СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ТЯЖЕЛОЙ НЕФТИ И БИТУМА
METHOD FOR PROCESSING OF HEAVY OIL AND BITUMEN

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0001] Предложены модификации способов переработки битума и тяжелой нефти для синтеза синтетического нефтяного сырья и другие эффективные способы производства ценных углеводородных субпродуктов.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] Переработка углеводородов необходима либо для их транспортировки, либо для повышения их продажной стоимости. Кроме того, нефтеперерабатывающие заводы не приспособлены для переработки тяжелой нефти, битума и т.д. и, таким образом, для обеспечения возможности переработки необходимо изменять вязкость, плотность и содержание примесей, таких как тяжелые металлы, сера и азот, присутствующие в таких тяжелых материалах. Переработка, в первую очередь, направлена на снижение вязкости и содержания серы, металлов и асфальтенов в битуме.
[0003] Одной из проблем, связанных с переработкой, является необходимость удаления или модифицирования асфальтенов и тяжелых фракций для получения ценного продукта. В обычных установках по переработке нефти эта проблема усугубляется за счет образования нефтяного кокса или мазута, что приводит к образованию нежелательных отходов. Эти отходы сложно перерабатывать с помощью традиционных способов, и их обычно удаляют, что снижает общий выход продукта.
[0004] Способ по Фишеру-Тропшу используют в течение нескольких десятилетий для получения углеводородов из угля, мазута, нефтяного кокса и биомассы. В течение нескольких последних лет большое внимание уделяют переработке альтернативных источников энергии. Представленные основными производителями синтетического топлива результаты, как в виде ряда запатентованных достижений, так и опубликованных заявок, находящихся в стадии рассмотрения, значительно расширили эту область техники.
[0005] Примеры недавних достижений в данной области техники включают признаки, указанные в патенте США №6958363, выданном на имя Espinoza, et al., Boyle et al., патенте США №7214720, патенте США №6696501, выданном 24 февраля 2004 г. на имя Schanke et al.
[0006] Что касается других усовершенствований в данной области техники, существует большое количество важных достижений не только в области газификации твердого углеродного сырья, но и, в числе прочего, методологии получения сингаза, использования водорода и угарного газа на предприятиях но переработке газа в жидкость, использования водорода в реакторах Фишера-Тропша и превращения биомассы в жидкое углеводородное транспортное топливо. Ниже приведен репрезентативный перечень других аналогичных ссылок. Он включает: Патенты США: №7776114; 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] Одно из преимуществ применения способа Фишера-Тропша (ФТ) для переработки битума заключается в том, что он облегчает превращение ранее образованного нефтяного кокса и мазута в ценное высококачественное синтетическое нефтяное сырье (СНС) со значительно повышенным содержанием парафинов. Выход СНС из битумного сырья составляет около или более 100%, что составляет 20% прибавку выхода по сравнению с некоторыми современными способами переработки. Другим преимуществом является отсутствие отходов нефтяного кокса и мазута, загрязняющих окружающую среду, что вносит вклад в утилизацию битума в целом.
[0008] Еще одним преимуществом применения ФТ-способа для переработки битума является получение бессернистого, богатого парафинами и цетаном синтетического нефтяного сырья (СНС). Полезные субпродукты ФТ-способа, например, парафиновая нафта и газообразные ФТ-продукты (такие как метан и сжиженный нефтяной газ (СНГ)), имеют особую ценность в рамках процесса переработки битума и функционирования установок на более ранних стадиях процесса. Газообразные ФТ-продукты, практически не содержащие соединений серы, можно использовать как топливо в установке для переработки или как сырье для получения водорода с целью компенсации потребления природного газа. ФТ-нафта, главным образом состоящая из парафинов, также может быть использована для получения водорода, но, кроме того, вследствие своей уникальной парафиновой природы она также может быть использована в качестве эффективного растворителя для деасфальтирования, который не может быть легко получен при функционировании современных установок по переработке.
[0009] Известно, что парафиновая ФТ-нафта, используемая в качестве растворителя в установках пенообработки нефтеносного песка, улучшает функционирование и эффективность удаления мелких хвостов и воды при сниженном соотношении разбавитель/битум (Р/Б) и относительно низком давлении паров. Это позволяет уменьшить размер и стоимость дорогостоящих сепараторов и отстойников, повысить эксплуатационные характеристики и производительность сепарации, и приводит к подаче практически сухой битумной пены (<0,5 основных осадков и воды) в установку для переработки, при этом снижая нагрузку на пруд для хвостов.
[0010] Одна из разработок в области переработки раскрыта в патенте США №7407571, выданном 5 августа 2008 г. на имя Rettger et.al. В этом источнике сообщается о способе получения бессернистного синтетического нефтяного сырья из тяжелого углеводородного сырья. Патентообладатели указывают, что тяжелые углеводороды обогащали, получая перегнанное сырье, которое включало сернистые продукты и субпродукты с высоким содержанием углерода. Субпродукты превращали в газ, получая сингаз и сернистые субпродукты. Способ, кроме того, включает гидропереработку сернистых продуктов наряду с газообразным водородом с получением газа и бессернистого сырья. Водород выделяли в регенерационной установке из синтетического топливного газа. Способ в целом весьма эффективен, однако он не обладает преимуществом в виде конверсии синтезированных потоков, подходящих для введения в установку гидропереработки для получения синтетического сырья, повторного использования отдельных потоков в установке для переработки, а также не содержит каких-либо конкретных указаний относительно возможности интеграции со способом Фишера-Тропша или возможных преимуществ применения парового риформинга метана и/или автотермического риформинга в технологической схеме процесса для достижения максимального выхода СНС и снижения зависимости от природного газа.
[0011] Iqbal et al. в патенте США №7381320, выданном 3 июня 2008 г., предложен способ переработки сырой нефти из подземного нефтеносного пласта. Порцию тяжелой нефти или битума подвергают деасфальтизации растворителем, получая фракцию асфальтенов и деасфальтированную нефть, называемую DAO - фракцией, не содержащей асфальтенов и с пониженным содержанием металлов. Асфальтеновая фракция, полученная при деасфальтизации растворителем, поступает в установку переработки асфальтенов, а фракция DAO поступает в составе подаваемого сырья вместе с ФКК-катализатором в реакционную зону установки флюид-каталитического крекинга (ФКК) для удаления части металлов из фракции DAO. Поток углеводородов, выделенных на этом этапе, характеризуется пониженным содержанием металлов. В документе не содержится каких-либо конкретных указаний относительно возможности интеграции со способом Фишера-Тропша.
[0012] В патенте США №7708877, выданном 4 мая 2010 г. на имя Farshid et al., предложен интегрированный способ переработки тяжелой нефти с одновременной конечной гидрообработкой, В данном способе предложена система реакторов для гидропереработки суспензий, обеспечивающую возможность циркуляции непрерывной смеси катализатора, сырой нефти и переработанной нефти по всему реактору без ограничений. Смесь частично разделяют между реакторами для удаления одной лишь переработанной нефти, при том, что сырая нефть в катализаторной суспензии продолжает поступать на переработку в следующий реактор, где часть сырой нефти перерабатывают до соединений с более низкой температурой кипения. Дополнительную гидрообработку осуществляют в дополнительных реакторах для полной переработки нефти. Затем так называемую полностью переработанная нефть подвергают конечной гидрообработке для практически полного удаления гетероатомов, таких как сера и азот.
[0013] Этот документ в первую очередь имеет отношение к гидропереработке тяжелых углеводородов и не подходит для переработки битума. Он также не содержит каких-либо указаний относительно использования способа Фишера-Тропша, применения рециркуляционных потоков, получения водорода или других ценных и эффективных операциях, имеющих важное значение для успешной переработки неочищенного битума.
[0014] Другие ссылки, имеющие отношение к данной области техники, включают Calderon et al. в патенте США №7413647, выданном 19 августа 2008 г., и заявку на патент США, опубликованную под №US 2009/0200209 13 августа 2009 г., на имя Sury et al.
[0015] Технология, разработанная и описанная в настоящем документе, дает большое количество преимуществ. Они реализуются разными способами, включая:
i) примерно 100% или более выход синтетического сырья из тяжелой нефти или битума без получения отходов - нефтяного кокса или мазута;
ii) повышенное качество синтетического нефтяного сырья (СНС), обессеренное легкое сырье с повышенным содержанием парафинов и пониженным содержанием ароматических соединений и компонентов тяжелого газойля в ассортименте продукции;
iii) для получения водорода для переработки требуется меньше природного газа, поскольку ФТ-нафта, газообразные ФТ-продукты и газообразные продукты гидропереработки можно повторно использовать для получения сингаза, богатого водородом;
iv) чистый водород для использования в установках гидропереработки (гидрокрекинга, изомеризации, гидрообработки) можно получить из сингаза, богатого водородом, с помощью мембран, абсорбции или установок для адсорбции при переменном давлении;
v) жидкости по Фишеру-Тропшу (ФТ) главным образом состоят из парафинов, что улучшает качество и повышает ценность ассортимента продукции CMC;
vi) ФТ-нафта редко бывает доступна в любом количестве в современных установках для переработки, и ее использование для деасфальтизации вакуумного остатка в установке деасфальтизации растворителем (SDR) и в установке пенообработки нефтеносного песка было бы весьма предпочтительно; и
2
2
vii) В газогенераторной (XTL) установке обработки сингаза доступен концентрированный СО, что позволяет использовать установку для переработки в качестве дешевого источника CO в проектах по улавливанию и удалению углерода (CCS).
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0016] Одна из задач настоящего изобретения заключается в обеспечении усовершенствованной методологии переработки тяжелой нефти и битума для синтеза углеводородов со значительно увеличенным выходом продукции без получения субпродукте в-отходов, например нефтяного кокса или мазута.
[0017] Дополнительная задача одного из вариантов реализации настоящего изобретения заключается в обеспечении способа переработки битума для получения углеводородных субпродуктов, включающего;
i) обеспечение источника исходного сырья в виде битума или тяжелой нефти;
ii) обработку указанного исходного сырья с образованием неперегнанной низшей фракции;
iii) подачу указанной низшей фракции в контур получения сингаза для получения потока сингаза, обедненного водородом, за счет реакции некаталитического частичного окисления, и реакцию указанного сингаза в реакторе Фишера-Тропша с целью синтеза углеводородных субпродуктов;
iv) добавление источника водорода в указанный сингаз, обедненный водородом, для оптимизации синтеза углеводородов, по меньшей мере один из которых представляет собой синтетическое нефтяное сырье.
[0018] Настоящая технология уменьшает недостатки, присущие известным способам.
[0019] Синтетическое сырье является продуктом, получаемым на установке переработки битума/тяжелой нефти, используемой для переработки битума и тяжелой нефти из извлекаемых нефтеносных песков и производствам in situ. Оно также относится к нефти из битуминозных сланцев, продукту пиролиза битуминозных сланцев. Свойства синтетического сырья зависят от способов, использованных при переработке. Обычно оно характеризуется низким содержанием серы и плотностью около 30 градусов АНИ, подходящей для традиционного сырья для нефтепереработки. Его также называют «обогащенным сырьем»
[0020] Настоящее изобретение объединяет в ранее не использовавшейся комбинации ряд известных типовых операций с получением значительно улучшенного пути синтеза с высоким выходом высококачественных синтетических углеводородных продуктов. Интеграция способа Фишера-Тропша с генератором сингаза, богатого водородом, который использует ФТ-нафту и/или газообразные ФТ-продукты / газообразные продукты из установки для переработки в качестве первичного топлива в комбинации с природным газом, в паровом риформинг метана (SMR) и/или автотермический риформинг (ATR) приводит к получению высококачественного обессеренного синтетического нефтяного сырья, образующегося при отсутствии нефтяного кокса и мазута.
[0021] Было обнаружено, что при использовании установки парового риформинга метана (SMR) в качестве генератора сингаза, богатого водородом, при использовании ФТ-нафты или газообразных ФТ-продуктов/газообразных продуктов из установки для переработки в комбинации с природным газом можно достичь существенных результатов при смешении с обедненным водородом сингазом, полученным путем перевода неперегнанного битума или низшей фракции тяжелой нефти в газовую фазу.
Достигается значительное увеличение выхода продукции в диапазоне среднедистиллятных синтетических углеводородов. Общий вид реакции является следующим:
2
2
Природный газ + ФТ-нафта(об) + газообразные ФТ-продукты / газообразные продукты из установки для переработки + пар + тепло → СО+nH+СО
[0022] Как известно специалистам в данной области техники, паровой риформинг метана можно проводить в любых подходящих условиях для стимулирования конверсии исходного сырья; в качестве примера в вышеприведенном уравнении показан риформинг метана в водород Н2 и монооксид углерода СО, или в то, что называют сингазом, или, конкретно, сингазом, богатым водородом. Существенная выгода приводит к более чем 30% увеличению выхода среднедистиллятных синтетических углеводородов. Пар и природный газ добавляли для оптимизации желательного соотношения водород: монооксид углерода до приблизительного диапазона 3:1-6:1. К любой части контура получения сингаза SMR также можно добавить установку реакции конверсии водяного газа (WGS), адсорбции при переменном давлении (PSA) или мембранную установку для дополнительного обогащения потока, богатого водородом, и образования потока практически чистого водорода для применения при гидроперереботке. Обычно для получения тепловой энергии в топке SMR используют природный газ или любое другое подходящее топливо.
[0023] Установка парового риформинга может содержать любой подходящий катализатор, например один или несколько каталитически активных компонентов, таких как палладий, платина, родий, иридий, осмий, рутений, никель, хром, кобальт, церий, лантан или их смеси.
2
2
[0024] Кроме того, было обнаружено, что использование установки автотермического риформинга (ATR) в качестве единственного генератора сингаза, богатого водородом, либо в комбинации с SMR, либо в составе гибридной комбинации ATR/SMR, называемой XTR, дает существенную выгоду, приводящую к более чем 200% увеличению выхода среднедистиллятных синтетических ФТ-углеводородов. Сырьевые потоки для ATR или XTR состоят из ФТ-нафты, газообразных ФТ-продуктов, богатых HI газообразных продуктов из установки для переработки, СО, О и природного газа.
[0025] Аналогичным образом, как хорошо известно специалистам в данной области техники, при автотермическом риформинге используют диоксид углерода и кислород или пар в реакций с легкими газообразными углеводородами, такими как природный газ, газообразные ФТ-продукты или газообразные продукты из установки для переработки, для получения сингаза. С учетом процедуры окисления, эта реакция экзотермическая. Если в установке автотермического риформинга используют диоксид углерода, на выходе получают соотношение водород:монооксид углерода 1:1, а если в установке автотермического риформинга используют пар, получают соотношение приблизительно 2,5:1, или, иногда, до 3,5:1.
[0026] В установке автотермического риформинга протекают следующие реакции:
4
2
2
2
2
2СН+O+CO->3Н+3СО+HO+тепло.
Если используют пар, уравнение реакции выглядит следующим образом:
4
2
2
2
4СН+O+2HO+тепло->10Н+4СО.
[0027] Одно из более существенных преимуществ применения ATR заключается в возможности изменения соотношения водород: монооксид углерода. Согласно настоящей технологии, ATR также можно рассматривать в качестве генератора богатого водородом сингаза, как описано ранее. Было обнаружено, что добавление операции ATR в технологическую схему в комбинации с контуром получения богатого водородом сингаза, как показано в вышеприведенном примере, в качестве установки парового риформинга метана (SMR) оказывает значительный эффект на общий выход углеводородов согласно данному способу. Аналогично, к любой части контура получения сингаза ATR и комбинированного ATR/SMR или XTR также можно добавить установку конверсии водяного газа (WGS), адсорбции при переменном давлении (PSA) или мембранную установку для дополнительного обогащения потока, богатого водородом, и получения потока практически чистого водорода для применения при гидроперереботке. Обычно для получения тепловой энергии в топке ATR, SMR и XTR используют природный газ или любое другое подходящее топливо.
[0028] Настоящее изобретение объединяет в ранее не использовавшейся комбинации ряд известных типовых операций с целью интеграции способа Фишера-Тропша с использованием реакции конверсии водяного газа для обогащения сингаза, что приводит к получению ценного обессеренного синтетического нефтяного сырья при отсутствии нефтяного кокса и мазута.
[0029] С точки зрения дополнительных изменений вышеописанного способа, реакцию Фишера-Тропша можно дополнительно подвергать реакции конверсии водяного газа (WGS). Соответственно, еще одной задачей одного из вариантов реализации настоящего изобретения является обеспечение способа, при котором реактор конверсии водяного газа (WGS) заменен на генератор сингаза, богатого водородом (XTR), выбранный из группы, состоящей из установки парового риформинга метана (SMR), автотермического риформинга (ATR) или их комбинации.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0030] Фигура 1 представляет собой технологическую схему методологии, используемой в данной области техники при переработке извлекаемых и in situ тяжелой нефти и битума;
[0031] Фигура 2 представляет собой технологическую схему, аналогичную Фигуре 1, иллюстрирующую дополнительную методику, известную в данной области техники;
[0032] Фигура 3 представляет собой технологическую схему, иллюстрирующую дальнейшее изменение технологии, известной в данной области техники;
[0033] Фигура 4 представляет собой технологическую схему, иллюстрирующую дальнейшее изменение технологии, известной в данной области техники;
[0034] Фигура 5 представляет собой технологическую схему, иллюстрирующую вариант реализации настоящего изобретения;
[0035] Фигура 6 представляет собой технологическую схему, иллюстрирующую дополнительный вариант реализации настоящего изобретения; и
[0036] Фигура 7 представляет собой технологическую схему, иллюстрирующую еще один вариант реализации настоящего изобретения.
[0037] Аналогичные цифровые обозначения на фигурах означают аналогичные элементы.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ РЕАЛИЗАЦИИ
[0038] На Фигуре 1 показан способ согласно известному уровню техники, обозначенный как 10. Источник тяжелой нефти или битума 12 может содержать залежи битума, которые могут быть извлекаемыми или находиться в месте естественного залегания (in situ). Затем битум можно транспортировать к производственной установке 14, в которую можно вносить разбавитель или растворитель по линии подачи 16 из установки для переработки 18. Разбавитель или растворитель могут содержать любой подходящий материал, например, подходящие жидкие алканы. Результатом внесения разбавителя по линии 16 является подвижная смесь битума (разбавленный битум). После переработки разбавленного битума в установке для переработки 18 образованное таким образом синтетическое сырье 20 обрабатывали на нефтеперерабатывающей установке 22, где образовывались нефтепродукты, обозначенные как 24.
[0039] Производственная установка 14 в первую очередь удаляла из потока воду и твердые вещества. Растворитель 16 добавляли к необработанному битуму для обеспечения необходимых параметров подвижности и сепарации, в первую очередь обеспечивая снижение вязкости. В ситуации, когда битум получен из нефтеносного песка, к исходному материалу добавляли воду для получения суспензии для транспортировки к установкам экстракции и пенообработки и установке для переработки 18. Обезвоженный битум затем транспортировали по трубопроводу (не показан) в смеси с разбавителем к 18. Высушенный необработанный битум обрабатывали на этапе первичной и вторичной переработки, получая обессеренное или сернистое нефтяное сырье (СНС). СНС транспортировали в нефтеперерабатывающую установку 22 для дальнейшей переработки в нефтепродукт 24, как указано выше, примеры которого включали транспортное топливо, например, газолин, дизельное и авиационное горючее, смазочные масла и другие исходные материалы для нефтехимической конверсии.
[0040] На Фигуре 2 показана технологическая схема способа переработки битума при использовании нефтеносного песка. Общий способ обозначен как 30, Система относится к способу производства битума из извлекаемых нефтеносных песков, где исходный извлекаемый нефтеносный песок 32 из разрабатываемого месторождения смешивали с водой 34 в установке подготовки руды 36 и затем транспортировали к установке первичной экстракции 38. В установке 38 отделяли большие объемы воды и крупных хвостов 40 и возвращали их в пруд для хвостов 42.
[0041] Частично обезвоженный битум 44 переносили в установку для пенообработки 46. На этом этапе для отделения оставшейся воды и измельченной глины, а также мелких хвостов в 48 добавляли растворитель, обычно нафту с высоким содержанием ароматических соединений (полученную из битума) или парафиновый растворитель (полученный из природного газоконденсата). Затем пену обрабатывали в установке регенерации растворителя 52 для повторного использования в установке
пенообработки. Для полной регенерации растворителя хвосты проходили через установку регенерации растворителя для хвостов 50. Мелкие хвосты переносили в пруд для хвостов 42. Чистую высушенную пену затем помещали в установку для переработки битума 54, показанную на Фигуре 2 пунктирной линией. Вообще говоря, установка для переработки битума 54 включает два основных процесса - первичную и вторичную переработку. Установка для первичной переработки обычно состоит из двух перерабатывающих методологий. Первая из них - коксование, где тяжелые фракции битума удаляют в виде нефтяного кокса. Выход синтетического нефтяного сырья составляет между приблизительно 80% и приблизительно 85% объема, а оставшуюся часть, в основном превращенную в нефтяной кокс, возвращают для хранения в место первоначального залегания. Кроме того, процесс коксования представляет собой жесткий метод обработки и приводит к высокому содержанию ароматических соединений в синтетическом нефтяном сырье. Второй способ - деструктивная гидрогенизация - включает использование суспензионнои каталитической системы гидропереработки с добавлением водорода для переработки битумной смеси и получения асфальтеновых отходов и продукта - синтетического нефтяного сырья. Выход синтетического нефтяного сырья обычно превышает 100% ввиду набухания продукта.
[0042] Поток углеводородных продуктов из установки для первичной переработки затем обрабатывают на установке для вторичной переработки, состоящей из установок гидрообработки, использующих водород для стабилизации продуктов синтетического сырья, в целом обозначенных как 56, и уменьшения примесей серы и азота. Природный газ используют в водородной установке для получения требуемого количества водорода для установки для переработки и одновременного получения электроэнергии для использования в установке для переработки. Общие процессы в установке для переработки битума обозначены пунктирными линиями и хорошо известны специалистам в данной области техники.
[0043] На Фигуре 3 показаны дополнительные способы частичной переработки, известные в данной области техники, и на этой технологической схеме изображена установка по производству битума in situ. Способ в целом обозначен как 60. На этой схеме тяжелую нефть или битум подвергали воздействию пара in situ для экстрагирования нефти. Сырой битум 62 обрабатывали на традиционной установке гравитационного дренирования при закачке пара (SAGD) или стимулирования циклической закачкой пара (CSS) 64 для удаления воды 66. Разбавитель 68 обычно добавляли к сырому битуму 62 в установке 64 для получения водонефтяной фракции и дальнейшего обеспечения разбавленной смеси для транспорта по трубопроводу, «разбавленного битума», обозначенного как 70. Разбавленный битум можно транспортировать по трубопроводу (не показан) к отдаленным перерабатывающим установкам, где его смешивают с обычным сырьем в качестве исходного сырья. В более интегрированных конфигурациях возможно применение перегонки, деасфальтизации или легкого крекинга, обработки с целью получения тяжелого сернистого сырья, практически не содержащего низших фракций, для подачи в перерабатывающие установки. Этот способ приводит к получению потока асфальтена или вакуумного остатка, требующего утилизации. Частично обогащенный битум пригоден к транспортировке по трубопроводу. Разбавленный битум перерабатывают в установке для частичной переработки битума 72 с использованием способа, показанного внутри пунктирного прямоугольника. Транспортируемый битум обозначен на Фигуре 3 как 74.
[0044] Следует в полной мере понимать, что модификации способа, показанные на Фигурах 1-3, используемые на существующих предприятиях по производству тяжелой нефти и битума, либо приводят к получению отходов, например, нефтяного кокса или мазута, что ведет к существенным потерям, либо требуют значительных количеств водорода или разбавителя для переработки продукта до состояния, пригодного к использованию в качестве исходного сырья для нефтепереработки. Существующие способы не обеспечивают технологии, способной обеспечивать извлечение всех ценных компонентов битума или тяжелой нефти, и приводят к нагрузке на окружающую среду, связанной со сбором и утилизацией отходов.
[0045] На Фигуре 4 показана дальнейшая модификация усовершенствованного способа переработки битума согласно известному уровню техники, изложенного в патенте Канады №2439038 и патенте США №7407571, выданном на имя Reitger, et al., (Ormat industries Ltd.).
[0046] Общий способ обозначен как 80.
[0047] Разбавленный битум или пену 70 вносят в среду дистилляционной установки 82, неперегнанный тяжелый осадок транспортируют и вносят в установку деасфальтизации раствором (SDA) 84, а асфальтеновый осадок затем подают в газогенератор 86, входящий в состав газогенераторной установки Ormat 88. Деасфальтированный материал (DAO) переносят в установку гидропереработки 108 для переработки до синтетического нефтяного сырья. Как вариант, в технологической схеме можно использовать установку вакуумной перегонки 110, которая может вносить улавливаемый вакумный газойль в установку гидропереработки 108. Аналогично, в SDA 84 вносят вакуумный остаток для оптимизации конфигурации процесса.
2
2
[0048] Сернистый сингаз, полученный на газогенераторной установке, затем поступает в установку обработки сингаза 90 для удаления кислого газа. Кислый газ удаляют в 92 и обрабатывают на установке извлечения серы 94, выпускающей в качестве продуктов по меньшей мере жидкую серу 96 и CO 98. Обработанный или «обессеренный» сингаз затем обрабатывают в процессе реакции конверсии водяного газа (WGS) (Фигура 4), обозначенном как реактор конверсии СО 100. Реактор 100 заполняют паром. Реакция конверсии водяного газа представляет собой попросту превращение СО в СО для получения сингаза, богатого водородом. Сингаз, богатый водородом, в дальнейшем можно обработать в обычной установке адсорбции при переменном давлении (PSA) или на мембранной установке, где концентрацию водорода доводят до более чем 99%, это происходит в установке 104. Водород 106, полученный в 104, затем является исходным сырьем для установки гидропереработки 108. В результате гидропереработки образуется синтетическое нефтяное сырье (СНС), обозначенное как 116, и топливный газ, обозначенный как 114.
[0049] Возвращаясь к установке 104, субпродуктом 104 является остаточный газ или сингаз с низким BTU, который используют в качестве горючего в паротепловых генераторах SAGD для возмещения потребности в природном газе как первичном топливе. Этот способ имеет преимущество при недостаточном снабжении природным газом и т.д.
[0050] На Фигуре 5 показан первый вариант реализации усовершенствованного технологического способа переработки битума, включающего технологию Фишера-Тропша и синтез водорода. Процесс в целом обозначен как 120 и имеет частичное преимущество в виде того, что обессеренный сингаз, богатый углеродом, не пропускают через реакцию конверсии водяного газа, обозначенную как 100 на Фигуре 4, но дополняют внешним водородом 138 для создания оптимального состава сингаза, при обычном соотношении водород:монооксид углерода от более чем 1,8:1 до 22:1 предпочтительно 2:1, подаваемого в реактор Фишера-Тропша для получения высококачественных парафиновых жидких ФТ-продуктов.
[0051] Использование реактора Фишера-Тропша вместе с устранением образования отходов нефтяного кокса/мазута и последующим добавлением источника водорода для максимизации степени превращения газообразного углерода делает настоящий способ экономичным, удобным и высокоэффективным.
2
[0052] В показанном варианте реализации газогенераторную установку Ormat 88 заменяли последовательностью операций (операций XTL), показанных пунктирной линией 122. В газогенераторе 86 происходило превращение неперегнанных тяжелых нефтяных осадков, обычно с помощью кислорода (0) 124, с получением обедненного водородом или богатого углеродом сингаза 88, имеющего соотношение водород:диоксид углерода в диапазоне от 0,5:1 до 1,5:1, более конкретно приблизительно 1:1, пример которого приведен в Таблице 1.
[0053] Таблица 1. Типичный состав сингаза, обедненного водородом, полученного в газогенераторе XTL
Тип исходного сырья
Тяжелоедизельное
Вакуумныйостаток
Асфальтен
Состав сингаза (мол. %)
Диоксид углерода (СО<sub>2</sub>)
2,75%
2,30%
5,0%
Монооксид углерода (СО)
49,52%
52,27%
50,4%
Водород (Н<sub>2</sub>)
46,40%
43,80%
42,9%
Метан (СН<sub>4</sub>)
0,30%
0,30%
0,3%
Азот (+аргон) (N<sub>2</sub>)
0,23%
0,25%
0,4%
Сероводород (H<sub>2</sub>S)
0,78%
1,08%
1,0%
2
2
[0054] Общий субпродукт, содержащий тяжелые металлы и золу, сбрасывали в виде шлака, обозначенного как 126. Сингаз 88 затем подавали в установку 90 для удаления кислых газов 92 для получения обессеренного обедненного водородом сингаза 91. Для гарантии того, что обессеренный сингаз не содержит примесей, таких как соединения серы, которые обладают значительным неблагоприятным действием на катализатор Фишера-Тропша, обычно применяют дополнительные технологии очистки, адсорбции и промывки (не показаны), известные специалистам в данной области техники. Затем кислый газ перерабатывают в установке извлечения серы 92, получая элементарную серу 96 и диоксид углерода (СО), как в случае способа, изображенного на Фигуре 4. Обессеренный обедненный водородом сингаз 91 затем подают в реактор Фишера-Тропша, обозначенный как 128. В качестве вероятного варианта, углеводородные субпродукты, образующиеся после реакции в реакторе Фишера-Тропша 128, включают газообразные продукты по Фишеру-Тропшу 184 (СО+Н+С1+С2+СЗ+С4), нафту 130, легкие жидкости по Фишеру-Тропшу 132 (LFTL) и тяжелые жидкости по Фишеру-Тропшу (HFTL) 134, в целом называемые ФТ-парафином.
[0055] Для повышения общей эффективности способа установку 122, в частности, перед установкой переработки сингаза 90 и/или реактором Фишера-Тропша 128, можно дополнить внешним источником водорода 136 и 138, соответственно. Кроме того, по меньшей мере некоторую часть паров из реактора Фишера-Тропша можно повторно внести до установки переработки сингаза 90, что обозначено как 140, и/или использовать в качестве топлива 114 в установке для переработки. Жидкости 130,132 и 134 вносили в установку гидропереработки 108. Схему также можно дополнить внесением нафты прямой перегонки 144 из установки для перегонки при атмосферном давлении 82, легкого вакуумного газойля (LVGO) 142 из установки вакуумной перегонки 110 и, возможно, деасфальтированной нефти 112 (DAO) из установки SDA 84. Комбинированные потоки можно подвергать ряду способов гидропереработки 108, например, гидрокрекингу, термическому крекингу, изомеризации, гидрообработке и фракционированию, для получения по меньшей мере синтетического нефтяного сырья 116. В качестве дополнительных вариантов, любую часть нафты Фишера-Тропша 130, особенно парафиновую нафту, обозначенную как 156, можно повторно внести в установку деасфальтизации 84 в 152 или распределить в качестве подпитки растворителя 156 для внесения в установку пенообработки нефтеносного песка (не показана, но в целом обозначена как 158).
[0056] Кроме того, в установку 108 и установку гидрообработки 160 в 166 и 164 можно внести дополнительный водород. Подачу водорода можно осуществить из источника водорода, упомянутого ранее в настоящем документе. Продукты из установки фракционирования, установки гидрообработки 160, установки гидропереработки 108 и установки Фишера-Тропша 128, обозначенные как 170, 172 и 174, соответственно, вносили в топливный газ 114. Затем часть 172 и 170, богатую водородом, можно смешать с сингазом, обедненным водородом, в 88 или 91 для переработки этого потока для оптимальной производительности установки Фишера-Тропша.
[0057] На Фигуре 6 показана еще одна модификация методологии, обозначенная как 180.
[0058] Основные изменения на Фигуре 6 по сравнению с Фигурой 5 включают модификацию XTL, установки 122, и введение генератора сингаза, богатого водородом, и повторного использования сингаза, богатого водородом, в установке Фишера-Тропша 128.
[0059] Установку 122 модифицировали для добавления генератора сингаза, богатого водородом, обозначенного как 182. Генератор 182 обычно состоит из установки парового риформинга метана (SMR) (не показана) или автотермического риформинга (ATR) (не показана) и их комбинаций. Природный газ 188, пары Фишера-Тропша 184, топливный газ, богатый водородом 174, и т.д. из установки гидропереработки 108 и установки фракционирования 160 и нафту по Фишеру-Тропшу 186 можно подавать по отдельности или в комбинации в установку 122 для получения сингаза, богатого водородом 190, в котором соотношение между водородом и монооксидом углерода находится в диапазоне от 2:5 до 6:1. Это представляет собой важный аспект настоящего изобретения, работающий совместно с реактором Фишера-Тропша 128 и обеспечивающий эффективные результаты, полученные в ходе практического осуществления технологии, обсуждаемой в настоящем документе по отношению к Фигурам 5-6. Природный газ 188 можно использовать в качестве первичного исходного сырья для генератора 182, а потоки 174, 130 и 184 можно использовать для максимизации функционирования установки для переработки. Как вариант, если рынок природного газа менее благоприятен, потоки 174, 130 и 184 можно полностью использовать для возмещения потребности в природном газе. Сингаз, богатый водородом 190, можно вносить перед установкой переработки сингаза 90 в 190, если необходима переработка, или, как вариант, любую часть сингаза, богатого водородом 190, можно направить непосредственно в установку Фишера-Тропша 128.
[0060] Таким образом, сингаз, богатый водородом 190, смешивали с сингазом, богатым углеродом, для получения сингаза, оптимального для способа Фишера-Тропша, в котором соотношение водорода и монооксида углерода составляло предпочтительно 2:1. Подача смешанных потоков в установку 122 снижает количество природного газа, необходимое для достижения подаваемого потока, оптимального для способа Фишера-Тропша, таким образом обеспечивая коммерческое преимущество по сравнению с установками для переработки, зависящими от природного газа, а также преимущество перед современными дешевыми источниками природного газа.
[0061] Кроме того, часть сингаза, богатого водородом 190, можно внести в водородную установку 192, где получают поток очищенного водорода 164 для использования в установках гидропереработки 108 и 170. Водородная установка 192 может быть основана на технологии адсорбции при переменном давлении (PSA), мембранной или абсорбционной технологии, известных специалистам в данной области техники.
[0062] На Фигуре 7 установку 122 подвергали дальнейшей модификации, установку 192 и генератор 182 заменили установкой для конверсии водяного газа (WGS). Процесс в целом обозначен как 200. Установка конверсии водяного газа обозначена как 202 и расположена между установкой переработки сингаза 90 и установкой Фишера-Тропша 128. Как известно, реактор конверсии водяного газа применяют для переработки необработанного сингаза, что, в свою очередь, приводит к оптимизации соотношения водород:монооксид углерода в сингазе для способа Фишера-Тропша. Подачу пара в установку для проведения реакции WGS 202 можно осуществить из газогенератора 86, что показано как 204. Кроме того, богатый водородом газ 171 и 173 из установок гидропереработки можно объединить с газообразными ФТ-продуктами 140 для обогащения подаваемого ФТ-сингаза.