DE60213584T2

DE60213584T2 - Integrierte bitumenproduktion und gaskonvertierung

Info

Publication number: DE60213584T2
Application number: DE60213584T
Authority: DE
Inventors: Mark Stephen Stewartsville DAVIS; Gerard Michael Lambertville MATTURRO
Original assignee: ExxonMobil Research and Engineering Co
Current assignee: ExxonMobil Technology and Engineering Co
Priority date: 2001-03-27
Filing date: 2002-03-01
Publication date: 2007-10-18
Anticipated expiration: 2022-03-02
Also published as: EP1387875A2; US20020170846A1; ATE335062T1; WO2002077124A3; ES2269742T3; TWI227270B; US6531516B2; JP2004532304A; CA2439095C; AU2002306733B2; CN1263827C; AR033062A1; DE60213584D1; CA2439095A1; CN1500131A; EP1387875B1; ZA200306285B; BR0207755A; DK1387875T3; BR0207755B1

Description

Hintergrund der Offenbarung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren, bei dem Kohlenwasserstoffe und Wasserdampf, die durch ein Gasumwandlungsverfahren produziert werden, verwendet werden, um Bitumenproduktion und -transport zu stimulieren. Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren, bei dem Erdgas in ein Fischer-Tropsch-Synthesegaseinsatzmaterial umgewandelt wird, aus dem flüssige Kohlenwasserstoffe und Wasserdampf produziert werden, um die Bitumenproduktion und den Transport mittels Pipeline zu Raffinierungsanlagen zu erleichtern.
Hintergrund der Erfindung
Sehr schwere Rohölvorräte, wie die Teersandformationen, die man in Gebieten wie Kanada und Venezuela findet, enthalten Billionen von Barrel von sehr schwerem viskosem Erdöl, das üblicherweise als Bitumen bezeichnet wird. Das Bitumen hat eine API-Dichte, die typischerweise im Bereich von 5° bis 10° liegt, und eine Viskosität bei Formationstemperaturen und -drücken, die so hoch wie eine Million Centipoise sein kann. Die kohlenwasserstoffhaltigen oder kohlenwasserstoffartigen Moleküle, die das Bitumen bilden, sind wasserstoffarm und haben einen Gehalt an Harz plus Asphaltenen, der bis zu 70 % beträgt. Dadurch ist das Bitumen schwer zu produzieren, zu transportieren und zu veredeln. Seine Viskosität muss in situ unter der Erde reduziert werden, damit es abgepumpt (produziert) werden kann. Obwohl in-situ-Bitumenverdünnung mit einem aromatischen Lösungsmittel zur Viskositätsverminderung (kanadisches Patent 1 034 485) vorgeschlagen worden ist, wird die Bitumenproduktion üblicherweise durch Wasserdampfstimulation erleichtert. Bei der wasserdampfstimulierten Bitumenproduktion wird heißer Wasserdampf herunter in die Formation injiziert, um die Viskosität des Öls in ausreichendem Maße herabzusetzen, um es aus dem Boden herauszupumpen. Dies wird beispielsweise in US-A-4 607 699 offenbart. US-A-4 874 043 offenbart das alternierende Pumpen von Wasserdampf und heißem Wasser in den Boden. Wasserdampfproduziertes Bitumen ist jedoch immer noch zu viskos, um mittels Pipeline zu Veredelungsanlagen transportiert werden zu können. Es muss daher mit einer ausreichenden Menge kompatibler Flüssigkeit mit niedrigerer Viskosität verdünnt werden, um eine Mischung mit einer ausreichend niedrigen Viskosität zu produzieren, um mittels Pipeline transportiert werden zu können. Dies ist bekannt und wird beispielsweise in US-A-6 096 192 offenbart. Ein signifikantes Merkmal der Bitumenproduktion ist eine Quelle für leicht verfügbaren Wasserdampf, von dem ein Teil in dem Verfahren verloren geht oder verbraucht wird und nicht zurückgewonnen werden kann. Ein weiteres Merkmal ist eine reichliche Quelle eines kompatiblen Verdünnungsmittels für Bitumen, insbesondere wenn es in einer Weise mit einmaligem Durchsatz verwendet wird und vorzugsweise ohne dass ein nachgeordneter Bitumenumwandlungsschritt erforderlich ist, um das Verdünnungsmittel zu produzieren. In der US-A-6 096 192 wird das Verdünnungsmittel erhalten, indem eine Mischung aus Erdgaskondensat und niedrig siedenden Kohlenwasserstoffen gebildet wird, die aus der partiellen katalytischen Hydroumwandlung des Bitumens erhalten werden. Zum Veredeln von Bitumen-Mitteldestillatbrennstoffen, die durch die Bitumenumwandlung produziert werden, ist eine reichliche Quelle für Wasserstoff erforderlich. Wenn Bitumen-Dieselproduktion erwünscht ist, wird eine relativ cetanreiche Mischkomponente zum Mischen mit dem cetanärmeren Bitumen-Diesel benötigt.
Gasumwandlungsverfahren produzieren Kohlenwasserstoffe aus einem Synthesegas, das von Erdgas abgeleitet ist, wie wohl bekannt ist. Das Synthesegas enthält eine Mischung von H₂ und CO, die in Gegenwart von Fischer-Tropsch-Katalysator miteinander umgesetzt werden, um Kohlenwasserstoffe zu bilden. Es sind Festbett-, Wirbelbett- und Aufschlämmungs-Kohlenwasserstoffsyntheseverfahren verwendet worden, die alle in verschiedenen technischen Artikeln und in Patenten gut dokumentiert sind. Es werden sowohl leichte als auch schwere Kohlenwasserstoffe synthetisiert. Zusätzlich zu der Kohlenwasserstoffproduktion produzieren diese Verfahren auch Wasserdampf und Wasser. Es wäre eine Verbesserung in der Technik, wenn Bitumenproduktion und Gasumwandlung integriert werden könnten, um Merkmale des Gasumwandlungsverfahrens zur Verbesserung der Bitumenproduktion und -produkte zu nutzen.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren, bei dem Erdgas in ein Synthesegaseinsatzmaterial umgewandelt wird, aus dem flüssige Kohlenwasserstoffe und Wasserdampf produziert werden, um die Bitumenproduktion und den Transport mittels Pipeline zu Raffinierungsanlagen zu erleichtern. Die Umwandlung von Erdgas in Synthesegas und die Produktion von Kohlenwasserstoffen aus dem Synthesegas wird nachfolgend als "Gasumwandlung" bezeichnet. Das zur Herstellung von Syngas verwendete Erdgas kommt typischerweise und vorzugsweise aus dem Bitumenfeld oder einem in der Nähe befindlichen Gasbrunnen. Die Gasumwandlung produziert flüssige Kohlenwasserstoffe, Wasserdampf und Wasser. Die Erfindung betrifft somit allgemein ein integriertes Gasumwandlungs- und Bitumenproduktionsverfahren, bei dem der Gasumwandlungs-Wasserdampf und die Kohlenwasserstoffflüssigkeiten zur Stimulierung der Bitumenproduktion beziehungsweise zur Verdünnung zum Transport verwendet werden.
Die Umwandlung von Erdgas in Synthesegas wird durch jedes geeignete Synthesegasverfahren erreicht. Das Synthesegas enthält eine Mischung aus H₂ und CO und wird mit einem geeigneten Kohlenwasserstoffsynthesekatalysator unter Reaktionsbedingungen kontaktiert, die wirksam sind, damit das H₂ und CO in dem Gas reagieren und Kohlenwasserstoffe produzieren, von denen mindestens ein Teil flüssig ist. Ein Teil dieser flüssigen Kohlenwasserstoffe, vorzugsweise niedriger siedende Kohlenwasserstoffe und insbesondere jene, die eine Naphthafraktion beinhalten, werden zur Verdünnung der Viskosität des nach dem Verfahren produzierten Bitumens verwendet, so dass es mittels Pipeline zu einer Raffinierungsanlage transportiert werden kann. Das Gasumwandlungsverfahren produziert auch Hoch- und Mitteldruckwasserdampf, der insgesamt oder teilweise in den Boden injiziert wird, um die Bitumenproduktion zu stimulieren. Zusätzlich zu Kohlenwasserstoffen wird durch die Kohlenwasserstoffsynthesereaktion Wasser produziert, das insgesamt oder in Teilen erhitzt werden kann, um Wasserdampf für die Bitumenproduktion zu produzieren. Mit "Gasumwandlungs-Wasserdampf" oder "Wasserdampf, der durch ein Gasumwandlungsverfahren erhalten oder daraus abgeleitet ist" ist im Kontext der Erfindung gemeint, dass irgendwelches oder alles von (i) Hoch- und Mitteldruckwasserdampf, der durch das Gasumwandlungsverfahren hergestellt worden ist, und (ii) Wasserdampf, der durch Erhitzen des Reaktionswassers der Kohlenwasserstoffsynthese produziert worden ist, und jegliche Kombination davon eingeschlossen ist. Dies wird nachfolgend detailliert erläutert. Mit Bitumenproduktion ist wasserdampfstimulierte Bitumenproduktion gemeint, bei der Wasserdampf in eine Bitumenformation injiziert wird, um das Bitumen zu erweichen und seine Viskosität zu reduzieren, so dass es aus dem Boden herausgepumpt werden kann.
Obwohl das Kohlenwasserstoffverdünnungsmittel zurückgewonnen und für die Bitumenverdünnung wiederverwendet oder zurückgeführt werden kann, ist es bei Verwendung auf Basis von einmaligem Durchsatz effektiver, damit es nicht mittels Pipeline von der nachgeordneten Bitumenumwandlungsanlage zurück zu dem Bitumenverdünnungsverfahren transportiert werden muss. In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Kohlenwasserstoffverdünnungsmittel somit nicht zurückgeführt, sondern auf Basis des einmaligen Durchsatzes verwendet. In einer anderen Ausführungsform wird es in der Bitumenraffinierungsanlage zurückgewonnen und in die Bitumenproduktionsanlage zurückgeführt, wo es wieder zum Verdünnen des Bitumens für den Pipelinetransport verwendet wird. In einem typischen erfindungsgemäßen integrierten Verfahren wird ein Teil der nach dem Gasumwandlungsverfahren synthetisierten Kohlenwasserstoffe veredelt, um ein synthetisches Rohöl oder brauchbarere, niedriger siedende Produkte zu produzieren. Das Bitumen wird auch veredelt. Veredelung beinhaltet Fraktionierung und in der Regel und vorzugsweise ein oder mehrere Umwandlungsverfahren. Mit Umwandlung ist mindestens ein Verfahrensschritt gemeint, in dem mindestens ein Teil der Moleküle verändert wird und das Wasserstoff als Reaktant einschließen kann oder nicht. Bei dem Bitumen schließt dies Umwandlung durch Cracken ein, das nicht-katalytisches Verkoken oder katalytisches Cracken sein kann, gefolgt von einem oder mehreren Hydroumwandlungsverfahren, die nachfolgend detaillierter erläutert werden. In einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann der Gasumwandlungsanteil des Verfahrens eingestellt werden, um zusätzlichen Wasserstoff, der zum Umwandeln des Bitumens brauchbar ist, niedriger siedende Kohlenwasserstoffe, die durch die Bitumenveredelung produziert werden, und/oder Kohlenwasserstoffe, die durch das Gasumwandlungsverfahren synthetisiert werden, zu produzieren. Die Kohlenwasserstoffsynthese produziert ein Restgas, das Methan und nicht-umgesetzten Wasserstoff enthält. In einer weiteren Ausführungsform kann dieses Restgas als Brennstoff verwendet werden, um Wasserdampf für Bitumenproduktion, Pumpen oder andere Verfahrensgeräte zu produzieren.
Im allgemeinen Sinne beinhaltet das erfindungsgemäße integrierte Gasumwandlungs- und Bitumenproduktionsverfahren (i) das Stimulieren der Produktion von Bitumen mit Wasserdampf, der aus einem erdgasgespeisten Gasumwandlungsverfahren erhalten wurde, welches Wasserdampf und Kohlenwasserstoffe einschließlich flüssiger Kohlenwasserstoffe produziert, (ii) das Verdünnen des produzierten Bitumens mit einem Verdünnungsmittel, das mindestens einen Teil der flüssigen Kohlenwasserstoffe enthält, um eine pipelinefähige Fluidmischung zu bilden, die das Bitumen und Verdünnungsmittel enthält, und (iii) das Transportieren der Mischung mittels Pipeline zu einer Bitumenveredelungsanlage. Mit flüssigen Kohlenwasserstoffen sind Kohlenwasserstoffe gemeint, die unter den Standardbedingungen von Raumtemperatur und Druck flüssig sind. In weiteren Ausführungsformen schließt das Verfahren das Veredeln von mindestens einem und vorzugsweise beiden von dem Bitumen und mindestens einem Teil der Gasumwandlungs-Kohlenwasserstoffe ein. In einer weiteren Ausführungsform, die eine bevorzugte Ausführungsform ist, enthält das Verdünnungsmittel eine Naphthafraktion. In weiteren Ausführungsform wird mindestens ein Teil von jeglichem Wasserstoff, der zur Veredelung erforderlich ist, aus dem Synthesegas produziert. In einer detaillierteren Ausführungsform beinhaltet die Erfindung die Stufen, bei denen (i) Erdgas in Synthesegas umgewandelt wird, (ii) aus dem Synthesegas flüssige Kohlenwasserstoffe und Wasserdampf produziert werden, (iii) ein Teil des Wasserdampfes zur Produktion von Bitumen verwendet wird und (iv) ein Teil der flüssigen Kohlenwasserstoffe zum Verdünnen des Bitumens verwendet wird, um seine Viskosität in ausreichendem Maße herabzusetzen, damit es mittels Pipeline zu einer Bitumenveredelungsanlage transportiert werden kann. In einer weiteren detaillierten Ausführungsform beinhaltet das erfindungsgemäße Verfahren:

(i) Umwandeln von Erdgas in heißes Synthesegas, das eine Mischung aus H₂ und CO enthält, die durch indirekten Wärmetausch mit Wasser gekühlt wird, um Hochdruckwasserdampf zu produzieren;
(ii) Kontaktieren des Synthesegases mit einem Kohlenwasserstoffsynthesekatalysator in einem Kohlenwasserstoffsynthesereaktor unter Reaktionsbedingungen, die effektiv sind, damit H₂ und CO in dem Gas reagieren und Wärme, flüssige Kohlenwasserstoffe, und ein Gas produzieren, das Methan und Wasserdampf enthält;
(iii) Ableiten der Wärme durch indirekten Wärmetausch mit Wasser aus dem Reaktor, um Wasserdampf zu produzieren;
(iv) Leiten mindestens eines Teils des in einer oder beiden Stufen (i) und (iii) produzierten Wasserdampfes herunter in eine Teersandformation zur Wärmebehandlung und Viskositätsherabsetzung des Bitumens in ausreichendem Maße, damit es aus der Formation entfernt werden kann;
(v) Produzieren des Bitumens durch Entfernen desselben aus der Formation;
(vi) Herabsetzen der Viskosität des produzierten Bitumens durch Mischen desselben mit einem Verdünnungsmittel, das einen Teil der in Stufe (ii) produzierten flüssigen Kohlenwasserstoffe enthält; und
(iii) Transportieren der Mischung mittels Pipeline zu einer Bitumenveredelungsanlage.

Weitere Ausführungsformen schließen jene ein, die bereits beschrieben wurden, sowie Abkühlen des in Stufe (ii) produzierten Gases und Wasserdampfes, um das Wasser auszukondensieren und abzutrennen und ein methanhaltigen Restgas mit reduziertem H₂O-Gehalt zu bilden, wobei das Wasser gegebenenfalls zur Erzeugung von zusätzlichem Wasserdampf verwendet wird und das Endgas als Brennstoff verwendet wird. Der Gasbrennstoff wird zur Erzeugung von Wasserdampf für die Bitumenproduktion und dazugehöriger Verfahrensanlagen verwendet.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein einfaches Blockfließdiagramm eines erfindungsgemäßen integrierten Bitumenproduktions- und Gasumwandlungsverfahrens.
2 ist ein Fließdiagramm eines zur Durchführung der Erfindung brauchbaren Gasumwandlungsverfahrens.
3 ist ein Blockfließdiagramm eines zur Durchführung der Erfindung brauchbaren Bitumenveredelungsverfahrens.
Detaillierte Beschreibung
In dem Gasumwandlungsanteil des erfindungsgemäßen Verfahrens wird Synthesegas, das eine Mischung von H₂ und CO enthält, durch die partielle Oxidation und/oder Wasserdampfreformierung von Erdgas oder jeglichem anderen geeigneten Gas, das hauptsächlich Methan enthält, nach jedem beliebigen Synthesegasverfahren produziert. Erdgas ist wegen seines hohen Methangehalts und seiner relativen Sauberkeit bevorzugt. Reichliche Vorräte von Erdgas finden sich in der Regel in oder in der Nähe von Teersandformationen. Das Synthesegas, das eine Mischung von H₂ und CO enthält, wird zum Synthetisieren von Kohlenwasserstoffen in einem oder mehreren Kohlenwasserstoffsynthesereaktoren verwendet, worin H₂ und CO in Gegenwart von Katalysator vom Fischer-Tropsch-Typ unter Bildung von Kohlenwasserstoffen einschließlich leichter und schwerer Fraktionen reagieren. Die leichte Fraktion enthält Naphtha und in der Regel auch Dieselfraktionen. Das Naphtha hat die niedrigste Viskosität, und es ist bevorzugt, das Naphtha zum Verdünnen des Bitumens zum Pipelinetransport zu verwenden. Verdünnungsexperimente wurden durchgeführt, indem ein Cold Lake-Bitumen mit C₅-121°C (250°F) Naphtha und mit einer 121-371°C (250-700°F) Mitteldestillatfraktion verdünnt wurde, die durch eine Fischer-Tropsch-Kohlenwasserstoffsynthesereaktion produziert worden waren. Es wurde gefunden, dass 31 Vol.% des Naphthas erforderlich waren, um die Viskosität des Bitumens auf 40 cSt bei 40°C zu reduzieren. Im Unterschied dazu waren 40 Vol.% der Destillatfraktion beziehungsweise 38 Vol.% des Gaskondensat-Verdünnungsmittels des Standes der Technik erforderlich, um die gleiche Viskosität zu erreichen. Das Verdünnen von Bitumen mit Gasumwandlungsnaphtha erfordert somit signifikant weniger Verdünnungsmittel, als wenn ein Gasbrunnenkondensat als Verdünnungsmittel verwendet wird. Das Gasumwandlungsverfahren produziert auch Hoch- und Mitteldruckwasserdampf, ein als Brennstoff brauchbares Endgas und Wasser. Der Hochdruckwasserdampf wird produziert, indem das den Synthesegasreaktor verlassende heiße Synthesegas abgekühlt wird, während der Mitteldruckwasserdampf produziert wird, indem der Kohlenwasserstoffsynthesereaktor gekühlt wird. Mindestens ein Teil des Hochdruckwasserdampfes und gegebenenfalls der Mitteldruckwasserdampf wird bzw. werden für die Bitumenproduktion verwendet. Das Brennstoffgas kann verwendet werden, um das Wasser zu erhitzen, um mehr Wasserdampf zu produzieren, und/oder um mindestens einen von dem Hoch- und Mitteldruckwasserdampf zu überhitzen. Dieser Wasserdampf wird zyklisch oder kontinuierlich in eine unterirdische Teersandformation injiziert, um sie zu erhitzen und dadurch die Viskosität des Schweröls oder Bitumens ausreichend zu re duzieren, damit es aus dem Boden herausgepumpt werden kann. Dies ist als wasserdampfstimuliertes Bitumen bekannt. Der Begriff "Teersand" soll hier eine sandige Formation beschreiben, die ein bitumenartiges, besonders schweres Öl in ausreichend großen Mengen enthält, um sie wirtschaftlich zu produzieren und zu brauchbareren, niedriger siedenden Produkten zu raffinieren oder zu veredeln. In dem erfindungsgemäßen Verfahren reduziert der Wasserdampf aus dem Gasumwandlungsverfahren die Viskosität des Bitumens, wodurch seine Produktion stimuliert wird. Die Bitumenveredelung beinhaltet Fraktionierung und ein oder mehrere Umwandlungsverfahrensschritte.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren können die niedriger siedenden und vorzugsweise flüssigen Naphtha-Kohlenwasserstoffe, die als Verdünnungsmittel verwendet werden, um die Viskosität des Bitumens herabzusetzen, vor der Bitumenumwandlung zurückgewonnen werden und zur Bitumenverdünnung zurückgeführt werden. Es ist jedoch bevorzugt, sie auf Basis des einmaligen Durchsatzes zu verwenden, damit die Notwendigkeit des Transportierens derselben aus der Bitumenveredelungseinrichtung zurück zu dem Bitumenproduktionsbrunnengebiet entfällt. Mit niedriger siedend ist 371°C- (700°F-), vorzugsweise 316°C- (600°F-), insbesondere 260°C- (500°F-) und am meisten bevorzugt Naphtha einschließlich sowohl leichter als auch schwerer Naphthafraktionen und eine Mischung davon gemeint. Eine Naphthafraktion hat die niedrigste Viskosität und kann Kohlenwasserstoffe enthalten, die im Bereich von C₅ bis zu 216-232°C (420-450°F) sieden. Schweres Naphtha kann einen Siedebereich von 121-216°C/232°C (270-420/450°F) haben, während er für leichtes Naphtha in der Regel C₅-160°C (320°F) ist. Wenn maximale Dieselproduktion erwünscht ist, wird die cetanreiche Dieselfraktion, die durch die Gasumwandlung produziert wird, mit einer Hydrotreating unterzogenen Dieselfraktion gemischt, die durch Bitumenumwandlung produziert wird, und wird nicht als Verdünnungsmittel verwendet. Dadurch wird der Gasumwandlungs-Diesel nicht mit den Metall- und Heteroatomverbindungen in dem Bitumen verunreinigt, und das nachfolgende Hydrotreating entfällt, das durch diese Verunreinigung erforderlich wäre, da durch Gasumwandlung produzierter Diesel kein Hydrotreating zur Entfernung von Metallen, Aromaten und Heteroatomen benötigt. Das erfindungsgemäße integrierte Verfahren, das das Bitumenverdünnungsmittel produziert, macht auch die Notwendigkeit von katalytischer Hydroumwandlung des Bitumens überflüssig, um seine Viskosität zu reduzieren, bevor es verdünnt und mittels Pipeline transportiert wird, was gemäß dem in der US-A-6 096 192 offenbarten Verfahren erforderlich ist.
Es ist nicht ungewöhnlich, dass Erdgas bis zu 92+ Mol.% Methan enthält, wobei der Rest vorwiegend C₂+-Kohlenwasserstoffe, Stickstoff und CO₂ ist. Es ist somit ein idealer und relativ sauberer Brennstoff für die Synthesegasproduktion, und in der Regel finden sich reichliche Mengen assoziiert mit oder in der Nähe von Teersandformationen. Während in dem Gas vorhandene C₂-C₅-Kohlenwasserstoffe zur Synthesegasproduktion zurückgelassen werden können, werden sie in der Regel als LPG abgetrennt, während die C₅+-Kohlenwasserstoffe auskondensiert werden und als Gasbrunnenkondensat bekannt sind. Das nach Abtrennung der höheren Kohlenwasserstoffe, Schwefel- und Heteroatomverbindungen verbleibende methanreiche Gas und in einigen Fällen auch Stickstoff und CO₂ wird als Brennstoff in einen Synthesegasreaktor geleitet. Wenn Stickstoff nicht aus dem Erdgas entfernt wird, bevor es in Synthesegas umgewandelt wird, werden HCN und NH₃ nach dem Abkühlen aus dem Synthesegas entfernt, bevor es in einen oder mehrere Kohlenwasserstoffsynthesereaktoren geleitet wird. In einem Synthesegasreaktor reagiert das Erdgas mit Sauerstoff und/oder Wasserdampf unter Bildung von Synthesegas, das dann als Einsatzmaterial für die Kohlenwasserstoffsynthese dient. Bekannte Verfahren für die Synthesegasproduktion schließen partielle Oxidation, katalytische Wasserdampfreformierung, Wassergasverschiebungsreaktion und Kombinationen davon ein. Zu diesen Verfahren gehören partielle Oxidation in der Gasphase (GPOX), autothermales Reformieren (ATR), Wirbelbett-Synthesegaserzeugung (FBSG), partielle Oxidation (POX), katalytische partielle Oxidation (CPO) und Wasserdampfreformierung. ATR und FBSG verwenden partielle Oxidation und katalytische Wasserdampfreformierung. Eine Rezension dieser Verfahren und ihrer relativen Vorzüge finden sich beispielsweise in US-A-5 883 138. Synthesegasverfahren sind stark exotherm, und es ist nicht ungewöhnlich, dass das aus dem Reaktor austretende Synthesegas beispielsweise eine Temperatur bis zu 1095°C (2000°F) und einen Druck von 50 Atmosphären hat. Das den Reaktor verlassende heiße Synthesegas wird durch indirekten Wärmetausch mit Wasser abgekühlt. Dies produziert eine wesentliche Menge Hochdruckwasserdampf (z. B. 40,8-61,2/136 atm (600-900/2000 psia) mit jeweiligen Temperaturen von etwa 254-279/335-371°C (490-535/635-700°F), der weiter erwärmt werden kann.
In Bezug auf die nachgeordnete Bitumenveredelung beinhalten das eine oder mehrere Umwandlungsverfahren Cracken durch Verkoken oder katalytisches Cracken und/oder ein oder mehrere Hydroverarbeitungsverfahren, bei denen Wasserstoff ein Reaktant ist, wie Hydrotreating, hydrierendes Cracken und Isomerisierung. In der Regel wird Verkoken verwendet und es crackt das Bitumen ohne Anwesenheit eines Katalysators zu niedriger siedendem Material und Koks. Es kann entweder verzögertes Verkoken, Wirbelschicht-Verkoken oder katalytisches Verkoken sein, und in der Regel schließen sich ein oder mehrere Hydroverarbeitungsverfahren an. Dem Verkoken kann partielle Hydroverarbeitung vorausgehen. Das durch Verkoken produzierte niedriger siedende Material wird mit Wasserstoff umgesetzt, um Heteroatom- und aromatische Verbindungen zu entfernen sowie den Molekülen Wasserstoff zuzufügen. Dies erfordert eine gute Wasserstoffquelle, weil das Bitumen ein niedriges Verhältnis von Wasserstoff zu Kohlenstoff hat (z. B. ~ 1,4 bis 1,8). Obwohl die meisten der Metalle als Teil des Koks entfernt werden, haben die niedriger siedenden Kohlenwasserstoffe einen hohen Gehalt an Heteroatomverbindungen (z. B. Schwefel) und ein niedriges Wasserstoff-zu-Kohlenstoff-Verhältnis, wenn auch nicht so niedrig wie bei dem rohen Bitumen. Dies bedeutet, dass die niedriger siedenden flüssigen Produkte, wie Dieselfraktionen, die aus dem Verkoken resultieren, arm an n-Paraffinen sind. Infolgedessen liegt die Cetanzahl der aus der Bitumenveredelung gewonnenen Dieselfraktionen in der Regel zwischen 35 und 45. Wenn dies auch für einen Schwerlast-Straßendieselkraftstoff ausreichen kann, ist es doch für andere Dieselkraftstoffe niedriger als erwünscht. Die von Bitumen abgeleiteten Dieselfraktionen werden daher mit Dieselfraktionen mit einer höheren Cetanzahl gemischt. Bitumen-Dieselfraktionen, die durch Verkoken des Bitumens produziert werden, werden Hydrotreating unterzogen, um Aromaten und Heteroatomverbindungen zu entfernen, wie Schwefel und Stickstoff, um eine behandelte Dieselfraktion zu produzieren, die als Mischmaterial brauchbar ist. Die aus dem Gasumwandlungsverfahren produzierte Dieselfraktion mit höherer Cetanzahl kann mit einer oder mehreren behandelten Dieselfraktionen gemischt werden, um Dieselkraftstoffmaterialien zu produzieren. Dieselkraftstoff wird produziert, indem eine Mischung aus einem geeigneten Additivpaket und einem Dieselkraftstoffmaterial gebildet wird.
Die folgende Tabelle illustriert eine typische Kohlenwasserstoffproduktverteilung gemäß Siedebereich von einem Aufschlämmungs-Fischer-Tropsch-Kohlenwasserstoffsynthesereaktor, der einen Katalysator verwendet, der eine katalytische Kobaltkomponente auf einer Titandioxid enthaltenden Siliciumdioxid- und Aluminiumoxidträgerkomponente enthält.
Wie die Daten in der Tabelle zeigen, ist die leichte Naphthafraktion 13 Gew.-% des gesamten Kohlenwasserstoffsynthesereaktorprodukts, während die Mitteldestillatfraktion (einschließlich Diesel) 42 Gew.-% ist. Die 260-371°C (500-700°F)-Fraktion mit hoher Cetanzahl ist 19 Gew.-% des Gesamtprodukts oder 45 Gew.-% der Mitteldestillatfraktion. Die gesamte C₅-204°C (C₅-400°F)-Fraktion ist, wenn auch nicht gezeigt, etwa 18-20 Gew.-% des Gesamtprodukts. Es ist dieses Naphtha, gegebenenfalls einschließlich des schweren 204°C+ (400°F+) Naphtha, das als Verdünnungsmittel für das Bitumen verwendet wird, um es mittels Pipeline zu einer Raffinierungsanlage zu transportieren. Wenn Verdünnungsmittelrückführung verwendet wird, wird, nachdem das Gleichgewicht in dem Verfahren erreicht worden ist, nur eine kleine Fraktion des Gasumwandlungsnaphthas als Frischmaterial für die Bitumenverdünnung gebraucht, während der Rest zur weiteren Verarbeitung zur Verwendung zum Mogas-Mischen geleitet wird.
Wenn maximale Dieselproduktion erwünscht ist, kann dann zusätzlich zu dem durch das Gasumwandlungsverfahren produzierten Diesel das gesamte durch die Gasumwandlung produzierte schwere Naphtha oder ein Teil davon mit Hydrotreating unterzogenem Diesel gemischt werden, der von dem Bitumen abgeleitet ist, und nicht zum Verdünnen verwendet werden. In diesem Fall kann auch die gesamte oder ein Teil der durch die Gasumwandlung produzierten Dieselfraktion und vorzugsweise mindestens die 260-371°C (500-700°F) Fraktion auch mit dem Bitumendiesel gemischt werden. Die Mitteldestillatproduktion wird erhöht, indem die wachsartigen 371°C+ (700°F+) Gasumwandlungs-Kohlenwasserstoffe in Kohlenwasserstoffe umgewandelt werden, die im Mitteldestillatbereich sieden. Fachleute wissen, dass Hydroisomerisierung der wachsartigen 371°C+ (700°F+) Fraktion mildes Hydrocracken einschließt (vergleiche US-A-6 080 301, wobei Hydroisomerisierung der 371°C+ (700°F+) Fraktion 50 % in niedriger siedende Kohlenwasserstoffe umwandelte). Gewünschtenfalls kann somit die gesamte höhere 371°C+ (700°F+) Fraktion oder ein Teil davon hydrierend gecrackt und hydroisomerisiert werden, um zusätzliches Dieselmaterial zu produzieren.
Die Erfindung wird in Bezugnahme auf die Figuren besser verständlich. In 1 befindet sich eine Gasumwandlungsanlage 10 über, neben oder in der Nähe einer Bitumenproduktionsanlage 12, die verdünntes Bitumen mittels Pipeline zu einer Bitumenveredelungsanlage 14 transportiert. Die Produktionsanlage 12 beinhaltet eine unterirdische Teersandformation und Mittel (nicht gezeigt), um Wasserdampf in die Formation herunter zu injizieren, das erweichte Bitumen herauszupumpen, Gas und Wasser aus dem produzierten Bitumen abzutrennen und das produzierte Bitumen mit Naphtha zum Transport mittels Pipeline zu verdünnen. Erdgas, das hauptsächlich Methan enthält, und Luft oder Sauerstoff, vorzugsweise Sauerstoff, werden jeweils über Leitungen 16 beziehungsweise 18 in die Gasumwandlungsanlage geleitet. Die Gasumwandlungsanlage produziert Synthesegas, Kohlenwasserstoffe, Hoch- und Mitteldruckwasserdampf, Wasser und ein als Brennstoff brauchbares Endgas. Naphtha enthält einen Teil der synthetisierten Kohlenwasserstoffe. Wasserdampf und Naphtha werden von der Gasumwandlungsanlage über Leitungen 20 beziehungsweise 22 in die Bitumenproduktionsanlage geleitet. Der Rest der Kohlenwasserstoffe wird über Leitung 24 entfernt. Der Wasserdampf wird herunter in die unterirdische Teersandformation geleitet, um die Bitumenproduktion zu stimulieren, und das produzierte Bitumen wird mit dem Naphtha verdünnt. Die resultierende Mischung von Bitumen und Naphtha wird über Pipeline 26 in die Bitumenveredelungsanlage 14 transportiert. In der Veredelungsanlage wird das Bitumen durch Fraktionierung veredelt, und vorzugsweise einschließlich eines oder mehrerer Umwandlungsverfahren. Ein oder mehrere veredelte Produkte, die aus der Bitumenveredelung resultieren, werden über Leitung 28 aus 14 entfernt. Gewünschtenfalls kann alles oder ein Teil des Naphthaverdünnungsmittels in 14 zurückgewonnen und über Leitung 30 zurück zu 22 zur Bitumenverdünnung geführt werden.
Die in 2 gezeigte Gasumwandlungsanlage 10 beinhaltet eine Synthesegaserzeugungsanlage 32, einen oder mehrere Kohlenwasserstoffsynthesereaktoren 34, eine Hydroisomerisierungsanlage 36, eine Fraktionierkolonne 38 und eine Wasserstoffabtrennungsanlage 40. Erdgas, das zur Entfernung von Heteroatomverbindungen, insbesondere Schwefel, und C₂-C₃+-Kohlenwasserstoffen behandelt worden ist, wird über Leitung 42 in die Synthesegasgenerator-Erzeugungsanlage 32 geleitet. In einer bevorzugten Ausführungsform muss das Erdgas zusätzlich zu dem Schwefel und den C₂-C₃+-Kohlenwasserstoffen kryogen verarbeitet werden, um Stickstoff und CO₂ zu entfernen. Sauerstoff von einer Sauerstoffanlage wird über Leitung 44 in den Synthesegasgenerator eingespeist. Gegebenenfalls werden Wasser oder Wasserdampf über Leitung 46 in den Synthesegasgenerator eingespeist. Das in dem Generator erzeugte heiße Synthesegas wird durch indirekten Wärmetausch (nicht gezeigt) abgekühlt, wobei Wasser über Leitung 49 in die Anlage eintritt. Dies produziert Hochdruckwasserdampf, das ganz oder teilweise über Leitung 50 in die Bitumen produzierende Anlage geleitet werden kann, um die Bitumenproduktion zu stimulieren. Der Druck und die Temperatur dieses Wasserdampfes können bis zu 136/150 atm (2000/2200 psia) und 335/343°C (635/650°F) sein. Das kühle Synthesegas wird von Anlage 32 über Leitung 48 in die Kohlenwasserstoffsyntheseanlage 34 geleitet. Ein Nebenstrom des Synthesegases wird über Leitung 52 abgeleitet und in eine Wasserstoffproduktionsanlage 40 geleitet, in der Wasserstoff aus dem Gas produziert und über Leitung 54 in eine Kohlenwasserstoff-Hydroisomerisierungsanlage 36 geleitet wird. In Anlage 40 wird aus dem Synthesegas durch ein oder mehrere von (i) physikalischen Trennmitteln wie Druckwechseladsorption (PSA), Temperaturwechseladsorption (TSA) und Membrantrennung und (ii) chemischen Mitteln, wie einem Wassergasverschiebungsreaktor, Wasserstoff produziert. Wenn wegen unzureichender Kapazität des Synthesegasgenerators ein Wassergasverschiebungsreaktor verwendet wird, werden nach wie vor physikalische Trennmittel verwendet, um einen reinen Wasserstoffstrom aus dem Gasausfluss des Verschiebungsreaktors abzutrennen. Physikalische Trennmittel für die Wasserstoffproduktion werden in der Regel zum Abtrennen des Wasserstoffs von dem Synthesegas verwendet, unabhängig davon, ob chemische Mittel wie eine Wassergasverschiebungsreaktion verwendet wird oder nicht, um Wasserstoff mit dem gewünschten Reinheitsgrad zu erhalten (z. B. mindestens etwa 90 %). TSA und PSA, die Molekularsiebe verwenden, können einen Wasserstoffstrom von 99+ % Reinheit produzieren, während Membrantrennung in der Regel mindestens 80 % reinen Wasserstoff produziert. Bei TSA oder PSA wird das CO-reiche Abgas mitunter als Adsorptions-Spülgas bezeichnet, während es bei der Membrantrennung oft als Nicht-Permeatgas bezeichnet wird. In einer bevorzugten Ausführungsform produziert der Synthesegasgenerator genug Synthesegas für (i) die Kohlenwasserstoffsynthesereaktion und (ii) für die Produktion von mindestens einem Teil des für die Hydroisomerisierung erforderlichen Wasserstoffs durch physikalische Trennmittel, so dass kein Wassergasverschiebungsreaktor erforderlich ist. Das Produzieren von Wasserstoff aus dem Synthesegas unter Verwendung physikalischer Trennmittel liefert relativ reinen Wasserstoff zusammen mit einem Abgas, das eine an Wasserstoff verarmte und CO-reiche Mischung von H₂ und CO enthält. Dieses CO-reiche Abgas kann als Brennstoff verwendet werden oder in die Kohlenwasserstoff-Synthesereaktionszone eingespeist werden. Wenn aus dem Synthesegas Wasserstoff produziert werden, ist bevorzugt, dass das Molverhältnis von H₂ zu CO in dem Gas größer als das stöchiometrische Verhältnis ist, wobei mindestens ein Teil des von dem Wasserstoff in 40 produzierten (abgetrennten) CO über Leitung 56 zurück in Leitung 48 geleitet wird, und vorzugsweise in einer ausreichenden Menge, um das Molverhältnis von H₂ zu CO in dem in 34 geleiteten Synthesegas auf etwa das stöchiometrische Verhältnis einzustellen. Dadurch wird die Verschwendung des wertvollen CO durch Verbrennen als Brennstoff vermieden. Die Wasserstoffproduktion aus Synthesegas durch eine oder mehrere von (PSA), (TSA), Membrantrennung oder Wassergasverschiebungsreaktion ist bekannt und beispielsweise in US-A-6 043 288 offenbart. wenn die Bitumenveredelungsanlage sich ausreichend nahe an der Wasserstoffproduktionsanlage befindet, damit es möglich wird, wird ein Teil des abgetrennten Wasserstoffs aus Leitung 54 über Leitung 58 entfernt und in die Bitumenveredelungsanlage geleitet, um Reaktionswasserstoff zur Hydroumwandlung von einem oder mehreren der veredelten Bitumenprodukte zur Verfügung zu stellen, wie zum Hydrotreating einer von Bitumen abgeleiteten Dieselfraktion.
In der Kohlenwasserstoff-Synthesereaktionsanlage 34 reagieren H₂ und CO in dem Synthesegas in Gegenwart von geeignetem Kohlenwasserstoffsynthesekatalysator unter Bildung von Kohlenwasserstoffen einschließlich einer leichten Fraktion und einer schweren Fraktion. Die Synthesereaktion ist hoch exotherm, und das Innere von einem oder mehreren Synthesereaktoren muss gekühlt werden. Dies wird durch indirekte Wärmetauschermittel (Rohre) in dem Reaktor bewirkt, bei dem zirkulierendes Kühlwasser die gewünschte Reaktionstemperatur aufrechterhält. Dies wandelt das Kühlwasser in Mitteldruckwasserdampf mit einem Druck und einer Temperatur von beispielsweise 10-41 atm (150-600 psia) und 121-254°C (250-490°F) um. Kühlwasser tritt über Leitung 60 in die Anlage ein, kühlt das Innere von einem oder mehreren Synthesereaktoren (nicht gezeigt) und wird zu Mitteldruckwasserdampf, der über Leitung 62 herausgeleitet wird. Der gesamte Wasserdampf oder ein Teil desselben kann auch für die Bitumenproduktion, für Anlagen in dem Gasumwandlungsverfahren, zur Fraktionierung, usw. verwendet werden. Wenn die Bitumenveredelungsanlage nahe genug liegt, kann der gesamte oder ein Teil dieses Wasserdampfes in die Bitumenveredelungsanlage geleitet werden, wo er zur Energieerzeugung, zur Bereitstellung von Wärme für die Fraktionierung, zum Schneiden von Koks aus einem Koker, usw. verwendet werden kann. Es ist bevorzugt, diesen Mitteldruckwasserdampf auf Überhitzungsqualität zu erhitzen, bevor er zur Bitumenproduktion verwendet wird. Die Kohlenwasserstoffsynthesereaktion produziert leichte und schwere Kohlenwasserstoffe, wobei die scheren Kohlenwasserstoffe unter den Synthesereaktionsbedingungen flüssig sind. Mit schwer ist gemeint, dass sie allge mein oberhalb von 260 bis 371°C (500-700°F) sieden. Die leichteren Kohlenwasserstoffe gelangen als Dampf zusammen mit nicht-umgesetztem Synthesegas, CO₂ und Wasserdampf aus dem Synthesereaktor heraus. Dieser Wasserdampf wird über Leitung 64 in 66 aus dem Reaktor herausgeleitet, worin er in einer oder mehreren Stufen gekühlt wird, in denen Wasser und C₂-C₃+-Kohlenwasserstoffe zu Flüssigkeit kondensieren und voneinander und von dem restlichen Endgas getrennt werden. Das Wasser wird über Leitung 68 abgezogen, und die flüssigen leichten Kohlenwasserstoffe über Leitung 70. Das Wasser kann zum Kühlen, zur Wasserdampferzeugung und dergleichen verwendet werden. Das restliche unkondensierte Gas enthält hauptsächlich Methan und leichte ~C₃-Kohlenwasserstoffe, CO₂ und nicht-umgesetztes Synthesegas und wird über Leitung 72 entfernt und als Brennstoff zum Erhitzen von Boilern für die Wasserdampferzeugung zur Energieerzeugung, Bitumenstimulation und -veredelung und allgemein für Verfahrensanlagen verwendet. Das über Leitung 68 entfernte Wasser kann aus irgendwelchen dieser Gründe zu Wasserdampf erhitzt werden, wegen seiner relativen Reinheit jedoch vorzugsweise zu Wasserdampf zur Bitumenveredelung und zur Energieerzeugung. Die schweren synthetisierten Kohlenwasserstoffe werden aus der Kohlenwasserstoffsyntheseanlage über Leitung 74 entfernt und zu Hydroisomerisierungsanlage 36 geleitet, die einen Hydroisomerisierungsreaktor aufweist, in dem sie gecrackt und mit Wasserstoff in Gegenwart eines geeigneten Katalysators hydroisomerisiert werden, um leichtere Kohlenwasserstoffe und Kohlenwasserstoffe mit niedrigeren Siede- und Stockpunkten zu produzieren. In dieser Ausführungsform wird mindestens ein Teil des erforderlichen Reaktionswasserstoffs aus dem in 40 produzierten Wasserstoff erhalten, der über Leitung 54 in die Anlage eintritt. Die hydroisomerisierten Kohlenwasserstoffe werden über Leitung 76 in Leitung 78 geleitet, wo sie sich mit der leichten Fraktion der synthetisierten Koh lenwasserstoffe mischen und in Fraktionierer 38 geleitet werden. Sie werden dann zu verschiedenen Fraktionen einschließlich einer Naphthafraktion 80, einer Diesel- oder Mitteldestillatfraktion 82 und einer Schmierstofffraktion 84 fraktioniert. Jegliche in dem Fraktionierer vorhandenen C₄-Kohlenwasserstoffe werden als Kopfprodukt entfernt und als Brennstoff verwendet. Gegebenenfalls kann die gesamte oder ein Teil der Schmierstofffraktion über Leitung 88 zurück in die Hydroisomerisierungsanlage 36 geführt werden und zur Auslöschung hydrierend gecrackt/hydroisomerisiert werden, um mehr Mitteldestillatbrennstofffraktionen zu produzieren, wie Diesel und Düsentreibstoff. Die gesamte oder ein Teil der Naphthafraktion und vorzugsweise mindestens eine leichte Naphthafraktion, die über Leitung 82 aus dem Fraktionierer entfernt worden ist, werden zur Bitumenverdünnung in die Bitumenproduktionsanlage 12 geleitet.
Eine Ausführungsform einer Bitumenveredelungsanlage oder -einrichtung 14 ist in 3 gezeigt und weist einen atmosphärischen Pipestill (Röhrenofen) oder Stripper 90, einen Vakuumfraktionierer 92, einen Wirbelschichtkoker 94, eine Gasöl-Hydrotreatinganlage 96, eine kombinierte Naphtha- und Mitteldestillat-Hydrotreatinganlage 98 und einen Destillatfraktionierer 100 auf. Die Mischung von Bitumen- und Naphthaverdünnungsmittel gelangt aus Leitung 22 in den ersten Fraktionierer 90, in dem die eingehende Mischung in eine leichte 343-371°C- (650-700°F-) Fraktion und eine schwere 343-371°C+ (650-700°F+)-Sumpfproduktfraktion getrennt wird. Das leichtere Material wird über Leitung 102 aus 90 entfernt und in Hydrotreatinganlage 98 geleitet, während die schwerere Fraktion über Leitung 104 in Vakuumfraktionierer 92 geleitet wird. Kohlenwasserstoffe, die im Naphthasiedebereich sieden (z. B. das Naphtha-Verdünnungsmittel), können abgetrennt und über Leitung 106 aus 90 entfernt werden. In Vakuumfraktionierer 92 wird der schwere 343-371°C+ (650-700°F+) Bitumenstrom aus 90 in eine 566°C- (1050°F-) (schwere Gasöl)-Fraktion und 566°C+ (1050F+) Sumpfproduktmaterial getrennt. Das Gasöl wird aus 92 entfernt und über Leitungen 108 und 116 in Hydrotreatinganlage 96 geleitet. Die sehr schweren und bitumenartigen 566°C+ (1050°F+) Sumpfproduktmaterialien werden über Leitung 110 aus 92 entfernt und in Wirbelschichtkoker 94 geleitet. In 94, die eine nicht-katalytische Anlage ist, kommt das Bitumen in Kontakt mit heißen Kokspartikeln, die es thermisch zu niedriger siedenden Kohlenwasserstoffen und Koks cracken. Der Koks wird über Leitung 112 aus dem Sumpf abgezogen. Dieser Koks wird, wenn es auch nicht gezeigt wird, teilweise verbrannt, um ihn wieder auf die Bitumencracktemperatur von etwa 482-593°C (900-1100°F) zu erhitzen. Dies verbraucht einen Teil des Koks, wobei der restliche heiße Koks wieder in den Koker geleitet wird, um die Wärme für das thermische Cracken zu liefern. Die in dem Koker produzierten niedriger siedenden Kohlenwasserstoffe enthalten Naphtha, Mitteldestillate und schweres Gasöl. Jene, die in den Naphtha- und Mitteldestillatbreichen sieden (z. B. C₅-343/371°C) (C₅-650/700°F) werden über Leitungen 114 und 102 in Hydrotreatinganlage 98 geleitet. Die in dem Koker produzierte Gasölfraktion wird über Leitung 116 in die Gasöl-Hydrotreatinganlage 96 geleitet. Wasserstoff oder wasserstoffhaltiges Behandlungsgas wird über Leitungen 118 und 120 in die Hydrotreatinganlagen geleitet. In den Hydrotreatinganlagen reagieren die Kohlenwasserstoffe in Gegenwart eines geeigneten schwefel- und aromatenbeständigen Hydrotreating-Katalysators mit dem Wasserstoff unter Entfernung von Heteroatom- (z. B. Schwefel und Stickstoff)-Verbindungen, ungesättigten Aromaten und Metallen. Das Hydrotreating unterzogene schwere Gasöl wird über Leitung 128 aus Hydrotreatinganlage 96 entfernt. Die in 98 produzierten, Hydrotreating unterzogenen Naphtha und Mit teldestillate gelangen über Leitung 122 in Fraktionierer 100. Fraktionierer 100 trennt die Hydrotreating unterzogenen Kohlenwasserstoffe in die gewünschten Fraktionen, wie leichtes oder schweres Naphtha, Dieselkraftstoff, Düsentreibstoff, Kerosin, usw. Für maximale Dieselproduktion wird nur ein leichtes Naphtha über Leitung 124 gewonnen, während die meisten restlichen Kohlenwasserstoffe über Leitung 126 als Diesel entfernt werden. Dieser Diesel hat eine relativ niedrige Cetanzahl. Seine Cetanzahl kann durch Mischen mit Kohlenwasserstoffen mit höherer Cetanzahl erhöht werden, wie mit einer durch das Gasumwandlungsverfahren produzierten Dieselfraktion.
Kohlenwasserstoffsynthesekatalysatoren sind wohl bekannt und werden durch Verbundbildung der katalytischen Metallkomponente(n) mit einer oder mehreren Trägerkomponente(n) für katalytisches Metall, wozu ein oder mehrere geeignete Zeolithkomponenten gehören können oder nicht, durch Ionenaustausch, Imprägnierung, Imprägnierungsweise nach der Verfahrensweise der anfänglichen Feuchte, Verbundbildung oder aus einem geschmolzenen Salz hergestellt, um den Katalysatorvorläufer zu bilden. Zu solchen Katalysatoren gehören typischerweise ein Verbund aus mindestens einer katalytischen Metallkomponente der Gruppe VIII, die geträgert auf oder im Verbund mit mindestens einem anorganischen hitzebeständigen Metalloxidträgermaterial vorliegt, wie Aluminiumoxid, amorphem Siliciumdioxid-Aluminiumoxid, Zeolithen und dergleichen. Die hier genannten Elementegruppen beziehen sich auf jene in dem Periodensystem der Elemente von Sargent-Welch, ^©1968 by the Sargent-Welch Scientific Company. Katalysatoren, die eine katalytische Kobalt- oder Kobalt- und Rheniumkomponente enthalten, maximieren bekanntermaßen insbesondere, wenn sie als Verbund mit einer Titandioxidkomponente vorliegen, die Produktion aliphatischer Kohlenwasserstoffe aus einem Synthesegas, wäh rend Eisenkatalysatoren dafür bekannt sind, dass sie größere Mengen an aliphatischen ungesättigten Materialien produzieren. Diese und andere Kohlenwasserstoffsynthesekatalysatoren und ihre Eigenschaften und Betriebsbedingungen sind wohl bekannt und in Artikeln und Patenten erörtert worden. Der Begriff "Hydrotreating" bezieht sich hier auf Verfahren, in denen Wasserstoff oder Wasserstoff in einem wasserstoffhaltigen Behandlungsgas mit einem Einsatzmaterial in Gegenwart von einem oder mehreren Katalysatoren reagiert, die für die Entfernung von Heteroatomen (wie Schwefel und Stickstoff), Metallen, zur Sättigung von Aromaten und gegebenenfalls Sättigung von aliphatischen ungesättigten Materialien wirksam sind. Zu derartigen Hydrotreating-Katalysatoren gehört jeglicher konventionelle Hydrotreating-Katalysator, wie einer, der mindestens eine katalytische Gruppe VIII-Metallkomponente enthält, vorzugsweise mindestens eines von Fe, Co und Ni, und vorzugsweise mindestens eine katalytische Gruppe VI-Metallkomponente, vorzugsweise Mo und W, auf einem Trägermaterial mit hoher Oberfläche, wie Aluminiumoxid. Zu anderen geeigneten Hydrotreating-Katalysatoren gehören Zeolithkomponenten. Hydrotreating-Bedingungen sind wohl bekannt und schließen in Abhängigkeit von dem Einsatzmaterial und dem Katalysator Temperaturen und Drücke bis zu etwa 450°C und 204 atm (3000 psig) ein.

Claims

Integriertes Gasumwandlungs- und Bitumenproduktionsverfahren, bei dem (i) die Produktion von Bitumen mit Wasserdampf stimuliert wird, der aus einem erdgasgespeisten Gasumwandlungsverfahren erhalten wurde, welches Wasserdampf und Kohlenwasserstoffe einschließlich flüssiger Kohlenwasserstoffe produziert, (ii) das produzierte Bitumen mit einem Verdünnungsmittel verdünnt wird, das mindestens einen Teil der flüssigen Kohlenwasserstoffe enthält, um eine pipelinefähige Fluidmischung zu bilden, die das Bitumen und Verdünnungsmittel enthält, und (iii) die Mischung mittels Pipeline zu einer Bitumenveredelungsanlage transportiert wird.
Integriertes Verfahren nach Anspruch 1, bei dem (i) Erdgas in heißes Synthesegas umgewandelt wird, (ii) aus dem Synthesegas in mindestens einem Kohlenwasserstoffsynthesereaktor flüssige Kohlenwasserstoffe und Wasserdampf produziert werden, (iii) ein Teil des Wasserdampfes zur Produktion von Bitumen verwendet wird und (iv) ein Teil der flüssigen Kohlenwasserstoffe zum Verdünnen des Bitumens verwendet wird, um seine Viskosität in ausreichendem Maße herabzusetzen, damit es mittels Pipeline zu einer Bitumenveredelungsanlage transportiert werden kann.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Erdgas zur Entfernung von Schwefelverbindungen und gegebenenfalls CO₂ und/oder Stickstoff behandelt wird, bevor es als Einsatzmaterial in dem Gasumwandlungsverfahren verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, das Veredelung des Bitumens zu niedriger siedendem Material einschließt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem das Verdünnungsmittel Naphtha oder schweres Naphtha enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem der zum Stimulieren der Bitumenproduktion verwendete Wasserdampf Hochdruckwasserdampf, der durch Kühlen von heißem Synthesegas erhalten wurde, das aus dem behandelten Erdgas in dem Gasumwandlungsverfahren produziert wurde, und gegebenenfalls Wasserdampf enthält, der durch Kühlen des Kohlenwasserstoffsynthesereaktors erhalten wurde.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem Wasserstoff aus dem Synthesegas produziert wird.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem der Wasserstoff zur Hydroverarbeitung von mindestens einem Teil der Kohlenwasserstoffe verwendet wird, die durch das Gasumwandlungsverfahren produziert worden sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem ein Teil des Verdünnungsmittels aus dem transportierten Bitumen zurückgewonnen und zu der Bitumenproduktion zurückgeführt wird, um das Bitumen zum Transport zu verdünnen.
Integriertes Gasumwandlungs- und Bitumenproduktionsverfahren nach Anspruch 1, bei dem (i) Erdgas in heißes Synthesegas umgewandelt wird, das eine Mischung aus H₂ und CO enthält, die durch indirekten Wärmetausch mit Wasser gekühlt wird, um Hochdruckwasserdampf zu produzieren, (ii) das kühle Synthesegas mit einem Kohlenwasserstoffsynthesekatalysator in mindestens einem Kohlenwasserstoffsynthesereaktor unter Reaktionsbedingungen in Kontakt gebracht wird, die wirksam sind, damit H₂ und CO in dem Gas reagieren und Wärme, flüssige Kohlenwasserstoffe, die eine Naphthafraktion einschließen, und ein Gas, das Methan und Wasserdampf enthält, produzieren, (iii) die Wärme durch indirekten Wärmetausch mit Wasser aus dem Reaktor abgeleitet wird, um Mitteldruckwasserdampf zu produzieren, (iv) mindestens ein Teil des in einer oder beiden Stufen (i) und (iii) produzierten Wasserdampfes in eine unterirdische Teersandformation mit einem Bitumendrainagebereich, der von einem Bohrloch durchdrungen ist, herabgeleitet wird, um das Bitumen zu erwärmen und seine Viskosität in ausreichendem Maße herabzusetzen, damit es durch das Bohrloch aufwärts entfernt werden kann, (iv) das Bitumen durch Entfernen aus dem Bohrloch produziert wird, (vi) die Viskosität des produzierten Bitumens durch Mischen mit einem Verdünnungsmittel herabgesetzt wird, das die Naphthafraktion enthält, um eine pipelinefähige Mischung zu produzieren, und (vii) die Mischung mittels Pipeline zu einer Bitumenveredelungsanlage transportiert wird.
Verfahren nach Anspruch 10, bei dem das Erdgas zur Entfernung von Schwefelverbindungen und gegebenenfalls CO₂ und/oder Stickstoff behandelt wird, bevor es in das Synthesegas umgewandelt wird.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, bei dem das Naphtha leichtes Naphtha enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, bei dem das Gas, welches Methan und Wasserdampf enthält, gekühlt wird, um ein methanhaltiges Endgas und Wasser zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem das Endgas als Brennstoff zur Erzeugung von Wasserdampf oder Energie für mindestens eines von der Bitumenproduktion und der Gasumwandlung verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, bei dem das Wasser erwärmt wird, um Wasserdampf für mindestens eines von der Bitumenstimulation oder Energie für die Bitumenproduktion oder Gasumwandlung zu produzieren.