CN115516062A - 用于重质烃的高效等离子体加工的发泡系统 - Google Patents

Abstract

一种用于将重质烃转化成轻质烃的装置包括能够供应包含待加工的烃和加工气体的预发泡混合物的入口，其中将加工气体溶解在待加工的烃中；泡沫发生器，其配置为接收在第一压力下的预发泡混合物、通过使其经过喷嘴而将预发泡混合物压缩到高于第一压力的第二压力；和通过使在第二压力下的预发泡混合物在处于低于第一或第二压力的第三压力下的腔室中膨胀而生成泡沫；等离子体反应器，其中所述等离子体反应器能够接收泡沫并包含至少一对火花隙电极，其能够对泡沫施以等离子体放电以产生加工后的混合物；和能够接收加工后的混合物的出口。

Description

用于重质烃的高效等离子体加工的发泡系统

对相关申请的交叉引用

本申请要求2020年3月17日提交的美国临时专利申请No.62/990,942的优先权利益，其整个公开内容全部并入本文。

领域

本技术大体上涉及非热等离子体在使用发泡系统的重质原油加工中的用途。更具体地，其涉及非热等离子体在使用发泡系统将重质烃转化成轻质烃中的用途。

概述

在一个方面，提供一种装置，其包含烃入口；用于从烃入口接收待加工的烃的第一罐；容纳加工气体的加压气体供应源；用于混合加工气体和待加工的烃以产生预发泡混合物的射流喷射器(jet ejector)；用于调节进入射流喷射器的加工气体的流量的流量控制器；能够将待加工的烃从第一罐泵入射流喷射器的第一泵；用于压缩预发泡混合物的第二泵；泡沫发生器，其中所述泡沫发生器配置为接收在第一压力下的预发泡混合物、通过使其经过喷嘴而将预发泡混合物压缩到高于第一压力的第二压力，和通过使在第二压力下的预发泡混合物在处于低于第一或第二压力的第三压力下的腔室中膨胀而生成泡沫；等离子体反应器，其中所述等离子体反应器能够接收泡沫并包含至少一对火花隙电极(spark gapelectrode)，其能够对泡沫施以等离子体放电(plasma discharge)以产生加工后的混合物；能够接收加工后的混合物的第二罐；位于等离子体反应器的下游并能够从装置中除去气体的第一气体出口；能够接收加工后的混合物并配置为将加工后的混合物消泡的第三泵；用于从装置中除去至少一部分加工后的混合物的产物出口；和位于第三泵的下游并能够从装置中除去气体的第二气体出口。在一些实施方案中，提供一种用于将重质烃转化成轻质烃的方法，所述方法包括使用本文所述的装置加工重质烃。

在另一个方面，提供一种装置，其包含能够供应包含待加工的烃和加工气体的预发泡混合物的入口，其中将加工气体溶解在待加工的烃中；泡沫发生器，其配置为接收在第一压力下的预发泡混合物、通过使其经过喷嘴而将预发泡混合物压缩到高于第一压力的第二压力，和通过使在第二压力下的预发泡混合物在处于低于第一或第二压力的第三压力下的腔室中膨胀而生成泡沫；等离子体反应器，其中所述等离子体反应器能够接收泡沫并包含至少一对火花隙电极，其能够对泡沫施以等离子体放电以产生加工后的混合物；和能够接收加工后的混合物的出口。在一些实施方案中，提供一种用于将重质烃转化成轻质烃的方法，所述方法包括使用本文所述的装置加工重质烃。

在另一个方面，提供一种泡沫发生器，其包含流体入口；腔室；介于入口与腔室之间且直径小于流体入口或腔室的喷嘴；布置在腔室内的流体出口；和在喷嘴与流体出口之间布置在腔室内的混合单元；其中可通过使包含溶解在待加工的烃中的加工气体的混合物经过流体入口、经过喷嘴并进入腔室而生成泡沫。

在进一步方面，提供一种用于使重质原油发泡的装置，所述装置包含：配置为接收重质原油和至少部分溶解在重质原油中的含氢气体的加压混合物的流体入口；保持在大气压或接近大气压的腔室；介于流体入口与腔室之间且直径小于流体入口或腔室的喷嘴；和连接到腔室的流体出口；其中所述装置配置为使加压混合物在经过喷嘴并进入腔室时发泡。在一些实施方案中，含氢气体是C₁-C₅烃气体。在一些实施方案中，含氢气体是甲烷、乙烷、丙烷、正丁烷、异丁烷、正戊烷、异戊烷或新戊烷。在任何上述实施方案中，所述装置配置为提供大约140psig的在流体入口与腔室之间的压力差。在一些实施方案中，所述压力差可为大约140psig至大约500psig。这可包括大约140psig至大约400psig、大约140psig至大约300psig、大约140psig至大约200psig、大约200psig至大约600psig或大约200psig至大约300psig的压力差。

在进一步方面，一种用非热等离子体将重质原油(即API比重(API Gravity)<22的那些)转化成轻质烃(即API比重>30的那些)的装置，所述装置包含：用于接收重质原油的第一罐；流体连接到第一罐的射流喷射器，所述射流喷射器配置为在压力下将含氢气体喷射到一部分重质原油中以形成包含重质原油和至少部分溶解在其中的含氢气体的加压混合物；流体连接到射流喷射器的泡沫发生器，所述泡沫发生器包含：配置为接收来自射流喷射器的加压混合物的流体入口；保持在大气压或接近大气压的腔室；和介于流体入口与腔室之间且直径小于流体入口或腔室的喷嘴；和连接到腔室的流体出口；和流体连接到流体出口的非热等离子体反应器，所述非热等离子体反应器包含至少两个连接到脉冲高压电源的电极；其中所述装置配置为使加压混合物在经过喷嘴并进入腔室时发泡。在一些实施方案中，含氢气体是C₁-C₅烃气体。在一些实施方案中，含氢气体是甲烷、乙烷、丙烷、正丁烷、异丁烷、正戊烷、异戊烷或新戊烷。在任何上述实施方案中，所述装置配置为提供大约140psig的在流体入口与腔室之间的压力差。

在任何上述实施方案中，所述装置可进一步包括配置为接收来自非热等离子体反应器的流出物的第二罐，所述流出物包含比加压混合物中存在的高的轻质烃浓度。在任何上述实施方案中，所述装置可进一步包括流体连接到第二罐的冷凝器，其中所述冷凝器配置为接收并从所述流出物中分离轻质烃，并且其中至少一部分分离的轻质烃被分离到第一产物料流中。在任何上述实施方案中，所述装置可进一步包括从冷凝器到第一罐的再循环料流，所述再循环料流配置为将未反应的重质原油和其它反应产物从非热等离子体反应器送回第一罐。

在再一实施方案中，提供一种由重质原油非热等离子体生成轻质烃的方法，所述方法包含：生成在第一压力下的含氢气体和重质原油的加压混合物；使所述加压混合物经过喷嘴进入保持在低于第一压力的第二压力下的腔室中，其中在经过喷嘴时，所述加压混合物形成原油泡沫；和将原油泡沫送往非热等离子体反应器以将至少一部分重质原油转化成轻质烃。在任何这样的实施方案中，所述原油泡沫可表现出100至150微米的平均气泡直径。在任何上述实施方案中，所述原油泡沫的体积可为用于形成泡沫的重质原油的至少两倍。在任何上述实施方案中，所述方法可进一步包括传送来自非热等离子体反应器的流出物，所述流出物包含未反应的重质原油和轻质烃，其中轻质烃的浓度在所述流出物中高于在加压混合物中。在任何这样的实施方案中，所述方法可进一步包括收集包含轻质烃的产物料流。在任何上述实施方案中，在生成加压混合物之前，可将重质原油与稀释剂混合。在这样的实施方案中，稀释剂可包括矿物油，或任何轻质烃液体，例如但不限于，戊烷、己烷、庚烷等，和它们的任何异构体。

附图简述

图1是根据各种实施方案的(a)在气体中的分散液体体系(气溶胶)、(b)在液体中的分散气体体系(气泡)、(c)在液体中的分散气体体系(高度发泡)，和(d)中等发泡体系的描绘。

图2是根据各种实施方案用于发泡原油或其它烃的等离子体加工的系统的图。

图3是根据各种实施方案用于混合气体和液体的射流喷射器的示意图。

图4是根据各种实施方案的泡沫发生器的按比例示意图。

图5A代表根据各种实施方案的5％稀释重质原油泡沫的泡沫衰减，图5B代表10％稀释重质原油泡沫的泡沫衰减。

图6代表根据各种实施方案在不同气泡尺寸下泡沫与插管式(cannulated)电极之间的横截面积比。

图7代表根据各种实施方案的发泡系统和无发泡系统的电阻率。

图8是根据各种实施方案在电极之间的区域中在泡沫中的等离子体放电的描绘。

图9A图解没有电极的等离子体室的独立视图，图9B图解等离子体室的横截面视图，根据各种实施方案。

图10提供根据各种实施方案在泡沫(左侧)和插管式反应器系统(右侧)中的放电的示意图。

图11提供根据各种实施方案使用高速摄像机和显微镜的放电前(左侧)、放电中(中间)和放电后(右侧)等离子体状况。

图12是毛细管系统的图。

详述

下面描述各种实施方案。应该指出，具体实施方案无意作为穷举性描述或作为对本文论述的更宽泛方面的限制。联系特定实施方案描述的一个方面不一定局限于该实施方案并且可以用任何其它实施方案实施。

如本文所用，本领域普通技术人员会理解“大约”，并根据其使用情境在一定程度上变化。如果本领域普通技术人员不清楚该术语的使用，考虑到其使用情境，“大约”是指特定项的最多+或-10％。

除非本文中另行指明或明显与上下文相悖，在描述要素的文本中(尤其在以下权利要求的文本中)使用的术语“一”和“该”和类似指示词应被解释为涵盖单数和复数。除非本文中另行指明，本文中的数值范围的列举仅旨在充当逐一提到落在该范围内的各单独数值的简写法，并且各单独数值就像在本文中逐一列举那样并入本说明书。除非本文中另行指明或明显与上下文相悖，本文中描述的所有方法可以任何合适的顺序进行。除非另行指明，本文中提供的任何实例或示例性措辞(例如“如”)的使用仅意在更好地阐明实施方案，而非限制权利要求书的范围。说明书中的措辞都不应被解释为指明任何未提出权利要求的要素是必不可少的。

在液体中的等离子体放电用于生成反应性等离子体物类，如自由基、受激原子、离子等，以用于液体的化学加工。这些应用中的一些使用高功率/高电压放电分解液体，并使用过量功率以辅助化学过程。在一些应用中，供应给液体的一部分高能量最初用于蒸发液体，以致由于由高度集中的电流引起的局部过热而生成小气泡。在这样的应用中，由于局部过热，至少在击穿区附近的液体温度通常很高。

等离子体放电被理解为在等离子体-液体界面处与液体中的化学组分相互作用。该界面是气相和液相之间的边界。直接液相放电利用气相等离子体在液体中引发反应性。多相等离子体放电利用等离子体与在气体中的分散液体(气溶胶)，或等离子体与在液体中的分散气体(气泡和泡沫)。如图1中所示，多相等离子体可以使等离子体液体界面最大化，以增加该体系中的气泡或微滴的数量。对于液体加工，通过将气体经由毛细管注入液体中以提高液体-体积比增加(liquid-volume ratio increase)，生成外部气体鼓泡。

在一个实验中，在具有两个电极间隙的反应器中生成等离子体。高电压电极也充当毛细管以在受控流速下运送烃气体。液态烃借助正排量泵(positive displacementpump)从左向右流过反应器。给定相同的电极间隙、外加电压、电流和经过毛细管的气体流速，在这两个间隙中以类似的脉冲频率发生高压击穿。如果关闭上游毛细管处的气流，仅在下游间隙处发生击穿，因为在电极之间没有气体的上游间隙处需要更高的电压才能击穿液态烃层(layer liquid hydrocarbon)。因此，存在气流的下游间隙提供更容易的击穿路径。但是，如果关闭下游间隙中的气流而仅保持来自上游毛细管的流，这两个间隙仍然都经历电击穿，因为来自上游毛细管的气体也流过下游间隙。由于下游间隙中的气泡动力学和流动型式不同，其在与上游间隙不同的脉冲频率下发生击穿。这种并非使气体流过单个毛细管的想法支持发泡式原油等离子体加工(foaming crude plasma processing)的概念，并且这将极大地简化烃重整的加工单元，无需控制流过每个毛细管的气流。这种现象已经在规模扩大的十二间隙流动反应器中进行了测试，图12，其中由第一毛细管控制气体，其余毛细管电极仅经受高电压并且不携带任何气体。第一毛细管电极没有连接到高电压以检验气流在仍位于毛细管中的同时充电是否对击穿具有任何影响。如图12中所示，仅来自第一毛细管的气流或在流过间隙之前未充电的气体似乎对电击穿没有任何影响，因此在其余11个电极间隙中观察到等离子体放电。

泡沫是鼓泡(bubbling)的极端条件。泡沫是一种两相体系，具有气体分散相和作为基质的液相。高度浓缩的气泡非常靠近彼此，并且液体充当它们之间的膜。本文提供了一种在泡沫存在下使用非热等离子体将重质原油加工成较轻馏分的系统。

本文提供了一种促进气体在高压下溶解在重质烃液体中的系统，然后骤然减压以助于溶解的气泡成核并产生泡沫，然后施以非热等离子体以将重质烃转化成轻质烃馏分。在本文的研究中，丙烷用作溶解气体，因为其饱和压力低于甲烷低(在室温下分别为140psig vs.大约700psig)。

图2是为原油发泡(以供等离子体加工)设计的系统的图示。如所示，将重质原油样品(原油in)引入罐1。来自罐1的气体可以排出到排气口或冷凝器(未示出)以冷凝任何可回收液体并将它们与可用于气体供应源的其它气体分离。如果存在气体，它们可被压缩机(未示出)进一步压缩并与加压气体一起经过流量控制器再引入该系统。然后将重质原油从罐1经由泵1泵入射流喷射器，在此其与经过流量控制器来自加压气体供应源的加压气体混合。在压力下供应的气体是轻质烃，例如甲烷、乙烷、丙烷或丁烷。加压气体可被加压到合适的压力。示例性的压力可为大约30至100psig、大约40至100psig、大约50至100psig、大约50至85psig或大约50至70psig。所得丙烷-原油混合物然后通过泵2压缩到更高压力(大约100至大约200psig、大约100至大约150psig或大约120至大约140psig)，其中加压气体溶解到重质原油中以形成含有溶解气体的重质原油。然后使含有溶解气体的重质原油经过泡沫发生器内的小直径喷嘴(即，直径为大约0.1至1mm或大约0.5mm)，以引起进一步的压力升高。在在气体中溶解的原油经过泡沫发生器中的小直径喷嘴后，允许该混合物在大气压下突然膨胀——这也在泡沫发生器内，以生成重质原油泡沫。

泡沫发生器被设计为用喷嘴产生压力上升，和产生使溶解气体卸压所必需的压力下降以使泡沫形成最大化。图3和4图解泡沫发生器的设计。泡沫发生器包括两个不同的区段：(1)喷嘴上游的高压侧和(2)喷嘴下游的低压侧。泡沫发生器被设计为耐受200psig的压力，安全系数为大约20。反应器的压力极限取决于该系统所用的气体。以在原油分解过程中向该系统供氢为主要目的，需要低碳数的烃气体。因此，尽管上面讨论了丙烷，但可以使用如甲烷、乙烷、丙烷和丁烷之类的烃。例如，甲烷在烃气体中具有最低碳数，但其在室温下的饱和压力较高(例如大约700psig)。但是，如上所述，丙烷在室温下的饱和压力为大约140psig，在该温度和压力下丙烷的相变成液态丙烷。该系统应该构建成耐受所用的特定烃气体的饱和压力。

然后使重质原油泡沫在等离子体反应器中经受非热等离子体。这种非热等离子体反应器是大约0.4英寸×0.25英寸的狭窄封闭通道。其容纳从相反的两侧伸出的一组或多组高电压和接地电极，具有可调节的间隙长度。

然后将来自等离子体反应器的流出物引导到罐2，在此允许气体逸出并回收用于进一步反应。例如，过量气体可通过将气体传送经过任选的冷凝器(未示出；但与任选用于来自罐1的气体的冷凝器相同或一致)以冷凝任何可回收液体并将它们与可用于气体供应源的其它气体分离而回收。如果存在气体，它们可被压缩机(未示出)进一步压缩并与加压气体一起经过流量控制器再引入该系统。

泵3然后将来自罐2的流出物移动到产物输出段(product out stage)，在此可回收轻质烃，并将来自重质原油的未反应的或较重的烃通过再引入罐1而再循环经过该系统。泵3还充当消泡器以防止或至少在最低程度上将发泡原油送回罐1，在罐1中发泡是不理想的。将发泡原油送回罐1可能导致经过气体输出排气口的额外脱气，并且这将不利地影响原油泵送到射流喷射器。

使用上述系统，通过溶解气体的卸压发生的发泡生成具有100-150微米直径气泡的泡沫。该发泡系统中的气泡网络可提供不同的气体分数或发泡度，这可以用与高速摄像机集成的显微透镜进行分析。在较高发泡度下观察到高气泡密度。泡沫中的较高气泡密度和小气泡尺寸导致重质烃与非热等离子体的相互作用得到改进。

发泡度被定义为一定量的泡沫中的气体体积与该泡沫中的液体体积的比率(即，发泡度＝[(泡沫中的V_gas)/(泡沫中的V_oil)])。已经观察到使用本文所述的装置实现的发泡度高达大约400％，这比通过任何其它发泡方法实现的发泡度高得多。作为发泡度的一个实例，在本文所述的泡沫发生装置中生成后收集264毫升重质原油泡沫。在等待几分钟后，气体能够从泡沫中逸出，留下54毫升体积的液体原油。这等于发泡度[(264ml-54ml)/54ml*100＝389％]，或生成的泡沫的总体积为原油的大约4倍，至少在这一实例中如此。

在一些实施方案中，重质原油可使用稀释剂如矿物油稀释。在一些实例中，将不同百分比分数的矿物油(粘度为105cP(厘泊))与重质原油掺合以将粘度降低到适于泵送和处理的程度。例如，在30℃下，受试重质原油的粘度为大约750cP。在与矿物油掺合后，粘度可降低到100cP。

但是，重质原油-矿物油溶液的粘度不是控制该系统的发泡度的唯一因素。该系统的温度、气体流速和压力都影响泡沫中的气体分数。应该监测原油的温度以预测泡沫中的气体分数。还用100％矿物油(粘度105cP)、用矿物油稀释的重质原油(按体积计5％和10％的原油与矿物油混合)进行实验。所有实验都在室温下进行。较高的运行温度有助于进一步降低混合物的粘度，因此实现不同的发泡度，但这也需要加热储罐和将流动系统绝热。控制气体流速以控制泡沫中的气液比。用5SLPM气体流速和10％稀释的原油混合物能够成功地实现大约400％的最大发泡度或泡沫中80％的气体分数。

也可测量泡沫稳定性，因为需要该混合物在非热等离子体期间保持泡沫的能力。分析不同泡沫的泡沫衰减速率，图5A和5B显示5％稀释和10％稀释的重质原油-原油溶液(图5中的“DOBA”是来自沙特阿拉伯的重质原油)的泡沫衰减速率。y轴代表通过最终泡沫体积归一化的泡沫体积，并对照截留到液体中的所有气体逸出所花费的时间绘制。对于每种稀释度，分析不同发泡度的泡沫，它们遵循类似的泡沫衰减趋势。对于初始时间段，衰减速率的斜率小。这是因为在这一初始时间段，在用于形成泡沫的液体内部仍然发生部分成核，尽管大部分成核在收集泡沫时已经发生。在经过初始时间段后，气泡聚结且衰减速率提高。

比较插管式系统(cannulated system)和本文所述的发泡系统的气液界面面积。插管式系统包括，其中一对电极中的一个或两个具有毛细管，并将气体经由毛细管引入电极间隙。插管式系统的一个实例可见于U.S.9,988,579。本文所述的发泡系统在等离子体反应器的上游将原油与气体混合。在这两种系统中，都使用电极间距“l”、电极直径D和气泡直径d。由于气体经过毛细管鼓泡，假设插管式系统具有以线性方式填充电极之间的间隙的“n”个直径为“d”的气泡。在每个气泡之间还存在油厚度t。然后通过以下方程式提供该关系：

由于气泡的表面积为A＝πd²，在电极附近的n个气泡的总表面积由以下方程式提供：

插管式电极的直径d取决于毛细管尺寸和气体流速。

对于发泡系统，泡沫的气体分数为x。然后通过以下方程式提供两个电极之间的气体体积：

通过以下方程式提供单个气泡的体积：

因此，电极附近的气泡数可根据以下方程式确定：

最后，发泡系统中的气泡的表面积被确定为：

通常，插管式反应器中的气泡直径为大约2mm，并在气泡之间存在0.5mm间隙。相比之下，本文所述的发泡系统生成具有大约250微米的气泡直径的重质原油。电极间距为5mm，电极直径为大约1/8英寸，泡沫中的气体分数为大约70％。

在A_cannulated和A_foamy中代入所有这些值，结果为：

气泡尺寸对横截面积比的影响显示在图6中。在泡沫系统和插管式系统中的相同气泡尺寸下，泡沫系统中的横截面积比明显更高。气泡尺寸越小，该比率越高。因此，在泡沫中的重质烃加工使等离子体-液体相互作用与插管式系统相比增加至少4.88倍。这提高原油加工的效率，由此降低总生产成本。

已经观察到，使用发泡系统生成等离子体的一个优点是降低电导率(conductivity)，或提高该系统的电阻率(resistivity)。图7图解具有泡沫和没有泡沫的系统的电阻率如何随不同电压而变化。具有泡沫的系统的电阻率比无泡沫系统高得多，这导致较低的电导率。这是因为气体的电导率比原油小得多，并且电极之间的更大气体分数进一步降低泡沫的电导率。较低电导率导致较少的能量耗散到电极之间的系统中，否则这将加热泡沫而非引起非热等离子体放电。图7还显示随着加入矿物油以改变原油的粘度，该系统的电阻率如何提高。对于发泡系统，电导率也取决于泡沫中存在的气体分数。尽管5％重质原油/95％矿物油混合物的泡沫的电阻率大于10％重质原油/90％矿物油混合物的电阻率，但根据泡沫中存在的气体分数，电阻率可能在一些区域中重叠，或情况可能相反。换言之，当没有泡沫时，5％混合物的电阻高于10％混合物。但是，对于泡沫，电阻率取决于发泡度：如果发泡度相同，电阻率遵循先前的趋势；但是如果发泡度改变，电阻率也改变。在一些情况下，10％泡沫的电阻率可能高于5％泡沫。

图8图解与泡沫发生器1015耦合1000的、并安置在底座1005上的等离子体放电反应器1010。据图示，在等离子体放电反应器1010上连接四个等离子体放电电极1020-1023(在该图示中具有相同极性)，四个对电极位于下方并在底座1005内。在等离子体放电反应器内存在腔室，可将泡沫引入其中。泡沫然后进入电极之间的放电间隙，在此非热放电将重质原油泡沫分解成较轻的馏分，然后在与泡沫发生器1015连接处相反的点从反应器1010中排出。该反应器可被设计为容纳所需数量的电极对。图9A和9B是在全视图(9A)和横截面(9B)中的反应器1010的进一步视图。

图10图解通过泡沫系统的等离子体放电，和原油反应器或插管式等离子体反应器的常规等离子体处理。对于重质烃加工，可用插管式反应器生成等离子体，其中将气体经由毛细管鼓入液态原油中。电极本身充当毛细管以运送鼓泡气体。在插管式系统中，与本文所述的发泡系统(左侧窗口)相比，在电极之间生成更大和更少的气泡(右侧窗口)。图10图解发泡系统如何在两个电极之间增加气-液界面。由于在等离子体加工过程中的大多数化学反应发生在气-液界面处，发泡系统就更高的转化率和更高的轻质产物分布而言产生更好的产物结果。

图12图解在等离子体放电之前、之中和之后的状况。设计等离子体反应器以使泡沫在电极之间的停留时间大于两次放电之间的时间。这有助于避免相同泡沫在电极之间再循环，其中多次放电反复穿过相同泡沫。图12描绘了在分解(breakdown)后，新的泡沫如何由于放电的冲击波而涌入电极之间以替换由聚结的气泡生成的液体。

已经表明，用于使溶解的气体卸压以在泡沫中产生高气体体积分数的发泡反应器的开发通过实现所需发泡水平而具有高效率。与仅使用液体鼓泡的系统相比，这产生更适于通过等离子体放电进行重整的泡沫，以致重质烃高效转化成轻质烃。

尽管已经例示和描述了某些实施方案，应该理解的是，可根据本领域中的普通技术对其作出变动和修改而不背离在如下列权利要求中界定的其更广泛方面中的技术。

本文中示例性描述的实施方案可合适地在不存在没有具体公开在本文中的任何要素、限制的情况下实施。因此，例如，术语“包含”、“包括”、“含有”等应该广义地而非限制性地解读。另外，本文所用的这些术语和措辞用作描述性而非限制性术语，并且在这些术语和措辞的使用中无意排除所显示和描述的要素或其部分的任何等同物，但要认识到，在所要求保护的技术范围内可能有各种修改。另外，短语“基本由…组成”被理解为包括具体列举的那些要素和不实质影响所要求保护的技术的基本和新颖特征的那些附加要素。短语“由…组成”排除没有指定的任何要素。

本公开不限于本申请中描述的特定实施方案。如本领域技术人员显而易见，可以作出许多修改和变动而不背离其精神和范围。除本文中列举的那些外，在本公开的范围内的功能等同方法和组合物是本领域技术人员由上文的描述显而易见的。这样的修改和变动意图落在所附权利要求书的范围内。本公开仅受所附权利要求书的条款以及这些权利要求有权享有的等同物的完整范围限制。要理解的是，本公开不限于特定方法、试剂、化合物、组合物或生物系统，它们当然可变。还要理解的是，本文所用的术语仅用于描述特定实施方案并且无意构成限制。

此外，如果以马库什群组描述本公开的特征或方面，本领域技术人员会认识到，由此也以该马库什群组的任一成员或成员亚组描述本公开。

本领域技术人员会理解，出于任何和所有目的，特别是在提供书面描述方面，本文中公开的所有范围也包括任何和所有可能的子范围及其子范围的组合。任何列举的范围容易被确认为充分描述和允许同一范围被拆分成至少两等分、三等分、四等分、五等分、十等分，等等。作为一个非限制性实例，本文中论述的各范围容易拆分成下1/3、中间1/3和上1/3，等等。本领域技术人员也会理解，如“最多”、“至少”、“大于”、“小于”之类的所有词语包括列举的数值并且是指可随后如上论述拆分成子范围的范围。最后，如本领域技术人员理解，一个范围包括各个成员。

本说明书中提到的所有出版物、专利申请、授权专利和其它文献经此引用并入本文，就像各个出版物、专利申请、授权专利或其它文献明确地和逐一被指出全文经此引用并入本文。经此引用并入的文本中所含的定义在与本公开中的定义冲突的情况下排除。

在下列权利要求中阐述了其它实施方案。

Claims (18)

1.一种用于使重质原油发泡的装置，所述装置包含：

配置为接收重质原油和至少部分溶解在重质原油中的含氢气体的加压混合物的流体入口；

保持在大气压或接近大气压的腔室；

介于流体入口与腔室之间且直径小于流体入口或腔室的喷嘴；和

连接到腔室的流体出口；

其中所述装置配置为使加压混合物在经过喷嘴并进入腔室时发泡。

2.权利要求1的装置，其中所述含氢气体是C₁-C₅烃气体。

3.权利要求1的装置，其中所述含氢气体是甲烷、乙烷、丙烷、正丁烷、异丁烷、正戊烷、异戊烷或新戊烷。

4.权利要求1-3任一项的装置，其中所述装置配置为提供大于大约140psig的在流体入口与腔室之间的压力差。

5.一种用非热等离子体将重质原油转化成轻质烃的装置，所述装置包含：

用于接收重质原油的第一罐；

流体连接到第一罐的射流喷射器，所述射流喷射器配置为在压力下将含氢气体喷射到一部分重质原油中以形成包含重质原油和至少部分溶解在其中的含氢气体的加压混合物；

流体连接到射流喷射器的泡沫发生器，所述泡沫发生器包含：

配置为接收来自射流喷射器的加压混合物的流体入口；

保持在大气压或接近大气压的腔室；和

介于流体入口与腔室之间且直径小于流体入口或腔室的喷嘴；和

连接到腔室的流体出口；和

流体连接到流体出口的非热等离子体反应器，所述非热等离子体反应器包含至少两个连接到脉冲高压电源的电极；

其中所述装置配置为使加压混合物在经过喷嘴并进入腔室时发泡。

6.权利要求5的装置，其中所述含氢气体是C₁-C₅烃气体。

7.权利要求6的装置，其中所述含氢气体是甲烷、乙烷、丙烷、正丁烷、异丁烷、正戊烷、异戊烷或新戊烷。

8.权利要求5-7任一项的装置，其中所述装置配置为提供大于大约140psig的在流体入口与腔室之间的压力差。

9.权利要求5-8任一项的装置，其进一步包含配置为接收来自非热等离子体反应器的流出物的第二罐，所述流出物包含比加压混合物中存在的高的轻质烃浓度。

10.权利要求9的装置，其进一步包含流体连接到第二罐的冷凝器，其中所述冷凝器配置为接收并从所述流出物中分离轻质烃，并且其中至少一部分分离的轻质烃被分离到第一产物料流中。

11.权利要求10的装置，其进一步包含从冷凝器到第一罐的再循环料流，所述再循环料流配置为将未反应的重质原油和其它反应产物从非热等离子体反应器送回第一罐。

12.一种由重质原油非热等离子体生成轻质烃的方法，所述方法包含：生成在第一压力下的含氢气体和重质原油的加压混合物；

使所述加压混合物经过喷嘴进入保持在低于第一压力的第二压力下的腔室中，其中在经过喷嘴时，所述加压混合物形成原油泡沫；和

将原油泡沫送往非热等离子体反应器以将至少一部分重质原油转化成轻质烃。

13.权利要求12的方法，其中所述原油泡沫表现出100至150微米的平均气泡直径。

14.权利要求12或13的方法，其中所述原油泡沫的体积为用于形成泡沫的重质原油的至少两倍。

15.权利要求12-14任一项的方法，其进一步包含传送来自非热等离子体反应器的流出物，所述流出物包含未反应的重质原油和轻质烃，其中轻质烃的浓度在所述流出物中高于在加压混合物中。

16.权利要求12-15任一项的方法，其进一步包含收集包含轻质烃的产物料流。

17.权利要求12-16任一项的方法，其进一步包含在生成加压混合物之前将重质原油与稀释剂混合。

18.权利要求17的方法，其中所述稀释剂包含矿物油或轻质烃液体。

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