СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПЕРЕРАБОТКИ ТЯЖЕЛОЙ НЕФТИ И БИТУМА
IMPROVEMENT OF HEAVY CRUDE AND BITUMEN PROCESSING

Настоящее изобретение в целом касается совершенствования тяжелых нефтей и битумов. Более конкретно, настоящее изобретение касается способа совершенствования тяжелых нефтей и битумов, включающего в себя одну или более стадий получения, фракционирования, экстракции растворителем, крекинга с псевдоожиженным катализатором и гидроочистки с получением потоков синтетической нефти и/или нафты, дистиллята и газойля, имеющих пониженное содержание металла и/или серы.
Так как мировые запасы легких малосернистых сырых нефтей уменьшаются, а мировое потребление нефти увеличивается, нефтепереработчики ищут способы извлечения пригодных нефтепродуктов из источников более тяжелого нефтяного сырья. Более тяжелое нефтяное сырье, которое может включать в себя битумы, тяжелые нефти и битуминозный песок, ставит проблемы переработки вследствие существенно более высоких концентраций металлов, особенно никеля и ванадия. Кроме того, более тяжелое нефтяное сырье обычно имеет более высокое содержание серы и асфальтенов, создавая дополнительные проблемы в совершенствовании нефтяного сырья. Наконец, битуминозные пески, битумы и тяжелые нефти очень вязкие, что вызывает проблемы при транспортировке сырья обычными способами. Тяжелые нефти и битумы часто должны поддерживаться при повышенных температурах, чтобы оставаться текучими и/или смешиваться с более легким углеводородным разбавителем для транспортировки по трубопроводу. Разбавитель может быть дорогостоящим, и могут возникать дополнительные затраты на его транспортировку в то место, где располагается производство.
Тогда как цены на легкую нефть и природный газ продолжают увеличиваться, цена тяжелых нефтей и битумов остается относительно низкой из-за трудности добычи и переработки в пригодные нефтепродукты. Добыча битумов и другого тяжелого нефтяного сырья дорога вследствие значительных энергетических затрат в производстве.
Обширные месторождения в форме "тяжелого нефтяного сырья" существуют в ряде стран, включая Западную Канаду, Венесуэлу, Россию, Соединенные Штаты и другие. Эти отложения тяжелого нефтяного сырья часто существуют в труднодоступных местах. В общем, термин "тяжелое нефтяное сырье" относится к углеводородному материалу, имеющему плотность API меньше чем 20. Шкала плотности, выраженная в градусах, была разработана Американским институтом нефти (API) для определения относительной плотности различных нефтяных жидкостей. Плотность по API задается в градусах по ареометру таким образом, чтобы большинство значений попадало между 10 и 70°API. Эмпирическая формула, используемая для этого, API=(141,5/SG при 15,6°С(60°F))-131,5, где SG - представляет собой конкретную плотность жидкости.
Типичная тяжелая нефть не является текучей при температуре окружающей среды и содержит высокую долю веществ, выкипающих выше 343°С (650°F), и заметную долю с точкой кипения больше чем 566°С (1050°F). Высокая доля высококипящих углеводородов, обычная в тяжелых нефтях, делает фракционирование трудным без организации вакуумного фракционирования.
Высокое содержание металлов в углеводородном сырье создает аналогичные трудности переработки. Металлы и асфальтены в тяжелых углеводородных материалах являются нежелательными при разделении нефтяных фракций, так как металлы имеют тенденцию отравлять катализаторы, обычно применяемые в переработке нефтяных фракций в другие ценные продукты. Асфальтены имеют тенденцию засорять/закупоривать проточное оборудование. Вследствие таких трудностей во время переработки обычными способами наиболее высококипящие части часто перерабатывают термически коксованием или легким крекингом. Наиболее тяжелые фракции тяжелой нефти и битума, содержащие массу металла и асфальтена, можно отделять фракционированием, чтобы получить более легкие нефти, которые можно совершенствовать каталитически. Однако более тяжелые фракции еще остаются в некоторых пригодных к использованию нефтях и не могут быть извлечены с помощью технологий фракционирования.
Металлы, присутствующие в тяжелых нефтях, могут включать в себя, например, ванадий и никель. Ванадий обычно присутствует в количестве свыше 100 масс. м.д., часто больше чем 200 масс. м.д. Никель обычно присутствует в количестве свыше 50 масс. м.д., причем 75 масс. м.д. и больше, что является обычным.
Экстракция растворителем остаточной нефти известна с 1930-х, как ранее описано в патенте США №2940920 от Garwin. С внедрением коммерчески доступной технологии процесса ROSE процессы деасфальтизации растворителем стали более эффективными и экономичными. Технология деасфальтизации растворителем обычно используется сейчас в качестве одного способа совершенствования "днища барреля" при глубокой конверсии нефтепереработки и может быть использована для получения сырья для крекинга с псевдоожиженным катализатором (ПКК), масляных брайстоков, деасфальтированного газойля для установок гидроочистки и гидрокрекинга, специальных смол и компонентов смешения тяжелого топлива и асфальта из тяжелого нефтяного сырья. Улучшенные технологии экстракции растворителем описаны в патенте США №5843303 от Ganeshan.
Предшествующие исследования фокусировались на способах увеличения транспортируемости тяжелого нефтяного сырья путем снижения его вязкости. Патент США №5192421 от Audeh et al. описывает улучшенный способ деметаллизации во время деасфальтизации, включающий стадию деасфальтизации тяжелого, богатого асфальтом сырья с последующей термической обработкой, чтобы получить деасфальтированное сырье с пониженным содержанием металлов.
В патенте США №4875998 Rendall описывает извлечение битумных нефтей из битуминозных песков горячей водой. Более конкретно, битумные нефти выдерживаются в горячей воде и затем экстрагируются не смешивающимся с водой, углеводородным растворителем с образованием смеси, которая расслаивается на несколько фаз. Каждую фазу можно обрабатывать с получением битумных нефтей и возвращаемых компонентов процесса. Другие способы экстракции водой или растворителем описаны в патентах США №4160718 Rendall; 4347118 Funk et al.; 3925189 Wicks; 4424112 Rendall. Все патенты и публикации, упоминаемые здесь в виде ссылок, представлены для целей практики США и всех других юрисдикций, где позволено.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение обеспечивает способ для превращения такого тяжелого нефтяного сырья, как, например, битумы, в пригодные, более легкие соединения, не имеющие, по существу, асфальтена и имеющие очень низкое содержание металлов.
В одном варианте осуществления обеспечивается способ переработки сырой нефти из подземного месторождения тяжелой нефти или битума. Этот способ может включать в себя деасфальтирование растворителем, по меньшей мере, части тяжелой нефти или битума с образованием асфальтеновой фракции и деасфальтированной нефтяной (ДАН) фракции, существенно свободной от асфальтенов, имеющей пониженное содержание металлов. Сырье, содержащее ДАН фракцию, может подаваться в реакционную зону установки крекинга с псевдоожиженным катализатором (ПКК) с ПКК катализатором для осаждения части металлов из ДАН фракции на ПКК катализатор. Углеводородный поток, имеющий пониженное содержание металлов, может возвращаться из установки ПКК.
Данный способ может также включать в себя превращение асфальтенов в пар, энергию, топливный газ или их комбинацию для использования в получении тяжелой нефти или битума из источника. Способ может также включать в себя подачу асфальтеновой фракции из деасфальтирования растворителем на конверсию асфальтенов. Способ может также включать в себя удаление металлизированного ПКК катализатора из ПКК установки.
В одном варианте осуществления обеспечивается способ совершенствования сырой нефти или битума из подземного месторождения тяжелой нефти. Способ может включать в себя превращение асфальтенов в пар, энергию, топливный газ или их комбинацию для использования в добыче тяжелой нефти или битума из месторождения. Можно обеспечить способ деасфальтирования растворителем, по меньшей мере, части добываемой тяжелой нефти или битума, содержащих высокие металлы, с образованием асфальтеновой фракции и деасфальтированной нефтяной (ДАН) фракции, существенно свободной от асфальтенов и имеющей пониженное содержание металлов. Асфальтеновая фракция, деасфальтированная растворителем, может подаваться на превращение асфальтенов. Сырье, содержащее ДАН фракцию, можно подавать в реакционную зону установки крекинга с псевдоожиженным катализатором (ПКК) с ПКК катализатором, чтобы осаждать металлы из деасфальтированной нефтяной фракции на ПКК катализатор. Деметаллизированный углеводородный поток может возвращаться из установки ПКК и металлизированный ПКК катализатор может удаляться из установки ПКК.
Добыча тяжелой нефти или битума может включать в себя извлечение из добытых битуминозных песков. Превращение асфальтенов может включать в себя газификацию части асфальтеновой фракции с получением энергии, пара, топливного газа или их комбинации для добычи и извлечения. Добыча тяжелой нефти или битума может включать в себя нагнетание подвижного флюида через одну или больше нагнетательных скважин, заканчивающихся в соединении с месторождением, чтобы увеличить подвижность тяжелой нефти или битума, и получение подвижной тяжелой нефти или битума из, по меньшей мере, одной добывающей скважины, соединенной с месторождением. Подвижный флюид может содержать поток, образованный, главным образом, за счет сжигания асфальтенов, возвращаемых в асфальтеновую фракцию из деасфальтирования растворителем.
Деасфальтирование растворителем может давать высокий подъем максимизации получения деасфальтированных нефтей. Этот способ может включать в себя подачу части асфальтеновой фракции в установку замедленного коксования для получения жидкостей коксования и кокса. Низкокипящие углеводородные фракции могут вводиться с установку ПКК с ДАН фракцией. Установка ПКК может работать при конверсии от 30 до 65 процентов по объему сырья в установке ПКК. Рабочие условия в установке ПКК можно подстраивать, чтобы регулировать соотношение нафты, дистиллята и газойля в углеводородном потоке из установки ПКК. Способ может включать в себя гидроочистку углеводородного потока из установки ПКК с получением низкосернистого углеводородного потока. Гидроочистка может проводиться при умеренном давлении от 3,5 до 10,5 МПа. Способ может дополнительно включать в себя газификацию асфальтенов, возвращаемых в асфальтеновую фракцию из деасфальтирования растворителем, с получением водорода для гидроочистки.
В другом варианте осуществления обеспечивается способ переработки сырой нефти или битума из подземного месторождения тяжелой нефти. Способ может включать в себя превращение асфальтенов в пар, энергию, топливный газ или их комбинацию для использования в добыче тяжелой нефти или битума из месторождения. Способ может также включать в себя деасфальтизацию растворителем, по меньшей мере, части добываемой тяжелой нефти или битума, содержащих высокие металлы, с образованием асфальтеновой фракции и деасфальтированной нефтяной (ДАН) фракции, существенно свободной от асфальтенов и имеющей пониженное содержание металлов. Асфальтеновая фракция из деасфальтирования растворителем может подаваться на превращение асфальтенов. Пар можно генерировать сжиганием возвращаемых асфальтенов в асфальтеновой фракции из деасфальтирования растворителем. Сырье, содержащее ДАН фракцию, вместе с другими низкокипящими углеводородными фракциями можно подавать в реакционную зону установки крекинга с псевдоожиженным катализатором (ПКК) с ПКК катализатором, чтобы возвращать в установку ПКК деметаллизированный углеводородный поток из установки ПКК при конверсии от 30 до 65 процентов по объему сырья. Углеводородный поток из установки ПКК можно подвергать гидроочистке с получением низкосернистого углеводородного потока.
Добыча тяжелой нефти или битума может включать в себя нагнетание пара через одну или больше нагнетательных скважин, заканчивающихся в соединении с месторождением, чтобы сделать подвижными тяжелую нефть или битум, и получение тяжелой нефти или битума с увеличенной подвижностью из, по меньшей мере, одной добывающей скважины, заканчивающейся в соединении с месторождением. Добыча тяжелой нефти или битума может включать в себя извлечение из добытого битуминозного песка. Этот способ может дополнительно включать в себя подачу части асфальтеновой фракции в установку замедленного коксования с получением жидкостей коксования и кокса. Способ может включать в себя подачу жидкостей коксования на гидроочистку с ПКК углеводородным потоком. Способ может включать в себя подачу декантированной нефти из установки ПКК на сжигание, газификацию или их комбинацию. Рабочие условия в установке ПКК можно подстраивать, чтобы регулировать пропорции нафты, дистиллята и газойля в углеводородном потоке из установки ПКК. Гидроочистка может проводиться при умеренном давлении от 3,5 до 10,5 МПа. Способ может включать в себя газификацию асфальтенов, возвращаемых в асфальтеновой фракции из деасфальтирования растворителем, с получением водорода для гидроочистки.
В другом варианте осуществления изобретение обеспечивает установку для совершенствования сырой нефти из подземного месторождения тяжелой нефти или битума. Установка может включать в себя устройство для превращения асфальтенов в пар, энергию, топливный газ или их комбинацию для использования в добыче тяжелой нефти или битума из месторождения. Может быть обеспечено устройство для деасфальтирования растворителем, по меньшей мере, части добытой тяжелой нефти или битума, содержащих высокие металлы, с образованием асфальтеновой фракции и деасфальтированной нефтяной (ДАН) фракции, существенно свободной от асфальтенов и имеющей пониженное содержание металлов. Может быть обеспечено устройство для подачи асфальтеновой фракции из деасфальтирования растворителем на превращение асфальтенов. Может быть обеспечено устройство для подачи сырья, содержащего ДАН фракцию, в реакционную зону установки крекинга с псевдоожиженным катализатором (ПКК) для осаждения металлов из деасфальтированной нефтяной фракции на ПКК катализатор. Установка может дополнительно включать в себя устройство для возврата деметаллизированного углеводородного потока из установки ПКК и устройство для удаления металлизированного ПКК катализатора из установки ПКК.
Установка может включать в себя устройство для нагнетания подвижного флюида через одну или больше нагнетающих скважин, заканчивающихся в соединении с месторождением, чтобы сделать подвижными тяжелую нефть или битум, и устройство для добычи тяжелой нефти или битума с увеличенной подвижностью из, по меньшей мере, одной добывающей скважины, заканчивающейся в соединении с месторождением. Установка может включать в себя устройство для образования подвижного флюида, содержащего, главным образом, пар, сжиганием возвращаемых асфальтенов в асфальтеновой фракции из средства деасфальтирования растворителем. Установка может включать в себя устройство для извлечения тяжелой нефти или битума из добытого битуминозного песка. Устройство для деасфальтирования растворителем может обеспечивать высокий подъем. Установка может дополнительно включать в себя устройство для подачи части асфальтеновой фракции в установку замедленного коксования для получения жидкостей коксования и кокса. Установка может дополнительно включать в себя устройство для работы установки ПКК при конверсии от 30 до 65 процентов по объему сырья установки ПКК. Установка может включать в себя устройство для подстройки рабочих условий в установке ПКК для регулирования долей нафты, дистиллята и газойля в углеводородном потоке из установки ПКК. Установка может включать в себя устройство для гидроочистки углеводородного потока из установки ПКК с получением низкосернистого углеводородного потока. Установка может включать в себя устройство для осуществления гидроочистки при умеренном давлении от 3,5 до 10,5 МПа. Установка также может включать в себя устройство для газификации асфальтенов, возвращаемых в асфальтеновую фракцию из деасфальтирования растворителем, с получением водорода для гидроочистки.
В другом варианте осуществления обеспечивается установка для добычи и совершенствования переработки сырой нефти из подземного месторождения тяжелой нефти или битума. Установка может включать в себя устройство для нагнетания подвижного флюида через одну или больше нагнетающих скважин, заканчивающихся в соединении с месторождением, чтобы сделать подвижными тяжелую нефть или битум, устройство для добычи тяжелой нефти или битума с увеличенной подвижностью из, по меньшей мере, одной добывающей скважины, заканчивающейся в соединении с месторождением, устройство для деасфальтирования растворителем, по меньшей мере, части добытой тяжелой нефти или битума, содержащих высокие металлы, с образованием обедненной смолой, асфальтеновой фракции и деасфальтированной нефтяной (ДАН) фракции, существенно свободной от асфальтенов, имеющей пониженное содержание металлов, устройство для образования пара для нагнетания сжиганием возвращаемых асфальтенов в асфальтеновой фракции из устройства деасфальтирования растворителем, устройство для подачи сырья, содержащего ДАН фракцию и другие низкокипящие углеводородные фракции, в реакционную зону установки крекинга с псевдоожиженным катализатором (ПКК) с ПКК катализатором для возврата деметаллизированного углеводородного потока из установки ПКК при величине конверсии от 30 до 65 процентов по объему содержащего ДАН сырья в установку ПКК и устройство для гидроочистки углеводородного потока из установки ПКК с получением низкосернистого углеводородного потока.
Установка может включать в себя устройство для подачи части асфальтеновой фракции в установку замедленного коксования для получения жидкостей коксования и кокса. Установка может включать в себя устройство для подачи жидкостей коксования в устройство для гидроочистки с ПКК углеводородным потоком. Установка может включать в себя устройство для подачи декантированной нефти из установки ПКК на сжигание, газификацию или их комбинацию. Установка может включать в себя устройство для подстройки рабочих условий в установке ПКК для регулирования долей нафты, дистиллята и газойля в углеводородном потоке из установки ПКК. Установка может включать в себя устройство для гидроочистки при умеренном давлении от 3,5 до 10 МПа. Установка может включать в себя устройство для газифицирования возвращаемых асфальтенов в асфальтеновой фракции из устройства деасфальтирования растворителем с получением водорода для устройства гидроочистки.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Для более подробного описания иллюстрированных вариантов осуществления настоящего изобретения сейчас будет дана ссылка на соответствующие чертежи.
Фиг.1 показывает способ согласно одному варианту осуществления изобретения для переработки тяжелых нефтей и/или битумов, не требующий подвода энергии, пара или водорода.
Фиг.2 показывает способ согласно одному варианту осуществления изобретения для частичного усовершенствования сырья из тяжелой нефти или битума.
Фиг.3 показывает способ по фиг.2, в котором добавлена установка ПКК.
Фиг.4 показывает способ по фиг.2, включающий в себя газификатор и установку гидроочистки.
Фиг.5 показывает способ по фиг.4 с добавленной установкой коксования.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Здесь раскрываются подробные варианты осуществления настоящего изобретения. Однако следует понимать, что раскрываемые варианты осуществления представляют собой только типичные примеры изобретения, которые могут быть осуществлены в различных формах. Конкретные структурные, функциональные и технологические детали, раскрываемые здесь, не являются ограничением, но представляют собой только иллюстрации, которые могут быть модифицированы внутри объема притязаний формулы изобретения.
Настоящее изобретение может превращать тяжелую нефть и/или битум, с высоким содержанием металлов, в низкокипящие углеводороды, имеющие существенно сниженное содержание металлов. Настоящее изобретение может также обеспечивать одновременное получение асфальтенов для использования в качестве топлива в образовании пара и энергии, необходимых для добычи тяжелой нефти или битума. Первая часть металлов удаляется во время экстракции растворителем сырой тяжелой нефти или битума, и, по существу, все оставшиеся металлы удаляются во время последующей обработки в установке ПКК. Настоящее изобретение обеспечивает значительную экономическую выгоду устранением необходимости в транспортировке природного газа или другого топлива к месту месторождения для получения пара или энергии. Тяжелая нефть может перерабатываться путем предварительного удаления асфальтеновой фракции, которая часто содержит значительную долю нежелательных соединений серы, азота и металлов. Деасфальтированная нефть представляет собой жидкость при окружающих условиях и может транспортироваться с использованием традиционных способов.
Как показано на фиг.1, нефтяное сырье 100, которое может включать в себя тяжелые нефти и/или битумы, подается в установку 104 экстракции растворителем остаточной нефти (ЭРОН). Сырье может включать в себя углеводородный растворитель, способствующий снижению вязкости сырья. Установка ЭРОН 104 разделяет сырье на, по меньшей мере, две фракции: первую фракцию, которая может включать в себя деасфальтированные нефти и смолы, и вторую фракцию, которая может включать в себя асфальтены. Часть металлов, присутствующих в исходном сырье, отделяется от сырья дистилляции и предпочтительно остается в отделенных асфальтенах. Деасфальтированные нефти и смолы подаются в установку 106 крекинга с псевдоожиженным катализатором (ПКК), которая может включать в себя катализатор с низкой активностью для совершенствования переработки нефтей и эффективного удаления оставшихся металлов.
Асфальтены из установки ЭРОН 104 могут превращаться в гранулированную форму с использованием известного оборудования или могут альтернативно подаваться в газификатор 108, который сжигает и/или частично окисляет асфальтены с получением пара, водорода и низкоэнергетического газа, как необходимо. Сток из установки ПКК 104 может подаваться в установку гидроочистки 110, где он может перерабатываться, обессериваться и разделяться с получением потоков нафты, дистиллята и газойля. Декантированная нефть из ПКК 106 может подаваться в газификатор 108. Пар, водород и низкоэнергетический газ, производимые газификатором 108, могут подаваться в соответствующие процессы, как требуется. Потоки продуктов из установки гидроочистки 110 могут объединяться с образованием синтетического сырья, если желательно.
2
Тяжелые нефти и битумы можно извлекать термическими способами, в которых тепло генерируется на земле или in situ. Простейший термический способ представляет собой нагнетание пара, где пар используется в качестве движущего флюида для вытеснения нефти. Вызываемый паром гравитационный дренаж (ВПГД) представляет собой технологию, в которой пар нагнетают непосредственно в формацию для увеличения извлечения нефти. Пар нагнетают через одну или больше скважин в верхнюю часть формации, а вода и углеводороды могут добываться из одной или больше скважин, расположенных у дна формации. ВПГД способы обычно имеют высокую величину темпа добычи и высокую скорость нефти при экономичных отношениях нефти к пару. Добыча с помощью ВПГД способов может быть улучшена, если желательно, использованием таких технологий, хорошо известных в данной области техники, как, например, нагнетание пара в определенные скважины при более высокой скорости, чем в другие, применение электрического нагрева месторождения и применение растворителя СО в качестве добавки к нагнетаемому пару. ВПГД технологии раскрываются в патенте США №6357526 от Abdel-Halim et al.
Тяжелое нефтяное сырье можно также извлекать по традиционным добывающим технологиям, включая применение экскаваторов, вагонеток, конвейеров и подобного, чтобы добывать существенно твердые битумы и битуминозные пески. Экскаваторы могут питаться электрически или гидравлически. Отложения битуминозного песка можно раскапывать, используя традиционные технологии для добычи содержащихся в них тяжелых нефтей. Извлеченные песчаные отложения можно предварительно подготавливать для облегчения экстракции и отделения битумных нефтей. Битуминозные пески могут дробиться до меньшего размера с использованием обычных дробилок и могут дополнительно разбиваться с использованием механического раздробления и/или встряхивания. Раздробленные битуминозные пески могут легко суспензироваться с горячей водой для транспортировки и подаваться в устройство выделения и отделения битума. Подготовка битуминозных песков дополнительно описана в патенте США №4875998 от Rendall.
Подготовленная тяжелая нефть или битум, смешанные с паром и/или водой, могут проходить через водно-масляный сепаратор для разделения флюидов и получения потоков тяжелой нефти или битума, существенно свободных от воды и твердых веществ. Тяжелая нефть или битум могут отделяться непрерывным фракционированием, обычно протекающим при атмосферном давлении и регулируемой температуре куба менее чем 400°С (750°F). Температура кубовой части колоны фракционирования может регулироваться, чтобы предотвращать термический крекинг сырой нефти. При необходимости может использоваться вакуумное фракционирование.
Тяжелая нефть или битум, или остаток атмосферной и/или вакуумной дистилляции могут подаваться в установку деасфальтирования растворителем, которая может быть обычной установкой, использующей оборудование и методы для деасфальтирования растворителем, которые широко доступны в данной области техники, например, под торговыми обозначениями ROSE, SOLVAHL или подобные. Желательно применять установку ROSE (ЭРОН). Установка деасфальтирования растворителем может разделять тяжелую нефть или битум на богатую асфальтенами фракцию и деасфальтированную нефтяную (ДАН) фракцию. Как хорошо известно, установка деасфальтизации может работать и условия могут варьироваться так, чтобы регулировать свойства и содержание фракций ДАН и асфальтенов. По желанию установку деасфальтизации можно регулировать, чтобы обеспечить высокий подъем, в котором большая часть смол, присутствующих в сырье, отделяется в виде деасфальтированных нефтей скорее, чем асфальтенов. Асфальтеновая фаза может быть существенно свободна от смол. Асфальтеновая фаза может нагреваться и обрабатываться  паром с образованием потока продукта. Фаза растворитель - ДАН может нагреваться для разделения компонентов на фазы растворителя и ДАН. ДАН фаза может возвращаться, нагреваться и обрабатываться паром с образованием потока продукта ДАН для дальнейшей обработки.
Способ ЭРОН можно легко модифицировать для применения здесь с помощью квалифицированного персонала, хотя там, где не применяется фракционирование, такие модификации следует, конечно, сделать, чтобы использовать все подаваемое сырье, а не только его смолистую фракцию. Деасфальтизация также может осуществляться растворением сырья в ароматическом растворителе с последующим добавлением избытка алифатического растворителя для осаждения асфальтенов. Может использоваться субкритическая экстракция, когда углеводородные растворители могут смешиваться со спиртами. Большинство способов деасфальтирования применяют легкие алифатические углеводороды, такие как, например, пропан, бутан и пентан, для осаждения асфальтовых компонентов из сырья.
Фракция ДАН может подаваться в установку ПКК, содержащую обычный катализатор крекинга. Установка ПКК может включать в себя секцию отпаривания и трубный реактор. Свежие катализаторы могут добавляться в установку ПКК обычно через регенератор. Использованный катализатор, включающий кокс и отложившиеся на нем металлы, можно регенерировать полным или частичным сжиганием в регенераторе, чтобы подавать регенерированный катализатор для использования в реакторе. Дымовые газы могут отводиться из верхней части реактора регенерации через линию дымовых газов. Поток декантированной нефти, содержащей тяжелые нефти и мелкий катализатор, можно отводить из установки ПКК и подавать в качестве горючего и/или в газификатор, и/или установку коксования. Типичные способы ПКК описаны в патентах США 4814067 Gartside et al.; 4404095 Haddad et al.; 3785782 Cartmell; 4419221 Castagnos, Jr.; 4828679 Cormier, Jr. et al.; 3647682 Rabo et al.; 3758403 Rosinski et al.; RE 33728 Dean et al.
Запас катализатора, применяемый в установке ПКК настоящего изобретения, по желанию, обеспечивает равновесные конверсии теста микроактивности катализатора от 35 до 60% на объем сырья. Более высокие конверсии обычно не обеспечивают какого-либо преимущества в настоящем изобретении и имеют недостатком более высокие скорости замены катализатора. Путем поддержания более низкой активности катализатора расход катализатора может быть оптимизирован для более экономичного его использования.
В каталитическом крекинге частицы катализатора нагреваются и вводятся в псевдоожиженную зону крекинга с углеводородным сырьем. Температура зоны крекинга обычно поддерживается от 480 до 565°С (от 900 до 1050°F) при давлении приблизительно от 0,17 до 0,38 МПа. Скорость циркуляции катализатора в реакторе может лежать в диапазоне приблизительно от 1,8 до 4,5 кг/кг углеводородного сырья (от 4 до 10 ф/ф углеводородного сырья). Любой из известных катализаторов, применяемых в крекинге с псевдоожиженным катализатором, можно использовать в практике настоящего изобретения, включая, но не ограничиваясь, цеолиты Y-типа, USY, REY, RE-USY, фожазит и другие синтетические и существующие в природе цеолиты и их смеси. Другие подходящие катализаторы крекинга включают в себя, но не ограничены, катализаторы, содержащие оксид кремния и/или оксид алюминия, включая кислотные катализаторы. Катализатор может содержать такие тугоплавкие оксиды металлов, как оксид магния или оксид циркония. Катализатор может содержать кристаллические алюмосиликаты, цеолиты или молекулярные сита. Бракованный или использованный катализатор из способа ПКК высокой активности можно удобно и недорого применять вместо свежего катализатора.
Установка ПКК может производить некоторые более легкие газы, такие как топливный газ, сжиженный нефтяной газ (СНГ) или подобные, которые могут быть использованы в качестве топлива. Они могут содержать соединения серы, которые можно удалять, если желательно, используя небольшую обычную установку удаления серы с поглощением амином или подобную.
Асфальтеновая фракция из установки ЭРОН может подаваться в гранулятор и гранулироваться, как известно специалистам в данной области техники. Подходящие грануляторы описаны в патенте США №6357526 Abel-Halim et al. Асфальтеновые гранулы можно транспортировать в обезвоженной форме с помощью вагонеток, конвейера или других средств в бойлер или газификатор, или можно суспензировать с водой и перемещать по трубопроводу. Часть асфальтенов может пропускаться или транспортироваться в такое устройство смешения твердых топлив, как бак, бункер или печь, для хранения или использования в качестве твердого топлива. Бойлер может быть любым бойлером обычной разработки, соответствуя любому подходящему типу, известному специалистам в данной области техники, но желательно представляет собой бойлер с циркулирующим псевдоожиженным слоем, который сжигает гранулы с получением пара для использования в способе ВПГД для добычи тяжелой нефти или битума. Альтернативно бойлер может обеспечивать электрическую энергию или пар для роющего и извлекающего оборудования при осуществлении добычи битуминозного песка, включая экскаваторы, вагонетки, конвейеры, горячую воду и так далее, как необходимо. Количество получаемых асфальтенов может быть достаточно большим, чтобы удовлетворить всем требованиям пара и энергии в переработке тяжелой нефти и битума, устраняя, таким образом, необходимость в импортируемом топливе или паре, приводя к существенному снижению производственных затрат.
2
Газификатор может альтернативно или дополнительно применяться, причем асфальтеновая фракция обычно гранулируется и суспензируется, чтобы подавать воду для смягчения температуры в реакторе газификации. Если желательно, избыток асфальтеновых гранул, не требуемый для бойлера(ов) и/или газификации, можно вывозить в удаленное место для сжигания или другого применения. Пар можно генерировать тепловым обменом с продуктами реакции газификации и СО также можно возвращать с помощью способа, хорошо известного специалистам в данной области техники, для ввода в пластовый резервуар с паром для увеличения добычи тяжелых нефтей и битума. Водородный газ и/или топливный газ низкой величины можно возвращать из эффлюента газификации и экспортировать или водород можно подавать в связанную установку гидроочистки, как описано ниже. Энергию можно также генерировать путем расширения продуктов реакции газификации и/или пара в турбинном генераторе. Энергия, пар и/или топливный газ могут быть использованы в добыче тяжелой нефти или битума, например, добывающих операциях или ВПГД, как описано выше. Во время пускового периода может быть желательно импортировать асфальтовые гранулы, природный газ или другое топливо, чтобы нагревать бойлер для подачи достаточного пара и/или энергии для добычи тяжелой нефти или битума, до тех пор, пока возвращаемая асфальтеновая фракция станет достаточной, чтобы удовлетворить требования для генерации пара.
Альтернативно или дополнительно, по меньшей мере, часть асфальтеновой фракции и/или суспензии в нефтепродукте может подаваться в установку коксования для максимально возможного возврата дистиллятов. Способы коксования хорошо известны для превращения очень тяжелого остаточного сырья из колонн вакуумной или атмосферной дистилляции с получением кокса и газойля. Обычно асфальтеновая фракция нагревается до высоких температур в установке коксования, например от 480 до 510°С (от 900 до 950°F), с образованием более легких компонентов, которые выделяются в виде пара и кокса, который образуется в виде твердого остатка в установке коксования. Установка коксования может представлять собой установку замедленного коксования, флексикокер, установку флюидного коксования или подобную, все из которых хорошо известны в данной области техники. В способе замедленного коксования сырье поддерживают при температуре приблизительно 450°С и давлении от 75 до 170 кПа (от 10 до 25 ф/кв.дюйм) для отложения твердого кокса, пока крекированные пары отбираются сверху. Кокс, полученный в установке коксования, может транспортироваться в область хранения для использования в качестве твердого топлива.
Произведенные пары из установки коксования могут отводиться из установки коксования и подаваться в соответствующий процесс, желательно процесс гидроочистки. По выбору пары установки коксования могут разделяться дистилляцией на фракции нафты, дистиллята и газойля перед подачей в установку гидроочистки. Так как подача сырья в установку коксования в настоящем способе ограничена избытком асфальтеновой фракции и ПКК суспензии в нефтепродукте, которые не требуются для образования пара, водорода и энергии, размер установки коксования может быть благоприятно уменьшен относительно схем с предварительной обработкой в установке коксования.
Гидроочистка ПКК стока (и любых жидкостей коксования) может улучшать качество различных продуктов и/или остаточных нефтей крекинга до низкокипящих, более ценных продуктов. Умеренная гидроочистка может удалять нежелательную серу, азот, кислород и металлы, а также гидрировать любые олефины. Однако удаление серы и металлов посредством предшествующего процесса гидроочистки перед ПКК обработкой требует относительно больших количеств водорода, часто требуя отдельной установки получения водорода или другого источника.
Установка гидроочистки настоящего изобретения работает ниже по потоку от установки ПКК, чтобы обрабатывать углеводородное сырье после удаления металлов, и служит, главным образом, для удаления серы из сырья. Установка гидроочистки может работать при от 0,8 до 21 МПа и от 350 до 500°С (от 650 до 930°F). Мягкие условия работы для установки гидроочистки могут включать в себя работу неподвижного слоя при от 1,5 до 2,2 МПа и от 350 до 400°С (от 650 до 750°F) без регенерации катализатора. Жесткие условия работы для установки гидроочистки составляют от 7 до 21 МПа и от 350 до 500°С (от 650 до 930°F) и требуют регенерации катализатора. Желательно давление поддерживать в умеренном диапазоне от 3,5 до 10,5 МПа. Расход водорода увеличивается с увеличением жесткости рабочих условий, а также зависит от количества удаляемого металла и серы и содержания в сырье ароматических материалов и олефинов, которые также поглощают водород. Так как содержание металла в сырье установки гидроочистки является незначительным, защитный слой не требуется и можно использовать высокоактивный катализатор. Газ или СНГ продукты из установки гидроочистки будут содержать соединения серы, которые могут удаляться в обычной установке возврата серы, как описано выше. Установка возврата серы, обрабатывающая легкие фракции установки гидроочистки, может быть той же установкой, как для потока ПКК, имеющей соответствующие размеры, чтобы собирать оба потока, или могут быть использованы отдельные установки возврата серы.
Путем расположения установок деасфальтизации растворителем и ПКК выше по потоку от установки гидроочистки и удаления металлов до гидроочистки настоящее изобретение уменьшает зависимость данного способа от производства больших количеств водорода и уменьшает необходимость в отдельных средствах получения водорода.
Одно преимущество настоящего изобретения заключается в том, что индивидуальные объекты настоящего изобретения могут быть добавлены к существующим установкам переработки битума, или в том, что упомянутые установки могут быть перестроены ступенчатым образом, внедряя любое число объектов настоящего изобретения по желанию. На фиг.2-5, в которых одинаковые численные обозначения используются для аналогичных частей, показано ступенчатое построение способа переработки тяжелой нефти и/или битума.
Сначала на фиг.2 показано базовое совершенствование в ступенчатом построении. Сырая тяжелая нефть и/или битум получаются путем излечения 202 и/или вызываемого паром гравитационного дренажа 204. Растворитель может добавляться к сырью, как необходимо (не показано), для облегчения переноса сырья тяжелой нефти/битума в установку возврата разбавителя (УВР) 206, в которой сырье подвергается атмосферной дистилляции. Остаток из колонны дистилляции может подаваться в расположенную тут же или поблизости установку ЭРОН 208 для отделения ДАН и смол от асфальтенов. Асфальтеновая фракция может удаляться из установки ЭРОН и подаваться в водоформирующую установку 210 для приготовления асфальтеновых гранул 212. Асфальтеновые гранулы 212 могут использоваться в качестве топлива, экспортироваться или сохраняться. Фракция ДАН/смола может добавляться к импортируемому разбавителю и собираться в виде частично усовершенствованного синтетического сырья 214.
Согласно фиг.2 установка ПКК 216 добавляется к способу на фиг.2. Установка ПКК 216 желательно находится в том же месте или в близком соседстве к установке ЭРОН 208. Фракция ДАН/смола может подаваться в установку ПКК 216, имеющую катализатор с низкой активностью, как ранее описано здесь. Установка ПКК 216 удаляет по существу все оставшиеся металлы в сырье, не удаленные ранее на установке ЭРОН 208.
Согласно фиг.4 способ фиг.2 включает в себя газификатор 218, и установка гидроочистки 220 добавляется ниже по потоку от установки ПКК 216. Асфальтеновая фракция из установки ЭРОН 208 может подаваться в газификатор 218, который частично окисляет асфальтен с получением водорода 222, топливного газа 22 4, энергии 22 6, которые либо экспортируются, либо подаются в установку ВПГД 204, и пара 230, который может подаваться в установку ВПГД 204. Поток декантированной нефти, возвращаемый из установки ПКК 216, может подаваться в газификатор 218 или использоваться в качестве топлива 228. Существенно свободный от металлов поток частично усовершенствованного синтетического сырья может подаваться из установки ПКК 216 в установку гидроочистки 220, которая может включать в себя разделение нафты, дистиллята и газойля перед гидроочисткой. Гидроочищенные нафта, дистиллят и газойль могут смешиваться с получением синтетического сырья 232. Газификатор 218 и установка гидроочистки 220 желательно располагаются в одном предприятии и особенно в близком соседстве к установке ПКК 216 и/или установке ЭРОН 2 08, или на месте добычи тяжелой нефти или битума.
Согласно фиг.5 установка коксования 234 добавляется к способу на фиг.4 для улучшенной утилизации. Часть асфальтеновой фракции из установки ЭРОН 208 может подаваться в установку коксования 234. Установка коксования 234 может производить крекированный поток, который включает в себя нафты, дистилляты и газойли, и может объединяться со стоком установки ПКК 216 и подаваться в установку гидроочистки 220 для дальнейшей переработки в свободное от металлов синтетическое сырье 232. Установка коксования желательно располагается на месте или в близком соседстве с установкой ЭРОН 208 и/или установкой ПКК 216.
Другим преимуществом настоящего изобретения являются близкие к нулю энергетические затраты после того, как агрегаты установлены и запущены. Так как асфальтеновый продукт может быть легко превращен в транспортируемое горючее топливо, может быть устранена необходимость в импортируемом водороде, топливе и/или энергии. Данный способ, таким образом, может быть самодостаточным в отношении требований энергии, водорода и пара для процессов ВПГД и гидроочистки в добыче и усовершенствовании тяжелых нефтей и/или битумов. Так же может обеспечиваться энергия для добывающего оборудования, снижая требования по сравнению с традиционными способами добычи. Капитальные затраты, связанные с настоящим изобретением, немного выше, чем капитальные затраты, связанные с другими способами переработки битумов, такими как, например, процессы, применяющие предварительное замедленное коксование или гидрокрекинг в кипящем слое. Однако настоящее изобретение имеет лучшую прибыль на инвестированный капитал, меньшую сложность и более простое функционирование, меньшее удаление кокса, полную энергетическую автономность и может строиться или добавляться в качестве модернизации постепенным образом.
3
3
3
3
3
3
3
3
3
Пример. Согласно способу, показанному на фиг.5, сырье, содержащее 28900 м/сут (182000 БПС (42-галлонных баррелей в сутки)) от 10 до 15 API разбавленного битума и тяжелых нефтей, подается в установку возврата разбавителя (УВР) 206. УВР 206 подает 24800 м/сут (156000 БПС) сырья в установку ЭРОН 314, где установка 208 разделяет сырье на фракцию ДАН и асфальтеновую фракцию. 3400 м/сут (21500 БПС) потока асфальтеновой фракции подается в газификатор 218 и 3400 м/сут (21500 БПС) потока подается в установку коксования 234. 1800 м/сут (113000 БПС) потока остаточной нефти подается из установки ЭРОН 208 в установку крекинга с псевдоожиженным катализатором (ПКК) 216. Установка ПКК 216 удаляет оставшиеся металлы и разделяет сырье на легкую фракцию с пониженным содержанием металлов и тяжелую декантированную нефть. 3800 м/сут (23700 БПС) потока декантированной нефти подается из установки ПКК 216 в газификатор 218. 12600 м/сут (80000 БПС) поток легкой фракции, состоящей, главным образом, из дистиллятов, нафты и газойля, подается из установки ПКК 216 в установку гидроочистки 220, где он объединяется с 1200 м/сут (13000 БПС) потоком газойля, собираемого из установки коксования 354, и подается в установку гидроочистки 220. Установка гидроочистки производит синтетическое сырье с API от 37 до 41 со скоростью 16000 м/сут (100000 БПС).
Многочисленные варианты осуществления и их альтернативы были раскрыты. Хотя вышеприведенные раскрытия включают в себя лучшую точку зрения на осуществление данного изобретения, как полагают изобретатели, не все возможные альтернативы были раскрыты. По этой причине объем и пределы настоящего изобретения не ограничиваются вышеприведенным раскрытием, но вместо этого должны определяться и толковаться с помощью приложенной формулы изобретения.