通過熱加壓水和采收流體將全原油改質的方法

專利名稱：通過熱加壓水和采收流體將全原油改質的方法
技術領域：
本發明涉及在不使用外部供應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以制造用作烴原料的具有低硫、低氮、低金屬雜質和高API比重的低傾點高價值原油的方法。
背景技術：
全世界對石油產品的需求近年來急劇增長，耗盡了大量已知的高價值輕質原油貯藏。因此，生產公司將興趣轉向使用低價值的重質原油以滿足未來日益增長的需求。但是， 由于使用重質原油的現有精煉法不如使用輕質原油的有效，由較重原油生產石油產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品。但是不幸地，這不能應對未來需求的預期增長。進一步加劇該問題的是，許多國家已經或計劃對基于石油的運輸燃料的規格執行更嚴格的規章。因此，石油工業試圖找出在精煉之前處理重質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精煉工藝中所用的可得原油的品質。全原油或未加工的原油是用于由生產井產生在任何精煉工藝之前的原油的一般術語。根據生產井的地理特征，全原油的組成極大地隨井而變。不幸地，許多新發現的井往往產生含有提高量的重餾分和除碳和氫外的雜質的全原油。因此，隨著更多既有的較有價值的油井被耗盡，我們未來的供應品大多由劣等原油構成。一般而言，高密度原油提供較低量的較有價值的輕質和中間餾出物。另外，高密度原油通常含有提高量的雜質，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于最終產品中的雜質含量的嚴格規章。一般而言，重質原油具有低API比重、高浙青質含量、低中間餾出物收率、高硫含量、高氮含量和高金屬含量。這些性質導致難以通過傳統精煉法精煉重質原油以制造規格符合嚴格政府規章的最終石油產品。傳統裂化法低價值的重質原油可以通過使用本領域已知的各種方法裂化重餾分來轉化成高價值的輕質原油。傳統上，在氫存在下在升高的溫度下使用催化劑進行裂化和清潔。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和含硫原油時具有一定限制。另外，重質原油原料的蒸餾和/或加氫處理產生大量浙青質和重質烴，它們必須進一步裂化和加氫處理才能使用。浙青質和重餾分的傳統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行傳統加氫處理，各餾分單獨加氫處理。因此，煉油廠必須針對各餾分使用復雜的單元操作。此外，在傳統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。這些工藝在嚴苛反應條件下進行以提高從重質原油到更有價值的中間餾出物的收率和除去雜質，如硫、氮和金屬。目前，使用大量的氫來調節由傳統精煉法制成的餾分的性質以符合最終產品所需的低分子量規格；除去雜質，如硫、氮和金屬；和提高基質的氫/碳比。浙青質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成，從而降低下游精煉成本。水熱裂化-超臨界水已經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介質。水具有在大約705° F(3740C )和大約22. IMPa的臨界點。在這些條件之上，水的液體和氣體之間的相界消失，所得超臨界水表現出對有機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烴分子，利用超臨界水將全原油改質可具有嚴重的缺點。重質烴分子比它們的較輕對應物慢得多地溶解到超臨界水中。此外，具有纏結結構的浙青質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烴，使用目前的方法使該全原油與超臨界水反應造成反應器內的焦積聚。當焦積聚在反應器內時，該焦充當絕熱體并有效阻礙輻射熱遍布反應器，從而造成提高的能量成本，因為操作者必須提高運行溫度以補償該積聚。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器內的停留時間以溶解整個部分的原油和降低該反應器的溫度；但是，該工藝的總體經濟性和改質性能降低。另外，反應器設計的改進可能有用；但是，這需要設計成本的大支出和可能最終證實不有益。 因此，需要促進重油與超臨界水的有效接觸的方法，其不造成大量焦或運行成本的顯著提
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的一般術語。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、水蒸汽或其它化學品，氣體注射是最常用的EOR技術。在氣體型EOR中，將氣體，如二氧化碳(CO2)、天然氣或氮氣注入油層，在此其膨脹并由此將更多原油推至生產井眼。此外，該氣體溶解在原油中，這降低原油的粘度和改進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。剛實現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，因為溶解的C02容易在生產后通過減壓與采收的原油分離。當然，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的溶解度。如上所述，高密度全原油與超臨界水接觸的缺點之一是產生大量低價值焦。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法與超臨界水結合能夠通過促進重餾分溶解到超臨界水中來在不產生顯著量焦的情況下將全原油改質。由于處理量太高，加工整個全原油物流在經濟上不可行。因此，在僅接觸全原油的重質部分以限制焦轉化、提高總油井產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合的簡單和經濟的方法是合意的。此外，既不需要外部供應氫也不存在外部供應的催化劑的用超臨界水流體將全原油改質的改進的方法是合意的。創造能夠將全原油而非獨立的餾分改質以達到所需品質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施。另外，有益的是不需要與需要供氫或除焦系統的其它方法相關的復雜設備或設施的改進的方法，以致該方法可以在產地實施。發明_既述本發明涉及滿足這些需要中的至少一個的方法。本發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的方法。本發明特別利用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，以致較少成焦和降低運行成本。此外，由于該方法僅將一部分全原油改質，本發明的方法可以應對更大的處理量，以使其可以在產地使用并進一步降低總運行費用。在本發明的一個實施方案中，將全原油改質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)以提高生產井的全原油采收率。在從生產井中采收時，該采收流體與全原油密切混合以產生高壓物流，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原油物流和重餾分物流。該輕質原油物流含有顯著部分的采收流體。可以通過任何合適的設備，包括閃蒸器從該輕質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、硫、氮或金屬的物質。在另一實施方案中，在從輕質原油物流中分離所述顯著部分的采收流體后產生的輕餾分物流可以與所述重整的重餾分合并以產生改質全原油，其中該改質全原油具有比全原油更高的API比重和降低量的含浙青質、硫、氮或金屬的物質。在另一實施方案中，該采收流體選自氣體、液體、水蒸汽、化學品及其組合。在進一步實施方案中，該氣體選自二氧化碳、氮氣、天然氣及其組合。在進一步實施方案中，二氧化碳是優選氣體。對于本發明目的，氣體是指在常溫常壓下既非固體也非液體的物質。在另一實施方案中，重整該重餾分物流的步驟進一步包括將該重餾分與水進料物流合并以產生混合物，其中在不存在外部供應的氫的情況下產生該混合物。隨后改變該混合物的溫度以使該混合物在反應區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生裂化以產生熱適應的(adapted)混合物。將該熱適應的混合物冷卻和減壓以產生減壓的適應的混合物。將該減壓的適應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。在另一實施方案中，在不存在外部供應的催化劑的情況下產生該混合物。在另一實施方案中，該反應區包含具有內部部分的主反應器，其中該主反應器是垂直取向的反應器，以使該預熱混合物向下流經該垂直取向的反應器。在進一步實施方案中，通過壓力調節設備將該熱適應的混合物減壓。該壓力調節設備優選是至少一個背壓調節器，更優選是以并聯方式構造的兩個或更多個背壓調節器。在另一實施方案中，重整該重餾分物流的步驟可以包括將水進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壓力。該重餾分物流與水進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。將繼續保持在水臨界壓力之上的該混合物泵送至加熱區。在加熱區中將該混合物加熱到大約 150°C至350°C的溫度以形成預熱混合物。隨后將該預熱混合物送入反應區。將反應區內的溫度提高至等于或高于水臨界溫度的目標溫度，以使該預熱混合物的至少一些烴發生裂化，從而形成熱適應的混合物，該反應區基本不含外部提供的催化劑和基本不含外部提供的氫源。將該熱適應的混合物冷卻和減壓以形成減壓的適應的混合物。使用至少一個分離器將該減壓的適應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料物流合并，使該處理過的水物流再循環。 在本發明的另一實施方案中，該主反應器可以是垂直取向的反應器，以使該預熱混合物向下流經該垂直取向的反應器。在進一步實施方案中，通過壓力調節設備將該熱適應的混合物減壓。該壓力調節設備優選是至少一個背壓調節器，更優選是以并聯方式構造的兩個或更多個背壓調節器。在另一實施方案中，重整該重餾分物流的步驟可以包括將水進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壓力。隨后將水進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。重餾分物流與該加熱的水物流在混合區中混合以形成預熱混合物，其中該混合區位于反應區附近，以使該預熱混合物保持超臨界態，隨后將該預熱混合物進料入反應區。將反應區內的溫度提高至等于或高于水臨界溫度的目標溫度，以使該預熱混合物的至少一些烴發生裂化，從而形成熱適應的混合物，該反應區基本不含外部提供的催化劑和基本不含外部提供的氫源。將該熱適應的混合物冷卻和減壓以形成冷卻的適應的混合物。將冷卻的適應的混合物減壓以形成減壓的適應的混合物。使用至少一個液-氣分離器將該減壓的適應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料物流合并，使該處理過的水物流再循環。 在本發明的另一實施方案中，該主反應器可以是垂直取向的反應器，以使該預熱混合物向下流經該垂直取向的反應器。在進一步實施方案中，通過壓力調節設備將該熱適應的混合物減壓。該壓力調節設備優選是至少一個背壓調節器，更優選是以并聯方式構造的兩個或更多個背壓調節器。本發明的方法不要求外部供應氫和/或催化劑來將烴改質。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造成本有效的方法。與其它熱裂化法相比，本發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，超臨界水流體促進質量傳遞，這提高反應速度。在一個實施方案中，預熱混合物在反應區內的停留時間為0. 1至30分鐘，更優選5至15分鐘。本發明還提供將全原油改質的裝置。在本發明的一個實施方案中，該裝置具有注入井、生產井、分餾設備和水熱重整設施。在一個實施方案中，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成，其中該全原油包含輕餾分和重餾分。在一個實施方案中，該生產井與地下巖層流體連通以使該生產井可操作為從地下巖層產生高壓物流。在本發明的一個實施方案中，該分餾設備與生產井流體連通。該分餾設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的可混溶性，且該輕質原油物流含有顯著部分的采收流體。在本發明的一個實施方案中，該水熱重整設施可操作為通過使該重餾分物流與水進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，從而產生與全原油相比具有降低量的重餾分、含浙青質、硫、氮或金屬的物質的重整重餾分。在本發明的另一些實施方案中，該水熱重整設施具有混合區、預熱區、高壓泵送工具和反應區。在一個實施方案中，該混合區包括超聲波發生器。此外，該混合區可操作為在略微升高的溫度下將重油與水進料合并。預熱區與混合區流體相連，該預熱區可操作為將其內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的壓力以超過水的臨界壓力。該反應區包括主反應器的內部部分，其中該反應區與預熱區流體相連，且該主反應器可操作為承受至少與水臨界溫度一樣高的溫度。另外，該主反應器可操作為承受超過水臨界壓力的壓力。在本發明的一個實施方案中，該反應區基本不含外部提供的催化劑和基本不含外部提供的氫源。在本發明的另一些實施方案中，該水熱重整設施還可以包括壓力調節設備、與該壓力調節設備流體相連的液-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生液體物流和氣體物流，且該水-油分離器可操作為產生回收的水物流和改質烴物流。在本發明的另一實施方案中，該水熱重整設施還可以包括經由回收的水物流與該水-油分離器流體相連的氧化反應器。該氧化反應器可操作為在該回收的水再循環和與水進料合并之前清潔該回收的水。另外，本發明的方法和裝置可以容易地在全原油的產地使用，因為本發明的各種實施方案不需要與要求供氫或除焦系統的其它方法相關的復雜設備或設施。此外，該低傾點和高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，因為由此將進一步的昂貴加氫處理盡量降低。附圖簡述參照下列描述、權利要求和附圖更好地理解本發明的這些和其它特征、方面和優點。但是，要指出，附圖僅例舉本發明的幾個實施方案，因此不應被視為限制本發明的范圍， 因為其允許其它同樣有效的實施方案。

圖1是根據本發明的一個實施方案的工藝圖的透視圖。圖2是該方法的重整步驟的實施方案的更詳細視圖。圖3是該方法的重整步驟的另一實施方案的更詳細視圖。圖4顯示輕餾分和重餾分中的二氧化碳溶解度曲線。詳述本發明提供在不外部供應氫或催化劑的情況下將全原油轉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井的總產量。該方法進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設施。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、硫、氮或金屬的物質的重整重餾分。該重整步驟在不存在外加氫的情況下進行。該熱加壓水在水的臨界溫度和壓力之上并表現出在本發明中用于實現所需最終結果的獨特性質。熱加壓水通過促進質量擴散、熱傳遞、分子內或分子間氫轉移、穩定用于抑制成焦的自由基化合物和除去雜質，如含硫、氮和金屬的分子來提供使重質組分裂化成低分子量烴所用的反應介質。盡管尚未確定去除雜質的確切機制，但雜質似乎吸收到水相中或集中在焦或改質產品的重餾分中。通過使用超臨界水，從原油中分離這些雜質以避免有害作用。該方法進一步包括從輕質原油物流中分離采收流體以形成輕餾分物流，并且在一個實施方案中，將該輕餾分物流與重整重餾分合并以形成改質全原油。此外，從該輕質原油物流中分離的采收流體可以回收和再循環以在注射步驟中再使用。本發明的上述實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組分改質的有效方法，所有這些都在使處理量保持正常水平的同時實現。本發明是有利的，因為其不需要昂貴的催化劑以重整重餾分。此外，本發明提供不使用更傳統和更昂貴的蒸餾設備將全原油分餾成重餾分和輕餾分的實用方式。此外，本發明允許生產公司在產地將全原油改質，而非將全原油轉移至遠程地點進行改質，從而進一步降低成本。現在參照圖1，其代表本發明的一個實施方案，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原油采收率，這是公知的水氣交替設計(WAG)，并經此引用并入本文。
該混溶的二氧化碳和全原油經由生產井[25]達到地面，該高壓物流[27]隨后進入分餾設備[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部分變得與二氧化碳不混溶。在一個實施方案中，分餾設備[35]的壓力保持在接近二氧化碳臨界壓力(1073psig)的壓力范圍內。優選的壓力范圍為500psig至2000psig，更優選 1，OOOpsig至l，300psig。分餾設備[35]內的溫度保持在0°C至50°C，優選20°C至40°C的范圍內。隨后將仍含有少量二氧化碳的被稱作重餾分物流W]的這種重質部分送往水熱重整設施[45]，由此重餾分物流[4]與水在超臨界條件下接觸，以產生重整重餾分[92]。 重餾分物流W]內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，這造成更好轉化率、降低的焦油生成量和較低的運行成本。包含顯著部分二氧化碳和該全原油的輕餾分的輕質原油物流[37]離開分餾設備 [35]和進入二氧化碳分離器[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由再循環二氧化碳管線[57]再循環回二氧化碳儲罐[5]。隨后將輕餾分物流[59]進料入改質全原油儲罐[65]，在此其與重整重餾分 [92]合并儲存。最終產物——改質全原油[96]可隨后運輸以供進一步精煉。圖2代表水熱重整設施W5]的一個實施方案。將水進料物流[2]進料入儲水罐 [10]，在此隨后使用高壓計量水泵[20]將水進料物流[2]泵送至該方法的混合區[30]。類似地將重餾分物流[4]進料入重餾分儲罐[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[30]。在混合區[30]之前，重餾分物流[4]處于允許流動的溫度；但是，該溫度優選不超過150°C。這兩個物流在混合區[30]合并形成混合物 [32]。隨后將混合物[32]進料入加熱區[40]，在此將該溫度提高到在150至400°C，更優選150至350°C范圍內的溫度以形成預熱混合物W2]。隨后將預熱混合物W2]進料入主反應器[50]，其中溫度和壓力接近或超過水的臨界點，以使預熱混合物W2]的至少一些烴發生裂化，以形成熱適應的混合物[52]，主反應器[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部部分。隨后使用任何可接受的冷卻工具[60]，優選熱交換器冷卻熱適應的混合物[52]，以產生冷卻的適應的混合物W2]。冷卻的適應的混合物W2]隨后通過壓力調節設備[70]減壓以產生減壓的適應的混合物[72]。在一個實施方案中，壓力調節設備[70]包含至少兩個背壓調節器，更優選三個背壓調節器[70a，70b，70c](以并聯方式連接)。該布置有利地在主背壓調節器堵塞的情況下提供繼續運行。減壓的適應的混合物[72]隨后進入液-氣分離器[80]， 在此將減壓的適應的混合物[72]分離成氣體部分[82]和液體部分[84]。隨后將液體部分 [84]進料入油-水分離器[90]以產生重整重餾分[92]和回收的水[94]。在另一實施方案中，回收的水[94]可以在儲水罐[10]之前或之后再循環和再用作水進料物流[2]。圖3代表在混合區[30]之前將水進料物流[2]預熱至超臨界條件的一個實施方案。在此實施方案中，將水進料物流[2]進料入儲水罐[10]，在此隨后使用高壓計量水泵 [20]將水進料物流[2]泵送至該方法。但是，不先與重餾分物流[4]混合，而是將水進料物流[2]在加熱區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。類似地將重餾分物流[4]進料入高蠟原油儲罐[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[30]。在混合區[30]之前，重餾分物流 [4]處于允許流動的溫度；但是，優選不超過150°C。重餾分物流[4]和加熱的水物流Wl] 在混合區[30](其優選接近主反應器[50])合并，以產生預熱混合物W2]。預熱混合物W2]進入主反應器[50]，其中溫度和壓力接近或超過水的臨界點，以使預熱混合物W2]的至少一些烴發生裂化，以形成熱適應的混合物[52]，主反應器[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]，優選熱交換器冷卻熱適應的混合物[52]，以產生冷卻的適應的混合物W2]。冷卻的適應的混合物W2]隨后通過壓力調節設備[70]減壓以產生減壓的適應的混合物[72]。 在一個實施方案中，壓力調節設備[70]包含至少兩個背壓調節器，更優選三個背壓調節器 [70a, 70b, 70c](以并聯方式連接)。該布置有利地在主背壓調節器堵塞的情況下提供繼續運行。減壓的適應的混合物[72]隨后進入液-氣分離器[80]，在此將減壓的適應的混合物 [72]分離成氣體部分[82]和液體部分[84]。隨后將液體部分[84]進料入油-水分離器 [90]以產生重整重餾分[92]和回收的水[94]。在另一實施方案中，回收的水[94]可以在儲水罐[10]之前或之后再循環和再用作水進料物流[2]。圖4顯示作為壓力的函數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。 在本發明中，壓力A代表離開生產井的高壓物流的壓力，壓力B是圖1中的分餾設備[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明成功地將重餾分與該高壓物流的其余部分分離。實際上，壓力A應超過實測或預測的采收流體的MMP。可以通過進行一系列實驗來最佳地選擇壓力B。直覺上，如果壓力B太高，分離較少重餾分，這限制總轉化率；但是，如果壓力B設置太低，相對顯著部分的輕餾分被送入水熱重整設施，這需要更大的設備和更多動力以使該額外的輕餾分流貫穿水熱設施。在任一情況下，該方法的總效率降低。因此，應該進行實驗以優化圖1的分餾設備[35]的運行壓力，在本領域普通技術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、 全原油的獨特特性、設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明，但本領域技術人員顯而易見的是，本發明不限于此，而是可以在不背離本發明范圍的情況下作出各種變動。
權利要求
1.將全原油改質的方法，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井的全原油采收率，在從生產井中采收時，該采收流體與全原油密切混合以產生高壓物流，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原油物流和重餾分物流，該輕質原油物流含有顯著部分的采收流體；從該輕質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、硫、氮或金屬的物質。
2.權利要求1的方法，進一步包括將輕餾分物流與重整重餾分合并以產生改質全原油，其中該改質全原油與全原油相比具有降低量的重餾分、含浙青質、硫、氮或金屬的物質。
3.權利要求1的方法，其中該采收流體選自氣體、液體、水蒸汽、化學品及其組合。
4.權利要求1的方法，其中該采收流體是選自二氧化碳、氮氣、天然氣及其組合的氣體。
5.權利要求1的方法，其中該采收流體是二氧化碳。
6.權利要求1的方法，其中從該輕質原油物流中分離采收流體的步驟包括閃蒸器。
7.權利要求1的方法，其中重整該重餾分物流的步驟進一步包括將該重餾分與水進料物流合并以產生混合物，其中在不存在外部供應的氫的情況下產生該混合物；改變該混合物的溫度以使該混合物在反應區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生裂化以產生熱適應的混合物；將該熱適應的混合物冷卻并減壓以產生減壓的適應的混合物； 將該減壓的適應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.權利要求7的方法，其中在不存在外部供應的催化劑的情況下產生該混合物。
9.權利要求7的方法，其中該反應區包含具有內部部分的主反應器，該主反應器包含垂直取向的反應器，以使該預熱混合物向下流經該垂直取向的反應器。
10.權利要求7的連續方法，其中通過壓力調節設備將該熱適應的混合物減壓，該壓力調節設備包含至少一個背壓調節器。
11.權利要求10的連續方法，其中該壓力調節設備包括以并聯方式構造的兩個或更多個背壓調節器。
12.權利要求1的方法，其中重整該重餾分物流的步驟進一步包括將水進料物流和重餾分物流的壓力提高至目標壓力，該目標壓力超過水臨界壓力； 將該重餾分物流與水進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；在加熱區中將該混合物加熱到大約150°C至350°C的溫度以形成預熱混合物；將該預熱混合物進料入反應區；將反應區內的溫度提高至等于或高于水臨界溫度的目標溫度，以使該預熱混合物的一部分烴發生裂化，以形成熱適應的混合物，該反應區基本不含外部提供的催化劑和基本不含外部提供的氫源；將該熱適應的混合物冷卻和減壓以形成減壓的適應的混合物；使用至少一個分離器將該減壓的適應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.權利要求12的方法，進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料物流合并，使該處理過的水物流再循環。
14.權利要求1的方法，其中重整該重餾分物流的步驟進一步包括 將水進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壓力；將水進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；使重餾分物流與該加熱的水物流在混合區中混合以形成預熱混合物，其中該混合區位于反應區附近，以使該預熱混合物保持超臨界態； 將該預熱混合物進料入反應區；將反應區內的溫度提高至等于或高于水臨界溫度的目標溫度，以使該預熱混合物的至少一些烴發生裂化，以形成熱適應的混合物，該反應區基本不含外部提供的催化劑和基本不含外部提供的氫源；將該熱適應的混合物冷卻和減壓以形成減壓的適應的混合物； 使用至少一個液_氣分離器將該減壓的適應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.權利要求14的方法，進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料物流合并，使該處理過的水物流再循環。
16.將全原油改質的裝置，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； 生產井，其與地下巖層流體連通，該生產井可操作為從地下巖層產生高壓物流； 分餾設備，其與生產井流體連通，其中該分餾設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的可混溶性，和其中該輕質原油物流含有顯著部分的采收流體；和水熱重整設施，其可操作為通過使該重餾分物流與水進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、硫、氮或金屬的物質。
17.權利要求16的裝置，其中該水熱重整設施包括混合區，其可操作為在略微升高的溫度接收重餾分與水進料以產生重油/水混合物；預熱區，其與該混合區流體相連，該預熱區可操作為將該重油/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；和反應區，其與預熱區流體相連；該反應區包含主反應器的內部部分，該主反應器可操作為承受至少與水臨界溫度一樣高的溫度；該主反應器可操作為承受超過水臨界壓力的壓力，該反應區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.權利要求17的裝置，其中該混合區進一步包括超聲波發生器，其可操作為對該重油/水混合物施以空化作用和進一步通過產生亞微乳狀液來誘發重油/水混合物的混合。
19.權利要求17的裝置，進一步包括壓力調節設備；液_氣分離器，其與該壓力調節設備流體相連，該液_氣分離器可操作為產生液體物流和氣體物流；和水_油分離器，其經由液體物流與該液_氣分離器流體相連，該水_油分離器可操作為產生回收的水物流和改質烴物流。
20.權利要求19的裝置，其中該回收的水物流可以再循環和與水進料合并，且該裝置進一步包括與該回收的水物流流體相連的氧化反應器，該氧化反應器可操作為經由氧化來清潔該回收的水物流。
全文摘要
將全原油改質的方法，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 優先權日2007年11月28日
發明者K-H·焦 申請人:沙特阿拉伯石油公司