專利名稱:聯(lián)合進(jìn)行瀝青生產(chǎn)和氣體轉(zhuǎn)化的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及這樣一種方法，在所述的方法中，將氣體轉(zhuǎn)化法生產(chǎn)的烴類和水蒸汽用來促進(jìn)瀝青生產(chǎn)和輸送。更具體地說，本發(fā)明涉及這樣一種方法，在所述的方法中，將天然氣轉(zhuǎn)化成費(fèi)-托合成氣體進(jìn)料，由它生產(chǎn)液體烴類和水蒸汽，以便促進(jìn)瀝青生產(chǎn)和通過管道輸送到精煉設(shè)備。
背景技術(shù)：
很重的原油沉積物，例如在加拿大和委內(nèi)瑞拉發(fā)現(xiàn)的油砂巖層含有數(shù)萬億桶通常稱為瀝青的很重的粘稠石油。瀝青的API重度通常為5°～10°，在巖層的溫度和壓力下的粘度可高達(dá)百萬厘泊。構(gòu)成瀝青的烴類分子有較低的氫含量，而膠質(zhì)和瀝青質(zhì)的含量高達(dá)70％。這就使得瀝青難以生產(chǎn)、輸送和改質(zhì)。為了將它泵送出地面(生產(chǎn))，必需在地下就地降低其粘度。雖然已提出為了降低粘度用芳烴溶劑就地稀釋瀝青(加拿大專利1034485)，但是瀝青的生產(chǎn)通常用水蒸汽來促進(jìn)。在水蒸汽促進(jìn)的瀝青生產(chǎn)中，將熱的水蒸汽向下注入巖層，使油的粘度下降到足以泵送出地面的程度。這一點(diǎn)例如在US 4607699中公開。另一方面，US 4874043公開了將水蒸汽和熱水泵入地下的方法。但是，水蒸汽生產(chǎn)的瀝青仍然太粘稠，以致難以用管道輸送到改質(zhì)設(shè)備。所以，必需用能相容的低粘度液體稀釋，其用量應(yīng)足以得到能用管道輸送的低粘度混合物。這一點(diǎn)是已知的，例如在US 6096192中公開。瀝青生產(chǎn)的一個(gè)顯著特點(diǎn)是易于利用的水蒸汽源，因?yàn)樵诜椒ㄖ幸徊糠炙羝獡p耗或消耗，而不能回收。另一特點(diǎn)是能相容的瀝青稀釋劑的充裕供應(yīng)，特別是如果它以一次通過的方式使用和優(yōu)選不需要下游瀝青轉(zhuǎn)化操作來生產(chǎn)稀釋劑。在US6096192的方法中，稀釋劑由生成天然氣凝析油混合物以及瀝青部分催化加氫轉(zhuǎn)化得到的低沸點(diǎn)烴類得到。為了改質(zhì)通過瀝青轉(zhuǎn)化生產(chǎn)的瀝青中間餾分油燃料，需要充裕的氫源。當(dāng)希望生產(chǎn)瀝青柴油時(shí)，需要有相當(dāng)高十六烷值的調(diào)合組分來與較低十六烷值的瀝青柴油混合。
正如大家熟悉的，氣體轉(zhuǎn)化法由天然氣得到的合成氣生產(chǎn)烴類。合成氣包含H2和CO的混合物，在費(fèi)-托合成催化劑存在下，它們反應(yīng)生成烴類。已使用了固定床、流化床和漿液烴類合成法，其中所有的方法都在各種技術(shù)文獻(xiàn)和專利中描述。合成得到輕質(zhì)烴類和重質(zhì)烴類。除了生產(chǎn)烴類外，這些方法還產(chǎn)生水蒸汽和水。如果可將瀝青生產(chǎn)和氣體轉(zhuǎn)化聯(lián)合，利用氣體轉(zhuǎn)化法的特點(diǎn)增加瀝青產(chǎn)量和提高產(chǎn)品質(zhì)量，這將是一個(gè)改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及這樣一種方法，在所述的方法中，將天然氣轉(zhuǎn)化成合成氣體進(jìn)料，由它生產(chǎn)液體烴類和水蒸汽，以便促進(jìn)瀝青生產(chǎn)和通過管道輸送到精煉設(shè)備。下文將天然氣生成合成氣的轉(zhuǎn)化和由合成氣生產(chǎn)烴類稱為“氣體轉(zhuǎn)化”。用來生產(chǎn)合成氣的天然氣通常并優(yōu)選來自瀝青油田或附近的天然氣井。氣體轉(zhuǎn)化生成液體烴類、水蒸汽和水。因此，廣義上本發(fā)明涉及這樣一種聯(lián)合進(jìn)行的氣體轉(zhuǎn)化和瀝青生產(chǎn)法，其中氣體轉(zhuǎn)化水蒸汽和烴類液體分別用來促進(jìn)瀝青生產(chǎn)和用于輸送的稀釋。天然氣生成合成氣的轉(zhuǎn)化用任何一種適合的合成氣法來達(dá)到。合成氣包含H2和CO的混合物，在對于氣體中的H2和CO反應(yīng)并生成烴類(其中至少一部分為液體烴類)有效的反應(yīng)條件下，合成氣與適合的烴類合成催化劑接觸。將一部分這樣的液體烴類、優(yōu)選低沸點(diǎn)烴類、更優(yōu)選含石腦油餾分的烴類用來降低用該法生產(chǎn)的瀝青的粘度，以便它可通過管道輸送到精煉設(shè)備。氣體轉(zhuǎn)化法還生產(chǎn)高壓和中壓的水蒸汽，將全部或部分水蒸汽注入地下，以便促進(jìn)瀝青生產(chǎn)。除了烴類外，烴類合成反應(yīng)還生產(chǎn)水，可將全部或部分水加熱，生產(chǎn)用于瀝青生產(chǎn)的水蒸汽。因此，本發(fā)明中的“氣體轉(zhuǎn)化水蒸汽”或“氣體轉(zhuǎn)化法得到的水蒸汽”意味著包括(i)氣體轉(zhuǎn)化法生產(chǎn)的高壓和中壓水蒸汽和(ii)加熱烴類合成反應(yīng)水得到的水蒸汽及其任何組合物中的任一個(gè)或全部。這一點(diǎn)在下文中詳細(xì)說明。所謂瀝青生產(chǎn)是指水蒸汽促進(jìn)的瀝青生產(chǎn)，其中將水蒸汽注入瀝青巖層，以便使瀝青軟化和使粘度下降，從而可將它泵出地面。
雖然烴類稀釋劑可回收并再用于或循環(huán)用于瀝青生產(chǎn)，但如果在一次通過的基礎(chǔ)上使用是更有效的，它避免將稀釋劑從下游瀝青轉(zhuǎn)化設(shè)備泵送回瀝青稀釋操作。因此，在一優(yōu)選的實(shí)施方案中，烴類稀釋劑不循環(huán)，而在一次通過的基礎(chǔ)上使用。在另一實(shí)施方案中，在瀝青精煉設(shè)備處回收烴類稀釋劑，并循環(huán)回瀝青生產(chǎn)設(shè)備再次用于稀釋瀝青，以便管道輸送。在本發(fā)明典型的聯(lián)合法中，將氣體轉(zhuǎn)化法合成的一部分烴類改質(zhì)，生產(chǎn)合成原油或更有用的低沸點(diǎn)產(chǎn)物。瀝青也被改質(zhì)。改質(zhì)包括分餾以及通常并優(yōu)選一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)化操作。所謂轉(zhuǎn)化是指至少一個(gè)操作，其中至少一部分分子被改變以及操作可包括或不包括氫作為反應(yīng)物。對于瀝青來說，它包括裂化轉(zhuǎn)化，裂化可為非催化的焦化或催化裂化，接著是一個(gè)或多個(gè)下文更詳細(xì)說明的加氫轉(zhuǎn)化操作。在本發(fā)明另一實(shí)施方案中，可調(diào)節(jié)該法的氣體轉(zhuǎn)化部分，以便生產(chǎn)用于瀝青轉(zhuǎn)化、瀝青改質(zhì)生產(chǎn)的低沸點(diǎn)烴類和/或氣體轉(zhuǎn)化法合成的烴類的額外氫。烴類合成生成含有甲烷和未反應(yīng)氫的尾氣。在另一實(shí)施方案中，這種尾氣可用作燃料，以便生產(chǎn)用于瀝青生產(chǎn)、泵用或其它公用工程的水蒸汽。
在廣義上，本發(fā)明的聯(lián)合進(jìn)行的氣體轉(zhuǎn)化和瀝青生產(chǎn)法包括(i)用水蒸汽促進(jìn)瀝青的生產(chǎn)，所用水蒸汽由生成水蒸汽和烴類(包括液體烴類)的天然氣進(jìn)料氣體轉(zhuǎn)化法得到；(ii)用含有至少一部分液體烴類的稀釋劑稀釋生產(chǎn)的瀝青，以便形成可管道輸送的含瀝青和稀釋劑的流體混合物和(iii)用管道將混合物輸送到瀝青改質(zhì)設(shè)備。所謂的液體烴類是指在室溫和室壓的標(biāo)準(zhǔn)條件下為液體的烴類。在另一實(shí)施方案中，所述的方法包括將瀝青和至少一部分氣體轉(zhuǎn)化烴類中至少一種優(yōu)選兩種改質(zhì)。在另一實(shí)施方案中，它為優(yōu)選的實(shí)施方案，稀釋劑含有石腦油餾分。在另一實(shí)施方案中，由合成氣生產(chǎn)至少一部分改質(zhì)所需的氫。在一更詳細(xì)的實(shí)施方案中，本發(fā)明包括以下步驟(i)將天然氣轉(zhuǎn)化成合成氣，(ii)由合成氣生產(chǎn)液體烴類和水蒸汽，(iii)一部分水蒸汽用于瀝青生產(chǎn)，以及(iv)一部分液體烴類用于稀釋瀝青，以便使它的粘度下降到足以能用管道輸送到精煉設(shè)備。在一更詳細(xì)的實(shí)施方案中，本發(fā)明的方法包括(i)將天然氣轉(zhuǎn)化成含有H2和CO混合物的熱合成氣，然后通過與水間接換熱進(jìn)行冷卻，以便生產(chǎn)水蒸汽；(ii)合成氣在烴類合成反應(yīng)器中在使氣體中的H2和CO有效反應(yīng)的反應(yīng)條件下與烴類合成催化劑接觸，并產(chǎn)生熱量、液體烴類和含有甲烷和水蒸汽的氣體；(iii)通過與水間接換熱從烴類合成反應(yīng)器中撤熱，以便生產(chǎn)水蒸汽；(iv)將步驟(i)和/或步驟(iii)生產(chǎn)的至少一部分水蒸汽送入油砂巖層中，以便吸入熱量并使瀝青的粘度降低到足以使它能從巖層中除去；(v)通過瀝青從巖層中除去來生產(chǎn)瀝青；(vi)通過它與含有一部分步驟(ii)生產(chǎn)的液體烴類的稀釋劑混合來使生產(chǎn)的瀝青的粘度下降；以及(vii)通過管道將混合物輸送到瀝青改質(zhì)設(shè)備。
其它一些實(shí)施方案除包括上述的那些步驟外，還包括冷卻步驟(ii)中生產(chǎn)的氣體和水蒸汽，以便冷凝出并分離水，生成水含量減少的含甲烷尾氣，水任選用于生產(chǎn)另外的水蒸汽，而尾氣用作燃料。氣體燃料用于生產(chǎn)用于瀝青生產(chǎn)和相關(guān)的公用工程的水蒸汽。



圖1為本發(fā)明的聯(lián)合進(jìn)行瀝青生產(chǎn)和氣體轉(zhuǎn)化法的簡單方塊流程圖。
圖2為適用于本發(fā)明實(shí)施的氣體轉(zhuǎn)化法的流程圖。
圖3為適用于本發(fā)明實(shí)施的瀝青改質(zhì)法的方塊流程圖。
發(fā)明具體實(shí)施方式
在本發(fā)明方法的氣體轉(zhuǎn)化部分中，含有H2和CO混合物的合成氣用任何適合的合成氣法通過天然氣或任何其它主要含有甲烷的適合氣體的部分氧化和/或水蒸汽轉(zhuǎn)化來生產(chǎn)。因?yàn)樘烊粴獾母呒淄楹亢拖鄬η鍧嵍?，它是?yōu)選的。在油砂巖層中或油砂巖層附近通常有充裕的天然氣供應(yīng)。含有H2和CO混合物的合成氣用于在一個(gè)或多個(gè)烴類合成反應(yīng)器中合成烴類，其中H2和CO在費(fèi)-托合成型催化劑存在下反應(yīng)，生成包括輕質(zhì)餾分和重質(zhì)餾分在內(nèi)的烴類。輕質(zhì)餾分包含石腦油，以及通常還包含柴油餾分。石腦油有最低的粘度，優(yōu)選用來稀釋瀝青，以便管道輸送。通過用費(fèi)-托烴類合成反應(yīng)生產(chǎn)的C5-250°F石腦油和250～700°F中間餾分油餾分稀釋冷湖瀝青來進(jìn)行稀釋實(shí)驗(yàn)。已發(fā)現(xiàn)，為了將瀝青的粘度降到40cSt(40℃)，需要31％(體積)石腦油。相比，為了達(dá)到相同的粘度，分別需要40％(體積)餾分油餾分和38％(體積)先有技術(shù)的天然氣凝析物稀釋劑。用氣體轉(zhuǎn)化石腦油稀釋瀝青比用天然氣井凝析油作為稀釋劑用量少得多。氣體轉(zhuǎn)化法還生產(chǎn)高壓和中壓水蒸汽、適用作燃料的尾氣以及水。通過冷卻合成氣反應(yīng)器排出的熱合成氣來生產(chǎn)高壓水蒸汽，而通過冷卻烴類合成反應(yīng)器來生產(chǎn)中壓水蒸汽。至少一部分高壓水蒸汽任選中壓水蒸汽用于瀝青生產(chǎn)。燃料氣可用來加熱水，以便生產(chǎn)更多的水蒸汽和/或使至少一部分高壓和中壓水蒸汽過熱。將這種水蒸汽周期地或連續(xù)地注入地下油砂巖層，以便使它加熱，從而使重質(zhì)油或?yàn)r青的粘度下降到足以使它泵送出地面。它稱為水蒸汽促進(jìn)生產(chǎn)的瀝青。在這里術(shù)語“油砂”用來描述含有類瀝青、極重質(zhì)油的砂狀巖層，其數(shù)量大到足以使它能在經(jīng)濟(jì)上生產(chǎn)和精煉或改質(zhì)成更有用的較低沸點(diǎn)產(chǎn)物。在本發(fā)明的方法中，由氣體轉(zhuǎn)化法得到的水蒸汽使瀝青的粘度下降，從而促進(jìn)它的生產(chǎn)。瀝青改質(zhì)包括分餾和一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)化操作。
在本發(fā)明的方法中，在瀝青轉(zhuǎn)化以前，作為稀釋劑用來降低瀝青粘度的較低沸點(diǎn)的和優(yōu)選的石腦油液體烴類可回收并循環(huán)回瀝青稀釋。但是，優(yōu)選在一次通過基礎(chǔ)上使用稀釋劑，從而不需要將它從瀝青改質(zhì)設(shè)備送回瀝青生產(chǎn)井區(qū)。所謂的較低沸點(diǎn)產(chǎn)物是指700°F-、優(yōu)選600°F-、更優(yōu)選500°F-、最優(yōu)選石腦油，包括輕質(zhì)石腦油餾分和重質(zhì)石腦油餾分以及它們的混合物。石腦油餾分有最低的粘度，可包含C5至高達(dá)420-450°F范圍沸騰的烴類。重質(zhì)石腦油的沸程為270～420/450°F；而對于輕質(zhì)石腦油來說，其沸程通常為C5-320°F。當(dāng)需要生產(chǎn)最大量柴油時(shí)，通過氣體轉(zhuǎn)化生產(chǎn)的富含十六烷的柴油餾分將與通過瀝青轉(zhuǎn)化生產(chǎn)的加氫柴油餾分調(diào)合，而不用作稀釋劑。這樣就避免了瀝青中的金屬和雜原子化合物污染氣體轉(zhuǎn)化柴油，以及這樣的污染所需的后加氫處理，因?yàn)闅怏w轉(zhuǎn)化生產(chǎn)的柴油不需為脫除金屬、芳烴和雜原子進(jìn)行加氫處理。本發(fā)明生產(chǎn)瀝青稀釋劑的聯(lián)合方法也不需要在瀝青稀釋和管道輸送以前，進(jìn)行催化加氫轉(zhuǎn)化，以使其粘度下降，而US 6096192中公開的方法需要進(jìn)行催化加氫轉(zhuǎn)化。
通常，天然氣含有高達(dá)92+％(摩爾)甲烷，其余主要為C2+烴類、氮和CO2。因此，對于合成氣生產(chǎn)來說，它是一種理想的和相對清潔的燃料，通常發(fā)現(xiàn)在油砂巖層或其附近有充裕的天然氣。雖然對于合成氣生產(chǎn)來說，在天然氣中存在的C2-C5烴類可留在其中，但它們通常作為LPG分離出，同時(shí)將C5+烴類冷凝出，并稱為天然氣井凝析油。分離較高碳烴類、硫和雜原子化合物(在某些情況下還有氮和CO2)以后留下的富含甲烷的氣體作為燃料送入合成氣發(fā)生器。如果在天然氣轉(zhuǎn)化成合成氣以前不從天然氣中除去氮，那么在合成氣送入一個(gè)或多個(gè)烴類合成反應(yīng)器以前，在冷卻以后從合成氣中除去HCN和NH3。在合成氣發(fā)生器中，天然氣與氧和/或水蒸汽反應(yīng)生成合成氣，然后將它作為烴類合成的進(jìn)料。合成氣生產(chǎn)的已知方法包括部分氧化、催化水蒸汽轉(zhuǎn)化、水煤氣轉(zhuǎn)換反應(yīng)及其組合。這些方法包括氣相部分氧化(GPOX)、自熱轉(zhuǎn)化(ATR)、流化床合成氣發(fā)生(FBSG)、部分氧化(POX)、催化部分氧化(CPO)和水蒸汽轉(zhuǎn)化。ATR和FBSG采用部分氧化和催化水蒸汽轉(zhuǎn)化。這些方法的評述及其有關(guān)的優(yōu)點(diǎn)例如可在US 5883138中找到。合成氣法是高度放熱的，反應(yīng)器排出的合成氣例如通常處于高達(dá)2000°F的溫度和50大氣壓的壓力。反應(yīng)器排出的熱合成氣通過與水間接換熱進(jìn)行冷卻。這樣就生成大量高壓水蒸汽(例如600-900/2000psia)，其各自的溫度為約490～535°F/635～700°F，甚至可進(jìn)一步加熱它們。
就下游的瀝青改質(zhì)來說，一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)化操作包括焦化裂化或催化裂化，和/或一個(gè)或多個(gè)其中氫為反應(yīng)物的加氫處理操作，例如加氫處理、加氫裂化和異構(gòu)化。更通常使用焦化，在沒有催化劑存在下，使瀝青裂化成較低沸點(diǎn)的物料以及焦化。它可為延遲焦化、流化焦化或催化焦化，通常隨后進(jìn)行一個(gè)或多個(gè)加氫處理操作。部分加氫處理可在焦化以前。將焦化生產(chǎn)的低沸點(diǎn)烴類與氫反應(yīng)，除去雜原子化合物和芳烴化合物，以及將氫加到各種分子上。這就需要良好的氫供應(yīng)，因?yàn)闉r青有低的氫/碳比(例如～1.4-1.8)。雖然大部分金屬作為焦炭的一部分被除去，但低沸點(diǎn)烴類有高的雜原子化合物(例如硫)和低的氫/碳比，雖然不比原料瀝青低。這就意味著，由焦化得到的低沸點(diǎn)液體產(chǎn)物例如柴油餾分有低的正烷烴含量。因此，由瀝青改質(zhì)回收的柴油餾分的十六烷值通常為約35～45。雖然這對于重負(fù)荷公路柴油燃料來說是足夠的，但它是低于其它柴油燃料要求的。所以，瀝青得到的柴油餾分與更高十六烷值的柴油餾分調(diào)合。將瀝青焦化生產(chǎn)的瀝青柴油餾分加氫處理，除去芳烴和雜原子化合物例如硫和氮，以便生產(chǎn)作為調(diào)合原料的經(jīng)處理的柴油餾分。由氣體轉(zhuǎn)化法生產(chǎn)的高十六烷值柴油餾分可與一種或多種經(jīng)處理的柴油餾分調(diào)合，以便生產(chǎn)柴油燃料原料。通過適合的添加劑配方和柴油燃料原料混合來生產(chǎn)柴油燃料。
下表說明使用由鈷催化組分/氧化鈦-氧化硅和氧化鋁載體組分組成的催化劑，以沸程表示的漿液費(fèi)-托烴類合成反應(yīng)器的典型烴類產(chǎn)物分布。


正如表中數(shù)據(jù)表明的，按烴類合成反應(yīng)器總產(chǎn)物計(jì)，輕質(zhì)石腦油餾分為13％(重量)，而中間餾分油餾分(包括柴油)為42％(重量)。500～700°F高十六烷值餾分為總產(chǎn)物的19％(重量)，或中間餾分油餾分的45％(重量)。雖然未示出，總(C5-400°F)餾分為總產(chǎn)物的約18-20％(重量)。它為石腦油，任選包含重質(zhì)400°F+石腦油，它用作瀝青的稀釋劑，以便通過管道將它輸送到精煉設(shè)備。如果使用稀釋劑循環(huán)，在方法中達(dá)到一次平衡，只需要小部分氣體轉(zhuǎn)化石腦油作為瀝青稀釋的補(bǔ)充料，其余的送去進(jìn)一步加工，以便用作車用汽油調(diào)合料。
如果需要生產(chǎn)最大量柴油，那么除了氣體轉(zhuǎn)化法生產(chǎn)的柴油外，氣體轉(zhuǎn)化生產(chǎn)的所有或部分重質(zhì)石腦油可與瀝青得到的加氫處理柴油調(diào)合，不用于稀釋。在這種情況下，氣體轉(zhuǎn)化生產(chǎn)的所有或部分柴油餾分，優(yōu)選至少500～700°F餾分也可與瀝青柴油調(diào)合。通過將700°F+蠟油氣體轉(zhuǎn)化烴類轉(zhuǎn)化成中間餾分油范圍內(nèi)沸騰的烴類來提高中間餾分油產(chǎn)量。熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員知道，700°F+蠟油餾分加氫異構(gòu)化包括緩和加氫裂化(參考US 6080301，其中加氫異構(gòu)化700°F+餾分50％轉(zhuǎn)化成較低沸點(diǎn)烴類)。因此，如果需要，所有的或部分的更高的700°F+餾分可加氫裂化和加氫異構(gòu)化，生成另外的柴油烴類。
參考附圖將進(jìn)一步理解本發(fā)明。首先參考圖1，氣體轉(zhuǎn)化設(shè)備10緊靠瀝青生產(chǎn)設(shè)備12或在它附近，后者將稀釋的瀝青通過管道輸送到瀝青改質(zhì)設(shè)備14。生產(chǎn)設(shè)備12包括地下油砂巖層以及用于將水蒸汽注入巖層、將軟化的瀝青泵出、將氣體和水從生產(chǎn)的瀝青中分離和用石腦油稀釋生產(chǎn)的瀝青以便用管道輸送的設(shè)備(未示出)。主要含甲烷的天然氣與空氣或氧氣優(yōu)選氧氣分別通過管道16和18送入氣體轉(zhuǎn)化設(shè)備。氣體轉(zhuǎn)化設(shè)備生產(chǎn)合成氣、烴類、高壓和中壓水蒸汽、水和用作燃料的尾氣。石腦油包含一部分合成烴類。將水蒸汽和石腦油分別通過管道20和22從氣體轉(zhuǎn)化設(shè)備送入瀝青生產(chǎn)設(shè)備。其余的烴類通過管道24取出。將水蒸汽送入地下油砂巖層，以便促進(jìn)瀝青生產(chǎn)，而生產(chǎn)的瀝青用石腦油稀釋。將生成的瀝青和石腦油的混合物通過管道26送至瀝青改質(zhì)設(shè)備14。在改質(zhì)設(shè)備中，通過分餾以及優(yōu)選包括一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)化操作將瀝青改質(zhì)。將瀝青改質(zhì)得到的一種或多種改質(zhì)產(chǎn)物通過管道28從14中取出。如果需要，可在14處回收所有的或部分的石腦油稀釋劑，并通過管道30循環(huán)回22，用于瀝青稀釋。
圖2所示的氣體轉(zhuǎn)化設(shè)備10包括合成氣發(fā)生單元32、一個(gè)或多個(gè)烴類合成反應(yīng)器34、加氫異構(gòu)化單元36、分餾塔38和氫分離單元40。將經(jīng)處理除去雜原子化合物特別是硫以及C2-C3+烴類的天然氣通過管道42送入合成氣發(fā)生器單元32。在一優(yōu)選的實(shí)施方案中，將天然氣進(jìn)行冷凍處理，除了硫和C2-C3+烴類，還除去氮和CO2。將制氧設(shè)備的氧通過管道44送入合成氣發(fā)生器。任選的是，將水或水蒸汽通過管道46送入合成氣發(fā)生器。將發(fā)生器生成的熱合成氣通過問接換熱(未示出)來冷卻，水通過管道49進(jìn)入所述單元。它生產(chǎn)高壓水蒸汽，將其中所有的或部分的高壓水蒸汽通過管道50送入瀝青生產(chǎn)設(shè)備，以便促進(jìn)瀝青生產(chǎn)。這種水蒸汽的壓力和溫度可高達(dá)2000/2200psia和635/650°F。將冷合成氣通過管道48從單元32送入烴類合成單元34。通過管道52除去合成氣的滑流，并送入氫生產(chǎn)單元40，在那里由氣體生產(chǎn)氫，然后通過管道54送入烴類加氫異構(gòu)化單元36。在單元40中，通過(i)物理分離手段例如變壓吸附(PSA)、變溫吸附(TSA)和膜分離以及(ii)化學(xué)手段例如水煤氣變換反應(yīng)器中的一種或多種手段從合成氣生產(chǎn)氫。如果使用變換反應(yīng)器，由于合成氣發(fā)生器的生產(chǎn)能力不足，那么還使用物理分離手段來從變換反應(yīng)器氣體流出物中分離純的氫氣流。氫氣生產(chǎn)中的物理分離手段通常用于從合成氣中分離氫，不管是否使用化學(xué)手段例如水煤氣變換反應(yīng)，以便得到所需純度的氫(例如至少約90％)。使用分子篩的TSA或PSA可生產(chǎn)純度99+％的氫氣流，而膜分離通常生產(chǎn)至少80％純度的氫。在TSA或PSA中，富CO廢氣有時(shí)稱為吸附吹掃氣體，而膜分離的廢氣常常稱為非滲透氣體。在一優(yōu)選的實(shí)施方案中，合成氣發(fā)生器通過物理分離手段為(i)烴類合成反應(yīng)和(ii)加氫異構(gòu)化需要的至少一部分氫生產(chǎn)足夠的合成氣，以致不需要水煤氣變換反應(yīng)器。用物理分離手段由合成氣生產(chǎn)的氫提供相對純的氫，廢氣含有貧氫和富CO的H2和CO的混合物。這種富CO的廢氣可用作燃料或送入烴類合成反應(yīng)段。如果由合成氣生產(chǎn)氫，那么氣體中的H2與CO的摩爾比優(yōu)選大于化學(xué)計(jì)量；在40中由氫生產(chǎn)的(分離的)至少一部分CO通過管道56返回管道48，優(yōu)選其數(shù)量足以將送入34的合成氣中的H2/CO摩爾比調(diào)節(jié)到大約化學(xué)計(jì)量。這樣就避免了通過作為燃料燒掉，而浪費(fèi)有價(jià)值的CO。通過PSA、TSA、膜分離或水煤氣變換反應(yīng)中的一種或多種手段由合成氣生產(chǎn)氫是已知的，例如在US6043288中公開。如果瀝青改質(zhì)設(shè)備足夠靠近氫氣生產(chǎn)單元，那么一部分分離的氫通過管道58從管道54除去，并送入瀝青改質(zhì)設(shè)備，以便為一種或多種改質(zhì)的瀝青產(chǎn)物的加氫轉(zhuǎn)化提供反應(yīng)氫，例如加氫處理由瀝青得到的柴油餾分。
在烴類合成反應(yīng)單元34中，合成氣中的H2和CO在適合的烴類合成催化劑存在下反應(yīng)，生成包括輕質(zhì)餾分和重質(zhì)餾分在內(nèi)的烴類。合成反應(yīng)是高度放熱的，必需冷卻一個(gè)或多個(gè)合成反應(yīng)器的內(nèi)部。這一點(diǎn)通過反應(yīng)器內(nèi)的間接換熱設(shè)備(管子)來完成，用循環(huán)冷卻水來維持反應(yīng)器中所需的反應(yīng)溫度。這就使冷卻水變成壓力和溫度例如為150～600psia和250～490°F的中壓水蒸汽。因此，冷卻水通過管道60進(jìn)入所述單元，將一個(gè)或多個(gè)合成反應(yīng)器的內(nèi)部冷卻(未示出)并轉(zhuǎn)變成通過管道62流出的中壓水蒸汽。也可將這一水蒸汽的全部或一部分用于瀝青生產(chǎn)；在氣體轉(zhuǎn)化法中用于公用工程；以及用于分餾等。如果瀝青改質(zhì)設(shè)備靠得足夠近，那么可將這一水蒸汽的全部或一部分送入瀝青改質(zhì)設(shè)備，在那里它可用于電力生產(chǎn)，為分餾提供熱量，從焦化塔取出焦炭等。優(yōu)選在這一中壓水蒸汽用于瀝青生產(chǎn)以前，將它加熱到過熱。烴類合成反應(yīng)生產(chǎn)輕質(zhì)烴類和重質(zhì)烴類，在合成反應(yīng)條件下，重質(zhì)烴類為液體。所謂的重質(zhì)烴類通常是指在500-700°F以上沸騰的烴類。輕質(zhì)烴類作為蒸汽與未反應(yīng)的合成氣、CO2和水蒸汽一起排出合成反應(yīng)器。這種蒸汽通過管道64從反應(yīng)器送入66，在那里它進(jìn)行一段或多段冷卻；在這一過程中，水和C2-C3+烴類冷凝成液體，并相互分離以及從剩余的尾氣中分離。水通過管道68取出，而液體輕質(zhì)烴類通過管道70取出。水可用于冷卻、生成水蒸汽等。剩余的未冷凝氣體主要含甲烷和～C3-輕質(zhì)烴類、CO2和未反應(yīng)的合成氣，通過管道72取出并用作燃料加熱鍋爐，以便生產(chǎn)用于電力生產(chǎn)、促進(jìn)瀝青生產(chǎn)和改質(zhì)以及一般公用工程的水蒸汽。通過管道68排出的水可加熱成用于上述任何目的的水蒸汽，但由于它的純度，優(yōu)選加熱成用于瀝青改質(zhì)和用于電力生產(chǎn)的水蒸汽。重質(zhì)合成烴類通過管道74從烴類合成單元排出并送入加氫異構(gòu)化單元36；所述的加氫異構(gòu)化單元包含加氫異構(gòu)化反應(yīng)器，在所述的反應(yīng)器中在適合催化劑存在下，它們用氫氣裂化和加氫異構(gòu)化，生成輕質(zhì)烴類和有較低沸點(diǎn)和傾點(diǎn)的烴類。在這一實(shí)施方案中，所需的至少一部分反應(yīng)氫由40中生產(chǎn)的氫得到，它通過管道54送入該單元。將加氫異構(gòu)化的烴類通過管道76送入管道78，在那里它們與合成烴類的輕質(zhì)餾分混合，并送入分餾塔38。然后將它們分餾成各種餾分，包括石腦油餾分80、柴油或中間餾分油餾分82和潤滑油餾分84。在分餾塔中存在的任何C4-烴類作為塔頂產(chǎn)物排出并用作燃料。任選地，可將全部或部分潤滑油餾分通過管道88循環(huán)回加氫異構(gòu)化單元36，并全部加氫裂化/加氫異構(gòu)化，生產(chǎn)更多的中間餾分油燃料餾分，例如柴油和噴氣燃料。全部或部分石腦油餾分，優(yōu)選至少含有一種輕質(zhì)石腦油餾分的石腦油通過管道82排出并送入瀝青生產(chǎn)設(shè)備12，用于瀝青稀釋。
圖3示出瀝青改質(zhì)單元或設(shè)備14的一個(gè)實(shí)施方案，包含常壓管蒸餾或汽提塔90、減壓分餾塔92、流化焦化塔94、瓦斯油加氫處理器96、聯(lián)合的石腦油和中間餾分油加氫處理器98和餾分油分餾塔100。將瀝青和石腦油稀釋劑的混合物從管道22送入第一分餾塔90，在其中將送入的混合物分離成650～700°F-輕質(zhì)餾分和650-700°F+重質(zhì)塔底餾分。通過管道102從90中排出輕質(zhì)物料，并送入加氫處理器98，而重質(zhì)餾分通過管道104送入減壓分餾塔92。任選地，可分離出石腦油沸程的烴類(例如石腦油稀釋劑)，并通過管道106從90中排出。在減壓分餾塔92中，將90中的650～700°F+重質(zhì)瀝青物流分離成1050°F-(重質(zhì)瓦斯油)餾分和1050°F+塔底物料。從92排出瓦斯油，并通過管道108和116送入加氫處理器96。通過管道110從92排出很重的和含瀝青的1050°F+塔底物料，并送入流化焦化塔94。在非催化單元的94中，瀝青與熱焦炭顆粒接觸，使它熱裂化成低沸點(diǎn)烴類和焦炭。通過管道112從塔底取出焦炭。雖然未示出，該焦炭部分燃燒，使它加熱到約900～1100°F的瀝青裂化溫度。這一操作消耗部分焦炭，剩余的熱焦炭返回焦化塔，以便為熱裂化提供熱量。在焦化塔中生產(chǎn)的低沸點(diǎn)烴類含有石腦油、中間餾分油和重質(zhì)瓦斯油。將石腦油和中間餾分油沸程(例如C5-650/700°F)的餾分通過管道114和102送入加氫處理器98。將焦化塔中生產(chǎn)的瓦斯油餾分通過管道116送入瓦斯油加氫處理器96。氫或含氫的處理氣體通過管道118和120送入加氫處理器。在加氫處理器中，在適合的抗硫和抗芳烴的加氫處理催化劑存在下，烴類與氫反應(yīng)，以便除去雜原子(例如硫和氮)化合物、不飽和芳烴和金屬。通過管道128從加氫處理器96中排出經(jīng)加氫處理的重質(zhì)瓦斯油。將98中生產(chǎn)的經(jīng)加氫處理的石腦油和中間餾分油通過管道122送入分餾塔100。分餾塔100將加氫處理的烴類分離成所需的餾分，例如輕質(zhì)和重質(zhì)石腦油、柴油燃料、噴氣燃料、煤油等。為了生產(chǎn)最大量柴油，只通過管道124回收輕質(zhì)石腦油，而大部分剩余的烴類通過管道126作為柴油排出。這種柴油有相對低的十六烷值，可通過與較高十六烷值的烴類例如氣體轉(zhuǎn)化法生產(chǎn)的柴油餾分調(diào)合來提高其十六烷值。
烴類合成催化劑是大家熟悉的，通過金屬催化組分與一種或多種催化金屬載體組分組合來制備，它可包含或不包含一種或多種適合的沸石組分，通過離子交換、浸漬、初始潤濕、組合或由熔融鹽生成催化劑前體。這樣的催化劑通常包含至少一種第VIII族催化金屬組分，負(fù)載在至少一種無機(jī)難熔金屬氧化物載體材料例如氧化鋁、無定形氧化硅-氧化鋁、沸石等上或與它組合。這里涉及的元素為Sargent-Welch元素周期表，1968 by the Sargent-Welch Scientific Company中找到的那些元素。已知含有鈷或鈷和錸催化組分的催化劑，特別是當(dāng)它與氧化鈦組分組合時(shí)，用于從合成氣生產(chǎn)最大量脂族烴類，而已知鐵催化劑得到更高數(shù)量的脂族不飽和烴類。這些和其它一些烴類合成催化劑及其性質(zhì)和操作條件是大家熟悉的，并在許多論文和專利中述及。正如這里使用的，術(shù)語“加氫處理”指氫或含氫處理氣體中的氫與進(jìn)料在一種或多種對于除去雜原子(例如硫和氮)、金屬、使芳烴飽和以及任選使脂族不飽和烴類飽和的活性催化劑存在下反應(yīng)的方法。這樣的加氫處理催化劑包括任何傳統(tǒng)的加氫處理催化劑，例如在高表面積載體材料例如氧化鋁上有至少一種第VIII族金屬催化組分、優(yōu)選Fe、Co和Ni中的至少一種以及優(yōu)選至少一種第VI族金屬催化組分、優(yōu)選Mo和W的催化劑。其它適合的加氫處理催化劑包含沸石組分。加氫處理?xiàng)l件是大家熟悉的，包括直到約450℃和3000psig的溫度和壓力，視進(jìn)料和催化劑而定。
應(yīng)當(dāng)理解，對于熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員來說，在不違背上述本發(fā)明的范圍和精神實(shí)質(zhì)的情況下，在本發(fā)明的實(shí)施中各種其它實(shí)施方案和改進(jìn)是顯而易見的。因此，不打算將附后的權(quán)利要求
書的范圍限制到上述確切的描述，而認(rèn)為包含屬于本發(fā)明的所有的專利新穎性特點(diǎn)，包括那些被熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員作為同等物和與本發(fā)明有關(guān)的所有特點(diǎn)和實(shí)施方案。
權(quán)利要求
1.一種聯(lián)合進(jìn)行的氣體轉(zhuǎn)化和瀝青生產(chǎn)方法，所述的方法包括(i)用水蒸汽促進(jìn)瀝青的生產(chǎn)，所用水蒸汽由生成水蒸汽和烴類包括液體烴類的天然氣進(jìn)料氣體轉(zhuǎn)化法得到；(ii)用含有至少一部分所述的液體烴類的稀釋劑稀釋所述的生產(chǎn)的瀝青，以便形成可管道輸送的含所述瀝青和稀釋劑的流體混合物和(iii)用管道將所述的混合物輸送到瀝青改質(zhì)設(shè)備。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1的方法，其中在用作所述氣體轉(zhuǎn)化法的進(jìn)料以前，所述的天然氣經(jīng)處理除去含硫化合物以及任選除去CO2和/或氮。
3.根據(jù)權(quán)利要求
2的方法，包括改質(zhì)所述的瀝青。
4.根據(jù)權(quán)利要求
3的方法，其中所述的稀釋劑包含石腦油或重質(zhì)石腦油。
5.根據(jù)權(quán)利要求
4的方法，其中用于促進(jìn)所述的瀝青生產(chǎn)的所述水蒸汽包括在所述的氣體轉(zhuǎn)化法中冷卻由所述的經(jīng)處理的天然氣生成的熱合成氣得到的高壓水蒸汽。
6.根據(jù)權(quán)利要求
5的方法，其中所述的合成氣用來生產(chǎn)氫。
7.根據(jù)權(quán)利要求
6的方法，其中所述的氫用于加氫處理至少一部分用所述的氣體轉(zhuǎn)化法生產(chǎn)的所述烴類。
8.根據(jù)權(quán)利要求
6的方法，其中一部分所述的稀釋劑從所述的輸送瀝青回收，并循環(huán)回所述的瀝青生產(chǎn)，以便稀釋所述的瀝青以便所述的輸送。
9.一種聯(lián)合進(jìn)行氣體轉(zhuǎn)化和瀝青生產(chǎn)的方法，所述的方法包括(i)將天然氣轉(zhuǎn)化成熱合成氣，(ii)在至少一個(gè)烴類合成反應(yīng)器中由所述的合成氣生產(chǎn)液體烴類和水蒸汽，(iii)一部分所述的水蒸汽用于生產(chǎn)瀝青，以及(iv)一部分所述的液體烴類用于稀釋所述的瀝青，以便使它的粘度下降到足以能使它用管道輸送到改質(zhì)設(shè)備，其中合成氣是含H2和CO混合物的合成氣。
10.根據(jù)權(quán)利要求
8的方法，其中在轉(zhuǎn)化成所述的合成氣以前，所述的天然氣經(jīng)處理除去含硫化合物以及任選除去CO2和/或氮。
11.根據(jù)權(quán)利要求
9的方法，包括將所述的瀝青改質(zhì)成低沸點(diǎn)物料。
12.根據(jù)權(quán)利要求
10的方法，其中所述的稀釋劑包含石腦油或重質(zhì)石腦油。
13.根據(jù)權(quán)利要求
11的方法，其中用于促進(jìn)所述的瀝青生產(chǎn)的所述水蒸汽包括(i)通過冷卻所述的熱合成氣得到的水蒸汽和(ii)通過冷卻所述的烴類合成反應(yīng)器得到的水蒸汽中的至少一種。
14.根據(jù)權(quán)利要求
11的方法，其中所述的合成氣用來生產(chǎn)氫。
15.根據(jù)權(quán)利要求
14的方法，其中所述的氫用于加氫處理至少一部分用所述的氣體轉(zhuǎn)化法生產(chǎn)的所述烴類。
16.根據(jù)權(quán)利要求
14的方法，其中一部分所述的稀釋劑從所述的輸送瀝青回收，并循環(huán)回所述的瀝青生產(chǎn)，以便稀釋所述的瀝青便于所述的輸送。
17.一種聯(lián)合進(jìn)行的氣體轉(zhuǎn)化和瀝青生產(chǎn)法，所述的方法包括(i)將天然氣轉(zhuǎn)化成含有H2和CO混合物的熱合成氣，然后通過與水間接換熱進(jìn)行冷卻，以便生產(chǎn)高壓水蒸汽；(ii)所述的冷合成氣在至少一個(gè)烴類合成反應(yīng)器中在使氣體中的H2和CO有效反應(yīng)的反應(yīng)條件下與烴類合成催化劑接觸，以便反應(yīng)并生產(chǎn)熱量、包括石腦油餾分在內(nèi)的液體烴類和含有甲烷和水蒸汽的氣體；(iii)通過與水間接換熱從所述的反應(yīng)器中除去所述的熱量，以便生產(chǎn)中壓水蒸汽；(iv)將步驟(i)和/或步驟(iii)生產(chǎn)的所述水蒸汽中至少一部分送入有通過井滲透的瀝青排出區(qū)的地下油砂巖層中，以便加熱所述的瀝青并使瀝青的粘度降低到足以使它通過所述的井除去；(v)通過從所述的井中除去瀝青來生產(chǎn)所述的瀝青；(vi)通過與含有所述的石腦油餾分的稀釋劑混合來使所產(chǎn)的所述瀝青的粘度下降，以便生成可泵送的混合物；以及(vii)通過管道將所述的混合物輸送到瀝青改質(zhì)設(shè)備。
18.根據(jù)權(quán)利要求
17的方法，其中在轉(zhuǎn)化成所述的合成氣以前，所述的天然氣經(jīng)處理除去含硫化合物以及任選除去CO2和/或氮。
19.根據(jù)權(quán)利要求
18的方法，其中所述的石腦油包含輕質(zhì)石腦油。
20.根據(jù)權(quán)利要求
19的方法，其中將含有所述的甲烷和水蒸汽的所述氣體冷卻，生成含甲烷的尾氣和水。
21.根據(jù)權(quán)利要求
20的方法，其中所述的尾氣用作產(chǎn)生水蒸汽或電力的燃料，所述水蒸汽或電力用于(i)所述的瀝青生產(chǎn)和(ii)所述的氣體轉(zhuǎn)化至少一種。
22.根據(jù)權(quán)利要求
21的方法，其中將所述的水加熱，以便生產(chǎn)用于(i)所述的促進(jìn)瀝青生產(chǎn)或(ii)用于所述的瀝青生產(chǎn)或氣體轉(zhuǎn)化的電力中至少一個(gè)的水蒸汽。
專利摘要
一種聯(lián)合進(jìn)行的氣體轉(zhuǎn)化和瀝青生產(chǎn)方法，該方法利用由天然氣進(jìn)料氣體轉(zhuǎn)化法生產(chǎn)的水蒸汽和輕質(zhì)烴類，以便促進(jìn)瀝青生產(chǎn)以及稀釋瀝青便于管道輸送。用于瀝青加氫轉(zhuǎn)化和氣體轉(zhuǎn)化烴類加氫異構(gòu)化的氫可由天然氣生成的一部分合成氣制得。瀝青稀釋劑優(yōu)選為氣體轉(zhuǎn)化生產(chǎn)的石腦油，以及將稀釋的瀝青管道輸送到瀝青改質(zhì)設(shè)備。
文檔編號E21B28/00GKCN1263827SQ02807039
公開日2006年7月12日 申請日期2002年3月1日
發(fā)明者S·M·戴維斯, M·G·馬圖羅 申請人:?？松梨谘芯抗こ坦緦?dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan