СПОСОБ ЧАСТИЧНОГО ОБОГАЩЕНИЯ ТЯЖЕЛОЙ НЕФТИ И БИТУМА
METHOD FOR PARTIAL UPGRADING OF HEAVY OIL AND BITUMEN

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0001] Изобретение относится к модификациям способов обогащения битума и тяжелой нефти для синтеза синтетической неочищенной нефти и к другим операциям для эффективного получения ценных углеводородных побочных продуктов.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] Хорошо известно, что для некоторых форм углеводородов требуется обогащение либо для их транспортировки, либо для повышения продажной стоимости. Кроме того, нефтеперерабатывающие заводы не подходят для переработки тяжелой нефти, битума и т.п. и, таким образом, для проведения нефтепереработки следует изменить вязкость, плотность и содержание примесей, таких как тяжелые металлы, сера и азот, присутствующие в этих тяжелых материалах. Обогащение в основном направлено на уменьшение вязкости и содержания серы, металлов и асфальтена в битуме.
[0003] Одна из проблем, связанная с обогащением тяжелой нефти и битума, состоит в том, что для обеспечения рыночной ценности и выхода продукта асфальтены и тяжелые фракции должны быть удалены или модифицированы. Типичные установки для обогащения нефти обостряют указанную проблему из-за образования нефтяного кокса или остатка от перегонки, что приводит к образованию нежелательных отходов. Такие отходы, поскольку их невозможно легко подвергнуть превращению с помощью общепринятых способов, обычно удаляют из процесса, что уменьшает суммарный выход ценного углеводородного материала, образующегося в процессе обогащения.
[0004] Способ Фишера-Тропша нашел широкое применение при синтезе углеводородов и топлива. Указанный способ использовался в течение десятилетий и способствовал получению углеводородов из некоторых материалов, таких как уголь, остаток от перегонки нефти, нефтяной кокс и биомасса. В последние несколько лет большой интерес вызывает конверсия альтернативных энергетических ресурсов, учитывая растущие экологические проблемы в связи с загрязнением окружающей среды, снижение мировых запасов традиционного углеводородного топлива и растущую обеспокоенность по поводу управления прудами-хвостохранилищами вместе с повышением расходов на извлечение, обогащение и очистку тяжелых углеводородных ресурсов. Основные производители в области синтетических топлив значительно расширили уровень техники в данной технологической сфере за счет ряда запатентованных усовершенствований и находящихся на рассмотрении заявок в форме публикаций. В находящейся на одновременном рассмотрении заявке США №13/024925, принадлежащей Заявителю, описан протокол для синтеза топлива.
[0005] Примеры последних достижений, которые были сделаны в этой области техники, включают признаки, описанные Espinoza с соавт. в патенте США №6958363, выданном 25 октября 2005 года, Bayle с соавт. в патенте США №7214720, выданном 8 мая 2007 года, Schanke с соавт. в патенте США №6696501, выданном 24 февраля 2004 года.
[0006] В отношении другого успеха, который был достигнут в этой области техники, данный уровень техники изобилует значительными достижениями не только в сфере газификации твердых углеродных сырьевых материалов, но также, среди прочего, в методологии получения синтез-газа, контролирования водорода и моноксида углерода в установке XTL (для превращения газа, угля или биомассы в жидкое топливо), контролирования водорода в реакторах Фишера-Тропша и превращения исходного сырья на основе углерода в углеводородные жидкие легко транспортируемые топлива. Ниже приведен репрезентативный перечень других таких ссылок. Указанный перечень включает: патенты США №№77761 14; 6765025; 6512018; 6147126; 6133328; 7855235; 7846979; 6147126; 7004985; 6048449; 7208530; 6730285; 6872753, а также публикации заявок на патент США US 2010/0113624; US 2004/0181313; US 2010/0036181; US 2010/0216898; US 2008/0021122; US 2008/0115415 и US 2010/0000153.
[0007] Способ Фишера-Тропша (Ф-Т) имеет несколько значительных преимуществ при применении в процессе в установке для обогащения битума, при этом одно из преимуществ состоит в возможности превращения образовавшихся ранее нефтяного кокса и остатка от перегонки в ценную синтетическую неочищенную нефть (SCO) высокого качества с заметно повышенным содержанием парафинов. Дополнительное значительное преимущество состоит в том, что выход неочищенного битума с получением SCO составляет около или больше 100%, на 20% больше по сравнению выходом некоторых процессов в современных способах обогащения. Еще одно преимущество заключается в отсутствии отходов в виде нефтяного кокса и остатка после перегонки нефти, воздействующих на окружающую среду, что, таким образом, в целом улучшает утилизацию битумных ресурсов.
[0008] Дополнительное преимущество применения процесса Ф-Т в установке для обогащения битума состоит в том, что побочные продукты Ф-Т можно частично и полностью смешать с перегнанными или отделенными фракциями из сырьевого потока битума или тяжелой нефти с получением уникальной не содержащей кубовых остатков частично обогащенной синтетической неочищенной нефти (SCO), смешанной стратегически для эффективной транспортировки и дополнительной переработки на заводах первичной нефтепереработки. Общее преимущество состоит в значительном снижении выбросов технологических парниковых газов (GHG) и 100% превращении ресурса битума или тяжелой нефти без образования бесполезных побочных продуктов.
[0009] Дополнительное преимущество применения процесса Ф-Т в установке для обогащения битума состоит в том, что получают малосернистую синтетическую неочищенную нефть (SCO) с высоким содержанием парафинов и высоким цетановым числом. Более конкретно, полезные побочные продукты, образующиеся в процессе Ф-Т, такие как парафинистая нафта и пары Ф-Т (такие как метан и сжиженные нефтяные газы (LPG)), имеют особое значение в процессе, протекающем в процессе для обогащения битума, и в предшествующих типовых процессах. Пары Ф-Т, практически не содержащие соединения серы, можно использовать в качестве обогащения топлива или в качестве исходного сырья для производства водорода, что позволяет частично удовлетворить требования в отношении природного газа. Нафту Ф-Т, в основном парафинистую по природе, также можно использовать при производстве водорода, но кроме того, благодаря ее уникальной парафинистой природе, указанную нафту также можно использовать в качестве эффективного растворителя для деасфальтизации, труднодоступного при операциях в современных установках для обогащения.
[0010] Кроме того, было убедительно подтверждено документами, что применение парафинистой нафты Ф-Т в качестве растворителя в установках для обработки пены нефтеносных песков улучшает процесс и эффективность удаления мелкодисперсных хвостов и воды при пониженном отношении разбавителя к битуму (D/B) и сравнительно низком давлении пара. Это имеет значительные преимущества с точки зрения уменьшения размера и стоимости дорогостоящих сепараторов и отстойников и повышения их показателей разделения и характеристик производительности. Применение указанной нафты позволяет получить практически сухое сырье в виде битумной пены (<0,5 основного осадка и воды) для подачи в установку для обогащения при одновременном улучшении влияния на пруд-хвостохранилище.
[0011] Обсудив, таким образом, в целом целесообразность применения способа Фишера-Тропша для синтеза жидкостей Ф-Т из синтез-газа, было бы полезно рассмотреть уровень техники и, в частности, область техники, связанную с обогащением и газификацией тяжелого углеводородного сырья.
[0012] Одним из примеров в этой области уровня техники являются принципы, изложенные Rettger с соавт. в патенте США №7407571, выданном 5 августа года 2008. В указанной ссылке компания Ormat Industries Ltd. называется в качестве патентообладателя и описывается способ получения малосернистой синтетической неочищенной нефти из тяжелого углеводородного сырья. Как указывает патентообладатель, в предложенном способе тяжелые углеводороды обогащают для получения дистиллятного сырья, содержащего высокосернистые продукты и высокоуглеродистые побочные продукты. Побочные продукты с высоким содержанием углерода подвергают газификации в газификаторе с получением синтез-газа и высокосернистых побочных продуктов. Указанный способ дополнительно включает гидроочистку высокосернистых продуктов вместе с газообразным водородом с получением газа и малосернистой неочищенной нефти. Водород извлекают из синтетического топливного газа в установке для извлечения. При описании предложенного способа также указывают, что дополнительный газообразный водород обрабатывают и также получают обедненный водородом синтетический топливный газ. Дополнительный газообразный водород подают в установку гидроочистки и стадию газификации проводят в присутствии воздуха или кислорода. Газовую смесь подвергают скрубберной очистке с получением серосодержащей воды и чистой высокосернистой газовой смеси. Затем высокосернистую газовую смесь обрабатывают с помощью мембран с получением из синтетического топливного газа малосернистого синтетического топливного газа и обогащенной водородом газовой смеси. Общий процесс является вполне эффективным, однако он не пользуется преимуществом превращения синтезированных потоков, которые можно применять для введения в установку гидроочистки для производства синтетической неочищенной нефти, преимуществом рециркуляции уникальных потоков для применения в установке для обогащения, равно как и отсутствует какая-либо конкретная идея в отношении интегрирования процесса Фишера-Тропша или осознание преимущества указанного процесса при применении SMR и/или ATR в технологическом контуре для максимизации выходов SCO и снижения зависимости от природного газа.
[0013] Iqbal с соавторами предложил в патенте США №7381320, выданном 3 июня 2008 года, способ обогащения тяжелой нефти и битума. В общих чертах, предложенный способ позволяет обогатить неочищенную нефть из подземного пласта. Способ включает превращение асфальтенов в энергию пара, топливный газ или их комбинацию для применения при добыче тяжелой нефти или битума из пластового резервуара. Часть тяжелой нефти или битума подвергают деасфальтированию растворителем с получением асфальтеновой фракции и деасфальтизированной нефти, называемой в данной области техники DAO, в виде фракции, не содержащей асфальтенов и имеющей пониженное содержание металлов. Асфальтеновую фракцию, полученную при деасфальтизации растворителем, направляют в установку по переработке асфальтенов, а сырье, содержащее фракцию DAO, подают в реакционную зону установки каталитического флюид-крекинга (FCC), содержащую катализатор FCC, для улавливания части металлов из фракции DAO. Из указанной установки выходит углеводородный поток с пониженным содержанием металлов. Подобно способу, описанному в патенте США №7407571, предложенный процесс является полезным, однако он ограничивает превращение бесполезного в противном случае асфальтена производством твердого топлива или гранул или превращением в синтез-газ для получения топлива, водорода или электроэнергии. В частности, отсутствует описание интегрирования процесса Фишера-Тропша.
[0014] Farshid с соавт. в патенте США №7708877, выданном 4 мая 2010 года, описывает интегрированный процесс, протекающий в установке для обогащения тяжелой нефти, и совмещенный процесс гидроочистки. В указанном способе предложена система суспензионного реактора для гидропереработки, которая позволяет катализатору, не подвергнутой превращению нефти и нефти, подвергнутой превращению, циркулировать при непрерывном перемешивании по всему реактору без локализации смеси. Указанную смесь частично разделяют между реакторами для удаления только нефти, подвергнутой превращению, позволяя не подвергнутой превращению нефти в катализаторной суспензии продолжать перемещаться в следующий расположенный последовательно реактор, в котором часть не подвергнутой превращению нефти превращают продукт с более низкой температурой кипения. Для полного превращения нефти в дополнительных реакторах проводят дополнительную гидрообработку. Затем так называемую подвергнутую полному превращению нефть подвергают гидроочистке для почти полного удаления гетероатомов, таких как сера и азот.
[0015] Указанный документ в основном касается гидропереработки тяжелого углеводорода и не подходит для обогащения битума. Он также не в состоянии предложить какую-либо идею относительно применения способа Фишера-Тропша, применимости рециркулируемых потоков, генерирования водорода или других полезных и эффективных типовых процессов, важных для успешного обогащения неочищенного битума.
[0016] Calderon с соавт. предложил в патенте США №7413647, выданном 19 августа 2008 года, способ и аппарат для обогащения битуминозного материала. Указанный способ включает серию из четырех различных компонентов, а именно, установку фракционирования, каталитическую установку для обработки тяжелого газойля, регенератор катализатора/газификатор и модуль для очистки газа. В этом патенте указано, что при практической реализации предложенного способа битум в жидкой форме загружают установку фракционирования для первичного разделения фракций, при этом основная масса битума покидает кубовый остаток установки фракционирования в форме тяжелого газойля, который потом закачивают в каталитическую установку для обработки и распыляют на горячий катализатор для крекирования тяжелого газойля, высвобождая, таким образом, углеводороды в форме богатого водородом летучего вещества при одновременном осаждении углерода на катализаторе. Летучее вещество из устройства для обработки направляют в установку фракционирования, в которой способные конденсироваться фракции отделяют от богатого водородом газа, неспособного конденсироваться. Углеродсодержащий катализатор из устройства для обработки повторно используют в регенераторе/газификаторе и после регенерации катализатор горячим загружают в устройство для обработки.
[0017] Описанный способ не включает особенно полезный процесс Фишера-Тропша или не предлагает установку для проведения реакции Фишера-Тропша и, кроме того, такой способ ограничен применением катализатора, который, по-видимому, весьма подвержен повреждению серой, и в этом смысле отсутствует какое-либо реальное техническое обеспечение для обработки серы в битуме.
[0018] Sury с соавт. предложил в заявке на патент США, публикация № US 2009/0200209, опубликованная 13 августа 2009 года, обогащение битума в процессе обработки парафинистой пены. Указанный способ включает добавление растворителя в эмульсию вспененного битума для стимулирования скорости осаждения по меньшей мере части асфальтенов и минеральных твердых веществ, присутствующих в эмульсии, и приводит к образованию смеси растворитель-битумная пена. К смеси растворитель-битумная пена добавляют капельки воды для увеличения скорости осаждения асфальтенов и минеральных твердых веществ. Основное внимание публикации главным образом сосредоточено на обсуждении пены. Значительный успех в обогащении битума отсутствует.
[0019] Из технологии, которая была разработана и описывается в настоящем документе можно извлечь множество преимуществ. Указанные преимущества реализованы целым рядом способов, включающих:
а) почти 100% или больше выход синтетической неочищенной нефти из тяжелой нефти или битума без бесполезного образования нефтяного кокса или остатка после перегонки нефти;
b) не содержащую кубовых остатков частично обогащенную синтетическую неочищенную нефть (SCO) получают стратегически для высокоэффективной транспортировки, в том числе перекачивания по трубопроводу, при этом устраняются свойства неочищенной нефти, ограничивающие количество тяжелой нефти и битума, которые можно обработать на традифионных нефтеперерабатывающих заводах;
c) максимальная утилизация углерода в тяжелой нефти и битуме с получением высококачественных синтетических топлив и неочищенной нефти при значительном снижении (более 50%) GHG, выбрасываемых из указанной установки;
d) ассортимент синтетической неочищенной нефти (SCO), полученный при частичном обогащении, представляет собой не содержащую кубовых остатков неочищенную нефть более высокого качества, содержащую больше парафинов и меньше ароматических соединений и компонентов тяжелого газойля, с низким содержанием металлов, более низким содержанием серы, характеризующуюся более низким числом TAN и значительно более низким содержанием коксового остатка по Конрадсону (CCR) в линейке продукции;
e) меньше природного газа необходимо для генерирования водорода, применяемого для обогащения, так как нафта Ф-Т, пары Ф-Т и пары, образующиеся при гидроочистке, можно повторно использовать для получения богатого водородом синтез-газа;
f) чистый водород можно получить из богатого водородом синтез-газа, используя мембранные установки, установки для адсорбции или установки для адсорбции с перепадом давления, для применения в установках гидроочистки (гидрокрекинга, изомеризации, гидрообработки);
g) жидкости Фишера-Тропша (ФТ) в основном являются парафинистыми по природе, что улучшает качество и ценность линейки продукции SCO;
h) нафта Ф-Т редко имеется в каком-либо количестве в современных установках для обогащения и было бы очень предпочтительно использовать ее для деасфальтизации вакуумных кубовых остатков в установке деасфальтизации растворителем (SDA) и в установке для обработки пены нефтеносных песков; и
2
2
i) концентрированный CO поступает из установки для обработки синтез-газа газификатора (XTL), что позволяет использовать установку для обогащения в качестве дешевого готового источника CO для улавливания углерода и осуществления проектов секвестрации (CCS).
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0020] Одной из задач настоящего изобретения является обеспечение улучшенной методологии обогащения тяжелой нефти и битума для синтезирования углеводородов с по существу повышенным выходом без образования побочных отходов, таких как нефтяной кокс или остаток от перегонки.
[0021] Дополнительной задачей одного из вариантов реализации настоящего изобретения является обеспечение способа частичного обогащения синтетической неочищенной нефти, который устраняет все трудности, связанные с обработкой разбавителя, транспортировкой и другим материально-техническим обеспечением согласно практикуемыми в настоящее время методам частичного обогащения или производству дилбита.
[0022] Дополнительной задачей одного из вариантов реализации настоящего изобретения является обеспечение способа обогащения тяжелой нефти или битума для получения углеводородных побочных продуктов. Способ включает:
a) обеспечение источника тяжелой нефти или битума в качестве исходного сырья;
b) обработку указанного исходного сырья с получением неперегнанной остаточной фракции;
c) подачу указанной остаточной фракции в генерирующий синтез-газ контур для получения потока обедненного водородом синтез-газа посредством реакции частичного окисления, и взаимодействие указанного синтез-газа в реакторе Ф-Т с синтезом углеводородных побочных продуктов;
d) удаление по меньшей мере части частично обогащенной синтетической неочищенной нефти для транспортировки в виде синтезированного углеводородного побочного продукта; и
e) добавление внешнего источника водорода к указанному обедненному водородом синтез-газу для оптимизации синтеза углеводородов, по меньшей мере один из которых представляет собой синтетическую неочищенную нефть.
[0023] Протокол частичного обогащения также имеет ряд преимуществ, каждое из которых характеризуется немедленной экономической выгодой и целесообразностью.
2
-1
[0024] В общих чертах, предложенный способ частичного обогащения представляет собой процесс обогащения тяжелой нефти или битума с плотностью от 15 до 24 API или более предпочтительно 20 API. В частности, указанный способ предназначен для получения синтетической неочищенной нефти для перекачки по трубопроводам, в частности, с вязкостью менее 350 сантистоксов (0,00035 мс) при 15°C и устранения необходимости подачи разбавителя из внешнего источника, обычно применяемого для понижения вязкости при транспортировке.
[0025] В настоящее время имеется недостаточное количество разбавителя для нефти, доступного для транспортировки всей тяжелой неочищенной нефти из Альберты. Альтернативой является извлечение и перевозка разбавителя обратно в Альберту для смешивания, что сопровождается значительными экономическими затратами. Частично обогащенный продукт специально дополнительно разработан таким образом, чтобы он соответствовал техническим характеристикам наиболее предпочтительного неочищенного сырья, требуемым на обычных нефтеперерабатывающих заводах, что позволяет приблизиться его премиальной цене к стоимости западно-техасской средней нефти (WTI) и нефти марки «брент». Более того, продукт обладает свойствами, позволяющими решить проблему загрязнения окружающей среды, связанную с утечками на трубопроводах и разливами нефти при наземной и морской транспортировке. Такие уникальные свойства включают:
2
-1
a) продукт соответствует техническим требованиям к плотности, которая должна составлять 20 API, и имеет вязкость менее 350 сантистоксов (0,00035 мс) при 15°C без добавления разбавителя из внешнего источника (от 30 до 50 об. %) и без требования обратной отправки разбавителя. Применение разбавителя из внешнего источника уменьшает пропускную способность трубопровода и увеличивает стоимость эксплуатации (энергия на перекачивание) на более чем 30%;
b) способ позволяет превратить 100% масс, сырья в виде битума или тяжелой нефти при снижении выбросов парниковых газов (GHG) на по меньшей мере 50%, более предпочтительно на от 70 до 80% без образования побочных отходов, таких как не подвергнутый превращению остаток от перегонки или коксовые продукты;
c) выход продукта составляет больше 108% об., что на 38% больше, чем выход при традиционном способе получения дилбита и на 26% больше, чем выход в других общепринятых способах обогащения;
d) продукт содержит на 30% меньше серы и представляет собой единственный не содержащий кубовых остатков продукт, из которого удалено более 80% коксового остатка по Конрадсону (CCR) и в основном удален весь кубовый материал с температурой кипения 950°F (510°C). Это предпочтительно позволяет уменьшить количество остатка после перегонки и коксовую нагрузку на обычные нефтеперерабатывающие установки, устраняет нежелательное загрязнение обычных нефтеперерабатывающих установок и позволяет удалить более 90% тяжелых металлов, что устраняет основные экономические расходы на нефтеперерабатывающую установку, такие как замена катализатора;
e) продукт совместим с другими неочищенными нефтями, так как указанный способ не включает крекинг перегнанных и отделенных потоков и исключает образование олефиновых соединений. Продукт является стабильным, так как асфальтеновые соединения не могут осаждаться, поскольку указанные соединения были по существу удалены. Это исключает ограничение при смешивании, обычно уменьшающее предельные количества при смешивании с другими неочищенными видами исходного сырья (обычно допускается менее 10% тяжелой нефти или битума в общем количестве неочищенного сырья);
f) продукт содержит минимальное количество легких летучих соединений, таких как сжиженный нефтяной газ, больше парафинистых компонентов относительно ароматических компонентов и содержит повышенное количество дистиллятного компонента, такого как дизельное топливо и керосин. В условиях разлива плотность продукта будет оставаться ниже удельной плотности, составляющей 1,0, обычно от 0,90 до 0,93, при этом указанный продукт всегда будет легче воды;
g) продукт содержит повышенное количество дистиллятного дизельного компонента, при этом указанный дистиллятный компонент намного улучшен за счет цетанового числа, составляющего больше 55, относительно типичных уровней цетанового числа, составляющих менее 35 в обычных дилбитовых продуктах; и
h) предложенный способ получения продукта позволяет значительно уменьшить содержание нафтеновой кислоты или общее кислотное число (обычно гораздо меньше 3, предпочтительно менее 1), так как нафтеновая кислота концентрируется в вакуумных кубовых остатках, которые разрушаются в процессе газификации.
[0026] Настоящая технология позволяет смягчить контроль, описанный в ссылках на уровень техники. Несмотря на тот факт, что уровень техники в форме патентных публикаций, выданных патентов и других академических публикаций признает применимость способа Ф-Т, парового риформинга метана, автотермального риформинга, обогащения углеводородов, получения синтетической нефти, рециркуляции потока и других способов, уровень техники, используемый в отдельности или в комбинации, испытывает недостаток в способе, обеспечивающем эффективное обогащение битума и тяжелой нефти при отсутствии образования остатка от перегонки и/или нефтяного кокса.
[0027] Синтетическая неочищенная нефть (SCO) представляет собой продукцию, выходящую из установки для обогащения битума/тяжелой нефти, которую используют для переработки битума и тяжелой нефти, полученных из извлекаемых нефтеносных песков и при извлечении из пласта. Этот термин также можно отнести к сланцевому маслу, продукции, получаемой при пиролизе нефтеносного сланца. Свойства синтетической неочищенной нефти зависят от способов, применяемых при частичном или полном обогащении. Типичная полностью обогащенная SCO не содержит серы и имеет плотность в градусах API примерно от 30 до 40, подходящую для традиционного сырья для нефтепереработки. Такая нефть также известна как «обогащенная нефть». Способы, описанные в настоящем документе, являются особенно эффективными для частичного обогащения, полного обогащения или полной нефтепереработки с получением бензина, топлива для реактивных двигателей и дизельного топлива. Удобно, что технологическая гибкость рассматриваемых процессов позволяет осуществить синтез топлива и частичное обогащение синтетической неочищенной нефти в рамках одного и того же протокола или частичного обогащения, что и весь процесс.
[0028] Настоящее изобретение объединяет в неизвестной ранее комбинации ряд известных типовых процессов с обеспечением гораздо лучшего пути синтеза для высокотехнологичного производства синтетических углеводородов с высоким выходом. Интеграция процесса Фишера-Тропша, и более конкретно объединение процесса Фишера-Тропша с генератором богатого водородом синтез-газа, в котором используют нафту Ф-Т и/или пары Ф-Т из установки для обогащения в качестве первичного топлива в комбинации с природным газом, в установке парового риформинга метана (SMR) и/или автотермальной установке для риформинга (ATR) позволяет получить превосходную малосернистую синтетическую неочищенную нефть, которую можно синтезировать в отсутствие нефтяного кокса и остатка от перегонки.
[0029] Было обнаружено, что при применении установки парового риформинга метана (SMR) в качестве генератора богатого водородом синтез-газа, в котором используют нефтезаводское топливо, нефтезаводской сжиженный нефтяной газ, сжиженный нефтяной газ Ф-Т, нафту Ф-Т и пары ФТ/пары из установки для обогащения в комбинации с природным газом, может обеспечить хорошие результаты при смешивании с обедненным водородом синтез-газом, полученным при газификации неперегнанного битума или тяжелых нефтяных кубовых остатков. Достигается значительное увеличение производства в диапазоне среднедистиллятных синтетических углеводородов. Протекает следующая общая реакция;
2
2
Природный газ + нафта Ф-Т (об.) + пары Ф-Т из установки для обогащения + пар + тепло→СО + nH + CO.
2
[0030] Как хорошо известно специалистам в данной области техники, паровой риформинг метана может протекать в любых подходящих условиях, способствующих превращению сырьевых потоков, например, как показано в приведенном выше уравнении, в водород H и моноксид углерода CO, или в продукт, называемый синтез-газом или, в частности, синтез-газом, богатым водородом. Значительные преимущества привели к увеличению на более чем 30% содержания средне дистиллятного синтезированного углеводорода. Пар и природный газ добавляют для оптимизации требуемого отношения водорода к моноксиду углерода до примерного диапазона от 3:1 до 6:1. Установку для реакции конверсии водяного газа (WGS), установку адсорбции с перепадом давления (PSA) или мембранную установку можно также добавить в любую часть контура для получения синтез-газа способом SMR для дополнительного обогащения богатого водородом потока и генерирования почти чистого потока водорода для применения при гидроочистке. В целом, природный газ, пары Ф-Т, нефтезаводской газ или любое другое подходящее топливо используют для обеспечения тепловой энергии для SMR печи.
[0031] Установка для парового риформинга может содержать любой подходящий катализатор, например, один или более каталитически активных компонентов, таких как палладий, платина, родий, иридий, осмий, рутений, никель, хром, кобальт, церий, лантан или их смеси. Каталитически активный компонент можно разместить на керамической таблетке или тугоплавком оксиде металла. Специалистам в данной области техники будут очевидны и другие формы.
2
2
2
[0032] Кроме того, было обнаружено, что при применении автотермальной установки для риформинга (ATR) в качестве единственного генератора богатого водородом синтез-газа или в комбинации с SMR или в виде гибридной комбинации ATR/SMR, называемой XTR, значительные преимущества привели к увеличению на более чем 200% содержания среднедистиллятных синтетических углеводородов Ф-Т. Сырьевые потоки для ATR или XTR состоят из нафты Ф-Т, паров Ф-Т, богатых H паров из установки для обогащения, CO, O и природного газа.
[0033] Подобным образом, как хорошо известно специалистам в данной области техники, при автотермальном риформинге применяют диоксид углерода и кислород или пар в реакции с легкими углеводородными газами, такими как природный газ, пары Ф-Т и пары из установки для обогащения, с получением синтез-газа. Из-за процедуры окисления этот процесс представляет собой экзотермическую реакцию. При применении в автотермальной установке для риформинга диоксида углерода полученное отношение водорода к моноксиду углерода составляет 1:1, и при применении в автотермальной установке для риформинга пара указанное полученное отношение составляет приблизительно 2.5:1, или, что необычно, вплоть до 3,5:1.
[0034] В автотермальной установке для риформинга протекают следующие реакции:
4
2
2
2
2
2CH + O + СO→3H + 3СО + HO + ТЕПЛО.
При применении пара уравнение реакции можно записать следующим образом:
4
2
2
2
4CH + O + 2HO + ТЕПЛО→10Н + 4CO.
2
[0035] Одно из наиболее значимых преимуществ применения ATR реализовано в изменчивости отношения водорода к моноксиду углерода. Дополнительное преимущество применения ATR состоит в том, что для модернизации установки синтеза Ф-Т и снижения выбросов парниковых газов в целом от предприятия в реакцию можно добавить CO из внешнего источника для протекания реакции обратной конверсии с получением дополнительного количества моноксида углерода. В данной технологии ATR также можно рассматривать как генератор богатого водородом синтез-газа, как описано ранее. Было обнаружено, что добавление в контур операции ATR, отдельно или в комбинации с контуром генерирования богатого водородом синтез-газа, описанным в приведенном выше примере в виде установки парового риформинга метана (SMR), оказывает сильное влияние на производительность получения углеводородов в ходе указанного общего процесса. Подобным образом, установку для реакции конверсии водяного газа (WGS), установку адсорбции с перепадом давления (PSA) или мембранную установку также можно добавить в любую часть ATR и объединенной системы ATR/SMR или контура XTR для генерирования синтез-газа для дополнительного обогащения богатого водородом потока и генерирования почти чистого потока водорода для применения при гидроочистке.
[0036] Настоящее изобретение также объединяет, в неизвестной ранее комбинации, ряд известных типовых процессов для интегрирования процесса Фишера-Тропша при применении реакции конверсии водяного газа для обогащения синтеза-газа, что приводит к получению ценной малосернистой синтетической неочищенной нефти, которую можно синтезировать в отсутствие нефтяного кокса и остатка от перегонки.
[0037] Соответственно, дополнительная цель одного из вариантов реализации настоящего изобретения состоит в обеспечении способа обогащения тяжелой нефти или битума для получения углеводородных побочных продуктов, включающего:
а) обеспечение источника битума или тяжелой нефти в качестве исходного сырья, и перегонку указанного исходного сырья с получением отделенной части и неперегнанной остаточной фракции;
b) подачу указанной остаточной фракции в генерирующий синтез-газ контур для получения потока обедненного водородом синтез-газа посредством реакции частичного окисления;
c) обработку по меньшей мере части указанного потока обедненного водородом синтез-газа в реакции конверсии водяного газа (WGS) для генерирования оптимального синтез-газа Фишера-Тропша; и
d) обработку потока указанного оптимального синтез-газа Фишера-Тропша в установке Фишера-Тропша для синтеза углеводородных побочных продуктов, по меньшей мере один из которых смешивают с указанной неперегнанной остаточной фракцией или указанной отделенной частью с получением частично обогащенной синтетической неочищенной нефти, плотность которой в градусах API составляет от 15 до 24.
[0038] В соответствии с дополнительной целью одного из вариантов реализации настоящего изобретения предложен способ синтеза углеводородов, включающий:
a) получение потока обедненного водородом синтез-газа в реакции частичного окисления;
b) каталитическое превращение указанного потока синтез-газа с образованием углеводородных побочных продуктов для получения частично обогащенной синтетической неочищенной нефти;
c) поддержание плотности в единицах API указанной частично обогащенной нефти в диапазоне от 15 до 24 без добавления разбавителя из внешнего источника; и
d) удаление по меньшей мере части указанной синтетической неочищенной частично обогащенной нефти для транспортировки.
ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ
[0039] Настоящее изобретение может применяться в нефтегазовой промышленности.
[0040] Соответственно другой задачей одного из вариантов реализации настоящего изобретения является обеспечение способа, в котором реактор для конверсии водяного газа (WGS) заменяют генератором богатого водородом синтез-газа (XTR), выбранным из группы, состоящей из установки парового риформинга метана (SMR), автотермальной установки для риформинга (ATR) или их комбинации.
[0041] Дополнительная задача одного из вариантов реализации настоящего изобретения состоит в обеспечении способа синтеза углеводородов, включающего стадии:
(а) получения богатого водородом потока с применением генератора синтез-газа;
(b) каталитического превращения указанного потока с получением углеводородов, содержащих по меньшей мере нафту и частично обогащенную синтетическую неочищенную нефть с показателем API от 15 до 24, подходящую для транспортировки;
(c) удаления указанной частично обогащенной синтетической неочищенной нефти;
(d) повторного применения по меньшей мере части указанной нафты в указанном генераторе синтез-газа с получением улучшенного богатого водородом потока; и
(e) рециркулирования указанного улучшенного богатого водородом потока, полученного на стадии (d), для превращения на стадии (b) для улучшения синтеза углеводородов.
[0042] Согласно дополнительному аспекту одного из вариантов реализации настоящего изобретения предложен способ превращения тяжелой нефти или битума в транспортабельную синтетическую неочищенную нефть, включающий:
(a) обработку указанной тяжелой нефти или битума в установке атмосферной дистилляции/рекуперации разбавителя с получением первого потока, содержащего по меньшей мере прямогонную нафту, легкий газойль и сжиженный нефтяной газ (LPG);
(b) прохождение второго потока атмосферных кубовых остатков, полученного на стадии а), в установку деасфальтизации растворителем с получением потока деасфальтизированной нефти и потока остаточного асфальтена;
c) прохождение указанного потока остаточного асфальтена из установки деасфальтизации в контур для получения дизельного топлива, содержащий генератор синтез-газа и реактор Фишера-Тропша для превращения указанной части в по меньшей мере синтетическое дизельное топливо; и
d) смешивание указанного первого потока, потока деасфальтизированной нефти и указанного синтетического дизельного топлива с получением частично обогащенной синтетической неочищенной нефти.
[0043] Согласно другой задаче одного из вариантов реализации настоящего изобретения предложен способ превращения тяжелой нефти или битума в транспортабельную частично обогащенную синтетическую неочищенную нефть, включающий:
a) обработку указанной тяжелой нефти или битума с помощью типовых процессов для получения обработанного потока и неперегнанного потока;
b) получение синтез-газа из указанного неперегнанного потока и взаимодействие синтез-газа в реакторе Фишера-Тропша с синтезом углеводородных побочных продуктов; и
с) смешивание по меньшей мере части указанных побочных продуктов с указанным обработанным потоком с получением транспортабельной синтетической неочищенной нефти с плотностью в градусах API от 15 до 24 и цетановым числом дизельной фракции не менее 40.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0044] При ссылке на чертежи в настоящем документе, которые, в целом, описывают настоящее изобретение, ссылка здесь будет сделана на прилагаемые чертежи, иллюстрирующие предпочтительные варианты реализации.
[0045] на  фиг. 1 изображена технологическая схема способов, применяемых в уровне техники для переработки извлекаемых тяжелой нефти и битума и тяжелых нефти и битума в пласте;
[0046] на фиг. 2 - технологическая схема, аналогичная схеме, представленной на фиг. 1, иллюстрирующая дополнительный способ, известный в данной области техники;
[0047] на фиг. 3 - технологическая схема, иллюстрирующая дополнительный вариант технологии уровня техники;
[0048] на фиг. 4 - технологическая схема, иллюстрирующая дополнительный вариант технологии уровня техники;
[0049] на фиг. 5 - технологическая схема, иллюстрирующая вариант реализации настоящего изобретения;
[0050] на фиг. 6 - технологическая схема, иллюстрирующая дополнительный вариант реализации настоящего изобретения;
[0051] на фиг. 7 - технологическая схема, иллюстрирующая еще один вариант реализации настоящего изобретения;
[0052] на фиг. 8 - технологическая схема, иллюстрирующая один из вариантов реализации способа частичного обогащения для получения частично обогащенной синтетической неочищенной нефти; и
[0053] на фиг. 9 - графическое изображение состава смеси для типичных проб неочищенной нефти.
[0054] Одинаковые цифры, используемые на чертежах, обозначают одинаковые элементы.
НАИЛУЧШИЙ СПОСОБ РЕАЛИЗАЦИИ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0055] На фиг. 1 показана технологическая схема первого варианта реализации битумного производства на основе уровня техники. Общий процесс обозначен цифрой 10. В указанном процессе источник 12 тяжелой нефти или битума может включать резервуар битума, который можно извлечь in-situ или который находится в пласте. В общих чертах, затем битум можно транспортировать в производственную установку 14 для обработки тяжелой нефти или битума, в которую через линию 16 можно ввести разбавитель или растворитель из установки 18 для обогащения тяжелой нефти или битума. Разбавитель или растворитель может содержать любой подходящий материал, хорошо известный специалистам в данной области техники, такой как, например, подходящие жидкие алканы. После введения разбавителя в производственную установку 14 через линию 16 образуется поддающаяся транспортировке битумная смесь (дилбит). После переработки дилбита или разбавленной битумной смеси в установке 18 для обогащения, полученную таким образом синтетическую неочищенную нефть, в целом обозначенную цифрой 20, обрабатывают на нефтеперерабатывающем заводе 22, где далее получают продукты нефтепереработки, в целом обозначенные цифрой 24.
[0056] В производственной установке 14 в основном происходит удаление воды и твердых веществ из потока. К неочищенному битуму добавляют разбавитель или растворитель 16 для обеспечения необходимых параметров подвижности и разделения, обеспечивая, главным образом, понижение вязкости. В ситуации, когда битум представляет собой битум, полученный из нефтеносного песка, к сырьевому материалу добавляют воду с получением суспензии для транспортировки в установку для экстракции и обработки пены и установку 18 для обогащения, как дополнительно описано на фиг. 2. Затем обезвоженный битум транспортируют по трубопроводу (не показано) в виде разбавленной смеси или дилбита в установку 18 для обогащения. Сухой неочищенный битум подвергают первичной и вторичной обработке с получением малосернистой или высокосернистой неочищенной нефти (SCO). SCO транспортируют на нефтеперерабатывающий завод 22 для дополнительной переработки с получением продукта 24 нефтепереработки, как указано выше, примеры которого включают транспортное топливо, такое как бензин, дизельное топливо и авиационные виды топлива, смазочные масла и другие виды сырья для нефтехимического превращения.
[0057] На фиг. 2 приведена технологическая схема операции по обработке нефтеносных песков для обогащения битума. Общий процесс, приведенный на указанной технологической схеме, обозначен цифрой 30. В отличие от показанного варианта реализации изобретения, указанная система относится к способу получения битума из извлекаемых нефтеносных песков, в котором содержащую нефтеносные пески сырую руду, добытую из месторождения, в общем обозначенную цифрой 32, смешивают с водой 34 в установке 36 для рудоподготовки и далее гидротранспортируют в установку для первичной экстракции, обозначенную цифрой 38. В указанной установке 38 для экстракции, большую часть воды 34 и крупнодисперсные хвосты 40 отделяют и возвращают в пруд-хвостохранилище 42.
[0058] Частично обезвоженный битум, в общем, обозначенный цифрой 44, перемещают в установку 46 для обработки пены. Именно там растворитель, обычно нафту с высоким содержание ароматических соединений (полученную из битума) или парафиновый растворитель (полученный из природных газоконденсатных жидкостей), добавляют через 48 для отделения оставшейся воды и обработанной глины, а также мелкодисперсных хвостов. Затем пену обрабатывают в установке 52 для рекуперации растворителя, в которой большую часть растворителя извлекают для повторного использования в установке для обработки пены. Отделенные мелкодисперсные хвосты проходят через установку 50 для рекуперации растворителя из хвостов для конечного извлечения растворителя. Мелкодисперсные хвосты перемещают в пруд-хвостохранилище 42. Затем чистую сухую пену вводят в установку для обогащения битума, в общем, обозначенную цифрой 54 и показанную на фиг. 2 пунктирной линией. В общих чертах, в установке 54 для обогащения битума осуществляют два общих процесса, первичное и вторичное обогащение. Как правило, первичная установка для обогащения основана на двух методологиях переработки. Первый процесс, а именно, удаление углерода или коксование, при котором тяжелую фракцию битума удаляют в виде нефтяного кокса. В общем, выход синтетической неочищенной нефти составляет от примерно 80 до примерно 85% по объему, и оставшуюся часть, подвергнутую превращению, главным образом, нефтяной кокс, возвращают для хранения в шахту. Далее процесс коксования представляет собой процесс серьезной переработки, который приводит к более высокому содержанию ароматических соединений в синтетической неочищенной нефти. Во втором процессе, а именно, добавлении водорода, применяют основанную на суспензии систему каталитической гидроочистки с добавлением водорода для обработки битумной смеси и получением асфальтеновых отходов и продукта, представляющего собой синтетическую неочищенную нефть. Выход синтетической неочищенной нефти обычно превышает 100% вследствие разбухания продукта.
[0059] Потоки углеводородного продукта, полученные при первичном обогащении, дополнительно обрабатывают в установке для вторичного обогащения, состоящей из установок для гидрообработки, в которых применяют водород для стабилизации продуктов, представляющих собой синтетическую неочищенную нефть, в общем обозначенных цифрой 56, и уменьшения содержания примесей серы и азота. Природный газ используют в водородной установке для генерирования водорода, необходимого для установки для обогащения и совместного производства электрической энергии для работы указанной установки для обогащения. Все операции в установке для обогащения битума расположены внутри пунктирных линий и хорошо известны специалистам в данной области техники.
[0060] На фиг. 3 показан дополнительный способ частичного обогащения, применяемый в уровне техники, в такой компоновке технологическая схема описывает установку для получения битума в пласте. Общий процесс обозначен цифрой 60. При такой компоновке тяжелую нефть или битум в пласте подвергают воздействию пара для выделения нефти. Неочищенный битум 62 обрабатывают в обычной установке 64 SAGD (парогравитационного воздействия) или CSS (циклической паростимуляции) для удаления воды 66. К неочищенному битуму 62 в установке 64 обычно добавляют разбавитель 68 для отделения воды от нефти, а также для получения разбавленной смеси для транспортировки по трубопроводу, чаще называемой в данной области техники «дилбитом», обозначенным цифрой 70. Дилбит можно транспортировать в трубопроводе (не показано) на большие расстояния к отдаленным нефтеперерабатывающим заводам, на которых его смешивают с обычной неочищенной нефтью в качестве исходного сырья. В более интегрированных конфигурациях можно использовать перегонку, деасфальтизацию или висбрекинг, переработку для получения высокосернистой тяжелой неочищенной нефти, почти не содержащей кубовых остатков, для подачи в нефтеперерабатывающие установки. При такой операции образуется поток асфальтена или вакуумного остатка, требующий ликвидации. Полученный частично обогащенный битум подходит для транспортировки по трубопроводу при плотности сырьевых потоков тяжелой нефти больше 15 API. В случае сырьевых потоков тяжелой нефти и битума с плотностью менее 15 API, все же необходимо использовать некоторое количество разбавителя для соответствия техническим требованиям транспортировки сырой нефти по трубопроводам. Дилбит перерабатывают в установке для частичного обогащения битума, обозначенной цифрой 72, с применением операций, показанных внутри прямоугольника из пунктирных линий. На фиг. 3 транспортабельный битум обозначен цифрой 74.
[0061] Как будет понятно специалистам в данной области техники, варианты процессов, показанные на фиг. 1-3, реализуемые на существующих промышленных предприятиях по обработке битума и тяжелой нефти, либо создают отходы, такие как нефтяной кокс или остаток от перегонки, что приводит к значительным потерям, либо дополнительно требуют значительных количеств водорода или разбавителя для обогащения продукта для применения его в качестве сырья для нефтепереработки. По существу, существующие способы не обеспечивают технологию, способную использовать всю внутреннюю ценность битума или тяжелой нефти, и приводят к загрязнению окружающей среды, связанному с ликвидацией и обращением с нежелательными отходами.
[0062] На фиг. 4 показан дополнительный вариант улучшенного способа обогащения битума в уровне техники. Указанный способ является объектом изобретения канадского патента №2439038 и его американского аналога, патента США №7407571, выданного Rettger с соавторами (Ormat Industries Ltd.).
[0063] Общий процесс обозначен цифрой 80.
[0064] Дилбит или пену 70 вводят в атмосферу перегонкой установки 82, при этом неперегнанные тяжелые кубовые остатки транспортируют и вводят в установку 84 деасфальтизации растворителем (SDA), а затем асфальтеновые кубовые остатки загружают в газификатор 86, который расположен внутри установки газификации компании Ormat, в целом обозначенной цифрой 88. Деасфальтизированный материал, обычно обозначенный как DAO, перемещают в установку 108 гидроочистки для обогащения и получения синтетической неочищенной нефти. По желанию, установка 110 вакуумной перегонки может располагаться в контуре, который может направлять уловленный вакуумный газойль для введения в установку гидроочистки 108. Подобным образом, вакуумные кубовые остатки вводят в SDA 84 для оптимизации технологической конфигурации.
2
2
[0065] Затем высокосернистый синтез-газ, генерируемый установкой газификации, направляют в установку 90 для обработки синтез-газа для удаления кислого газа. Кислый газ удаляют через 92 и обрабатывают в установке 94 по производству/извлечению серы с получением по меньшей мере таких продуктов, как жидкая сера 96 и CO 98. Далее обработанный или «малосернистый» синтез-газ перерабатывают в процессе реакции конверсии водяного газа (WGS), который показан на фиг. 4 и относится к реактору 100 конверсии CO. В реактор 100 добавляют пар 102. Реакция конверсии водяного газа просто представляет собой конверсию из CO в CO с получением богатого водородом синтез-газа. Затем богатый водородом синтез-газ можно дополнительно обработать в типичной установке короткоцикловой абсорбции (PSA) или мембранной установке, в которой водород концентрируют до более 99 процентов. Такое концентрирование происходит в установке 104. В этом случае водород, генерируемый в установке 104 и обозначенный цифрой 106, представляет собой исходное сырье для установки гидроочистки 108. После проведения гидроочистки полученный продукт представляет собой синтетическую неочищенную нефть (SCO), обозначенную цифрой 116, и топливный газ, обозначенный цифрой 114.
[0066] Рассмотрим вкратце установку 104 для выделения водорода, побочный продукт, образующийся в указанной установке 104, представляет собой хвостовой газ или низкокалорийный синтез-газ, который используют в тепловых парогенераторах для SAGD (гравитационного дренирования при закачке пара) в качестве топлива, чтобы скомпенсировать потребность в природном газе как первичном топливе. Преимущество указанного способа состоит в том, что, если природного газа не хватает или имеет место значительное традиционное колебание цен, процесс в улучшенной в установке для обогащения менее зависим от природного газа и может опираться на синтезированное топливо для обеспечения преимуществ процесса в целом.
[0067] На фиг. 5 показан первый вариант реализации улучшенного способа обогащения битума в контуре, включающий технологию Фишера-Тропша и синтез водорода. Указанный вариант реализации общего процесса обозначен цифрой 120. Общий процесс является особенно полезным в отношении процессов, ранее предложенных в известном уровне техники, в которых малосернистый богатый углеродом синтез-газ не пропускают через реакцию конверсии водяного газа, обозначенную цифрой 100 на фиг. 4, а пополняют водородом 138 из внешнего источника для получения оптимального состава синтез-газа, при котором отношение водорода к моноксиду углерода обычно составляет больше от 1,8:1 до 2,2:1 и предпочтительно 2:1 при применении в качестве сырья для загрузки в реактор Фишера-Тропша для производства высококачественных парафинистых жидкостей Фишера-Тропша.
[0068] Именно путем признания применимости реактора Фишера-Тропша вместе с избеганием образования отходов в виде нефтяного кокса/остатка после перегонки нефти и последующим добавлением источника водорода для максимизирования превращения газифицированного углерода, предложенная промежуточная технология переходит в область, которая является экономичной, удобной и высокоэффективной с учетом выходов при генерировании синтетической неочищенной нефти (SCO).
[0069] Как очевидно, имеется ряд типовых процессов, которые являются общими с процессами в уровне техники, а именно, атмосферная перегонка, вакуумная перегонка, деасфальтизация растворителем, гидроочистка, газификация и обработка синтез-газа.
2
[0070] Согласно показанному варианту реализации изобретения газификацию Ormat, обычно обозначаемую как установка 88 и описанную со ссылкой на фиг. 4, заменяют на дополнительную последовательность операций (операции XTL), показанную пунктирными линиями и обозначенную цифрой 122. Согласно такому варианту реализации изобретения в газификаторе 86 неперегнанные тяжелые нефтяные остатки подвергаются превращению обычно с участием кислорода (O) 124 с получениема обедненного водородом или богатого углеродом синтез-газа 88, отношение водорода к диоксиду углерода которого составляет от 0,5:1 до 1,5:1, более конкретно примерно 1:1, например, как показано в таблице 1.
2
2
[0071] Обычный побочный продукт, содержащий тяжелые металлы и золу, полученный в результате газификации, выгружают в виде шлака, обозначенного цифрой 126. Затем обедненный водородом синтез-газ 88 направляют в установку 90 для обработки синтез-газа для удаления кислых газов 92 с получением малосернистого обедненного водородом синтез-газа 91. Технологии дополнительной скрубберной очистки, адсорбции и промывки (не показано), хорошо известные специалистам в данной области техники, обычно применяют для обеспечения отсутствия в малосернистом синтез-газе загрязняющих веществ, таких как соединения серы, которые будут оказывать сильное отрицательное влияние на катализатор Фишера-Тропша. Далее кислый газ обрабатывают в установке 94 по производству/извлечению серы с получением элементарной серы 96 и диоксида углерода (CO), как и происходило в процессе, показанном на фиг. 4. Затем малосернистый обедненный водородом синтез-газ 91 направляют в реакционную установку Фишера-Тропша, обозначенную цифрой 128. В качестве одной из возможностей, углеводородные продукты, которые образуются далее в реакции внутри реактора 128 Фишера-Тропша, включают пары Фишера-Тропша 184 (CO+H+C1+C2+С3+C4), нафту 130, легкие жидкости Фишера-Тропша (LFTL) 132 и тяжелые жидкости Фишера-Тропша (HFTL) 134 или продукты, общеизвестные как парафины Ф-Т.
[0072] Для регулирования или повышения эффективности общего процесса, установку 122 XTL и, в частности, перед установкой 90 для обработки синтез-газа и/или реактором 128 Фишера-Тропша, можно дополнить внешним источником водорода, обозначенным цифрами 136 и 138, соответственно. Кроме того, по меньшей мере некоторое количество пара из реактора Фишера-Тропша можно повторно ввести перед установкой 90 для обработки синтез-газа, как показано цифрой 140, и/или использовать в установке для обогащения топливо 114. Жидкости 130, 132 и 134 вводят в установку 108 гидроочистки. В указанную установку можно также добавить прямогонную дистиллятную нафту 144, которую можно ввести из операции 82 атмосферной перегонки, легкий вакуумный газойль (LVGO) 142 из операции 110 вакуумной перегонки и необязательно деасфальтизированную нефть 112 (DAO) из установки SDA 84.
Различные виды обработки 108 путем гидроочистки, например, гидрокрекинг, термический крекинг, изомеризация, гидрообработка и фракционирование, можно применять для обработки объединенных потоков, по отдельности или в требуемых комбинациях, хорошо известных специалистам в данной области техники, с получением по меньшей мере продукта 116, представляющего собой синтетическую неочищенную нефть. В качестве дополнительных вариантов, любую часть нафты Фишера-Тропша 130, особенно парафинистую нафту, обозначенную цифрой 150, можно повторно ввести в установку 84 деасфальтизации через 152 или дополнительно распределить в качестве подпиточного растворителя 156 для введения в установку для обработки пены нефтеносных песков (не показано, но, в общем, обозначено цифрой 158).
[0073] Кроме того, дополнительный водород можно ввести в установку 108 гидроочистки и установку 160 гидрообработки через 166 и 164. Подачу водорода можно осуществить из источника водорода, ранее упомянутого в настоящем документе. Из каждой из установок, включающих установку фракционирования, установку гидрообработки 160, установку гидроочистки 108 и установку Фишера-Тропша 128, продукт, полученный в каждой из указанных операций, обозначенный цифрами 170 или 172, 174, соответственно, вводят в топливный газ 114. Кроме того, часть продуктов 172 и 170, богатых водородом, можно объединить с обедненным водородом синтез-газом через 88 или 91 для обогащения указанного потока и достижения оптимальных рабочих характеристик установки Фишера-Тропша.
[0074] Показанная на фиг. 6 технологическая схема представляет собой еще один вариант методологии, предложенной в настоящем изобретении. Общий процесс согласно такому варианту реализации изобретения обозначен цифрой 180. Похожие типовые процессы, используемые в вариантах реализации, приведенных на фиг. 4 и 5, применимы и к фиг. 6.
[0075] Основные изменения в отношении фиг. 5 относительно фиг. 6 включают модификацию XTL, установки 122, и включение генерирования богатого водородом синтез-газа и рециркулирования богатого водородом синтез-газа, полученного в установке 128 Фишера-Тропша.
[0076] Более подробно, XTL, установку 122 модифицируют путем включения генератора богатого водородом синтез-газа, обозначенного цифрой 182. Генератор 182 богатого водородом синтез-газа обычно состоит из установки парового риформинга метана (SMR) (не показано) или автотермальной установки для риформинга (ATR) (не показано) и их комбинаций. Природный газ 188, пары Фишера-Тропша 184, богатый водородом топливный газ 174 и т.п. из установки гидроочистки 108 и установки 160 фракционирования и нафту Фишера-Тропша 186 можно подавать, по отдельности или в комбинации, в установку 122 для генерирования богатого водородом синтез-газа 190, в котором отношение водорода к моноксиду углерода составляет от 2:5 до 6:1. Это является важным аспектом настоящего изобретения и работает в отношении установки Фишера-Тропша 128, обеспечивая эффективные результаты, реализуемые путем практического осуществления технологии, описанной в настоящем документе со ссылками на фиг. 5-6. Природный газ 188, зависящий от текущей ситуации на рынке в любом месте или в любое время, можно использовать в качестве первичного исходного сырья в генераторе 182 богатого водородом синтез-газа, и пары 174, 130 и 184 можно использовать для обеспечения максимальной эффективности работы установки для обогащения. Альтернативно, если рынок природного газа является менее выгодным, потоки 174, 130 и 184 можно целиком использовать для компенсации потребности в природном газе. Богатый водородом синтез-газ 190 можно ввести перед установкой 90 для обработки синтез-газа через 190, если такая обработка необходима, или альтернативно, любую часть богатого водородом синтез-газа 190 можно направить непосредственно в установку Фишера-Тропша 128.
[0077] Таким образом, богатый водородом синтез-газ 190 объединяют с богатым углеродом синтез-газом с получением оптимального синтез-газа Фишера-Тропша, в котором отношение водорода к моноксиду углерода предпочтительно составляет 2:1. Объединенные сырьевые потоки, поступающие в установку 122, позволяют уменьшить количество природного газа, необходимого для достижения оптимального сырьевого потока Фишера-Тропша, обеспечивая, тем самым, коммерческое преимущество указанных установок для обогащения, зависящих от природного газа, но также позволяют воспользоваться преимуществом текущей низкозатратной поставки природного газа.
[0078] Кроме того, часть богатого водородом синтез-газа 190 можно ввести в водородную установку 192, в которой образуется поток очищенного водорода 164 для применения в установках гидроочистки 108 и 170. Водородная установка 192 может включать технологию адсорбции с перепадом давления (PSA), мембранную технологи или технологию адсорбции, хорошо известные специалистам в данной области техники.
[0079] На фиг. 7 технологическая схема иллюстрирует дополнительный вариант общей концепции, предложенной в настоящем изобретении, и, в этом способе установка XTL 122 подвергается дальнейшей модификации, при которой водородную установку 192 и генератор богатого водородом синтез-газа 182, характерные для варианта реализации изобретения, показанного на фиг. 6, заменяют типовым процессом в виде реакции конверсии водяного газа (WGS). Общий процесс, показанный на фиг. 7, обозначен цифрой 200. Установка для конверсии водяного газа обозначена цифрой 202 и расположена между установкой 90 для обработки синтез-газа и установкой 128 Фишера-Тропша. Как известно в данной области техники и, в частности, специалистам в данной области техники, реактор для конверсии водяного газа можно применять для обогащения неочищенного синтез-газа, что, в свою очередь, приводит к оптимизации отношения водорода к моноксиду углерода в синтез-газе Фишера-Тропша. Пар в реакционную установку 202 WGS можно подавать из газификатора 86, показанного как 204. Кроме того, богатый водородом газ 171 и 173 из установок гидроочистки можно объединить с парами Ф-Т 140 для обогащения синтез-газа Ф-Т, применяемого в качестве сырья.
[0080] Показанная на фиг. 8 технологическая схема представляет один из возможных путей частичного обогащения. На указанном чертеже процесс частичного обогащения разработан для системы питания, вмещающей 100000 баррелей битума. Специалисты в данной области техники легко поймут, что на схеме показан ряд типовых процессов, которые являются общими с последовательностью операций для полного обогащения, описанной со ссылками на предыдущие чертежи. Общий процесс обозначен цифрой 220. В указанном контуре гидроочистка, обычно связанная с обработкой, направленной на полное обогащение, ликвидирована и используются только основные стадии, которые, как определено экспериментально, приводят к получению транспортабельной синтетической нефти при отсутствии значительных требований к разбавителю.
[0081] Как можно видеть, исходное сырье в данном примере представляет собой битум в количестве 100000 баррелей в сутки (BPD) с плотность 8,5 API и содержанием серы 4,5% по массе. Указанное сырье можно ввести в установку атмосферной перегонки (ADU)/установку рекуперации разбавителя (DRU) 82 вместе с дилбитом 70. Атмосферные кубовые остатки с объемом в данном примере 85092 BPD с плотностью 6 API и содержанием серы 4,6% по массе, содержащие 340 частей на миллион (ppm) никеля и ванадия, вводили в установку 84 деасфальтизации растворителем (SDA) и получили деасфальтизированную нефть (DAO) 112, генерируемую в количестве 75520 BPD при плотности 12 API и содержании серы 4,0% по массе с 100 ррш никеля и ванадия. Основываясь на одном из расчетных режимов, обработка в установке SDA 84 приводила к повышению объема DAO на 85%.
[0082] Асфальтены из установки SDA 84 можно использовать в операциях XTL, описанных ранее при обсуждении фиг. 5, вместе с технологическим кислородом 124 и природным газом 222. В данном примере асфальтены использовали в количестве 12572 BPD, имели плотность 15 API и содержали 5% по массе серы и 895 ppm никеля и ванадия. Нафту Фишера-Тропша 224, образующуюся в результате операций XTL, получили в объеме 2346 BPD при плотности 72 API, а дизельное топливо Фишера-Тропша 226 получили в количестве 18842 BPD при плотности 53 API.
[0083] Продукт в виде прямогонной нафты, легкого газойля и легких нефтяных газов (LPG) 144 из установки 82 ADU/DRU получили в объеме 16878 BPD при плотности 44 API.
2
-1
[0084] В качестве еще одного примера, прямогонную нафту, легкий газойль и легкие нефтяные газы 144, DAO, нафту Фишера-Тропша 224 и дизельное топливо Фишера-Тропша 226 смешивали с получением высокосернистой не содержащей кубовых остатков частично обогащенной синтетической неочищенной нефти (SCO) 230, соответствующей требованиям транспортирования по трубопроводу, в объеме 109326 BPD, с плотностью 21 API и вязкостью не более 350 сантистоксов (0,00035 мс) при 10°C. Объемный выход в данном примере составил 109%, выход по массе 100% при содержании серы 3,3% и содержании никеля и ванадия менее 70 ppm и CCR менее 6% масс. Наиболее привлекательным является тот факт, что удельная плотность составляет менее 1 и, в данном примере, 0,93, что устраняет, таким образом, опасность загрязнения окружающей среды, которое имеет место при применении обычных методов, в которых указанная плотность превышает удельную плотность воды.
[0085] В данном примере, SCO 230 содержала в расчете на объем 9,8% нафты, 24,9% дистиллята, 31,5% вакуумного газойля и 33,8% остатков вакуумной перегонки.
[0086] В качестве дополнительного примера, 100000 BPD битумного сырья можно подвергнуть максимальной оптимизации путем подходящих корректировок. Атмосферные кубовые остатки из установки SDA 84 с объемом согласно настоящему примеру 85092 BPD с плотностью 6 API и содержанием серы 4,6% по массе, содержащие 340 частей на миллион (ppm) никеля и ванадия, вводили в установку 84 деасфальтизации растворителем (SDA) и получили деасфальтизированную нефть (DAO) 112 в количестве 64860 BPD с плотностью 14 API и содержанием серы 3,6% по массе с 50 ppm никеля и ванадия. Обработка в установке SDA 84 привела к повышению объема DAO на 76%.
[0087] Асфальтены из установки SDA 84 можно использовать в операциях XTL, описанных ранее при обсуждении фиг. 5, вместе с технологическим кислородом 124 и природным газом 222. В данном примере асфальтены использовали в количестве 20232 BPD, имели плотность -10 API и содержали 6% по массе серы и 830 ppm никеля и ванадия. Нафту Фишера-Тропша 224, образующуюся в результате операций XTL, получили в объеме 3715 BPD при плотности 72 API, а дизельное топливо Фишера-Тропша 226 получили в количестве 30322 BPD при плотности 53 API.
[0088] Продукт в виде прямогонной нафты, легкого газойля и легких нефтяных газов (LPG) 144 из установки 82 ADU/DRU получают в объеме 16878 BPD при плотности 44 API.
[0089] Прямогонную нафту, легкий газойль и легкие нефтяные газы 144, DAO, нафту Фишера-Тропша 224 и дизельное топливо Фишера-Тропша 226 смешивали с получением высокосернистой не содержащей кубовых остатков частично обогащенной синтетической неочищенной нефти (SCO) 230, соответствующей требованиям транспортирования по трубопроводу, в объеме 114575 BPD, с плотностью 24 API и вязкостью не более 300 сантистоксов при 10°C. Объемный выход в данном примере составил 115%, выход по массе 100% при содержании серы 2,5% и содержании никеля и ванадия не более 30 ppm и уровне CCR менее 4% масс. В данном примере удельная плотность составляла 0,91; SCO 230 содержала в расчете на объем 10,6% нафты, 33,8% дистиллята, 31,5% вакуумного газойля и 24,1% остатков вакуумной перегонки.
[0090] Специалистам в данной области техники будет понятно, что способы, описанные в настоящем документе, обеспечивают различные возможности для частичного обогащения или полного обогащения благодаря тому факту, что конфигурацию типовых процессов можно менять для достижения требуемого результата. Например, остаточную фракцию, которую направляют в генерирующий синтез-газ контур, описанный в настоящем документе ранее, можно использовать для получения обедненного водородом газового потока посредством реакции частичного окисления. Указанная реакция может быть каталитической или некаталитической. Затем такой продукт реакции можно обработать в реакторе Фишера-Тропша с синтезом углеводородных побочных продуктов, при этом по меньшей мере часть частично обогащенной синтетической неочищенной нефти можно удалить для распределения по трубопроводам.
[0091] Частично обогащенная синтетическая неочищенная нефть может необязательно включать подаваемый из внешнего источника разбавитель. Под подачей от внешнего источника подразумевают разбавитель, который получают из источника, расположенного за пределами указанного контура.
[0092] С точки зрения плотности в градусах API, она может довольно сильно зависеть от предполагаемого применения или режима транспортировки синтетической неочищенной нефти. Например, плотность в градусах API при частичном обогащении может меняться от 15 до 24 API. Удобно, что частично обогащенная синтетическая нефть полностью превращается в по меньшей мере один из продуктов, выбранных из полностью обогащенной синтетической неочищенной нефти, бензина, топлива для реактивных двигателей и дизельного топлива, при этом обогащение проводят в отсутствие кокса, не подвергнутого превращению остатка от перегонки и побочных отходов. Было обнаружено, что согласно протоколу, предложенному в настоящем документе, обогащенную синтетическую неочищенную нефть можно получить таким образом, чтобы она по существу не содержала кубового материала с температурой кипения при окончательной перегонке 950°F (510°C) или больше.
[0093] Удельная плотность синтетической неочищенной нефти предпочтительно составляет менее 1, что особенно полезно с точки зрения охраны окружающей среды в случае разлива или сброса синтетической неочищенной нефти в водный объект. Общее кислотное число синтетической неочищенной нефти, полученной согласно процедуре частичного обогащения, составляет менее 3, более предпочтительно менее 1.
[0094] На фиг. 9 показан количественный состав типичных неочищенных нефтей по сравнению с частично обогащенной SCO, описанной выше, относительно SCO, синтезированной согласно методам частичного обогащения, описанным в настоящем документе.
[0095] Смешивание может включать по меньшей мере часть перегнанной или отделенной фракции с частично обогащенной неочищенной нефтью, как описано ранее в настоящем документе. Перегнанные или отделенные фракции могут содержать любую часть прямогонного дистиллята (AGO), нафты, вакуумного газойля (VGO) или деасфальтизированной нефти (DAO). Как описано ранее указанные фракции можно, необязательно, подвергнуть дополнительной гидроочистке, по отдельности или в комбинации. Операции гидроочистки известны специалистам в данной области техники и могут включать, к примеру и без ограничения, гидрокрекинг, висбрекинг, термокрекинг, гидрообработку, изомеризацию, фракционирование или любую их комбинацию или другие подходящие варианты, которые позволяют обеспечить результат гидроочистки в пределах компетенции специалиста в данной области техники.
[0096] Одно из явных преимуществ переменных операций, которые были рассмотрены в описании изобретения и применяются для синтеза углеводородов, углеводородных побочных продуктов и т.п., состоит в том, что в случае получения частично обогащенной синтетической неочищенной нефти ее транспортировка легко осуществима с помощью трубопроводов, железнодорожного, морского, автомобильного транспорта, а также любых и всех комбинаций перечисленных видов транспорта.
[0097] Частично обогащенная синтетическая неочищенная нефть, которую можно синтезировать с применением протокола, описанного в настоящем документе, позволяет получить продукт, содержащий дизельную фракцию с цетановым числом больше 40, более предпочтительно больше 55. Степень превращения битумного исходного сырья в частично обогащенную неочищенную нефть составляет по меньшей мере 100 об. % при типичном выходе больше 100% об.