Способ очистки тяжелой нефти и битума

Способ очистки тяжелой нефти и битума

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0001] Настоящее изобретение относится к модификациям способов повышения качества битума и тяжелой нефти для синтезирования синтетической неочищенной нефти и к другим операциям для эффективного получения ценных углеводородных побочных продуктов и обеспечивает получение высококачественных очищенных топливных продуктов, таких как нафта, бензин, дизельное топливо и топливо для реактивных двигателей, для коммерческого применения.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] Хорошо известно, что некоторые формы углеводородов требуют улучшения качества либо для их транспортировки, либо для повышения продажной стоимости. Кроме того, обычные нефтеперерабатывающие заводы не подходят для переработки тяжелой нефти, битума и т.п. и, таким образом, для проведения нефтепереработки следует изменить вязкость, плотность и содержание примесей, таких как тяжелые металлы, сера и азот, присутствующие в указанных тяжелых материалах. Повышение качества в основном направлено на уменьшение вязкости и содержания серы, металлов и асфальтена в битуме.

[0003] Одна из проблем, связанная с повышением качества тяжелой нефти и битума, состоит в том, что для обеспечения рыночной ценности и выхода продукта асфальтены и тяжелые фракции должны быть удалены или модифицированы. Типичные установки для повышения качества нефти осложняют указанную проблему из-за образования нефтяного кокса или остатка от перегонки, что приводит к образованию нежелательных отходов. Такие отходы, поскольку их невозможно легко конвертировать с помощью общепринятых способов, обычно удаляют из процесса, что приводит к уменьшению суммарного выхода ценного углеводородного материала, образующегося в процессе повышения качества.

[0004] Способ Фишера-Тропша нашел большое применение в процедурах синтеза углеводородов и синтеза топлива. Указанный способ использовался в течение десятилетий и способствовал получению углеводородов из некоторых материалов, таких как уголь, остаток от перегонки нефти, нефтяной кокс и биомасса. В последние несколько лет большой интерес вызывает конверсия альтернативных энергетических ресурсов, учитывая растущие экологические проблемы в связи с загрязнением окружающей среды, снижение мировых запасов традиционного углеводородного топлива и растущую обеспокоенность по поводу управления прудами-хвостохранилищами вместе с повышением расходов на извлечение, повышение качества и очистку тяжелых углеводородных ресурсов. Основные производители в области синтетических топлив значительно расширили уровень техники в данной технологической сфере за счет ряда запатентованных усовершенствований и находящихся на рассмотрении заявок в форме публикаций. Податель одной из находящихся одновременно на рассмотрении заявок США №13/024925 описал протокол для синтеза топлива.

[0005] Примеры последних достижений, которые были сделаны в этой области техники, включают признаки, описанные Espinoza с соавторами в патенте США №6958363, выданном 25 октября 2005 года, Bayle с соавторами в патенте США №7214720, выданном 8 мая 2007 года, Schanke с соавторами в патенте США №6696501, выданном 24 февраля 2004 года.

[0006] В отношении другого успеха, который был достигнут в этой области техники, данный уровень техники изобилует значительными достижениями не только в сфере газификации твердых углеродных сырьевых материалов, но также, среди прочего, в методологии получения синтез-газа, управлении водородом и монооксидом углерода в установке XTL (для превращения газа, угля или биомассы в жидкое топливо), управлении водородом в реакторах Фишера-Тропша и превращении исходного сырья на основе углерода в углеводородные жидкие легко транспортируемые топлива. Ниже приведен репрезентативный перечень других таких ссылок. Указанный перечень включает: патенты США №№7776114; 6765025; 6512018; 6147126; 6133328; 7855235; 7846979; 6147126; 7004985; 6048449; 7208530; 6730285; 6872753, а также публикации заявок на патент США US 2010/0113624; US 2004/0181313; US 2010/0036181; US 2010/0216898; US 2008/0021122; US 2008/0115415; и US 2010/0000153.

[0007] Способ Фишера-Тропша (Ф-Т) имеет несколько значительных преимуществ при применении в процессе в установке для повышения качества битума, при этом одно из преимуществ состоит в возможности превращения образовавшихся ранее нефтяного кокса и остатка от перегонки в ценную, синтетическую неочищенную нефть (SCO) высокого качества и высококачественные продукты нефтепереработки с заметно повышенным содержанием парафинов. Дополнительное значительное преимущество состоит в том, что выход при обработке неочищенного битума с получением продуктов нефтепереработки составляет около или больше 100%, более конкретно больше 130%, на от 35% до 65% больше по сравнению с выходом продуктов в некоторых процессах в современных установках для повышения качества. Еще одно преимущество заключается в отсутствии отходов в виде нефтяного кокса и остатка после перегонки нефти, воздействующих на окружающую среду, что, таким образом, в целом улучшает утилизацию битумных ресурсов.

[0008] Дополнительное преимущество применения процесса Ф-Т в установке для повышения качества битума состоит в том, что побочные продукты Ф-Т можно частично и полностью смешать с перегнанными, отделенными или обработанными фракциями из сырьевого потока битума или тяжелой нефти с получением и улучшением качества нефтезаводских продуктов, таких как дизельное топливо и топливо для реактивных двигателей. Значительное общее преимущество состоит в том, что эффективность превращения углерода составляет больше 90%, что обеспечивает значительное снижение выбросов технологических парниковых газов (GHG) и 100% превращение ресурса битума или тяжелой нефти без образования бесполезных побочных продуктов.

[0009] Дополнительное преимущество применения процесса Ф-Т в установке для повышения качества битума состоит в том, что получают малосернистое синтетическое дизельное топливо (syndiesel) с высоким содержанием парафинов и цетана. Более конкретно, полезные побочные продукты, образующиеся в процессе Ф-Т, такие как парафинистая нафта и пары Ф-Т (такие как метан и сжиженные нефтяные газы (LPG)), имеют особое значение в процессе, протекающем в установке для повышения качества битума, и в предшествующих типовых процессах. Пары Ф-Т, практически не содержащие соединения серы, можно использовать в качестве топлива в установке повышения качества или в качестве исходного сырья для производства водорода, что позволяет частично удовлетворить требования в отношении природного газа. Нафту Ф-Т, в основном парафинистую по природе, также можно использовать при производстве водорода, но, кроме того, благодаря ее уникальной парафинистой природе, указанную нафту также можно использовать в качестве эффективного растворителя для деасфальтизации, труднодоступного при операциях в современных установках для повышения качества.

[0010] Кроме того, было убедительно подтверждено документами, что применение парафинистой нафты Ф-Т в качестве растворителя в установках для обработки пены нефтеносных песков улучшает процесс и эффективность удаления мелкодисперсных хвостов и воды при пониженном отношении разбавителя к битуму (D/B) и сравнительно низком давлении пара. Это имеет значительные преимущества с точки зрения уменьшения размера и стоимости дорогостоящих сепараторов и отстойников и повышения их показателей разделения и характеристик производительности. Применение указанной нафты позволяет получить практически сухое сырье в виде битумной пены (<0,5 основного осадка и воды) для подачи в установку для повышения качества при одновременном улучшении влияния на пруд-хвостохранилище.

[0011] Обсудив, таким образом, в целом целесообразность применения способа Фишера-Тропша при синтезировании из синтез-газа жидкостей Ф-Т, было бы полезно рассмотреть известный уровень техники и, в частности, область техники, связанную с повышением качества и газификацией тяжелого углеводородного сырья.

[0012] Одним из примеров в этой области известного уровня техники являются принципы, изложенные Rettger с соавторами в патенте США №7407571, выданном 5 августа 2008 года. В указанной ссылке компания Ormat Industries Ltd. называется в качестве заявителя и описывается способ получения малосернистой синтетической неочищенной нефти из тяжелого углеводородного сырья. Как указывают патентообладатели, в предложенном способе качество тяжелого углеводорода повышают для получения дистиллятного сырья, содержащего высокосернистые продукты и высокоуглеродистые побочные продукты. Побочные продукты с высоким содержанием углерода подвергают газификации в газификаторе с получением синтез-газа и высокосернистых побочных продуктов. Указанный способ дополнительно включает гидроочистку высокосернистых продуктов вместе с газообразным водородом с получением газа и малосернистой неочищенной нефти. Водород извлекают из синтетического топливного газа в установке для извлечения. При описании предложенного способа также указывают, что дополнительный газообразный водород обрабатывают и также получают обедненный водородом синтетический топливный газ. Дополнительный газообразный водород подают в установку гидроочистки и стадию газификации проводят в присутствии воздуха или кислорода. Газовую смесь подвергают скрубберной очистке с получением серосодержащей воды и чистой высокосернистой газовой смеси. Затем высокосернистую газовую смесь обрабатывают с помощью мембран с получением из синтетического топливного газа малосернистого синтетического топливного газа и обогащенной водородом газовой смеси. Общий процесс является вполне эффективным, однако он не пользуется преимуществом превращения синтезированных потоков, которые можно применять для введения в установку гидроочистки для производства синтетической неочищенной нефти, преимуществом рециркуляции уникальных потоков для применения в установке для повышения качества, равно как и отсутствует какая-либо конкретная идея в отношении интегрирования процесса Фишера-Тропша или осознание преимущества указанного процесса при применении SMR и/или ATR в технологическом контуре для максимизации выходов SCO и снижения зависимости от природного газа.

[0013] Iqbal с соавторами предложил в патенте США №7381320, выданном 3 июня 2008 года, способ повышения качества тяжелой нефти и битума. В общих чертах, предложенный способ позволяет повысить качество неочищенной нефти из подземного пласта. Способ включает превращение асфальтенов в энергию пара, топливный газ или их комбинацию для применения при добыче тяжелой нефти или битума из пластового резервуара. Часть тяжелой нефти или битума подвергают деасфальтированию растворителем с получением асфальтеновой фракции и деасфальтизированной нефти, называемой в данной области техники DAO, в виде фракции, не содержащей асфальтенов и имеющей пониженное содержание металлов. Асфальтеновую фракцию, полученную при деасфальтизации растворителем, направляют в установку по переработке асфальтенов, а сырье, содержащее фракцию DAO, подают в реакционную зону установки каталитического флюид-крекинга (FCC), содержащую катализатор FCC, для улавливания части металлов из фракции DAO. Из указанной установки выходит углеводородный поток с пониженным содержанием металлов. Подобно способу, описанному в патенте США №7407571, предложенный процесс является полезным, однако он ограничивает превращение бесполезного в противном случае асфальтена производством твердого топлива или гранул или превращением в синтез-газ для получения топлива, водорода или электроэнергии. В частности, отсутствует описание интегрирования процесса Фишера-Тропша.

[0014] Farshid с соавторами в патенте США №7708877, выданном 4 мая 2010 года, описывает интегрированный процесс, протекающий в установке для повышения качества тяжелой нефти, и совмещенный процесс гидроочистки. В указанном способе предложена система суспензионного реактора для гидропереработки, которая позволяет катализатору, не подвергнутой превращению нефти и нефти, подвергнутой превращению, циркулировать при непрерывном перемешивании по всему реактору без локализации смеси. Указанную смесь частично разделяют между реакторами для удаления только нефти, подвергнутой превращению, позволяя не подвергнутой превращению нефти в катализаторной суспензии продолжать перемещаться в следующий расположенный последовательно реактор, в котором часть не подвергнутой превращению нефти превращают продукт с более низкой температурой кипения. Для полного превращения нефти в дополнительных реакторах проводят дополнительную гидрообработку. Затем так называемую подвергнутую полному превращению нефть подвергают гидроочистке для почти полного удаления гетероатомов, таких как сера и азот.

[0015] Указанный документ в основном касается гидропереработки тяжелого углеводорода и не подходит для повышения качества битума. Он также не может предложить какую-либо идею относительно применения способа Фишера-Тропша, применимости рециркулируемых потоков, генерирования водорода или других полезных и эффективных типовых процессов, важных для успешного повышения качества неочищенного битума.

[0016] Calderon с соавторами предложил в патенте США №7413647, выданном 19 августа 2008 года, способ и установку для повышения качества битуминозного материала. Указанный способ включает серию из четырех различных компонентов, а именно установку фракционирования, каталитическую установку для обработки тяжелого газойля, регенератор катализатора/газификатор и модуль для очистки газа. В этом патенте указано, что при практической реализации предложенного способа битум в жидкой форме загружают в установку фракционирования для первичного разделения фракций, при этом основная масса битума покидает нижнюю часть установки фракционирования в форме тяжелого газойля, который потом закачивают в каталитическую установку для обработки и распыляют на горячий катализатор для крекирования тяжелого газойля, высвобождая, таким образом, углеводороды в форме богатого водородом летучего вещества при одновременном осаждении углерода на катализаторе. Летучее вещество из устройства для обработки направляют в установку фракционирования, в которой способные конденсироваться фракции отделяют от богатого водородом газа, неспособного конденсироваться. Углеродсодержащий катализатор из устройства для обработки повторно используют в регенераторе/газификаторе и после регенерации катализатор горячим загружают в устройство для обработки.

[0017] Описанный способ не включает особенно полезный процесс Фишера-Тропша или не предлагает установку для проведения реакции Фишера-Тропша и, кроме того, такой способ ограничен применением катализатора, который, по-видимому, весьма подвержен повреждению серой, и в этом смысле отсутствует какое-либо реальное техническое обеспечение для обработки серы в битуме.

[0018] Sury с соавторами предложил в заявке на патент США, публикация № US 2009/0200209, опубликованная 13 августа 2009 года, повышение качества битума в процессе обработки парафинистой пены. Указанный способ включает добавление растворителя в эмульсию вспененного битума для стимулирования скорости осаждения по меньшей мере части асфальтенов и минеральных твердых веществ, присутствующих в эмульсии, и приводит к образованию смеси растворитель-битумная пена. К смеси растворитель-битумная пена добавляют капельки воды для увеличения скорости осаждения асфальтенов и минеральных твердых веществ. Основное внимание публикации главным образом сосредоточено на применении пены. Значительный успех в повышении качества битума отсутствует.

[0019] Много преимуществ извлекают из технологии, которая была разработана и описана в настоящем документе. Указанные преимущества реализованы целым рядом способов, в том числе:

a) почти 100% или больше выход всего ассортимента нефтезаводских продуктов из тяжелой нефти или битума без неэкономичного образования нефтяного кокса или остатка после перегонки нефти;

b) высококачественные синтетические углеводородные побочные продукты, такие как синтетическая нафта, синтетическое дизельное топливо, синтетическое топливо для реактивных двигателей, синтетические смазочные материалы и синтетический воск, получают при соблюдении промышленных стандартов наивысшего качества;

c) максимальная утилизация углерода, содержащегося в тяжелой нефти и битуме, с получением высококачественных синтетических углеводородных побочных продуктов, при значительном снижении (более 50%) выбросов GHG из указанного оборудования;

d) перегнанные и обработанные потоки по существу лишены нежелательных химических и физических свойств, таких как тяжелые металлы, сера, коксовый остаток по Конрадсону (CCR) и нафтеновая кислота (число TAN (общее кислотное число));

e) меньше природного газа необходимо для генерирования водорода, применяемого для повышения качества, так как нафту Ф-Т, нефтезаводской топливный газ, сжиженный нефтяной газ, пары Ф-Т и пары, образующиеся при гидроочистке, можно повторно использовать для получения богатого водородом синтез-газа;

f) чистый водород можно получить из богатого водородом синтез-газа, используя мембранные установки, установки для адсорбции или установки для адсорбции с перепадом давления, для применения в установках гидроочистки (гидрокрекинга, изомеризации, гидрообработки);

д) жидкости Фишера-Тропша (Ф-Т) в основном являются парафинистыми по природе, что улучшает качество и ценность ассортимента нефтезаводских продуктов;

h) нафта Ф-Т редко имеется в каком-либо количестве в современных установках для повышения качества, и было бы очень предпочтительно использовать ее для деасфальтизации перегнанных кубовых остатков в установке деасфальтизации растворителем (SDA) и в установке для обработки пены нефтеносных песков; и

i) концентрированный СО₂ поступает из установки для обработки синтез-газа газификатора (XTL), что позволяет использовать установку для повышения качества в качестве дешевого готового источника СО₂ для улавливания углерода и осуществления проектов секвестрации (CCS).

[0020] В рамках дальнейших улучшений, находящихся в сфере технологии, изложенной в настоящем документе, рассмотрены аспекты очистки.

[0021] Согласно такому варианту реализации изобретения описан способ полного повышения качества легкой сырой нефти с плотностью в градусах API (Американского нефтяного института) от 22 до 40 и тяжелой нефти с плотностью в градусах API от 12 до 22 или сверхтяжелой нефти или битума с плотностью менее 12 в градусах API без образования нежелательного углеводородного побочного продукта, такого как нефтяной кокс, тяжелая топливная нефть или асфальт. Указанный способ объединяет установку Фишера-Тропша для синтеза углеводородов с общепринятыми стадиями переработки нефти с получением продуктов нефтепереработки, полностью соответствующих торговой спецификации, таких как, но не ограничиваясь ими, нафта для сырья для нефтехимических предприятий, нафта для смешивания с бензином, бензин, дизельное топливо, топливо для реактивных двигателей, смазочные материалы, воск, среди прочего.

[0022] В целом, традиционные или простые нефтеперерабатывающие заводы, на которых осуществляют отбензинивание, гидрооблагораживание и превращение легких нефтей, предназначены для приема малосернистых или высокосернистых легких неочищенных нефтей >22 API, более конкретно с плотностью в градусах API от 30 до 40, для получения очищенных топлив. Нефтеперерабатывающие заводы по переработке легких нефтей главным образом ориентированы на производство бензина, топлива для реактивных двигателей и дизельного топлива и, при необходимости, нефтеперерабатывающий завод будет продавать нефтезаводские остатки, такие как асфальт или топливная нефть. При плотностях сырой нефти больше 30 API объем остатков обычно является минимальным.

[0023] В последние годы поставка и доступность легкой сырой нефти заметно упала и стала очень дорогостоящей по сравнению с дисконтированной стоимостью более тяжелой сырой нефти. Большое количество обычных нефтеперерабатывающих заводов было недавно перестроено в нефтеперерабатывающие заводы по превращению нефти средней плотности для приема дополнительного количества дешевых тяжелых сырых нефтей (с плотностью от 20 до 30 API), что привело к более высоким фракциям при превращении сырой нефти в остаток и конверсии в асфальт, высокосернистую тяжелую топливную нефть или нефтяной кокс. Кроме того, много нефтеперерабатывающих заводов были вынуждены дополнительно модернизировать установки по гидрообработке для получения бензина с ультранизким содержанием серы (ULSG) и дизельного топлива с ультранизким содержанием серы (ULSD), чтобы соответствовать более жестким нормативным спецификациям коммерческого рынка. Экономические показатели таких модифицированных нефтеперерабатывающих заводов стали очень неблагоприятными вследствие значительных капитальных затрат и затрат на переработку в отсутствие дополнительного выхода продукции или значительного прибавления дохода.

[0024] Что привело к дополнительному усложнению проблем, так это то, что большие объемы мировых запасов малоценной сырой нефти теперь имеют форму источников сверхтяжелой сырой нефти (с плотностью от 12 до 22 API) или битума (с плотностью от 6 до 11 API), получаемых из пласта или при добыче из нефтеносных песков. Для приема в качестве сырья сверхтяжелой нефти и битума в настоящее время на нефтеперерабатывающих заводах требуется проведение сложных превращений, включая применение нефтехимических установок глубокой переработки, такой как глубокий гидрокрекинг и коксование. Такие заводы глубокой переработки нефти являются капиталоемкими и производят побочные продукты значительно более низкой ценности, такие как нефтяной кокс, при значительном увеличении выбросов GHG (парниковых газов). Выходы нефтезаводских продуктов на основе сверхтяжелой и битумной сырой нефти составляют примерно от 80% об. до 90% об.

[0025] Нефтяной кокс имеет нежелательные свойства, такие как трудновыполнимые и дорогостоящие требования к обработке, хранению и транспортировке, значительное воздействие на окружающую среду и содержит высокие уровни серы (6 + % масс.), а также токсичных тяжелых металлов, таких как никель и ванадий (1000 ppm+). Поэтому нефтяной кокс имеет ограниченные рынки и часто несет коммерческую ответственность и ответственность за загрязнение окружающей среды, поскольку его хранят или продают с очень низкой или отрицательной доходностью.

[0026] Так как мировые поставки нефти все больше сдвигаются в сторону поставки сверхтяжелой нефти (с плотность от 12 до 20 API) и битума (с плотность от 6 до 12 API), вакуумные остатки достигают 60% об. от всего содержания сырой нефти. Соответственно, имеется потребность в улучшенном способе превращения всего сырья, представляющего собой тяжелую нефть и битумное сырье, в товарный высокоценный продукт без образования побочных продуктов, таких как нефтяной кокс и СО₂ (GHG), при пониженном воздействии на окружающую среду.

[0027] Способ очистки, предложенный к обсуждению, отвечает потребностям в этой области. Преимущества, связанные с указанным способом, включают:

a) превращение нефтезаводских остатков, обычно материала >950+F (примерно >510+°С), с получением синтетических топлив, таких как нафта Ф-Т, синтетическое дизельное топливо, синтетическое топливо для реактивных двигателей, синтетические смазочные масла, воски и т.п.;

b) устранение образования малоценных углеводородных побочных продуктов, таких как тяжелая топливная нефть, дорожный асфальт и нефтяной кокс, что приводит к полной (100% масс.) утилизации сырого сырья независимо от плотности или смешанных плотностей ассортимента нефтей;

c) удерживание и превращение более 90% всего углерода, содержащегося в сырьевых потоках (т.е. в сырой нефти, природном газе и т.п.), что приводит к более чем 50% снижению выбросов СО₂ или GHG; и

d) существенное уменьшение коксового остатка по Конрадсону (CCR), нафтеновой кислоты (TAN) и тяжелых металлов и значительного количества серы из основных общепринятых процессов очистки.

Это является преимуществом, поскольку позволяет использовать недорогие, общепринятые установки гидроочистки (установки гидрокрекинга) с одной или несколькими системами с неподвижным слоем катализатора для повышения качества тяжелых фракций и получения высокоценных нефтезаводских топлив.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0028] Одна из задач настоящего изобретения состоит в обеспечении улучшенного способа повышения качества тяжелой нефти и битума для получения продуктов нефтепереработки и синтезирования углеводородов с по существу повышенным выходом без образования побочных отходов, таких как нефтяной кокс или остаток от перегонки.

[0029] Дополнительная задача одного из вариантов реализации настоящего изобретения состоит в обеспечении способа повышения качества тяжелой нефти или битума для получения очищенных углеводородных побочных продуктов, включающего:

(a) обеспечение сырьевого источника тяжелой нефти или битума;

(b) обработку указанного исходного сырья с получением перегнанной фракции и неперегнанной остаточной фракции;

(c) подачу указанной остаточной фракции в генерирующий синтез-газ контур для получения потока обедненного водородом синтез-газа посредством реакции частичного окисления и взаимодействие указанного синтез-газа в реакторе Фишера-Тропша с синтезом углеводородных побочных продуктов;

(d) удаление по меньшей мере части полностью очищенного углеводородного побочного продукта для коммерческого применения; и

(e) добавление внешнего источника водорода к указанному обедненному водородом синтез-газу для оптимизации синтеза углеводородов, по меньшей мере один из которых представляет собой синтетический углеводородный побочный продукт.

[0030] Дополнительная задача одного из вариантов реализации настоящего изобретения состоит в обеспечении способа повышения качества тяжелой нефти или битума для получения очищенных углеводородных побочных продуктов, включающего:

(а) обеспечение источника битума или тяжелой нефти в качестве исходного сырья и обработку указанного исходного сырья посредством перегонки с получением перегнанной и неперегнанной остаточной фракции;

(b) подачу неперегнанной остаточной фракции в генерирующий синтез-газ контур для получения потока обедненного водородом синтез-газа посредством реакции частичного окисления;

(c) обработку по меньшей мере части указанного потока обедненного водородом синтез-газа в реакции конверсии водяного газа (WGS) для генерирования оптимального синтез-газа Фишера-Тропша;

(d) обработку потока указанного оптимального синтез-газа Фишера-Тропша в установке Фишера-Тропша для синтеза углеводородных побочных продуктов; и

(e) удаление по меньшей мере одной части полностью очищенных синтетических углеводородных побочных продуктов повышенного качества для коммерческого применения.

[0031] Настоящая технология позволяет смягчить упущения, описанные в ссылках на известный уровень техники. Несмотря на тот факт, что уровень техники в форме патентных публикаций, выданных патентов и других академических публикаций признает применимость способа Фишера-Тропша, парового риформинга метана, автотермального риформинга, повышения качества углеводородов, получения синтетической нефти, рециркуляции потока и других способов, уровень техники, используемый в отдельности или в комбинации, испытывает недостаток в способе, обеспечивающем эффективное повышение качества битума и тяжелой нефти при отсутствии образования остатка от перегонки и/или нефтяного кокса.

[0032] Синтетическая неочищенная нефть (SCO) (SCO) и очищенные углеводородные побочные продукты, такие как нафта, бензин, дизельное топливо и топливо для реактивных двигателей, представляют собой продукцию, выходящую из установки для повышения качества битума/тяжелой нефти, которую используют для переработки битума и тяжелой нефти, полученных из извлекаемых нефтеносных песков и при извлечении из пласта. Этот термин также можно отнести к сланцевому маслу, продукции, получаемой при пиролизе нефтеносного сланца. Свойства синтетической неочищенной нефти или очищенных углеводородных побочных продуктов зависят от способов, применяемых при повышающей качество конструкции. Типичная SCO полностью повышенного качества не содержит серы и имеет плотность в градусах API примерно от 30 до 40, подходящую для традиционного сырья для нефтепереработки. Такая нефть также известна как «неочищенная нефть повышенного качества». Способы, описанные в настоящем документе, являются особенно эффективными для частичного повышения качества, полного повышения качества или полной нефтепереработки с получением бензина, топлива для реактивных двигателей и дизельного топлива. Удобно, что технологическая гибкость рассматриваемых способов позволяет осуществить синтез топлива и частичное повышение качества синтетической неочищенной нефти в рамках одного и того же протокола или частичного повышения качества, что и весь процесс.

[0033] Настоящее изобретение объединяет в неизвестной ранее комбинации ряд известных типовых процессов с обеспечением гораздо лучшего пути синтеза для высокотехнологичного производства синтетических углеводородов с высоким выходом. Интеграция процесса Фишера-Тропша, и более конкретно, объединение процесса Фишера-Тропша с генератором богатого водородом синтез-газа, в котором используют нафту Ф-Т и/или пары Ф-Т из установки для повышения качества в качестве первичного топлива в комбинации с природным газом, в установке парового риформинга метана (SMR) и/или автотермальной установке для риформинга (ATR) позволяет получить превосходный малосернистый синтетический углеводородный побочный продукт, который можно синтезировать в отсутствие нефтяного кокса и остатка от перегонки.

[0034] Было обнаружено, что при применении установки парового риформинга метана (SMR) в качестве генератора богатого водородом синтез-газа, в котором используют нефтезаводское топливо, нефтезаводской сжиженный нефтяной газ, сжиженный нефтяной газ Ф-Т, нафту Ф-Т и пары Ф-Т/пары из установки для повышения качества в комбинации с природным газом, может обеспечить хорошие результаты при смешивании с обедненным водородом синтез-газом, полученным при газификации неперегнанного или обработанного битума или тяжелых нефтяных кубовых остатков. Достигается значительное увеличение производства в диапазоне среднедистиллятных синтетических углеводородов. Протекает следующая общая реакция:

природный газ + нафта Ф-Т (об.) + пары Ф-Т из установки для повышения качества + пар + тепло → CO+nH₂+СО₂.

[0035] Как хорошо известно специалистам в данной области техники, паровой риформинг метана может протекать в любых подходящих условиях, способствующих превращению сырьевых потоков, например, как показано в приведенном выше уравнении, в водород Н₂ и моноксид углерода СО, или в продукт, называемый синтез-газом или, в частности, синтез-газом, богатым водородом. Значительные преимущества привели к более чем 100% увеличению содержания среднедистиллятного синтезированного углеводорода. Пар и природный газ добавляют для оптимизации требуемого отношения водорода к моноксиду углерода до примерного диапазона от 3:1 до 6:1. Необязательно, СО₂ из внешнего источника можно добавить для минимизации образования нежелательного СО₂ и увеличения до максимума образования СО в богатом водородом синтез-газе. Установку для реакции конверсии водяного газа (WGS), установку адсорбции с перепадом давления (PSA) или мембранную установку можно также вставить в любую часть контура для получения SMR синтез-газа для дополнительного обогащения богатого водородом потока и генерирования почти чистого потока водорода для применения при гидроочистке. В целом, природный газ, пары Ф-Т, нефтезаводской газ или любое другое подходящее топливо используют для обеспечения тепловой энергии для SMR печи.

[0036] Установка для парового риформинга может содержать любой подходящий катализатор, например, один или более каталитически активных компонентов, таких как палладий, платина, родий, иридий, осмий, рутений, никель, хром, кобальт, церий, лантан или их смеси. Каталитически активный компонент можно разместить на керамической таблетке или тугоплавком оксиде металла. Специалистам в данной области техники будут очевидны и другие формы.

[0037] Кроме того, было обнаружено, что при применении автотермальной установки для риформинга (ATR) в качестве единственного генератора богатого водородом синтез-газа или в комбинации с SMR или в виде гибридной комбинации ATR/SMR, называемой XTR, значительные преимущества привели к более чем 200% увеличению содержания среднедистиллятных синтетических углеводородов Ф-Т. Сырьевые потоки для ATR или XTR состоят из нафты Ф-Т, паров Ф-Т, богатых Н₂ паров из установки для повышения качества, СО₂, О₂ и природного газа.

[0038] Подобным образом, как хорошо известно специалистам в данной области техники, при автотермальном риформинге применяют диоксид углерода и кислород или пар в реакции с легкими углеводородными газами, такими как природный газ, пары Ф-Т и пары из установки для повышения качества, с получением синтез-газа. Из-за процедуры окисления этот процесс представляет собой экзотермическую реакцию. При применении в автотермальной установке для риформинга диоксида углерода полученное отношение водорода к моноксиду углерода составляет 1:1, и при применении в автотермальной установке для риформинга пара указанное полученное отношение составляет приблизительно 2.5:1, или, что необычно, вплоть до 3,5:1.

[0039] В автотермальной установке для риформинга протекают следующие реакции:

2СН₄+O₂+CO₂→3Н₂+3СО+H₂O+ТЕПЛО.

При применении пара уравнение реакции можно записать следующим образом:

4СН₄+O₂+2H₂O+ТЕПЛО→10Н₂+4СО.

[0040] Одно из наиболее значимых преимуществ применения ATR реализовано в изменчивости отношения водорода к моноксиду углерода. Дополнительное значительное преимущество применения ATR состоит в том, что для модернизации установки синтеза Ф-Т и снижения выбросов парниковых газов в целом от предприятия в реакцию можно добавить СО₂ из внешнего источника для протекания реакции обратной конверсии с получением дополнительного количества моноксида углерода. В данной технологии ATR также можно рассматривать как генератор богатого водородом синтез-газа, как описано выше. Было обнаружено, что добавление в контур операции ATR, отдельно или в комбинации с контуром генерирования богатого водородом синтез-газа, описанным в приведенном выше примере в виде установки парового риформинга метана (SMR), оказывает сильное влияние на производительность получения углеводородов в ходе указанного общего процесса. Подобным образом, установку для реакции конверсии водяного газа (WGS), установку адсорбции с перепадом давления (PSA) или мембранную установку также можно добавить в любую часть ATR и объединенной системы ATR/SMR или контура XTR для генерирования синтез-газа для дополнительного обогащения богатого водородом потока и генерирования почти чистого потока водорода для применения при гидроочистке.

[0041] Настоящее изобретение также объединяет в неизвестной ранее комбинации ряд известных типовых процессов для интегрирования процесса Фишера-Тропша при применении реакции конверсии водяного газа для обогащения синтеза-газа, что приводит к получению ценного малосернистого синтетического углеводородного побочного продукта, который можно синтезировать в отсутствие нефтяного кокса и остатка от перегонки.

[0042] Соответственно, другой целью одного из вариантов реализации настоящего изобретения является обеспечение способа, в котором реактор для конверсии водяного газа (WGS) вводят в по меньшей мере часть потока обедненного водородом синтез-газа для оптимизации содержания водорода для протекания процесса Фишера-Тропша.

[0043] Обращаясь теперь к чертежам, которые, в общем, описывают настоящее изобретение, здесь будет ссылка сделана на прилагаемые чертежи, иллюстрирующие предпочтительные варианты реализации изобретения.

ПРОМЫШЛЕННА