防止する条件）を通して超臨界水によって安定化され得る。理論に限定されることなく、ラジカル種の安定化は、ラジカル間縮合を防止することを助け、それによって本実施形態における全体的なコークス生成を減少させる。例えば、コークス生成は、ラジカル間縮合の結果であり得る。一定の実施形態において、超臨界水は、蒸気改質反応および水性ガスシフト反応を通して水素ガスを発生させ、これは、次いで、アップグレーディング反応に利用可能である。
【００１３】
さらに、高温かつ高圧の超臨界水は、２７ＭＰａかつ４５０℃で０．１２３グラム／ミリメートル（ｇ／ｍＬ）の密度を水に与え得る。対照的に、例えば、２０ＭＰａかつ４５０℃で過熱蒸気を生成するために圧力を低下させた場合、蒸気は、わずか０．０７９ｇ／ｍＬの密度を有することになる。その密度では、炭化水素は、過熱蒸気と相互作用して蒸発して液相に混合され、加熱時にコークスを生成し得る重質画分を後に残し得る。コークスまたはコークス前駆体の形成は、ラインを詰まらせる場合があり、除去されなければならない。それゆえに、超臨界水は、いくつかの用途において蒸気よりも優れている。
【００１４】
特定の実施形態を、図面を参照して説明する。可能な限り、同一の参照番号は、図面を通して同一または同様の構成要素を指すために使用されることになる。
【００１５】
図１は、説明される実施形態による、超臨界アップグレーディング反応器１５０内でアップグレードされる炭化水素系組成物１０５を利用することによって発電するためのプロセス１００を概略的に図示する。
【００１６】
炭化水素系組成物１０５は、石油、石炭液、または生体材料由来の任意の炭化水素源を指し得る。考えられる炭化水素系組成物１０５源としては、原油、蒸留原油、リデューストクルード、残渣油、トップトクルード、石油精製所からの生成物流、水蒸気分解プロセスからの生成物流、液化石炭、石油またはタールサンドから回収された液体生成物、瀝青、オイルシェール、アスファルテン、バイオマス炭化水素等が挙げられ得る。多くの組成物が、炭化水素系組成物１０５に適切である。いくつかの実施形態において、炭化水素系組成物１０５は、重質原油または重質原油の画分を含み得る。他の実施形態において、炭化水素系組成物１０５としては、常圧残油（ＡＲ）、常圧蒸留物、減圧軽油（ＶＧＯ）、減圧蒸留物、もしくは減圧残油（ＶＲ）、または分解生成物（ライトサイクルオイルまたはコーカ軽油等）が挙げられ得る。いくつかの実施形態において、炭化水素系組成物１０５は、精製所からの複合流、生成油、または上流オペレーション等からの他の炭化水素流であってもよい。炭化水素系組成物１０５は、デカンテッドオイル、１０個以上の炭素を含有する石油（Ｃ１０＋石油）、またはエチレンプラントからの炭化水素流であってもよい。炭化水素系組成物１０５は、いくつかの実施形態において、液化石炭またはバイオ燃料油等の生体材料誘導体であってもよい。いくつかの実施形態において、使用済み減摩（潤滑）油またはブレーキ液が使用されてもよい。
【００１７】
炭化水素系組成物１０５は、いくつかの実施形態において、ナフサまたは灯油画分であってもよい。ディーゼル画分が使用されてもよいが、超臨界水によって大幅にはアップグレードされない可能性があり、したがって所望されない場合がある。汚染された炭化水素画分もまた使用され得る。いくつかの実施形態において、塩水汚濁物を含む画分が炭化水素系組成物１０５として使用されてもよい。例えば、市場の原油は、典型的には、約１０ＰＴＢ（塩分ポンド／原油１０００バレル）未満の塩分を有する。塩水は、いくつかの実施形態に所望され得る、脱塩生成物を生成するために超臨界水によって沈殿させられ得る。
【００１８】
図１に示されるように、炭化水素系組成物１０５は、加圧された炭化水素系組成物１１６を作り出すために炭化水素ポンプ１１２内で加圧され得る。加圧された炭化水素系組成物１１６の圧力は、少なくとも２２．１メガパスカル（ＭＰａ）であり得、これは、ほぼ水の臨界圧力である。代替的に、加圧された炭化水素系組成物１１６の圧力は、２３ＭＰａ〜３５ＭＰａ、または２４ＭＰａ〜３０ＭＰａであり得る。例えば、加圧された炭化水素系組成物１１６の圧力は、２５ＭＰａ〜２９ＭＰａ、２６ＭＰａ〜２８ＭＰａ、２５ＭＰａ〜３０ＭＰａ、２６ＭＰａ〜２９ＭＰａ、または２４ＭＰａ〜２８ＭＰａであり得る。
【００１９】
図１を再び参照すると、加圧された炭化水素系組成物１１６は、次いで、１つ以上の炭化水素予熱器１２０内で加熱されて、加圧され加熱された炭化水素系組成物１２４を形成し得る。一実施形態において、加圧され加熱された炭化水素系組成物１２４は、水の臨界圧力よりも高い圧力かつ７５℃より高い温度を有する。代替的に、加圧され加熱された炭化水素系組成物１２４の温度は、１０℃〜３００℃、５０℃〜２５０℃、７５℃〜２２５℃、１００℃〜２００℃、１２５℃〜１７５℃、または１４０℃〜１６０℃である。加圧され加熱された炭化水素系組成物１２４は、コークス化生成物の形成を回避するために、約３５０℃超、いくつかの実施形態において３００℃超に加熱されるべきではない。参照によってその全体が組み込まれるＨｏｚｕｍａの米国特許第４，２４３，６３３号を参照されたい。いくつかのコークスまたはコークス前駆体生成物は、プロセス１００を遅延または停止せずにプロセスラインを通過することができるが、可能であればこれらの潜在的に問題のある化合物の形成は、回避されるべきである。
【００２０】
炭化水素予熱器１２０の実施形態としては、天然ガス燃焼加熱器、熱交換器、もしくは電気加熱器、または当該技術分野で公知の任意のタイプの加熱器が挙げられ得る。いくつかの実施形態において、加圧され加熱された炭化水素系組成物１２４は、プロセスのより後半において二重管熱交換器内で加熱される。
【００２１】
図１に示されるように、水流１１０は、１マイクロジーメンス（μＳ）／センチメートル（ｃｍ）未満、例えば、０．１μＳ／ｃｍ未満の導電率を有する水流等の任意の水源とすることができる。水流１１０はまた、脱塩水、蒸留水、ボイラー給水（ＢＦＷ）、および脱イオン水も含み得る。少なくとも一実施形態において、水流１１０は、ボイラー給水流である。水流１１０は、水ポンプ１１４によって加圧されて、加圧された水流１１８を生成する。加圧された水流１１８の圧力は、少なくとも２２．１ＭＰａであり、これは、ほぼ水の臨界圧力である。代替的に、加圧された水流１１８の圧力は、２３ＭＰａ〜３５ＭＰａ、または２４ＭＰａ〜３０ＭＰａであり得る。例えば、加圧された水流１１８の圧力は、２５ＭＰａ〜２９ＭＰａ、２６ＭＰａ〜２８ＭＰａ、２５ＭＰａ〜３０ＭＰａ、２６ＭＰａ〜２９ＭＰａ、または２４ＭＰａ〜２８ＭＰａであり得る。
【００２２】
図１を再び参照すると、加圧された水流１１８は、次いで、超臨界水流１２６を作り出すために水予熱器１２２内で加熱され得る。超臨界水流１２６の温度は、３７４℃よりも高く、これは、ほぼ水の臨界温度である。代替的に、超臨界水流１２６の温度は、３８０°Ｃ〜６００°Ｃ、４００°Ｃ〜５５０°Ｃ、４００°Ｃ〜５００°Ｃ、４００°Ｃ〜４５０°Ｃ、または４５０°Ｃ〜５００°Ｃ等の３８０℃超であり得る。いくつかの実施形態において、超臨界水流１２６の最高温度は、超臨界反応器システム内の機械部品が６００℃を超える温度に影響を受ける可能性があるため、６００℃であり得る。
【００２３】
炭化水素予熱器１２０と同様、適切な水予熱器１２２としては、天然ガス燃焼加熱器、熱交換器、および電気加熱器が挙げられ得る。水予熱器１２２は、炭化水素予熱器１２０から分離独立したユニットであってもよい。
【００２４】
図１を再び参照すると、超臨界水流１２６および加圧され加熱された炭化水素系組成物１２４は、複合供給流１３２を作り出すために供給ミキサー１３０内で混合され得る。供給ミキサー１３０は、超臨界水流１２６と加圧され加熱された炭化水素系組成物１２４とを混合することができる任意のタイプの混合デバイスとすることができる。一実施形態において、供給ミキサー１３０は、Ｔ字合流配管とすることができる。供給ミキサー１３０は、超音波デバイス、小型連続攪拌槽反応器（ＣＳＴＲ）、または任意の適切なミキサーであり得る。供給ミキサー１３０に供給される炭化水素に対する超臨界水の体積流量比は、変動し得る。一実施形態において、体積流量比は、標準周囲温度および圧力（ＳＡＴＰ）で１０：１〜１：１０、または５：１〜１：５、１：１〜４：１であり得る。
【００２５】
さらに図１を参照すると、複合供給流１３２は、次いで、複合供給流１３２をアップグレードするように構成された超臨界アップグレーディング反応器１５０内に導入され得る。
【００２６】
超臨界アップグレーディング反応器１５０は、上昇流、下降流、または水平流反応器とすることができる。上昇流、下降流または水平反応器は、超臨界水および石油系組成物が超臨界アップグレーディング反応器１５０を通って流れる方向を指す。上昇流、下降流、または水平流反応器は、所望される用途およびシステム構成に基づいて選択され得る。いかなる理論にも束縛されることを意図しないが、下降流超臨界反応器において、重質炭化水素画分は、より大きい密度を有することに起因して非常に速く流れる場合があり、これは、短い滞留時間を結果としてもたらし得る（チャネリングとして知られる）。これは、反応が起こるための時間が少ないため、アップグレーディングを妨げる場合がある。上昇流超臨界反応器は、長い滞留時間を有するが、重質画分中の炭素含有化合物等の大きい粒子が反応器の底部に蓄積することに起因して問題が起こる場合がある。この蓄積は、アップグレーディングプロセスを妨げ、反応器を詰まらせる場合がある。上昇流反応器は、典型的には、触媒を利用して反応物との接触を増大させるが、触媒は、超臨界水の厳しい条件に起因して分解し、不溶性凝集物を形成し得、これは、コークスを発生させ得る。水平反応器は、相分離を所望するか、または圧力降下を抑制することを求める用途において有用であり得るが、達成される分離が制限され得る。各タイプの反応器流は、適用可能なプロセスに基づいて変化する有利および不利な属性を有するが、いくつかの実施形態において、上昇流または下降流反応器が好ましい場合がある。
【００２７】
複合供給流１３２は、超臨界アップグレーディング反応器１５０の入口ポートを通して導入される。超臨界アップグレーディング反応器１５０は、水の臨界温度よりも高い温度かつ水の臨界圧力よりも高い圧力で動作し得る。１つ以上の実施形態において、超臨界アップグレーディング反応器１５０は、３８０℃〜４８０℃、または３９０℃〜４５０℃の温度を有し得る。超臨界アップグレーディング反応器１５０は、等温または非等温の反応器であり得る。反応器は、筒型の垂直反応器、筒型の水平反応器、容器型の反応器、撹拌器等の内部混合デバイスを有するタンク型の反応器、またはこれらの反応器のいずれかの組み合わせとすることができる。さらに、攪拌棒または攪拌デバイス等の追加の構成要素もまた超臨界アップグレーディング反応器１５０内に含められ得る。
【００２８】
超臨界アップグレーディング反応器１５０は、式Ｌ／Ｄによって画定される寸法を有し得、式中、Ｌは、超臨界アップグレーディング反応器１５０の長さであり、Ｄは、超臨界アップグレーディング反応器１５０の直径である。１つ以上の実施形態において、超臨界アップグレーディング反応器１５０のＬ／Ｄ値は、０．５メートル（ｍ）／分（ｍｉｎ）超の流体の空塔速度を達成するために十分であり得るか、または１ｍ／ｍｉｎ〜５ｍ／ｍｉｎの流体の空塔速度を達成するために十分なＬ／Ｄ値である。流体流は、５０００超のレイノルズ数によって画定され得る。
【００２９】
いくつかの実施形態において、超臨界アップグレード反応器１５０内の内部流体の滞留時間は、５秒よりも長く、例えば、１分よりも長くてもよい。いくつかの実施形態において、超臨界アップグレーディング反応器１５０内の内部流体の滞留時間は、２〜３０分、例えば、２〜２０分、５〜１５分、または５〜１０分であってもよい。
【００３０】
図１を参照すると、反応器を出る際、超臨界アップグレーディング反応器１５０の反応器生成物１５２の圧力は、０．０５ＭＰａ〜２．２ＭＰａの圧力を有し得る、減圧された流れ１７２を作り出すために低下され得る。減圧は、多くのデバイス、例えば、図１に示されるようにバルブ１７０によって達成され得る。任意選択的に、反応器生成物１５２は、バルブ１７０の上流の冷却器（図示せず）内で２００℃未満の温度に冷却され得る。熱交換器等の様々な冷却デバイスが、冷却器として考えられる。
【００３１】
図１を再び参照すると、減圧された流れ１７２は、次いで、減圧された流れ１７２を重質画分１８２と軽質画分１８４に分離する軽質／重質分離器１８０に供給され得る。様々な軽質／重質分離器１８０、例えば、フラッシュドラムまたは蒸留ユニットが考えられる。
【００３２】
いくつかの実施形態において、軽質画分１８４および重質画分１８２は、液体含有画分であってもよい。いくつかの実施形態において、軽質画分１８４中の炭化水素は、重質画分１８２中のものよりも大きいＡＰＩ比重値を有する。ＡＰＩ比重は、水に対する密度（比重としても知られている）に基づいて水と比較したときに石油液体がどの程度重いまたは軽いかの尺度である。ＡＰＩ比重は、次の方程式に従って計算され得る：
【数１】
2020509279.tif 000003
【００３３】
ＡＰＩ比重は、度で示される無次元量であり、ほとんどの石油液体は、１０°〜７０°に収まる。いくつかの実施形態において、軽質画分１８４中の炭化水素は、３０°以上のＡＰＩ比重値を有し得る。軽質画分１８４中の炭化水素は、３０°〜４０°、３０°〜４５°、３０°〜５０°、または３０°〜７０°のＡＰＩ比重値を有し得る。いくつかの実施形態において、軽質画分１８４中の炭化水素は、３１．１°等の、３１°以上のＡＰＩ値を有し得る。いくつかの実施形態において、軽質画分１８４中の炭化水素は、４０°〜４５°のＡＰＩ値を有し得、これは、非常に商業的に望ましい場合がある。いくつかの実施形態において、軽質画分１８４中の炭化水素が４５°未満のＡＰＩ値を有することが望ましい場合がある。理論に束縛されることなく、ＡＰＩ値が４５°超であるとき、軽質画分１８４中の炭化水素の分子鎖は、より短くなり、液体生成物として商業的価値が低下し得る。
【００３４】
重質画分１８２中の炭化水素は、３０°以下のＡＰＩ比重値を有し得る。例えば、重質画分１８２中の炭化水素は、３０°未満かつ１°以上のＡＰＩ比重値を有し得る。いくつかの実施形態において、重質画分１８２中の炭化水素は、１°〜１０°、２°〜２０°または４°〜８°のＡＰＩ値を有し得る。重質画分１８２中の炭化水素は、２０°以下、１５°以下、または１０°以下のＡＰＩ比重値を有し得る。
【００３５】
いくつかの実施形態において、軽質画分１８４中の炭化水素は、画分の少なくとも５％未満が蒸発したときを指す、５００℃未満のＴ５真沸点（ＴＢＰ）を有し得る。例えば、軽質画分１８４中の炭化水素は、４９０℃以下または４８９℃以下のＴ５ＴＢＰを有し得る。いくつかの実施形態において、軽質画分１８４中の炭化水素は、１５０℃以下、例えば、１２５℃以下、７５℃以下、または５０℃以下のＴ５ＴＢＰを有し得る。軽質画分１８４中の炭化水素は、５００℃以下、４９０℃以下、４８５℃以下、４８０℃以下、または４７５℃以下のＴ９０ＴＢＰを有し得る。
【００３６】
いくつかの実施形態において、重質画分１８２中の炭化水素は、４３０°Ｃ以上、例えば、４３０℃〜５６０°ＣのＴ５ＴＢＰを有し得る。重質画分１８２中の炭化水素は、４５０℃以上、５００℃以上、または５６０℃以下のＴ５ＴＢＰを有し得る。重質画分１８２中の炭化水素は、画分の少なくとも９０％が蒸発したときを指す、９００℃以下、例えば、８９０℃以下、８８５℃以下、または８７５℃以下のＴ９０ＴＢＰを有し得る。
【００３７】
図１を再び参照すると、軽質画分１８４は、ガス／油／水分離器１９０に送られ得る。ガス／油／水分離器１９０は、軽質画分１８４をガス画分１９４、液状油画分１９２、および水画分１９６に分離し得る。ガス／油／水分離器１９０は、当該業界で公知の任意の分離器であり得る。ガス／油／水分離器１９０は、軽質画分を少なくともガス画分１９４、液状油画分１９２、および水画分１９６に分離し得るが、追加の画分もまた生成され得ることが理解されるべきである。
【００３８】
いくつかの実施形態において、液状油画分１９２は、ガスタービン２３０に送られ得る。様々なガスタービンシステムおよびデバイスが考えられる。図１の実施形態に示されるように、ガスタービン２３０は、燃焼器２３５によって駆動される。液状油画分１９２は、圧縮空気２３６と共に燃料として燃焼器２３５に供給され得る。圧縮器２３８は、入口空気１０２を圧縮して圧縮された空気２３６を生成し得る。燃焼器２３５は、ガスタービン２３０の回転ブレードを駆動する加熱され圧縮された空気２３２を発生させて、機械的エネルギーを発生させる。機械的エネルギーは、発電機２５０に送られ、電気エネルギー３００に変換され得る。
【００３９】
いくつかの実施形態において、液状油画分１９２の少なくとも一部分は、追加の処理または精製工程なしで、ガスタービン２３０に動力供給するために適切であり得る。理論に束縛されることなく、液状油画分１９２は、超臨界アップグレーディング反応器１５０のアップグレーディングプロセスに起因してガスタービン燃料に要求される仕様を満たし得る。
【００４０】
上述のように、ガスタービン燃料は、腐食および汚染に関する懸念に起因して重度に規制されている。ガスタービンシステムの高温は、腐食および汚染を引き起こすもの等の、望ましくない反応を加速させ得る。例えば、液体燃料中の硫黄含有量は、燃焼によってＳＯｘに変換され得、これは、大気汚染物質である。同様に、燃料中のバナジウムおよびニッケル等の金属化合物もまた、酸化物系物質に変換され得、硫黄および窒素とさらに反応して、硫酸塩および硝酸塩を発生させ得、これらもまた、環境に有害である。
【００４１】
これらの基準に準拠するために、液状油画分１９２は、ガスタービン２３０に送られる前に、１０重量百万分率（重量ｐｐｍ）金属未満の金属含有量を有し得る。いくつかの実施形態において、液状油画分１９２は、０．５重量ｐｐｍ以下のバナジウム含有量、２重量ｐｐｍ以下のカルシウム含有量、ならびに１重量ｐｐｍ以下の複合ナトリウムおよびカリウム含有量を有し得る。液状油画分１９２は、１００重量ｐｐｍ以下、または７５重量ｐｐｍ以下の灰分含有量を有し得る。総灰分含有量は、詰まりおよび他の機械的問題を防止するために規制され得る。いくつかの実施形態において、液状油画分１９２は、詰まりおよび他の機械的問題を防止することも助けるように、１００°Ｆで１．８センチストークス（ｃＳｔ）〜３０ｃＳｔの動粘度を有し得る。上述のように、本開示のシステム実施形態は、ガスタービン燃料に関するこれらの基準に準拠して液状油画分１９２を配置するための添加剤または追加の処理工程の必要性を低減または排除し得る。
【００４２】
いくつかの実施形態において、添加剤は、ガスタービン２３０のバナジウム腐食を抑制または軽減するために使用され得る。特に、マグネシウム化合物が、成分の融点を上昇させるためにバナジウムと反応するように添加され得る。酸化マグネシウム（ＭｇＯ）は、Ｍｇ（ＶＯ３）２（融点７４２℃）、Ｍｇ２Ｖ２Ｏ７（融点９８０℃）、およびＭｇ３（ＶＯ４）２（融点１０７４℃）等の、上昇した融点を有するバナジン酸化合物を形成するために、Ｖ２Ｏ５と反応するように添加され得る。新たに形成されたマグネシウム−バナジウム酸化物が上昇した融点を有するため、それらは、ガスタービン内でより安定であり、ガスタービン２３０内に存在する金属ライニングおよび保護層を腐食または劣化させる可能性が低い。
【００４３】
図１を参照すると、重質画分１８２は、給水１２８と共にボイラー２２０に供給され得る。ボイラー２２０は、蒸気タービン２２８に動力供給し得る。ボイラー２２０は、いくつかの実施形態において、超臨界水ボイラーであってもよく、または過熱蒸気ボイラーであってもよい。いくつかの実施形態において、超臨界アップグレーディング反応器１５０からの超臨界水流１２６は、ボイラー２２０および超臨界アップグレーディング反応器１５０が相乗的に連結され得るように、ボイラー２２０と一体化され得る。これは、ボイラー２２０および超臨界アップグレーディング反応器１５０が、いくつかの実施形態において、材料、エネルギー、またはそれらの両方を共有および交換し得ることを意味する。いくつかの実施形態において、超臨界水がタービンブレードに対して望ましくないほど有害になり得るため、過熱蒸気が使用され得る。他の実施形態において、過熱水蒸気が減圧されることを必要とし、これを発生させることが困難な場合があるため、超臨界水が使用され得る。いくつかの実施形態において、給水１２８は、ボイラー２２０を始動させるために使用されることのみを必要とし得る。ボイラー２２０の作動後、超臨界水流１２６等のシステムからの水は、ボイラー２２０の機能を維持するために使用され得る。重度の断熱およびトレーシングが、著しい熱損失なしで超臨界水流１２６を移送するために、プロセス１００のライン全体を通して使用され得る。超臨界水または過熱蒸気は、蒸気タービン２２８を駆動するエネルギー２２２を生成し得る。蒸気タービン２２８は、電気エネルギー３００を生成するために発電機２５２によって変換され得る機械的エネルギーを生成し得る。タービン２２８からの過剰な蒸気２２４は、蒸気タービン２２８内に再循環されるために凝縮器に向けられ得る。
【００４４】
上述のように、いくつかの実施形態において、ボイラー２２０は、水の臨界温度および圧力よりも高い温度および圧力で動作する超臨界水ボイラーとすることができる。いくつかの実施形態において、これは、２２ＭＰａ以上の圧力かつ３７４℃以上の温度であり得る。いくつかの実施形態において、ボイラー２２０は、液体の水を、バブリング水を通して、重質画分１８２中に存在するもの等の炭化水素の燃焼によって発生した熱を介して、蒸気に変化させ得る。いくつかの実施形態において、減圧デバイスが、ボイラー２２０内での使用のために超臨界水を過熱蒸気に変換するために使用され得る。他の実施形態において、給水１２８が使用され得、これは、動力を生成するためのプロセス１００の特定の用途に望ましい任意の温度で動作し得る。
【００４５】
図１の実施形態において、重質画分１８２の少なくとも一部分は、添加剤または追加の処理もしくは精製工程をほとんどまたは全く伴わずに、ボイラー２２０の燃料として適切であり得る。理論に束縛されることなく、重質画分１８２は、超臨界アップグレーディング反応器１５０のアップグレーディングプロセスに起因してボイラー２２０の要求される仕様を満たし得る。重質画分１８２は、減少した金属含有量を有し得、既にボイラー２２０への導入のための適切な温度であり得、ボイラー２２０の上流での予熱の必要性を排除または低減する。
【００４６】
図２を参照すると、本開示の追加の実施形態は、ボイラー２２０内での蒸気発生のために使用される水の節約を対象とする。
【００４７】
いくつかの実施形態において、ガス／油／水分離器１９０内の軽質画分１８４から発生する水画分１９６は、追加の処理工程を受け得る。いくつかの実施形態において、水画分１９６は、第１の給水画分２０２を生成するために水処理ユニット２００に送られ得る。水処理ユニット２００は、濾過、脱油、脱塩、および水画分１９６のｐＨ調整を含む、任意の伝統的な水処理工程に従って水画分１９６を処理し得る。いくつかの実施形態において、水処理ユニット２００は、沈殿および濾過等の物理的プロセス、消毒および凝固等の化学的プロセス、水画分１９６を処理するための緩速濾過等の生物学的プロセス、またはこれらの任意の組み合わせを使用し得る。さらに、水処理ユニット２００は、塩素処理、通気、凝集、高分子電解質、沈降、または水を精製して水画分１９６を処理するために公知の他の技法を利用し得る。いくつかの実施形態において、水画分１９６は、ボイラー２２０のための低汚染物質を含む水源を提供するために処理を受け得る。
【００４８】
ボイラー２２０に導入される前に、第１の給水画分２０２は、ボイラー２２０内で使用される水について低減された量の汚染物質を有することを必要とし得る。例えば、いくつかの実施形態において、第１の給水画分２０２は、１２５〜２００質量十億分率（ｐｐｂ）のジエチルヒドロキシルアミン（ＤＥＨＡ）、例えば、２００ｐｐｂ未満のＤＥＨＡ、１７５ｐｐｂ未満のＤＥＨＡ、または１５０ｐｐｂ未満のＤＥＨＡを有し得る。第１の給水画分２０２は、０〜５ｐｐｂの溶解されたＯ２、例えば、５ｐｐｂ未満のＯ２、４ｐｐｂ未満のＯ２、３ｐｐｂ未満のＯ２、または２ｐｐｂ未満のＯ２を有し得る。第１の給水画分２０２は、０．０５ミリグラム／リットル（ｍｇ／Ｌ）以下の硬度、例えば、０．０１ｍｇ／Ｌ以下の硬度を有し得る。第１の給水画分２０２は、０．０１ｍｇ／Ｌ以下の銅、０．０２ｍｇ／Ｌ以下の鉄、および０．０５ｍｇ／Ｌ以下のＳｉＯ２を有し得る。第１の給水画分２０２は、ｐＨ８．８〜９．２、例えば、ｐＨ８．９〜９．１またはｐＨ９を有し得る。
【００４９】
図２を再び参照すると、重質画分１８２はまた、ボイラー２２０に送られる前に追加の処理を受け得る。図２に示されるように、いくつかの実施形態において、重質画分１８２は、重質画分１８２からの少なくともいくらかの水を分離するために、ボイラー２２０の上流の油水分離器２４０に送られ得る。油水分離器２４０は、脱水された重質画分１８６および第２の水画分２４６を生成し得る。いくつかの実施形態において、脱水された重質画分１８６は、１重量％以下の水含有量、例えば、０．５重量％以下の水または０．１重量％以下の水を有し得る。いくつかの実施形態において、脱水された重質画分１８６は、１２２°Ｆで３８０ｃＳｔ以下、例えば、１２２°Ｆで１８０ｃＳｔ以下の粘度を有し得る。
【００５０】
脱水された重質画分１８６は、ボイラー２２０に送られ得る。図１を参照して論じられた重質画分１８２と同様、脱水された重質画分１８６は、追加の工程または添加剤をほとんどまたは全く伴わずに、低金属含有量およびボイラー２２０への導入に適切な温度を有し得る。脱水された重質画分１８６は、蒸気発生工程用の燃料としてボイラー２２０に供給され得る。
【００５１】
図２を再び参照すると、第２の画分２４６は、第２の給水画分２０４を生成するために第２の水処理ユニット２０５に送られ得、第２の給水画分２０４は、ボイラー２２０に導入され得るか、または導入されない場合がある。いくつかの実施形態において、第１の給水画分２０２および第２の給水画分２０４は、複合され、両方がボイラー２２０に導入され得る。これは、水を節約して、添加剤または追加の工程をほとんどまたは全く伴わずに、より自立的なプロセスを可能にし得る。タービン２２８からの過剰な蒸気２２４は、タービン２２８または超臨界アップグレーディング反応器１５０への再循環等の、プロセス１００全体を通して再使用されるように凝縮器に向けられ得る。タービン２２８および超臨界アップグレーディング反応器１５０は、本質的に相乗的であり得、限定されるものではないが、蒸気２２４を含む、エネルギー、材料、またはそれらの両方を交換し得る。
【００５２】
ここで図３を参照すると、追加の実施形態は、軽質／重質分離器１８０の上流の反応器生成物１５２をさらに処理することを対象とする。図３は、ボイラー２２０に動力供給するために重油画分２１６と複合されたカッターストック画分２１２を利用することをさらに図示する。
【００５３】
図３において、減圧された流れ１７２は、初期ガス／油／水分離器１６０に送られ、減圧された流れ１７２が、初期ガス画分１６４、初期水画分１６６、および初期油画分１６２に分離される。初期油画分１６２は、軽質／重質分離器１８０に送られて、軽質画分１８４および重質画分１８２に分離され得る。軽質画分１８４は、蒸留ユニット２１０に送られ得る。蒸留ユニット２１０は、軽質画分１８４を少なくとも軽質液状油画分２１４、カッターストック画分２１２および重油画分２１６に分離し得る。示されていないが、他の画分もまた考えられる。
【００５４】
いくつかの実施形態において、重油画分２１６は、画分が５０℃で３８０ｃＳｔ超の粘度を有するように蒸留され得る。重油画分２１６の動粘度は、いくつかの実施形態において、１００°Ｆで１２５ｃＳｔ超であり得る。重油画分２１６の動粘度は、１００°Ｆで１００ｃＳｔ超であり得るか、または１００°Ｆで１００ｃＳｔ〜１２５ｃＳｔ、もしくは１００ｃＳｔ〜１５０ｃＳｔであり得る。いくつかの実施形態において、軽質液状油画分２１４は、１００°Ｆで１ｃＳｔ〜５ｃＳｔ、１ｃＳｔ〜１０ｃＳｔ、または１ｃＳｔ〜２０ｃＳｔの動粘度を有し得る。理論に束縛されることなく、カッターストック画分２１２は、重油画分２１６と軽質液状油画分２１４との間の中間体と見なされる場合があり、軽質液状油画分２１４と重油画分２１６との間の動粘度を有し得る。カッターストック画分２１２は、１００°Ｆで１ｃＳｔ〜３０ｃＳｔ未満、例えば、５ｃＳｔ〜２５ｃＳｔまたは１０ｃＳｔ〜２０ｃＳｔの動粘度を有し得る。いくつかの実施形態において、カッターストック画分２１２は、１００°Ｆで１ｃＳｔ〜５ｃＳｔ、１ｃＳｔ〜２０ｃＳｔ、１〜１０ｃＳｔ、または５〜１５ｃＳｔの動粘度を有し得る。いくつかの実施形態において、カッターストック画分２１２は、１００°Ｆで１ｃＳｔ未満、または３ｃＳｔ未満、例えば、０ｃＳｔ〜１ｃＳｔ、０ｃＳｔ〜３ｃＳｔ、または０ｃＳｔ〜５ｃＳｔの動粘度を有し得る。
【００５５】
本開示全体を通して使用されるように、動粘度は、方程式２に従って流体の密度と比較された絶対粘度の比を指す。
【数２】
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【００５６】
カッターストック画分２１２は、ナフサ、灯油、またはそれらの組み合わせからなり得るか、または、いくつかの実施形態において、他の適切な炭化水素からなり得る。カッターストック画分２１２は、いくつかの実施形態において、重油画分２１６の粘度を低下させるために重油画分２１６と複合され得る。カッターストック画分２１２は、ミキサー１３６内で重油画分２１６と複合され得る。ミキサーは、簡素なＴ字合流配管、超音波デバイス、小型連続攪拌槽反応器（ＣＳＴＲ）、または他の任意の適切なミキサー等の任意の適切なミキサーとすることができる。カッターストック画分２１２は、燃料油画分２１８を生成する重質油画分２１６と混合され得る。
【００５７】
カッターストック画分２１２は、重油画分２１６よりも低い粘度を有し得る。加えて、カッターストック画分２１２は、重油画分２１６よりも少ない硫黄含有量を有し得る。それゆえに、重油画分２１６へのカッターストック画分２１２の追加は、重油画分２１６の粘度を低下させる、重油画分２１６の硫黄含有量を減少させる、またはそれらの両方を行って、アップグレードされた燃料油画分２１８を生成し得る。燃料油画分２１８は、添加剤または追加の処理工程を必要とせずに、またはその必要性を低減させて、ボイラー２２０内の燃料としての使用に適切であり得る。いくつかの実施形態において、追加の処理工程または添加剤の必要性が低減され得る。理論に束縛されることなく、初期ガス／油／水分離器１６０、軽質／重質分離器１８０、および蒸留ユニット２１０との組み合わせにおける超臨界アップグレーディング反応器１５０の処理は、ボイラー２２０内の適切な燃料に必要な仕様を満たすことができるアップグレードされた燃料油画分２１８を生成し得る。
【００５８】
燃料油画分２１８は、１０°〜１５°、例えば、１３°のＡＰＩ値を有し得る。燃料油画分２１８は、５°〜２０°、１０°〜２０°、５°〜２５°、または１０°〜２５°のＡＰＩ値を有し得る。燃料油画分２１８は、１２°〜１４°、１５°〜１８°、または１２°〜１８°のＡＰＩ値を有し得る。カッターストック画分２１２は、３０℃〜２５０℃、例えば３０℃〜１５０℃または１５０℃〜２５０℃の沸点範囲を有し得る。燃料油画分２１８のＴ５ＴＢＰは、１００℃〜２００℃、１００℃〜１５０℃、１００℃〜１２５℃、または７５℃〜１２５℃であり得る。燃料油画分２１８のＴ９０ＴＢＰは、８００℃〜９００℃、８５０℃〜９００℃、または８５０℃〜８７５℃であり得る。
【００５９】
さらに図３を参照すると、燃料油画分２１８は、ボイラー２２０に送られて燃料として使用され得る。超臨界給水１２９もまた、ボイラー２２０に動力供給するために使用され得る。超臨界給水１２９は、水ポンプ１１４および図１を参照して上に説明された水予熱器１２２から生成され得る。いくつかの実施形態において、超臨界水流１２６は、超臨界給水１２９を生成するために、分配弁１３４を用いて分割され得る。ボイラー２２０は、蒸気タービン２２８を駆動するために蒸気２２２を発生させ得る。蒸気タービンは、いくつかの実施形態において排気機構を追加的に利用して、過剰な蒸気２２４を排出し得る。蒸気タービン２２８は、電気エネルギー３００を生成するために発電機２５２に動力供給する機械的エネルギーを生成し得る。
【００６０】
図１を参照して説明された実施形態と同様、軽質液状油画分２１４は、ガスタービン２３０に動力供給するために、加熱され圧縮された空気２３２を生成する燃焼器２３５に送られ得る。ガスタービン２３０は、発電機２５０に動力供給し、電気エネルギー３００を生成するために機械的エネルギーを生成し得る。
【００６１】
ここで図４を参照すると、追加の実施形態は、システム内の蒸気要件を節約かつ最小限に抑えることを対象とする。図４は、いくつかの実施形態において、蒸気タービン２２８からの蒸気２２４の流出物が、再循環かつ超臨界アップグレーディング反応器１５０の上流の予熱器１２０、１２２に送られて、加圧された炭化水素系組成物１１６および加圧された水流１１８を加熱し得ることを図示する。図２の実施形態に示されるように代替的に、蒸気２２４は、超臨界アップグレーディング反応器１５０内に追加的に再循環され得る。本開示のプロセスは、発電用の非常に効率的なシステムを作り出すために複合供給流１３２の多数の画分を利用しつつ、水消費量を最小限に抑え得る。
【００６２】
ここで図５を見ると、図５は、図１〜４に図示された実施形態と同様の、発電用のプロセスの別の概略図である。図１〜４を参照して上述された実施形態のいずれかが、図５のプロセスに使用されると考えられることが理解されるべきである。加えて、図５は、カッターストック画分３１２Ａおよび３１２Ｂの利用を図示する。
【００６３】
図５において、軽質／重質分離器１８０は、減圧された流れ１７２を重質画分１８２と軽質画分１８４とに分離するために使用される。軽質画分１８４は、次いで、軽質画分１８４をガス画分１９４、液状油画分１９２、および水画分１９６に分離し得る、ガス／油／水分離器１９０に送られ得る。
【００６４】
液状油画分１９２は、次いで、フロースプリッタ１９８を介して２つのカッターストック画分３１２Ａおよび３１２Ｂの流れに分割され得る。フロースプリッタ１９８は、液状油画分１９２をカッターストック画分３１２Ａおよび３１２Ｂの少なくとも２つの蒸気に分離することができる任意の公知の分割デバイスとすることができる。図５に示されるように、いくつかの実施形態において、カッターストック画分３１２Ａの１つの流れは、燃焼器２３５に燃料として送られ得る。加えて、ガス画分１９４は、燃料として燃焼器２３５に送られ得る。反応器生成物１５２の複数の構成要素を利用することによって、発電用のプロセスは、発電に必要な燃料要件を最小限に抑え得る。
【００６５】
図５を再び参照すると、カッターストック画分３１２Ｂの別の流れは、ミキサー１３８に送られ得、重質画分１８２と混合されて、混合された燃料画分１８８を形成する。ミキサー１３８は、簡素なＴ字合流配管、超音波デバイス、小型連続攪拌槽反応器（ＣＳＴＲ）、または別の公知のミキサー等の当該技術分野で公知の任意の適切なミキサーとすることができる。上述されたように、重質画分１８２、混合された燃料画分１８８、またはそれらの両方は、いくつかの実施形態において、図２を参照して論じられた油水分離器２４０を通して脱水され得る。
【００６６】
混合された燃料画分１８８は、次いで、ボイラー２２０に送られ得る。ボイラー２２０は、図１〜４を参照して上述されたように、蒸気タービン２２８に動力供給して、発電機２５２に動力供給し、かつ電気エネルギー３００を生成し得る。
【実施例】
【００６７】
以下のシミュレーション例は、上述された本開示の１つ以上の実施形態を例示する。具体的には、シミュレーションを、上記の実施形態に従って、特に図５に図示された発電用のプロセスの実施形態に関して、実行した。プロセスの反応条件は、表１に列挙されており、成分の組成特性は、表２に列挙されており、図５に使用された名称および参照番号の両方によって列挙されている。
【００６８】
発電用のプロセスの実施例において、炭化水素系（ＨＣ系）組成物（ｃｏｍｐ．）１０５をポンプで加圧して、３９０１ポンド／平方インチゲージ（ｐｓｉｇ）の圧力で加圧された（ｐｒｅｓ．）炭化水素系組成物１１６を作り出した。水流１１０もまた、加圧して、３９０１ｐｓｉｇの圧力に加圧された水流１１８を形成した。加圧された炭化水素系組成物１１６を２６℃から１５０℃の温度まで予熱した。加圧された水流１１８もまた、２２℃の温度から４５０℃の温度まで予熱して、超臨界水流１２６を形成した。超臨界水流１２６および加圧され加熱された炭化水素系組成物１２４を供給ミキサー内で混合して、複合供給流１３２を生成し、これを超臨界アップグレーディング反応器に導入して、反応器生成物１５２を生成した。反応器生成物１５２（圧力３９０１ｐｓｉｇ）を弁によって減圧された流れ１７２（圧力５ｐｓｉｇ）に減圧した。減圧された流れ１７２をフラッシュドラムに供給して、減圧された流れ１７２を重質画分１８２と軽質画分１８４とに分離した。
【００６９】
軽質画分１８４を、次いで、軽質画分１８４をガス画分１９４、液状油画分１９２、および水画分１９６に分離するために、ガス／油／水分離器に送った。液状油画分１９２を、次いで、２つのカッターストック画分３１２Ａおよび３１２Ｂの流れに分割した。一方のカッターストック画分３１２Ａの流れをガスタービンに送り、一方で他方のカッターストック画分３１２Ｂの流れを重質画分１８２と混合させて、ボイラーに送られる混合された燃料画分１８８を作り出した。混合された燃料画分を、蒸気タービンおよび電気エネルギーを生成する発電機と連通している超臨界蒸気ボイラーに送った。
【００７０】
同様に、カッターストック画分３１２Ａおよびガス画分１９４を、燃焼器に送り、圧縮され加熱された空気を生成して、ガスタービンを駆動した。ガスタービンは、機械的エネルギーを生成し、これが、動力供給された発電機内で電気エネルギーに変換された。ボイラーからの蒸気２２４を再循環させ、石油および水予熱器に戻し、過剰な蒸気を石油予熱器から回収した。
【００７１】
特に、プロセスの実施例は、システムに外部エネルギーを供給することなく、システムに燃料ガスを供給することなく、かつガスタービン、ボイラー、またはそれらの両方に導入する前に成分を冷却および再加熱することを必要とせずに、発電することができた。プロセスの実施例は、最小量の水を消費し、予熱器を加熱しそしてプロセスを継続するために水画分（蒸気２２４）を再利用することができた。タービンおよびボイラーに燃料供給するために使用された、生成されたカッターストック画分３１２Ａおよび３１２Ｂは、画分の金属または硫黄含有量を減少させるための添加剤の使用なしで燃料ガスに要求される仕様を満たした。ガス画分１９４はまた、元の複合供給流１３２のほぼ全ての画分を利用して、燃焼器に動力供給して発電するために使用された。複合供給流１３２の非常に多くのアップグレードされ分離された成分を利用することによって、プロセスの実施例は、より効率的な自立的なシステムにおいてより多くの燃料を生成することができ、これは、時間および費用を節約する。
【００７２】
【表１】
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【００７３】
表１において、温度は、摂氏「℃」で測定される。圧力は、ポンド／平方インチゲージ「ｐｓｉｇ」である。質量流量は、キログラム／時「ｋｇ／ｈ」である。液体体積流量は、方程式１を使用して計算され得る、標準理想液体体積流量を参照して、バレル／日「バレル／日」で測定される。
【数３】
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【表２】
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【００７４】
開示の第１の態様は、発電用のプロセスであって、超臨界水流を加圧され加熱された炭化水素系組成物と混合デバイス内で複合させて、複合供給流を作り出すことと、複合供給流を超臨界反応器に導入することであって、超臨界反応器が、水の臨界温度よりも高い温度かつ水の臨界圧力よりも高い圧力で動作して、アップグレードされた生成物を生成する、導入することと、アップグレードされた生成物を減圧することと、アップグレードされた生成物を、少なくとも１つの軽質および少なくとも１つの重質の画分に分離することであって、軽質画分中の炭化水素が、重質画分中の炭化水素よりも大きいアメリカ石油協会（ＡＰＩ）比重値を有する、分離することと、重質画分の少なくとも一部分をボイラーに導入して発電すること、および軽質画分の少なくとも一部分をガスタービンに導入して発電すること、またはそれらの両方と、を含む、プロセスを対象とする。
【００７５】
開示の第２の態様は、軽質画分中の炭化水素が、３０°以上のＡＰＩ比重値を有する、第１の態様を含む。
【００７６】
開示の第３の態様は、重質画分中の炭化水素が、３０°未満のＡＰＩ比重値を有する、第１または第２の態様を含む。
【００７７】
開示の第４の態様は、重質画分中の炭化水素が、３０°未満かつ２０°以上のＡＰＩ比重値を有する、第１から第３の態様のいずれかを含む。
【００７８】
開示の第５の態様は、軽質画分を油／ガス／水分離器に送って、ガス画分、液状油画分、および水画分を生成することをさらに含む、第１から第４の態様のいずれかを含む。
【００７９】
開示の第６の態様は、液状油画分が、１０重量百万分率（重量ｐｐｍ）未満の金属の金属含有量を有する、第５の態様を含む。
【００８０】
開示の第７の態様は、液状油画分が、発電のためにタービンシステムに送られる、第５および第６の態様を含む。
【００８１】
開示の第８の態様は、ガス画分が、発電のためにタービンシステムに送られる、第５および第６の態様を含む。
【００８２】
開示の第９の態様は、タービンシステムが、燃焼器およびガスタービンを備える、第７から第８の態様を含む。
【００８３】
開示の第１０の態様は、水画分を水処理ユニットに送って、給水画分を生成することをさらに含む、第５から第９の態様のいずれかを含む。
【００８４】
開示の第１１の態様は、少なくとも１つの重質画分を油水分離器に送って、重質画分の少なくともいくらかの水を分離して、脱水された重質画分を生成することをさらに含む、第１から第１０の態様のいずれかを含む。
【００８５】
開示の第１２の態様は、脱水された重質画分が、１重量％以下の水の水分含有量を有する、第１１の態様を含む。
【００８６】
開示の第１３の態様は、脱水された重質画分が、０．５重量％以下の水の水分含有量を有する、第１１の態様を含む。
【００８７】
開示の第１４の態様は、脱水された重質画分が、０．１重量％以下の水の水分含有量を有する、第１１の態様を含む。
【００８８】
開示の第１５の態様は、脱水された重質画分が、３８０センチストークス（ｃＳｔ）以下の粘度を有する、第１１から第１４の態様のいずれかを含む。
【００８９】
開示の第１６の態様は、脱水された重質画分が、１８０ｃＳｔ以下の粘度を有する、第１１から第１５の態様のいずれかを含む。
【００９０】
開示の第１７の態様は、第２の水画分を水処理ユニットに送って、第２の給水画分を生成することをさらに含む、第１１から第１６の態様のいずれかを含む。
【００９１】
開示の第１８の態様は、第１の給水画分、第２の給水画分、またはそれらの両方をボイラーに導入することをさらに含む、第１１から第１７の態様のいずれかを含む。
【００９２】
開示の第１９の態様は、ボイラーが、超臨界水ボイラーであり、超臨界水ボイラーが、水の臨界温度および圧力よりも高い温度および圧力で動作する、第１から第１８の態様のいずれかを含む。
【００９３】
開示の第２０の態様は、アップグレードされた生成物を分離することが、アップグレードされた生成物を少なくとも１つの蒸留ユニットに送ることを含む、第１から第１９の態様のいずれかを含む。
【００９４】
開示の第２１の態様は、アップグレードされた生成物を分離することが、アップグレードされた生成物をフラッシュドラムに送ることを含む、第１から第２０の態様のいずれかを含む。
【００９５】
開示の第２２の態様は、アップグレードされた生成物を減圧する前にアップグレードされた生成物を冷却することをさらに含む、第１から第２１の態様のいずれかを含む。
【００９６】
開示の第２３の態様は、ボイラーから蒸気を送ることと、加熱され加圧された炭化水素系組成物、超臨界水流、またはそれらの両方を加熱することと、をさらに含む、第１から第２２の態様のいずれかを含む。
【００９７】
開示の第２４の態様は、発電用のプロセスであって、超臨界水流を加圧され加熱された炭化水素系組成物と混合デバイス内で複合させて、複合供給流を作り出すことと、複合供給流を超臨界反応器に導入することであって、超臨界反応器が、水の臨界温度よりも高い温度かつ水の臨界圧力よりも高い圧力で動作して、アップグレードされた生成物を生成する、導入することと、アップグレードされた生成物を減圧することと、アップグレードされた生成物を少なくとも一つのガス／油／水分離器内で分離して、少なくともガス画分、液状油画分、および水画分を生成することと、液状油画分を蒸留ユニット内で分離して、少なくとも軽油画分、カッターストック画分、および重油画分を生成することと、少なくともカッターストック画分と重質画分とを複合させて、燃料油画分を生成することと、軽油画分をガスタービンシステムに送って発電すること、燃料油画分をボイラーに送って発電すること、またはそれらの両方と、を含む、プロセスを示す。
【００９８】
開示の第２５の態様は、軽油画分中の炭化水素が、３０°以上のＡＰＩ比重値を有する、第２４の態様を含む。
【００９９】
開示の第２６の態様は、重油画分中の炭化水素が、３０°未満のＡＰＩ比重値を有する、第２４または第２５の態様を含む。
【０１００】
開示の第２７の態様は、重油画分中の炭化水素が、３０°未満かつ２０°以上のＡＰＩ比重値を有する、第２４から第２６の態様のいずれかを含む。
【０１０１】
開示の第２８の態様は、水画分を水処理ユニットに送って、第１の給水画分を生成することをさらに含む、第２４から第２７の態様のいずれかを含む。
【０１０２】
開示の第２９の態様は、液状油画分が、１０重量百万分率（重量ｐｐｍ）未満の金属の金属含有量を有する、第２４から第２８の態様のいずれかを含む。
【０１０３】
開示の第３０の態様は、少なくとも１つの重油画分を油水分離器に送って、重油画分の少なくともいくらかの水を分離して、脱水された重質画分および第２の水画分を生成することをさらに含む、第２４から第２９の態様のいずれかを含む。
【０１０４】
開示の第３１の態様は、脱水された重質画分が、１重量％以下の水の水分含有量を有する、第３０の態様を含む。
【０１０５】
開示の第３２の態様は、脱水された重質画分が、０．５重量％以下の水の水分含有量を有する、第３０の態様を含む。
【０１０６】
開示の第３３の態様は、脱水された重質画分が、０．１重量％以下の水の水分含有量を有する、第３０の態様を含む。
【０１０７】
開示の第３４の態様は、脱水された重質画分が、１２２°Ｆで３８０ｃＳｔ以下の粘度を有する、第３０から第３３の態様のいずれかを含む。
【０１０８】
開示の第３５の態様は、脱水された重質画分が、１２２°Ｆで１８０ｃＳｔ以下の粘度を有する、第３０から第３４の態様のいずれかを含む。
【０１０９】
開示の第３６の態様は、第２の水画分を水処理ユニットに送って、第２の給水画分を生成することをさらに含む、第３０から第３５の態様のいずれかを含む。
【０１１０】
開示の第３７の態様は、第１の給水画分、第２の給水画分、またはそれらの両方をボイラーに導入することをさらに含む、第３６の態様を含む。
【０１１１】
開示の第３８の態様は、ボイラーが、水の臨界温度および圧力よりも高い温度および圧力で動作する超臨界水ボイラーである、第２４から第３７の態様のいずれかを含む。
【０１１２】
開示の第３９の態様は、アップグレードされた生成物を分離することが、アップグレードされた生成物を少なくとも１つの蒸留ユニットに送ることを含む、第２４から第３８の態様のいずれかを含む。
【０１１３】
開示の第４０の態様は、アップグレードされた生成物を分離することが、アップグレードされた生成物をフラッシュドラムに送ることを含む、第２４から第３９の態様のいずれかを含む。
【０１１４】
開示の第４１の態様は、カッターストック画分が、ナフサ、灯油、またはそれらの組み合わせを含む、第２４から第４０の態様のいずれかを含む。
【０１１５】
開示の第４２の態様は、蒸気をボイラーから少なくとも１つの予熱器に送ることをさらに含む、第２４から第４１の態様のいずれかを含む。
【０１１６】
開示の第４３の態様は、蒸気を前記ボイラーから超臨界アップグレーディング反応器に導入することをさらに含む、第２４から第４２の態様のいずれかを含む。
【０１１７】
開示の第４４の態様は、ガス画分をガスタービンシステムに送って発電することをさらに含む、第２４から第４３の態様のいずれかを含む。
【０１１８】
当業者には、特許請求される主題の概念および範囲から逸脱することなく、本明細書に説明される実施形態に対して様々な改変および変形がなされ得ることが明らかであろう。したがって、本明細書は、本明細書に記載された様々な実施形態の改変および変形を包含するが、かかる改変および変形は、添付の特許請求の範囲およびそれらの等価物の範囲内に入るものとすることが意図される。
【０１１９】
開示全体を通して使用される際、文脈が別途明確に指示しない限り、単数形「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」は、複数の参照対象を含む。したがって、例えば、「ａ」構成要素の参照は、文脈が別途明確に示さない限り、２つ以上のかかる構成要素を有する態様を含む。
【０１２０】
本開示の主題を詳細に、およびその具体的な実施形態を参照して説明したが、本明細書に開示された様々な詳細は、本明細書に付随する図面の各々に特定の要素が示されている場合であっても、これらの詳細が本明細書に記載された様々な実施形態の必須構成要素である要素に関係することを意味するものではないことに留意すべきである。さらに、改変および変形が、添付の特許請求の範囲で定義される実施形態を含むが、これに限定されない、本開示の範囲から逸脱せずに可能であることが明らかであろう。より具体的には、本開示のいくつかの態様が本明細書において特に有利であると特定されるが、本開示は必ずしもこれらの態様に限定されないことが考えられる。
【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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【国際調査報告】
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