Способ частичного обогащения тяжелой нефти и битума

Способ частичного обогащения тяжелой нефти и битума

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0001] Изобретение относится к модификациям способов обогащения битума и тяжелой нефти для синтеза синтетической неочищенной нефти и к другим операциям для эффективного получения ценных углеводородных побочных продуктов.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] Хорошо известно, что для некоторых форм углеводородов требуется обогащение либо для их транспортировки, либо для повышения продажной стоимости. Кроме того, 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 этих тяжелых материалах. Обогащение в основном направлено на уменьшение вязкости и содержания серы, металлов и асфальтена в битуме.

[0003] Одна из проблем, связанная с обогащением 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 обогащения нефти обостряют указанную проблему из-за образования нефтяного кокса или остатка от перегонки, что приводит к образованию нежелательных отходов. Такие отходы, поскольку их невозможно легко подвергнуть превращению с помощью общепринятых способов, обычно удаляют из процесса, что уменьшает суммарный выход ценного углеводородного материала, образующегося в процессе обогащения.

[0004] Способ Фишера-Тропша нашел широкое применение при синтезе углеводородов и 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, обогащение 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. В находящейся на одновременном рассмотрении заявке США №13/024925, принадлежащей Заявителю, описан протокол для синтеза топлива.

[0005] Примеры последних достижений, которые были сделаны в этой области техники, включают признаки, описанные Espinoza с соавт. в патенте США №6958363, выданном 25 октября 2005 года, Bayle с соавт. в патенте США №7214720, выданном 8 мая 2007 года, Schanke с соавт. 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, контролирования водорода и моноксида углерода в установке XTL (для превращения газа, угля или биомассы в жидкое топливо), контролирования водорода в реакторах Фишера-Тропша и превращения исходного сырья на основе углерода в углеводородные жидкие легко транспортируемые топлива. Ниже приведен репрезентативный перечень других таких ссылок. Указанный перечень включает: патенты США №№77761 14; 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 обогащения 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 с заметно повышенным содержанием парафинов. Дополнительное значительное преимущество состоит в том, что выход неочищенного битума с получением SCO составляет около или больше 100%, на 20% больше по сравнению выходом некоторых процессов в современных способах обогащения. 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 обогащения битума состоит в том, что побочные продукты Ф-Т можно частично и полностью смешать с перегнанными или отделенными фракциями из сырьевого потока битума или тяжелой нефти с получением уникальной не содержащей кубовых остатков частично обогащенной синтетической неочищенной нефти (SCO), смешанной стратегически для эффективной транспортировки и дополнительной переработки на заводах первичной нефтепереработки. Общее преимущество состоит в значительном снижении выбросов технологических парниковых газов (GHG) и 100% превращении ресурса битума или тяжелой нефти без образования бесполезных побочных продуктов.

[0009] Дополнительное преимущество применения процесса Ф-Т в установке для обогащения битума состоит в том, что получают малосернистую синтетическую неочищенную нефть (SCO) с высоким содержанием парафинов и высоким цетановым числом. 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 процессе для обогащения битума, и в предшествующих типовых процессах. Пары Ф-Т, практически не содержащие соединения серы, можно использовать в качестве обогащения топлива 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 обогащения.

[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 обогащения при одновременном улучшении влияния на пруд-хвостохранилище.

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

[0012] Одним из примеров в этой области уровня техники являются принципы, изложенные Rettger с соавт. в патенте США №7407571, выданном 5 августа года 2008. В указанной ссылке компания Ormat Industries Ltd. называется в качестве патентообладателя и описывается способ получения малосернистой синтетической неочищенной нефти из тяжелого углеводородного сырья. Как указывает патентообладатель, в предложенном способе тяжелые углеводороды обогащают 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 обогащения, 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 обогащения тяжелой нефти и битума. В общих чертах, предложенный способ позволяет обогатить неочищенную нефть 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 соавт. в патенте США №7708877, выданном 4 мая 2010 года, описывает интегрированный процесс, протекающий в установке для обогащения 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 обогащения битума. Он также не в состоянии предложить какую-либо идею относительно применения способа Фишера-Тропша, применимости рециркулируемых потоков, генерирования водорода или других полезных и эффективных типовых процессов, важных для успешного обогащения неочищенного битума.

[0016] Calderon с соавт. предложил в патенте США №7413647, выданном 19 августа 2008 года, способ и аппарат для обогащения 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 установку фракционирования для первичного разделения фракций, при этом основная масса битума покидает кубовый остаток 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 соавт. предложил в заявке на патент США, публикация № US 2009/0200209, опубликованная 13 августа 2009 года, обогащение 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 обсуждении пены. Значительный успех в обогащении битума отсутствует.

[0019] Из технологии, которая была разработана и описывается в настоящем документе можно извлечь множество преимуществ. Указанные преимущества реализованы целым рядом способов, включающих:

а) почти 100% или больше выход синтетической неочищенной нефти из тяжелой нефти или битума без бесполезного образования нефтяного кокса или остатка после перегонки нефти;

b) не содержащую кубовых остатков частично обогащенную синтетическую неочищенную нефть (SCO) получают стратегически для высокоэффективной транспортировки, в том числе перекачивания по трубопроводу, при этом устраняются свойства неочищенной нефти, ограничивающие количество тяжелой нефти и битума, которые можно обработать на традифионных нефтеперерабатывающих заводах;

c) максимальная утилизация углерода в тяжелой нефти и битуме с получением высококачественных синтетических топлив и неочищенной нефти при значительном снижении (более 50%) GHG, выбрасываемых из указанной установки;

d) ассортимент синтетической неочищенной нефти (SCO), полученный при частичном обогащении, представляет собой не содержащую кубовых остатков неочищенную нефть более высокого качества, содержащую больше парафинов и меньше ароматических соединений и компонентов тяжелого газойля, с низким содержанием металлов, более низким содержанием серы, характеризующуюся более низким числом TAN и значительно более низким содержанием коксового остатка по Конрадсону (CCR) в линейке продукции;

e) меньше природного газа необходимо для генерирования водорода, применяемого для обогащения, так как нафта Ф-Т, 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);

g) жидкости Фишера-Тропша (ФТ) в основном являются парафинистыми по природе, что улучшает качество и ценность линейки продукции SCO;

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

i) концентрированный CO₂ поступает из установки для обработки синтез-газа газификатора (XTL), что позволяет использовать установку для обогащения в качестве дешевого готового источника CO₂ для улавливания углерода и осуществления проектов секвестрации (CCS).

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0020] Одной из задач настоящего изобретения является обеспечение улучшенной методологии обогащения тяжелой нефти и битума для синтезирования углеводородов с по существу повышенным выходом без образования побочных отходов, таких как нефтяной кокс или остаток от перегонки.

[0021] Дополнительной задачей одного из вариантов реализации настоящего изобретения является обеспечение способа частичного обогащения синтетической неочищенной нефти, который устраняет все трудности, связанные с обработкой разбавителя, транспортировкой и другим материально-техническим обеспечением согласно практикуемыми в настоящее время методам частичного обогащения или производству дилбита.

[0022] Дополнительной задачей одного из вариантов реализации настоящего изобретения является обеспечение способа обогащения тяжелой нефти или битума для получения углеводородных побочных продуктов. Способ включает:

a) обеспечение источника тяжелой нефти или битума в качестве исходного сырья;

b) обработку указанного исходного сырья с получением 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 Ф-Т с синтезом углеводородных побочных продуктов;

d) удаление по меньшей мере части частично обогащенной синтетической неочищенной нефти для транспортировки в виде синтезированного углеводородного побочного продукта; и

e) добавление внешнего источника водорода к указанному обедненному водородом синтез-газу для оптимизации синтеза углеводородов, по меньшей мере один из которых представляет собой синтетическую неочищенную нефть.

[0023] Протокол частичного обогащения также имеет ряд преимуществ, каждое из которых характеризуется немедленной экономической выгодой и целесообразностью.

[0024] В общих чертах, предложенный способ частичного обогащения представляет собой процесс обогащения тяжелой нефти или битума с плотностью от 15 до 24 API или более предпочтительно 20 API. В частности, указанный способ предназначен для получения синтетической неочищенной нефти для перекачки по трубопроводам, в частности, с вязкостью менее 350 сантистоксов (0,00035 м²с^-1) при 15°C и устранения необходимости подачи разбавителя из внешнего источника, обычно применяемого для понижения вязкости при транспортировке.

[0025] В настоящее время имеется недостаточное количество разбавителя для нефти, доступного для транспортировки всей тяжелой неочищенной нефти из Альберты. Альтернативой является извлечение и перевозка разбавителя обратно в Альберту для смешивания, что сопровождается значительными экономическими затратами. Частично обогащенный продукт специально дополнительно разработан таким образом, чтобы он соответствовал техническим характеристикам наиболее предпочтительного неочищенного сырья, требуемым на обычных нефтеперерабатывающих заводах, что позволяет приблизиться его премиальной цене к стоимости западно-техасской средней нефти (WTI) и нефти марки «брент». Более того, продукт обладает свойствами, позволяющими решить проблему загрязнения окружающей среды, связанную с утечками на трубопроводах и разливами нефти при наземной и морской транспортировке. Такие уникальные свойства включают:

a) продукт соответствует техническим требованиям к плотности, которая должна составлять 20 API, и имеет вязкость менее 350 сантистоксов (0,00035 м²с^-1) при 15°C без добавления разбавителя из внешнего источника (от 30 до 50 об. %) и без требования обратной отправки разбавителя. Применение разбавителя из внешнего источника уменьшает пропускную способность трубопровода и увеличивает стоимость эксплуатации (энергия на перекачивание) на более чем 30%;

b) способ позволяет превратить 100% масс, сырья в виде битума или тяжелой нефти при снижении выбросов парниковых газов (GHG) на по меньшей мере 50%, более предпочтительно на от 70 до 80% без образования побочных отходов, таких как не подвергнутый превращению остаток от перегонки или коксовые продукты;

c) выход продукта составляет больше 108% об., что на 38% больше, чем выход при традиционном способе получения дилбита и на 26% больше, чем выход в других общепринятых способах обогащения;

d) продукт содержит на 30% меньше серы и представляет собой единственный не содержащий кубовых остатков продукт, из которого удалено более 80% коксового остатка по Конрадсону (CCR) и в основном удален весь кубовый материал с температурой кипения 950°F (510°C). Это предпочтительно позволяет уменьшить количество остатка после перегонки и коксовую нагрузку на обычные нефтеперерабатывающие установки, устраняет нежелательное загрязнение обычных нефтеперерабатывающих установок и позволяет удалить более 90% тяжелых металлов, что устраняет основные экономические расходы на нефтеперерабатывающую установку, такие как замена катализатора;

e) продукт совместим с другими неочищенными нефтями, так как указанный способ не включает крекинг перегнанных и отделенных потоков и исключает образование олефиновых соединений. Продукт является стабильным, так как асфальтеновые соединения не могут осаждаться, поскольку указанные соединения были по существу удалены. Это исключает ограничение при смешивании, обычно уменьшающее предельные количества при смешивании с другими неочищенными видами исходного сырья (обычно допускается менее 10% тяжелой нефти или битума в общем количестве неочищенного сырья);

f) продукт содержит минимальное количество легких летучих соединений, таких как сжиженный нефтяной газ, больше парафинистых компонентов относительно ароматических компонентов и содержит повышенное количество дистиллятного компонента, такого как дизельное топливо и керосин. В условиях разлива плотность продукта будет оставаться ниже удельной плотности, составляющей 1,0, обычно от 0,90 до 0,93, при этом указанный продукт всегда будет легче воды;

g) продукт содержит повышенное количество дистиллятного дизельного компонента, при этом указанный дистиллятный компонент намного улучшен за счет цетанового числа, составляющего больше 55, относительно типичных уровней цетанового числа, составляющих менее 35 в обычных дилбитовых продуктах; и

h) предложенный способ получения продукта позволяет значительно уменьшить содержание нафтеновой кислоты или общее кислотное число (обычно гораздо меньше 3, предпочтительно менее 1), так как нафтеновая кислота концентрируется в вакуумных кубовых остатках, которые разрушаются в процессе газификации.

[0026] Настоящая технология позволяет смягчить контроль, описанный в ссылках на уровень техники. Несмотря на тот факт, что уровень техники в форме патентных публикаций, выданных патентов и других академических публикаций признает применимость способа Ф-Т, парового риформинга метана, автотермального риформинга, обогащения углеводородов, получения синтетической нефти, рециркуляции потока и других способов, уровень техники, используемый в отдельности или в комбинации, испытывает недостаток в способе, обеспечивающем эффективное обогащение битума и тяжелой нефти при отсутствии образования остатка от перегонки и/или нефтяного кокса.

[0027] Синтетическая неочищенная нефть (SCO) представляет собой продукцию, выходящую из установки для обогащения 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 зависят от способов, применяемых при частичном или полном обогащении. Типичная полностью обогащенная SCO 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 «обогащенная нефть». Способы, описанные в настоящем документе, являются особенно эффективными для частичного обогащения, полного обогащения или полной нефтепереработки с получением бензина, топлива для реактивных двигателей и дизельного топлива. Удобно, что технологическая гибкость рассматриваемых процессов позволяет осуществить синтез топлива и частичное обогащение синтетической неочищенной нефти в рамках одного и того же протокола или частичного обогащения, что и весь процесс.

[0028] 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 обогащения в качестве первичного топлива в комбинации с природным газом, в установке парового риформинга метана (SMR) и/или автотермальной установке для риформинга (ATR) позволяет получить превосходную малосернистую синтетическую неочищенную нефть, которую можно синтезировать в отсутствие нефтяного кокса и остатка от перегонки.

[0029] 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 ФТ/пары из установки для обогащения в комбинации с природным газом, может обеспечить хорошие результаты при смешивании с обедненным водородом синтез-газом, полученным при газификации неперегнанного 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 обогащения + пар + тепло→СО + nH₂ + CO₂.

[0030] 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 H₂ и моноксид углерода CO, или в продукт, называемый синтез-газом или, в частности, синтез-газом, богатым водородом. Значительные преимущества привели к увеличению на более чем 30% содержания средне дистиллятного синтезированного углеводорода. Пар и природный газ добавляют для оптимизации требуемого отношения водорода к моноксиду углерода до примерного диапазона от 3:1 до 6:1. Установку для реакции конверсии водяного газа (WGS), установку адсорбции с перепадом давления (PSA) или мембранную установку можно также добавить в любую часть контура для получения синтез-газа способом SMR 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.

[0031] 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.

[0032] 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 увеличению на более чем 200% содержания среднедистиллятных синтетических углеводородов Ф-Т. Сырьевые потоки для ATR или XTR состоят из нафты Ф-Т, паров Ф-Т, богатых H₂ паров из установки для обогащения, CO₂, O₂ и природного газа.

[0033] 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 обогащения, 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.

[0034] В автотермальной установке для риформинга протекают следующие реакции:

2CH₄ + O₂ + СO₂→3H₂ + 3СО + H₂O + ТЕПЛО.

При применении пара уравнение реакции можно записать следующим образом:

4CH₄ + O₂ + 2H₂O + ТЕПЛО→10Н₂ + 4CO.

[0035] Одно из наиболее значимых преимуществ применения ATR реализовано в изменчивости отношения водорода к моноксиду углерода. Дополнительное 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 CO₂ 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 ранее. 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.

[0036] 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 ценной малосернистой синтетической неочищенной нефти, которую можно синтезировать в отсутствие нефтяного кокса и остатка от перегонки.

[0037] Соответственно, дополнительная цель одного из вариантов реализации настоящего изобретения состоит в обеспечении способа обогащения тяжелой нефти или битума для получения углеводородных побочных продуктов, включающего:

а) обеспечение источника битума или тяжелой нефти в качестве исходного сырья, и перегонку указанного исходного сырья с получением отделенной части и неперегнанной остаточной фракции;

b) подачу указанной 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; и

d) обработку потока указанного оптимального синтез-газа Фишера-Тропша в установке Фишера-Тропша для синтеза углеводородных побочных продуктов, по меньшей мере один из которых смешивают с указанной неперегнанной остаточной фракцией или указанной отделенной частью с получением частично обогащенной синтетической неочищенной нефти, плотность которой в градусах API составляет от 15 до 24.

[0038] В соответствии с дополнительной целью одного из вариантов реализации настоящего изобретения предложен способ синтеза углеводородов, включающий:

a) получение потока обедненного водородом синтез-газа в реакции частичного окисления;

b) каталитическое превращение указанного потока синтез-газа с образованием углеводородных побочных продуктов для получения частично обогащенной синтетической неочищенной нефти;

c) поддержание плотности в единицах API указанной частично обогащенной нефти в диапазоне от 15 до 24 без добавления разбавителя из внешнего источника; и

d) удаление по меньшей мере части указанной синтетической неочищенной частично обогащенной нефти для транспортировки.

ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ

[0039] Настоящее изобретение может применяться в нефтегазовой промышленности.

[0040] Соответственно другой задачей одного из вариантов реализации настоящего изобретения является обеспечение способа, в котором реактор для конверсии водяного газа (WGS) заменяют генератором богатого водородом синтез-газа (XTR), выбранным из группы, состоящей из установки парового риформинга метана (SMR), автотермальной установки для риформинга (ATR) или их комбинации.

[0041] Дополнительная задача одного из вариантов реализации настоящего изобретения состоит в обеспечении способа синтеза углеводородов, включающего стадии:

(а) получения богатого водородом потока с применением генератора синтез-газа;

(b) каталитического превращения указанного потока с получением углеводородов, содержащих по меньшей мере нафту и частично обогащенную синтетическую неочищенную нефть с показателем API от 15 до 24, подходящую для транспортировки;

(c) удаления указанной частично обогащенной синтетической неочищенной нефти;

(d) повторного применения по меньшей мере части указанной нафты в указанном генераторе синтез-газа с получением улучшенного богатого водородом потока; и

(e) рециркулирования указанного улучшенного богатого водородом потока, полученного на стадии (d), для превращения на стадии (b) для улучшения синтеза углеводородов.

[0042] Согласно дополнительному аспекту одного из вариантов реализации настоящего изобретения предложен способ превращения тяжелой нефти или битума в транспортабельную синтетическую неочищенную нефть, включающий:

(a) обработку указанной тяжелой нефти или битума в установке атмосферной дистилляции/рекуперации разбавителя с получением первого потока, содержащего по меньшей мере прямогонную нафту, легкий газойль и сжиженный нефтяной газ (LPG);

(b) прохождение второго потока атмосферных кубовых остатков, полученного на стадии а),