CN103930526B - 用蒸汽冷裂解的系统和方法 - Google Patents

Abstract

用于增强油从油田中回收的方法，该方法包括：施加热量到包括烃链的胶体烃类介质；并且施加具有预定频率和强度的压力波到烃链以便使烃链裂解成相对较短的烃链。任选地：施加热量可包括施加蒸汽；压力波可被直接或间接施加到待裂解的烃链；施加压力波可在油田中通过利用在油田内或外的活化器来进行；施加压力波可在油田内进行；施加压力波可通过利用转子进行，所述转子位于由胶体烃类介质弥漫的壳体中。

Description

用蒸汽冷裂解的系统和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2011年8月29日提交的美国专利申请序列号13/220,280的权益和优先权，其内容也据此通过引用方式以其整体并入。

背景

发明领域

本发明的实施方式大体涉及用于利用在降低温度下操作的压力波发射机构来处理在其组成中具有氢、氧键的液体，特别是包括胶体烃类介质、矿物油或任何铁磁流体的液体的系统和方法。

相关领域的描述

重质原油或超重原油是不容易流动的任何类型的原油。其被称为“重质”是因为其密度或比重高于轻质原油的密度或比重。重质原油已被定义为具有小于20°的美国石油学会(“API”)比重度数的任何液体石油。超重油被定义为具有低于10.0°API的API比重度数(即，具有大于1000kg/m3的密度或者，等同地，大于1的比重)。

相反，轻质原油是具有低密度并且在室温下自由流动的液体石油。由于高比例的轻质烃馏分的存在，其具有低粘度、低比重和高API比重度数。其通常具有低的蜡含量。在商品市场上轻质原油的价格比重质原油高，因为当它经炼油厂被转变成产品时产生较高百分比的汽油和柴油燃料。

低硫原油是与含硫原油中的较高水平的硫相比含有小于约0.5％硫的类型的石油。低硫原油含有少量的硫化氢和二氧化碳。高质量、低硫的原油常被用于处理成汽油并且是高需求的，特别是在工业化国家中。“轻质低硫原油”是最受欢迎的原油类型，因为其含有不成比例地大量的被用于处理汽油(石脑油)、煤油和高质量柴油的这些馏分。

在世界各地直接存在于原油中的轻质粗产品的量或体积不足以覆盖各种燃料的全世界消耗。因此，被称为“裂解”的技术已被开发并且对于使来自原油的轻质产品产率最大化是必需的。裂解是其中利用前体主要通过碳碳键的断裂使复杂的有机分子(重质烃)分解成较短的分子(轻质烃)的工艺。

在炼油厂中使用的常规的裂解工艺可被分成两组裂解机理：热裂解和催化裂解。多年以来这两种工艺被优化以产生相对窄的链长范围的短的烃类，这种短的烃类适合于产生液体燃料(例如，汽油、柴油、煤油，等)。

常规的裂解工艺的不足包括具有短的链长的烃类的相对低的产率、和在商业上可行的速率下实现该工艺所需的相对高的温度和压力的组合。

因此，存在对能够生产相对较高的产率的具有短的链长的烃类和为了在商业上可行的速率下实现该工艺的相对较低的温度和压力的组合的裂解工艺的需求。

概述

本发明的实施方式大体涉及用于处理液体特别是胶体烃类介质矿物油以增加轻质的、低沸程馏分的含量的程序，其包括使被处理的液体经受第一频率的压力波，并且将液体运输到用于进一步的常规油处理的罐或压力波发射机构。

根据某些实施方式，已发现当将原油和/或其它矿物油适当地暴露于具有某些有利的频率的压力波时，液体显示出改善的蒸馏分布，这表明短链的、低沸程的馏分的增加的增量。结果，在精制工艺过程中源自原油和矿物油的高质量轻质产品的产率增加。一般来说，由于具有适当选择的振荡频率的振荡能量而存在的液体内的共振激发是上述链断裂或裂解的原因。该工艺还包括将蒸汽注入到液体中，以便增加液体的温度和/或对液体的压力，以便增加化学过程的反应速率。

在另一个实施方式中，压力波发射机构以转子的形式实施，该转子位于由经受处理的液体弥漫的壳体中。

根据本发明的实施方式提供了一种用于增强油从油田中回收的方法，该方法包括：施加热量到包括烃链的胶体烃类介质；并且施加具有预定频率和强度的压力波到烃链以便使烃链裂解成相对较短的烃链。

施加热的步骤可包括施加蒸汽；压力波可被直接施加到待裂解的烃链；压力波可被间接施加到待裂解的烃链；施加压力波的步骤可利用油田中的活化器在油田中进行；施加压力波的步骤可在油田中利用油田之外的活化器进行；施加压力波的步骤可在油田中进行；并且施加压力波的步骤可利用位于由胶体烃类介质弥漫的壳体中的转子进行。以下更加详细地描述活化器的结构和操作。

施加压力波的步骤可包括：施加压力波至第一多个烃链，以便产生活化的胶体烃类介质；以及将活化的胶体烃类介质引入到第二多个烃链以便产生自由基链反应。

根据本发明的实施方式提供了一种增强油从油田中回收的系统，该系统可包括：被配置为施加热量到包括烃链的胶体烃类介质的热施加器；和被配置为施加具有预定频率和强度的压力波到烃链以便使烃链裂解成相对较短的烃链的压力波发生器。

热施加器可包括蒸汽喷射器。

压力波发生器可以：被配置为直接施加压力波到待裂解的烃链；或被配置为间接施加压力波到待裂解的烃链。

在其中压力波发生器可被配置为施加压力波到第一多个烃链以便产生活化的胶体烃类介质的情况下，系统还可包括：从压力波发生器到第二多个烃链的接口，其目的是通过将活化的胶体烃类介质引入到第二多个烃链而产生自由基链反应。

压力波发生器：可包括在油田中的活化器，该活化器被配置为在油田中施加压力波；可包括在油田之外的活化器，该活化器被配置为在油田之外施加压力波；并且可包括转子，该转子位于由胶体烃类介质弥漫的壳体中。

附图简述

因此，以上述的本发明的特征可被详细地理解的方式，以上简略概括的本发明的实施方式的更加具体的描述可以参照在附图中图示的实施方式获得。然而，应注意，附图仅图示了包括在本发明的范围内的实施方式的典型的实施方式，且因此，不被认为是限制性的，因为本发明可容许其它等效的实施方式，其中：

图1描绘了根据本发明的实施方式的化学反应能量；

图2图示了根据本发明的实施方式的粒子能量分布的两个函数；

图3图示了根据本发明的实施方式的用于增强油从油田中回收的方法；

图4图示了根据本发明的实施方式的用于增强油从油田中回收的另一种方法；以及

图5描绘了根据本发明的一个实施方式的液体活化器系统。

本文所用的标题仅是为了组织目的并且不意图被用于限制说明书或权利要求书的范围。如贯穿本申请所使用的，单词“可以”以容许的意义(即，表示具有可能性)而使用，而不是强制的意义(即，表示必须)。类似地，词“包括(include)”、“包括(including)”和“包括(includes)”表示包括但不限于。为了便于理解，在可能的情况下，同样的参考数字被用于指示附图所共有的同样的要素。

本发明的实施方式大体涉及用于处理液体特别是胶体烃类介质、矿物油或类似物以增加具有较低沸点的轻质馏分的含量的程序。

根据本发明的实施方式提供了被设计为使液体例如胶体烃类介质、矿物质或相关物质中的分子键不稳定、被削弱、被剪切或甚至断裂以便由此在后续的精炼工艺中取得增加部分的短链且低沸点馏分的方法和系统。削弱分子键或使其不稳定可意味着例如分子键进入不稳定的能态，即，比最低能量高的状态。在这样的较高的能态下，分子键易于在添加与不在较高能态下的分子键相比较少量的能量时断裂。为了这个目的，能量从两个源被供给到液体。第一，以压力波的形式的机械振荡能量被引入到液体中。第二，以流的形式的热能被供给到液体中。来自这两个源的能量一起导致化学连接的摧毁，并且导致长链的、高沸点分子的馏分的链断裂。

根据某些实施方式，已发现，在预定的最低温度和/或压力条件下，当将原油和/或其它矿物油适当地暴露于具有某些有利的频率的压力波时，液体显示出改善的蒸馏分布，这表明短链的、低沸程的馏分的增加的增量。结果，在常规的精制工艺过程中源自原油和矿物油的高质量轻质产品的产率增加。一般来说，由于具有适当选择的振荡频率的振荡能量而存在的液体内的共振激发是通过分子链的断裂或裂解而转变液体的原因。最低热量和/或压力条件允许液体的转变起始，或者以较快的速率发生，或者转变较大部分的液体。

最低温度和/或压力条件可通过自然环境提供，例如，通过深油井中自然存在的力提供。然而，如果自然环境没有提供充足的温度和/或压力条件，热和/或压力可通过外源提供，例如，通过将蒸汽注入到油井中提供。

以下提供了根据本发明的实施方式的化学和量子力学级别的过程的描述。

在量子力学分析中，预定体积的烃类原料(例如，原油、燃油，等)可作为量子力学系统被分析，该量子力学系统相当于具有被强的共价键拉紧的分子键的单个分子。在这种分析中，量子力学系统不是利用精确的化学式可描述的，也不是通过常数如熔点和沸点、介电常数、偶极矩、损耗角、导电率、热含量(焓)△H°、△S等等可描述的。

如果这种量子力学系统通过赋予基本上任何形式的强烈的能量而被激发，则量子力学系统变成不稳定的，并且将发生各种过程，如分子键的摧毁、断裂以及再形成/再分布，量子力学系统分成低分子量化合物和高分子量化合物。将所得到的化合物表征为直链的、环状的或芳族的等是没有意义的，因为在量子分析的情况下，在环境力场的情况下的量子力学系统的状态才是有意义的，而不是量子力学系统中的各种化合物的组成。

原油或燃油不是物理混合物，并且其处理不是再形成、再混合及类似的物理过程。更确切地说，原油或燃油的处理是化学反应，该化学反应可由方程式(1)表示：

原始的烃类液体＝轻质馏分+重质残余物+△H (1)

其中△H是系统中热含量的变化(即，焓或反应能量)。热含量的正的变化可以是作为热能和/或其它能量形式(例如，光子)释放。热含量的负的变化说明外源能量的输入。

与燃烧相反(其中化学反应在热量释放的方向上流动)，在油处理或精制过程中，化学反应在能量消耗的方向上流动。

油(例如燃油)中的化学元素的原子具有正核电荷和负电子壳层电荷(electronenvelope charge)。当反应原子彼此接近或碰撞时，产生如图1所示的能垒。能垒(也被称为活化能(“E*”))是为了发生化学反应必须克服的能量。只有比活化能更有能量的粒子才可以反应，而比E*的能量低的粒子将分散而不发生反应。

图1图示了在化学反应阶段中的化学反应。Y-轴表示能态，而X-轴表示化学态。E₁表示处于第一化学态(“状态1”)的粒子的能态。E₂表示处于第二化学态(“状态2”)的粒子的能态。如先前所描述的，E*是活化能。对于从状态1进行到状态2的化学过程(即，沿着图1从左到右)，(E*-E₁)的量的初始能量必须被供给以便产生状态2。(E₂-E₁)的能量的净额被消耗。对于从状态2进行到状态1的化学过程(即，沿着图1从右到左)，(E*-E₂)的量的初始能量必须被供给以便产生状态1。产生(E₂-E₁)的能量的净额。

在油(例如，燃油)的化学反应的上下文中，图1中的能量(E₂-E₁)是化学反应从状态1到状态2以便获得轻质馏分所需的净输入能量。能量(E*-E₁)必须被供给以活化从状态1到状态2的反应，并且当反应完成后能量(E*-E²)被重新获得。

图2图示了粒子能量分布函数。X轴表示单个粒子的能量，而Y轴表示粒子的能量分布函数。如从图2可以看出的，单个粒子的粒子能量可以极其不同。例如，如果房间中的环境温度是25℃，则能量分布函数具有25℃的平均值(“E_av”)，但是还存在具有对应于-100℃或-200℃(较小的百分比)以及+100℃、+200℃...+1000℃(曲线的递降的右侧)的能量的粒子。

在图1中在y＝E*处被显示为水平线的活化能E*的量级在图2中在x＝E*处被显示被垂直线。只有具有E*或更高的能量含量的粒子可以反应，对应于图2的曲线中的E*右边的阴影区域。在试剂的整个体积中，如果试剂不具有E*以上的平均能量，则反应不应被认为是完全不可能的。相反，对于对应于曲线“尾部”的阴影区域中的粒子的极其有能量的分子，反应可以进行，但是以非常慢的速率进行。当属于阴影区域的粒子开始反应时，新的粒子将由于能量再分布而代替它们的位置，但是这个过程需要时间。这种再分布的速率控制反应速率。

重要的是应记住，反应是可恢复的，即，如果存在具有能量E*(或更高)的、可克服从左至右的能垒的粒子，则反应产物也将含有足以达到从右至左的能垒的最高点的粒子(特别是因为在这个方向上需要相对较低的能量并且能垒更加容易被克服)。然而，在开始时，这样的粒子的数目是少的，但是随着反应产物的积累，可产生动态平衡(balance)(平衡(equilibrium))，即，轻质馏分的初期粒子的数目可等于回到初始状态的那些粒子的数目(简而言之，轻质馏分再次消失(dissolve)或重新结合)，产物产率将不再增加。

通过动态平衡原理(Le Chateliér原理)考虑不同因素对工艺流程的影响：如果存在对处于平衡的系统的冲击，则某些过程将在该系统中发生以抵消这种冲击。因此，如果密闭容器中的水和蒸汽(平衡的)被压缩，则蒸汽的一部分将浓缩成水并且进一步压缩将是不可能的；如果其被加热，则水的一部分将蒸发，消耗潜热，并且将不会发生温度增加。对于处于平衡的系统，Le Chateliér原理使反应方向受到影响。例如，如果由方程式(1)描述的反应需要能量输入(例如，热吸收)，则加热试剂将对增加产物产率是有效的。如果由方程式(1)描述的反应产生气体产物，则真空的应用将使反应移动到图1的右边，因为真空将促进平衡而不会降低能垒的高度--其将不会促进键的重组或转变和断裂。同样，对于由方程式(1)描述的反应，特别是产生轻质馏分的反应，轻质馏分从反应区中除去将通过使反应沿图1的曲线移动到右边来增加产物产率。

因此，避免动态平衡，不“挤出”超过某些最佳条件的最大可能产率，在经济上和技术上均是可取的；正如在工业中，除去轻质产品和继续处理残余物是更佳的。

反应速率可由Arrhenius方程式表达，如方程式(2)中所示的。

方程式(2)显示，能垒E*越低，反应速率k将越高。这种关系被用于催化和裂解中。催化剂不能将能量供给到试剂，但是涉及催化剂与试剂的某些中间反应将发生，并且这些中间反应以比E*低的活化能流动。当中间反应完成时，催化剂被释放并且可用于进一步的与初始试剂的催化反应。

从方程式(2)还可以看出，反应速率k将随着温度T的升高而增加。图2显示随着温度的升高，曲线将移动到右边，如图2中虚线所示的。因此，曲线下面的阴影区域将增加且因此足以克服能垒的具有能量E*或更高的能量的粒子的数目也将增加。

让我们回到预定体积的烃类液体(油、燃油)作为巨分子形式的单一量子力学系统的表征，所述巨分子由强的共价键拉紧。为了激发其以便适当地转变并且使内部键断裂，即，进行化学反应，所需的能量(即，活化能)利用逐渐更高的工艺温度来赋予，即，使用热能。

热能可被认为是低质量能量。所有类型的能量是以严格当量比可转换的，但是仅仅热量向其它形式的能量的转变是“有负担的”，即，热能的一部分被白白分散在周围空间中。

因此，为了使反应的平衡向右移动进行并且达到轻质馏分的甚至更高的产率，机械可被用于将活化器的动能转变为高质量的活化能。理论上，这种转变应该在总体上是等效的，但是在实践中由于机械摩擦和液体的内摩擦(粘度)系数，加热是不可避免的。

热能可通过直接接触(热传递或热传导)、对流和/或发射(即，辐射)来传播。前两个是混乱的，但是辐射--特别是在高温下--是更高质量的量子化能量。

所有类型的能量可以以当量比彼此转变的事实并不意味着它们中的所有(除热能外)具有相同的质量。例如，激光束是相当高质量的能量，因为它具有凝聚性；它可很好地集中；并且它发射高功率的能量。相反，供给激光器的电力是相对较低质量的能量。

根据本发明的实施方式的活化器是用于将极大有序化的(macro-ordered)固体的动能动态地转变为更高质量的能量的设备。

活化器在胶体烃类液体中产生具有每键特定频率的共振能，其影响被处理液体中被激发的键的分子轨道(“MO”)水平。在根据本发明的一个实施方式中，活化器包括具有层的轮，该轮由发动机(例如，电动机)驱动。轮被封闭在反应室中。在反应室的内部，轮被沉浸于液体中，例如，沉浸于胶体烃类介质、矿物油或相关物质中。轮被成形使得当其旋转时其在液体中产生具有每键特定频率的共振能，其影响被处理的液体中的被激发的键的MO水平。轮的半径、反应室的几何结构、所产生的共振能及其频率与特定键的结构之间的关系可在实践中被应用以特定地活化单独的C-H键、C-C键和C-S键。根据本发明的实施方式已被研究以激发或共激发这些键。

在活化器的工作区中，当与油平衡有关的电子中的一些离开其轨道并短时间地转到相当更高的轨道时，油的某些化学键发生局部离子化，即原油或燃油发生局部离子化。离子化是由活化器引起的原油分子的电子状态的改变。如果电子返回其先前的较低能量状态，则能量将被释放。然而，在离开活化器以后，这种油不能转变成其先前的能量状态，因为产生了许多新的自由基。但是，如果这种电离的油被引到未电离的油，则可发生自由基链反应，使得烃键的自持式裂解可被诱导。

在原油或燃油在活化器中处理的过程中化学键发生大量断裂、破坏和解体。参照单一量子力学系统或巨分子的模型，在活化器中的反应涉及原油或燃油机械化学地转变成具有断裂的不饱和价键的多分散的小基团物质。产生高活性的和快速的自由基的多分散混合物。在跃迁过程期间，结构和组成是相对不重要的，但相反地，它们的状态是相对重要的。

自由基的能量、组成、质量和活性的分布函数在性质方面是与图2中的相同的。自由基的一部分将保持几乎未改变，如在过程的最后的重质残余物。最高百分比的另一部分将转变成中等活性的自由基，其应该重新分布并且形成轻质馏分的整个光谱。小百分比的最有活性的短寿命的自由基将释放剩余的能量并且补充中等活性的自由基的组。因此，在通过活化器的原油或燃油中，内部键被重组并且具有新的能量状态，该新的能量状态的值高于图1中的E1。

原油的裂解的应用

以上讨论的压力波可由压力波发射机构产生，该压力波发射机构可以以机械振动源诸如转子的形式实现。转子可位于由经受处理的液体弥漫的壳体中。在一个实施方式中，液体进入旋转嵌入的构造单元的腔。液体通过转子的径向开口径向地向外流动到环状间隙中，由此径向开口被均匀地布置在转子的外表面。使环状间隙中的液体作为如下的函数经受转子的快速旋转：(a)绕转速率、(b)转子半径和(c)在具有合适的振荡频率和往复压力波的转子的外表面处的开口的数目。相应地，大量的能量被定向到液体中，使化学键不稳定和/或使它们断裂开。

特定的共振频率影响烃类材料的分子结构，特别是氢、碳和硫的物理性能和反应行为，以便促进以较小的能量输入裂解长的烃链，并且促进轻质添加物如凝析油或天然气与重质油的稳定的重组。

根据本发明的实施方式可执行“冷裂解”，其含义是在裂解工艺过程中使用显著较低的反应温度，且因此与常规的炼油工艺相比需要较低的热能输入。冷裂解通常在不需要前体的情况下进行。除非另外清楚的表明，否则“活化器”是指结合冷裂解工艺的装置。

冷裂解活化器包括利用高性能油泵的压力波发射机构。冷裂解活化器和相关的管道系统进入高临界共振模式(highly critical resonance mode)，其以量子能级影响氢和碳化合物，以产生用于原油升级(crude upgrading)的氢和碳化合物的期望的裂解和再形成，即，增加原油中的轻质烃类的比例。

氢的活化使原油中的C-H键不稳定以产生加工油，导致在较低温度范围的裂解反应工艺的相对增加。加工油的后续加热类似于加氢裂解的效果，因此低沸程的轻质产品和不饱和的烃类化合物的比例增加，并且加工油的粘度下降。不饱和烃类化合物可能需要进一步的处理和用氢饱和。

碳活化使C-C单键和双键裂解。利用冷裂解活化器的工艺可被设计为促进较轻质的烃类产品如轻质原油、石脑油(nafta)、汽油或凝析油吸收到重质油中以产生具有低比例的不饱和烃类的轻质合成原油。

如所描述的系统可在相对低的温度下作为裂解器操作。氢饱和可通过利用如之后更加详细描述的加氢处理器通过添加短的烃类如天然气或凝析油而发生。

冷裂解

根据本发明的实施方式能够在低温下并且在没有催化剂的情况下进行原油裂解。以下工作原理由各种测试试验的工艺描述和分析推出。

在根据本发明的实施方式中，来自机械引导波的能量被用于使电子离开原来位置进入反键MO中且然后使该键断裂。由机械诱导波的引入引发的原则性自由基机理与热裂解相同。

活化器装置在液体中产生具有每键特定频率的共振能，其影响被处理液体中被激发的键的MO水平。在根据本发明的一个实施方式中，活化器包括具有层的轮，该轮由发动机(例如，电动机)驱动。轮被封闭在反应室中。在反应室的内部，轮被沉浸于液体中，例如，沉浸于胶体烃类介质、矿物油或相关物质中。轮被成形使得当其旋转时其在液体中产生具有每键特定频率的共振能，其影响被处理的液体中的被激发的键的MO水平。轮的半径、反应室的几何结构、所产生的共振能及其频率与特定键的结构之间的关系可在实践中被应用以特定地活化单独的C-H键、C-C键和C-S键。根据本发明的实施方式已被研究以激发或共激发这些键。

当使C-H键断裂以产生自由基时，还可发生异构化。使C-C键断裂导致以缩短的分子正常裂解且因此导致轻质粗产物的直接产生，即，典型的燃油范围(fuel range)中的低沸点烃类的产生。

因此，基于理论方法，被设计为活化C-H键的氢活化器将更多地导致异构化产物的形成，这仍然改善重质原油的流点和沸点。被设计为活化C-C键的碳活化器将使长链分子断裂，且因此通常在液体燃油范围中提供低沸点产物的产生。

间接活化

为了确保工艺的稳定且安全的操作，必须证实的是，诱导机械波基本上被限制在反应室内，并且基于自由基链裂解反应的链反应能够在活化器中被安全地中止。如果机械波没有基本上完全容纳在反应室中，则在反应室的外部可存在对油的影响。

将活化能限制在活化器中以促进直接活化可用于下游处理，即，在将原油从油井中提取出来之后进行的处理。然而，在油井的内部，反应室外部的活化可能是期望的。在反应室中被限制的摆动、振动、机械扰动和量子效应能够在反应室的外部传播到周围的原油中。以这种方式在反应室外部发生的活化是远程活化，并且远程活化是间接活化的一个实施方式。

根据本发明的间接活化的另一个实施方式涉及由将新鲜原油与“被活化的”油混合引起的该新鲜原油的可能的活化。该过程在本文中也可被称为刺激，或刺激油井。刺激通过利用活化器完成。活化器可位于井的内部。活化器还可位于井的外部，并且被活化的油被向下泵送回井中。刺激使原油中的氢-氢键被削弱、不稳定、被剪切或断裂。

刺激和所产生的化学反应可利用自持式化学反应的自由基链理论来解释。如果被活化的油在从活化反应器中离开时在被活化的油中的活化反应不基本上即刻停止，活化反应可在活化反应器的外部在新鲜原油中继续进行，只要能量(或温度)足够高。被活化的油具有一种性能使得在被活化的油与未被活化的油接触时能够引发自由基链反应。

如果新鲜原油被加热高至大约40℃和大约90℃之间，则活化反应可被引发。当压力增加时，用于活化的温度下降。相反地，如果压力下降，则用于活化的温度升高。相反，常规的热裂解需要约360℃至约1000℃的温度。所产生的裂解将趋向于增加加工油的体积，产生气体产物，并且裂解可成为自持式的。产生高度活化的材料，其在大约60℃的最低温度下返回油井。

被活化的原油还可被用于改进其它提取技术诸如蒸汽注射工艺。蒸汽注射工艺利用温度和压力以增强原油的回收。通过将被活化的原油引入到油井中使蒸汽注射工艺加强将通过加速原油的回收(即，生产率)和/或通过从井中提取更大部分的原油来提供更多的生产。加强的蒸汽注射工艺提供较低成本的工艺，通过再利用能量减少对外部能量的需求，并且增加生产率。

在油井中，高活性材料与在井中的未被处理的重质原油接触。通过这种接触，经过自由基链反应引发直接活化。这种自由基链反应可活化比活化材料的初始量大诸如10倍、100倍或者甚至整个储油池的量的重质原油。这种自由基链反应将产生气体副产物作为裂解的部分。气体副产物在油井中产生压力，这帮助了油的提取。裂解将进一步进行以降低待提取的原油的粘度。油井可被频繁地或者甚至连续地刺激以便维持来自油井的恒定的生产或者生产的增加。

这种氢活化过程之后且特别是刺激之后可以是碳活化过程。在氢活化之后的碳活化可以是能够将原油的轻质馏分从约10％至25％增加至约40％至60％，其中API为约30至35。加工油将更易于从井中提取，并且可通过较少地使用(或者根本不使用)蒸汽或化学物质来提取，蒸汽或化学物质是环境有害的提取方法。当从井中提取时，可使所得到的原油经受脱水步骤和额外的下游精炼步骤。

根据理论，冷裂解技术中的反应机理可以是自由基机理，其由所需能量的输入供给以便破坏第一键而引发。由这种机理产生的自由基诱导链反应，该链反应成为反应器中的油转化的基础。

根据本发明的实施方式提供了用于增强油从油田中回收且特别是轻质产品从重质原油中回收的方法。该方法可包括使用活化器来冷裂解重质原油的分子链以产生具有较短分子链的烃类。冷裂解可以是通过直接活化过程或间接活化过程。

间接活化过程可包括自由基链反应过程，使得被活化的液体诸如被活化的原油被引入未加工的原油中。被活化的原油是目标分子键已经是不饱和的并且被削弱、剪切或裂解的一种原油。被活化的原油可通过利用活化设备初始地产生或获得，直接活化或间接活化。直接或间接活化的操作原理已在上面描述。当活化的原油与未被活化的原油接触时，发生自持式自由基链反应，其中被活化的原油充当催化剂以裂解未被活化的原油，从而产生另外量的被活化的原油。反应速率取决于井内部的温度和压力条件。该工艺基本上对任何原油都是有效的。自由基链过程可包括将被活化的油简单地引入到未被活化的油中，且然后等待。

方法还可包括蒸汽注射工艺，其被用于刺激原油以增加活化过程的反应速率。活化过程消耗能量以使长的烃链裂解成较短的烃链。以热量和/或压力的形式的外部能量的施加将加快裂解过程。蒸汽注射通过蒸汽的热量和来自蒸汽注射的压力的增加来提供外部能量。

根据本发明的实施方式的方法可整体地或部分地在油井或油田中进行，或者在油井或油田的外部但偶联到油井或油田的室中进行(例如，对于被活化的油的再注射)。

图3图示了根据本发明的实施方式的用于增强油从油田中回收的方法300。方法300以开始步骤301开始。热量和/或压力在步骤302被施加。压力波可在步骤303被施加到油井的内部。步骤302和303可以以任何顺序应用并且可重复地应用。热量、压力和/或压力波使长的烃链裂解以产生轻质烃类。在步骤304，轻质烃类从油井中被提取出来。

图4图示了根据本发明的另一个实施方式的用于增强油从油田中回收的方法400。方法400以开始步骤401开始。热量和/或压力在步骤402被施加。在步骤403，压力波被施加到油井的外部，以便制得被活化的油。步骤402和403可以以任何顺序应用并且可重复地应用。在步骤404，被活化的油被引入到油井中。在步骤405，被活化的油开始在油井的内部进行自由基链反应。热量、压力和/或压力波使长的烃链裂解以产生轻质烃类。在步骤406，轻质烃类从油井中被提取出来。

根据本发明的实施方式还可提供用于增强原油从油田中回收的系统，且特别是用于增强轻质产品从重质原油中回收的系统。该系统可包括活化装置以冷裂解重质原油的分子链，以产生具有较短分子链的烃类。冷裂解可以是通过直接活化过程或间接活化过程。

现参照图5，图示了根据本发明的实施方式的用于增强原油从油田501中回收的系统500，且特别是用于增强轻质产品从重质原油中回收的系统500。系统500包括活化器503，其可位于地面502之上(如图5所示)，或该活化器503可位于地面502之下(在图5中未示出)。活化器503经接口505从油田501中吸出原油。经接口505吸出的原油被暴露于由转子504产生的压力波以产生被活化的油。被活化的油可经接口506引导回到油田501中。热量和/或压力可经接口507例如通过由蒸汽喷射器(在图5中未显示)产生的蒸汽被引入到油田501中。引入到油田501中所产生的被活化的油可在油田501之内产生自由基链反应，由此增加可用于提取的轻质烃类馏分。然后原油(包括增加的轻质烃类馏分)经接口508从油田501中提取出来并且被转移到下游设备(在图5中未显示)以便进一步精炼和处理。

活化装置可被设计为使液体例如原油、矿物油或相关物质中的分子键不稳定、被削弱、被剪切或者甚至裂解，以产生增加部分的短链且低沸点馏分。为了这个目的，将机械振动能量以压力波的形式引入液体中，导致化学连接的摧毁并且导致长链的高沸腾分子馏分的链断裂。机械振动能量可以以一定频率产生，所述频率被设计为使特定类型的分子键诸如二氢(H-H)键或者碳-氢键(C-H)或者与氢或碳的硫键不稳定、被削弱或裂解。

系统还可包括蒸汽喷射器，其被用于刺激原油以增加活化过程的反应速率。活化过程消耗能量以使长的烃链裂解成较短的烃链。蒸汽喷射器施加以热量和/或压力的形式的外部能量以加快裂解过程。蒸汽喷射器通过由蒸汽喷射器产生的蒸汽的热量和来自蒸汽注射的压力的增加来提供外部能量。

机械振动能量可由转子产生，所述转子位于由经受处理的原油弥漫的壳体中。具有转子的壳体形成反应室。在一个实施方式中，原油进入旋转嵌入的构造单元的腔。原油通过转子的径向开口径向地向外流动到环状间隙中，由此径向开口被均匀地布置在转子的外表面。使环状间隙中的液体作为如下的函数经受转子的快速旋转：(a)绕转速率、(b)转子半径和(c)在具有合适的振荡频率和往复压力波的转子的外表面处的开口的数目。振动和往复压力波的频率可通过绕转速率、转子半径和开口的数目的设计来控制。

虽然前文涉及本发明的实施方式，但是可设计本发明的其它和另外的实施方式而不偏离其基本范围。应理解，在不偏离本文所包含的范围的情况下本文所描述的不同的实施方式可以结合所描述的任何其它实施方式来使用。而且，前文描述不意图是详尽的或将本发明限制为所公开的精确形式。鉴于以上教导，改良和变型是可能的或者可从本发明的实践中获得。

本申请的说明书中使用的要素、动作或指示不应该被解释为对发明是关键的或必要的，除非那样明确地描述。同样，如本文所用的，冠词“一(a)”意图包括一个或多个项目。如果意图是一个项目，则使用术语“一个(one)”或类似的语言。而且，如本文所用的，多个项目和/或多个种类的项目的列表后面的术语“中的任一个”意图包括单独的项目和/或项目的种类或者该项目和/或项目的种类与其它项目和/或其它项目的种类的结合“中的任一个”、“中的任意组合”、“中的任意多个”和/或“中的多个的任意组合”。

此外，权利要求书不应该被当做受限于所描述的顺序或要素，除非陈述为那样的意思。另外，任何权利要求中的术语“手段(means)”的使用意图援引35U.S.C.§112,6，并且没有单词“手段”的任何权利要求不是这样的目的。

Claims (14)

1.一种增强油从油田中回收的方法，包括：

施加热量到包括烃链的胶体烃类介质；和

施加具有能够使包括C-H键、C-C键和C-S键的烃键离子化的频率和强度的压力波到烃链以便在没有催化剂的情况下使烃链裂解成相对较短的烃链；

其中施加压力波包括：

施加压力波到第一多个烃链以产生活化的胶体烃类介质；和

将所述活化的胶体烃类介质引入到第二多个烃链以产生自由基链反应。

2.如权利要求1所述的方法，其中施加热量包括施加蒸汽。

3.如权利要求1所述的方法，其中所述压力波被直接施加到待裂解的烃链。

4.如权利要求1所述的方法，其中所述压力波被间接施加到待裂解的烃链。

5.如权利要求1所述的方法，其中施加压力波通过利用所述油田中的活化器在所述油田中进行。

6.如权利要求1所述的方法，其中施加压力波通过利用所述油田外部的活化器在所述油田的外部进行。

7.如权利要求1所述的方法，其中施加压力波通过利用转子进行，所述转子位于由所述胶体烃类介质弥漫的壳体中。

8.一种增强油从油田中回收的系统，包括：

热量施加器，其被配置为施加热量到包括烃链的胶体烃类介质；和

压力波发生器，其被配置为施加具有能够使包括C-H键、C-C键和C-S键的烃键离子化的频率和强度的压力波到烃链以便在没有催化剂的情况下使烃链裂解成相对较短的烃链；

其中所述压力波发生器被配置为施加压力波到第一多个烃链以便产生活化的胶体烃类介质，所述系统还包括:

从所述压力波发生器到第二多个烃链的接口，其目的是通过将所述活化的胶体烃类介质引入到所述第二多个烃链而产生自由基链反应。

9.如权利要求8所述的系统，其中所述热量施加器包括蒸汽喷射器。

10.如权利要求8所述的系统，其中所述压力波发生器被配置为直接施加压力波到待裂解的烃链。

11.如权利要求8所述的系统，其中所述压力波发生器被配置为间接施加压力波到待裂解的烃链。

12.如权利要求8所述的系统，其中所述压力波发生器包括在所述油田中的活化器，所述活化器被配置为在所述油田中施加压力波。

13.如权利要求8所述的系统，其中所述压力波发生器包括在所述油田的外部的活化器，所述活化器被配置为在所述油田的外部施加压力波。

14.如权利要求8所述的系统，其中所述压力波发生器包括转子，所述转子位于由所述胶体烃类介质弥漫的壳体中。