制造混合原油和燃料的方法和裝置的制造方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)交叉引用
[0002] 本申請(qǐng)要求于2013年11月1日提交的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)序列號(hào)14/070450的優(yōu)先權(quán)， W及于2013年1月7日提交的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)序列號(hào)61/848,636的優(yōu)先權(quán)，其每一個(gè) 都通過(guò)引用被全部合并于此。 陽(yáng)00引發(fā)明背景
技術(shù)領(lǐng)域
[0004] 本發(fā)明設(shè)及原油、液體石油燃料，和原油運(yùn)輸。更具體地說(shuō)，本發(fā)明設(shè)及用于制造 混合原油和燃料的方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0005] 大量產(chǎn)物是源自于原油，因?yàn)榘谄渲械母鞣N形式、重量和長(zhǎng)度的大量的控分 子，每個(gè)運(yùn)樣的產(chǎn)物具有不同的物理和化學(xué)性質(zhì)?；诿恳粋€(gè)運(yùn)樣的組分的相對(duì)分子量，存 在在原油中的組分的混合物通常被分類(lèi)為包括重，中，和輕質(zhì)控。在價(jià)值鏈中，中質(zhì)組分提 供最大的價(jià)值，其次是輕質(zhì)組分，然后是重質(zhì)組分。重質(zhì)組分相對(duì)較低的價(jià)值反映在重質(zhì)原 油相較于輕質(zhì)原油的更低價(jià)的支付。更高含量的污染物和雜質(zhì)也降低了原油的價(jià)值。其結(jié) 果是，通過(guò)將重質(zhì)組分轉(zhuǎn)換為輕質(zhì)組分并從中提取污染物和雜質(zhì)，努力已經(jīng)被指向發(fā)展提 升原油價(jià)值的方法。
[0006] 存在于原油中的大量組分和運(yùn)些組分的分離設(shè)及的復(fù)雜性決定了煉油廠(chǎng)是大規(guī) 模的。另一方面，原油的提取分散范圍很廣，因此有必要長(zhǎng)距離運(yùn)輸原油到本地的煉油廠(chǎng)站 點(diǎn)。原油運(yùn)輸?shù)闹饕绞绞枪艿?，其?duì)于重質(zhì)原油出現(xiàn)了顯著困難，因?yàn)橹刭|(zhì)原油的相關(guān)聯(lián) 的高粘度降低了它的流動(dòng)性。盡管降低重質(zhì)原油的粘度的許多方法已經(jīng)被設(shè)計(jì)出來(lái)，一種 改進(jìn)的方法W提供簡(jiǎn)化、更低的成本，和/或消除化學(xué)添加劑的需求仍然存在。如果沒(méi)有在 經(jīng)濟(jì)上和環(huán)境上可行的替代物W降低重質(zhì)原油的粘度，大量原油源依然或還是有可能變成 為不經(jīng)濟(jì)的。
[0007] 降低與化石燃料（即原油饋分）的燃燒相關(guān)聯(lián)的污染的水平，并且增加與運(yùn)輸燃 料相關(guān)聯(lián)的英里數(shù)是發(fā)達(dá)國(guó)家的主要焦點(diǎn)。而努力的主要焦點(diǎn)是旨在改善在燃料的燃燒和 其廢氣中設(shè)及的系統(tǒng)和組分，改進(jìn)還可W通過(guò)減少平均碳鏈長(zhǎng)度和在燃料內(nèi)的污染物和雜 質(zhì)的水平來(lái)改善燃料本身的特性來(lái)得到。
[0008] 許多原油沉積物含有天然氣和與原油一起從沉積物被釋放的其它氣態(tài)控。因?yàn)?運(yùn)輸運(yùn)些氣體的成本和困難通常不受其銷(xiāo)售所產(chǎn)生的收入所支持，氣體通常被排放到大氣 中，或通過(guò)火炬（flare)燃燒。如果運(yùn)些氣體沒(méi)有現(xiàn)場(chǎng)或本地的使用，運(yùn)種排放或燃燒包括 能源資源的浪費(fèi)和增加的環(huán)境污染。出于生產(chǎn)目的對(duì)運(yùn)些資源的使用會(huì)產(chǎn)生局部的W及更 大的價(jià)值。
[0009] 用于將原油的重質(zhì)組分轉(zhuǎn)換為較輕組分W提取更大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值的方法在石油工 業(yè)發(fā)展初期經(jīng)歷了持續(xù)的發(fā)展。各種類(lèi)型的焦化裝置和裂化單元使用高溫，通常與壓力、蒸 汽，和/或催化劑結(jié)合使用，w將重質(zhì)控組分分裂為較輕質(zhì)控組分。除了焦化裝置和裂化單 元，各種技術(shù)是已知的，其使用氣體的組合，如甲燒或氨氣，與熱、壓力，和/或不同類(lèi)型的 催化劑一起創(chuàng)建具有相對(duì)于初始的原料的曲線(xiàn)向下移動(dòng)的蒸饋曲線(xiàn)的最終產(chǎn)品。
[0010] 存在用于降低重質(zhì)原油的粘度W提高其通過(guò)管道的流動(dòng)的若干方法，但都伴隨著 問(wèn)題。重質(zhì)原油能夠與基于石油的添加劑（如低粘度原油或原油饋分）混合，但是運(yùn)需要相 對(duì)大量的運(yùn)些添加劑，并且僅當(dāng)輕質(zhì)原油場(chǎng)或煉油廠(chǎng)就在附近時(shí)是可行的。管道本身可W 被加熱W提高重油的流動(dòng)，但是加熱設(shè)備和絕緣的大量的資金成本，W及供熱的持續(xù)費(fèi)用， 使運(yùn)在很大程度上是不經(jīng)濟(jì)的?；瘜W(xué)添加劑可W與原油混合W降低其粘度，但是使用化學(xué) 品是昂貴的并且在煉油后被保留在燃料中，當(dāng)燃料被燃燒時(shí)被釋放到大氣中。運(yùn)些污染物 問(wèn)題的后果是，煉油廠(chǎng)都開(kāi)始拒絕購(gòu)買(mǎi)運(yùn)樣處理的原油。雖然已經(jīng)提出了各種辦法，其使用 甲燒氣體W及熱和壓力或某些類(lèi)型的催化劑一起W降低粘度并提高原油的API,但是運(yùn)樣 的技術(shù)很少在該領(lǐng)域被使用。商業(yè)承兌的缺乏指出了問(wèn)題，其包括，但不限于，本地水平的 可伸縮性，過(guò)高的資本和運(yùn)營(yíng)成本，運(yùn)營(yíng)效率低下，和/或運(yùn)些方法的有限效果。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0011] 本文中所公開(kāi)的本發(fā)明的實(shí)施方式提供了簡(jiǎn)化的過(guò)程，用于將存在于原油和原油 饋分中的大型鏈狀控分子分裂成較小鏈狀控分子，并分離由此產(chǎn)生的污染物和雜質(zhì)。本發(fā) 明的實(shí)施方式獨(dú)特地W-種強(qiáng)烈、泡騰的方式在相對(duì)低的溫度和壓強(qiáng)下且無(wú)需催化劑的進(jìn) 一步幫助將氣體與原油或原油饋分結(jié)合。運(yùn)樣的氣體包括，但不限于，氮?dú)?、二氧化碳、一?化碳、氨氣，或控類(lèi)，如甲燒、乙燒、丙烷、下燒、戊燒、乙醇、甲醇，或兩種或多種的混合物，或 其他組合和變體，包括場(chǎng)廢氣和天然氣。本發(fā)明的實(shí)施方式，相較于初始的原料，增加了在 原油或原油饋分中具有更高價(jià)值的中質(zhì)和輕質(zhì)組分的比例，即生成的產(chǎn)物蒸饋曲線(xiàn)相較于 初始的原料的蒸饋曲線(xiàn)向下移動(dòng)；降低重質(zhì)原油的粘度W提高運(yùn)輸流動(dòng)；產(chǎn)生具有改善特 征的原油饋分；同時(shí)移除污染物和雜質(zhì)；將控氣與W及液控在分子水平上結(jié)合；W及使用 本可能被浪費(fèi)的氣體。
[0012] 在一般情況下，本發(fā)明的實(shí)施方式在持續(xù)泡騰、端流的環(huán)境中產(chǎn)生氣體分子與液 體控分子的大量局部強(qiáng)烈高能碰撞和運(yùn)些分子的持續(xù)的碰撞。運(yùn)個(gè)過(guò)程是在原材料流入和 產(chǎn)物流出的自含式網(wǎng)絡(luò)中在相對(duì)低的氣溫和壓強(qiáng)下被執(zhí)行的。該泡騰的碰撞過(guò)程通過(guò)噴嘴 和最好地產(chǎn)生氣體分子與液控分子的直接強(qiáng)烈高能混合的噴嘴布置和/或?qū)?zhǔn)的方式在 處理容器中發(fā)生，所選擇的氣體在該容器中與原油或原油饋分液體端流地結(jié)合，且隨著氣 體分子上升通過(guò)液體，其維持氣體和液體的持續(xù)的端流泡騰的相互作用。該過(guò)程從液體的 頂部產(chǎn)生氣態(tài)的斷流，其上升到容器頂部且通過(guò)位于容器頂部的排氣口逸出。在一實(shí)施方 式中，通過(guò)真空的方式將氣態(tài)的斷流抽出通過(guò)排氣口，并進(jìn)一步進(jìn)入W及通過(guò)熱交換器，氣 體在該熱交換器中冷卻。隨著氣體冷卻，一部分凝結(jié)成液體，其被沉淀到容納最終產(chǎn)物的產(chǎn) 物罐中。將在冷卻過(guò)程中未凝結(jié)的氣體從產(chǎn)物罐的頂部抽出，將氣體引導(dǎo)回第一級(jí)處理容 器，W與液體原油或原油饋分結(jié)合。隨著過(guò)程繼續(xù)進(jìn)行，那些不能有效地通過(guò)該過(guò)程被分裂 的非常重的液控分子、污染物，如硫，和雜質(zhì)，如砂子和水，被沉淀到處理罐的底部，并按需 周期性地被移除。相互作用的結(jié)果包括將液控分子分裂成較小鏈狀控分子；氣控分子和液 控分子的分子結(jié)合；原油的某些最重的組分的分離；W及包含在原料中的污染物和雜質(zhì)的 材料部分的分離。
【附圖說(shuō)明】
[0013] 圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)流程和系統(tǒng)部件的示意圖；
[0014] 圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的一完整閉循環(huán)系統(tǒng)的方框原理圖；
[001引圖3是根據(jù)本發(fā)明的氣體噴射系統(tǒng)的示例的俯視圖；W及
[0016] 圖4-8是測(cè)試1-5的測(cè)試匯總。 具體實(shí)施例
[0017] 圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)流程的示意圖。如圖1所示，液體原油或原油饋分， 即原料，（1)通過(guò)補(bǔ)充累（2)到達(dá)再循環(huán)累（3)在該再循環(huán)累中原料與從精煉容器（A)中 提取的可循環(huán)原料（21)混合。
[001引該原料可W由任何形式的原油組成，包括，但不限于，重質(zhì)、中間型、輕質(zhì)、含硫、低 硫，或其中的任何組合，或任何原油饋分包括，但不限于，所有形式的重質(zhì)燃油、礦物油、汽 油、柴油、噴氣燃料、輕質(zhì)燃油、石腦油、煤油、焦炭、漸青和其中的任何組合。
[0019] 然后原料被累送到循環(huán)加熱器（4)，原料在其中被加熱到適當(dāng)?shù)臏囟?。該加熱器?W是使用常規(guī)的加熱元件的電動(dòng)、氣動(dòng)，或蒸汽單元。來(lái)自該位置的氣體可W被用于產(chǎn)生運(yùn) 種加熱器所需的燃料，無(wú)論所使用的是電動(dòng)（氣體動(dòng)力的發(fā)電機(jī)）、蒸汽（由氣體加熱器加 熱的水），或氣體加熱器。所選的加熱器的特定類(lèi)型和尺寸是依賴(lài)于最佳可用的能源、精煉 容器的尺寸，和操作的位置，即氣候、室內(nèi)、室外。本發(fā)明的示例性實(shí)施方式使用蒸汽加熱。 所用的溫度取決于原料的類(lèi)型和特性W及最終產(chǎn)物所需的特性。通常地，溫度可W在介于 200到450華氏度之間，更典型的范圍在介于240到300華氏度之間。
[0020] 將加熱的原料注入精煉容器中。通過(guò)將原料（21)通過(guò)再循環(huán)累（3)和循環(huán)加熱 器（4)進(jìn)行再循環(huán)，在該精煉容器內(nèi)的原料的溫度被維持在所需的范圍內(nèi)，通常是適用的 過(guò)程的最佳溫度的+/-1-3°。雖然再循環(huán)的速率基于原料和最終產(chǎn)物要求的所需的處理溫 度W及精煉容器的尺寸而變化，但90加侖標(biāo)準(zhǔn)精煉容器的再循環(huán)的平均速率大約是1到4 次每分鐘。將溫度控制信號(hào)通過(guò)系統(tǒng)積分器（C)發(fā)送到加熱器單元和/或再循環(huán)累。系統(tǒng) 積分器包括具有專(zhuān)口編程控制軟件的市售品。
[0021] 該精煉容器填充有達(dá)到一水平的原料W在該原料之上提供適當(dāng)?shù)拈_(kāi)放的間隔 (8)。開(kāi)放間隔（8)的大小取決于原料的類(lèi)型和特性W及最終產(chǎn)物所需的特性。一般地， 開(kāi)放間隔的大小范圍可W是精煉容器總體積的約5%至約50%，更典型的范圍是從20%至 50%。本發(fā)明的示例性實(shí)施方式包括具有直圓筒狀的容器，在其中作為高度的百分比的開(kāi) 放間隔等于其體積的百分比。
[0022] 在精煉容器內(nèi)原料的水平通過(guò)水平測(cè)量裝置（17)被維持在所需的范圍內(nèi)，其將 測(cè)量信號(hào)提供到控制累送系統(tǒng)（2)的系統(tǒng)積分器（C)。本發(fā)明的一示例性實(shí)施方式包括水 平測(cè)量裝置，在其中雷達(dá)裝置使用雷達(dá)信號(hào)返回時(shí)間來(lái)測(cè)量從位于精煉容器頂部的傳感器 到原料的表面水平的距離。雷達(dá)水平傳感器信號(hào)與來(lái)自殘?jiān)劭刂破鳎?2)的信號(hào)一起被 提供到系統(tǒng)積分器（C)。該殘?jiān)劭刂破骶嫦到y(tǒng)積分器（C)目前的殘?jiān)瞥?。通過(guò)利用 水平測(cè)量裝置（17)和殘?jiān)劭刂破鳎?2)提供的信號(hào)產(chǎn)生被提供到累送系統(tǒng)（2)的進(jìn)料控 制信號(hào)，合適的原料水平被