專利名稱：通過熱加壓水和采收流體將全原油改質(zhì)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在不使用外部供應(yīng)的氫的情況下通過利用采收(recovery)流體和在逐步減壓步驟后使該采收的原油與超臨界水流體接觸來將全原油改質(zhì)以制造用作烴原料的具有低硫、低氮、低金屬雜質(zhì)和高API比重的低傾點(diǎn)高價值原油的方法。
背景技術(shù)：
全世界對石油產(chǎn)品的需求近年來急劇增長，耗盡了大量已知的高價值輕質(zhì)原油貯藏。因此，生產(chǎn)公司將興趣轉(zhuǎn)向使用低價值的重質(zhì)原油以滿足未來日益增長的需求。但是， 由于使用重質(zhì)原油的現(xiàn)有精煉法不如使用輕質(zhì)原油的有效，由較重原油生產(chǎn)石油產(chǎn)品的煉油廠必須精煉更大體積的較重原油才能獲得相同體積的最終產(chǎn)品。但是不幸地，這不能應(yīng)對未來需求的預(yù)期增長。進(jìn)一步加劇該問題的是，許多國家已經(jīng)或計劃對基于石油的運(yùn)輸燃料的規(guī)格執(zhí)行更嚴(yán)格的規(guī)章。因此，石油工業(yè)試圖找出在精煉之前處理重質(zhì)原油的新方法以滿足對石油原料的日益提高的要求和改進(jìn)精煉工藝中所用的可得原油的品質(zhì)。全原油或未加工的原油是用于由生產(chǎn)井產(chǎn)生在任何精煉工藝之前的原油的一般術(shù)語。根據(jù)生產(chǎn)井的地理特征，全原油的組成極大地隨井而變。不幸地，許多新發(fā)現(xiàn)的井往往產(chǎn)生含有提高量的重餾分和除碳和氫外的雜質(zhì)的全原油。因此，隨著更多既有的較有價值的油井被耗盡，我們未來的供應(yīng)品大多由劣等原油構(gòu)成。一般而言，高密度原油提供較低量的較有價值的輕質(zhì)和中間餾出物。另外，高密度原油通常含有提高量的雜質(zhì)，如硫、氮和金屬，所有這些都要求在加氫處理中使用更高量的氫和能量以符合關(guān)于最終產(chǎn)品中的雜質(zhì)含量的嚴(yán)格規(guī)章。一般而言，重質(zhì)原油具有低API比重、高浙青質(zhì)含量、低中間餾出物收率、高硫含量、高氮含量和高金屬含量。這些性質(zhì)導(dǎo)致難以通過傳統(tǒng)精煉法精煉重質(zhì)原油以制造規(guī)格符合嚴(yán)格政府規(guī)章的最終石油產(chǎn)品。傳統(tǒng)裂化法低價值的重質(zhì)原油可以通過使用本領(lǐng)域已知的各種方法裂化重餾分來轉(zhuǎn)化成高價值的輕質(zhì)原油。傳統(tǒng)上，在氫存在下在升高的溫度下使用催化劑進(jìn)行裂化和清潔。但是， 這種類型的加氫處理在不使用大量氫和/或催化劑時在加工重質(zhì)和含硫原油時具有一定限制。另外，重質(zhì)原油原料的蒸餾和/或加氫處理產(chǎn)生大量浙青質(zhì)和重質(zhì)烴，它們必須進(jìn)一步裂化和加氫處理才能使用。浙青質(zhì)和重餾分的傳統(tǒng)加氫裂化和加氫處理法還需要高資本投資和顯著加工。許多煉油廠在將原油蒸餾成各種餾分后進(jìn)行傳統(tǒng)加氫處理，各餾分單獨(dú)加氫處理。因此，煉油廠必須針對各餾分使用復(fù)雜的單元操作。此外，在傳統(tǒng)加氫裂化和加氫處理工藝中使用顯著量的氫和昂貴的催化劑。這些工藝在嚴(yán)苛反應(yīng)條件下進(jìn)行以提高從重質(zhì)原油到更有價值的中間餾出物的收率和除去雜質(zhì)，如硫、氮和金屬。目前，使用大量的氫來調(diào)節(jié)由傳統(tǒng)精煉法制成的餾分的性質(zhì)以符合最終產(chǎn)品所需的低分子量規(guī)格；除去雜質(zhì)，如硫、氮和金屬；和提高基質(zhì)的氫/碳比。浙青質(zhì)和重餾分的加氫裂化和加氫處理是需要大量氫的工藝的實(shí)例，這兩種工藝都造成催化劑具有降低的周期
壽命ο因此，使用有效和低成本的方法僅裂化全原油的重質(zhì)部分是有益的，以使整個全原油物流由較有價值的輕餾分構(gòu)成，從而降低下游精煉成本。水熱裂化-超臨界水已經(jīng)在添加外部氫源的情況下使用超臨界水作為烴裂化所用的反應(yīng)介質(zhì)。水具有在大約705° F(3740C )和大約22. IMPa的臨界點(diǎn)。在這些條件之上，水的液體和氣體之間的相界消失，所得超臨界水表現(xiàn)出對有機(jī)化合物的高溶解度和與氣體的高混溶性。但是，如果全原油含有提高量的重質(zhì)烴分子，利用超臨界水將全原油改質(zhì)可具有嚴(yán)重的缺點(diǎn)。重質(zhì)烴分子比它們的較輕對應(yīng)物慢得多地溶解到超臨界水中。此外，具有纏結(jié)結(jié)構(gòu)的浙青質(zhì)分子不容易用超臨界水解開。因此，未與超臨界水接觸的重質(zhì)烴分子部分自身熱分解，造成大量的焦。因此，如果該全原油含有提高量的重質(zhì)烴，使用目前的方法使該全原油與超臨界水反應(yīng)造成反應(yīng)器內(nèi)的焦積聚。當(dāng)焦積聚在反應(yīng)器內(nèi)時，該焦充當(dāng)絕熱體并有效阻礙輻射熱遍布反應(yīng)器，從而造成提高的能量成本，因?yàn)椴僮髡弑仨毺岣哌\(yùn)行溫度以補(bǔ)償該積聚。此外，積聚的焦也能夠提高工藝管線中的壓降，造成能量成本的額外提高。防止焦積聚的另一可能的解決方案是提高全原油在反應(yīng)器內(nèi)的停留時間以溶解整個部分的原油和降低該反應(yīng)器的溫度；但是，該工藝的總體經(jīng)濟(jì)性和改質(zhì)性能降低。另外，反應(yīng)器設(shè)計的改進(jìn)可能有用；但是，這需要設(shè)計成本的大支出和可能最終證實(shí)不有益。 因此，需要促進(jìn)重油與超臨界水的有效接觸的方法，其不造成大量焦或運(yùn)行成本的顯著提
尚ο提高油采收率提高油采收率(EOR)是提高可從油田采出的油量的技術(shù)的一般術(shù)語。與使用一次和二次采收時的20-40%相比，使用E0R，可以提取油層的原始油的大約30-60%或更多。用于EOR的典型流體包括氣體、液體、水蒸汽或其它化學(xué)品，氣體注射是最常用的EOR技術(shù)。在氣體型EOR中，將氣體，如二氧化碳(CO2)、天然氣或氮?dú)庾⑷胗蛯?，在此其膨脹并由此將更多原油推至生產(chǎn)井眼。此外，該氣體溶解在原油中，這降低原油的粘度和改進(jìn)原油流過傳輸管的流速。在足以使其與該油層中的油一樣稠密的壓力下將(X)2泵入油層時，(X)2可能變得與油混溶。剛實(shí)現(xiàn)可混溶性的壓力被稱作最低混相壓力(MMP)。等于或高于其MMP時，CO2變成油的理想溶劑，因此其比水有效得多地從油層中置換油。其提取較輕烴組分，使油的總體積膨脹并降低其粘度以使其更易流動。CO2目前是最有前途的原油采收流體之一，因?yàn)槿芙獾腃02容易在生產(chǎn)后通過減壓與采收的原油分離。當(dāng)然，CO2在原油中的溶解度極大取決于壓力、溫度、氣/油比和該原油的組成。但是，控制CO2和原油的相行為的最簡單方式是改變壓力。在低壓下，CO2表現(xiàn)出在原油，特別是重餾分中的極低溶解度。另外，原油中的CO2溶解造成原油膨脹，從而提高原油中可能存在的浙青質(zhì)的溶解度。如上所述，高密度全原油與超臨界水接觸的缺點(diǎn)之一是產(chǎn)生大量低價值焦。這種焦生成是由超臨界水無法有效滲透整個高密度全原油，特別是該全原油的重餾分引起的。 但是，由于溶解在原油中的ω2使原油膨脹并因此變稀，將(X)2 EOR法與超臨界水結(jié)合能夠通過促進(jìn)重餾分溶解到超臨界水中來在不產(chǎn)生顯著量焦的情況下將全原油改質(zhì)。由于處理量太高，加工整個全原油物流在經(jīng)濟(jì)上不可行。因此，在僅接觸全原油的重質(zhì)部分以限制焦轉(zhuǎn)化、提高總油井產(chǎn)量和制造主要是高價值的輕餾分的最終原油的同時將CO2 EOR采收法與超臨界水裂化法結(jié)合的簡單和經(jīng)濟(jì)的方法是合意的。此外，既不需要外部供應(yīng)氫也不存在外部供應(yīng)的催化劑的用超臨界水流體將全原油改質(zhì)的改進(jìn)的方法是合意的。創(chuàng)造能夠?qū)⑷投仟?dú)立的餾分改質(zhì)以達(dá)到所需品質(zhì)的方法和裝置是有利的，以便可簡化精煉工藝和各種輔助設(shè)施。另外，有益的是不需要與需要供氫或除焦系統(tǒng)的其它方法相關(guān)的復(fù)雜設(shè)備或設(shè)施的改進(jìn)的方法，以致該方法可以在產(chǎn)地實(shí)施。發(fā)明_既述本發(fā)明涉及滿足這些需要中的至少一個的方法。本發(fā)明提供通過僅使一部分全原油物流與超臨界水接觸來將一部分全原油物流改質(zhì)的方法。本發(fā)明特別利用EOR法采收全原油，其中采收的全原油以逐步方式減壓以使該全原油的重餾分不再與采收流體混溶。隨后將該含有少量溶解的采收流體的重餾分物流送往合適的設(shè)備，在此使該重餾分物流與水在超臨界條件下接觸。由于該少量溶解的采收流體使重餾分物流膨脹，該重餾分物流能夠更容易用超臨界水改質(zhì)，以致較少成焦和降低運(yùn)行成本。此外，由于該方法僅將一部分全原油改質(zhì)，本發(fā)明的方法可以應(yīng)對更大的處理量，以使其可以在產(chǎn)地使用并進(jìn)一步降低總運(yùn)行費(fèi)用。在本發(fā)明的一個實(shí)施方案中，將全原油改質(zhì)的方法可包括在超過采收流體的最低混相壓力的壓力下向注入井中注入加壓的采收流體以使該采收流體可操作為掃過地下巖層(underground formation)以提高生產(chǎn)井的全原油采收率。在從生產(chǎn)井中采收時，該采收流體與全原油密切混合以產(chǎn)生高壓物流，其中該全原油包含輕餾分和重餾分。該高壓物流隨后在保持小部分采收流體在重餾分內(nèi)的混溶性的條件下減壓，并從該高壓物流中分離重餾分以形成輕質(zhì)原油物流和重餾分物流。該輕質(zhì)原油物流含有顯著部分的采收流體?？梢酝ㄟ^任何合適的設(shè)備，包括閃蒸器從該輕質(zhì)原油物流中分離采收流體以形成輕餾分物流。通過使該重餾分物流與水進(jìn)料物流在超臨界條件下接觸，將該重餾分物流重整成重整的重餾分，其中該重整的重餾分與全原油相比具有降低量的含浙青質(zhì)、硫、氮或金屬的物質(zhì)。在另一實(shí)施方案中，在從輕質(zhì)原油物流中分離所述顯著部分的采收流體后產(chǎn)生的輕餾分物流可以與所述重整的重餾分合并以產(chǎn)生改質(zhì)全原油，其中該改質(zhì)全原油具有比全原油更高的API比重和降低量的含浙青質(zhì)、硫、氮或金屬的物質(zhì)。在另一實(shí)施方案中，該采收流體選自氣體、液體、水蒸汽、化學(xué)品及其組合。在進(jìn)一步實(shí)施方案中，該氣體選自二氧化碳、氮?dú)狻⑻烊粴饧捌浣M合。在進(jìn)一步實(shí)施方案中，二氧化碳是優(yōu)選氣體。對于本發(fā)明目的，氣體是指在常溫常壓下既非固體也非液體的物質(zhì)。在另一實(shí)施方案中，重整該重餾分物流的步驟進(jìn)一步包括將該重餾分與水進(jìn)料物流合并以產(chǎn)生混合物，其中在不存在外部供應(yīng)的氫的情況下產(chǎn)生該混合物。隨后改變該混合物的溫度以使該混合物在反應(yīng)區(qū)中的溫度等于或高于水臨界溫度，以使該混合物中的至少一部分烴發(fā)生裂化以產(chǎn)生熱適應(yīng)的(adapted)混合物。將該熱適應(yīng)的混合物冷卻和減壓以產(chǎn)生減壓的適應(yīng)的混合物。將該減壓的適應(yīng)的混合物分離成氣體部分和液體部分，隨后將該液體部分分離成回收的水物流和重整的重餾分。在另一實(shí)施方案中，在不存在外部供應(yīng)的催化劑的情況下產(chǎn)生該混合物。在另一實(shí)施方案中，該反應(yīng)區(qū)包含具有內(nèi)部部分的主反應(yīng)器，其中該主反應(yīng)器是垂直取向的反應(yīng)器，以使該預(yù)熱混合物向下流經(jīng)該垂直取向的反應(yīng)器。在進(jìn)一步實(shí)施方案中，通過壓力調(diào)節(jié)設(shè)備將該熱適應(yīng)的混合物減壓。該壓力調(diào)節(jié)設(shè)備優(yōu)選是至少一個背壓調(diào)節(jié)器，更優(yōu)選是以并聯(lián)方式構(gòu)造的兩個或更多個背壓調(diào)節(jié)器。在另一實(shí)施方案中，重整該重餾分物流的步驟可以包括將水進(jìn)料物流和重餾分物流的壓力提高至超過水臨界壓力的目標(biāo)壓力。該重餾分物流與水進(jìn)料物流在略微升高的溫度下混合以形成混合物，選擇該溫度以使混合物在該略微升高的溫度下容易泵送。略微升高的溫度是與環(huán)境溫度相比略微升高的溫度。示例性的升高溫度包括50-150°C的溫度。將繼續(xù)保持在水臨界壓力之上的該混合物泵送至加熱區(qū)。在加熱區(qū)中將該混合物加熱到大約 150°C至350°C的溫度以形成預(yù)熱混合物。隨后將該預(yù)熱混合物送入反應(yīng)區(qū)。將反應(yīng)區(qū)內(nèi)的溫度提高至等于或高于水臨界溫度的目標(biāo)溫度，以使該預(yù)熱混合物的至少一些烴發(fā)生裂化，從而形成熱適應(yīng)的混合物，該反應(yīng)區(qū)基本不含外部提供的催化劑和基本不含外部提供的氫源。將該熱適應(yīng)的混合物冷卻和減壓以形成減壓的適應(yīng)的混合物。使用至少一個分離器將該減壓的適應(yīng)的混合物分離成氣體部分和液體部分，隨后使用至少一個油-水分離器將該液體部分分離成重整重餾分和回收的水物流。在另一實(shí)施方案中，該回收的水物流可以在超臨界條件下氧化以形成處理過的水物流，隨后可以通過將該處理過的水物流與水進(jìn)料物流合并，使該處理過的水物流再循環(huán)。 在本發(fā)明的另一實(shí)施方案中，該主反應(yīng)器可以是垂直取向的反應(yīng)器，以使該預(yù)熱混合物向下流經(jīng)該垂直取向的反應(yīng)器。在進(jìn)一步實(shí)施方案中，通過壓力調(diào)節(jié)設(shè)備將該熱適應(yīng)的混合物減壓。該壓力調(diào)節(jié)設(shè)備優(yōu)選是至少一個背壓調(diào)節(jié)器，更優(yōu)選是以并聯(lián)方式構(gòu)造的兩個或更多個背壓調(diào)節(jié)器。在另一實(shí)施方案中，重整該重餾分物流的步驟可以包括將水進(jìn)料物流和重餾分物流的壓力提高至超過水臨界壓力的目標(biāo)壓力。隨后將水進(jìn)料物流加熱至升高的溫度以形成加熱的水物流，以使該加熱的水物流處于超臨界態(tài)。重餾分物流與該加熱的水物流在混合區(qū)中混合以形成預(yù)熱混合物，其中該混合區(qū)位于反應(yīng)區(qū)附近，以使該預(yù)熱混合物保持超臨界態(tài)，隨后將該預(yù)熱混合物進(jìn)料入反應(yīng)區(qū)。將反應(yīng)區(qū)內(nèi)的溫度提高至等于或高于水臨界溫度的目標(biāo)溫度，以使該預(yù)熱混合物的至少一些烴發(fā)生裂化，從而形成熱適應(yīng)的混合物，該反應(yīng)區(qū)基本不含外部提供的催化劑和基本不含外部提供的氫源。將該熱適應(yīng)的混合物冷卻和減壓以形成冷卻的適應(yīng)的混合物。將冷卻的適應(yīng)的混合物減壓以形成減壓的適應(yīng)的混合物。使用至少一個液-氣分離器將該減壓的適應(yīng)的混合物分離成氣體部分和液體部分，并使用至少一個油-水分離器將該液體部分分離成重整重餾分和回收的水物流。在另一實(shí)施方案中，該回收的水物流可以在超臨界條件下氧化以形成處理過的水物流，隨后可以通過將該處理過的水物流與水進(jìn)料物流合并，使該處理過的水物流再循環(huán)。 在本發(fā)明的另一實(shí)施方案中，該主反應(yīng)器可以是垂直取向的反應(yīng)器，以使該預(yù)熱混合物向下流經(jīng)該垂直取向的反應(yīng)器。在進(jìn)一步實(shí)施方案中，通過壓力調(diào)節(jié)設(shè)備將該熱適應(yīng)的混合物減壓。該壓力調(diào)節(jié)設(shè)備優(yōu)選是至少一個背壓調(diào)節(jié)器，更優(yōu)選是以并聯(lián)方式構(gòu)造的兩個或更多個背壓調(diào)節(jié)器。本發(fā)明的方法不要求外部供應(yīng)氫和/或催化劑來將烴改質(zhì)。外部催化劑的不存在通過避免催化劑的成本以及使用外部催化劑時的操作缺陷而創(chuàng)造成本有效的方法。與其它熱裂化法相比，本發(fā)明的方法中的超臨界水流體也抑制焦炭的形成，因此提高液體收率。此外，超臨界水流體促進(jìn)質(zhì)量傳遞，這提高反應(yīng)速度。在一個實(shí)施方案中，預(yù)熱混合物在反應(yīng)區(qū)內(nèi)的停留時間為0. 1至30分鐘，更優(yōu)選5至15分鐘。本發(fā)明還提供將全原油改質(zhì)的裝置。在本發(fā)明的一個實(shí)施方案中，該裝置具有注入井、生產(chǎn)井、分餾設(shè)備和水熱重整設(shè)施。在一個實(shí)施方案中，該注入井與地下巖層流體連通。此外，該注入井可操作為接收加壓的采收流體和將該加壓的采收流體引入地下巖層。該加壓的采收流體在地下巖層內(nèi)與全原油密切混合以形成高壓物流，該高壓物流由采收流體和全原油構(gòu)成，其中該全原油包含輕餾分和重餾分。在一個實(shí)施方案中，該生產(chǎn)井與地下巖層流體連通以使該生產(chǎn)井可操作為從地下巖層產(chǎn)生高壓物流。在本發(fā)明的一個實(shí)施方案中，該分餾設(shè)備與生產(chǎn)井流體連通。該分餾設(shè)備可操作為以逐步方式將該高壓物流減壓，以便從該高壓物流中分離重餾分以形成輕質(zhì)原油物流和重餾分物流，同時小部分采收流體保持在重餾分內(nèi)的可混溶性，且該輕質(zhì)原油物流含有顯著部分的采收流體。在本發(fā)明的一個實(shí)施方案中，該水熱重整設(shè)施可操作為通過使該重餾分物流與水進(jìn)料物流在超臨界條件下接觸來將該重餾分物流重整成重整的重餾分，從而產(chǎn)生與全原油相比具有降低量的重餾分、含浙青質(zhì)、硫、氮或金屬的物質(zhì)的重整重餾分。在本發(fā)明的另一些實(shí)施方案中，該水熱重整設(shè)施具有混合區(qū)、預(yù)熱區(qū)、高壓泵送工具和反應(yīng)區(qū)。在一個實(shí)施方案中，該混合區(qū)包括超聲波發(fā)生器。此外，該混合區(qū)可操作為在略微升高的溫度下將重油與水進(jìn)料合并。預(yù)熱區(qū)與混合區(qū)流體相連，該預(yù)熱區(qū)可操作為將其內(nèi)容物加熱至最多大約 350°C的溫度。該高壓泵送工具可操作為提高該裝置內(nèi)的壓力以超過水的臨界壓力。該反應(yīng)區(qū)包括主反應(yīng)器的內(nèi)部部分，其中該反應(yīng)區(qū)與預(yù)熱區(qū)流體相連，且該主反應(yīng)器可操作為承受至少與水臨界溫度一樣高的溫度。另外，該主反應(yīng)器可操作為承受超過水臨界壓力的壓力。在本發(fā)明的一個實(shí)施方案中，該反應(yīng)區(qū)基本不含外部提供的催化劑和基本不含外部提供的氫源。在本發(fā)明的另一些實(shí)施方案中，該水熱重整設(shè)施還可以包括壓力調(diào)節(jié)設(shè)備、與該壓力調(diào)節(jié)設(shè)備流體相連的液-氣分離器、和與該液-氣分離器流體相連的水-油分離器。該液-氣分離器可操作為產(chǎn)生液體物流和氣體物流，且該水-油分離器可操作為產(chǎn)生回收的水物流和改質(zhì)烴物流。在本發(fā)明的另一實(shí)施方案中，該水熱重整設(shè)施還可以包括經(jīng)由回收的水物流與該水-油分離器流體相連的氧化反應(yīng)器。該氧化反應(yīng)器可操作為在該回收的水再循環(huán)和與水進(jìn)料合并之前清潔該回收的水。另外，本發(fā)明的方法和裝置可以容易地在全原油的產(chǎn)地使用，因?yàn)楸景l(fā)明的各種實(shí)施方案不需要與要求供氫或除焦系統(tǒng)的其它方法相關(guān)的復(fù)雜設(shè)備或設(shè)施。此外，該低傾點(diǎn)和高API比重原油具有低的硫、氮和金屬含量，這提高該原料的價值，因?yàn)橛纱藢⑦M(jìn)一步的昂貴加氫處理盡量降低。附圖簡述參照下列描述、權(quán)利要求和附圖更好地理解本發(fā)明的這些和其它特征、方面和優(yōu)點(diǎn)。但是，要指出，附圖僅例舉本發(fā)明的幾個實(shí)施方案，因此不應(yīng)被視為限制本發(fā)明的范圍， 因?yàn)槠湓试S其它同樣有效的實(shí)施方案。

圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施方案的工藝圖的透視圖。圖2是該方法的重整步驟的實(shí)施方案的更詳細(xì)視圖。圖3是該方法的重整步驟的另一實(shí)施方案的更詳細(xì)視圖。圖4顯示輕餾分和重餾分中的二氧化碳溶解度曲線。詳述本發(fā)明提供在不外部供應(yīng)氫或催化劑的情況下將全原油轉(zhuǎn)化成更有價值的原油原料的方法。該方法大致包括在壓力下將采收流體注入至注入井以使該采收流體掃過地下巖層并由此提高生產(chǎn)井的總產(chǎn)量。該方法進(jìn)一步包括以逐步方式將與采收流體密切混合的采收的全原油減壓，以分離構(gòu)成該全原油的輕餾分和重餾分。隨后將該重餾分送往用于重整的水熱改質(zhì)設(shè)施。該重整步驟大致包括使該重餾分與熱加壓水接觸以制造具有比全原油更高的API 比重和降低量的含浙青質(zhì)、硫、氮或金屬的物質(zhì)的重整重餾分。該重整步驟在不存在外加氫的情況下進(jìn)行。該熱加壓水在水的臨界溫度和壓力之上并表現(xiàn)出在本發(fā)明中用于實(shí)現(xiàn)所需最終結(jié)果的獨(dú)特性質(zhì)。熱加壓水通過促進(jìn)質(zhì)量擴(kuò)散、熱傳遞、分子內(nèi)或分子間氫轉(zhuǎn)移、穩(wěn)定用于抑制成焦的自由基化合物和除去雜質(zhì)，如含硫、氮和金屬的分子來提供使重質(zhì)組分裂化成低分子量烴所用的反應(yīng)介質(zhì)。盡管尚未確定去除雜質(zhì)的確切機(jī)制，但雜質(zhì)似乎吸收到水相中或集中在焦或改質(zhì)產(chǎn)品的重餾分中。通過使用超臨界水，從原油中分離這些雜質(zhì)以避免有害作用。該方法進(jìn)一步包括從輕質(zhì)原油物流中分離采收流體以形成輕餾分物流，并且在一個實(shí)施方案中，將該輕餾分物流與重整重餾分合并以形成改質(zhì)全原油。此外，從該輕質(zhì)原油物流中分離的采收流體可以回收和再循環(huán)以在注射步驟中再使用。本發(fā)明的上述實(shí)施方案提供從地下提取全原油和將該全原油的低價值重質(zhì)組分改質(zhì)的有效方法，所有這些都在使處理量保持正常水平的同時實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明是有利的，因?yàn)槠洳恍枰嘿F的催化劑以重整重餾分。此外，本發(fā)明提供不使用更傳統(tǒng)和更昂貴的蒸餾設(shè)備將全原油分餾成重餾分和輕餾分的實(shí)用方式。此外，本發(fā)明允許生產(chǎn)公司在產(chǎn)地將全原油改質(zhì)，而非將全原油轉(zhuǎn)移至遠(yuǎn)程地點(diǎn)進(jìn)行改質(zhì)，從而進(jìn)一步降低成本?，F(xiàn)在參照圖1，其代表本發(fā)明的一個實(shí)施方案，其中二氧化碳是采收流體。將儲存在二氧化碳儲罐[5]中的二氧化碳壓縮和經(jīng)由壓縮二氧化碳管線[7]注入至注入井[15] 中。使該壓縮二氧化碳的壓力保持在最低混相壓力(MMP)之上以確保二氧化碳在地下巖層 [17]中的全原油中的混溶性。該MMP隨井而變；但是，二氧化碳的MMP通常為2000psig至 4000psig。因此，該二氧化碳注射的運(yùn)行壓力通常為2000psig至5000psig。水也可以與二氧化碳一起注入以促進(jìn)原油采收率，這是公知的水氣交替設(shè)計(WAG)，并經(jīng)此引用并入本文。
該混溶的二氧化碳和全原油經(jīng)由生產(chǎn)井[25]達(dá)到地面，該高壓物流[27]隨后進(jìn)入分餾設(shè)備[35]，其中將壓力降至低于MMP，但高于特定值，以使該高壓物流的重質(zhì)部分變得與二氧化碳不混溶。在一個實(shí)施方案中，分餾設(shè)備[35]的壓力保持在接近二氧化碳臨界壓力(1073psig)的壓力范圍內(nèi)。優(yōu)選的壓力范圍為500psig至2000psig，更優(yōu)選 1，OOOpsig至l，300psig。分餾設(shè)備[35]內(nèi)的溫度保持在0°C至50°C，優(yōu)選20°C至40°C的范圍內(nèi)。隨后將仍含有少量二氧化碳的被稱作重餾分物流W]的這種重質(zhì)部分送往水熱重整設(shè)施[45]，由此重餾分物流[4]與水在超臨界條件下接觸，以產(chǎn)生重整重餾分[92]。 重餾分物流W]內(nèi)少量二氧化碳的存在提供兩種益處。首先，被重餾分物流溶解的二氧化碳降低粘度，以使該物流更容易流動。其次，如上所述，溶解的二氧化碳降低該重餾分的密度，以使超臨界水更有效地與重油分子相互作用，這造成更好轉(zhuǎn)化率、降低的焦油生成量和較低的運(yùn)行成本。包含顯著部分二氧化碳和該全原油的輕餾分的輕質(zhì)原油物流[37]離開分餾設(shè)備 [35]和進(jìn)入二氧化碳分離器[55]，其中通過將壓力降至大約大氣壓，除去殘留二氧化碳； 留下輕餾分物流[59]。該分離的二氧化碳經(jīng)由再循環(huán)二氧化碳管線[57]再循環(huán)回二氧化碳儲罐[5]。隨后將輕餾分物流[59]進(jìn)料入改質(zhì)全原油儲罐[65]，在此其與重整重餾分 [92]合并儲存。最終產(chǎn)物——改質(zhì)全原油[96]可隨后運(yùn)輸以供進(jìn)一步精煉。圖2代表水熱重整設(shè)施W5]的一個實(shí)施方案。將水進(jìn)料物流[2]進(jìn)料入儲水罐 [10]，在此隨后使用高壓計量水泵[20]將水進(jìn)料物流[2]泵送至該方法的混合區(qū)[30]。類似地將重餾分物流[4]進(jìn)料入重餾分儲罐[11]，在此隨后使用高壓計量重餾分泵[21]將重餾分物流[4]泵送至該方法的混合區(qū)[30]。在混合區(qū)[30]之前，重餾分物流[4]處于允許流動的溫度；但是，該溫度優(yōu)選不超過150°C。這兩個物流在混合區(qū)[30]合并形成混合物 [32]。隨后將混合物[32]進(jìn)料入加熱區(qū)[40]，在此將該溫度提高到在150至400°C，更優(yōu)選150至350°C范圍內(nèi)的溫度以形成預(yù)熱混合物W2]。隨后將預(yù)熱混合物W2]進(jìn)料入主反應(yīng)器[50]，其中溫度和壓力接近或超過水的臨界點(diǎn)，以使預(yù)熱混合物W2]的至少一些烴發(fā)生裂化，以形成熱適應(yīng)的混合物[52]，主反應(yīng)器[50]具有基本不含外部提供的催化劑和基本不含外部提供的氫源的內(nèi)部部分。隨后使用任何可接受的冷卻工具[60]，優(yōu)選熱交換器冷卻熱適應(yīng)的混合物[52]，以產(chǎn)生冷卻的適應(yīng)的混合物W2]。冷卻的適應(yīng)的混合物W2]隨后通過壓力調(diào)節(jié)設(shè)備[70]減壓以產(chǎn)生減壓的適應(yīng)的混合物[72]。在一個實(shí)施方案中，壓力調(diào)節(jié)設(shè)備[70]包含至少兩個背壓調(diào)節(jié)器，更優(yōu)選三個背壓調(diào)節(jié)器[70a，70b，70c](以并聯(lián)方式連接)。該布置有利地在主背壓調(diào)節(jié)器堵塞的情況下提供繼續(xù)運(yùn)行。減壓的適應(yīng)的混合物[72]隨后進(jìn)入液-氣分離器[80]， 在此將減壓的適應(yīng)的混合物[72]分離成氣體部分[82]和液體部分[84]。隨后將液體部分 [84]進(jìn)料入油-水分離器[90]以產(chǎn)生重整重餾分[92]和回收的水[94]。在另一實(shí)施方案中，回收的水[94]可以在儲水罐[10]之前或之后再循環(huán)和再用作水進(jìn)料物流[2]。圖3代表在混合區(qū)[30]之前將水進(jìn)料物流[2]預(yù)熱至超臨界條件的一個實(shí)施方案。在此實(shí)施方案中，將水進(jìn)料物流[2]進(jìn)料入儲水罐[10]，在此隨后使用高壓計量水泵 [20]將水進(jìn)料物流[2]泵送至該方法。但是，不先與重餾分物流[4]混合，而是將水進(jìn)料物流[2]在加熱區(qū)W0]中加熱以形成加熱的水物流[41]，其中加熱的水物流Wl]處于超臨
11界態(tài)。類似地將重餾分物流[4]進(jìn)料入高蠟原油儲罐[11]，在此隨后使用高壓計量重餾分泵[21]將重餾分物流[4]泵送至該方法的混合區(qū)[30]。在混合區(qū)[30]之前，重餾分物流 [4]處于允許流動的溫度；但是，優(yōu)選不超過150°C。重餾分物流[4]和加熱的水物流Wl] 在混合區(qū)[30](其優(yōu)選接近主反應(yīng)器[50])合并，以產(chǎn)生預(yù)熱混合物W2]。預(yù)熱混合物W2]進(jìn)入主反應(yīng)器[50]，其中溫度和壓力接近或超過水的臨界點(diǎn)，以使預(yù)熱混合物W2]的至少一些烴發(fā)生裂化，以形成熱適應(yīng)的混合物[52]，主反應(yīng)器[50] 基本不含外部提供的催化劑和基本不含外部提供的氫源。隨后使用任何可接受的冷卻工具[60]，優(yōu)選熱交換器冷卻熱適應(yīng)的混合物[52]，以產(chǎn)生冷卻的適應(yīng)的混合物W2]。冷卻的適應(yīng)的混合物W2]隨后通過壓力調(diào)節(jié)設(shè)備[70]減壓以產(chǎn)生減壓的適應(yīng)的混合物[72]。 在一個實(shí)施方案中，壓力調(diào)節(jié)設(shè)備[70]包含至少兩個背壓調(diào)節(jié)器，更優(yōu)選三個背壓調(diào)節(jié)器 [70a, 70b, 70c](以并聯(lián)方式連接)。該布置有利地在主背壓調(diào)節(jié)器堵塞的情況下提供繼續(xù)運(yùn)行。減壓的適應(yīng)的混合物[72]隨后進(jìn)入液-氣分離器[80]，在此將減壓的適應(yīng)的混合物 [72]分離成氣體部分[82]和液體部分[84]。隨后將液體部分[84]進(jìn)料入油-水分離器 [90]以產(chǎn)生重整重餾分[92]和回收的水[94]。在另一實(shí)施方案中，回收的水[94]可以在儲水罐[10]之前或之后再循環(huán)和再用作水進(jìn)料物流[2]。圖4顯示作為壓力的函數(shù)的二氧化碳的大致溶解度曲線。一般而言，二氧化碳更容易溶解在具有較低分子量的油餾分而非具有較高分子量的油餾分中。曲線1代表二氧化碳溶解到重餾分中的溶解度曲線，而曲線2代表二氧化碳溶解到輕餾分中的溶解度曲線。 在本發(fā)明中，壓力A代表離開生產(chǎn)井的高壓物流的壓力，壓力B是圖1中的分餾設(shè)備[35] 的壓力。如圖4中所示，二氧化碳在重餾分中的溶解度比其在輕餾分中的溶解度更快地降低。正是這種溶解度差異允許本發(fā)明成功地將重餾分與該高壓物流的其余部分分離。實(shí)際上，壓力A應(yīng)超過實(shí)測或預(yù)測的采收流體的MMP?？梢酝ㄟ^進(jìn)行一系列實(shí)驗(yàn)來最佳地選擇壓力B。直覺上，如果壓力B太高，分離較少重餾分，這限制總轉(zhuǎn)化率；但是，如果壓力B設(shè)置太低，相對顯著部分的輕餾分被送入水熱重整設(shè)施，這需要更大的設(shè)備和更多動力以使該額外的輕餾分流貫穿水熱設(shè)施。在任一情況下，該方法的總效率降低。因此，應(yīng)該進(jìn)行實(shí)驗(yàn)以優(yōu)化圖1的分餾設(shè)備[35]的運(yùn)行壓力，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員顯而易見的許多其它變量中，尤其將例如所用采收流體的類型、 全原油的獨(dú)特特性、設(shè)備特性和所需處理量計入考慮。盡管僅以其一些形式顯示或描述本發(fā)明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是，本發(fā)明不限于此，而是可以在不背離本發(fā)明范圍的情況下作出各種變動。
權(quán)利要求
1.將全原油改質(zhì)的方法，該方法包括下列步驟在超過采收流體的最低混相壓力的壓力下向注入井中注入加壓的采收流體以使該采收流體可操作為掃過地下巖層以提高生產(chǎn)井的全原油采收率，在從生產(chǎn)井中采收時，該采收流體與全原油密切混合以產(chǎn)生高壓物流，其中該全原油包含輕餾分和重餾分；在保持小部分采收流體在重餾分內(nèi)的混溶性的條件下將該高壓物流減壓，并從該高壓物流中分離重餾分以形成輕質(zhì)原油物流和重餾分物流，該輕質(zhì)原油物流含有顯著部分的采收流體；從該輕質(zhì)原油物流中分離采收流體以形成輕餾分物流；通過使該重餾分物流與水進(jìn)料物流在超臨界條件下接觸，將該重餾分物流重整成重整重餾分，其中該重整重餾分與全原油相比具有降低量的重餾分、含浙青質(zhì)、硫、氮或金屬的物質(zhì)。
2.權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括將輕餾分物流與重整重餾分合并以產(chǎn)生改質(zhì)全原油，其中該改質(zhì)全原油與全原油相比具有降低量的重餾分、含浙青質(zhì)、硫、氮或金屬的物質(zhì)。
3.權(quán)利要求1的方法，其中該采收流體選自氣體、液體、水蒸汽、化學(xué)品及其組合。
4.權(quán)利要求1的方法，其中該采收流體是選自二氧化碳、氮?dú)?、天然氣及其組合的氣體。
5.權(quán)利要求1的方法，其中該采收流體是二氧化碳。
6.權(quán)利要求1的方法，其中從該輕質(zhì)原油物流中分離采收流體的步驟包括閃蒸器。
7.權(quán)利要求1的方法，其中重整該重餾分物流的步驟進(jìn)一步包括將該重餾分與水進(jìn)料物流合并以產(chǎn)生混合物，其中在不存在外部供應(yīng)的氫的情況下產(chǎn)生該混合物；改變該混合物的溫度以使該混合物在反應(yīng)區(qū)中的溫度等于或高于水臨界溫度，以使該混合物中的至少一部分烴發(fā)生裂化以產(chǎn)生熱適應(yīng)的混合物；將該熱適應(yīng)的混合物冷卻并減壓以產(chǎn)生減壓的適應(yīng)的混合物； 將該減壓的適應(yīng)的混合物分離成氣體部分和液體部分；和將該液體部分分離成回收的水物流和重整重餾分。
8.權(quán)利要求7的方法，其中在不存在外部供應(yīng)的催化劑的情況下產(chǎn)生該混合物。
9.權(quán)利要求7的方法，其中該反應(yīng)區(qū)包含具有內(nèi)部部分的主反應(yīng)器，該主反應(yīng)器包含垂直取向的反應(yīng)器，以使該預(yù)熱混合物向下流經(jīng)該垂直取向的反應(yīng)器。
10.權(quán)利要求7的連續(xù)方法，其中通過壓力調(diào)節(jié)設(shè)備將該熱適應(yīng)的混合物減壓，該壓力調(diào)節(jié)設(shè)備包含至少一個背壓調(diào)節(jié)器。
11.權(quán)利要求10的連續(xù)方法，其中該壓力調(diào)節(jié)設(shè)備包括以并聯(lián)方式構(gòu)造的兩個或更多個背壓調(diào)節(jié)器。
12.權(quán)利要求1的方法，其中重整該重餾分物流的步驟進(jìn)一步包括將水進(jìn)料物流和重餾分物流的壓力提高至目標(biāo)壓力，該目標(biāo)壓力超過水臨界壓力； 將該重餾分物流與水進(jìn)料物流在略微升高的溫度混合以形成混合物，選擇該溫度以使混合物在該略微升高的溫度下能夠容易地泵送；在超過水臨界壓力的壓力下將該混合物泵送至加熱區(qū)；在加熱區(qū)中將該混合物加熱到大約150°C至350°C的溫度以形成預(yù)熱混合物；將該預(yù)熱混合物進(jìn)料入反應(yīng)區(qū)；將反應(yīng)區(qū)內(nèi)的溫度提高至等于或高于水臨界溫度的目標(biāo)溫度，以使該預(yù)熱混合物的一部分烴發(fā)生裂化，以形成熱適應(yīng)的混合物，該反應(yīng)區(qū)基本不含外部提供的催化劑和基本不含外部提供的氫源；將該熱適應(yīng)的混合物冷卻和減壓以形成減壓的適應(yīng)的混合物；使用至少一個分離器將該減壓的適應(yīng)的混合物分離成氣體部分和液體部分；和使用至少一個油-水分離器將該液體部分分離成重整重餾分和回收的水物流。
13.權(quán)利要求12的方法，進(jìn)一步包括在超臨界條件下氧化該回收的水物流以形成處理過的水物流；和通過將該處理過的水物流與水進(jìn)料物流合并，使該處理過的水物流再循環(huán)。
14.權(quán)利要求1的方法，其中重整該重餾分物流的步驟進(jìn)一步包括 將水進(jìn)料物流和重餾分物流的壓力提高至超過水臨界壓力的目標(biāo)壓力；將水進(jìn)料物流加熱至升高的溫度以形成加熱的水物流，以使該加熱的水物流處于超臨界態(tài)；使重餾分物流與該加熱的水物流在混合區(qū)中混合以形成預(yù)熱混合物，其中該混合區(qū)位于反應(yīng)區(qū)附近，以使該預(yù)熱混合物保持超臨界態(tài)； 將該預(yù)熱混合物進(jìn)料入反應(yīng)區(qū)；將反應(yīng)區(qū)內(nèi)的溫度提高至等于或高于水臨界溫度的目標(biāo)溫度，以使該預(yù)熱混合物的至少一些烴發(fā)生裂化，以形成熱適應(yīng)的混合物，該反應(yīng)區(qū)基本不含外部提供的催化劑和基本不含外部提供的氫源；將該熱適應(yīng)的混合物冷卻和減壓以形成減壓的適應(yīng)的混合物； 使用至少一個液_氣分離器將該減壓的適應(yīng)的混合物分離成氣體部分和液體部分；和使用至少一個油_水分離器將該液體部分分離成重整重餾分和回收的水物流。
15.權(quán)利要求14的方法，進(jìn)一步包括在超臨界條件下氧化該回收的水物流以形成處理過的水物流；和通過將該處理過的水物流與水進(jìn)料物流合并，使該處理過的水物流再循環(huán)。
16.將全原油改質(zhì)的裝置，該裝置包括注入井，其與地下巖層流體連通，該注入井可操作為接收加壓的采收流體和將該加壓的采收流體引入地下巖層，在此該加壓的采收流體在地下巖層內(nèi)與全原油密切混合以形成高壓物流，該高壓物流包含采收流體和全原油，其中該全原油包含輕餾分和重餾分； 生產(chǎn)井，其與地下巖層流體連通，該生產(chǎn)井可操作為從地下巖層產(chǎn)生高壓物流； 分餾設(shè)備，其與生產(chǎn)井流體連通，其中該分餾設(shè)備可操作為以逐步方式將該高壓物流減壓，以便從該高壓物流中分離重餾分以形成輕質(zhì)原油物流和重餾分物流，其中小部分采收流體保持在重餾分內(nèi)的可混溶性，和其中該輕質(zhì)原油物流含有顯著部分的采收流體；和水熱重整設(shè)施，其可操作為通過使該重餾分物流與水進(jìn)料物流在超臨界條件下接觸來將該重餾分物流重整成重整重餾分，其中該重整重餾分與全原油相比具有降低量的重餾分、含浙青質(zhì)、硫、氮或金屬的物質(zhì)。
17.權(quán)利要求16的裝置，其中該水熱重整設(shè)施包括混合區(qū)，其可操作為在略微升高的溫度接收重餾分與水進(jìn)料以產(chǎn)生重油/水混合物；預(yù)熱區(qū)，其與該混合區(qū)流體相連，該預(yù)熱區(qū)可操作為將該重油/水混合物加熱至最多大約350°C的溫度；高壓泵送工具，該高壓泵送工具可操作為將該重油/水混合物的壓力提高至至少水的臨界壓力；和反應(yīng)區(qū)，其與預(yù)熱區(qū)流體相連；該反應(yīng)區(qū)包含主反應(yīng)器的內(nèi)部部分，該主反應(yīng)器可操作為承受至少與水臨界溫度一樣高的溫度；該主反應(yīng)器可操作為承受超過水臨界壓力的壓力，該反應(yīng)區(qū)基本不含外部提供的催化劑和基本不含外部提供的氫源。
18.權(quán)利要求17的裝置，其中該混合區(qū)進(jìn)一步包括超聲波發(fā)生器，其可操作為對該重油/水混合物施以空化作用和進(jìn)一步通過產(chǎn)生亞微乳狀液來誘發(fā)重油/水混合物的混合。
19.權(quán)利要求17的裝置，進(jìn)一步包括壓力調(diào)節(jié)設(shè)備；液_氣分離器，其與該壓力調(diào)節(jié)設(shè)備流體相連，該液_氣分離器可操作為產(chǎn)生液體物流和氣體物流；和水_油分離器，其經(jīng)由液體物流與該液_氣分離器流體相連，該水_油分離器可操作為產(chǎn)生回收的水物流和改質(zhì)烴物流。
20.權(quán)利要求19的裝置，其中該回收的水物流可以再循環(huán)和與水進(jìn)料合并，且該裝置進(jìn)一步包括與該回收的水物流流體相連的氧化反應(yīng)器，該氧化反應(yīng)器可操作為經(jīng)由氧化來清潔該回收的水物流。
全文摘要
將全原油改質(zhì)的方法，其利用采收流體，以逐步方式將提取的全原油/采收流體混合物減壓，隨后使至少一部分全原油與超臨界水流體接觸以制造用作烴原料的具有低硫、低氮和低金屬雜質(zhì)的高價值原油。
文檔編號C10G31/06GK102159675SQ200880125753
公開日2011年8月17日 申請日期2008年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月28日
發(fā)明者K-H·焦 申請人:沙特阿拉伯石油公司