RU2340654C2 - Method and caustic reactor for heavy crude oil and product obtained from it - Google Patents
Method and caustic reactor for heavy crude oil and product obtained from it Download PDFInfo
- Publication number
- RU2340654C2 RU2340654C2 RU2004126967/04A RU2004126967A RU2340654C2 RU 2340654 C2 RU2340654 C2 RU 2340654C2 RU 2004126967/04 A RU2004126967/04 A RU 2004126967/04A RU 2004126967 A RU2004126967 A RU 2004126967A RU 2340654 C2 RU2340654 C2 RU 2340654C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- oil
- heavy oil
- gas
- reaction chamber
- refining
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/34—Hydrogen distribution
Landscapes
- Production Of Liquid Hydrocarbon Mixture For Refining Petroleum (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к облагораживанию тяжелой нефти до легкой нефти.The invention relates to the refinement of heavy oil to light oil.
Значительную часть мировых запасов нефти составляют битумы, которые иногда упоминаются как битуминозные песчаники, и тяжелые сырые нефти (вместе "тяжелая нефть"). Тяжелую нефть сложно добывать, а после добычи трудно найти ей место на рынке. Используются ли в качестве транспортной среды трубопроводы или транспортные средства, стоимость транспортировки тяжелой нефти является значительно более высокой, чем стоимость транспортировки легкой нефти. После доставки тяжелой нефти на приемный нефтеперерабатывающий завод требуются более дорогие процессы нефтепереработки для получения продуктов, пригодных для коммерческого сбыта. В результате экономическая ценность тяжелой нефти является более низкой, чем ценность легкой нефти, и по этой причине значительный процент мировых запасов тяжелой нефти остается использованным не полностью.A significant portion of the world's oil reserves are bitumens, sometimes referred to as tar sands, and heavy crude oils (collectively, “heavy oil”). It is difficult to produce heavy oil, and after production it is difficult to find a place for it in the market. Whether pipelines or vehicles are used as a transport medium, the cost of transporting heavy oil is significantly higher than the cost of transporting light oil. After heavy oil is delivered to the receiving refinery, more expensive refining processes are needed to produce products suitable for commercial marketing. As a result, the economic value of heavy oil is lower than the value of light oil, and for this reason a significant percentage of the world's heavy oil reserves remain underutilized.
Для облегчения этой проблемы неполного использования предлагаются многочисленные способы для облагораживания тяжелой нефти. Хотя термины "тяжелая нефть" и "облагораживание" могут определяться с использованием различных технических параметров, параметр, который часто используется для характеризации качества углеводородов, представляет собой плотность в градусах Американского нефтяного института (АНИ). Тяжелая нефть характеризуется, в целом, низким значением указанной плотности, например, но без ограничения, в диапазоне от 5 до 25 градусов АНИ. Легкие нефти имеют более высокие значения указанных плотностей, например, в диапазоне от 35 до 50 градусов АНИ. Термин "облагораживание" относится к способу увеличения указанной плотности нефти от относительно более низкой плотности до относительно более высокой плотности в градусах АНИ. Например, но без ограничения, качество нефти может быть повышено от 5 до 15 или от 30 до 40 градусов АНИ. Облагораживание представляет собой относительный термин и не является ограниченным конкретным начальным значением или диапазоном значений плотности в градусах АНИ либо конкретным конечным значением или диапазоном плотности в градусах АНИ. Наконец, фраза "реакция облагораживания тяжелой нефти" относится, в целом, к химическим реакциям, которые осуществляются в процессе облагораживания тяжелой нефти.To alleviate this problem of underutilization, numerous methods are proposed for refining heavy oil. Although the terms “heavy oil” and “refinement” can be defined using various technical parameters, the parameter that is often used to characterize the quality of hydrocarbons is the density in degrees of the American Petroleum Institute (ANI). Heavy oil is characterized, in general, by a low value of the indicated density, for example, but without limitation, in the range from 5 to 25 degrees ANI. Light oils have higher values of the indicated densities, for example, in the range from 35 to 50 degrees ANI. The term "refinement" refers to a method of increasing a specified oil density from a relatively lower density to a relatively higher density in degrees ANI. For example, but without limitation, the quality of oil can be increased from 5 to 15 or from 30 to 40 degrees ANI. A refinement is a relative term and is not limited to a specific initial value or range of density values in degrees ANI or a specific final value or range of density in degrees ANI. Finally, the phrase “heavy oil refining reaction” refers generally to chemical reactions that are carried out in the process of refining heavy oil.
Способы облагораживания тяжелой нефти иногда включают стадии предварительной обработки, предназначенные для увеличения эффективности реакции облагораживания тяжелой нефти. Например, патент США № 4294686 описывает предварительную дистилляционную разгонку потока тяжелой нефти на фракцию легкой нефти и фракцию тяжелой нефти. Целью предварительной дистилляции является предотвращение нежелательного крекинга и крекирования до кокса фракции легкой нефти, которые могут осуществляться, если такая фракция присутствует во входном потоке в реактор для облагораживания нефти. Фракция легкой нефти, которая получается, как правило, находится в форме, удовлетворительной либо для промышленного использования в качестве топлива, либо для транспорта на нефтеперерабатывающий завод. Однако предварительная дистилляция добавляет как стоимость, так и сложность способу облагораживания тяжелой нефти в целом и является полезной только тогда, когда известно, что тяжелая нефть содержит значительный объем легких углеводородов.Heavy oil refining methods sometimes include pre-treatment steps to increase the effectiveness of the heavy oil refining reaction. For example, US Pat. No. 4,294,686 describes the preliminary distillation distillation of a heavy oil stream into a light oil fraction and a heavy oil fraction. The purpose of pre-distillation is to prevent unwanted cracking and cracking prior to coke of the light oil fraction, which can be carried out if such a fraction is present in the input stream to the refining reactor. The fraction of light oil, which is obtained, as a rule, is in a form satisfactory either for industrial use as a fuel or for transport to an oil refinery. However, pre-distillation adds both cost and complexity to the refinement of heavy oil in general and is only useful when it is known that heavy oil contains a significant amount of light hydrocarbons.
Другие предложенные способы облагораживания включают стадию предварительной обработки, смешивания присадки для нефти с тяжелой нефтью. Затем полученную смесь вводят в реактор для облагораживания нефти. Например, патент США № 6059957 описывает создание эмульсии путем смешивания тяжелой нефти и воды. Это описание также предусматривает необязательное включение поверхностно-активного вещества для стабилизации эмульсии. Патент США № 6004453 описывает создание суспензии путем смешивания некаталитической присадки с тяжелой нефтью. Публикация Moll, J.K. и Ng, F.T.T., "A Novel Process for Upgrading Heavy Oil/Bitumen Emulsions Via In Situ Hydrogen", 16th World Petroleum Congress, Calgary, Canada, June 2000 описывает использование эмульсии из водорастворимого диспергированного катализатора. Однако каждый из этих трех способов имеет два общих ограничения. Во-первых, стадия смешивания добавляет как стоимость, так и сложность способу облагораживания нефти в целом. Во-вторых, добавки вызывают во время реакций облагораживания образование материалов отходов, которые должны после этого соответствующим образом обрабатываться и утилизироваться. Эти обработка и утилизация также добавляют стоимость и сложность.Other proposed refinement methods include a pretreatment step, mixing the oil additive with the heavy oil. Then the resulting mixture is introduced into the reactor for refining oil. For example, US patent No. 6059957 describes the creation of an emulsion by mixing heavy oil and water. This description also provides for the optional inclusion of a surfactant to stabilize the emulsion. US patent No. 6004453 describes the creation of a suspension by mixing non-catalytic additives with heavy oil. Publication Moll, J.K. and Ng, F.T.T., "A Novel Process for Upgrading Heavy Oil / Bitumen Emulsions Via In Situ Hydrogen", 16th World Petroleum Congress, Calgary, Canada, June 2000 describes the use of an emulsion of a water-soluble dispersed catalyst. However, each of these three methods has two common limitations. Firstly, the mixing stage adds both cost and complexity to the overall refinement of the oil. Secondly, additives cause the formation of waste materials during refining reactions, which must then be handled and disposed of appropriately. These treatment and disposal also add value and complexity.
Третий набор способов облагораживания тяжелой нефти включает стадию использования реакционной присадки в реакторе облагораживания для облегчения или улучшения эффективности реакции облагораживания. Например, публикация Paez, R., Luzardo, L., and Guitian, J., "Current and Future Upgrading Options for Orinoco Heavy Crude Oils," 16th World Petroleum Congress, Calgary, Canada, June 2000 описывает использование катализаторов на основе кокса или железа в способе облагораживания. Публикация международной заявки WO 00/61705 описывает использование некаталитического теплоносителя в виде частиц. Патент США № 5817229 описывает использование активированного угля в отсутствие добавленного водорода как для понижения содержания нежелательных минералов, так и для облагораживания поступающих исходных материалов. Эти способы имеют оба ограничения способов с использованием присадок для нефти, обсуждаемых выше, а именно добавление стоимости и сложности и повышение требований к обработке материалов отходов.A third set of heavy oil refining methods includes the step of using the reaction additive in the refining reactor to facilitate or improve the efficiency of the refining reaction. For example, Paez, R., Luzardo, L., and Guitian, J., “Current and Future Upgrading Options for Orinoco Heavy Crude Oils,” 16th World Petroleum Congress, Calgary, Canada, June 2000, describes the use of coke catalysts or iron in a refinement method. The publication of international application WO 00/61705 describes the use of non-catalytic heat carrier in the form of particles. US patent No. 5817229 describes the use of activated carbon in the absence of added hydrogen, both to reduce the content of undesirable minerals, and to refine the incoming feed materials. These methods have both limitations of the methods using oil additives discussed above, namely adding value and complexity and increasing requirements for processing waste materials.
В способе гидрирования патента США № 5069775 водород и тяжелая нефть взаимодействуют в течение от пяти минут до четырех часов в предпочтительном диапазоне температур реакции от 800 до 900°F (427-482°C). Патент США № 5269909 описывает способ, в котором газ, обогащенный метаном, взаимодействует с тяжелой нефтью в течение, по меньшей мере, тридцати минут в предпочтительном диапазоне температур от 380 до 420°C (716-788°F). В способе патента США № 5133941 водород и тяжелая нефть протекают сквозь последовательно соединенные реакционные проходы в предпочтительном диапазоне температур от 700 до 900°F (371-482°C). Как будет понятно специалистам в данной области, ограничение этих способов заключается в том, что большие, в целом, продолжительности реакции вызывают значительное увеличение генерации нежелательных материалов отходов, в частности пека, кокса и олефинов. Эти материалы предъявляют значительные требования к перерабатывающему оборудованию и, кроме того, приводят к уменьшению эффективности оборудования.In the hydrogenation process of US Pat. No. 5,069,775, hydrogen and heavy oil are reacted for five minutes to four hours in a preferred reaction temperature range of 800 to 900 ° F (427-482 ° C). US patent No. 5269909 describes a method in which a methane-rich gas is reacted with heavy oil for at least thirty minutes in a preferred temperature range of 380 to 420 ° C (716-788 ° F). In US Pat. No. 5,133,941, hydrogen and heavy oil flow through series-connected reaction passages in a preferred temperature range of 700 to 900 ° F. (371-482 ° C.). As will be understood by those skilled in the art, the limitation of these methods is that long, overall reaction times cause a significant increase in the generation of undesired waste materials, in particular pitch, coke and olefins. These materials impose significant requirements on processing equipment and, in addition, lead to a decrease in the efficiency of the equipment.
Публикация международной заявки WO 00/18854 описывает способ из двух стадий, в котором газообразный водород смешивается с тяжелой нефтью способом, обеспечивающим достижение молекулярного уровня диспергирования водорода в тяжелой нефти. Способ имеет первую реакцию облагораживания, в которой более легкие углеводороды отделяются от тяжелой нефти, и продолжается в виде второй реакции облагораживания во втором реакторе. Вторая реакция облагораживания дополнительно повышает качество тяжелой нефти посредством реакции гидрирования в предпочтительном диапазоне температур от 343 до 510°C (650-950°F). Способ включает дополнительную стадию, предусматривающую подачу внешнего тепла в смесь водорода и тяжелой нефти для дополнительного облегчения реакции во втором реакторе. Недостатками этого способа являются сложность достижения необходимого однородного перемешивания водорода и тяжелой нефти, стоимость и сложность осуществления способа, который требует двух стадий реакции.The publication of international application WO 00/18854 describes a two-stage process in which hydrogen gas is mixed with heavy oil in a manner that achieves a molecular level of hydrogen dispersion in heavy oil. The method has a first refinement reaction in which lighter hydrocarbons are separated from heavy oil, and continues as a second refinement reaction in a second reactor. The second refinement reaction further enhances the quality of the heavy oil through a hydrogenation reaction in a preferred temperature range from 343 to 510 ° C (650-950 ° F). The method includes an additional step comprising supplying external heat to the mixture of hydrogen and heavy oil to further facilitate the reaction in the second reactor. The disadvantages of this method are the difficulty of achieving the necessary uniform mixing of hydrogen and heavy oil, the cost and complexity of the implementation of the method, which requires two stages of the reaction.
Эти и другие способы облагораживания нефти имеют ограничения, отражающиеся на промышленности. С одной стороны, специалистам в данной области хорошо известно, что реакции облагораживания нефти предпочтительно осуществляются при наибольшей возможной температуре реакции, поскольку способы облагораживания нефти являются более эффективными при более высоких температурах. К сожалению, как также хорошо известно специалистам в данной области, высокие температуры реакции могут приводить к значительному нежелательному крекингу и крекированию до кокса молекул тяжелой нефти, если реакции быстро не гасятся. Ни один из этих способов не имеет механизма быстрого гашения реакций, и, по этой причине, они ограничиваются более низкими диапазонами рабочих температур. Однако, с другой стороны, при более низких температурах продолжительность реакций больше, а также хорошо известно, что продолжительная реакция тоже приводит к нежелательному крекингу и крекированию до кокса, и, кроме того, к более низким эффективностям способа из-за дополнительного времени, необходимого для облагораживания. Эти способы по этой причине ограничиваются промежуточным диапазоном температур, который представляет собой компромисс между этими ограничениями.These and other methods of refining oil have limitations affecting the industry. On the one hand, it is well known to those skilled in the art that oil refining reactions are preferably carried out at the highest possible reaction temperature, since oil refining methods are more effective at higher temperatures. Unfortunately, as is well known to those skilled in the art, high reaction temperatures can lead to significant undesired cracking and cracking of heavy oil molecules prior to coke if the reactions are not rapidly quenched. None of these methods has a quick quench mechanism, and, for this reason, they are limited to lower ranges of operating temperatures. However, on the other hand, at lower temperatures, the reaction time is longer, and it is well known that a long reaction also leads to undesired cracking and cracking prior to coke, and, in addition, to lower efficiency of the method due to the additional time required for gentrification. These methods are therefore limited by an intermediate temperature range, which is a compromise between these limitations.
Публикация международный заявки WO 00/23540 описывает способ, в котором струя газа, состоящая в основном из перегретого пара, активирует облагораживание тяжелой нефти. Способ имеет ряд ограничений. Использование пара в качестве механизма гидрирования означает, что в реакциях облагораживания генерируются как водородные, так и кислородно-водородные радикалы. В результате доступно меньшее количество молекул водорода по сравнению со способами, в которых для насыщения радикалов углерода, возникающих при разрыве углеродных связей тяжелой нефти, преимущественно используются газы на основе углеводородов. Кроме того, требуется большой объем перегретого пара. Поскольку генерирование пара является эндотермическим, это ограничение является дорогим, имеющим внутренние ограничения и изначально неэффективным, т.к. топливо употребляется для генерирования пара, но энергия этого пара используется лишь пассивно с целью обеспечения подвода тепла для облагораживания тяжелой нефти. Таким образом, потери энергии происходят как при генерации пара, так и при пассивном облагораживании. Это ограничивает эффективность способа облагораживания.The publication of international application WO 00/23540 describes a method in which a gas stream, consisting mainly of superheated steam, activates the refinement of heavy oil. The method has several limitations. The use of steam as a hydrogenation mechanism means that both hydrogen and oxygen-hydrogen radicals are generated in the refining reactions. As a result, fewer hydrogen molecules are available compared to methods in which hydrocarbon-based gases are predominantly used to saturate the carbon radicals generated by breaking the carbon bonds of heavy oil. In addition, a large volume of superheated steam is required. Since steam generation is endothermic, this limitation is expensive, has internal limitations and is initially inefficient, because fuel is used to generate steam, but the energy of this steam is only used passively in order to provide heat to refine heavy oil. Thus, energy losses occur both in the generation of steam and in passive refinement. This limits the effectiveness of the refinement method.
Другой недостаток способа по указанной публикации заключается в том, что связывание кислородно-водородных радикалов пара с углеродными радикалами тяжелой нефти создает выходной продукт в форме эмульсии. Эмульсии являются менее желательным продуктом на нефтеперерабатывающих заводах из-за необходимости в манипуляциях с увеличенным объемом получаемой воды, которая возникает в способе нефтепереработки. Эмульсии также повышают требования в реакционной камере для обеспечения стабилизации выходящих продуктов. Поскольку сокинг-камеры не могут быстро погасить реакции облагораживания или активно контролировать времена стабилизации, это приводит к образованию пека и других нежелательных материалов отходов.Another disadvantage of the method of this publication is that the binding of oxygen-hydrogen vapor radicals to the carbon radicals of heavy oil creates an output product in the form of an emulsion. Emulsions are a less desirable product in refineries due to the need for manipulations with the increased volume of water produced that occurs in the refining process. Emulsions also increase requirements in the reaction chamber to provide stabilization of the effluent. Since sock cameras cannot quickly quench enrichment reactions or actively monitor stabilization times, this leads to the formation of pitch and other undesirable waste materials.
Наконец, данный способ также является ограниченным использованием пара в качестве главного источника гидрирования для реакций облагораживания. Пар вызывает побочные реакции, которые не могут полностью ингибироваться за исключением узкого диапазона условий давления и температуры. Вне этого диапазона генерируются нежелательные газы и продукты отходов, и выходной продукт страдает потерей стабильности. В результате температуры реакций, в целом, ограничиваются до 500°C (932°F) или ниже, что является другим ограничением эффективности. Относительно дополнительных предпосылок см. патент США № 4298457, Oblad et al. и патент США № 4415431, Matyas et al.Finally, this method is also the limited use of steam as the main source of hydrogenation for enrichment reactions. Steam causes adverse reactions that cannot be completely inhibited except for a narrow range of pressure and temperature conditions. Out of this range, unwanted gases and waste products are generated, and the output product suffers a loss of stability. As a result, reaction temperatures are generally limited to 500 ° C (932 ° F) or lower, which is another limitation of efficiency. For additional background, see US Pat. No. 4,298,457 to Oblad et al. and US patent No. 4415431, Matyas et al.
Техническим результатом настоящего изобретения является создание эффективных способа и реактора для облагораживания тяжелой нефти, не требующих реакционных присадок, предотвращающих нежелательный крекинг и крекирование до кокса тяжелой нефти, сводящих к минимуму производство нежелательных материалов отходов, не требующих однородного диспергирования водорода или другого поступающего газа в тяжелую нефть или относительно больших длительностей экспонирования для высоких температур поступающего газа в тяжелую нефть, осуществляющих процесс облагораживания нефти при высоких температурах и тем самым способствующих обеспечению малого времени реакции и высокой эффективности облагораживания, имеющих непосредственный механизм переноса поступающего тепла в тяжелую нефть и активный механизм быстрого гашения реакций облагораживания.The technical result of the present invention is the creation of an effective method and reactor for refining heavy oil that does not require reaction additives, preventing unwanted cracking and cracking to coke heavy oil, minimizing the production of unwanted waste materials that do not require uniform dispersion of hydrogen or other incoming gas into heavy oil or relatively long exposure times for high temperatures of the incoming gas into heavy oil, carrying the process of refining oil at high temperatures and thereby contributing to a short reaction time and high refinement efficiency, having a direct mechanism for transferring incoming heat to heavy oil and an active mechanism for quickly quenching refining reactions.
Этот технический результат достигается тем, что реактор для облагораживания тяжелой нефти содержит: реакционную камеру для парциального окисления, пригодную для генерирования синтетического газа, содержащего газообразный водород; реакционную камеру для облагораживания тяжелой нефти, содержащую высокотемпературную реакционную зону, пригодную для термического крекинга, по меньшей мере, части тяжелой нефти в присутствии синтетического газа при температуре, превышающей 1225°F, в течение менее чем 10 секунд с образованием термически крекированной нефти; зону быстрого гашения, пригодную для гашения термически крекированной нефти с помощью гасящей тяжелой нефти в пределах 10 секунд инициирования термического крекинга тяжелой нефти в высокотемпературной реакционной зоне; стабилизационную зону, пригодную для обеспечения времени пребывания для термически крекированной нефти от 1 до 60 минут при пониженной температуре менее 850°F с образованием облагороженной нефтяной смеси; по меньшей мере, одно выпускное сопло, пригодное для приема синтетического газа, образованного в реакционной камере парциального окисления и протекающего через выпускное сопло при скорости, достаточной для выпуска тяжелой нефти из реакционной камеры тяжелой нефти в выпускное сопло, тем самым, приводя в контакт синтетический газ, с, по меньшей мере, частью тяжелой нефти; и проход, пригодный для извлечения, по меньшей мере, части облагороженной нефтяной смеси из реакционной камеры облагораживания тяжелой нефти.This technical result is achieved in that the reactor for upgrading heavy oil contains: a reaction chamber for partial oxidation, suitable for generating synthetic gas containing hydrogen gas; a heavy oil refining reaction chamber comprising a high temperature reaction zone suitable for thermally cracking at least a portion of the heavy oil in the presence of synthesis gas at a temperature exceeding 1225 ° F for less than 10 seconds to form a thermally cracked oil; a quick quench zone suitable for quenching thermally cracked oil using a quenching heavy oil within 10 seconds of initiating thermal cracking of heavy oil in a high temperature reaction zone; a stabilization zone suitable for providing a residence time for thermally cracked oil from 1 to 60 minutes at a reduced temperature of less than 850 ° F to form a refined oil mixture; at least one outlet nozzle suitable for receiving synthesis gas formed in the partial oxidation reaction chamber and flowing through the outlet nozzle at a speed sufficient to discharge heavy oil from the heavy oil reaction chamber into the outlet nozzle, thereby bringing the synthesis gas into contact with at least a portion of heavy oil; and a passage suitable for recovering at least a portion of the refined oil mixture from the heavy oil refining reaction chamber.
Высокотемпературная реакционная зона в основном может быть расположена в выпускном сопле или полностью расположена в выпускном сопле.The high temperature reaction zone can mainly be located in the outlet nozzle or completely located in the outlet nozzle.
Зона быстрого гашения в основном может быть расположена в выпускном сопле.The quick blanking zone can mainly be located in the exhaust nozzle.
Реакционная камера облагораживания тяжелой нефти может быть приспособлена для внутреннего рециклирования смеси термически крекированной нефти и гасящей тяжелой нефти в выпускное сопло, тем самым, обеспечивая множество прохождений рециклированной нефти через высокотемпературную реакционную зону реакционной камеры облагораживания тяжелой нефти.The heavy oil refining reaction chamber can be adapted to internally recycle a mixture of thermally cracked oil and quenching heavy oil into an outlet nozzle, thereby allowing multiple passes of the recycled oil through the high temperature reaction zone of the heavy oil refining reaction chamber.
Выпускное сопло может быть приспособлено для прохождения через него более чем 10 единиц нефти на каждую единицу свежей тяжелой нефти, поступающей в реакционную камеру для облагораживания тяжелой нефти.The exhaust nozzle can be adapted to pass through it more than 10 units of oil for each unit of fresh heavy oil entering the reaction chamber to refine heavy oil.
Реакционная камера парциального окисления может содержать проход для поступления окислительного реагента, пригодный для прохождения окислительного реагента, состоящего в основном из воздуха, в реакционную камеру для парциального окисления.The partial oxidation reaction chamber may comprise an oxidizing reagent passage suitable for passing an oxidizing reagent consisting essentially of air into the partial oxidation reaction chamber.
Реакционная камера для облагораживания тяжелой нефти может быть приспособлена для работы при внутреннем давлении от 200 до 600 фунт/кв.дюйм.The heavy oil refining reaction chamber can be adapted to operate at an internal pressure of 200 to 600 psi.
Реакционная камера для облагораживания тяжелой нефти может быть приспособлена для работы при парциальном давлении газообразного водорода от 40 до 120 фунт/кв.дюйм.The heavy oil refining reaction chamber may be adapted to operate at a partial pressure of hydrogen gas from 40 to 120 psi.
Стабилизационная зона может быть приспособлена для обеспечения времени пребывания для термически крекированной нефти от 20 до 50 минут.The stabilization zone can be adapted to provide a residence time for thermally cracked oil from 20 to 50 minutes.
Высокотемпературная реакционная зона может быть приспособлена для термического крекинга, по меньшей мере, части тяжелой нефти в присутствии синтетического газа при температуре, превышающей 1225°F, в течение менее чем 2 секунд.The high temperature reaction zone may be adapted to thermally crack at least a portion of the heavy oil in the presence of synthesis gas at a temperature in excess of 1225 ° F. for less than 2 seconds.
Реактор может содержать множество проходов выпускных сопел.The reactor may contain multiple passages of exhaust nozzles.
Указанный технический результат достигается и тем, что способ облагораживания тяжелой нефти, обеспечивающий получение, по меньшей мере, 80 мас.% жидких продуктов, содержит следующие стадии:The specified technical result is achieved by the fact that the method of refining heavy oil, providing at least 80 wt.% Liquid products, contains the following stages:
термический крекинг поступающей нефти, содержащей тяжелую нефть, при температуре выше 1225°F в течение менее чем 10 секунд в присутствии газа, содержащего водород, с получением продукта термически крекированной нефти;thermal cracking of the incoming oil containing heavy oil at a temperature above 1225 ° F for less than 10 seconds in the presence of a gas containing hydrogen to produce a thermally cracked oil product;
гашение продукта термически крекированной нефти в пределах 10 секунд инициирования термического крекинга поступающей нефти путем смешивания продукта термически крекированной нефти с гасящей нефтью с образованием продукта гашеной нефти;quenching the thermally cracked oil product within 10 seconds of initiating thermal cracking of the incoming oil by mixing the thermally cracked oil product with the quenching oil to form a quenched oil product;
стабилизация продукта гашеной нефти при температуре менее 850°F в течение от 1 до 60 минут с образованием продукта стабилизированной нефти.stabilization of the slaked oil product at a temperature of less than 850 ° F. for 1 to 60 minutes to form a stabilized oil product.
Продолжительность стадии термического крекинга может составлять менее 2 секунд.The duration of the thermal cracking step may be less than 2 seconds.
Стадия термического крекинга может представлять собой в основном газофазную реакцию термического крекинга.The thermal cracking step may be essentially a gas phase thermal cracking reaction.
Гасящая нефть может содержать тяжелую нефть.Extinguishing oil may contain heavy oil.
Способ может дополнительно включать создание потока свежей тяжелой нефти, поступающей с первым удельным массовым расходом.The method may further include creating a stream of fresh heavy oil arriving at a first specific mass flow rate.
Поступающая нефть для стадии термического крекинга может содержать продукт рециклированной погашенной нефти и/или продукт стабилизированной нефти.The incoming oil for the thermal cracking step may comprise a recycled quenched oil product and / or a stabilized oil product.
Удельный массовый расход поступающей нефти на стадии термического крекинга может быть, по меньшей мере, в 10 раз большим, чем первый удельный массовый расход потока свежей тяжелой нефти.The specific mass flow rate of the incoming oil at the thermal cracking stage may be at least 10 times greater than the first specific mass flow rate of the fresh heavy oil stream.
Нефть могут облагораживать до более легкой нефти как на стадии термического крекинга, так и на стадии стабилизации.Oil can be upgraded to lighter oil both at the thermal cracking stage and at the stabilization stage.
По меньшей мере, 30 процентов общего облагораживания тяжелой нефти можно осуществлять на стадии стабилизации.At least 30 percent of the total upgrading of heavy oil can be done at the stabilization stage.
Способ может обеспечивать получение менее 4 мас.% углеводородов C1-C4 или менее 1 мас.% углеводородов C1-C4.The method can provide less than 4 wt.% C 1 -C 4 hydrocarbons or less than 1 wt.% C 1 -C 4 hydrocarbons.
Продукт погашенной нефти можно стабилизировать в течение от 20 до 50 минут.The quenched oil product can be stabilized within 20 to 50 minutes.
Газ, содержащий водород, может представлять собой синтетический газ, получаемый в основном из воздуха в качестве окислительного реагента и содержащего газообразный водород.The gas containing hydrogen may be a synthetic gas, obtained mainly from air as an oxidizing agent and containing hydrogen gas.
Стадию термического крекинга можно осуществлять при давлении системы от 200 до 600 фунт/кв.дюйм или при парциальном давлении газообразного водорода от 40 до 120 фунт/кв.дюйм.The thermal cracking step can be carried out at a system pressure of 200 to 600 psi, or at a partial pressure of hydrogen gas of 40 to 120 psi.
Получение синтетического газа дополнительно может включать использование пара и газообразных углеводородов, при этом молярное отношение пара к газообразным углеводородам составляет от 0,5:1 до 2,0:1.The production of synthetic gas may additionally include the use of steam and gaseous hydrocarbons, while the molar ratio of steam to gaseous hydrocarbons is from 0.5: 1 to 2.0: 1.
Способ может обеспечивать получение менее чем 1,0 мас.% кокса по отношению к свежей поступающей нефти, или менее чем 0,5 мас.% кокса по отношению к свежей поступающей нефти, или менее чем 0,1 мас.% кокса по отношению к свежей поступающей нефти.The method can provide less than 1.0 wt.% Coke relative to the fresh incoming oil, or less than 0.5 wt.% Coke relative to the fresh incoming oil, or less than 0.1 wt.% Coke relative to fresh incoming oil.
Способ может обеспечивать облагораживание тяжелой нефти при 1050°F большее, чем 30 мас.% или большее, чем 35 мас.%.The method may provide refinement of heavy oil at 1050 ° F greater than 30 wt.% Or greater than 35 wt.%.
Индекс интенсивности реакции стадии стабилизации может составлять менее 300 секунд или менее 200 секунд.The reaction intensity index of the stabilization step may be less than 300 seconds or less than 200 seconds.
Способ может обеспечивать получение, по меньшей мере, 90 мас.% жидких продуктов или, по меньшей мере, 95 мас.% жидких продуктов.The method can provide at least 90 wt.% Liquid products or at least 95 wt.% Liquid products.
Способ может быть некаталитическим способом.The method may be a non-catalytic method.
Поступающая нефть может содержать до 5 мас.% твердых продуктов.The incoming oil may contain up to 5 wt.% Solid products.
Способ может дополнительно включать отделение от продукта стабилизированной нефти фракции тяжелой нефти и рециклирование указанной фракции тяжелой нефти на стадию термического крекинга.The method may further include separating a heavy oil fraction from the stabilized oil product and recycling said heavy oil fraction to a thermal cracking step.
Гасящая нефть может содержать газойль.Extinguishing oil may contain gas oil.
Объектом настоящего изобретения является также продукт стабилизированной нефти, полученный с помощью описанного выше способа.The object of the present invention is also a stabilized oil product obtained using the method described above.
Особенности настоящего изобретения станут более понятными из следующего далее описания со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено следующее:Features of the present invention will become clearer from the following description with reference to the accompanying drawings, which depict the following:
фиг.1 представляет вид в частичном разрезе варианта выполнения инжекторного реактора, который может использоваться в вариантах способа по настоящему изобретению;figure 1 is a view in partial section of a variant of execution of the injection reactor, which can be used in variants of the method of the present invention;
фиг.2 представляет блок-схему, иллюстрирующую один из вариантов способа облагораживания тяжелой нефти по настоящему изобретению;FIG. 2 is a flowchart illustrating one embodiment of a heavy oil refining process of the present invention; FIG.
фиг.3 представляет блок-схему способа облагораживания тяжелой нефти, иллюстрируемого на фиг.1, с подробной иллюстрацией теплообменника и оборудования для разделения;FIG. 3 is a flowchart of a heavy oil refining process illustrated in FIG. 1 with a detailed illustration of a heat exchanger and separation equipment;
фиг.4 представляет блок-схему способа, подобную фиг.3, за исключением того, что на входе в инжекторный реактор способа по настоящему изобретению добавляется рециклированная непрореагировавшая тяжелая нефть;FIG. 4 is a flowchart similar to FIG. 3, except that recycled unreacted heavy oil is added at the inlet of the injection reactor of the method of the present invention;
фиг.5 представляет блок-схему варианта выполнение реактора парциального окисления, который может быть использован в способе по настоящему изобретению, с подробной иллюстрацией теплообменника и оборудования для разделения;5 is a block diagram of an embodiment of a partial oxidation reactor that can be used in the method of the present invention, with a detailed illustration of a heat exchanger and separation equipment;
фиг.6 представляет блок-схему способа, подобную фиг.5, с добавлением рециклированного остаточного газа, в качестве исходного материала для реактора парциального окисления;Fig.6 is a flowchart of a method similar to Fig.5 with the addition of recycled residual gas as a starting material for a partial oxidation reactor;
фиг.7 представляет вид одного из вариантов объединенного реактора с двумя реакционными камерами, содержащего реакционную камеру парциального окисления и реакционную камеру облагораживания тяжелой нефти;Fig. 7 is a view of one embodiment of a combined reactor with two reaction chambers, comprising a partial oxidation reaction chamber and a heavy oil upgrading reaction chamber;
фиг.8 представляет вид изнутри реакционной камеры облагораживания тяжелой нефти, изображенной на фиг.7, если смотреть снизу на нижнюю часть реакционной камеры облагораживания тяжелой нефти;Fig. 8 is an inside view of the heavy oil refining reaction chamber shown in Fig. 7, viewed from below at the bottom of the heavy oil refining reaction chamber;
фиг.9 изображает объединенный реактор с двумя реакционными камерами пилотной установки в соответствии с одним из воплощений настоящего изобретения;Fig.9 depicts a combined reactor with two reaction chambers of a pilot plant in accordance with one embodiment of the present invention;
фиг.10 изображает блок-схему упрощенного способа с объединенным реактором, с двумя реакционными камерами, пилотной установки, в соответствии с одним из воплощений настоящего изобретения;figure 10 depicts a block diagram of a simplified method with a combined reactor, with two reaction chambers, a pilot plant, in accordance with one embodiment of the present invention;
фиг.11 представляет вид в частичном разрезе варианта выполнения инжекции, которая может быть использована в некоторых воплощениях способа по настоящему изобретению.11 is a partial cross-sectional view of an embodiment of an injection that may be used in some embodiments of the method of the present invention.
Изменения и модификации в конкретно описанных воплощениях могут осуществляться без отклонения от рамок настоящего изобретения, которое, как предполагается, ограничивается только рамками прилагаемой формулы изобретения.Changes and modifications to the specifically described embodiments may be made without departing from the scope of the present invention, which is intended to be limited only by the scope of the attached claims.
Настоящее изобретение направлено на облагораживание тяжелой нефти и часто упоминается как способ "Partial Crude Upgrading" (парциального облагораживания сырой нефти) ("PCU"). Воплощения этого способа могут альтернативно облагораживать нефть за одну стадию без необходимости в предварительной дистилляции или в присадках для нефти, или в реакционных присадках. Эти преимущества повышают простоту и понижают стоимость указанного способа по сравнению с предложенными ранее технологиями облагораживания тяжелой нефти.The present invention is directed to upgrading heavy oils and is often referred to as a “Partial Crude Upgrading” (“PCU”) process. Embodiments of this method can alternatively refine the oil in one step without the need for pre-distillation or in oil additives or in reaction additives. These advantages increase simplicity and lower the cost of this method compared to previously proposed heavy oil refining technologies.
При осуществлении способа парциального облагораживания нефти быстро нагревают тяжелую нефть, при этом быстро разрывая углеродные связи в молекулах тяжелой нефти. Эта характеристика сокращает время, необходимое для способа облагораживания в целом, и повышает эффективность всего оборудования для облагораживания. Реакции могут быстро гаситься с помощью непрореагировавшей, другими словами, необлагороженной тяжелой нефти. Эта технология активного гашения понижает как величину крекирования до кокса, которое обычно происходит, когда реакции облагораживания не контролируются быстро, так и получение других нежелательных материалов отходов.When implementing the method of partial refinement of oil, heavy oil is quickly heated, while quickly breaking the carbon bonds in the molecules of heavy oil. This characteristic reduces the time required for the refinement process as a whole, and increases the efficiency of all refinement equipment. Reactions can be quickly quenched with unreacted, in other words, unrefined heavy oil. This active quenching technology reduces both the amount of cracking to coke, which usually occurs when enrichment reactions are not quickly controlled, and the production of other undesirable waste materials.
В одном из воплощений реакция облагораживания для указанного способа инициируется путем инжектирования сжатого воздуха и топливной смеси в реакторную емкость. Исключительно высокие температуры реакции получают при поджигании этих газов с помощью зажигателей в инжекторах. Эти температуры возникают из-за экзотермической реакции, которая высвобождает большое количество энергии для испарения молекул тяжелой нефти и крекирования молекулярных связей в них. Облагораживание тяжелой нефти происходит благодаря экспонированию молекул тяжелой нефти для энергии, высвобождаемой благодаря экзотермической реакции. Экзотермическое генерирование энергии представляет собой аспект настоящего изобретения по сравнению с используемыми ранее способами, поскольку при этом становится доступно повышенное количество энергии для разрыва молекулярных связей в тяжелой нефти.In one embodiment, the refinement reaction for the process is initiated by injecting compressed air and fuel mixture into the reactor vessel. Exceptionally high reaction temperatures are obtained when these gases are ignited using igniters in injectors. These temperatures arise due to an exothermic reaction that releases a large amount of energy for the evaporation of heavy oil molecules and the cracking of molecular bonds in them. The refinement of heavy oil takes place by exposing heavy oil molecules to the energy released through an exothermic reaction. Exothermic energy generation is an aspect of the present invention compared to the methods used previously, since this provides an increased amount of energy for breaking molecular bonds in heavy oil.
Энергия способа облагораживания нефти возникает благодаря реакции парциального окисления сжатого воздуха с топливной смесью. Сжатый воздух действует в качестве окислительного агента, а топливная смесь в качестве источника водорода в реакции, которая создает синтетический газ, упоминаемый как синтетический газ. Создание синтетического газа дает возможность для экзотермического создания высоких температур для реакции облагораживания и сокращает времена реакции облагораживания по сравнению с предложенными ранее технологиями облагораживания. Синтетический газ также содержит реакционноспособные газообразные компоненты, которые облегчают реакцию облагораживания, и предпочтительно генерирует избыток водородных радикалов для связывания с углеродными радикалами, образующимися в реакциях облагораживания. Наличие углеродных радикалов, связанных скорее с водородом, чем с другими нежелательными радикалами, результат, который обычно получают при использовании газов, которые состоят в основном из перегретого пара, понижает вероятность того, что выходной продукт будет нежелательной эмульсией или что будут создаваться кокс, пек и нестабильные олефины.The energy of the oil refining process is due to the partial oxidation of compressed air with the fuel mixture. Compressed air acts as an oxidizing agent, and the fuel mixture as a source of hydrogen in the reaction, which creates a synthetic gas, referred to as synthetic gas. The creation of synthetic gas provides an opportunity for exothermic creation of high temperatures for the refining reaction and reduces the refining reaction times in comparison with previously proposed refining technologies. Synthetic gas also contains reactive gaseous components that facilitate the refining reaction, and preferably generates an excess of hydrogen radicals to bind to carbon radicals formed in the refining reactions. The presence of carbon radicals associated with hydrogen rather than with other undesirable radicals, the result that is usually obtained when using gases that consist mainly of superheated steam, reduces the likelihood that the output will be an undesirable emulsion or that coke, pitch and unstable olefins.
Газообразные углеводороды, такие как природный газ, являются предпочтительными топливами для генерирования синтетического газа благодаря высокой концентрации водорода в них. Однако при генерировании синтетического газа могут быть использованы либо жидкие топлива, либо исходные материалы тяжелой нефти. Кроме того, либо воздух, обогащенный воздух (то есть воздух, обогащенный дополнительным кислородом), либо чистый кислород могут использоваться в качестве источника кислорода. Реакторная емкость, внутри которой имеют место крекинг и гашение тяжелой нефти, может работать при давлениях ниже 700 фунт/кв.дюйм (изб.) (4,928 кПа), а более предпочтительно может работать при давлениях ниже 500 фунт/кв.дюйм (изб.) (2,859 кПа).Gaseous hydrocarbons, such as natural gas, are preferred fuels for generating synthetic gas due to the high concentration of hydrogen in them. However, when generating synthetic gas, either liquid fuels or heavy oil feedstocks can be used. In addition, either air enriched in air (i.e., air enriched with additional oxygen) or pure oxygen can be used as an oxygen source. The reactor vessel, within which cracking and quenching of heavy oil takes place, can operate at pressures below 700 psi (4.928 kPa), and more preferably, can operate at pressures below 500 psi (h. ) (2,859 kPa).
Реакции могут гаситься в той же реакторной емкости с использованием непрореагировавшей тяжелой нефти, которая находится при температуре более низкой, чем облагороженная тяжелая нефть. Гашение осуществляют вскоре после экспонирования тяжелой нефти для синтетического газа. Контролирование давлений в реакторе и скорости поступления воздуха, топлива и непрореагировавшей тяжелой нефти обеспечивает способ контролирования скорости, при которой гасятся реакции. Альтернативно для гашения продукта реакции может использоваться рециклированный газойль или газойль из внешнего источника. Например, могут использоваться газойли с диапазоном температур кипения 300-1050°F (149-566°C), альтернативно 350-750°F (177-399°C).Reactions can be quenched in the same reactor vessel using unreacted heavy oil that is at a temperature lower than refined heavy oil. Extinguishing is carried out shortly after exposure to heavy oil for synthesis gas. Monitoring the pressure in the reactor and the flow rate of air, fuel, and unreacted heavy oil provides a way to control the rate at which reactions are quenched. Alternatively, recycled gas oil or gas oil from an external source may be used to quench the reaction product. For example, gas oils with a boiling range of 300-1050 ° F (149-566 ° C), alternatively 350-750 ° F (177-399 ° C), can be used.
Способ парциального облагораживания нефти облегчает синергизм между объединением топлива и тепла и промышленным оборудованием. Топливный газ, получаемый с помощью этого способа, может использоваться для генерирования пара высокого давления, который может использоваться, например, для облегчения производства тяжелой нефти или для предварительного нагрева исходных материалов для реакторной емкости. Альтернативно топливный газ может поступать в газовые турбины с целью генерации энергии для снабжения промышленного оборудования.The method of partial refinement of oil facilitates the synergy between the combination of fuel and heat and industrial equipment. The fuel gas obtained by this method can be used to generate high pressure steam, which can be used, for example, to facilitate the production of heavy oil or to preheat the starting materials for the reactor vessel. Alternatively, fuel gas may be supplied to gas turbines to generate energy for supplying industrial equipment.
На фиг.1 показан инжекторный реактор 14, который состоит из внешних стенок 32, верхней стенки 41 и нижней стенки 45, с инжектором-горелкой 30, установленным по центру внутри инжекторного реактора 14. Воплощение на фиг.1 упрощено исключительно для целей описания. Например, инжектор-горелка 30 изображен в увеличенном масштабе по сравнению с инжекторным реактором 14. Как ясно специалистам в данной области, в инжекторном реакторе 14 может использоваться один или несколько инжекторов-горелок для достижения, в целом, однородных реакций облагораживания и гашения реакции, и пространственные пропорции инжектора-горелки 30 по отношению к инжекторному реактору 14 будут определяться предполагаемой пропускной способностью оборудования для облагораживания.Figure 1 shows an
Воплощение инжектора-горелки 30 на фиг.1 сходно со смесительным соплом выпускного типа, которое предпочтительно изготавливается из сплавов, стойких к высоким температурам, оно соединяется с расположенным по центру зажигателем 42. Инжектор-горелка 30 содержит стенку 34 инжектора и основание 36 инжектора. Основание 36 инжектора соединено со стенкой 34 инжектора посредством стоек 38 инжектора. В этом воплощении основание 36 инжектора соединено с нижней стенкой 45 инжекторного реактора 14 с помощью резьбового соединения. Ясно, что способ по настоящему изобретению не является ограниченным использованием резьбового соединения или присоединением инжектора-горелки 30 на основании инжекторного реактора 14, или расположением входов 47 и выхода 49, которые обеспечивают поступающий и выходящий поток в верхней и нижней части инжекторного реактора 14, соответственно, и что геометрия на фиг.1 выбрана только для иллюстративных целей. Проход 40 инжектора расположен по центру в основании 36 инжектора. Зажигатель 42, в свою очередь, расположен по центру в проходе 40 инжектора.The embodiment of the injector burner 30 in FIG. 1 is similar to an exhaust type mixing nozzle, which is preferably made of high temperature resistant alloys, and is connected to a centrally located igniter 42. The injector burner 30 comprises an injector wall 34 and an
Нагретый сжатый воздух 12 поступает в реакционную камеру 44 сквозь кольцевой вход 39 для воздуха, созданный между проходом 40 инжектора и зажигателем 42. Зажигатель 42 может представлять собой любой зажигатель с раскаленной поверхностью или искровой зажигатель, который обеспечит надежное воспламенение газов. Нагретая топливная смесь 9 поступает в реакционную камеру 44 сквозь кольцевой вход 37 для топлива, создаваемый между основанием 36 инжектора и проходом 40 инжектора. Тяжелая нефть входит в реакционную камеру 44 сквозь входные щели 35, которые представляют собой отверстия между стойками 38 инжектора, обеспечивающие прохождение нефти из наружного кольцевого прохода 33 между наружной стенкой 32 и инжектором-горелкой 30 в реакционную камеру 44.Heated
Кончик 43 зажигателя 42 воспламеняет нагретый сжатый воздух 12 и нагретую топливную смесь 9 для создания высокотемпературного синтетического газа в нижней части реакционной камеры 44 вблизи стоек 38. Нагретая тяжелая нефть 2 протекает в инжекторный реактор 14 через входы 47 в нижней стенке 45 и входит в реакционную камеру 44 сквозь входные щели 35 инжектора-горелки 30 и при контакте с высокотемпературным синтетическим газом быстро подвергается реакции облагораживания тяжелой нефти в реакционной камере 44. Поток нагретой тяжелой нефти 2 через входные щели 35 возникает из-за выпускающей силы, создаваемой импульсом, генерируемым от воспламенения газов, которое генерирует синтетический газ. Быстрая реакция облагораживания тяжелой нефти возникает прежде всего из-за испарения части нагретой тяжелой нефти 2, когда воспламеняются нагретый сжатый воздух 12 и нагретая топливная смесь 9, однако реакция облагораживания тяжелой нефти будет осуществляться также в любой неиспаренной тяжелой нефти в реакционной камере 44. Как испаренная, так и любая неиспаренная облагороженная тяжелая нефть выходят из реакционной камеры 44 в смесительную камеру 46, которая представляет собой открытую область в инжекторном реакторе 14 ниже верхней стенки 41, но выше инжектора-горелки 30. Для предотвращения нежелательных вторичных реакций реакция облагораживания тяжелой нефти быстро гасится путем смешивания выходящего потока из реакционной камеры 44 с помощью дополнительной нагретой тяжелой нефти 2 в смесительной камере 46. Дополнительная нагретая тяжелая нефть 2 проходит сквозь кольцевой проход 33 реактора в смесительную камеру 46. Альтернативно, для гашения продукта реакции может использоваться рециклированный газойль или газойль из внешнего источника. Например, могут использоваться газойли с диапазоном температур кипения 300-1050°F (149-566°C), альтернативно, 350-750°F (177-399°C). Полученная смесь 3 облагороженной нефти выходит из верхней стенки 41 инжекторного реактора 14 через выход 49 под действием давления после пребывания в смесительной камере 46 в течение предпочтительно от 1 до 60 минут, а более предпочтительно от 2 до 20 минут, что дополнительно стабилизирует смесь 3 облагороженной нефти. Инжекторный реактор 14 может работать при умеренных давлениях, как правило, ниже 700 фунт/кв.дюйм (изб.) (4,928 кПа), а предпочтительно ниже 400 фунт/кв.дюйм (изб.) (2,859 кПа).The tip 43 of the ignitor 42 ignites the heated
Синтетический газ, генерируемый в реакционной камере 44, в целом будет, как правило, иметь температуру выше 1200°F (649°C) или 1225°F (662°C), предпочтительно в пределах от 1200 до 3000°F (649-1649°C) или от 1225 до 3000°F (662-1649°C), а более предпочтительно в пределах от 1400 до 2400°F (760-1316°C) для быстрого облагораживания нагретой тяжелой нефти 2. Природный газ является предпочтительным топливом для генерирования синтетического газа благодаря высокому содержанию водорода в нем. Термин природный газ относится в целом к газообразным смесям углеводородов, например содержит такие компоненты, как метан, этан и пропан. Природный газ может также содержать серу и микроколичества различных металлов. Однако любой источник топлива, содержащего водород, такой как сжиженный нефтяной газ или нафта, может использоваться в качестве топлива для генерирования синтетического газа. Альтернативно тяжелые исходные материалы, такие как сама тяжелая сырая нефть, остаточные нефтепродукты и коксы, могут использоваться с целью генерирования синтетического газа для облагораживания.Synthetic gas generated in
Время реакции в реакционной камере 44 предпочтительно будет составлять 10 секунд или менее, а более предпочтительно менее чем 2 секунды для ограничения вторичных реакций крекинга. Скорости нагретой топливной смеси 9 и нагретого сжатого воздуха 12 в реакционной камере 44 предпочтительно должны быть относительно высокими для предотвращения повреждения инжектора-горелки 30 из-за реакции горения, в которой создается синтетический газ. Предпочтительной является минимальная скорость, равная 10 фут/сек (3 м/сек), хотя в зависимости от сплава, из которого изготавливают инжектор-горелку 30, могут использоваться и более низкие скорости. В зависимости от используемых скоростей реакционная зона реакции облагораживания тяжелой нефти может простираться выше нижней части реакционной камеры 44 и, возможно, в камеру 46.The reaction time in the
Предпочтительный инжектор-горелка представляет собой инжекторное сопло выпускного типа, как изображено на фиг.1, которое имеет камеру конической формы для облегчения воспламенения как нагретого сжатого воздуха 12, так и нагретой топливной смеси 9, и крекинга молекулярных связей тяжелой нефти. В конструкции, изображенной фиг.1, с зажигателем центрального расположения, установленным в инжекторном сопле, реакция парциального окисления, как предполагается, осуществляется прежде всего в центре реакционной камеры 44, при этом часть нагретой тяжелой нефти 2 проходит вдоль внутренней поверхности стенки 34 инжектора, тем самым служа в качестве защитной пленки для внутренней поверхности стенки 34 инжектора.A preferred injector burner is an exhaust nozzle type, as shown in FIG. 1, which has a conical shape to facilitate ignition of both heated
Ясно, что инжектор 30 и зажигатель 42 необязательно ограничиваются геометрией воплощения, изображенного на фиг.1. Хотя инжектор коаксиально-кольцевого типа является предпочтительным для достижения быстрого воспламенения смеси топлива и воздуха и для предотвращения обратного удара пламени, любой инжекторный зажигатель, который способен генерировать синтетический газ без повреждения инжектора, может использоваться в этом воплощении. Кроме того, вместо введения нагретого сжатого воздуха 12 и нагретой топливной смеси 9 через концентрические круговые отверстия в основании 36 инжектора для поступления нагретого сжатого воздуха 12 и нагретой топливной смеси 9 в реакционную камеру 44 могут использоваться отдельные входные трубопроводы. Подобным же образом нагретая тяжелая нефть 2 может поступать через отдельную неконцентрическую систему ввода. В зависимости от геометрии и длины стенки 34 инжектора нагретая тяжелая нефть 2 может поступать в верхнюю часть реакционной камеры 44 через щели в верхней части стенки 34 инжектора, тем самым дополнительно облегчая гашение реакции. Не каждый из примеров этого параграфа изображен на фиг.1, но они будут понятны специалистам в данной области, которые увидят также другие примеры использования соответствующих инжекторов-горелок, основанные на концепциях настоящего описания.It is clear that the injector 30 and the ignitor 42 are not necessarily limited to the geometry of the embodiment depicted in FIG. Although a coaxial annular type injector is preferred to achieve rapid ignition of the fuel-air mixture and to prevent flame back impact, any injector ignitor that is capable of generating syngas without damaging the injector can be used in this embodiment. In addition, instead of introducing heated
Инжекторное сопло 80, показанное на фиг.11, может использоваться там, где синтетический газ образуется в отдельной реакционной камере для парциального окисления и транспортируется в отдельную реакционную камеру облагораживания тяжелой нефти, как здесь описывается более подробно ниже. Главное отличие между инжекторным соплом 80 на фиг.11 и соплом на фиг.1 заключается в том, что инжекторное сопло 80 на фиг.11 не содержит зажигателя и отдельных входных проходов для топлива и окислителя, как у сопла 30, изображенного на фиг.1. Сопло 80 на фиг.11 содержит один проход 82 для синтетического газа 81 к точке, где такой синтетический газ вступает в контакт с тяжелой нефтью, поступающей через входные щели 35, которые представляют собой отверстия между стойками 38 инжектора.The
В другом воплощении реактор облагораживания тяжелой нефти состоит из двух реакционных камер. Реакционная камера для парциального окисления предназначена для генерирования газа, содержащего водород, например синтетического газа, и реакционная камера облагораживания тяжелой нефти предназначена для облагораживания тяжелой нефти. В одном из воплощений обе реакционные камеры объединяются.In another embodiment, the heavy oil refining reactor consists of two reaction chambers. The partial oxidation reaction chamber is designed to generate a gas containing hydrogen, for example synthetic gas, and the heavy oil refining reaction chamber is designed to refine heavy oil. In one embodiment, both reaction chambers are combined.
Фиг.7 изображает одно из воплощений объединенного реактора 300 облагораживания тяжелой нефти. Реакционная камера 120 для парциального окисления может представлять собой нижнюю секцию и иметь огнеупорную футеровку 130. В реакционной камере 120 для парциального окисления синтетический газ может генерироваться из источника углеводородного топлива 171, воздуха 172 и, необязательно, пара. Верхняя секция может представлять собой реакционную камеру облагораживания тяжелой нефти 110, в которой улучшается качество тяжелой нефти 111, и она может иметь огнеупорную футеровку 353. Две реакционные камеры могут соединяться через один или множество проходов 310 с огнеупорной футеровкой 330.7 depicts one embodiment of a combined heavy
Синтетический газ может генерироваться в реакционной камере 120 парциального окисления путем сжигания углеводородного топлива 171 вместе с окислительным агентом, например воздухом 172. Реакция парциального окисления может альтернативно включать в себя добавление пара. Альтернативно синтетический газ может генерироваться от парциального окисления смеси углеводородного топлива 171 и пара с помощью воздуха 172 под давлением. Смесь углеводородного топлива 171 и пара может предварительно нагреваться до температуры, находящейся в диапазоне 300-1500°F (149-816°C), альтернативно до 350-1000°F (149-538°C) или 400-600°F (204-316°C). Сжатый воздух или, альтернативно, обогащенный воздух может предварительно нагреваться до 200-1500°F (93-816°C), или, альтернативно, до 225-1000°F (107-538°C), или до 250-750°F (121-399°C) перед взаимодействием с углеводородным топливом 171 и паром в реакционной камере 120 для парциального окисления. Альтернативно часть входного пара может вводиться в систему ввода сжатого воздуха. Как обсуждалось ранее, окислительный реагент может представлять собой, например, воздух, обогащенный воздух или чистый кислород, и топливо может представлять собой любой газообразный или жидкий углеводород, но предпочтительно представляет собой природный газ. Например, углеводородное топливо может представлять собой природный газ, сжиженный природный газ, легкую нафту, нафту или дистиллятное топливо. В одном из воплощений реакция парциального окисления может осуществляться с использованием одного лишь воздуха в качестве окислительного реагента, таким образом уменьшая стоимость окислительного реагента по сравнению с обогащенным воздухом или чистым кислородом. Кроме того, реакция парциального окисления может осуществляться с добавлением меньшего количества пара, чем используется в других системах, таким образом понижая количество сточных вод, производимых способом в целом и приводящих к более высокой температуре синтетического газа. В некоторых воплощениях молярное отношение пара к углеводородному топливу может составлять от 0,25:1 до 10:1. Альтернативно молярное отношение пара к топливу может составлять от 0,25:1 до 3:1, 0,3:1 до 2,5:1, 5:1 до 2:1 или 0,75:1 до 1,5:1.Synthetic gas may be generated in the partial
Множество инжекторов 170 может использоваться для введения углеводородного топлива 171, пара и воздуха 172 в реакционную камеру 120 парциального окисления. Предпочтительным является использование инжекторов торцевого смешивания для достижения более низкой температуры пламени и для приспособления к компактному размеру реакционной камеры 120 парциального окисления. Каждый инжектор торцевого смешивания может необязательно содержать множество отверстий для введения множества сопел торцевого смешивания в реакционную камеру 120 парциального окисления. Система зажигания, например зажигатель 320, может быть встроена в камеру 120 для инициирования реакции парциального окисления. Зажигатель 320 может представлять собой, например, искровой зажигатель или зажигатель с раскаленной поверхностью.A plurality of
Поскольку реакторная камера парциального окисления способна работать при отношениях пара к топливу около 1:1, воздух может использоваться в качестве окислительного реагента, в то же время по-прежнему достигая температуры синтетического газа выше 1200°F (649°C) или 1225°F (662°C). В альтернативных воплощениях температура синтетического газа может находиться в пределах от 1200 до 3000°F (649-1649°C), 1225-3000°F (662-1649°C) или в пределах от 1400 до 2400°F (760-1316°C). Воплощения реакции парциального окисления могут осуществляться при давлении ниже 700 фунт/кв.дюйм (изб.) (4,928 кПа), а более предпочтительно ниже 500 фунт/кв.дюйм (изб.) (3,549 кПа).Since the partial oxidation reactor chamber is capable of operating at a steam: fuel ratio of about 1: 1, air can be used as an oxidizing agent, while still achieving a synthesis gas temperature above 1200 ° F (649 ° C) or 1225 ° F ( 662 ° C). In alternative embodiments, the temperature of the synthesis gas may be in the range of 1200 to 3000 ° F (649-1649 ° C), 1225-3000 ° F (662-1649 ° C), or in the range of 1400 to 2400 ° F (760-1316 ° C) Embodiments of the partial oxidation reaction may be carried out at a pressure below 700 psi (4.928 kPa), and more preferably below 500 psi (3.549 kPa).
Синтетический газ может транспортироваться в реакционную камеру 110 облагораживания тяжелой нефти через один или несколько проходов 310, которые могут иметь огнеупорную футеровку 330. Каждый снабженный огнеупорной футеровкой 330 проход 310 может соединяться со столбиком 340 для присоединения выпускного сопла 190. Столбики 340 могут устанавливаться на стальной опорной плите 355, которая может привариваться к оболочке 351 реакционной камеры 120. Опорная плита может быть изогнута под углом, чтобы дать возможность для теплового расширения. Столбик 340 может содержать внутренний проход и может также иметь огнеупорную футеровку, чтобы выдерживать работу при высоких температурах. Входной узел 350 выпускного сопла 190, куда вводится синтетический газ, предпочтительно имеет огнеупорную футеровку для продолжительной работы. Высокотемпературные сплавы могут использоваться в качестве конструкционного материала выпускных сопел 190 без защиты керамической футеровкой, когда температура синтетического газа ниже примерно 2000°F (1093°C).Synthetic gas may be transported to the heavy oil
В одном из воплощений выпускные сопла 190 заканчиваются в реакционной камере 110 для облагораживания тяжелой нефти. Выпускные сопла 190 могут полностью или частично располагаться внутри реакционной камеры 110 для облагораживания тяжелой нефти. В одном из воплощений реакционная камера 110 может содержать три зоны. Высокотемпературная реакционная зона 360 осуществляет приведение в контакт поступающей тяжелой нефти с горячим синтетическим газом при температуре, превышающей 1200°F (649°C), или, альтернативно, превышающей 1225°F (662°C), в течение менее чем 10 секунд или, альтернативно, менее чем 2 секунды. В альтернативных воплощениях температура высокотемпературной реакционной зоны 360 может находиться в пределах от 1200 до 3000°F (649-1649°C), от 1225 до 3000°F (662°C-1649°C) или в пределах от 1400 до 2400°F (от 760 до 1316°C). Высокотемпературная реакционная зона 360 может полностью в основном или частично располагаться в выпускном сопле 190.In one embodiment, the
Реакционная камера 110 для облагораживания тяжелой нефти может также содержать зону быстрого гашения 361, в которой термически крекированная нефть из высокотемпературной реакционной зоны 360 быстро гасится с понижением ее температуры и завершением быстрого высокотемпературного термического крекинга поступающей тяжелой нефти. В зоне 361 быстрого гашения температура термически крекированной нефти понижается от более чем 1200°F (649°C) или, альтернативно, более чем 1225°F (662°C) до менее чем 850°F (454°C) и альтернативно менее чем 800°F (427°C) в пределах 10 секунд инициирования высокотемпературного термического крекинга поступающей тяжелой нефти. Зона 361 быстрого гашения может в основном или частично располагаться в выпускном сопле 190 и в основном частично или полностью вне сопла 190, в реакционной камере 110 облагораживания тяжелой нефти. В одном из воплощений непрореагировавшая тяжелая нефть может служить в качестве гасящей среды. В одном из воплощений гасящая среда представляет собой неиспаренную, непрореагировавшую, более холодную тяжелую нефть, которая представляет собой часть тяжелой нефти, поступающей в выпускное сопло 190, но не вступающей в тесный контакт с горячим синтетическим газом и по этой причине неиспаренной. Более холодная, непрореагировавшая поступающая тяжелая нефть может протекать вдоль внутренней стенки выпускного сопла 190 и по этой причине избегать тесного контакта с синтетическим газом. Альтернативно, рециклированный газойль или газойль из внешнего источника может использоваться для гашения продукта реакции. Например, могут использоваться газойли с температурами кипения в диапазоне 300 -1050°F (149-566°C), альтернативно, 350 -750°F (177-399°C).The heavy oil
Реакционная камера облагораживания тяжелой нефти 110 может также содержать стабилизационную зону 362, в которой охлажденная термически крекированная нефть, смешанная с гасящей средой, получает возможность для стабилизации в течение от 1 до 60 минут, альтернативно от 20 до 50 минут. Стабилизационная зона 362 может работать ниже 850°F (454°C) и, альтернативно, ниже 800°F (427°C) или 740-790°F (393-421°C), так что быстрый термический крекинг уменьшается или исключается. Однако стабилизационная зона 362 может дополнительно способствовать процессу облагораживания нефти. В воплощениях настоящего изобретения стабилизационная зона 362 может обеспечивать более 30 процентов, альтернативно, более 40 или 50 процентов от всего процесса преобразования тяжелой нефти. Преобразование определяется как мас.% от исходного материала, обрабатываемого в способе, который кипит при температуре выше 1050°F и который преобразуется в материал, который кипит ниже 1050°F. То есть облагораживание или преобразование определяется какThe heavy oil
Преобразование = ((% массовый исходного материала, 1050°F+) - (% массовый продукта, 1050°F+))/(% массовый исходного материала, 1050°F+).Conversion = ((% mass starting material, 1050 ° F +) - (% mass product, 1050 ° F +)) / (% mass starting material, 1050 ° F +).
Температура и время пребывания влияют на стабильность и облагораживание нефти в стабилизационной зоне 362. Индекс интенсивности реакции (RSI875°F), основанный на эталонной температуре 875°F (468°C), может применяться для отслеживания влияния времени пребывания на стабильность облагороженной нефти. Этот индекс определяется какTemperature and residence time affect the stability and refinement of oil in
RSI875°F = (время стабилизации) x e(E/R)(1/(875+460)-1/(T+460)) RSI 875 ° F = (stabilization time) xe (E / R) (1 / (875 + 460) -1 / (T + 460))
где (время стабилизации) измеряется в секундахwhere (stabilization time) is measured in seconds
В воплощениях настоящего изобретения RSI875°F облагороженной сырой нефти может поддерживаться ниже 300 секунд и, альтернативно, ниже 250, 200 или 150 секунд. В воплощениях настоящего изобретения RSI875°F облагороженной сырой нефти может поддерживаться выше 5 секунд и, альтернативно, выше 10 или 20 секунд. По этой причине объем стабилизационной зоны 362 может выбираться с целью обеспечения стабильности облагороженной сырой нефти. Альтернативно, вода 370 может инжектироваться либо в стабилизационную зону 362, либо в выходную трубу 119 реактора для дополнительного охлаждения облагороженной сырой нефти. В случае инжектирования воды является желательным охлаждение облагороженной сырой нефти до температуры ниже 750°F (399°C), а более предпочтительно ниже 700°F (371°C).In embodiments of the present invention, an RSI 875 ° F of refined crude oil may be maintained below 300 seconds and, alternatively, below 250, 200 or 150 seconds. In embodiments of the present invention, an RSI 875 ° F of refined crude oil may be maintained above 5 seconds and, alternatively, above 10 or 20 seconds. For this reason, the volume of
Реакционная камера 110 для облагораживания тяжелой нефти может работать при различных давлениях, превышающих 1000 фунт/кв.дюйм, или в режиме низких давлений. В режиме низких давлений реакционная камера 110 облагораживания тяжелой нефти работает при давлении ниже 700 фунт/кв.дюйм (изб.) (4,928 кПа) или ниже 500 фунт/кв.дюйм (изб.)(3,549 кПа). Реакционная камера 110 облагораживания тяжелой нефти может, альтернативно, работать в диапазоне от 200 фунт/кв.дюйм (изб.) (1480 кПа) до 600 фунт/кв.дюйм (изб.) (4,238 кПа). При такой работе парциальное давление водорода в реакционной камере может находиться в диапазоне от 20 фунт/кв.дюйм (абс.) (138 кПа) до 200 фунт/кв.дюйм (абс.) (1379 кПа), или, альтернативно, от 40 фунт/кв.дюйм (абс.) (276 кПа) до 120 фунт/кв.дюйм (абс.) (827 кПа), или от 40 фунт/кв.дюйм (абс.) (276 кПа) до 115 фунт/кв.дюйм (абс.) (793 кПа).The heavy oil
Предварительно нагретая тяжелая нефть 111 может поступать в реакционную камеру облагораживания тяжелой нефти 110 через множество входов 371, расположенных в нижней части камеры 110. Фиг.8 изображает три входа 371a, 371b, 371c для тяжелой нефти, расположенные под углом 120° друг к другу, однако количество этих входов для тяжелой нефти не ограничивается тремя. Альтернативно, внутренняя система распределительных труб может использоваться в нижней части реакционной камеры 110 для облагораживания тяжелой нефти для однородного распределения поступающей тяжелой нефти. Температура предварительно нагретой тяжелой нефти 111a, 111b, 111c может изменяться, но предпочтительно находится в пределах между 300 и 800°F (149 и 427°C), а более предпочтительно между 400 и 600°F (204 и 316°C).Preheated
Сила естественного притяжения и выпускающая сила, создаваемая инжектируемым синтетическим газом в выпускном сопле, может перемещать часть 20-50% предварительно нагретой тяжелой нефти в выпускных соплах через отверстия, расположенные вблизи нижней части сопел. Эта часть тяжелой нефти быстро крекируется и испаряется после того, как она вступает в контакт с горячим синтетическим газом во внутреннем отделении выпускных сопел. Является вероятным, что определенное количество тяжелой нефти, протекающей вверх вдоль внутренней стенки выпускных сопел, будет подвергаться реакциям крекинга в жидкой фазе; однако предполагается, что большая часть тяжелой нефти в выпускных соплах проходит через реакции крекинга в газовой фазе. Водород в синтетическом газе выполняет функцию захвата радикалов, сводя к минимуму ретрогрессивные реакции, которые образуют кокс. Время пребывания газофазных реакций крекинга предпочтительно является меньшим чем 10 секунд, а более предпочтительно меньшим чем 2 секунды, чтобы свести к минимуму выход легких газообразных углеводородов. Продукты крекинга покидают сопла и немедленно оказываются в контакте с оставшейся частью 50-80% тяжелой нефти и/или рециклированной, охлажденной термически крекированной нефти, которая идет в обход выпускных сопел. Продукты крекинга смешиваются с обошедшей тяжелой нефтью под действием сил турбулентности и быстро охлаждаются в зоне быстрого гашения реакционной камеры облагораживания тяжелой нефти. Быстрое гашение продуктов крекинга сведет к минимуму вторичные реакции крекинга и крекирование до кокса. Над зоной быстрого гашения находится стабилизационная зона, где продукты крекинга полностью смешиваются с непрореагировавшей тяжелой нефтью, и достигается химическое равновесие.The force of natural attraction and the release force created by the injected synthetic gas in the exhaust nozzle can move a portion of 20-50% of the preheated heavy oil in the exhaust nozzles through openings located near the bottom of the nozzles. This part of the heavy oil rapidly crackes and evaporates after it comes in contact with the hot synthetic gas in the interior of the exhaust nozzles. It is likely that a certain amount of heavy oil flowing upward along the inner wall of the exhaust nozzles will undergo cracking reactions in the liquid phase; however, it is assumed that most of the heavy oil in the exhaust nozzles passes through cracking reactions in the gas phase. Hydrogen in the synthesis gas performs the function of trapping radicals, minimizing the retrogressive reactions that form coke. The residence time of the gas phase cracking reactions is preferably less than 10 seconds, and more preferably less than 2 seconds, in order to minimize the yield of light gaseous hydrocarbons. Cracked products leave the nozzles and immediately come into contact with the remaining 50-80% of the heavy oil and / or recycled, cooled thermally cracked oil, which bypasses the exhaust nozzles. Cracked products are mixed with bypassed heavy oil under the influence of turbulence forces and are rapidly cooled in the zone of rapid quenching of the reaction chamber for refining heavy oil. Rapid quenching of cracked products will minimize secondary cracking reactions and cracking prior to coke. Above the quick quench zone is a stabilization zone where the cracked products are completely mixed with unreacted heavy oil and chemical equilibrium is achieved.
Альтернативно, вся поступающая тяжелая нефть вместе с некоторым количеством текучих сред, содержащихся в реакционной камере облагораживания тяжелой нефти (например, охлажденной термически крекированной нефти, погашенной нефти и/или стабилизированной нефти), может поступать в выпускное сопло благодаря созданию мощной выпускной силы с помощью потока с высокой скоростью синтетического газа в выпускном сопле. В этом воплощении смесь поступающей тяжелой нефти и других текучих сред реактора может служить в качестве гасящей среды внутри выпускного сопла. В различных воплощениях количество рециклируемых в реакционную камеру текучих сред, выпускаемых в выпускное сопло, может изменяться путем регулировки скорости синтетического газа в выпускном сопле и путем регулировки скоростей потока поступления свежей тяжелой нефти и извлечения продукта стабилизированной нефти. Таким образом, некрекированная или частично крекированная тяжелая нефть может рециклироваться несколько раз через выпускное сопло и высокотемпературную реакционную зону для дополнительного облагораживания. В различных воплощениях общая скорость поступления в выпускное сопло (сопла) может в 2, 5 или 10 раз, или больше превышать скорость поступления свежей тяжелой нефти в реакционную камеру тяжелой нефти.Alternatively, all incoming heavy oil, along with a number of fluids contained in the heavy oil refining reaction chamber (e.g., chilled thermally cracked oil, quenched oil and / or stabilized oil), can enter the exhaust nozzle by creating a powerful outlet force by flow with high speed synthetic gas in the exhaust nozzle. In this embodiment, the mixture of incoming heavy oil and other reactor fluids may serve as a quenching medium within the outlet nozzle. In various embodiments, the amount of fluid recirculated to the reaction chamber discharged to the outlet nozzle can be varied by adjusting the speed of the synthetic gas in the outlet nozzle and by adjusting the flow rates of fresh heavy oil and recovering the stabilized oil product. Thus, uncracked or partially cracked heavy oil can be recycled several times through the outlet nozzle and the high temperature reaction zone for further refinement. In various embodiments, the total rate of entry into the outlet nozzle (s) may be 2, 5, or 10 times, or more, greater than the rate at which fresh heavy oil enters the reaction chamber of the heavy oil.
Различные воплощения настоящего изобретения предусматривают способ, который дает более низкий выход газообразных легких углеводородов, чем другие доступные способы. Например, воплощения настоящего изобретения могут давать менее чем 4% массовых газообразных C1-C4. Альтернативно, воплощения настоящего изобретения дают менее чем 3, 2 или 1% массовый газообразных C1-C4. В дополнение к этому воплощения настоящего изобретения дают меньше, чем 2% массовых кокса, альтернативно, меньше чем 1% массовый, меньше чем 0,5% массового или меньше чем 0,1% массового кокса.Various embodiments of the present invention provide a method that provides a lower yield of gaseous light hydrocarbons than other available methods. For example, embodiments of the present invention may produce less than 4% by weight gaseous C 1 -C 4 . Alternatively, embodiments of the present invention produce less than 3, 2 or 1% by weight gaseous C 1 -C 4 . In addition to this, embodiments of the present invention produce less than 2% by weight coke, alternatively, less than 1% by weight, less than 0.5% by weight, or less than 0.1% by weight of coke.
Фиг.2 изображает упрощенную схему способа по одному из воплощений настоящего изобретения, которое может использоваться вместе с различными конфигурациями реактора, обсуждаемыми здесь. Тяжелая сырая нефть 1 из какого-либо источника предварительно нагревается в теплообменнике 13 с генерированием нагретой тяжелой нефти 2, которая вводится в инжекторный реактор 14 или, альтернативно, в реакционную камеру для облагораживания тяжелой нефти. Температура нагретой тяжелой нефти 2 предпочтительно является достаточно низкой, чтобы свести к минимуму термический крекинг молекул нефти, и для большинства тяжелых нефтей будет находиться в пределах от 300 до 800°F (149-427°C), а более предпочтительно от 400 до 700°F (204-371°C).Figure 2 depicts a simplified diagram of a method according to one of the embodiments of the present invention, which can be used in conjunction with the various configurations of the reactor discussed here. The heavy crude oil 1 from any source is preheated in a
Воздух 10 сжимают в воздушном компрессоре 15. Сжатый воздух 11 нагревается в печи 17 предпочтительно до температуры, находящейся в пределах между 200 и 1000°F (93-538°C), а более предпочтительно между 250 и 800°F (121-427°C). Затем нагретый сжатый воздух 12 поступает в инжекторный реактор 14. Как отмечено выше, могут использоваться и другие источники молекул кислорода. Будет понятно, что предварительный нагрев тяжелой сырой нефти 1 или сжатого воздуха 11 не является требованием настоящего изобретения, но является предпочтительным для повышения эффективности реакции облагораживания. Пар 7 создают путем нагрева поступающей из бойлера воды 6 в печи 17. Природный газ 5 смешивается с паром 7 в смесителе 16 и нагревается в печи 17 до температуры, предпочтительно находящейся в пределах между 300 и 1000°F (149-538°C). Полученная нагретая топливная смесь 9 поступает в инжекторный реактор 14 или, альтернативно, в реакционную камеру для облагораживания тяжелой нефти реактора с двумя камерами.
Как описывается выше в связи с фиг.1, воспламенение нагретого сжатого воздуха 12 и нагретой топливной смеси 9 в присутствии нагретой тяжелой нефти 2 может использоваться для инициирования реакции облагораживания или синтетический газ может генерироваться в отдельной реакционной камере для парциального окисления и транспортироваться в горячем виде в отдельную реакционную камеру для облагораживания тяжелой нефти, как здесь описывается. В первом воплощении реактора является предпочтительным, если множество инжекторов-горелок 30 равномерно распределяется внутри инжекторного реактора 14 для достижения максимальной производительности и эффективности оборудования для облагораживания. Точное количество инжекторов-горелок 30 будет зависеть от размера инжекторного реактора 14 и желаемого объема пропускания оборудования для облагораживания. Также как описывается выше, выходным продуктом инжекторного реактора 14 является облагороженная нефтяная смесь 3.As described above in connection with FIG. 1, ignition of heated
Малое количество твердых материалов предпочтительно меньше чем пять процентов массовых может необязательно смешиваться (на чертежах не показано) с нагретой тяжелой нефтью 2 перед ее поступлением в инжекторный реактор 14 или, альтернативно, в реакционную камеру для облагораживания тяжелой нефти двухкамерного реактора для контроля возможных осаждений в инжекторном реакторе 14. Эти твердые продукты могут быть либо инертными, такими как песок, либо реакционноспособными, такими как уголь.A small amount of solid materials, preferably less than five percent by weight, may optionally be mixed (not shown) with the heated
В настоящем воплощении облагороженная нефтяная смесь 3 используется в качестве источника тепла для теплообменника 13. Затем охлажденная облагороженная тяжелая нефть 4 поступает в обычный сепаратор 18, который производит продукт сырой нефти 21, топливный газ 19, продукт 20 серы и сточные воды 2.In the present embodiment, the refined oil mixture 3 is used as a heat source for the
Для полного понимания настоящего изобретения полезным является сопоставление способа парциального облагораживания нефти со способами улучшения качества тяжелой нефти, предложенными ранее. Множество предложенных ранее способов направлено на жидкофазную реакцию облагораживания тяжелой нефти, в которой молекулярные связи в тяжелой нефти в жидкой фазе разрываются, и полученные углеродные радикалы объединяются с доступными водородными радикалами для создания стабилизированной облагороженной тяжелой нефти.For a complete understanding of the present invention, it is useful to compare the method of partial refinement of oil with methods for improving the quality of heavy oil proposed earlier. Many of the previously proposed methods are directed to a liquid-phase refining reaction of heavy oil, in which the molecular bonds in the heavy oil in the liquid phase are broken, and the resulting carbon radicals are combined with available hydrogen radicals to create a stabilized, refined heavy oil.
В противоположность этому одно из воплощений способа парциального облагораживания направлено преимущественно на газофазную реакцию облагораживания тяжелой нефти. Конкретно, тепло, высвобождающееся во время образования синтетического газа, испаряет часть тяжелой нефти, тем самым делая возможным осуществление газофазной реакции облагораживания тяжелой нефти. Это испарение и газофазная реакция осуществляются гораздо быстрее, чем это происходит в жидкофазной реакции, причем водород в синтетическом газе является одновременно доступным для связывания с атомами углерода тяжелых нефтей. Хотя этот способ может осуществляться при высоких давлениях, высокие давления не являются необходимыми для облегчения этой газофазной реакции, тем самым появляется возможность для использования более низких давлений, если это желательно. Кроме того, в газовой фазе молекулы водорода и углерода легче связываются, дополнительно способствуя уменьшению времени реакции облагораживания и высокой эффективности способа облагораживания.In contrast, one of the embodiments of the partial refinement method is directed primarily to the gas-phase refinement reaction of heavy oil. Specifically, the heat released during the formation of the synthetic gas evaporates part of the heavy oil, thereby making it possible to carry out a gas-phase reaction for the refinement of heavy oil. This evaporation and gas-phase reaction is carried out much faster than what happens in the liquid-phase reaction, and the hydrogen in the synthetic gas is simultaneously available for binding to carbon atoms of heavy oils. Although this method can be carried out at high pressures, high pressures are not necessary to facilitate this gas-phase reaction, thereby making it possible to use lower pressures, if desired. In addition, in the gas phase, hydrogen and carbon molecules more easily bind, further contributing to a reduction in the time of the refinement reaction and the high efficiency of the refinement method.
Поскольку газофазная реакция облагораживания по указанному способу осуществляется быстро, является также необходимым способ быстрого гашения облагороженной тяжелой нефти. Поскольку разность температур между облагороженной испаренной тяжелой нефтью и необлагороженной тяжелой нефтью является большой, дополнительная облагороженная тяжелая нефть быстро гасит реакцию облагораживания и тем самым предотвращает генерирование нежелательных материалов отходов. В жидкофазных технологиях разность температур является гораздо меньшей, и по этой причине реакции в этих технологиях не могут гаситься настолько же быстро, а нежелательные материалы отходов не могут исключаться до такой же степени, как в способе PCU.Since the gas-phase ennobling reaction by the indicated method is carried out quickly, it is also necessary to quickly quench the ennobled heavy oil. Since the temperature difference between the refined evaporated heavy oil and the non-refined heavy oil is large, the additional refined heavy oil quickly dampens the refining reaction and thereby prevents the generation of unwanted waste materials. In liquid-phase technologies, the temperature difference is much smaller, and for this reason the reactions in these technologies cannot be quenched as quickly, and unwanted waste materials cannot be eliminated to the same extent as in the PCU method.
Воплощения предлагаемого изобретения могут обеспечить преимущества с помощью доступных в настоящее время компонентов для облегчения изготовления надежного оборудования для облагораживания тяжелой нефти. Например, могут использоваться сопла, которые уже давно используются для циркуляции и смешивания текучих сред в закрытых и открытых танках. Одним из примеров сопел, которые могут использоваться или модифицироваться, чтобы они удовлетворяли требованиям к инжектору-горелке или выпускному соплу, используемому в воплощениях настоящего изобретения, представляют собой продукты TurboMix™ от BETE Fog Nozzle, Inc. of Greenfield, MA. Подобным же образом зажигатель 42, используемый в некоторых воплощениях настоящего изобретения, может основываться на зажигателях с раскаленной поверхностью, которые уже давно используются в газовых бытовых приборах. Например, линия продуктов MINI-IGNITER от Saint-Goban/Advanced Ceramics-Norton Igniter of Milford, MA может модифицироваться, чтобы они удовлетворяли потребностям способа PCU. Преимуществами зажигателей с раскаленной поверхностью по сравнению с зажигателями искрового типа являются более низкие требования к электропитанию и более безопасная работа. Способность настоящего изобретения строиться на доступных в настоящее время технологиях и составляющих деталях - в каждом случае из различных и ранее не связанных друг с другом областей промышленности - является уникальной характеристикой способа парциального облагораживания и важным преимуществом перед предложенными ранее способами облагораживания тяжелой нефти.Embodiments of the present invention can provide advantages using currently available components to facilitate the manufacture of reliable heavy oil refining equipment. For example, nozzles that have long been used to circulate and mix fluids in closed and open tanks can be used. One example of nozzles that can be used or modified to suit the burner injector or exhaust nozzle used in embodiments of the present invention are TurboMix ™ products from BETE Fog Nozzle, Inc. of Greenfield, MA. Similarly, the ignitor 42 used in some embodiments of the present invention may be based on hot-surface ignitors that have long been used in gas appliances. For example, the MINI-IGNITER product line from Saint-Goban / Advanced Ceramics-Norton Igniter of Milford, MA can be modified to suit the needs of the PCU process. The advantages of hot-surface ignitors over spark-type ignitors are lower power requirements and safer operation. The ability of the present invention to build on currently available technologies and constituent parts - in each case from different and previously unrelated industries - is a unique characteristic of the partial refinement method and an important advantage over previously proposed heavy oil refinement methods.
Учитывая отличия способа парциального облагораживания от описанных ранее способов, авторы не связаны какой-либо конкретной физической, химической или механической теорией работы. Авторы приводят эти теории в попытке объяснения того, почему и как, как предполагается, работает настоящее изобретение. Эти теории приводятся только для информационных целей и не должны интерпретироваться как ограничивающие каким-либо образом истинный смысл и объем настоящего изобретения.Given the differences between the partial refinement method and the previously described methods, the authors are not bound by any specific physical, chemical or mechanical theory of work. The authors cite these theories in an attempt to explain why and how the present invention is supposed to work. These theories are provided for informational purposes only and should not be interpreted as limiting in any way the true meaning and scope of the present invention.
Второе воплощение способа парциального облагораживания нефти изображено на фиг.3. Это воплощение иллюстрирует эффективность облагораживания, которое связано с применением указанного способа. На фиг.3 работа теплообменника 13, инжекторного реактора 14 или, альтернативно, реакционной камеры для облагораживания тяжелой нефти двухкамерного реактора, воздушного компрессора 15, смесителя 16 и печи 17 является такой, как описано выше.The second embodiment of the method of partial refinement of oil is depicted in figure 3. This embodiment illustrates the refinement efficiency that is associated with the application of this method. In Fig. 3, the operation of a
В этой конфигурации облагороженная нефтяная смесь 3 поступает во второй теплообменник 50 для дополнительного охлаждения перед поступлением после охлаждения облагороженной тяжелой нефти 4 в сепаратор 51 газовой и жидкой фаз. Эффективность этого варианта заключается в том, что вода 6, поступающая из бойлера, может использоваться в качестве охлаждающей среды для теплообменника 50, при этом нагретая вода 23, которая поступает в бойлер, затем поступает в печь 17. В результате появляется второй источник воды для печи 17, для генерирования пара 7 или, альтернативно, для генерирования отдельной подачи 24 пара высокого давления для таких применений, как повышение добычи нефти.In this configuration, the refined oil mixture 3 enters the
Газы, отделенные в сепараторе 51 газообразной и жидкой фаз, направляются через расширительное устройство, такое как клапан 53 Джоуля-Томсона, и смеситель 54 перед поступлением в виде газа 67 в установку 57 для обработки газа. Выходной материал установки 57 для обработки газа представляет собой топливный газ 19 и продукт 20 серы. В этом воплощении продукт 20 серы с наибольшей вероятностью будет представлять собой газообразный сероводород, как будет понятно специалистам в данной области. В результате продукт 21 сырой нефти будет иметь более низкое содержание серы, чем тяжелая нефть 1. Другая эффективность настоящего воплощения заключается в том, что топливный газ 19 может использоваться в качестве источника энергии для печи 17 и, или как альтернатива, в качестве источника энергии для турбины 60 с генерированием энергии 61.The gases separated in the gas and liquid phase separator 51 are guided through an expansion device, such as a Joule-
Жидкости, отделенные в сепараторе 51 газообразной и жидкой фаз, направляются через расширительное устройство 52 для генерирования жидкого продукта 66, который поступает в сепаратор 55 жидкостей. Сточные воды 22, если они генерируются, происходят от сепаратора 55 жидкостей. Любой дополнительный газ 74, не отделенный ранее, посылается в смеситель 59, где он смешивается с газом, извлеченным из разделительной колонны 58. Эту смесь сжимают в компрессоре 56 остаточного газа и вводят в смеситель 54. Углеводородные жидкости 65 из сепаратора 55 направляются в разделительную колонну 58 для генерирования продукта 21 сырой нефти.The liquids separated in the separator 51 of the gaseous and liquid phases are guided through an
Осуществляют имитационное моделирование процесса для способа парциального облагораживания. Различные программы имитационного моделирования процесса являются коммерчески доступными; один из примеров представляет собой программу HYSYS™, версия 2.2, продукт Hyprotech Ltd., дочерняя компания AEA Technology plc. Другие такие программы известны специалистам в данной области. Таблица 1 приводит типичные рабочие температуры, давления и скорости потока на различных стадиях указанного способа, и она ссылается на позиции, показанные на фиг.3. Для простоты результаты имитационного моделирования процесса, показанные в таблице 1, используют предполагаемую смесь тяжелых парафинов и содержащих серу парафиновых соединений для представления тяжелой нефти 1. Конкретно, тяжелую нефть, как предполагается, представляет смесь 50% n-C30H62 и 50% n-C30H61SH. Имитационное моделирование предполагает, что 40% часть поступающего потока тяжелой нефти взаимодействует с синтетическим газом для завершения преобразования в крекированные продукты посредством следующих двух реакций:A simulation of the process is carried out for the partial refinement method. Various process simulation programs are commercially available; one example is the HYSYS ™ program, version 2.2, a product of Hyprotech Ltd., a subsidiary of AEA Technology plc. Other such programs are known to those skilled in the art. Table 1 lists typical operating temperatures, pressures, and flow rates at various stages of the process, and it refers to the items shown in FIG. 3. For simplicity, the simulation results of the process shown in Table 1 use the proposed mixture of heavy paraffins and sulfur-containing paraffin compounds to represent heavy oil 1. Specifically, heavy oil is supposed to be a mixture of 50% nC 30 H 62 and 50% nC 30 H 61 SH. Simulation assumes that 40% of the incoming heavy oil stream interacts with synthetic gas to complete conversion to cracked products through the following two reactions:
1) n-C30H61SH + H2 → n-C30H62 + H2S1) nC 30 H 61 SH + H 2 → nC 30 H 62 + H 2 S
2) n-C30H62 + x H2 → Крекированные продукты2) nC 30 H 62 + x H 2 → Cracked products
Крекированные продукты, как предполагается, являются смесью соединений, имеющих индивидуальные последовательности атомов углерода, находящиеся в пределах от 1 до 22 молекул углерода в длину. Предполагаемый химический механизм крекинга дает 6,6% газов с одной-четырьмя молекулами углерода, и общее потребление водорода составляет 268 куб.фут/баррель. Осуществляют исследования чувствительности для смесей, имеющих предполагаемые углеродные последовательности, находящиеся в пределах от 1 до 28 молекул в длину, с выходом газа после крекинга 4,7% и с общим потреблением водорода 230 куб.фут/баррель без значительных отличий от результатов, приведенных ниже.Cracked foods are supposed to be a mixture of compounds having individual sequences of carbon atoms ranging from 1 to 22 carbon molecules in length. The estimated chemical cracking mechanism produces 6.6% of gases with one to four carbon molecules, and the total hydrogen consumption is 268 cubic feet / barrel. Sensitivity studies are carried out for mixtures with estimated carbon sequences ranging from 1 to 28 molecules in length, with a gas yield after cracking of 4.7% and with a total hydrogen consumption of 230 cubic feet / barrel without significant differences from the results below .
Имитационное моделирование предполагает, что 10% моноокиси углерода в синтетическом газе взаимодействует с водой с образованием дополнительных молекул водорода для связывания с радикалами тяжелой нефти. Имитационное моделирование предполагает, что непрореагировавшие 60% входного потока тяжелой нефти используются для гашения реакции облагораживания.Simulation suggests that 10% of the carbon monoxide in the synthesis gas interacts with water to form additional hydrogen molecules to bind to the radicals of heavy oil. Simulation suggests that unreacted 60% of the heavy oil input stream is used to quench the gentrification reaction.
Результаты имитационного моделирования в таблице 1 демонстрируют преимущества способа парциального облагораживания нефти. Отношение пара 7 к природному газу 5, равное 0,6, является более низким, чем требуется в описанных ранее технологиях облагораживания тяжелой нефти. В результате этот способ генерирует низкий объем сточных вод 22. Кроме того, продукт 21 сырой нефти не страдает уменьшениями выходного объема, которые являются типичными для многих технологий облагораживания тяжелой нефти. Продукт 21 сырой нефти, который состоит из смеси 61,8% (молярные проценты) компонентов крекированной тяжелой нефти и 38,2% некрекированной тяжелой нефти, облагораживается на 6,8 в градусах по АНИ, по сравнению с тяжелой нефтью 1.The simulation results in table 1 demonstrate the advantages of the partial refinement of oil. The ratio of steam 7 to
Результаты имитационного моделирования для воплощения способа парциального облагораживания нефти, показанного на фиг.3Table 1
The simulation results for implementing the method of partial refinement of oil, shown in figure 3
Фиг.4 изображает воплощение способа парциального облагораживания, подобное воплощению на фиг.3, за исключением того, что дистилляционная колонна 62 использована вместо разделительной колонны 58, и часть непрореагировавшей тяжелой нефти 25 рециклируется обратно в инжекторный реактор 14 путем смешивания с тяжелой нефтью 1 в смесителе 63. При имитационном моделировании этого воплощения 20% непрореагировавшей тяжелой нефти из дистилляционной колонны 62 рециклируется, хотя это воплощение не является ограниченным рециклированием какого-либо конкретного процента непрореагировавшей тяжелой нефти из дистилляционной колонны. Перед поступлением в инжекторный реактор 14 смешанная тяжелая нефть 26 нагревается в теплообменнике 13. Имитационное моделирование опять предполагает, что 40% нагретой тяжелой нефти 2 взаимодействует с синтетическим газом, а оставшиеся 60% представляют собой гасящий материал. Результаты имитационного моделирования этого воплощения изображены в таблице 2. Заметим, что продукт 21 сырой нефти имеет гораздо более высокую плотность в градусах по АНИ, чем в воплощении фиг.3. В этом воплощении продукт 21 сырой нефти содержит 66,9 молярных процента компонентов крекированной тяжелой нефти.FIG. 4 depicts an embodiment of a partial refinement method similar to that of FIG. 3, except that the
Результаты имитационного моделирования воплощения способа облагораживания нефти для рециклированной тяжелой нефти, показанного фиг.4table 2
The results of a simulation of the embodiment of the method of refining oil for recycled heavy oil shown in figure 4
АНИOil quality
ANI
Другое воплощение изображено на фиг.5. В этом воплощении инжекторный реактор 14 заменен реактором 75 для парциального окисления и реактором 66 для облагораживания. Парциальное окисление относится к способу ограничения количества кислорода, у которого есть возможность взаимодействовать с топливной смесью, с тем чтобы обеспечить, чтобы выходные продукты представляли собой в основном водород и моноокись углерода, а не двуокись углерода и воду. Реакторы для парциального окисления хорошо известны в области преобразования газа в жидкости, а также в других областях, и настоящее воплощение представляет собой пример применения способа парциального облагораживания нефти с использованием хорошо понятных коммерчески доступных компонентов. Нагретая топливная смесь 9 и нагретый сжатый воздух 12 поступают в реактор 75 для парциального окисления с генерированием синтетического газа 76. Горячий синтетический газ 76 направляется через набор инжекторных сопел (не показаны), расположенных в реакторе для 66 облагораживания. В этом воплощении используется высокое отношение пара к природному газу в нагретой топливной смеси 9 для поддержания синтетического газа 76 при температуре приблизительно 1400°F (760°C). Это предотвращает высокотемпературные повреждения проточных трубопроводов и сопел, используемых для транспортировки синтетического газа 76 в реактор 66 для облагораживания. Эта приблизительная температура не является ограничением настоящего воплощения, но скорее является функцией температурной стойкости материалов, используемых для изготовления компонентов оборудования для облагораживания. Имитационное моделирование этого воплощения опять предполагает, что 40% нагретой тяжелой нефти 2 взаимодействует с синтетическим газом, а оставшиеся 60% представляют собой гасящий материал. Результаты имитационного моделирования этого воплощения приведены в табл.3. Продукт 21 сырой нефти содержит 60,7 молярных процентов крекированной тяжелой нефти и имеет улучшение плотности до 8,4 градусов АНИ.Another embodiment is shown in FIG. In this embodiment, the
Результаты имитационного моделирования воплощения способа парциального облагораживания нефти для реактора для парциального окисления, показанного на фиг.5Table 3
The results of the simulation of the embodiment of the partial refinement method of oil for the partial oxidation reactor shown in FIG. 5
Воплощение, изображенное на фиг.6, подобно воплощению фиг.5, за исключением того, что часть топливного газа 19 рециклируется в реактор 14 для облагораживания. Поскольку топливный газ 19 содержит реакционноспособные газы, водород и моноокись углерода, настоящее воплощение имеет уменьшенную потребность в природном газе 5, находящемся в топливной смеси 9. После того как топливный газ 19 сжимается в компрессоре 71, пар смешивается в смесителе 70 с топливным газом 19 для уменьшения коррозии металла с образованием пыли в печи 77. Смесь 72 нагревается в печи 77 предпочтительно до температуры, находящейся в диапазоне от 1000 до 1500°F (538-816°C), а более предпочтительно в диапазоне от 1200 до 1400°F (649-760°C), и смешивается с синтетическим газом в смесителе 69. В этом воплощении какое-либо количество, но предпочтительно от 0 до 70% топливного газа 19, может рециклироваться в смеситель 70. Имитационное моделирование опять предполагает, что 40% нагретой тяжелой нефти 2 взаимодействует с синтетическим газом, а оставшиеся 60% представляют собой гасящий материал.The embodiment depicted in FIG. 6 is similar to the embodiment of FIG. 5, except that part of the
Таблица 4 показывает, что использование природного газа 5 понижается на 45% благодаря использованию при имитационном моделировании рециклирования 50% топливного газа 19. Это, в свою очередь, уменьшает требования к объему нагретого сжатого воздуха 12 и пара 7. Эти уменьшения, в свою очередь, приводят к преимуществам понижения выбросов отходящего газа из печи 17 и понижения объема сточных вод 22. Продукт 21 сырой нефти содержит 61,9 молярных процентов компонентов крекированной тяжелой нефти. Альтернативная схема процесса, основывающаяся на этом воплощении, позволила бы рециклированному топливному газу обходить установку обработки газа. Это альтернатива имела бы преимущества уменьшения установки для обработки газа и позволила бы реакционноспособным радикалам сероводорода и водорода в непрореагировавшем топливном газе облегчить реакции облагораживания.Table 4 shows that the use of
Результаты имитационного моделирования воплощения способа парциального облагораживания нефти с реактором и рециклированным газом, показанного на фиг.6Table 4
The results of the simulation of the embodiment of the partial refinement method of oil with a reactor and recycled gas, shown in Fig.6
ПримерыExamples
Концепция способа парциального облагораживания нефти с объединенной реакторной системой демонстрируется в установке с непрерывным потоком, как изображено на фиг.9 и 10. Как показано на фиг.9, объединенный реактор 100 состоит из реакционной камеры 110 для облагораживания тяжелой нефти, расположенной поверх реакционной камеры 120 для парциального окисления, которые соединены с помощью фланцевого соединения 140. Реакционная камера 120 для парциального окисления имеет огнеупорную футеровку 130 с внутренним диаметром 150 в 4 дюйма и длиной камеры 160 в 16 дюймов. Природный газ, смешанный с паром 171 и воздухом 172, вводят в реакционную камеру 120 через торцевой смесительный инжектор 170. Зажигатель 180 с раскаленной поверхностью и электронным управлением используется для инициирования термической реакции парциального окисления. Горячий синтетический газ, генерируемый в реакционной камере 120, направляется в реакционную камеру 110 через проход 121 для синтетического газа и через отверстие выпускного сопла 190. Тяжелая сырая нефть 111 поступает в нижнюю часть реакционной камеры 110 через утопленную трубу 112. Нижняя секция реакционной камеры 110 имеет внутренний диаметр 113 в 4,9 дюйма и имеет огнеупорную футеровку 114 для уменьшения потерь тепла. Горячий синтетический газ инжектируется в смесительную камеру 191 выпускного сопла 190, где тяжелая сырая нефть и циркулирующие в реакторе текучие среды сначала вступают в контакт и взаимодействуют. Выходящий поток покидает камеру 191 сопла, и дополнительные реакции облагораживания осуществляются в реакционной камере 110. Облагороженная нефть 118 покидает реакционную камеру 110 через выход 119. Верхняя секция реакционной камеры 110 имеет внутренний диаметр 115 в 3 дюйма и длину 3 фута. Для измерения температуры реакции вдоль верхней части реакционной камеры 110 расположено множество термопар 116a, 116b, 116c, 116d, 116e, 116f, 116g. Гидродинамика реакционной камеры 110 находится под сильным влиянием выпускной силы выпускного сопла 190. В случае очень сильной выпускной силы молекулы тяжелой нефти до выхода из реакционной камеры 110 могут пройти через выпускное сопло 190 множество раз.The concept of a partial refining process for an oil with a combined reactor system is demonstrated in a continuous flow unit as shown in FIGS. 9 and 10. As shown in FIG. 9, the combined
Упрощенная схема способа парциального облагораживания нефти пилотной установки 290 изображена на фиг.10. Облагороженная сырая нефть и газообразный продукт 210 покидают реакционную камеру 110 и поступают в горячий сепаратор 200. Углеводороды и пары воды, покидающие горячий сепаратор 200, конденсируются в холодном сепараторе 220. Дополнительная жидкость из легких углеводородов и вода, содержащаяся в продукте газа, собираются в емкости ловушки 230. Обе жидкости из холодного сепаратора 220 и из емкости ловушки 230 объединяются в сепараторе нефти и воды 231, и легкая нефть 240 отделяется от воды 241. Затем легкая нефть 240 объединяется с тяжелой нефтью 250 из горячего сепаратора 200 с образованием облагороженной сырой нефти 260. Хотя и не изображенный на фиг.10 альтернативный поток процесса должен включать в себя рециклирование тяжелой нефти 250 из горячего сепаратора 200 обратно в реакционную камеру 110. Альтернативно, в реактор 110 может рециклироваться фракция газойлей легкой нефти 240 с получением в целом более легкого жидкого продукта с более высокой плотностью АНИ и с более низкой вязкостью. Газообразный продукт 270 покидает пилотную установку 290 и анализируется online с помощью газового хроматографа 280. Могут осуществляться различные характеризации облагороженной сырой нефти. Примеры двух наборов реакционных условий приводятся для иллюстрации, но не предназначены для ограничения каким-либо образом указанного способа.A simplified diagram of the method of partial refinement of
Пример 1Example 1
Битум Cold Lake используют в качестве тяжелой сырой нефти для демонстрации концепции способа парциального облагораживания нефти. Скорости потока для различных входных потоков и потоков продуктов и реакционные условия перечислены в таблице 5.Cold Lake bitumen is used as heavy crude oil to demonstrate the concept of a partial refining process. The flow rates for various input streams and product streams and reaction conditions are listed in table 5.
Преобразование 1050°F(565,6°C) = 39,6% массовогоCarbon material in general = 97.4% by mass
Conversion 1050 ° F (565.6 ° C) = 39.6% by mass
Даже при очень высокой температуре синтетического газа 1619°F (882°C) и низком парциальном давлении водорода (18% от давления синтетического газа) реакции облагораживания не производят продукт кокса. Это может быть связано с очень коротким временем реакции внутри камеры сопла и быстрым гашением текучей средой реактора после того, как выходящий поток реакции покидает камеру сопла. Воплощения настоящего изобретения дают меньше чем 1% массовый кокса по отношению к свежей поступающей нефти, альтернативно, менее чем 0,5% массового или менее чем 0,1% массового кокса. Реактор парциального облагораживания нефти является очень эффективным для сведения к минимуму вторичных реакций крекинга, как показывает очень низкий выход (<1% массового) газообразных легких углеводородов (C1-C4) по отношению к свежей поступающей нефти, как показано выше. Воплощения настоящего изобретения дают менее чем 4% массовых газообразных легких углеводородов (C1-C4) по отношению к свежей поступающей нефти, альтернативно, менее чем 3 или 2% массовых, или менее чем 1% массовый газообразных легких углеводородов (C1-C4). Воплощения настоящего изобретения дают более 80% массовых жидких продуктов. Жидкие продукты представляют собой материалы, которые являются жидкостями при комнатной температуре и не включают газы (C1-C4) и кокс. Воплощения настоящего изобретения обеспечивают получение больше 85, 90 или 95% массовых жидких продуктов.Even at a very high syngas temperature of 1619 ° F (882 ° C) and a low partial hydrogen pressure (18% of the syngas pressure), the refining reactions do not produce a coke product. This may be due to the very short reaction time inside the nozzle chamber and the rapid quenching by the reactor fluid after the effluent from the reaction chamber leaves the nozzle chamber. Embodiments of the present invention produce less than 1% by weight coke relative to fresh incoming oil, alternatively, less than 0.5% by weight or less than 0.1% by weight coke. The partial oil refining reactor is very effective in minimizing secondary cracking reactions, as it shows a very low yield (<1% mass) of gaseous light hydrocarbons (C 1 -C 4 ) with respect to the fresh incoming oil, as shown above. Embodiments of the present invention produce less than 4% by weight gaseous light hydrocarbons (C 1 -C 4 ) with respect to fresh incoming oil, alternatively, less than 3 or 2% by weight, or less than 1% by weight gaseous light hydrocarbons (C 1 -C 4 ). Embodiments of the present invention give more than 80% of the mass liquid products. Liquid products are materials that are liquids at room temperature and do not include gases (C 1 -C 4 ) and coke. Embodiments of the present invention provide more than 85, 90 or 95% by weight of liquid products.
Данные по качеству продукта в сравнении с исходным битумом Cold Lake перечислены в таблице 6. Даже при преобразовании при 1050°F (565,6°C), близком к 40%, облагороженная сырая нефть содержит только небольшую фракцию с температурой кипения ниже 350°F (177°C). Это может быть связано с неадекватным охлаждением выходной части пилотной установки, что может приводить к некоторым потерям фракции C5-C7 легкой нефти. Воплощения настоящего изобретения дают преобразование при 1050°F (565,6°C) по отношению к свежей поступающей нефти, равное более 30% массовых, альтернативно, более 35% массовых или более 37,5% массового. Облагороженная сырая нефть имеет гораздо более низкую вязкость, чем исходный битум, но имеет более высокие содержания углерода по Конрадсону и нерастворимого толуола. Элементный анализ показывает, что облагороженная сырая нефть имеет более высокое содержание водорода, чем исходный битум, при этом бромное число и P-фактор показывают, что облагороженная сырая нефть является очень стабильной.Product quality data compared to the original Cold Lake bitumen are listed in Table 6. Even when converted at 1050 ° F (565.6 ° C) close to 40%, refined crude oil contains only a small fraction with a boiling point below 350 ° F (177 ° C). This may be due to inadequate cooling of the outlet of the pilot plant, which can lead to some losses of the C 5 -C 7 fraction of light oil. Embodiments of the present invention give a conversion at 1050 ° F (565.6 ° C) with respect to fresh incoming oil equal to more than 30% by weight, alternatively, more than 35% by weight or more than 37.5% by weight. Refined crude oil has a much lower viscosity than the original bitumen, but has higher Conradson carbon and insoluble toluene. Elemental analysis shows that the refined crude oil has a higher hydrogen content than the original bitumen, while the bromine number and P-factor indicate that the refined crude oil is very stable.
Пример 2Example 2
Для этого исследования в качестве тяжелой сырой нефти используется битум Athabasca. Скорости потока для различных входных потоков и потоков продуктов и реакционные условия перечислены в таблице 7.Athabasca bitumen is used as heavy crude oil for this study. Flow rates for various input streams and product streams and reaction conditions are listed in table 7.
день0.89 barrel /
day
день0.17 barrel /
day
Преобразование 1050°F(565,6°C) = 39,1% массовогоCarbon material in general = 97.7% by mass
Conversion 1050 ° F (565.6 ° C) = 39.1% by mass
Скорость поступления битума (0,91 баррель/день) и температура синтетического газа (832°C) примера 2 меньше, чем в примере 1. Опять же, продукта кокса не наблюдается при преобразовании при 1050°F (565,6°C), близком к 40%. Для облагороженной сырой нефти достигается очень высокая степень понижения вязкости, как показано в таблице 8. Содержание углерода по Конрадсону облагороженного битума чуть ниже, чем у исходного битума, в то время как нерастворимый толуол поддерживается на том же уровне. Облагороженная сырая нефть имеет большее содержание водорода, чем исходный битум, как в примере 1. Как бромное число, так и P-фактор показывают, что облагороженная сырая нефть является стабильной без необходимости в дальнейшей гидрообработке.The bitumen delivery rate (0.91 barrel / day) and the synthesis gas temperature (832 ° C) of Example 2 are lower than in Example 1. Again, the coke product was not observed during conversion at 1050 ° F (565.6 ° C), close to 40%. For refined crude oil, a very high degree of viscosity reduction is achieved, as shown in Table 8. Conradson's carbon content of refined bitumen is slightly lower than that of the original bitumen, while insoluble toluene is maintained at the same level. Refined crude oil has a higher hydrogen content than the original bitumen, as in Example 1. Both the bromine number and the P-factor indicate that the refined crude oil is stable without the need for further hydroprocessing.
Должно быть понятно, что все предыдущее описание представляет собой только подробное описание конкретных воплощений настоящего изобретения. Другие воплощения могут использоваться, и многочисленные изменения в описанных воплощениях могут производиться в соответствии с описанием, приведенным здесь, без отклонения от духа или рамок настоящего изобретения. Например, каждое из указанных выше воплощений включает в себя использование отдельного инжекторного реактора или реактора облагораживания. Способ парциального облагораживания нефти не ограничивается таким образом. В частности, воплощения указанного способа, в которых более одного инжекторного реактора или реактора облагораживания используются последовательно, применяются для получения таким образом высоких эффективностей облагораживания. Указанный способ также может использоваться в воплощениях, в которых более одного инжекторного реактора или реактора облагораживания используются параллельно, с тем чтобы могла быть достигнута более высокая объемная пропускная способность при облагораживании тяжелой нефти. Каждое из этих воплощений находится в рамках настоящего изобретения. По этой причине предшествующее описание не предназначено для ограничения рамок настоящего изобретения. Скорее, рамки настоящего изобретения должны определяться только прилагаемой формулой изобретения и ее эквивалентами.It should be understood that the entire foregoing description is only a detailed description of specific embodiments of the present invention. Other embodiments may be used and numerous changes to the described embodiments may be made as described herein without departing from the spirit or scope of the present invention. For example, each of the above embodiments includes the use of a separate injection or refining reactor. The method of partial refinement of oil is not limited in this way. In particular, embodiments of the process, in which more than one injector reactor or refining reactor are used in series, are used to thereby obtain high refinement efficiencies. The specified method can also be used in embodiments in which more than one injection reactor or refining reactor are used in parallel, so that a higher volumetric throughput for refining heavy oil can be achieved. Each of these embodiments is within the scope of the present invention. For this reason, the foregoing description is not intended to limit the scope of the present invention. Rather, the scope of the present invention should be determined only by the attached claims and their equivalents.
Все документы, цитируемые здесь, полностью включаются в качестве ссылок для всех юрисдикций, в которых такое включение разрешается, и до той степени, когда они уже не согласуются с настоящим описанием. Хотя некоторые зависимые пункты формулы изобретения имеют одиночные зависимости, в соответствии с практикой, принятой в США, каждая из особенностей в любом из зависимых пунктов может объединяться с каждой из особенностей одного или нескольких других зависимых пунктов, зависящих от одного и того же независимого пункта или пунктов. Определенные особенности настоящего изобретения описаны в терминах набора численных верхних пределов и набора численных нижних пределов. Необходимо понять, что пределы, получаемые путем любого объединения этих пределов, находятся в рамках настоящего изобретения, если не указано иного.All documents cited here are fully incorporated by reference for all jurisdictions in which such inclusion is permitted, and to the extent that they are no longer consistent with this description. Although some dependent claims have single dependencies, in accordance with US practice, each of the features in any of the dependent claims may be combined with each of the features of one or more other dependent claims, depending on the same independent claim or claims . Certain features of the present invention are described in terms of a set of numerical upper limits and a set of numerical lower limits. You must understand that the limits obtained by any combination of these limits are within the scope of the present invention, unless otherwise indicated.
Claims (42)
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US10/657,360 US20040104147A1 (en) | 2001-04-20 | 2003-09-08 | Heavy oil upgrade method and apparatus |
US10/657,360 | 2003-09-08 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2004126967A RU2004126967A (en) | 2006-02-27 |
RU2340654C2 true RU2340654C2 (en) | 2008-12-10 |
Family
ID=34273475
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2004126967/04A RU2340654C2 (en) | 2003-09-08 | 2004-09-07 | Method and caustic reactor for heavy crude oil and product obtained from it |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
CA (1) | CA2475745A1 (en) |
RU (1) | RU2340654C2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2527281C1 (en) * | 2013-02-18 | 2014-08-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственная фирма ТИТАН" | Procedure for complex oil processing and installation for its implementation |
RU2612969C2 (en) * | 2012-08-20 | 2017-03-14 | Юоп Ллк | Hydrotreatment process and apparatus therefor |
-
2004
- 2004-07-23 CA CA 2475745 patent/CA2475745A1/en not_active Abandoned
- 2004-09-07 RU RU2004126967/04A patent/RU2340654C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2612969C2 (en) * | 2012-08-20 | 2017-03-14 | Юоп Ллк | Hydrotreatment process and apparatus therefor |
RU2527281C1 (en) * | 2013-02-18 | 2014-08-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственная фирма ТИТАН" | Procedure for complex oil processing and installation for its implementation |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2004126967A (en) | 2006-02-27 |
CA2475745A1 (en) | 2005-03-08 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2282784C2 (en) | Method and device for enriching heavy oil | |
US4426278A (en) | Process and apparatus for thermally cracking hydrocarbons | |
JPS601138A (en) | Thermal cracking process for selective production of olefin and aromatic hydrocarbon from hydrocarbon | |
US20070272538A1 (en) | Flash pyrolosis method for carbonaceous materials | |
CN108148617A (en) | For detaching the method and apparatus of particle from particle-fluid mixture | |
JPH0421717B2 (en) | ||
US20150165414A1 (en) | Methods and reactors for producing acetylene | |
US9771525B2 (en) | Method and apparatus for upgrading heavy oil | |
JPS6011585A (en) | Thermal cracking to produce petrochemicals selectively from hydrocarbon | |
US4166830A (en) | Diacritic cracking of hydrocarbon feeds for selective production of ethylene and synthesis gas | |
US20150361010A1 (en) | Apparatus and process for the conversion of methane into acetylene | |
RU2340654C2 (en) | Method and caustic reactor for heavy crude oil and product obtained from it | |
US20040104147A1 (en) | Heavy oil upgrade method and apparatus | |
US10508245B2 (en) | Integrated system for bitumen partial upgrading | |
US20150165411A1 (en) | Methods and reactors for producing acetylene | |
EP1747255A1 (en) | Process and installation for high temperature processing of heavy petroleum residues | |
CN105623709B (en) | A kind of steam cracking method | |
US7250449B2 (en) | High temperature hydrocarbon cracking | |
US20180282641A1 (en) | Integrated method for bitumen partial upgrading | |
JPS59168091A (en) | Thermal cracking process to produce olefin and synthetic cas from hydrocarbon | |
RU2497930C1 (en) | Procedure for pyrolysis of hydrocarbon stock | |
CN101454425A (en) | Flash pyrolysis method for carbonaceous materials | |
KR870000500B1 (en) | Partial oxidation of heavy refinery fractions |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090908 |