CN101218326B - 重油和沥青的浓集 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于重油和沥青的浓集及脱金属的工艺。重质原油和/沥青供料供应至将DAO和沥青质分离的溶剂提取工艺(104)中。DAO供应至具有低转化率的活性催化剂的FCC装置(106)中，以便去除里面所含的金属。脱金属的馏分供应至氢化处理器(110)中，以便作为合成原油的产物流进行浓集和收集。沥青质馏分可供应至气化器(108)中以用于回收功率、蒸汽和氢，这些功率、蒸汽和氢可供应至氢化处理器(110)中，或者留在工艺中或被输出。可选的焦化器(234)可用于将过量的沥青质和/或倾析油转化成石脑油、馏出油和轻质油，其可被供应至氢化处理器(220)中。

Description

重油和沥青的浓集
发明背景
本发明大体上涉及重油和沥青的浓集(upgrading)。更具体地说，本发明涉及一种用于重油和沥青浓集的工艺，其包括生产，分馏，溶剂提取，流化催化裂化和氢化处理等一个或多个步骤，用于生产出已经金属和/或硫含量减少的合成原油和/或石脑油、馏出油和汽油流。
随着轻质低硫原油的世界储集层减少以及全世界的石油消耗的提高，炼油商正寻找从更重质的原油资源中提取可用油的方法。更重质的原油可能包括沥青，重油和沥青砂，其由于显著更高浓度的金属而导致加工问题，其中最显著的是镍和钒。另外，更重质的原油通常具有较高的硫和沥青质含量，从而造成原油浓集的其它问题。最后，沥青砂、沥青和重油是极其粘性的，从而导致了用传统方法运输原材料的问题。重油和沥青通常必须保持在高温下，以保持可流动性，并且/或者与更轻的烃稀释剂混合，以进行管道运输。稀释剂可能是昂贵的，并且导致了将其运输到生产位置所需的额外费用。
随着轻质油和天然气的价格持续上涨，重油和沥青的价格由于采出和浓集至可用油的难度而仍保持相对较低。沥青以及其它重油的采出由于生产中对能量的需求极大而成本较高。
广泛的以″重质原油″形式的储集层存在于许多国家，包括加拿大西部，委内瑞拉，俄罗斯，美国和其它地方。这些沉淀的重油通常存在于难于用普通方法接近的地区。通常，用语″重质原油″指API比重小于20的烃材料。典型的重质原油在环境温度下并不是流体，并且包含在343℃(650°F)以上沸腾的高馏分(fraction)材料和沸点大于566℃(1050°F)的极大部分。典型的重油中高比例的高沸点烃材料使得分馏在不借助真空分馏的条件下变得非常困难。
烃供料中的较高金属含量带来类似的加工困难。重质的烃材料中的金属和沥青质，在分离的油馏分中是不符合要求的，因为金属倾向于对常规用于将油馏分浓集成其它有用产物的催化剂产生有害作用。沥青质将会使下游设备结垢/阻塞。由于这种困难，在常规方法加工期间，最高沸点部分时常通过焦化或减粘裂化工艺进行热浓集。包含较多金属和沥青质的重油和沥青的最重质的馏分可通过分馏进行分离，以回收可进行催化浓集的较轻质油。然而，较重质的馏分仍然会随某些可用的油一起留下来，其不能利用分馏技术提取出来。
存在于重油中的金属可包括例如钒和镍。钒的含量通常超过100wt ppm，常常大于200wt ppm。镍的含量通常超过50wt ppm，并且75wt ppm和更大的含量也是常见的。
如之前Garwin的美国专利No.2,940,920中所述，自从20世纪30年代，就已经知道了残余油的溶剂提取。随着引入商业上可获得的
Figure GSB00000267003700021
工艺技术，溶剂脱沥青工艺变得更为有效，且更具成本效率。溶剂脱沥青工艺今天通常用作一种深转化炼油厂中的桶底浓集的方法，并且还可用于生产流化催化裂化装置(FCC)的供料，润滑光亮油，用于氢化处理和氢化裂化装置的脱沥青汽油供料，特种树脂，重质燃料，以及来自重油供料的沥青掺合成分。在Ganeshan的美国专利No.5,843,303中，已经公开了改进的溶剂提取技术。
之前的研究致力于通过减少其粘性而提高重油的可运输性的方法。Audeh等人的美国专利No.5,192,421公开一种在脱沥青工艺期间脱金属的改进方法，其包括在富含沥青的重质原油脱沥青之后进行热处理，从而生产出金属含量减少的脱沥青原油的步骤。
在美国专利No.4,875,998中，Rendall公开了利用热水从沥青砂中提取沥青油的过程。具体地说，沥青油在热水中进行调节，之后利用与水不混溶的烃溶剂进行提取，从而形成沉淀成几种相的混合物。各相可进行加工，以生产出成品沥青油和再循环的工艺成分。在美国专利Rendall的4,160,718；Funk等人的4,347,118；Wicks，III的3,925,189；和Rendall的4,424,112中，公开了其它的水或溶剂提取工艺。出于美国专利实施和所有其它法律所允许的目的，在本文中所引用的所有专利和出版物都通过引用而完全地结合在本文中。
发明概要
本发明提供了一种用于将重质原油供料如沥青转化成可用的更轻质化合物的方法，这种轻质化合物基本上不含沥青质，并且具有非常低的金属含量。
在一个实施例中，提供了一种用于从重油或沥青的地下储集层中浓集原油的工艺。该工艺可包括，对至少一部分重油或沥青进行溶剂脱沥青，从而形成沥青质馏分和基本上不含沥青质、且金属含量减少的脱沥青油(DAO)馏分。包括DAO馏分的供料可供应至带有FCC催化剂的流化催化裂化(FCC)装置的反应区，以便将部分金属从DAO馏分中沉淀到FCC催化剂上。金属含量减少的烃流出物可从FCC装置中进行回收。
该工艺还可包括，将沥青质转化成蒸汽、电力、燃气或其组合，以用于从储集层中生产重油或沥青。该工艺还可包括将沥青质馏分从溶剂脱沥青过程供应至沥青质转化过程。该工艺还可包括，从FCC装置中去除金属化的FCC催化剂。
在一个实施例中，提供了一种用于从重油或沥青的地下储集层中浓集原油的工艺。该工艺可包括将沥青质转化成蒸汽、电力、燃气或其组合，以用于从储集层中生产重油或沥青。提供了用于溶剂脱沥青的装置，其对至少部分所生产的较高金属含量的重油或沥青进行溶剂脱沥青处理，从而形成沥青质馏分和基本上不含沥青质、且金属含量减少的脱沥青油(DAO)馏分。来自溶剂脱沥青装置的沥青质馏分可供应至沥青质转化过程。包括DAO馏分的供料可供应至带有FCC催化剂的流化催化裂化(FCC)装置的反应区，以便将金属从脱沥青油馏分沉淀到FCC催化剂上。可从FCC装置中回收脱金属的烃流出物；并且可从FCC装置中去除金属化的FCC催化剂。
重油或沥青的生产可包括从开采的沥青砂中进行提取。沥青质转化可包括部分沥青质馏分的气化，从而为开采和提取提供电力、蒸汽、燃气或其组合。重油或沥青的生产可包括，经由完全与储集层相通的一个或多个注入井而注入流动的流体，使重油或沥青流动，并且从至少一个与储集层相通的生产井中生产出流动的重油或沥青。流动的流体可包括主要由沥青质的燃烧所产生的蒸汽，所述沥青质从溶剂脱沥青的沥青质馏分中回收得到。
为了最大化地生产脱沥青油，溶剂脱沥青可具有较高的扬程(lift)。该工艺可包括将部分沥青质馏分供应至延迟焦化器装置，以生产焦化器液体和焦炭。较低沸点的烃馏分可随DAO馏分引入FCC装置。FCC装置可在使FCC装置的供料的转化体积百分比为30至65％的条件下操作。FCC装置的操作状态可进行调整，以控制FCC装置的烃流出物中的石脑油、馏出油和汽油的比例。该工艺可包括对FCC装置的烃流出物进行氢化处理，以生产出低硫的烃流出物。氢化处理可在3.5至10.5MPa(500至1500psi)的中等压力下进行。该工艺还可包括对在溶剂脱沥青的沥青质馏分中回收到的沥青质进行气化，以生产用于氢化处理的氢。
在另一实施例中，其提供了一种用于从重油或沥青的地下储集层中浓集原油的工艺。该工艺可包括，将沥青质转化成蒸汽、电力、燃气或其组合，以用于从储集层中生产重油或沥青。该工艺还可包括，对至少部分所生产的较高金属含量的重油或沥青进行溶剂脱沥青处理，从而形成沥青质馏分和基本上不含沥青质、且金属含量减少的脱沥青油(DAO)馏分。沥青质馏分可从溶剂脱沥青过程供应至沥青质转化过程。通过从溶剂脱沥青的沥青质馏分中回收的沥青质的燃烧，可产生蒸汽。包括DAO馏分和其它较低沸点烃馏分的供料可被供应至带FCC催化剂的流化催化裂化(FCC)装置的反应区，以便从FCC装置中，按照使FCC装置的供料转化率达30至65％的体积百分比来回收脱金属的烃流出物。来自FCC装置的烃流出物可进行氢化处理，以生产低硫的烃流出物。
重油或沥青的生产可包括经由完全与储集层相通的一个或多个注入井而注入蒸汽，使重油或沥青流动，并且从至少一个与储集层完全相通的生产井中生产出流动的重油或沥青。重油沥青的生产可包括，从开采的沥青砂中进行提取。该工艺还包括，将部分沥青质馏分供应至延迟焦化器装置，以生产焦化器液体和焦炭。该工艺可包括，将焦化器液体供应至利用FCC烃流出物进行氢化处理的装置中。该工艺还可包括，将来自FCC装置的倾析油供应至燃烧、气化或其组合的装置中。FCC装置的操作状态可进行调整，以控制FCC装置的烃流出物中的石脑油、馏出油和汽油的比例。氢化处理可在3.5至10.5MPa(500至1500psi)的中等压力下进行。该工艺可包括，对溶剂脱沥青的沥青质馏分中回收的沥青质进行气化，以生产用于氢化处理的氢。
在另一实施例中，本申请提供了一种用于从重油或沥青的地下储集层中浓集原油的设备。该设备可包括用于将沥青质转化成蒸汽、电力、燃气或其组合，以用于从储集层中生产重油或沥青的装置。提供了用于溶剂脱沥青的装置，其对至少部分所生产的较高金属含量的重油或沥青进行溶剂脱沥青处理，从而形成沥青质馏分和基本上不含沥青质、且金属含量减少的脱沥青油(DAO)馏分。可提供用于将沥青质馏分从溶剂脱沥青过程供应至沥青质转化过程的装置。可提供将包括DAO馏分的供料供应至带有FCC催化剂的流化催化裂化(FCC)装置的反应区、以便将金属从脱沥青油馏分沉淀到FCC催化剂上的装置。该设备还可包括用于从FCC装置中回收脱金属的烃流出物的装置；以及用于从FCC装置中去除金属化的FCC催化剂的装置。
该设备可包括经由完全与储集层相通的一个或多个注入井而注入流动的流体、从而使重油或沥青流动的装置，以及从至少一个与储集层相通的生产井中生产出流动的重油或沥青的装置。该设备可包括用于产生流动流体的装置，流动流体包括主要由溶剂脱沥青装置的沥青质馏分中回收的沥青质燃烧所产生的蒸汽。该设备可包括用于从开采的沥青砂中提取重油或沥青的装置。溶剂脱沥青装置可提供较高的扬程。该设备还包括将部分沥青质馏分供应至延迟焦化器装置、以生产出焦化器液体和焦炭的装置。该设备还可包括用于操作FCC装置、从而使FCC装置的供料转化体积百分比达30至65％的装置。该设备可包括用于调节FCC装置中的操作状态，以控制FCC装置的烃流出物中的石脑油、馏出油和汽油比例的装置。该设备可包括对FCC装置的烃流出物进行氢化处理、以生产低硫的烃流出物的装置。该设备可包括在3.5至10MPa(500至1500psi)的中等压力下进行氢化处理的装置。该装置还可包括对在溶剂脱沥青的沥青质馏分中回收的沥青质进行气化、以生产用于氢化处理的氢的装置。
在另一实施例中，提供了一种用于从重油或沥青的地下储集层中生产并浓集原油的设备。该设备可包括经由一个或多个完全与储集层相通的注入井而注入蒸汽而使得重油或沥青流动的装置，从至少一个完全与储集层相通的生产井中生产流动的重油或沥青的装置，用于对至少一部分所生产的包含较高金属含量的重油或沥青进行溶剂脱沥青处理，从而形成贫乏树脂的沥青质馏分，以及基本上不含沥青质且金属含量较少的脱沥青油(DAO)馏分的装置，通过从溶剂脱沥青装置的沥青质馏分中所回收的沥青质燃烧而产生用于注入装置的蒸汽的装置，用于将包括DAO馏分和其它低沸点的烃馏分的供料供应至带有FCC催化剂的流化催化裂化(FCC)装置的反应区，以便在包含DAO的供应至FCC装置的供料的转化体积百分比为30至65％的条件下，从FCC装置中回收脱金属的烃流出物的装置，以及用于对FCC装置的烃流出物进行氢化处理，以生产出低硫烃流出物的装置。
该设备可包括将部分沥青质馏分供应至延迟焦化器装置、以生产出焦化器液体和焦炭的装置。该设备可包括将焦化器液体随FCC烃流出物一起供应至氢化处理器中的装置。该设备可包括将来自FCC装置的倾析油供应至燃烧、气化或其组合装置中的装置。该设备可包括用于调节FCC装置中的操作状态，以控制FCC装置的烃流出物中的石脑油、馏出油和汽油比例的装置。该设备可包括在3.5至10MPa(500至1500psi)的中等压力下进行氢化处理的装置。该设备还可包括对在溶剂脱沥青的沥青质馏分中所回收的沥青质进行气化，以生产用于氢化处理器的氢的装置。
附图简介
为了更详细地说明本发明的所示实施例，现在将参考附图进行描述，其中：
图1显示了根据本发明的一个实施例的用于处理重油和/或沥青而无需输入电力、蒸汽或氢的工艺。
图2显示了根据本发明一个实施例的用于对重油或沥青供料进行部分浓集的工艺。
图3显示了其中已经增加了FCC装置的图2所示工艺。
图4显示了包括气化器和氢化处理器的图2所示工艺。
图5显示了增加了焦化器装置的图4所示工艺。
本发明的详细描述
这里将公开本发明的详细实施例。然而，应该懂得，所公开的实施例仅仅是可以各种不同形式来体现的本发明的示例。这里所公开的特定结构、功能和工艺的细节并不意图限制本发明，而仅仅是用于说明，其可在所附权利要求的范围内进行修改。
本发明可将具有高金属含量的重油和/沥青转化成金属含量大大减少的较低沸点的烃。本发明还可用于同时生产沥青质，其用作产生蒸汽和能量的燃料，重油或沥青的生产需要这些蒸汽和能量。在重油或沥青供料的溶剂提取期间，可去除第一部分的金属，并且在后续处理的期间，在FCC装置中去除基本上所有残余的金属。本发明通过导致不再需要将天然气或其它燃料运输到储集层位置以用于产生蒸汽和/或电力，从而提供了显著的经济优势。重油可通过在馏分头部去除沥青质馏分来进行浓集，沥青质馏分常常可能包含极大部分的非所需的硫、氮和金属化合物。脱沥青油在环境状态下是液体，并可利用传统方法来进行运输。
如图1中所示，包括重油和/沥青的原油供料100被供应至残余油溶剂提取(ROSE)装置104。供料可选地包括烃溶剂，以有助于降低供料的粘性。ROSE装置104将供料分离成至少两种馏分：可包括脱沥青油和树脂的第一镏分，以及可包括沥青质的第二馏分。存在于初始供料中的部分金属与馏出油供料分离，并且优选随沥青质一起保留下来。脱沥青油和树脂供应至包括低活性催化剂的流化催化裂化(FCC)装置106中，以进行油浓集和有效地去除残余的金属。
来自ROSE装置104的沥青质可利用已知设备转化成丸粒状的形式，或者根据需要而供应至气化器108，其使沥青质燃烧和/或部分氧化，用以生产出蒸汽、氢和低能量气体。来自FCC装置106的流出物可供应至氢化处理器110，在这里可被进行浓集、去硫和分离，以生产出石脑油、馏出油和汽油流。来自FCC106的倾析油可被供应至气化器108中。根据需要，气化器108所产生的蒸汽、氢和低能量燃气可供应至相关的工艺过程中。如果需要，来自氢化处理器110的产物流可组合起来，而形成合成原油。
重油和沥青可通过热工艺来采出，在热工艺中，热量产生于地面以上或现场产生热量。简单的热工艺是蒸汽注入，其中，蒸汽用作使油移动的传动液。蒸汽辅助的重力泄油(SAGD)是一种直接注入蒸汽以增强油采出的技术。蒸汽通过一个或多个井而注入到岩层中，并且可从位于岩层底部上的一个或多个井中采出水和烃。SAGD工艺在经济的油汽比例下，通常具有较高的采出率和较高的油消耗率。如果有需要，通过利用本领域中众所周知的技术，可改进利用SAGD工艺的生产过程，例如将蒸汽以高于其它流体的速率注入到井中，对储集层进行电加热，以及利用溶剂CO2作为注入蒸汽的添加剂。在Abdel-Halim等人的美国专利No.6,357,526中公开了SAGD技术。
重质原油还可通过各种传统的开采技术而采出，包括利用铲、货车、传送带等采出大致固体的沥青和沥青砂。铲可以是电动的或液压驱动的。沥青砂沉淀物可利用采出里面所含重油的传统技术进行挖掘。挖掘的沥青砂沉淀物可被可选地进行预处理，以促进沥青油的提取和分离。沥青砂可利用传统的粉碎机粉碎成小的尺寸，并且还可利用机械的粉碎和/或搅拌机构进一步粉碎。粉碎的沥青砂易于与热水拌成泥浆，以便运输并供应至沥青提取和分离装置中。在Rendall的美国专利No.4,875,998中进一步公开了沥青砂的处理。
处理后的重油或沥青与蒸汽和/或水混合，并且可经过油水分离器以分开这些流体，并生产出基本上不含水和固体的重油或沥青流。重油或沥青可在连续的分馏工艺中进行分离，其通常发生在大气压和小于400℃(750°F)的受控的底壁温度下。分馏塔底壁的温度可受到控制，以防止原油供料的热裂解。如果需要，可使用真空分馏。
重油或沥青、或来自常压和/或真空蒸馏的残油可供应至溶剂脱沥青装置，其可以是传统的利用本领域中广泛可用的溶剂脱沥青设备和方法的装置，例如商标名为ROSE，SOLVAHL等等。比较适宜的是采用ROSE装置。溶剂脱沥青装置可将重油或沥青分离成富含沥青质的馏分和脱沥青油(DAO)馏分。如众所周知，脱沥青装置可操作并调整变化，以调整DAO和沥青质馏分的属性和含量。根据需要，可控制脱沥青装置以确保高的扬程，在这高扬程下，存在于供料中的大部分树脂可作为脱沥青油而非沥青质被分离。沥青质相可以基本上是无树脂的。沥青质相可进行加热和汽提，以形成沥青质产物流。溶剂-DAO相可被进行加热，以便将这些成分分离成溶剂和DAO相。DAO相可被采出、加热和汽提，以形成有待进一步处理的DAO产物流。
ROSE工艺易于由熟练的技术人员进行改进，以便于此处使用，但是在没有采用分馏的情况下，这种改进当然应必须适应整个的原油供料，而不仅仅是供料的残油馏分。还可通过将原油供料溶解在芳烃溶剂中，之后添加过量的脂肪族溶剂来沉淀沥青质，从而完成脱沥青，其中，也可使用可将烃溶剂与醇混合起来的亚临界提取。大多数脱沥青工艺利用轻质脂肪族烃，例如丙烷、丁烷和戊烷，来从供料中沉淀沥青成分。
DAO馏分可供应至包含有传统裂化催化剂的FCC装置。FCC装置可包括汽提器部分和提升管反应器。通常可通过再生器而将新鲜的催化剂添加到FCC装置中。用过的催化剂，包括焦炭和沉淀在其上面的金属，可通过在再生器中的完全燃烧或部分燃烧而进行再生，从而提供用于反应器中的再生催化剂。通过燃气管道，可从再生反应器的顶部抽吸燃气。包含重油和催化剂粉末的倾析油流可从FCC装置中排出，并作为燃料油供应至气化器和/或焦化器中。在Gartside等人的美国专利4,814,067；Haddad等人的4,404,095；Cartmell的3,785,782；Castgnos，Jr的4,419,221；Cormier，Jr等人的4,828,679；Rabo等人的3,647,682；Rosinski等人的3,758,403；以及Dean等人的RE 33,728中，公开了FCC工艺的示例。
在本发明的FCC装置中所采用的催化剂可选项比较理想地提供了位于每单位体积供料的35％和60％之间的平衡的催化剂微活性试验转化比率。更高的转化比率在本发明中通常并不能提供任何优势，并且具有催化剂更换率更高的缺点。通过保持较低的催化剂活性，可优化催化剂的消耗，以便更经济地使用催化剂。
在催化裂化过程中，催化剂颗粒被加热并和烃供料一起被引入流化的裂化区。裂化区的温度通常保持在480℃和565℃(900°F和1050°F)之间，并且其压力保持在大约0.17和0.38MPa(25和55psia)之间。催化剂在反应器中的循环速率可在大约1.8至4.5kg/kg烃供料(4至10lb/lb烃供料)的范围内。任何在流化催化裂化中有效的已知的催化剂都可用于本发明的实施中，包括但不局限于Y-型沸石、USY、REY、RE-USY、八面沸石以及其它合成的和天然生成的沸石，以及它们的混合物。其它合适的裂化催化剂包括但不局限于那些包含二氧化硅和/或氧化铝的催化剂，包括酸性催化剂。催化剂可包含耐火金属氧化物，例如氧化镁或氧化锆。催化剂可包含结晶硅酸铝、沸石或分子筛。来自高活性FCC工艺的废弃的或用过的催化剂可便利地且比较廉价地用于取代新鲜的催化剂。
FCC装置可生产一些较轻质的气体，例如燃气、液化石油气(LPG)等，它们可用作燃料。这些较轻质的气体可能包括硫化合物，其可根据需要利用小型传统的脱硫装置而利用胺吸收等等而去除掉。
如本领域中那些技术人员所知，来自ROSE装置的沥青质馏分可供应至造粒机，并制成丸粒状。在Abel-Halim等人的美国专利No.6,357,526中，描述了一种合适的造粒机。沥青质丸可以脱水后的形式由货车、传送带或其它装置运输到锅炉或气化器中，或者可与水拌成泥浆并经由管道来进行运输。部分沥青质可传递或运输到固体燃料混合设备中，例如储集层、料斗或炉内，以便存储或用作固体燃料。锅炉可以是根据本领域中技术人员已知的任何合适类型的任何传统设计的锅炉，但比较理想的是循环流化床锅炉，其燃烧粒块，以产生用于生产重油或沥青的SAGD工艺的蒸汽。作为备选，锅炉可根据需要而为沥青砂开采操作时使用的挖掘和提取设备，包括铲、货车、传送带、热水等等提供电力或蒸汽。所生产的沥青质数量可以足够大，以满足在生产重油或沥青时全部的蒸汽和电力要求，从而消除了对输入燃料或蒸汽的需求，从而导致生产费用的显著下降。
作为备选或作为附加，可采用气化器，使得沥青质馏分便于制成丸粒状和拌成泥浆状，从而为气化反应器中的温度调节提供水。如果需要，可将锅炉和/或气化不需要的过量沥青质丸运输到远地，以用于燃烧或其它用途。可通过与气化反应产物的热交换产生蒸汽，并且还可利用本领域中技术人员众所周知的方法来回收CO2，以便将其和蒸汽一起注入到储集层中，以提高重油和沥青的生产。氢气和/或低压燃气可从气化流出物中进行回收和输出，或者如下所述将氢提供给相关的氢化处理器。还可通过涡轮发电机使气化反应产物和/或蒸汽膨胀而产生电力。如上所述，电力、蒸汽和/燃气可用于重油或沥青的生产，例如采矿操作或SAGD。在启动期间，可能需要输入沥青丸、天然气或其它燃料，以起动锅炉，从而为重油或沥青的生产提供充足的蒸汽和/或能量，直到回收的沥青质馏分足以满足产生蒸汽的要求时为止。
作为备选或作为附加，将至少部分沥青质馏分和/或油浆供应至焦化器装置，以便最大程度地增加馏出油的回收。焦化工艺是众所周知的，其用于从真空或常压蒸馏塔中转化非常重质的低值残留物供料，以获得焦炭和轻质油。通常，在焦化器装置中将沥青质馏分加热到高温，例如480-510℃(900-950°F)，以产生作为蒸汽回收的较轻质成分以及在焦化器装置中形成固体余渣的焦炭。根据需要，焦化器装置可以是延迟焦化器、灵活焦化器装置、流化焦化器等，所有这些在本领域中是众所周知的。在延迟焦化工艺中，供料保持在大约450℃的温度和75至170kPag(10至25psig)的压力下，以便在顶上取走裂化蒸汽时沉淀固体焦炭。焦化器中所产生的焦炭可运输到储存场所，以用作固体燃料。
来自焦化器的产品蒸汽可从焦化器中取出，并供应至相关的工艺中，例如所需的氢化处理工艺中。可选地，焦化器蒸汽可在供应至氢化处理器之前，通过蒸馏而分离成石脑油、馏出油和轻质油馏分。通过在当前工艺中将焦化器的供料限制在其产生蒸汽、氢和电力所不需要的过量沥青质馏分和FCC油浆的范围内，可相对于馏分头部焦化器处理方案而有利地减少焦化器的尺寸。
FCC流出物(和任何焦化器液体)的氢化处理可提高各种产物的产量，并且/或者将残油裂解成低沸点的更具有价值的产物。适度的氢化处理可除去不需要的硫、氮、氧和金属，并使任何烯烃氢化。然而，在FCC处理之前通过馏分头部氢化处理工艺对硫和金属的去除需要相对较大量的氢，因而常常需要单独的氢产生装置或其它来源。
本发明的氢化处理器于FCC装置的下游工作，处理去除金属后的烃供料，并且主要用于去除供料中的硫。氢化处理器可在0.8至21MPa(100-3000psig)之间的压力和350℃至500℃(650°F至930°F)的温度下操作。用于氢化处理的中等工作条件可包括在1.5至2.2MPa(200-300psig)以及350℃至400℃(650°F至750°F)下的固定床操作，而没有催化剂再生。用于氢化处理器的严苛工作条件是7至21MPa(1000至3000psig)和350℃至500℃(650°F至930°F)，并且需要催化剂再生。比较理想的是，压力保持在3.5和10.5MPa(500至1500psig)之间的中等范围内。氢的消耗随着操作条件严苛性的增加而增加，并且还依赖于要去除的金属和硫的数量，以及也会消耗氢的芳香烃材料和烯烃的供料含量。因为供应给氢化处理的金属含量是可忽略的，所以不需要防护床，并且可采用高活性的催化剂。来自氢化处理的气体和LPG产物将包含硫化合物，所述硫化合物如上述可在传统的硫回收装置中被去除。对氢化处理器的轻馏分进行处理的硫回收装置与用于FCC流出物的装置可以是同一装置，其在尺寸上适合于容纳两份供料，或者可采用单独的硫回收装置。
通过将溶剂脱沥青和FCC装置放置在氢化处理器的上游，并且在氢化处理之前去除金属，那么本发明就降低了工艺对生产大量氢的依赖性，并且降低了对单独的氢生产设备的需求。
本发明的一个优势是，可将本发明的各个单独的方面添加到现有的沥青处理设备上，或者可根据需要以分级的方式来构造所述设备，其可包含本发明的任何方面。参看图2-5，其中相似的标号用于表示相似的部件，其显示了重油和/或沥青采出工艺的分级结构。
首先参看图2，其显示了分级结构中的基本浓集。重油和/沥青供料通过发掘202和/蒸汽辅助重力泄油204来获得。根据需要可将溶剂添加到供料(未显示)中，以便于将重油/沥青供料传送到稀释剂回收装置(DRU)206中，原油在DRU中进行常压蒸馏。蒸馏塔中的余渣可供应至ROSE装置208现场或附近，其用于使DAO和树脂与沥青质分离。沥青质馏分可从ROSE装置中去除，并供应至用于制备沥青质丸212的水中成形装置210中。沥青质丸212可用作燃料，进行运输或储存。DAO/树脂馏分可添加到引入的稀释剂中，并作为部分浓集的合成原油214而进行收集。
参看图3，已经将FCC装置216添加到图2的工艺中。FCC装置216比较合适地处于与ROSE装置208相同的位置或其附近。如之前所述，在这里可将DAO/树脂馏分供应至具有低活性催化剂的FCC装置216中。FCC装置216基本上去除了供料中之前没有被ROSE装置208去除的所有残余金属。
参看图4，图2的工艺包括气化器218，并且已经将氢化处理器220添加到FCC装置216的下游。来自ROSE装置208的沥青质馏分可供应至气化器218，其部分地氧化沥青质，以生产可输出或供应至SAGD装置204中的氢222，燃气224，电力226，以及可供应至SAGD装置204中的蒸汽230。从FCC装置216回收的倾析油流可供应至气化器218中，或用作燃料228。基本不含金属的部分浓集的合成原油流可从FCC装置216供应至氢化处理器220，其在氢化处理之前可选地包括分离石脑油、馏出油和汽油。氢化处理后的石脑油、馏出油和汽油可混合而产生合成原油232。气化器218和氢化处理器220根据需要而定位在相同的车间内，并且尤其靠近FCC装置216和/或ROSE装置208，或处于重油或沥青的生产现场。
参看图5，为了提高回收性能，已经将焦化器装置234添加到图4的工艺中。来自ROSE装置208的部分沥青质馏分可供应至焦化器装置234中。焦化器装置234可生产裂化的流出物，其可包括石脑油、馏出油和汽油，并可与FCC装置216的流出物组合在一起，并供应至氢化处理器220中，以便进一步浓集成不含金属的合成原油232。焦化器装置根据需要定位在现场，或靠近ROSE装置208和/或FCC装置216。
本发明的另一优势是，一旦安装好设备并操作起来时，能量成本就接近零。因为沥青质产物可以很容易转换成可运输的、可燃烧的燃料，所以可消除对氢、燃料和/或能量的输入需求。因此，当前的工艺在用于重油和/或沥青的采出和浓集时，相对于SAGD和氢化处理器工艺所需要的电力、氢和蒸汽等方面是自给自足的。类似地，可为采矿设备提供电力，从而同传统的开采工艺相比较而减少了需求。和本发明相关的资金费用比那些与用于采出沥青相关的其它方法要略高，这些方法例如采用了馏分头部(front end)延迟焦化工艺或流化床氢化裂化工艺。然而，本发明具有更好的投资回报，更低的复杂性和更简单的操作性，更少的焦炭处理，能量完全自给自足，并且可以作为升级形式而以分级方式来构成或增加。
示例
参照图5中所示的工艺，供料包括10-15API稀释的28,900m3/d(182,000BPD(每日的42-加仑桶的数量))的沥青和重油，其供应至稀释剂回收装置(DRU)308中。DRU 308为ROSE装置314供应24,800m3/d(156,000BPD)的供料，装置314将供料分离成DAO馏分和沥青质馏分。3,400m3/d(21,500BPD)的沥青质馏分流供应至气化器338中，并且3,400m3/d(21,500BPD)的流体供应至焦化器装置354中。18,000m3/d(113,000BPD)的残油流从ROSE装置314供应至流化催化裂化(FCC)装置328。FCC装置328去除了残余的金属，并且将供料分离成金属含量减少的轻馏分和重质的倾析油。3,800m3/d(23,700BPD)的倾析油流从FCC装置328供应至气化器338中。主要由馏出油、石脑油和轻质油组成的12,600m3/d(80,000BPD)的轻馏分流从FCC装置328供应至氢化处理器332中，其在氢化处理器332中与从焦化器354中收集到并供应至氢化处理器332中的2,100m3/d(13,000BPD)的轻质油流组合在一起。氢化处理器332以16,000m3/d(100,000BPD)的速率来生产37-41API的合成原油。
以上已经公开了许多实施例和其备选方案。虽然上面的说明书包括本发明人所认为的实施本发明的最佳模式，但是并没有公开所有可能的备选方案。出于这种原因，本发明的范围和界限并不局限于上面的说明书，而是由所附权利要求来进行限定和解释。

Claims (44)

1.一种用于从重油或沥青的地下储集层中浓集原油的工艺，包括：
对至少部分重油或沥青进行溶剂脱沥青处理，从而形成沥青质馏分和基本不含沥青质、且金属含量减少的脱沥青油(DAO)馏分；
将包括所述DAO馏分的供料供应至带有FCC催化剂的流化催化裂化(FCC)装置的反应区，以便将部分金属从所述DAO馏分中沉淀到所述FCC催化剂上；以及
从所述FCC装置中回收金属含量减少的烃流出物。
2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，还包括将所述沥青质转化成蒸汽、电力、燃气或其组合，以用于从储集层中生产出为溶剂脱沥青而提供的重油或沥青。
3.根据权利要求2所述的工艺，其特征在于，还包括，将所述沥青质馏分从所述溶剂脱沥青过程供应至沥青质转化过程。
4.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，还包括从所述FCC装置中去除金属化的FCC催化剂。
5.一种用于从重油或沥青的地下储集层中浓集原油的工艺，包括：
将沥青质转化成蒸汽、电力、燃气或其组合，以用于从储集层中生产出重油或沥青；
对至少部分重油或沥青进行溶剂脱沥青处理，从而形成沥青质馏分和基本不含沥青质、且金属含量减少的脱沥青油(DAO)馏分；
将所述沥青质馏分从所述溶剂脱沥青过程供应至沥青质转化过程；
将包括所述DAO馏分的供料供应至带有FCC催化剂的流化催化裂化(FCC)装置的反应区，以便将部分金属从所述DAO馏分中沉淀到所述FCC催化剂上；
从所述FCC装置中回收金属含量减少的烃流出物；和
从所述FCC装置中去除金属化的FCC催化剂。
6.根据权利要求5所述的工艺，其特征在于，还包括，通过从开采出的沥青砂中进行提取来生产重油或沥青。
7.根据权利要求5所述的工艺，其特征在于，还包括，通过完全与储集层相通的一个或多个注入井而注入流动的流体，以便使重油或沥青流动，并且从至少一个与储集层完全相通的生产井中生产出流动的重油或沥青，这样来生产重油或沥青。
8.根据权利要求7所述的工艺，其特征在于，流动流体包括主要由沥青质的燃烧而产生的蒸汽，所述沥青质从沥青质馏分经溶剂脱沥青处理而回收得到。
9.根据权利要求6所述的工艺，其特征在于，所述沥青质转化包括部分沥青质馏分的气化，从而为开采和提取提供电力、蒸汽、燃气或其组合。
10.根据权利要求5所述的工艺，其特征在于，所述溶剂脱沥青具有高的扬程。
11.根据权利要求5所述的工艺，其特征在于，还包括将部分沥青质馏分供应至延迟焦化器装置中，以生产焦化器液体和焦炭。
12.根据权利要求5所述的工艺，其特征在于，将较低沸点的烃馏分连同所述DAO馏分引入所述FCC装置中。
13.根据权利要求5所述的工艺，其特征在于，所述FCC装置可在至FCC装置的供料的转化体积百分比为30至65％的条件下操作。
14.根据权利要求5所述的工艺，其特征在于，可调整所述FCC装置的操作状态，以控制FCC装置的烃流出物中的石脑油、馏出油和汽油的比例。
15.根据权利要求5所述的工艺，其特征在于，还包括，对所述FCC装置的烃流出物进行氢化处理，以生产低硫的烃流出物。
16.根据权利要求15所述的工艺，其特征在于，所述氢化处理在3.5至10MPa的中等压力下进行。
17.根据权利要求15所述的工艺，其特征在于，还包括，对通过溶剂脱沥青处理而从沥青质馏分中回收的沥青质进行气化，以生产用于氢化处理的氢。
18.一种用于从重油或沥青的地下储集层中浓集原油的工艺，包括：
将沥青质转化成蒸汽、电力、燃气或其组合，以用于从储集层中生产出重油或沥青；
对至少部分包含金属的重油或沥青进行溶剂脱沥青处理，从而形成沥青质馏分和基本不含沥青质、且金属含量减少的脱沥青油(DAO)馏分；
将所述沥青质馏分从所述溶剂脱沥青过程供应至沥青质转化过程；
通过从溶剂脱沥青处理的沥青质馏分中所回收的沥青质的燃烧，来产生蒸汽；
将包括DAO馏分的供料供应至带FCC催化剂的流化催化裂化(FCC)装置的反应区，以便从FCC装置中，在至FCC装置的供料的转化体积百分比为30至65％的条件下回收脱金属的烃流出物；
对所述FCC装置的烃流出物进行氢化处理，以生产低硫的烃流出物。
19.根据权利要求18所述的工艺，其特征在于，所述重油或沥青的生产包括，经由完全与储集层相通的一个或多个注入井而注入蒸汽，以便使重油或沥青流动；并且从至少一个与储集层完全相通的生产井中生产出流动的重油或沥青。
20.根据权利要求18所述的工艺，其特征在于，所述重油或沥青的生产包括从开采的沥青砂中进行提取。
21.根据权利要求18所述的工艺，其特征在于，还包括，将部分沥青质馏分供应至延迟焦化器装置中，以生产焦化器液体和焦炭。
22.根据权利要求21所述的工艺，其特征在于，所述工艺包括，将焦化器液体随FCC烃流出物一起供应至氢化处理过程。
23.根据权利要求18所述的工艺，其特征在于，还包括，将来自FCC装置的倾析油供应至燃烧、气化或其组合的处理中。
24.根据权利要求18所述的工艺，其特征在于，可调整所述FCC装置的操作状态，以控制FCC装置的烃流出物中的石脑油、馏出油和汽油的比例。
25.根据权利要求18所述的工艺，其特征在于，所述氢化处理在3.5至10.5MPa的中等压力下进行。
26.根据权利要求18所述的工艺，其特征在于，还包括对溶剂脱沥青的沥青质馏分中回收的沥青质进行气化，以生产用于氢化处理的氢。
27.一种用于从重油或沥青的地下储集层中浓集原油的设备，包括：
将沥青质转化成蒸汽、电力、燃气或其组合，以用于从储集层中生产出重油或沥青的装置；
对至少一部分所生产的包含金属的重油或沥青进行溶剂脱沥青处理，以形成沥青质馏分和基本不含沥青质、且金属含量减少的脱沥青油(DAO)馏分的装置；
将所述沥青质馏分从所述溶剂脱沥青过程供应至所述沥青质转化过程的装置；
将包括DAO馏分的供料供应至带有FCC催化剂的流化催化裂化(FCC)装置的反应区、以便将金属从DAO馏分沉淀到FCC催化剂上的装置；
用于从所述FCC装置中回收脱金属的烃流出物的装置；和
用于从所述FCC装置中去除金属化的FCC催化剂的装置。
28.根据权利要求27所述的设备，其特征在于，还包括经由完全与储集层相通的一个或多个注入井而注入流动的流体、以便使重油或沥青流动的装置；以及从至少一个与储集层完全相通的生产井中生产出流动重油或沥青的装置。
29.根据权利要求28所述的设备，其特征在于，还包括用于产生流动流体的装置，所述流动流体包括主要由溶剂脱沥青装置的沥青质馏分中回收的沥青质的燃烧所产生的蒸汽。
30.根据权利要求27所述的设备，其特征在于，还包括用于从开采的沥青砂中提取重油或沥青的装置。
31.根据权利要求27所述的设备，其特征在于，所述溶剂脱沥青装置具有高的扬程。
32.根据权利要求31所述的设备，其特征在于，还包括将部分沥青质馏分供应至延迟焦化器装置中、以生产焦化器液体和焦炭的装置。
33.根据权利要求27所述的设备，其特征在于，还可包括用于操作FCC装置、以便至FCC装置的供料转化体积百分比达30至65％的装置。
34.根据权利要求27所述的设备，其特征在于，还包括用于调节FCC装置中的操作状态，以控制FCC装置的烃流出物中的石脑油、馏出油和汽油比例的装置。
35.根据权利要求27所述的设备，其特征在于，还包括对所述FCC装置的烃流出物进行氢化处理、以生产低硫的烃流出物的装置。
36.根据权利要求35所述的设备，其特征在于，还包括用于在3.5至10MPa的中等压力下进行氢化处理的装置。
37.根据权利要求36所述的设备，其特征在于，还包括对溶剂脱沥青的沥青质馏分中回收的沥青质进行气化、以生产用于氢化处理的氢的装置。
38.一种用于从重油或沥青的地下储集层中生产并浓集原油的设备，包括：
通过一个或多个与储集层完全相通的注入井注入蒸汽、以便使重油或沥青流动的装置；
用于从至少一个与储集层完全相通的生产井中生产流动的重油或沥青的装置；
对至少一部分所生产的高金属含量的重油或沥青进行溶剂脱沥青处理，从而形成贫乏树脂的沥青质馏分和基本不含沥青质、且金属含量减少的脱沥青油(DAO)馏分的装置；
通过沥青质的燃烧而产生用于所述注入装置的蒸汽的装置，所述沥青质从所述溶剂脱沥青装置中从沥青质馏分中回收而来；
将包括DAO馏分的供料供应至带FCC催化剂的流化催化裂化(FCC)装置的反应区，以便从FCC装置中，在至FCC装置的供料转化体积百分比为30至65％的条件下回收脱金属的烃流出物的装置；
对所述FCC装置的烃流出物进行氢化处理、以生产低硫的烃流出物的装置。
39.根据权利要求38所述的设备，其特征在于，还包括将部分沥青质馏分供应至延迟焦化器装置中、以生产焦化器液体和焦炭的装置。
40.根据权利要求39所述的设备，其特征在于，还包括将焦化器液体连同FCC烃流出物供应至氢化处理装置中的装置。
41.根据权利要求40所述的设备，其特征在于，还包括将来自FCC装置的倾析油供应至燃烧、气化或其组合的装置中的装置。
42.根据权利要求38所述的设备，其特征在于，还包括用于调节FCC装置中的操作状态，以控制FCC装置的烃流出物中的石脑油、馏出油和汽油比例的装置。
43.根据权利要求38所述的设备，其特征在于，还包括用于在3.5至10MPa的中等压力下进行氢化处理的装置。
44.根据权利要求38所述的设备，其特征在于，还包括对溶剂脱沥青的沥青质馏分中回收的沥青质进行气化、以生产用于氢化处理装置的氢的装置。
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