CN106459776A - 用于处理重质渣油的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本文描述的方法和系统能够使用CO2来处理重质油级分。获得了用于将这样的燃料维持在流体形式的必需的能量的显著降低。来自本文描述的渣油处理系统的能量降低促进了增加的燃烧装置效率和减少的CO2排放。所述渣油处理系统可用于精炼厂、发电厂和利用重质渣油作为进料的其它方法。

Description

用于处理重质渣油的系统和方法
相关申请
本申请要求2014年5月7日提交的临时专利申请号美国专利申请序列号61/989,665的优先权，其内容以引用方式并入本文。
本发明背景技术
本发明领域
本发明涉及用于结合燃烧或利用重质渣油作为进料的其它方法来处理重质渣油的系统和方法。
相关技术说明
重质油级分在精炼厂中的各个阶段(例如减压蒸馏、减粘裂化、溶剂脱沥青和流体催化裂化)生产。这些级分可用作原料用于进一步精炼或转化工艺并且可用作燃料用于燃烧设备。重质油级分显示出非常高的粘度和高杂质(例如硫和金属)水平。因此，常规方法要求大量的能量消耗以使得物质流体适合燃烧环境，以使得燃烧效率最大化，燃烧器中的固体保留最小化，并且固体颗粒状烟道排放最小化。例如，在环境条件下，通常的减压渣油可以具有50,000,000厘沱的粘度，相似于在可比环境条件下的一些固体材料。因此，需要调节渣油，通常通过加热调节，来将其转化成适合于泵送和注入至燃烧器的状态。
加热重质油级分要求能量，所述能量通常是蒸汽和/或电的形式。加热系统通常包括加热的储油罐、泵和加热的输送管道。为了将全部的的重质油维持在流体状态，必要的温度增加是使用电伴热或蒸汽实现的。重质油的连续运动也用于避免管道网络中的死区。整个处理系统通常也是分隔的，来避免会导致增加的粘度和堵塞的冷区(cold zone)。
因此，在从燃烧装置功率输出中减掉额外的能量消耗时，总效率降低。
因此，存在对用于通过降低将材料维持在流体和可流动状态所要求的外部热能的量来处理重质渣油原料的更有效方法的需要。还存在对将重质渣油进料用于燃烧方法以增加燃烧装置效率的更有效方法的的需要。还存在对具有降低的CO2排放的燃烧方法的需要。
发明内容
依据一个或多个实施方案，本发明涉及将CO2用于降低重质渣油进料的粘度的方法和系统。
依据一种或多种进一步的实施方案，提供了重质渣油处理系统，包括一个或多个储油罐和一个或多个泵和气态CO2来源，提供所述气态CO2来源来使重质渣油饱和，以降低渣油粘度，由此降低泵送和/或输送材料所需的能量。
本文描述的方法和系统能够将CO2用于处理重质油级分，其不能在环境条件(例如，约20℃-约25℃，或周围空气的其它条件，而没有外部应用加热或冷却系统)下雾化。在某些实施方案中，获得了必需的能量的显著降低，以将这样的燃料维持在流体形式。来自本文描述的渣油处理系统的能量降低促进了增加的燃烧装置效率和降低的CO2排放。渣油处理系统可用于利用重质渣油作为进料的精炼厂、发电厂和其它方法。
本文描述的集成系统和方法促进了用于将重质渣油维持在适合于经由管道输送和/或注入通过燃烧器和相关的上游系统的流体形式的能量使用的降低。在这样的燃烧系统中，将一个或多个CO2捕集子系统用于提供捕集的CO2，所述捕集的CO2用于降低重质渣油粘度和促进将材料维持在流体状态并且具有预定的流动特征。使用CO2降低粘度允许总渣油处理系统降低蒸汽和/或电消耗。此外，用于雾化燃烧系统中的燃料的蒸汽的温度和压力可以降低，导致能量节约。
新的和现有的CO2捕集和隔离技术可用于降低总CO2排放并且提供激励例如碳信用并且提供CO2来源作为原材料、冷却剂等等。在捕集和隔离装置中，压缩捕集的CO2并且隔离在地下以避免其释放至大气。
US5076357和US2623596(其全部以引用方式并入本文)公开了将CO2用于当注入地下储油层时，通过在原油依然地表内时降低原油粘度来提高油采收率。
本文描述的渣油处理系统适合于燃烧设备，其中燃烧重质渣油来产生电力、蒸汽或热。此外，渣油处理系统包括某些实施方案，其中使用的全部或部分CO2源自已知的和可商购的来源，并且包括某些实施方案，其中使用全部或部分CO2源自集成CO2捕集和隔离系统，其可以集成在燃烧装置内和/或一个或多个另外的CO2生产方法中，例如，在精炼厂、工业设施、商业或住宅地产加热系统等内。
在额外的实施方案中，渣油处理系统可以提供在使用重质渣油作为直接或辅助燃料来源的汽车、机车或海洋船只中。在这样的实施方案中，渣油处理系统可以获得来自已知的来源的使用的全部或部分CO2，例如可再填充船/车载永久式或便携式储油罐。
这些示例性方面和实施方案的其它方面、实施方案和优点在以下详细讨论。此外，将要理解上述的信息和以下的详细说明都仅仅是各个方面和实施方案的说明性实例，并且意图提供用于理解要求保护的方面和实施方案的性质和特征的概述或框架。包括附图来提供各个方面和实施方案的展示和进一步的理解，并且将其并入本说明书并且构成说明书的一部分。附图，以及说明书的剩余部分，用于解释描述和要求保护的方面和实施方案的原则和操作。
附图简要说明
在结合附图阅读时将要最好地理解上述综述以及以下的详细说明。出于展示本发明的目的，附图中显示了本发明优选的实施方案。然而，应该理解本发明不限制于所示的精确的布置和设备。在附图中，相同数字用于指示相同或相似的要素，其中：
图1为本文描述的重质渣油处理系统的工艺流程图；
图2为本文描述的重质渣油处理系统的另一个实施方案的工艺流程图；
图3为燃烧系统的工艺流程图，其包括集成了本文描述的CO2粘度降低方法的渣油处理系统；
图4为燃烧系统的另一个实施方案的工艺流程图，其包括集成了本文描述的CO2粘度降低步骤的渣油处理系统；和
图5为燃烧系统的另一个实施方案的工艺流程图，其包括集成了本文描述的CO2粘度降低步骤的重质渣油处理系统。
具体实施方式
本文描述的本发明方法和系统提供了以上目标和进一步的优点，其中利用CO2的添加来降低粘度并且由此来促进作为燃烧燃料或进料至其它工艺的原料的重质渣油的处理。本文描述的渣油处理系统可以集成在使用空气、氧或氧富集空气燃烧室的燃烧室、其它类型的燃烧方法，或使用重质渣油作为原料的重整方法中。
图1为本文描述的重质渣油处理系统8的工艺流程图。通常，将来自CO2来源12的CO2的物流10与来自储油罐18中重质渣油来源16的重质渣油物流14混合。CO2来源12在某些实施方案中可以是适合的外部来源和/或集成CO2捕集子系统。物流10中提供了足够量的CO2用于在温度和压力的适合的操作条件以及与其相容的纯度水平下与重质渣油物流14混合，以有效地溶解CO2。可以溶解在给定类型的重质渣油中的CO2的量可以容易地由本领域技术人员在实验室测试中在各种温度和压力的条件下确定。例如，可以提供以下CO2物流：纯度为约50％至约100％，在某些实施方案中约70％至约100％和在进一步的实施方案中约90％至约100％；压力在约5巴至约100巴，在某些实施方案中约20巴至约73巴和在进一步的实施方案中约73巴至约100巴范围内；和温度在约0℃至约400℃，在某些实施方案中约32℃至约300℃和在进一步的实施方案中约32℃至约200℃范围内。这些条件允许重质油被在约5巴至约100巴，在某些实施方案中约20巴至约73巴和在进一步的实施方案中约73巴至约100巴范围内的CO2饱和。在某些实施方案中，基于用作CO2来源的技术选择CO2纯度，例如对于来源于CO2捕集系统的CO2为大于或等于90％，和70％至90％是可见于离开氧锅炉(oxyboiler)的烟道气中的浓度。关于CO2的压力，最高20巴代表在其中将CO2储存在罐(例如20巴罐)中的实施方案中可以适合于油储存的低压范围。在20巴至73巴范围内的压力水平是适合于将CO2维持在低于超临界压力条件的范围。压力大于或等于73巴代表在超临界条件下的CO2。关于温度，低于32℃的范围代表低于CO2临界点温度的水平；32℃至300℃的范围包括来源于具有或不具有冷却的压缩机的CO2；大于或等于300℃的范围包括其中使用较高压缩或高再循环温度的操作。
经由物流14将重质渣油进料供应至储油罐18。储油罐18中重质油和溶解的CO2的混合物的粘度经历了显著粘度降低。在此阶段，通过CO2与重质渣油的混合获得的粘度降低使用于输送材料的必需的泵能量要求降低。储油罐ST中重质油和CO2混合物的粘度可以在约10厘沱(cSt)至约2000cSt，在某些实施方案中约10cSt至约300cSt和在进一步的实施方案中约10cSt至约100cSt的范围内。在某些实施方案中，适当的粘度水平在20cSt。
本文中使用的粘度范围可以基于应用的类型来选择。10cSt至100cSt有效用于将油输送和注入燃烧器喷嘴；10cSt至300cSt是适合于离心泵和储存的粘度范围；300cSt至2000cSt是适合于储存和泵送的粘度范围。
将重质油和溶解的CO2的组合物流，物流20，进料至泵22，用于输送并且如果需要，压缩CO2来提供重质油和溶解的CO2的物流24。取决于重质渣油的最终用途所需的最终粘度值，可以加热混合物以进一步降低粘度。依据本文的方法，减少了获得希望的粘度水平所需的加热的量，并且还减少了必需的泵能量要求和伴热硬件。例如，在燃烧系统中，希望将该水平降低至适当的雾化粘度，例如，在约10cSt至约2000cSt的范围内，在某些实施方案中约10cSt至约300cSt和在进一步的实施方案中约10cSt至约100cSt。在某些实施方案中，适当的粘度水平在20cSt。
在某些实施方案中，可以将更多的一个单独的或在线(固定或动态)混合单元提供在，例如，储油罐18的下游。在进一步的实施方案中，泵22中的压缩提供了适合的混合以降低重质渣油的粘度。压缩的重质渣油/CO2混合物24用作适合的进料，例如，进至如本文描述的燃烧系统的进料，或用于重整或转化方法来将重质渣油转化成其它烃产物。
图2为本文描述的重质渣油处理系统108的进一步的实施方案的工艺流程图。一般，将来自CO2来源112的CO2的第一物流110与来自储油罐118中重质渣油来源116的重质渣油物流114混合。CO2来源112在某些实施方案中可以是适合的外部来源和/或集成CO2捕集子系统。物流110中提供了足够量的CO2用于在适合的操作条件以及与其相容的纯度水平下与重质渣油物流114混合，以有效地溶解CO2，如本文中所公开。
经由物流114将重质渣油进料供应至储油罐118。储油罐118中重质油和CO2的混合物的粘度显著降低。在此阶段，通过CO2与重质渣油的混合物获得的粘度降低使用于输送材料的必需的泵能量要求降低。
将重质油和CO2的组合物流，物流122，进料至第一泵132，用于输送并且如果需要，压缩CO2。然后将来自第一泵132的压缩的组合物流126连同来自CO2来源144经由物流142的另外CO2进料至一个或多个混合或储存单元140。在某些实施方案中，单元140为混合罐。在进一步的实施方案中，单元140为在线的固定或动态混合器。在进一步的实施方案中，单元140为相比于罐118容量较小的储油罐，其中CO2可以与油重质渣油共混物共混。经由第二泵134输送来自单元140的流出物128来提供重质渣油/CO2混合物124，其用作适合的进料，例如，进至如本文描述的燃烧系统的进料。
一般，希望提供用于泵送的流体，其具有约1000-约2000cSt的粘度值。对于油，通常提供粘度为约100cSt的流体用于泵送。如本文描述的，为了获得100cSt的希望的水平而不使用本文描述的粘度降低，温度应该处于或高于124℃，然而对于60巴饱和CO2压力共混物，使用本文描述的方法，温度可以低如35℃。在某些实施方案中，如上文公开的条件的范围是有效的。
图3为燃烧系统的工艺流程图，包括重质渣油处理系统208，例如，其可以与对于图1所显示和描述的相同或相似。燃烧系统集成了CO2粘度降低并且通常包括装配有一个或多个燃烧器252的燃烧室250；一个或多个烟道气处理单元260；CO2捕集单元270；重质渣油处理系统208，其包括一个或多个储油罐218和一个或多个泵222；CO2隔离或利用单元280；和用于排出剩余的烟道气的烟囱(stack)290。
连同经由物流224的重质渣油/CO2混合物和用于燃料雾化的蒸汽物流256，经由物流254将空气、氧或氧富集空气供应至一个或多个燃烧器252，来确保燃料在燃烧室250中适当燃烧。在某些替代的实施方案中，可以使用除蒸汽之外的或结合蒸汽的雾化介质，例如CO2或另一适合的雾化气体。
烟道气经由物流262离开燃烧室250以进入一个或多个烟道气处理单元260。尽管未显示，本领域技术人员理解烟道气处理单元260可以包括颗粒去除单元、硫氧化物去除单元、重金属去除单元和氮氧化物去除单元的每一者的一种或多种。
将来自(一个或多个)烟道气处理单元260流出物烟道气，物流272，进料至CO2捕集单元270，其中从主烟道气物流中除去必需的量的CO2。源自物流272的烟道气的一部分可以任选地再循环至燃烧室来改善燃烧(如虚线中所显示，物流274所表明的)，特别是在其中燃烧室依赖氧或氧富集空气的实施方案中。
贫CO2烟道气物流离开CO2捕集单元270，物流292，并且送至烟囱290并且然后经由物流294排放到大气，如已知的。
捕集的CO2经由物流274离开CO2捕集单元270并且分成进料至CO2隔离或利用单元(CO2-S/U)的物流282和进料至重质渣油储油罐218的物流210。
经由物流214将重质渣油进料供应至储油罐218。将CO2与重质渣油混合来降低其粘度，由此减少必需的泵能量要求、伴热硬件和用于允许共混物达到适当的雾化粘度，例如，约10cSt至约2000cSt范围内，在某些实施方案中约10cSt至约300cSt和在进一步的实施方案中约10cSt至约100cSt所必需的加热能量。在某些实施方案中，适当的粘度水平在20cSt。
重质渣油/CO2混合物经由泵222抽吸管线220离开储油罐218。使物流224在压力下进料至(一个或多个)燃烧室燃烧器252。
图4为燃烧系统的另一个实施方案的工艺流程图，包括渣油处理系统308，例如，其可以与对于图2所显示和描述的相同或相似。燃烧系统集成了CO2粘度降低并且通常包括装配有一个或多个燃烧器352的燃烧室350；一个或多个烟道气处理单元360；多个CO2捕集单元370和375；重质渣油处理系统308，其包括一个或多个储油罐318、一个或多个混合或储存单元340和多个泵(332和334)；CO2隔离或利用单元380；和用于排出剩余的烟道气的烟囱390。
如以上对于图3所描述的，连同经由物流324的重质渣油/CO2混合物和用于燃料雾化以确保燃料在燃烧室350中适当燃烧的蒸汽物流356，经由物流354将空气、氧或氧富集空气供应至一个或多个燃烧器352，并且烟道气经由物流362离开燃烧室350以进入一个或多个烟道气处理单元360。在某个替代的实施方案中，可以使用除蒸汽之外或结合蒸汽的雾化介质，例如CO2或另一适合的雾化气体。
将来自(一个或多个)烟道气处理单元360的流出物烟道气，物流372，进料至第一CO2捕集单元370。从主烟道气物流中除去必需的量的CO2，物流310，用于引入至储油罐318以维持其中的平衡。从第一CO2捕集单元370中移出的量由粘度降低的必需量和工艺经济考量(例如，成本)或超过预定水平的CO2除去量来确定。CO2捕集率处于对于方法经济性和设计有效的水平并且可以取决于所选择的CO2捕集技术。进一步地，考虑从系统370中经由物流310除去以降低油的粘度的CO2的量。CO2捕集率可以为约40％至约100％，在某些实施方案中为约70％至约99.9％和在进一步的实施方案中为约90％至约99％。关于再循环至罐318的CO2的量，该量可以取决于所选择的燃料和取决于所选择的CO2捕集率。压缩CO2(未显示)至如上文所讨论的希望的压力并且经由物流310输送至储油罐318。
将CO2与来自物流314的重质渣油混合来降低其粘度，由此减少必需的泵能量要求、伴热硬件和确保共混物达到希望的雾化粘度，例如，约10cSt至约2000cSt范围内，在某些实施方案中约10cSt至约300cSt和在进一步的实施方案中约10cSt至约100cSt所必需的加热能量。在某些实施方案中，适当的粘度水平在20cSt。
源自物流372的烟道气的一部分可以任选地再循环的至燃烧室350以改善燃烧(如虚线中所显示，物流374所表明的)，特别是在其中燃烧室依赖氧或氧富集空气的实施方案中。剩余的贫CO2烟道气物流离开第一CO2捕集单元370，物流371，并且送至第二CO2捕集单元375，其中回收CO2并且压缩至所需压力。贫CO2烟道气物流392离开第二CO2捕集单元375并且送至烟囱390并且然后经由物流394排放至大气，如已知的。
捕集的CO2经由物流374离开第二CO2捕集单元375并且分成进料至CO2隔离或利用单元380的物流382和进料至单元340的物流342。在某些实施方案中，单元340是固定或动态混合器。在进一步的实施方案中，单元340是相比于罐318容量相对较小的储油罐，其中CO2与油重质渣油共混物共混。
经由物流314将重质渣油进料供应至储油罐318。将CO2与重质渣油混合以降低其粘度，由此减少必需的泵能量要求、伴热硬件和确保共混物达到希望的粘度所必需的加热能量。在两步粘度降低方案中，进行第一步中的粘度降低以获得约50cSt至约2000cSt范围内，在某些实施方案中约50cSt至约1000cSt和在进一步的实施方案中约50cSt至约300cSt的粘度水平。
重质渣油/CO2混合物经由泵332抽吸管线322离开储油罐318并且压缩，并且经由物流326转移至单元340。将重质渣油/CO2混合物物流326与经由物流342的另外的CO2混合来提供另外的粘度降低并且进一步减少加热硬件和用于允许共混物达到适当的雾化粘度(例如，约10cSt至约2000cSt范围内，在某些实施方案中约10cSt至约300cSt和在进一步的实施方案中约10cSt至约100cSt)的能量要求。在某些实施方案中，适当的粘度水平在20cSt。
重质渣油/CO2混合物经由泵334抽吸管线328离开单元340并且压缩，并且经由物流324转移至(一个或多个)燃烧室燃烧器352。
图5为燃烧系统的另一个实施方案的工艺流程图，包括渣油处理系统408，例如，其可以与对于图2所显示和描述的相同或相似。燃烧系统集成了CO2粘度降低并且通常包括装配有一个或多个燃烧器452的燃烧室450；一个或多个烟道气处理单元460；多个CO2捕集单元(470和475)；重质渣油处理系统408，其包括一个或多个储油罐418、一个或多个混合或储存单元440和多个泵(432和434)；CO2隔离或利用单元480；和用于排出剩余的烟道气的烟囱490。
如对于图3所描述的，连同经由物流424的重质渣油/CO2混合物和用于燃料雾化以确保燃料在燃烧室450中适当燃烧的蒸汽物流456，经由物流454将空气、氧或氧富集空气供应至一个或多个燃烧器452，并且烟道气经由物流462离开燃烧室450以进入一个或多个烟道气处理单元460。在某些替代的实施方案中，可以使用除蒸汽之外或结合蒸汽的雾化介质，例如CO2或另一适合的雾化气体。
将来自(一个或多个)烟道气处理单元460的流出物烟道气，物流472，进料至第一CO2捕集单元470。废气物流经由物流492离开第一CO2捕集单元470至烟囱490并且然后经由物流494至大气。注意，废气物流492相比于本文中描述的物流476是相对贫CO2的。例如，废气物流492可以包含55％CO2并且比可以包含99％CO2的物流476更贫。然而，可以认为该物流相比于其它物流富CO2。
源自物流472的烟道气的一部分可以任选地再循环至燃烧室来改善燃烧(如虚线中所显示，物流474所表明的)，特别是在其中燃烧室依赖氧或氧富集空气的实施方案中。
捕集的CO2经由物流476离开第一CO2捕集单元470以经由物流482为CO2隔离或利用单元480进料，经由物流410为重质渣油储油罐418进料，并且经由物流471为第二CO2处理单元475进料。
经由物流414将重质渣油供应至储油罐418。将来自第一CO2捕集单元470经由物流410的CO2进料与重质渣油混合。将CO2与重质渣油混合以降低其粘度，由此减少必需的泵能量要求、伴热硬件和确保燃料达到希望的粘度所必需的加热能量。在两步粘度降低方案中，进行第一步中的粘度降低以获得约50cSt至约2000cSt范围内，在某些实施方案中约50cSt至约1000cSt和在进一步的实施方案中约50cSt至约300cSt的粘度水平。
重质渣油/CO2混合物经由泵432抽吸管线422离开储油罐418并且压缩，并且经由物流426转移至单元440。在某些实施方案中，单元440为固定或动态混合器。在进一步的实施方案中，单元440为与相比于罐418容量相对较小的储油罐，其中CO2与油重质渣油共混物共混。将重质渣油/CO2混合物物流426与另外的CO2混合以实现另外的粘度降低，并且进一步减少加热硬件和用于确保共混物达到适当的雾化粘度，例如，约10cSt至约2000cSt范围内，在某些实施方案中约10cSt至约300cSt和在进一步的实施方案中约10cSt至约100cSt)的能量要求。在某些实施方案中，适当的粘度水平在20cSt范围内。
CO2物流471进入第二CO2捕集单元475以压缩至单元440所需的压力并且然后经由物流442离开第二CO2捕集单元475以为单元475进料。重质渣油/CO2混合物经由泵434抽吸管线428离开单元440并且压缩，并且经由物流424转移至(一个或多个)燃烧室燃烧器452。
在某些实施方案中，重质渣油/CO2混合物粘度可以获得粘度雾化水平而不需要外部加热。在这样的情况中，机械雾化燃料喷射器或非辅助雾化流体可以替代蒸汽雾化喷射器，或结合蒸汽雾化喷射器，用于保存蒸汽(例如，来自本文描述的物流256、356和456)。在某些实施方案中，蒸汽和/或另一适合的雾化气体可以结合机械雾化喷射器使用，并且主要目的为控制燃烧器温度以避免或最小化焦化的可能性，而非雾化(如在其中不使用机械雾化燃料喷射器的实施方案中)。
就该简化示意图和说明的目的，没有包括通常采用的并且对本文描述的单元操作的本领域技术人员来说所公知的多个阀门、温度传感器、电子控制器等等。此外，未显示包括燃烧方法的单元操作中伴随的组件，例如，空气或氧供应和烟道气处理。
有利地，如本文中描述地使用CO2解决了减少在燃烧这样的渣油的燃烧设备中处理重质渣油所需的能量的量的问题。事实上，在使用重质渣油作为燃料的常规燃烧设备中，燃料处理要求使用电或蒸汽形式的另外的能量。本发明的系统和方法允许通过将CO2用于减少燃料粘度并且确保其适当处理而显著降低能量。在本文中进一步的实施方案中，用于重质渣油处理的CO2源自集成CO2捕集系统。在使用重质渣油作为燃料的常规CO2捕集和隔离方法中，将CO2注入地下用于储存，同时将另外的能量用于燃料处理。将本发明的系统和方法用于集成了CO2捕集的燃烧设备中允许将部分的捕集的CO2用于促进有效的原料处理并且最小化用于这样的处理所必需的另外的能量。
用于以上描述的设备和方法的初始原料可以是由各种来源获得的原油或部分地精炼的油产品。原料的来源可以是原油、合成原油、沥青、油砂、页岩油、煤合成油，或包括上述的来源之一的组合。例如，原料可以是直馏瓦斯油或其它精炼厂中间体物流例如减压瓦斯油、由溶剂脱沥青方法获得的脱沥青油和/或脱金属油、由焦化方法获得的轻质焦化瓦斯油或重质焦化瓦斯油、由单独于本文描述的集成FCC方法的FCC方法获得的循环油、由减粘裂化方法获得的瓦斯油，或上述的产品的任何组合。在某些实施方案中，减压瓦斯油是用于集成方法的适合的原料。适合的原料包含沸点为约36℃-约650℃并且在某些实施方案中约350℃-约565℃的烃。
实施例1
在该预先的实施例中考虑通常的油重质渣油以显示在将本文描述的方法用于燃烧重质渣油的输出为600兆瓦特的电输出(MWe)的发电装置中时所获的潜在的收益。作为对比实施例，25℃下初始重质渣油的密度为1020kg/m3并且50℃下的粘度为13280cSt。表1显示了常规系统的不同粘度下的重质渣油温度，和当根据本文中的系统和方法在第一实施例中在20巴CO2的压力下和在第二实施例中在60巴CO2的压力下使油饱时获得相同粘度的所需温度。
表1-不同粘度下油重质渣油以℃计的温度
粘度(cSt) 20 100 1000
原始油的温度(℃) 180 124 80
在20巴CO2饱和下重质渣油的温度(℃) 140 93 54
在60巴CO2饱和下重质渣油的温度(℃) 75 35 <Tamb*
＊Tamb：环境温度
如表1中显示的，将CO2添加至重质渣油降低了其在特定温度下的粘度。因此在添加CO2时可以在较低温度下达到相同的共混物粘度。特别地，表1显示了在基础情况情节下，用于重质渣油的适合的储存温度高于124℃，而其在20巴饱和CO2压力共混物的情况中可以降低至93℃并且在60巴饱和CO2压力共混物的情况中可以降低至35℃。
因此，用于维持重质渣油温度的伴热要求降低，和因此其粘度降低，降低至低如没有伴热要求(在60巴CO2饱和下)。
在燃烧器处为了促进适合的燃料雾化和因此完全和有效的燃烧，通常要求20cSt的粘度。根据常规方法，为了获得该粘度降低，要求180℃的温度，而其在20巴CO2饱和下降低至140℃并且在60巴CO2饱和下降低至75℃。
所需的蒸汽特征因此得以改变。例如，在没有本文描述的粘度降低的情况下，需要使用例如在10巴和230℃的蒸汽。相反，可以在CO2饱和为20巴时在6巴和160℃下使用蒸汽，并且可以在CO2饱和为60巴时蒸汽在2巴和120℃下使用蒸汽。这因此导致了对蒸汽循环中蒸汽加热和较高的蒸汽操作来说减少的能量使用，因此，导致对发电装置来说较高的净输出。在600MWe范围的发电装置的通常的实例中，油重质渣油质量流量为大约37.5kg/s并且燃料雾化所需的蒸汽为燃料质量流量的30％，因此，为大约11.25kg/s。蒸汽品质/条件的区别将允许在CO2饱和为20巴时1328千瓦特电(kWe)的净节约以及在CO2饱和为60巴时3300kWe的净节约。如果考虑到达20和60巴的CO2和油重质渣油的压缩能量，对20巴和60巴的CO2饱和水平来说净功率节约分别为1183kWe和2798kWe。
注意，考虑到以上情况，为雾化考虑的蒸汽压力低于重质渣油/CO2混合物物流。在该情况下，考虑了较高的蒸汽压力或优选在喷射器内添加中间膨胀步骤以允许在所考虑的温度和压力下雾化重质燃料油。此外，如果使用机械雾化喷射器，可以保留全部的雾化蒸汽能量，因为重质燃料油/CO2混合物是在高压下提供的。
实施例2
除了对用于雾化燃料的蒸汽量的节约，通过燃料从储存温度(例如，100cSt粘度)至燃烧器(20cSt粘度)的必需加热的降低，可以实现显著的节约，因为加热通过从蒸汽循环提取的蒸汽进行。
在该实施例中，对三种情况来说，储存温度视为相同，即，120℃，其是对比实施例所需的储存温度。在基础情况下，重质渣油应该加热至180℃，而在20巴CO2饱和下，其应该加热至140℃，并且60巴下的CO2饱和不要求另外的加热。
对燃料加热而言蒸汽要求的节约增加，对20巴饱和CO2情况而言将为1335kWe并且对60巴饱和CO2情况而言将为1856kWe，导致在20巴饱和CO2情况中2518kWe的总净节约以及在60巴饱和CO2情况中4654kWe的总净节约。
这些节约分别为0.4％和0.77％的净电力输出，等同于发电装置的净效率分别增加0.17和0.32个点。
以上和附图中已经描述了本发明的方法和系统；然而，修改对本领域技术人员来说将是明显的并且对本发明而言的保护范围将由所附权利要求限定。

Claims (10)

1.降低高粘度重质渣油的粘度以改进管线输送效率的方法，所述方法包括：
a.提供CO2或富CO2气态混合物来源；
b.在预定的温度和压力的条件下使CO2或富CO2混合物与重质渣油密切接触；
c.维持CO2或富CO2混合物与重质渣油的接触，直至获得的预定的溶解的CO2浓度并且重质渣油粘度降低；和
d.经由管线输送粘度降低的重质渣油。
2.改进利用高粘度重质渣油燃料的燃烧系统的效率的方法，所述方法包括：
a.提供CO2或富CO2气态混合物来源；
b.在预定的温度和压力的条件下使CO2或富CO2混合物与重质渣油密切接触；
c.维持CO2或富CO2混合物与重质渣油的接触，直至获得的预定的溶解的CO2浓度并且重质渣油粘度降低；和
d.泵送和雾化粘度降低的重质渣油，用于在燃烧室中燃烧。
3.改进利用高粘度重质渣油燃料的燃烧系统的效率的方法，所述方法包括：
a.提供CO2或富CO2气态混合物来源；
b.在预定的温度和压力的条件下使CO2或富CO2混合物与重质渣油密切接触；
c.维持CO2或富CO2混合物与重质渣油的接触，直至获得的预定的溶解的CO2浓度并且重质渣油粘度降低；和
d.经由管线输送粘度降低的重质渣油至燃烧系统；和
e.雾化粘度降低的重质渣油，用于在燃烧系统中的燃烧室中燃烧。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其进一步包括在预定的温度和压力的条件下将具有溶解的CO2的所述粘度降低的重质渣油引入至加压加热的储存容器以将重质渣油粘度维持在指定的粘度范围内，并且从储存容器传送粘度降低的重质渣油并且将其雾化，用于在燃烧室中燃烧。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中使所述CO2或富CO2混合物和重质渣油在搅拌式混合容器中在加压气态CO2的气氛下接触。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中将所述CO2或富CO2混合物引入至重质渣油的移动物流中并且传送通过固定或动态在线混合装置以将CO2溶解在重质渣油中。
7.根据权利要求2或3所述的方法，其中所述粘度降低的重质渣油的雾化通过雾化介质实现，所述雾化介质包括蒸汽和/或CO2。
8.根据权利要求2或3所述的方法，其中所述粘度降低的重质渣油的雾化通过一个或多个机械雾化喷射器实现。
9.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中由集成CO2捕集和加工单元提供所述CO2或富CO2气态混合物来源。
10.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中由至少两级CO2捕集和处理单元提供所述CO2或富CO2气态混合物来源，各级在不同压力下递送CO2或富CO2气态混合物。
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