CN105324465A - 用于重油和柏油的精炼工艺 - Google Patents

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Abstract

公开了一种柏油和重油升级工艺和系统，其用于合成烃，即合成原油(SCO)的一个实例。这种工艺有利地避免了归因于对所产生的烃材料的产率具有显著影响的渣油和/或石油焦形成的废料。这种工艺整合了费-托技术与气化和富氢气流产生。富氢气体产生便利地使用单一或组合的氢源、来自氢加工和费-托工艺的富氢蒸气、蒸汽甲烷重整器(SMR)和自热重整器(ATR)或SMR/ATR的组合来实现。蒸馏用于升级的原料，并且气化底部残留物馏分并且在费-托反应器中转化。然后使所得贫氢合成气暴露于富氢气流以优化例如合成原油的形成。

Description

用于重油和柏油的精炼工艺
技术领域
本发明涉及柏油和重油升级工艺的修改以按有效方式合成合成原油和其它有价值的烃副产品操作并且生产诸如石脑油、汽油、柴油以及喷气燃料的高质量精炼燃料产品用于商业应用。
背景技术
充分确立的是，某些形式的烃需要升级以运输其或提高出售价格。此外，常规精炼厂并不适于加工重油、柏油等等，并且因此必须改变存在于这类重材料中的粘度、密度以及杂质含量，诸如重金属、硫以及氮，以允许精炼。升级主要集中于减小柏油中的粘度、硫、金属以及沥青质含量。
关于重油和柏油升级的问题之一在于必须去除或改变沥青质和重馏分以创造价值和产品产率。典型的升级器由于形成得到不合需要的废材料的石油焦或渣油而使这个问题加剧。这种材料因为其无法通过常规方法容易地转化，所以通常从工艺中去除，从而降低来自升级工艺的有价值的烃材料的总产率。
费-托(Fischer-Tropsch)工艺在烃合成程序和燃料合成中具有显著效用。这种工艺数十年来已经用于帮助从诸如煤、渣油、石油焦以及生物质的若干种材料配制烃。在最近几年中，鉴于污染有关的环境问题上升、世界常规烃资源衰退以及尾矿池管理的问题增加，连同提取、升级和精炼重烃资源的成本增加，替代性能源资源的转化已经得到极大关注。合成燃料领域中的主要生产者已经在这个技术领域中通过许多呈公布形式的专利进展和未决申请来显著扩展这项技术。申请者的共同未决美国申请序列号13/024,925教导了燃料合成方案。
在这个技术领域中已经取得的最新进展的实例包括2005年10月25日颁布给Espinoza等的美国专利号6,958,363、2007年5月8日颁布给Bayle等的美国专利号7,214,720、2004年2月24日颁布给Schanke等的美国专利号6,696,501中所教导的特征。
关于在这个技术领域中已经取得的其它进步，这项技术在以下方面充满显著进展：尤其是不仅在于固体碳馈料的气化，而且在于制备合成气的方法、XTL设备中氢气和一氧化碳的管理、费-托反应器的氢气管理以及基于碳的原料至烃液体运输燃料的转化。以下是其它这类参考文献的代表性清单。这包括：美国专利号7,776,114、6,765,025、6,512,018、6,147,126、6,133,328、7,855,235、7,846,979、6,147,126、7,004,985、6,048,449、7,208,530、6,730,285、6,872,753，以及美国专利申请公布号US2010/0113624、US2004/0181313、US2010/0036181、US2010/0216898、US2008/0021122、US2008/0115415以及US2010/0000153。
费-托(FT)工艺当应用于柏油升级器工艺时具有若干显著效益，一个效益是其能够使先前产生的石油焦和渣油转化成有价值的高质量合成原油(SCO)和具有明显增加的石蜡含量的高质量精炼产品。另一个显著效益是原始柏油至精炼产品的产率接近或大于100％，更特别地大于130％产率，相对于某些当前升级器工艺有35％至65％的产品产率增加。另一个效益是不存在影响环境的石油焦和渣油废料产品，由此改善总体柏油资源利用。
FT工艺应用于柏油升级器的另一个效益是FT副产品可以与柏油或重油馈料流的蒸馏过、分离或处理过的馏分部分和完全掺合以配制并增强诸如柴油和喷气燃料的精炼产品的质量。显著的总体效益是碳转化效率大于90％，从而提供设施GHG排放的显著减少和柏油或重油资源的100％转化而不会形成浪费的副产品。
FT工艺应用于柏油升级器的另一个效益是生产脱硫、高石蜡和高十六烷含量的合成柴油(syndiesel)。更具体地说，FT工艺的有益副产品，诸如石蜡石脑油和FT蒸气(诸如甲烷和液体石油气(LPG))，在柏油升级器工艺和上游单元操作内具有特定价值。几乎不含硫化合物的FT蒸气可以用作升级器燃料或用作氢气产生的原料以抵消对天然气的需要。FT石脑油，性质上主要是石蜡，也可以用于产生氢气，而且，归因于其独特的石蜡性质，其还可以用作从当前升级器操作不易得到的有效脱沥青溶剂。
还已经有充分文献记载，使用FT石蜡石脑油作为用于油砂泡沫单元的溶剂改善在减小的稀释剂与柏油(D/B)比率和相对低的蒸气压下细粒尾矿和水去除的操作和功效。这在降低昂贵的分离器和沉降器的尺寸和成本以及增加其分离性能和额定容量方面具有显著优点。这使得几乎干燥的柏油泡沫馈料(<0.5碱性沉积物和水)送至升级器，同时改善对尾矿池的影响。
因此，在已经一般性地论述费-托技术对于合成合成气至FT液体的适宜性下，现有技术并且特别是关于重烃馈料的升级和气化的技术的论述将是有用的。
现有技术的这个领域中的实例之一是2008年8月5日颁布给Rettger等的美国专利号7,407,571的教义。这个参考文献将OrmatIndustriesLtd.指定为受让人并且教导了一种从重烃馈料生产脱硫合成原油的工艺。在这种方法中，专利权人指示升级重烃以生产包括含硫产品和高碳副产品的馏出物馈料。在气化器中气化高碳含量的副产品以生产合成气和含硫副产品。这种工艺对含硫产品连同氢气进行进一步氢加工以生产气体和脱硫原油。在回收单元中从合成燃料气回收氢气。这种工艺还指示进一步加工氢气并且还生产氢气耗尽的合成燃料气。将氢气进一步供应至氢加工单元并且在空气或氧气存在下进行气化步骤。净化气体混合物以生产含硫水和清洁的含硫气体混合物。随后加工含硫气体混合物以使用膜从合成燃料气生产脱硫合成燃料气和氢富集的气体混合物。总体工艺是相当有效的，然而，其并不利用适用于引入氢加工单元中用于生产合成原油的合成流的转化、独特流的再循环用于升级器中，也不存在特别关于费-托工艺的整合或在工艺回路中使用SMR和/或ATR以使SCO产率达到最大并且减少对天然气的依赖性的工艺效益的认识的任何教义。
2008年6月3日颁布给Iqbal等的美国专利号7,381,320教导了一种用于重油和柏油升级的工艺。在概观上，这种工艺能够从地下储集层升级原油。这种工艺涉及使沥青质转化成蒸汽动力、燃料气或这些的组合用于从储集层生产重油或柏油。对重油或柏油的一部分进行溶剂脱沥青以形成沥青质馏分和脱沥青油，在本文中称作DAO作为不含沥青质并且具有减少的金属含量的馏分。将来自溶剂脱沥青的沥青质馏分供应至沥青质转化单元，并且将包含DAO馏分的馈料供应至具有FCC催化剂的流化催化裂解(FCC)单元的反应区以从DAO馏分捕获一部分金属。从具有减少的金属含量的此物中回收烃流出物。类似于美国专利号7,407,571中所教导的工艺，这种工艺具有效用，然而，其限制了以其它方式浪费的沥青质的转化以生产固体燃料或小球或转化成合成气用于燃料、氢气或电力生产。不存在特别整合费-托工艺的教义。
在2010年5月4日颁布给Farshid等的美国专利号7,708,877中，教导了一种整合的重油升级器工艺和在线加氢精制工艺。在这种工艺中，教导了一种加氢转化浆液反应器系统，其允许催化剂、未转化的油以及转化的油在连续混合物中在混合物不受局限的整个反应器中循环。在反应器之间部分分离混合物以仅去除转化的油，同时允许浆液催化剂中未转化的油继续进入下一个依序反应器，其中未转化的油的一部分转化成较低沸点。额外的氢加工在额外反应器中发生用于油的完全转化。随后加氢精制所谓的完全转化的油用于几乎完全去除杂原子，诸如硫和氮。
这个文献主要涉及重烃的加氢转化，而不适用于柏油升级。其也未能提供关于对原始柏油的成功升级很关键的费-托工艺的使用、再循环流的有用性、氢气产生或其它有价值和有效的单元操作的任何教义。
2008年8月19日颁布给Calderon等的美国专利号7,413,647教导了一种用于升级沥青材料的方法和器械。这种方法涉及一系列的四个不同组件，即，分馏器、重制气油催化处理器、催化剂再生器/气化器以及气体清洁组合件。这个专利指示在实施方法中，将呈液体形式的柏油馈送至分馏器用于初级分离留在分馏器底部呈重制气油形式的具有大部分柏油的馏分，随后将其泵送至催化处理器并且喷射于热催化剂上以使重制气油裂解，由此释放呈富氢挥发性物质形式的烃，同时使碳沉积于催化剂上。将来自处理器的挥发性物质传送至分馏器，其中可冷凝的馏分与不可冷凝的富氢气体分离。使来自处理器的含碳催化剂再循环至再生器/气化器，并且将再生后的催化剂趁热馈送至处理器。
这种方法并未合并特别有价值的费-托工艺或提供用于完成费-托反应的单元，而且，这种方法受催化剂的使用所限制，这种催化剂将似乎非常易受硫损害，并且从这个意义上来说并没有真正的规定来处理柏油中的硫。
在2009年8月13日公布的Sury等的美国专利申请公布号US2009/0200209中，教示了在石蜡泡沫处理工艺中升级柏油。这种方法涉及添加溶剂至柏油泡沫乳液中以诱导存在于乳液中的沥青质和矿物固体的至少一部分的沉降速率并且得以产生溶剂柏油-泡沫混合物。将水滴添加至溶剂柏油-泡沫混合物中以增加沥青质和矿物固体的沉降速率。这个公布主要集中于处理泡沫。在柏油升级方面没有显著进展。
很多优点可来源于已经发展并且描述于本文中的技术。这些以许多方式实现，包括：
a)来自重油或柏油的总精炼产品板岩的产率接近100％或更高而不会产生浪费的石油焦或渣油；
b)生产诸如合成石脑油、合成柴油、合成喷气、合成润滑油以及合成蜡的高质量合成烃副产品达到最高质量商业标准；
c)重油和柏油中碳的利用率最大以形成高质量合成烃副产品，其中来自设施的GHG显著减少(大于50％)；
d)蒸馏过和处理过的流实质上没有不合需要的化学和物理特性，诸如重金属、硫、康拉逊碳(ConradsonCarbon，CCR)以及环烷酸(TAN数值)；
e)需要较少天然气来产生用于升级的氢气，因为FT石脑油、精炼燃料气、LPG、FT蒸气以及氢加工蒸气可以再循环以产生富氢合成气；
f)可以使用膜、吸收或变压吸附单元从富氢合成气产生纯氢气，用于氢加工(加氢裂解、异构化、加氢处理)单元中；
g)费-托(FT)液体在性质上主要是石蜡，从而改善精炼产品板岩的质量和价值；
h)FT石脑油在当前升级器中很少以任何量可获得并且将非常优先用于在溶剂脱沥青单元(SDA)中和油砂泡沫处理单元中使蒸馏过的底部残留物脱沥青；以及
i)浓缩的CO2从气化器(XTL)合成气处理单元可获得，允许升级器作为低成本碳捕获预留CO2来源用于碳捕获和封存(CCS)项目。
作为在本文所阐述的技术范围内的进一步进展的一部分，精炼方面得到解决。
在本发明的这个实施方案中，阐明了一种工艺以完全升级通常具有介于22与40之间的API密度的轻原油和具有介于12至22之间的API密度的重油或具有小于API12的API密度的超重油或柏油而不会产生不合需要的烃副产品，诸如石油焦、重燃料油或沥青。这种工艺组合了费-托烃合成单元与常规精炼加工步骤以生产完全商业规格的精炼产品，尤其诸如(但不限于)用于石油化学品原料的石脑油、用于汽油掺合的石脑油、汽油、柴油、喷气燃料、滑润剂、蜡。
一般来说，常规或简单的拔顶、轻度加氢以及轻度转化精炼厂经过设计以接收>22API、更特别地30至40API密度的脱硫或含硫轻原油用于生产精炼燃料。轻油精炼厂主要集中于生产汽油、喷气以及柴油燃料，并且如有需要，精炼厂将管理精炼底部残留物作为沥青或燃料油出售。通常，底部残留物的体积对于大于30API的原油密度是最小的。
近年来，轻原油的供应和可用性已经明显下降并且相对于减低的较重原油成本变得很费成本。许多常规精炼厂最近已经被重新配置成中度转化精炼厂以接收成本进一步降低的重原油(20至30API)，得到原油的较高馏分，其转化成残渣并且被转化成沥青、含硫重燃料油或石油焦。另外，许多精炼厂已经被迫进一步升级加氢处理设施来生产超低硫汽油(ULSG)和超低硫柴油(ULSD)以达到更严格的监管商业市场规格。这些改造的精炼厂的经济学已经变得极具挑战性，这归因于显著的资本和加工成本而没有额外的产品产率或大量收入的增加。
为使问题进一步复杂化，大体积的低价值世界原油供应现在采用来自原位或开采油砂操作的超重原油(12至22API)或柏油(6至11API)来源的形式。现在需要复杂的精炼厂转化，其涉及添加深度转化精炼单元，诸如深度加氢裂解和焦化，以适应超重油和柏油馈料。这些深度转化精炼厂是资本密集的并且产生显著较低价值的副产品，诸如具有显著增加的GHG(温室气体)排放的石油焦。基于超重和柏油原油的精炼产品产率为约80至90体积％。
石油焦具有不合需要的特性，诸如处理困难和费成本、储存和运输需求、主要环境影响，并且含有高水平的硫(6+wt％)以及有毒重金属，诸如镍和钒(1000ppm+)。因此，石油焦具有有限的市场并且常常有商业和环境责任，因为其在极低或负收益下储存或投入市场。
因为世界油品供应更多地朝着超重油(12至20API)和柏油(6至12API)的供应转变，所以真空底部残留物接近整个原油鉴定的60vol％。因此，需要一种改善的工艺以使所有重油和柏油馈料转化成商业的高价值产品，而不会产生诸如石油焦和CO2(GHG)的副产品，并且对环境的影响减小。
将要论述的精炼工艺解决了本领域中的需要。可归因于这种工艺的优点包括：
a)精炼底部残留物，通常>950+F材料转变成合成燃料，诸如FT石脑油、合成柴油、合成喷气燃料、合成润滑油、蜡等等；
b)消除诸如重燃料油、道路沥青以及石油焦的低价值烃副产品的产生，从而完全(100wt％)利用原油馈料，而与原油板岩的密度或掺合密度无关；
c)馈料流(即，原油、天然气等等)中大于90％的所有碳保留和转化，使得CO2或GHG的排放减少超过50％；以及
d)来自主要的常规精炼工艺的康拉逊碳(CCR)、环烷酸(TAN)和重金属以及大量硫实质上减少。这是有利的，因为其允许使用较低成本的常规氢加工单元(加氢裂解器)，这些单元具有单个或多个固定床催化剂系统以使重馏分升级至高价值的精炼燃料。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种改善的重油和柏油升级方法，其用于以实质上增加的产率生产精炼产品并且合成烃而不会产生诸如石油焦或渣油的废料副产品。
本发明的一个实施方案的另一个目的在于提供一种用于升级重油或柏油以配制精炼的烃副产品的工艺，其包括：
(a)提供重油或柏油的原料来源；
(b)处理所述原料以形成蒸馏过的馏分和未蒸馏的底部残留物馏分；
(c)将所述底部残留物馏分馈送至合成气产生回路用于经由部分氧化反应配制贫氢合成气流并且使所述合成气在费-托反应器中反应以合成烃副产品；
(d)移出完全精炼的烃副产品的至少一部分用于商业应用；以及
(e)添加外部氢源至所述贫氢合成气以优化烃的合成，这些烃中的至少一者是合成烃副产品。
本发明的一个实施方案的另一个目的在于提供一种用于升级重油或柏油以配制精炼的烃副产品的工艺，其包括：
(a)提供柏油或重油原料的来源并且通过蒸馏处理所述原料以形成蒸馏过和未蒸馏的底部残留物馏分；
(b)将所述未蒸馏的底部残留物馏分馈送至合成气产生回路用于经由部分氧化反应配制贫氢合成气流；
(c)处理所述贫氢合成气流的至少一部分至水气变换(WGS)反应以产生最佳费-托合成气；
(d)在费-托单元中处理所述最佳费-托合成气流以合成烃副产品；以及
(e)移出完全精炼的合成烃副产品的升级部分中的至少一者用于商业应用。
本发明技术减少了现有技术的参考文献中所例示的疏漏。尽管事实是呈专利公布、颁布的专利以及其它学术出版物形式的现有技术全部认可费-托工艺、蒸汽甲烷重整、自热重整、烃升级、合成油配制、流再循环以及其它工艺的有用性，但现有技术当个别地采用时或当结合起来时缺乏在没有渣油和/或石油焦产生的情况下提供柏油和重油的有效升级的工艺。
合成原油(SCO)和精炼的烃副产品，诸如石脑油、汽油、柴油以及喷气燃料，是从与来自可开采的油砂和原位生产的柏油和重油相关联使用的柏油/重油升级器设施的输出。其还可以指的是页岩油，从油页岩热解的输出。合成原油或精炼的烃副产品的特性取决于升级配置中所用的工艺。典型的完全升级的SCO不含硫并且具有约30至40的API比重，其适合于常规精炼原料。其也被称为“升级原油”。本文所叙述的工艺对于汽油、喷气燃料以及柴油燃料的部分升级、完全升级或完全精炼特别有效。便利地，工艺的灵活性允许在相同方案内进行燃料合成和合成原油部分升级或进行部分升级作为整个工艺。
本发明以先前未认识到的组合将一系列已知的单元操作合并成有很大改善的合成途径用于合成烃的高产率、高质量生产。费-托工艺的整合，并且更特别是费-托工艺与在蒸汽甲烷重整器(SMR)和/或自热重整器(ATR)中与天然气组合使用FT石脑油和/或FT升级器蒸气作为主要燃料的富氢合成气发生器的整合，得到优良的脱硫合成烃副产品，其在不存在石油焦和渣油的情况下可合成。
已发现，通过采用蒸汽甲烷重整器(SMR)作为与天然气组合使用精炼燃料、精炼LPG、FTLPG、FT石脑油以及FT/升级器蒸气的富氢合成气发生器，当与通过未蒸馏或处理过的柏油或重油底部残留物的气化而形成的贫氢合成气掺合时可以达成显著结果。实现了在中间馏出物合成烃范围内的显著产量增加。通用反应如下：
天然气+FT石脑油(v)+FT升级器蒸气+蒸汽+热→CO+nH2+CO2。
如本领域的技术人员所熟知，蒸汽甲烷重整可以在任何适合的条件下操作以促进馈料流(如上述方程式中所示的实例)转化成氢气H2和一氧化碳CO，或被称作合成气或特别称作富氢合成气。显著效益使得中间馏出物合成的烃增加超过100％。添加蒸汽和天然气以优化氢气与一氧化碳的所需比率达到3:1至6:1的近似范围。可以任选地添加外部CO2以使不合需要的CO2的形成减至最低并且使富氢合成气中CO的形成达到最大。还可以将水气变换反应(WGS)、变压吸附(PSA)或膜单元添加至SMR合成气回路的任何部分以进一步富集富氢流并且产生接近纯的氢气流以供氢加工使用。一般来说，使用天然气、FT蒸气、精炼气或任何其它适合的燃料以提供用于SMR炉的热能。
蒸汽重整器可以含有任何适合的催化剂，一种或多种催化活性组分的实例如钯、铂、铑、铱、锇、钌、镍、铬、钴、铈、镧或其混合物。催化活性组分可以负载于陶瓷小球上或耐热金属氧化物上。其它形式将为技术人员显而易见。
进一步发现，采用自热重整器(ATR)作为唯一的富氢合成气发生器或与SMR组合或作为ATR/SMR的混合组合，称作XTR，显著效益使得FT中间馏出物合成烃增加超过200％。用于ATR或XTR的馈料流由FT石脑油、FT蒸气、富H2升级器蒸气、CO2、O2以及天然气组成。
类似地，如本领域的技术人员所熟知，自热重整采用二氧化碳和氧气或蒸汽，与轻烃气体，如天然气、FT蒸气以及升级器蒸气反应以形成合成气。这就氧化程序来说是放热反应。当自热重整器采用二氧化碳时，所产生的氢气与一氧化碳的比率为1:1，并且当自热重整器使用蒸汽时，所产生的比率为约2.5:1，或不同寻常地高达3.5:1。
在自热重整器中合并的反应如下：
2CH4+O2+CO2→3H2+3CO+H2O+热。
当采用蒸汽时，反应方程式如下：
4CH4+O2+2H2O+热→10H2+4CO。
使用ATR的更显著效益之一是在氢气与一氧化碳的比率的可变性方面实现。使用ATR的一个额外的显著效益是可以将外部CO2添加至反应中以完成逆变换反应来形成额外的一氧化碳用于加强FT合成单元和减少总体设施GHG排放。在本发明技术中，如先前所描述，ATR也可以被视为富氢合成气发生器。已经发现，ATR操作独立地或与上述实例中示为蒸汽甲烷重整器(SMR)的富氢合成气产生回路组合添加至回路中，对来自总体工艺的烃生产率具有显著影响。类似地，还可以将水气变换反应(WGS)、变压吸附(PSA)或膜单元添加至ATR和组合的ATR/SMR或XTR合成气回路的任何部分以进一步富集富氢流并且产生接近纯的氢气流以供氢加工使用。
本发明以先前未认识到的组合进一步合并一系列已知的单元操作以整合费-托工艺，这种工艺使用水气变换反应用于合成气富集，得到有价值的脱硫合成烃副产品，其在不存在石油焦和渣油的情况下可合成。
因此，本发明的一个实施方案的另一个目的在于提供如下工艺：其中将水气变换反应器(WGS)引入贫氢合成气流的至少一部分中以优化用于费-托工艺的氢含量。
现在参考图式，因为其一般性地描述本发明，所以现在将提及图解优选实施方案的附图。
工业实用性
本发明在精炼技术中具有实用性。
附图说明
图1是现有技术中已知的用于加工可开采的和原位重油和柏油的方法的工艺流程图；
图2是类似于图1的工艺流程图，其图解了本领域中已知的另一种技术；
图3是图解现有技术的技术的另一种变化的工艺流程图；
图4是图解现有技术的技术的另一种变化的工艺流程图；
图5是图解本发明的一个实施方案的工艺流程图；
图6是图解本发明的另一个实施方案的工艺流程图；
图7是图解本发明的另一个实施方案的工艺流程图；
图8是图解低度转化精炼厂的一个实施方案的工艺流程图；
图9是图解中度转化精炼厂的工艺流程图；以及
图10是图解深度转化精炼厂的工艺流程图。
图中所采用的类似数字表示类似元件。
具体实施方式
现在参考图1，示出了基于现有技术的柏油生产流程图的第一个实施方案。总体工艺由10表示。在这种工艺中，重油或柏油来源12可以包含可能是可开采的或原位的柏油储集层。一般来说，然后将柏油运输至重油或柏油生产单元14，稀释剂或溶剂可以经由线路16从重油或柏油升级器18引入这个生产单元中。稀释剂或溶剂可以包含本领域的技术人员所熟知的任何适合的物质，诸如适合的液体烷烃作为一个实例。一旦将稀释剂经由线路16引入生产单元14中，结果是可流动的柏油掺合物(稀柏油(dilbit))。一旦在升级器18中加工稀柏油或稀释的柏油掺合物，然后就在石油精炼厂22中处理如此形成的合成原油，统一由20表示，随后配制精炼产品并且这些精炼产品统一由24表示。
生产单元14主要从流中去除水和固体。将稀释剂或溶剂16添加至原始柏油中以提供必要的流动和分离参数，主要提供粘度的降低。在柏油是源自油砂的柏油的情况下，将水添加至原材料中以提供浆液用于运输至提取和泡沫处理设备以及升级器18，如图2中进一步描述。然后将脱水柏油经由管线(未示出)作为稀释剂掺合物或稀柏油运输至升级器18。处理干燥的原始柏油至初级和二级处理以形成脱硫或含硫原油(SCO)。将SCO运输至石油精炼厂22以进一步加工成如上文所指示的精炼产品24，其实例包括运输用燃料，诸如汽油、柴油和航空燃料，润滑油，以及用于石油化学转化的其它原料。
关于图2，示出了用于柏油升级的油砂操作的示意性工艺流程图。这个流程图中的总体工艺由30指示。除了所示的实施方案以外，这个系统涉及可开采的油砂柏油生产工艺，其中将从矿山原始开采的油砂矿石(一般由32表示)与水34在矿石制备单元36中混合并且随后水力运输至初级提取设备，由38表示。在提取设备38中，分离较大部分的水34和过程尾矿40并且使其返回至尾矿池42。
将部分脱水的柏油(一般由44表示)转移至泡沫处理单元46。在此，在48处添加溶剂，通常是高度芳香族石脑油(来源于柏油)或石蜡溶剂(来源于天然气液体)，以分离剩余的水和精炼的粘土以及细粒尾矿。然后在溶剂回收单元52中处理泡沫，其中回收大多数溶剂用于再循环至泡沫处理单元。经过分离的细粒尾矿传送通过尾矿溶剂回收单元50用于溶剂的最终回收。将细粒尾矿转移至尾矿池42中。然后将清洁的干燥泡沫引入柏油升级器中，一般由54表示并且在图2中以虚线图解。一般来说，柏油升级器54合并了两个一般工艺，初级和二级升级。初级升级器通常由两种加工方法组成。第一种，即脱碳或焦化，其中柏油的重馏分作为石油焦被去除。一般来说，合成原油产率介于约80至约85体积％之间并且使主要由石油焦转化的剩余部分返回以供储存至矿山。此外，焦化工艺是苛刻的加工方法并且促成合成原油中的较高芳香族含量。第二种工艺，即氢加成，使用基于浆液的催化氢加工系统，其中添加氢气以处理柏油掺合物并且产生未转化的沥青质废弃流和合成原油产品。合成原油的体积产率由于产品膨胀通常为95％至103％。
在由加氢处理单元组成的二级升级器中进一步处理来自初级升级的烃产品流，这些加氢处理单元使用氢气以稳定合成原油产品(一般以56指示)并且减少硫和氮杂质。在氢单元中使用天然气以产生升级器所需要的氢气并且同时产生供升级器使用的电力。柏油升级器中的总体操作在虚线内指示并且这些操作为本领域的技术人员所熟知。
转向图3，示出了现有技术中已知的另一种部分升级工艺，在这个布置中，工艺流程图描绘了原位柏油生产单元。总体工艺由60表示。在这样的布置中，使原位重油或柏油暴露于蒸汽以提取油。在常规SAGD或CSS设备64中处理原始柏油62以去除水66。通常将稀释剂68添加至设备64中的原始柏油62中以建立水油分离并且进一步提供稀释的掺合物用于管线运输，在本领域中更通常被称作“稀柏油”，由70表示。可以将稀柏油在管线(未示出)中长距离运输至遥远的精炼厂，在此其与常规原油掺合作为原料。更加整合的配置可以使用蒸馏、脱沥青或减粘裂化，这种加工形成几乎无底部残留物的含硫重原油用于馈送至精炼厂。这种操作形成需要处置的沥青质或真空残渣流。这种部分升级的柏油适合于管线运输用于大于15API的重油馈料流。对于小于15API的重油和柏油馈料流，仍然需要一定量的稀释剂以符合原油管线规格。在由72表示的柏油部分升级器中加工稀柏油，其中操作在虚线框内示出。可运输的柏油在图3中由74表示。通常在精炼厂中分离稀释剂并且返回至原位操作，这导致显著的总体效率低下。对于此的选项是在巨额费用下本地提供的外部补充稀释剂。
如技术人员应了解，图1至3中所示的现有柏油和重油生产设施的工艺变化形成废料产品，诸如石油焦或渣油，其导致显著损失，或者进一步需要大量的氢气或稀释剂来升级产品以适用作精炼原料。基本上，现有工艺并不提供能够捕获柏油或重油的完整固有价值的技术并且已经引起与不合需要的废料产品的处置和管理有关的环境影响。
转向图4，示出了现有技术中加强的柏油升级工艺的另一种变化。其为加拿大专利号2,439,038和其美国同系专利，颁布给Rettger等(OrmatIndustriesLtd.)的美国专利号7,407,571的主题。
总体工艺由80表示。
将稀柏油或泡沫70引入蒸馏单元82的气氛中，其中将未蒸馏的重底部残留物运输并引入溶剂脱沥青单元(SDA)84中，并且随后将沥青质底部残留物馈送至气化器86中，这个气化器在Ormat气化单元内，统一由88表示。将脱沥青的材料(通常以DAO表示)转移至氢加工单元108用于升级至合成原油。作为一个选项，在回路中可以存在真空蒸馏单元110，其可以引进所捕获的真空制气油用于引入氢加工单元108中。类似地，将真空底部残留物引入SDA84中以优化工艺配置。
然后将由气化单元产生的含硫合成气传送至合成气处理器90中用于去除酸性气。在92处去除酸性气并且在硫设备94中处理，从而至少生产诸如液体硫96和CO298的产品。然后在如图4中所表示并且被称作CO变换反应器100的水气变换反应(WGS)工艺中加工处理过或“脱硫”的合成气。在反应器100中增补蒸汽102。水气变换反应仅仅是从CO至CO2的变换以形成富氢合成气。然后可以在典型的变压单元(PSA)或膜单元中进一步处理富氢合成气，其中将氢气浓缩至大于99％。这在单元104中发生。然后，由104产生的氢气(以106表示)是用于氢加工单元108的原料。一旦氢加工发生，结果是由116表示的合成原油(SCO)，其代表约95vol％的产率，以及由114表示的燃料气。
短暂地返回至氢回收单元104，单元104的副产品是尾气或低BTU合成气，其作为燃料用于SAGD热蒸汽发生器中以抵消天然气作为初级燃料的需要。这种工艺的优点在于如果天然气供应短缺或可能存在显著的历史价格波动，那么加强的升级器工艺较少依赖于天然气并且可以仅依靠合成的燃料用于达成总体工艺效益。
转向图5，示出了合并费-托技术和氢气合成的加强的柏油升级回路工艺的第一个实施方案。总体工艺的实施方案由120表示。总体工艺相对于现有技术中先前所提出的工艺是特别有益的，其中脱硫富碳合成气并不传送通过水气变换反应(如以图4中的100表示)，而是用外部氢气138补充以形成最佳合成气组成，通常氢气与一氧化碳的比率大于1.8:1至2.2:1，并且优选地为2:1作为费-托反应器的馈料用于生产高质量石蜡费-托液体。
通过认识到费-托反应器的有用性以及避免废料石油焦/渣油产生和后续氢源添加以使气化碳的转化达到最大，给定针对合成原油(SCO)所产生的产率大于115vol％并且更特别地大于135vol％，这使所提出的过渡技术进入经济、便利并且高度有效的领域中。
显而易见的是，存在现有技术中的人员所常见的许多单元操作，即，常压蒸馏、真空蒸馏、溶剂脱沥青、氢加工、气化以及合成气处理。
在所示的实施方案中，通常以单元88表示并且关于图4论述的Ormat气化被以虚线示出并且由122指示的另一种操作顺序(XTL操作)替代。在这个实施方案中，气化器86通常用氧气(O2)124转化未蒸馏的底部残留物残渣以产生具有在0.5:1至1.5:1的范围内，更特别地为约1:1的氢气与二氧化碳的比率的贫氢或富碳合成气88，其实例示于表1中。
表1-典型的XTL气化器贫氢合成气组成
来自气化的含有重金属和灰分的常见副产品作为以126表示的矿渣排出。然后将贫氢合成气88传送至合成气处理单元90中用于去除酸性气92以形成脱硫贫氢合成气91。通常采用本领域的技术人员所熟知的额外净化、吸附以及洗涤技术(未示出)以确保脱硫合成气不含将对费-托催化剂具有显著有害影响的污染物，诸如硫化合物。在硫设备94中进一步处理酸性气以产生元素硫96和二氧化碳(CO2)，关于图4的工艺同样如此。然后将脱硫贫氢合成气91传送至由128表示的费-托单元反应器中。作为一种可能性，随后形成以在费-托反应器128内反应的烃副产品包括费-托蒸气184(CO+H2+C1+C2+C3+C4)、石脑油130、轻费-托液体132(LFTL)以及重费-托液体(HFTL)134或通常称为FT蜡。
为了调整或改善总体工艺的效率，XTL单元122并且特别是在合成气处理单元90和/或费-托反应器128的前面可以用分别由136和138指示的外部氢气供应来增补。此外，可以在合成气处理单元90的前面再引入来自费-托反应器的至少一些蒸气，如由140指示，和/或用作升级器中的燃料114。将液体130、132以及134引入氢加工单元108中。这还可以由可以从常压蒸馏操作82引入的直馏馏出物石脑油144、来自真空蒸馏操作110的真空制气油(VGO)142以及任选地来自SDA单元84的脱沥青油112(DAO)增补。本领域的技术人员熟知，一定范围的氢加工处理108，例如，加氢裂解、热裂解、异构化、加氢处理以及分馏，可以个别地或以所需的组合应用于组合流，以至少形成合成原油产品116。作为其它选项，可以将费-托石脑油130的任何部分，特别是由150指示的石蜡石脑油在152处再引入脱沥青单元84中或进一步分配作为溶剂补充156用于引入油砂泡沫处理单元(未示出但一般由158注释)中。
此外，可以将额外的氢气在166和164处引入氢加工单元108和加氢处理单元160中。氢气供应可以从本文先前所提及的氢气供应来获取。从分馏器、加氢处理器160、氢加工单元108以及费-托单元128中的每一者，将来自分别由170或172、174表示的这些操作中的每一者的产品引入燃料气114。此外，可以将富含氢气的172和170的一部分与贫氢合成气在88或91处组合以富集这个流用于达成费-托单元的最佳性能。
转向图6，工艺流程图中示出了本发明的方法的另一种变化。这个实施方案中的总体工艺由180表示。来自图4和5中所确立的那些的类似单元操作可应用于图6中。
关于图5对比图6的主要变化包括XTL单元122的修改以及富氢合成气产生和在费-托单元128中产生的富氢合成气的再循环的合并。
更详细地说，修改XTL单元122以合并由182表示的富氢合成气发生器。富氢合成气发生器182通常由蒸汽甲烷重整器(SMR)(未示出)或自热重整器(ATR)(未示出)以及其组合组成。可以将来自氢加工器108和分馏单元160的天然气188、费-托蒸气184、富氢燃料气174等等以及费-托石脑油186个别地或以组合形式供应至单元122以产生富氢合成气190，其中氢气与一氧化碳之间的比率在2:5至6:1的范围内。这是本发明的一个重要方面并且与费-托128联合起作用以提供通过实施如本文中关于图5至6所论述的技术而实现的有效结果。取决于在任何地点或时间的当前市场行情，天然气188可以用作富氢合成气发生器182的初级原料，并且蒸汽174、130以及184可以用于使升级器操作达到最大。或者，如果天然气市场不太有利，那么流174、130以及184可以完全用于抵消对天然气的需要。如果需要处理，那么可以在合成气处理单元90的前面在190处引入富氢合成气190，或者，可以将富氢合成气190的任何部分直接导引至费-托单元128。
以这种方式，将富氢合成气190与富碳合成气组合以形成最佳费-托合成气，其中氢气与一氧化碳的比率优选地为2:1。单元122的组合馈料流减少了达成最佳费-托馈料流所需的天然气的量，从而提供升级器对天然气的依赖性的商业优势，而且利用当前低成本的天然气供应。
另外，可以将富氢合成气190的一部分引入氢单元192，其中产生纯化的氢气流164用于氢加工单元108和170中。氢单元192可以由本领域的技术人员所熟知的变压吸附(PSA)、膜或吸收技术组成。
转向图7，工艺流程图图解了本发明的总体概念的另一种变化，并且以这种方式，XTL单元122经历另一种变化，其中图6的实施方案中所固有的氢单元192和富氢合成气发生器182被水气变换(WGS)反应单元操作所替代。图7的总体工艺由200表示。水气变换单元由202表示并且安置于合成气处理单元90与加工含硫或脱硫合成气的至少一部分的费-托单元128之间。如本领域中并且特别为技术人员所知，水气变换反应器适用于富集原始合成气，其继而使得费-托合成气的氢气与一氧化碳的比率最优化。用于WGS反应单元202的蒸汽供应可以从如204所示的气化器86提供。另外，可以将来自氢加工器单元的富氢气体171和173与FT蒸气140组合以富集FT合成气馈料。
现在参考图8，示意性地示出了将接收30+API(轻原油)原油的常规简单的低度转化精炼厂230的一个实例，这种原油的实例包括Escravos34API和/或Bonnylight35API，其体积为100,000BPD，具有1600ppm硫和1178ppmN2，比重为0.85，CCR为1.4重量％，并且镍和钒含量为11ppm。这种类型的精炼厂旨在生产高价值的超低硫(ULSG)汽油和(ULSD)柴油并且作为精炼底部残留物产生约7vol％的原油馈料，以284表示。这类精炼厂当前在维持来自低价值精炼底部残留物的产品的市场方面正经历挑战并且通常使底部残留物转化成道路沥青和/或燃料油。这类精炼厂在以有竞争力的成本获得低密度原油(30+API)方面正面临持续的经济挑战。为了维持商业可行性，这些精炼厂追求较低折扣价的重油(20至25API)原料以与常规30+API轻原油掺合。较重原油的添加增加了不合需要的精炼底部残留物的产生。
在常压蒸馏单元82中处理轻原油，其中产生35,010BPD的常压塔底部残留物(19.6API)，以数字232提及。从ADU82，产生5,370BPD量的轻直馏油(LSR)234(80API)以及26,000BPD的重直馏(HSR)236油(48API)。产生13,510BPD量的煤油238(35.7API)和20,110BPD量的柴油240(31API)。
然后在C5/C6异构化单元操作中处理LSR234，其中收集异构油244用于精炼产品板岩246作为汽油掺合储备料。在石脑油加氢处理单元(NHTU)248中并且然后在重整器250中处理HSR236，其中重整油252随后形成板岩246的一部分，也作为汽油掺合储备料。
在煤油Merox单元254中处理煤油238以去除硫，其中超低硫煤油/喷气燃料256然后形成产品板岩246的一部分。
产生20,110BPD量的柴油240(33API)。在加氢处理单元258中处理柴油240以形成(ULSD)超低硫柴油260，然后形成产品板岩246的一部分。
返回至常压塔底部残留物232，在真空蒸馏单元110中处理这种材料以得到19,330BPD的23API轻真空制气油262和8,990BPD的19API重真空制气油264。然后在加氢处理单元266中处理这些产品中的每一者以得到形成产品板岩246的一部分的馏出物268，并且从单元266中的处理形成的石脑油的一部分传送至NHTU248中。在(FCC)流化催化裂解单元274中处理另一个部分，即制气油272，用于生产汽油掺合物。
在单元258中进一步掺合并处理退出FCC单元274的未转化的轻循环油(LCO)276以进一步合成用于板岩246的超低硫柴油260。然后将烷基化物278、轻汽油280以及重汽油282传送至产品板岩246的汽油库中。
在描述为FTCrude单元的费-托单元中处理6,690BPD和10.7API密度并且含有121ppm(镍和钒)的来自单元110的真空底部残留物的一部分284，以及8000万标准立方英尺/天(MMSCFD)的天然气286和1400吨/天(TPD)量的氧气288，以配制合成烃副产品。
这种加工在本文中先前已有论述。将液体石油气(LPG)292、FT石脑油294、合成喷气燃料296以及合成柴油298的所得产品流分别传送至异构化单元242、单元248以及产品板岩246中。板岩246接收蒸汽296与298，而将流294在传送至产品板岩246中的汽油库之前任选地掺合至单元248、然后是重整器250的馈料中。
从单元122还产生40MMSCFD量的氢气供应用于氢加工单元中。
硫回收单元302回收21.8TPD的硫。
继所有操作之后，板岩246得到1,500BPD的C3/C4液体石油气(LPG)304、具有55的API和0.76的比重的61,800BPD的普通/高级汽油(ULSG)306、具有36的API和0.84的比重的13,500BPD的喷气燃料308、具有41的API和0.82的比重的38,400BPD的超低硫柴油(ULSD)310。体积％产率为115％并且重量％产率为100％。
有益地，这种工艺得到：
a)支持大大改善的精炼经济学的显著高的产品产率；
b)重原油资源的完全利用；
c)较低精炼资本和操作成本；
d)减小环境影响，降低GHG，消除重金属、硫、石油焦、重含硫燃料油等等；
e)可以处理较重原油鉴定的精炼配置；以及
f)大于55十六烷的合成柴油质量，这符合最有效的柴油规格用于高性能和高效率的柴油发动机。
总之，FTCrude单元的添加接收额外的真空残渣而无需形成不合需要的燃料油、石油焦或道路沥青，并且使其转化成高价值的合成燃料，诸如合成柴油和合成喷气燃料。所实现的显著效益为可以达成大于110vol％的产品产率或更特别地大于115vol％的产品产率，而不会产生不可市场销售的副产品并且GHG减少40％至80％。
转向图9，图解了典型的中度转化精炼厂的一个实例，其接收作为重油(18至22API)原油的整个原油馈料并且旨在生产ULSD柴油/喷气燃料以选择用于石脑油出售或进一步转化成ULSD汽油。图9还图解了FTCrude或烃合成单元的添加以接收额外的真空残渣(约24vol％的原油板岩)并且使其转化成高价值的合成燃料，诸如合成柴油和合成喷气燃料。所实现的显著效益为大于120vol％的产品产率结果或更特别地130vol％的产品产率结果，而不会产生不合需要的副产品并且GHG减少40％至80％。
在图9的更多细节中，总体工艺由数字312表示。精炼工艺使用重原油作为初始原料，这种重原油由数字314表示，其体积为100,000BPD。在这个实例中，原油是Angola原油，其具有22的API和0.7重量％的硫和0.92的比重以及94百万分率(ppm)的镍和钒的金属含量。将重原油314引入ADU单元82中用于加工。加工步骤为本领域的技术人员所熟知并且将不在本文中论述。继在ADU单元82中加工之后，结果是脱硫燃料气流316，以及直馏石脑油和轻制气油流，其组合体积为42,900BPD，具有0.82的比重和41的API。直馏石脑油和轻制气油由数字318表示。另一个产品流是常压底部残留物，其体积为57,100BPD，具有19的API。这由数字320表示。将常压底部残留物320引入真空蒸馏单元110中，结果是真空制气油322，其体积为33,300桶/天(BPD)，具有0.92的比重和19的API以及0.8重量％的硫和0.9重量％的CCR当量。随后将直馏石脑油和轻制气油318与真空制气油322独立地引入或组合加入氢加工单元108中。在这个实例中，氢加工单元108包括针对加氢裂解和加氢处理的单元操作。这在本文中先前关于其它实施方案已经一般性地论述。继在氢加工单元108中处理之后，将所生产的石脑油(由数字324表示)引入石脑油回收单元326中用于稳定和去除硫，其中随后将轻蒸气传送至燃料气流316中用于进一步去除硫(H2S)并且用作精炼燃料。类似地，将来自氢加工器单元108的第二个含硫蒸气流328传送引导至燃料气流316。使所有LGO和VGO转化并脱硫以主要产生作为(ULSD)超低硫柴油退出氢加工单元108的流330，其体积为72,800BPD，33API，具有小于15百万分率的硫和0.86的比重。将其传送至精炼产品板岩246中。类似地，退出石脑油回收单元326的流332包含脱硫、稳定的石脑油，其体积为9,900BPD，具有55的API和0.76的比重以及小于30百万分率的硫。将其也传送至精炼产品板岩246中或可以通过重整进一步加工成汽油(未示出)，如图8中以单元250示出。
返回至真空蒸馏单元110，将具有5的API和1.04的比重以及19重量％的CCR当量和1.3重量％的硫含量的包含23,800BPD的真空底部残渣体积的流334与4,100TPD量的工艺氧气288和300MMSCFD量的天然气286一起引入FTCrude单元122中。如本说明书中先前已有叙述，FTCrude单元涉及XTL操作，其包括(但不限于)气化、合成气产生、费-托工艺单元以及费-托升级器。FTCrude通过单元122进一步提供80MMSCFD量的氢气流36用于氢加工单元108中。退出加工单元122的产品流包括FTLPG(未示出)、具有72的API和0.69的比重的5,200BPD量的FT石脑油294、具有53的API和0.77的比重的43,400BPD量的FT柴油298、以及2,700吨/天的量的FT工艺二氧化碳(如由数字338表示)、51TPD量的FT硫和50,000BPD估算量的FT工艺水。
如流程图中图解，将FT柴油298和FT石脑油294传送至产品板岩246。FTLPG一般整合至精炼燃料供应中。
根据本发明的这个实施方案所规定的精炼产品的结果包括15,100BPD量和60的API和0.72的比重以及小于30百万分率的硫的石脑油344、69,700BPD量和43的API和0.81的比重以及小于15百万分率的硫的超低硫(ULSD)柴油346、以及46,500BPD量和50的API和0.84的比重以及小于15百万分率或ppm的硫的任选的超低硫喷气燃料348。这种工艺的体积％产率为132％并且重量％产率为100％。
图10图解了深度转化精炼厂的一个实例，其接收作为超重油(12至18API)原油和/或柏油(6至11API)原油的整个原油馈料并且主要旨在生产ULSD柴油和石脑油，以选择进一步转化成ULSD汽油。超重原油和柏油通常在升级器中作为稀释的原油(称作稀柏油)被接收。在升级器中回收稀释剂并且使其返回至原油提供者。图10还图解了FTCrude或烃合成单元的添加以接收大量的额外真空残渣(约60vol％的原油板岩)并且使其转化成高价值的合成燃料，诸如合成柴油和合成喷气燃料。如图10中所示，优选的是用溶剂脱沥青单元(SDA)进一步处理真空残渣，这能够生产清洁的脱沥青油(DAO)用于进一步氢加工成高价值的柴油/喷气产品。所实现的许多效益为大于120vol％的产品产率结果或更特别地137vol％的产品产率结果，而不会产生不合需要的副产品并且GHG减少40％至80％。一般来说，增加的产品产率代表产品产率比常规脱碳技术(诸如焦化)增加约65+％，并且产品产率比常规氢加成技术(诸如重残渣加氢裂解)增加35+％。
更详细地说，在这个实施方案中，ADU单元82可以接收具有API21和0.93的比重的142,800BPD量的稀柏油315的初始原料，其含有具有8.5的API和4.5重量％的硫含量以及1.02的比重的100,000BPD量的柏油352。继在ADU单元82中处理之后，轻蒸气作为流316取出并且随后加以处理以用作燃料，并且流318包含18,804BPD量的组合直馏石脑油和轻制气油(44API)。在本发明的一个实施方案中，在溶剂脱沥青单元(SDA)84中直接加工常压底部残留物，借此产生具有14的API和4重量％的硫含量以及小于20ppm(镍和钒)的金属含量并且具有0.97的比重和3.3重量％的CCR当量的57,862BPD量的脱沥青油(DAO)54作为常规加氢裂解器单元的理想馈料。将流318和354任选地传送至氢加工单元108中，其中在石脑油回收单元326中稳定并处理所产生的石脑油324并且将蒸气随后传送至脱硫燃料气316中。在这个实施方案中，来自石脑油回收单元326的石脑油流332的量为8,300BPD，API为55，具有0.76的比重和小于30ppm的硫，其可以任选地在重整器中进一步加工以生产汽油，如先前所论述。从氢加工单元108主要生产超低硫(ULSD)柴油/喷气燃料，其体积为73,150BPD，具有33的API和小于15百万分率(ppm)的硫含量以及0.86的比重。将两个流332和330传送至精炼产品板岩246中。
在这个实施方案中，布置包括从单元82引入流356的脱沥青单元84。流356包含常压底部残留物，其体积为85,092BPD，具有7的API和4.6重量％的硫含量以及340ppm(镍和钒)的金属含量和1.02的比重以及16.7重量％的CCR当量。在本发明的另一个实施方案中，可以将常压底部残留物任选地馈送至真空蒸馏单元(VDU)并且可以将后续真空底部残留物馈送至SDA单元。从SDA单元84，将来自其的流358与4,700TPD量的工艺氧气288和370MMSCFD量的天然气286一起引入FTCrude单元122中。流358包含27,229BPD量的液体沥青质流，其具有6的API和6.2重量％的硫含量和730ppm(镍和钒)的金属含量以及1.4的比重和37重量％的CCR当量。继在单元122中处理之后，类似于图9中的实施方案，结果是生产FTLPG(未示出)、具有72的API和0.69的比重的6,050BPD体积的FT石脑油、以及具有53的API和0.77的比重的49,500BPD量的FT柴油298。再次重申，流298、294、330以及332形成精炼产品板岩246并且加以掺合或作为高价值的精炼产品独立地出售。其结果是具有60API和0.72的比重以及小于30ppm的硫含量的14,350BPD的石脑油含量，这由344表示，可以任选地对其进行进一步重整以生产汽油或作为石油化学原料销售。板岩还包括超低硫(USLD)柴油346，其体积为73,590BPD，具有43的API和小于15ppm的硫含量以及0.81的比重。板岩可以进一步任选地包括超低硫喷气燃料348，其体积为49,060BDP，具有50的API和小于15ppm的硫含量以及0.84的比重。如本领域的技术人员所熟知，可以进一步优化柴油和喷气燃料的体积。在这种工艺中，流338、340以及324的结果分别是2,700TPD、270TPD以及估算量50,000BPD。
本领域的技术人员应了解，本文所描述的工艺提供了用于精炼、部分升级或完全升级的多种可能性，这归因于单元操作可以被重新配置以达成所需结果的事实。作为一个实例，送至本文先前所描述的合成气产生回路的底部残留物馏分可以用于经由部分氧化反应配制贫氢气流。反应可以是催化性或非催化性的。然后可以在费-托反应器中处理这种反应产物以合成烃副产品，同时可以移出合成烃副产品的至少一部分用于商业市场分销。
尽管已经示出和描述本发明的优选实施方案，但在不脱离本发明的精神和教义的情况下可以由本领域的技术人员对其作出修改。用于本发明的任何给定实施的反应器设计准则、烃加工装置等等基于本文中的公开内容将易于由本领域的技术人员确定。本文所描述的实施方案仅仅是例示性的，并且不意图具有限制性。本文所公开的本发明的许多变化和修改是可能的并且处于本发明的范围内。关于权利要求书的任何要素的术语“任选地”的使用意图意味着需要主题要素，或者不需要主题要素。两种替代方案意图处于本发明的范围内。

Claims (60)

1.一种用于升级重油或柏油以配制精炼的烃副产品的工艺，其特征在于所述工艺包括：
(a)提供重油或柏油的原料来源；
(b)处理所述原料以形成蒸馏过的馏分和未蒸馏的底部残留物馏分；
(c)将所述底部残留物馏分馈送至合成气产生回路用于经由部分氧化反应配制贫氢合成气流并且使所述合成气在费-托反应器中反应以合成烃副产品；
(d)移出完全精炼的烃副产品的至少一部分用于商业应用；以及
(e)添加外部氢源至所述贫氢合成气以优化烃的合成，这些烃中的至少一者是合成烃副产品。
2.如权利要求1所述的工艺，其任选地包括处理所述未蒸馏的底部残留物馏分至烃处理操作以形成处理过的馏分和处理过的底部残留物馏分的步骤。
3.如权利要求1所述的工艺，其特征在于所述完全精炼的合成烃副产品至少由合成柴油、合成喷气、合成石脑油、合成LPG、合成润滑油、合成蜡或其组合组成。
4.如权利要求1至3中任一项所述的工艺，其特征在于所述完全精炼的烃副产品和合成烃副产品至少达到商业应用所需的物理和化学特性。
5.如权利要求2所述的工艺，其特征在于所述烃处理包括脱硫、脱金属、康拉逊碳还原、加氢裂解、加氢处理以及其组合。
6.如权利要求5所述的工艺，其特征在于所述烃处理包括由溶剂脱沥青器、沸腾床加氢裂解器、热加氢裂解器、固定床加氢裂解器、流化催化裂解器、加氢处理器以及其组合组成的加工单元。
7.如权利要求1至6中任一项所述的工艺，其特征在于所述蒸馏过的底部残留物和处理过的底部残留物馏分含有主要量的浓缩的重金属、硫、环烷酸(TAN)以及康拉逊碳(CCR)。
8.如权利要求1至7中任一项所述的工艺，其特征在于所述蒸馏过和处理过的馏分含有次要量的浓缩的重金属、硫、环烷酸(TAN)以及康拉逊碳(CCR)。
9.如权利要求1至8中任一项所述的工艺，其特征在于进一步处理或掺合所述蒸馏过的馏分、处理过的馏分、合成石脑油或其组合的一部分以配制石油化学原料。
10.如权利要求1至9中任一项所述的工艺，其特征在于进一步处理或掺合所述蒸馏过的馏分、处理过的馏分、合成石脑油以及其组合的一部分以配制商业级汽油。
11.如权利要求1至10中任一项所述的工艺，其特征在于进一步处理或掺合所述蒸馏过的馏分、处理过的馏分、合成柴油或其组合的一部分以配制商业级柴油。
12.如权利要求1至11中任一项所述的工艺，其特征在于进一步处理或掺合所述蒸馏过的馏分、处理过的馏分、合成喷气燃料或其组合的一部分以配制商业级喷气燃料。
13.如权利要求1至12中任一项所述的工艺，其特征在于升级是在不存在结焦、未转化的渣油以及废料副产品的情况下达成。
14.如权利要求1至13中任一项所述的工艺，其特征在于升级是从重油和柏油以大于110％的体积产率、更优选地大于135％的体积产率达成。
15.如权利要求1至14中任一项所述的工艺，其特征在于所述氢源包含从富氢合成气发生器产生的富氢合成气流。
16.如权利要求15所述的工艺，其特征在于所述富氢合成气发生器选自由蒸汽甲烷重整器(SMR)、自热重整器(ATR)以及其组合组成的群组。
17.如权利要求1至16中任一项所述的工艺，其特征在于所述富氢合成气发生器使用富氢馈料以产生所述富氢合成气流。
18.如权利要求1至17中任一项所述的工艺，其特征在于所述富氢馈料选自由天然气、精炼燃料气、LPG、FT蒸气、FT石脑油、氢加工器蒸气以及其组合组成的群组。
19.如权利要求1至18中任一项所述的工艺，其进一步包括纯化所述富氢合成气的至少一部分。
20.如权利要求19所述的工艺，其特征在于所述富氢合成气的纯化是通过变压吸附、膜或液体吸收来进行。
21.如权利要求1至20中任一项所述的工艺，其特征在于所述烃升级操作包括提供呈泡沫、热柏油或稀释的柏油(稀柏油)形式的所述柏油作为常压蒸馏单元的馈料。
22.如权利要求1至21中任一项所述的工艺，其特征在于将所述底部残留物馏分馈送至所述合成气产生回路内的气化器。
23.如权利要求22所述的工艺，其特征在于使所述底部残留物馏分转化成含硫贫氢合成气流。
24.如权利要求23所述的工艺，其进一步包括处理所述气流至含硫合成气处理操作的步骤。
25.如权利要求24所述的工艺，其进一步包括在所述费-托单元中反应之前处理所述气流至一系列单元操作的步骤。
26.如权利要求1至25中任一项所述的工艺，其特征在于所述合成烃副产品包括费-托蒸气、费-托石脑油、轻费-托液体以及重费-托液体中的至少一者。
27.如权利要求1至26中任一项所述的工艺，其特征在于所述蒸馏过或处理过的馏分由直馏馏出物(AGO)、石脑油、真空制气油(VGO)或脱沥青油(DAO)的任何部分组成。
28.如权利要求27所述的工艺，其特征在于独立地或以组合形式对所述蒸馏过或处理过的馏分的至少一部分任选地进行进一步氢加工。
29.如权利要求28所述的工艺，其特征在于所述氢加工单元包括选自由加氢裂解、减粘裂化、热裂解、加氢处理、异构化、分馏以及其组合组成的群组的至少一种操作。
30.如权利要求1至29中任一项所述的工艺，其进一步包括用辅助氢源增补所述工艺的步骤。
31.如权利要求30所述的工艺，其特征在于所述辅助氢源包括氢加工单元气体。
32.如权利要求31所述的工艺，其特征在于所述辅助氢源包含来自加氢裂解器、热裂解器、加氢处理器、异构化单元、分馏器以及其组合的富氢气体。
33.如权利要求1至32中任一项所述的工艺，其特征在于所述合成气产生回路包括自热重整器、蒸汽甲烷重整器以及其组合中的至少一者用于接收天然气、精炼燃料气、LPG、费-托蒸气、费-托石脑油以及其组合中的至少一者作为原料，以产生富氢合成气。
34.如权利要求1至33中任一项所述的工艺，其特征在于所述柏油是原位来源。
35.如权利要求1至34中任一项所述的工艺，其特征在于所述柏油是可开采的来源。
36.一种用于升级重油或柏油以配制精炼的烃副产品的工艺，其包括：
(a)提供柏油或重油原料的来源并且通过蒸馏处理所述原料以形成蒸馏过和未蒸馏的底部残留物馏分；
(b)将所述未蒸馏的底部残留物馏分馈送至合成气产生回路用于经由部分氧化反应配制贫氢合成气流；
(c)处理所述贫氢合成气流的至少一部分至水气变换(WGS)反应以产生最佳费-托合成气；
(d)在费-托单元中处理所述最佳费-托合成气流以合成烃副产品；以及
(e)移出完全精炼的合成烃副产品的升级部分中的至少一者用于商业应用。
37.如权利要求36所述的工艺，其任选地包括处理所述未蒸馏的底部残留物馏分至烃处理操作以形成处理过的馏分和处理过的底部残留物馏分的步骤。
38.如权利要求36或37中任一项所述的工艺，其特征在于所述完全精炼的合成烃副产品至少由合成柴油、合成喷气燃料、合成石脑油、合成LPG、合成润滑油、合成蜡以及其组合组成。
39.如权利要求36至38中任一项所述的工艺，其特征在于所述完全精炼的烃和合成烃副产品达到或超过商业应用所需的物理和化学特性。
40.如权利要求37至39中任一项所述的工艺，其特征在于所述烃处理包括脱硫、脱金属、康拉逊碳还原、加氢裂解、加氢处理以及其组合。
41.如权利要求40所述的工艺，其特征在于所述烃处理包括由溶剂脱沥青器、沸腾床加氢裂解器、固定床加氢裂解器、流化催化裂解器、加氢处理器以及其组合组成的加工单元。
42.如权利要求36至41中任一项所述的工艺，其特征在于所述未蒸馏的底部残留物和未处理的底部残留物馏分含有浓缩的重金属、硫、环烷酸(TAN)以及康拉逊碳(CCR)的主要部分。
43.如权利要求36至42中任一项所述的工艺，其特征在于所述蒸馏过和处理过的底部残留物馏分含有浓缩的重金属、硫、环烷酸(TAN)以及康拉逊碳(CCR)的次要部分。
44.如权利要求36至43中任一项所述的工艺，其特征在于进一步处理或掺合所述蒸馏过的馏分、处理过的馏分、合成石脑油或其组合的一部分以配制石油化学原料。
45.如权利要求36至44中任一项所述的工艺，其特征在于进一步处理或掺合所述蒸馏过的馏分、处理过的馏分、合成石脑油或其组合的一部分以配制商业级汽油。
46.如权利要求36至45中任一项所述的工艺，其特征在于进一步处理或掺合所述蒸馏过的馏分、处理过的馏分、合成石脑油或其组合的一部分以配制商业级柴油。
47.如权利要求36至46中任一项所述的工艺，其特征在于进一步处理或掺合所述蒸馏过的馏分、处理过的馏分、合成喷气燃料以及其组合的一部分以配制商业级喷气燃料。
48.如权利要求36至47中任一项所述的工艺，其特征在于升级是在不存在结焦、未转化的渣油以及废料副产品的情况下达成。
49.如权利要求36至48中任一项所述的工艺，其特征在于升级是以大于100％的体积产率达成。
50.如权利要求36至49中任一项所述的工艺，其特征在于所述烃升级操作包括提供呈泡沫、热柏油或稀释的柏油(稀柏油)形式的所述柏油作为常压蒸馏单元的馈料。
51.如权利要求36至50中任一项所述的工艺，其特征在于将所述底部残留物馏分馈送至所述合成气产生回路内的气化器。
52.如权利要求36至51中任一项所述的工艺，其特征在于使所述底部残留物馏分转化成含硫贫氢合成气流。
53.如权利要求52所述的工艺，其进一步包括处理所述气流至含硫合成气处理操作的步骤。
54.如权利要求53所述的工艺，其进一步包括在所述费-托单元中反应之前处理所述气流至一系列单元操作的步骤。
55.如权利要求36至54中任一项所述的工艺，其特征在于所述合成烃副产品包括费-托蒸气、费-托石脑油、轻费-托液体以及重费-托液体中的至少一者。
56.如权利要求36至55中任一项所述的工艺，其特征在于所述蒸馏过或处理过的馏分由直馏馏出物(AGO)、石脑油、真空制气油(VGO)或脱沥青油(DAO)的任何部分组成。
57.如权利要求36至56中任一项所述的工艺，其特征在于独立地或以组合形式对所述蒸馏过或处理过的馏分的至少一部分任选地进行进一步氢加工。
58.如权利要求36至57中任一项所述的工艺，其特征在于所述氢加工单元包括选自由加氢裂解、减粘裂化、热裂解、加氢处理、异构化、分馏以及其组合组成的群组的至少一种操作。
59.如权利要求36至58中任一项所述的工艺，其特征在于所述柏油是原位来源。
60.如权利要求36至59中任一项所述的工艺，其特征在于所述柏油是可开采的来源。
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