DE60220679T2 - Verfahren zur herstellung von dieselbrennstoff aus bitumen und synthesegas - Google Patents

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    • C10GCRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
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Description

  • HINTERGRUND DER OFFENBARUNG
  • Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Dieselkraftstoff aus Bitumen und aus einer Gasumwandlung. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren, bei dem ein Gasumwandlungsverfahren Wasserdampf, Naphtha und eine Dieselfraktion produziert, wobei der Wasserdampf für die Bitumenproduktion und das Naphtha für den Bitumenpipelinetransport verwendet werden und das Bitumen umgewandelt wird, um eine Dieselfraktion zu produzieren. Die zwei verschiedenen Dieselfraktionen werden gemischt, um ein Dieselkraftstoffmaterial zu bilden.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Vorkommen von sehr schwerem Rohöl, wie die in Ländern wie Kanada und Venezuela gefundenen Teersandformationen, enthalten Billionen Barrel eines sehr schweren, viskosen Erdöls, das üblicherweise als Bitumen bezeichnet wird. Das Bitumen besitzt eine API-Dichte typischerweise im Bereich von 5° bis 10° und eine Viskosität bei Formationstemperaturen und -drücken, die bis zu 1 Million Centipoise betragen kann. Die Kohlenwasserstoff- oder kohlenwasserstoffartigen Moleküle, die das Bitumen ausmachen, besitzen einen geringen Wasserstoffgehalt und einen Gehalt an Harz plus Asphaltenen von bis zu 70 %. Dies macht es schwierig, das Bitumen zu produzieren, zu transportieren und zu veredeln. Seine Viskosität muss in situ unterirdisch reduziert werden, damit es ausgepumpt (produziert) werden kann, es muss mit einem Lösungsmittel verdünnt werden, damit es durch eine Pipeline zu einer Veredelungs- oder anderen Einrichtung transportiert werden kann, und sein hoher Gehalt an Harz und Asphalten neigt dazu, Kohlenwasserstoffe zu produzieren, die arm an n-Paraffinen sind. Demzufolge neigt aus Bitumen produ zierter Dieselkraftstoff dazu, eine niedrige Cetanzahl zu haben, und es muss ein Kohlenwasserstoff mit höherer Cetanzahl damit gemischt werden. Die Produktion einer Dieselfraktion aus Bitumen erfordert somit eine reiche Zufuhr von (i) Wasserdampf, wobei der meiste nicht wiedergewonnen werden kann, (ii) Verdünnungsmittel, das vorzugsweise als einmaliger Durchlauf verwendet werden kann, und (iii) einer Dieselfraktion mit hoher Cetanzahl zum Mischen mit der Bitumendieselfraktion mit niedriger Cetanzahl.
  • Das Kanadische Patent 1 034 485 schlägt vor, die Bitumenproduktion durch Verwendung von in situ-Verdünnung mit aromatischem Lösungsmittel zu stimulieren. Unterirdisches Bitumen wird jedoch immer noch durch Wasserdampfstimulation produziert, bei der heißer Wasserdampf in die Formation hinab gepresst wird, um die Viskosität des Öls zu verringern, so dass es aus dem Boden gepumpt werden kann. Dies ist bekannt und beispielsweise in der US-A-4 607 699 offenbart. Ein Verfahren zur Produktion eines Verdünnungsmittels zum Transportieren des Bitumens zu Veredelungsanlagen durch Pipelines ist beispielsweise in der US-A-6 096 152 offenbart. In diesem Verfahren wird das Rohbitumen partiell katalytisch durch Hydroprocessing behandelt, um niedriger siedenden Kohlenwasserstoff zu produzieren, der mit einem Erdgasquellkondensat gemischt wird, um das Verdünnungsmittel zu produzieren. Es erfordert auch die Verwendung eines Katalysators, von Wasserstoff und einem Bitumenwasserstoffumwandlungsreaktors. Die US-A-5 958 365 offenbart ein Verfahren zur Produktion einer Dieselölfraktion, bei dem ein schweres Rohöl, das eine große Menge von Bitumen enthält, produziert wird, das schwere Rohöl mit einem Verdünnungsmittel verdünnt wird, das schwere Rohöl zu einer Raffinerie transportiert wird und das schwere Rohöl in niedriger siedende Fraktionen, was eine Dieselfraktion einschließt, veredelt wird.
  • Gasumwandlungsverfahren, die Kohlenwasserstoffe aus einem von Erdgas abgeleiteten Synthesegas produzieren, sind gut bekannt. Das Synthesegas umfasst eine Mischung von H2 und CO, die in der Gegenwart eines Fischer-Tropsch-Katalysators umgesetzt werden, um Kohlenwasserstoffe zu bilden. Festbett-, Wirbelbett- und Aufschlämmungskohlenwasserstoffsyntheseverfahren sind verwendet worden, und sie sind alle in verschiedenen Fachartikeln und in Patentschriften gut dokumentiert. Es können sowohl leichte als auch schwere Kohlenwasserstoffe synthetisiert werden, was Dieselfraktionen mit niedriger Viskosität einschließt, die eine relativ hohe Cetanzahl besitzen. Diese Verfahren produzieren auch Wasserdampf und Wasser. Die US-A-6 043 288 offenbart ein Gasumwandlungsverfahren, bei dem Erdgas in Synthesegas und Wasserdampf umgewandelt wird, das Synthesegas mit einem Fischer-Tropsch-Katalysator in Kontakt gebracht wird, um flüssige Kohlenwasserstoffe zu produzieren, und ein Teil von diesen in wertvollere Produkte wie Motortreibstoff und Dieselkraftstoff veredelt wird. Es wäre eine Verbesserung des Standes der Technik, wenn die Bitumenproduktion und die Gasumwandlung integriert werden könnten, um Produkte der Gasumwandlungsdieselfraktion einzusetzen, die eine Cetanzahl besitzt, die höher ist als von derjenigen, die aus dem Bitumen produziert wird.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren, bei dem ein Kohlenwasserstoffgas in Synthesegaseinsatzmaterial umgewandelt wird, aus dem flüssige Kohlenwasserstoffe einschließlich Naphtha- und Dieselfraktionen synthetisiert werden und Wasserdampf erzeugt wird, um die Produktion und den Transport von Bitumen zu fördern und die Cetanzahl von aus dem Bitumen durch Veredeln produziertem Diesel zu verbessern. Die Umwandlung von Kohlenwasserstoffgas und vorzugsweise Erdgas in Synthesegas und die Synthese oder Produktion von Kohlenwasserstoffen aus dem Syn thesegas wird im Folgenden als "Gasumwandlung" bezeichnet. Die Umwandlung von Erdgas in Synthesegas und die Synthese von Kohlenwasserstoffen aus dem Synthesegas werden durch jedwedes geeignete Synthesegas und Kohlenwasserstoffsyntheseverfahren erreicht. Zumindest der höhersiedende Teil der durch die Gasumwandlung produzierten Dieselfraktion wird hydroisomerisiert, um ihren Stockpunkt zu senken, während die Cetanzahl erhalten bleibt. Die durch die Bitumenumwandlung produzierte Dieselfraktion wird Hydrotreating unterworfen, um ihre Heteroatom-, Aromaten- und Metallgehalte zu senken. Das vorzugsweise zur Produktion des Synthesegases verwendete Erdgas kommt typischerweise und vorzugsweise aus dem Bitumenfeld oder einer nahe gelegenen Gasquelle. Das Synthesegas wird durch jedwedes geeignete Verfahren produziert. Die Gasumwandlung produziert flüssige Kohlenwasserstoffe, einschließlich Naphtha- und Dieselfraktionen, Wasserdampf und Wasser. Der Wasserdampf wird verwendet, um die Bitumenproduktion zu stimulieren, und das Naphtha wird verwendet, um das Bitumen für den Transport mittels Pipeline zur Veredelung zu verdünnen, und der hydroisomerisierte Diesel mit höhere Cetanzahl wird mit dem Bitumendiesel mit niedrigerer Cetanzahl gemischt, um ein Dieselkraftstoffmaterial zu produzieren. Somit betrifft die Erfindung allgemein ein integriertes Gasumwandlungs- und Bitumenproduktions- und Veredelungsverfahren, bei dem Gasumwandlungswasserdampf bzw. Naphtha- und Dieselfraktionskohlenwasserstoffflüssigkeiten verwendet werden, um die Bitumenproduktion zu stimulieren, den Bitumen zum Transport mittels Pipeline zu verdünnen und eine von Bitumen abgeleitete Dieselfraktion zu veredeln.
  • Synthesegas umfasst eine Mischung von H2 und CO, und in dem erfindungsgemäßen Verfahren wird es mit einem geeigneten Kohlenwasserstoffsynthesekatalysator bei Reaktionsbedingungen in Kontakt gebracht, die wirksam sind, damit das H2 und CO in dem Gas reagieren und Kohlenwasserstoffe produzieren, von denen mindestens ein Teil flüssig ist und die die Naphtha- und Dieselfraktionen einschließen. Es ist bevorzugt, dass die synthetisierten Kohlenwasserstoffe vornehmlich paraffinische Kohlenwasserstoffe umfassen, um eine Dieselfraktion zu produzieren, die eine hohe Cetanzahl besitzt. Dies kann unter Verwendung eines Kohlenwasserstoffsynthesekatalysators erreicht werden, der eine katalytische Kobalt- und/oder Ruthenium- und vorzugsweise zumindest Kobalt-Komponente umfasst. Mindestens ein Teil der durch Gasumwandlung synthetisierten Dieselfraktion wird durch Hydroisomerisierung veredelt, um ihren Stock- und Gefrierpunkt zu erniedrigen. Die höhersiedenden Dieselkohlenwasserstoffe (z.B. 260 bis 371°C (500 bis 700°F)) besitzen die höchste Cetanzahl und werden vorzugsweise unter milden Bedingungen hydroisomerisiert, um die Cetanzahl zu erhalten. Der Gasumwandlungsteil des Verfahrens produziert Hoch- und Mitteldruckwasserdampf, der vollständig und zum Teil in den Boden eingepresst wird, um die Bitumenproduktion zu stimulieren. Durch die Kohlenwasserstoffsynthesereaktion wird außerdem Wasser produziert, das vollständig oder zum Teil, oder beides, erhitzt werden kann, um Wasserdampf für die Bitumenproduktion zu produzieren. Somit bedeutet "Gasumwandlungswasserdampf" oder "aus einem Gasumwandlungsverfahren erhaltener oder davon abgeleiteter Dampf" im Zusammenhang mit der Erfindung jedweden oder alle von (i) durch das Gasumwandlungsverfahren produzierter Hoch- und Mitteldruckwasserdampf und (ii) durch Erhitzen des Kohlenwasserstoffsynthesereaktionswassers produzierter Dampf, und jedwede Kombination davon. Mit Bitumenproduktion ist die durch Wasserdampf stimulierte Bitumenproduktion gemeint, bei der Wasserdampf in eine Bitumenformation hinab eingepresst wird, um das Bitumen zu erweichen und dessen Viskosität so zu reduzieren, dass es aus dem Boden gepumpt werden kann. Während das Naphthaverdünnungsmittel von dem verdünnten Bitumen nach Transport wiedergewonnen werden kann, ist es bevorzugt, dass das Naphthaverdünnungsmittel auf der Basis eines einmaligen Durchlaufs verwendet wird und nicht wieder zur Bi tumenverdünnung zurückgeführt wird. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird Wasserstoff aus dem Synthesegas produziert. Dieser Wasserstoff kann für das Hydroisomerisieren der Gasumwandlungsdieselfraktion, um ihren Stockpunkt zu senken, und, wenn die Bitumenveredelungseinrichtung nahe ist, zur Bitumenveredelung verwendet werden. Die Kohlenwasserstoffsynthesereaktion produziert auch ein Endgas, das Methan und unumgesetztes Wasserstoff enthält. Dieses Endgas kann als Treib- und/oder Brennstoff verwendet werden (im Folgenden Brennstoff), um Wasserdampf für die Bitumenproduktion, Kesselwasser, Pumpen oder andere Verfahrenszwecke zu produzieren.
  • Veredelung von Bitumen umfasst bei dem erfindungsgemäßen Verfahren Fraktionierung und zwei oder mehr Umwandlungsverfahrensschritte, einschließlich Hydroumwandlung, bei der Wasserstoff als Reaktant vorhanden ist, um die Dieselfraktion zu produzieren und zu veredeln. Mit Umwandlung ist mindestens ein Verfahrensschritt gemeint, bei dem mindestens ein Teil der Moleküle verändert wird. Bitumenumwandlung umfasst katalytisches oder nicht-katalytisches Cracken und Hydroumwandlungsverfahrensschritte wie Hydrocracken, Hydrotreating und Hydroisomerisierung, bei denen Wasserstoff ein Reaktant ist. Für das Cracken wird typischerweise Koken verwendet, und es crackt das Bitumen ohne die Anwesenheit eines Katalysators in niedriger siedendes Material und Koks. Mindestens ein Teil dieser niedriger siedenden Kohlenwasserstoffe einschließlich der in dem Dieselkraftstoffbereich siedenden Kohlenwasserstoffe wird durch Hydrotreating behandelt, um die Menge von Heteroatomen (z.B. Schwefel und Stickstoff), Aromaten, einschließlich kondensierten Aromaten und Metallen zu verringern, die vorhanden sein können.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst kurz gesagt (i) Stimulieren der Produktion von Bitumen mit Wasserdampf, der aus einem mit Kohlenwasserstoffgas und vorzugsweise Erdgas gespei sten Gasumwandlungsverfahren, das Naphtha- und Dieselkohlenwasserstofffraktionen und Wasserdampf produziert, erhalten wird, (ii) Verdünnen des produzierten Bitumens mit durch die Gasumwandlung produziertem Naphtha, um eine durch eine Pipeline förderbare fluide Mischung zu bilden, die das Bitumen und Verdünnungsmittel umfasst, (iii) Transportieren der Mischung mittels Pipeline zu einer Bitumenveredelungseinrichtung, (iv) Veredeln des Bitumens, um niedriger siedende Kohlenwasserstoffe einschließlich einer Dieselfraktion, zu produzieren, und (v) Bilden einer Mischung der Gasumwandlungs- und Bitumendieselfraktionen. In einer besonderen Ausführungsform wird bei der Erfindung (i) die Produktion von Bitumen mit Wasserdampf, der aus einem mit Erdgas gespeisten Gasumwandlungsverfahren, das Naphtha- und Dieselkohlenwasserstofffraktion und Wasserdampf produziert, erhalten wird, stimuliert, (ii) mindestens ein Teil der Gasumwandlungsdieselfraktion durch Treating behandelt, um ihren Stockpunkt zu senken, (iii) das produzierte Bitumen mit durch das Gasumwandlungsverfahren produziertem Naphtha verdünnt, um eine durch eine Pipeline förderbare fluide Mischung zu bilden, die das Bitumen und Verdünnungsmittel umfasst, und die Mischung mittels Pipeline zu einer Bitumenveredelungseinrichtung transportiert, (iv) das Bitumen veredelt, um niedriger siedende Kohlenwasserstoffe zu bilden, einschließlich einer Dieselfraktion, und (v) die Bitumendieselfraktion durch Treating behandelt, um ihren Schwefelgehalt zu senken. Mindestens ein Teil der beiden behandelten Dieselfraktionen wird kombiniert, um ein Dieselmaterial mit einer Cetanzahl zu bilden, die höher ist als diejenige der durch Treating behandelten Bitumendieselfraktion. In einer besonderen Ausführungsform wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren:
    • (i) Erdgas in ein heißes Synthesegas umgewandelt, das eine Mischung von H2 und CO umfasst, das durch indirekten Wärmeaustausch mit Wasser gekühlt wird, um Wasserdampf zu produzieren,
    • (ii) das Synthesegas mit einem Kohlenwasserstoffsynthesekatalysator in einem oder mehreren Kohlenwasserstoffsynthesereaktoren bei Reaktionsbedingungen in Kontakt gebracht, die wirksam sind, um das H2 und CO in dem Gas umzusetzen und Wärme, flüssige Kohlenwasserstoffe einschließlich Naphtha- und Dieselkraftstofffraktionen und ein Gas, das Methan und Wasserdampf umfasst, zu produzieren,
    • (iii) Wärme durch indirekten Wärmeaustausch mit Wasser von dem einen oder den mehreren Reaktoren abgeleitet, um Wasserdampf zu produzieren,
    • (iv) mindestens ein Teil der in (ii) gebildeten Dieselfraktion hydroisomerisiert, um deren Stockpunkt zu reduzieren,
    • (v) mindestens ein Teil des Wasserdampfs, der in einer der Stufen (i) und (ii), oder beiden, produziert wird, in eine Teersandformation geführt, um das Bitumen durchzuwärmen und dessen Viskosität zu reduzieren,
    • (vi) das Bitumen produziert, indem es aus der Formation entnommen wird,
    • (vii) die Viskosität des produzierten Bitumens reduziert, indem es mit einem Verdünnungsmittel gemischt wird, das mindestens einen Teil des in Stufe (ii) gebildeten Naphthas umfasst,
    • (viii) die Mischung mittels Pipeline zu einer Bitumenveredelungseinrichtung transportiert,
    • (ix) das Bitumen in niedriger siedende Kohlenwasserstoffe, die eine Heteroatomverbindungen enthaltende Dieselkraftstofffraktion einschließen, veredelt,
    • (x) die Bitumendieselkraftstofffraktion durch Hydrotreating behandelt, um ihren Heteroatomgehalt zu reduzieren, und
    • (xi) mindestens ein Teil der im Stockpunkt reduzierten und durch Hydrotreating behandelten Dieselkraftstofffraktionen kombiniert.
  • Das Hydrotreating reduziert auch die Menge von ungesättigten aromatischen und Metallverbindungen. Mit Bitumendieselfraktion ist oben eine Dieselkraftstofffraktion gemeint, die durch Veredeln einschließlich Verkoken und Fraktionieren des Bitumens produziert wird. Die Teersandformation ist vorzugsweise eine unterirdische oder subterrane Formation mit einem Ablaufgebiet, in das mindestens ein Bohrloch eindringt, wobei das erweichte und in seiner Viskosität reduzierte Bitumen produziert wird, indem es durch das Bohrloch aus der Formation entnommen wird.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist ein einfaches Blockfließschema eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Produktion von Bitumen und Dieselmaterial.
  • 2 ist ein Fließschema eines bei der Durchführung der Erfindung brauchbaren Gasumwandlungsverfahrens.
  • 3 ist ein bei der Durchführung der Erfindung brauchbaren Bitumenveredelungsverfahrens.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Das Bitumen wird aus Teersand produziert, was ein Begriff ist, der verwendet wird, um eine sandartige Sedimentgesteinsformation zu beschreiben, die ein bitumenartiges, sehr schweres Öl in solchen großen Mengen enthält, dass sie wirtschaftlich produziert und in brauchbarere, niedriger siedende Produkte raffiniert werden können. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden Hoch- und/oder Mitteldruckdampf, die durch das Abkühlen von Synthesegas und des Innenraums des Kohlenwasserstoffreaktors erhalten werden, verwendet, um die Bitumenproduktion zu stimulieren. Das aus einer Teersandformation oder Lagerstätte produzierte Bitumen ist zu viskos, um zu einer Veredelungs- oder Raffiniereinrichtung mittels Pipeline transportiert werden zu können, und muss deshalb mit einer kompatiblen und niedrigviskosen Flüssigkeit verdünnt werden, um es zu ermöglichen, dass es mittels Pipeline transportiert werden kann. Dies erfordert ein reichliches Angebot von Verdünnungsmittel, wobei es nicht wirtschaftlich sein kann, es bei der Veredelungseinrichtung wieder zu gewinnen und zur nochmaligen Verdünnung zurück in den Bitumenproduktionsbereich zu führen. Die Synergie des erfindungsgemäßen Verfahrens liefert ein reichliches und übermäßiges Angebot an Verdünnungsmittel für den Transport von Bitumen mittels Pipeline. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden durch das Gasumwandlungsverfahren produzierte niedriger siedende flüssige Kohlenwasserstoffe als Verdünnungsmittel verwendet, um die Viskosität des Bitumens zu verringern, so dass es mittels Pipeline transportiert werden kann. Obwohl das Verdünnungsmittel wiedergewonnen und vor der Bitumenumwandlung zurück zur Bitumenverdünnung geführt werden kann, ist es bevorzugt, dass es auf der Basis eines einmaligen Durchlaufs verwendet wird, um zu vermeiden, dass es von der Bitumenveredelungsanlage zurück zu dem Bitumenproduktionsquellbereich transportiert werden muss. Mit niedriger siedend ist 371°C– (700°F–), vorzugsweise 315°C– (600°F), bevorzugter 260°C– (500°F–) und insbesondere Naphtha gemeint, was sowohl leichte als auch schwere Naphthafraktionen und Mischungen davon einschließt. Eine Naphthafraktion hat die niedrigste Viskosität und kann Kohlenwasserstoffe einschließen, die im Bereich von C5 bis so hoch wie 215 bis 232°C (420 bis 450°F) sieden. Schweres Naphtha kann einen Siedebereich von 132 bis 215/232°C (270 bis 420/450°F) haben, während er für ein leichtes Naphtha typischerweise C5-160°C (C5-320°F) ist. Wenn eine maximale Dieselproduktion gewünscht ist, wird zumindest das gesamte der durch die Gasumwandlung produzierten 260°C+ (500°F+), cetanreichsten Dieselfraktion mit der durch Bitumenumwandlung produzierten, durch Hydrotreating behandelten Dieselfraktion gemischt und nicht als Verdünnungsmittel verwendet. Dies vermeidet ein Verunreinigen des Gasumwandlungsdiesels mit den Metall- und Heteroatomverbindungen in dem Bitumen und die nachfolgende Hydrotreatingbehandlung, die für eine solche Verunreinigung notwendig ist, weil der durch Gasumwandlung produzierte Diesel kein Hydrotreating zur Metall-, Aromaten- und Heteroatomentfernung erfordert. Das heißt, wenn der cetanreiche Gasumwandlungsdiesel als Teil des Verdünnungsmittels verwendet und während der Bitumenveredelung wiedergewonnen wird, muss er wegen der Verunreinigung aus dem Bitumen durch Hydrotreating behandelt werden. Um die Cetanzahl zu erhalten, muss dieses Hydrotreating weniger scharf als dasjenige sein, das für den aus der Bitumenumwandlung produzierten Diesel verwendet wird, und erfordert somit einen separaten Hydrotreatingreaktor und dazugehörige Einrichtungen.
  • Das Veredeln des Bitumens umfasst Fraktionieren und ein oder mehrere Umwandlungsverfahrensschritte, bei denen mindestens ein Teil der Molekülstruktur in Anwesenheit oder Abwesenheit von Wasserstoff und/oder Katalysator verändert wird. Diese Umwandlungsverfahrensschritte schließen das Cracken des Bitumens in niedriger siedende Fraktionen ein. Dieses Cracken kann entweder katalytisches oder nicht-katalytisches (Verko kungs)-Cracken sein. Verkoken wird typischerweise verwendet und wandelt das Meiste des etwa 538°C+ (1000°F+)-Bitumens in niedriger siedende Kohlenwasserstoffe und Koks um. Dem Verkoken kann eine partielle Hydroverarbeitung vorhergehen, dies ist bei der Durchführung der Erfindung jedoch nicht bevorzugt. Die durch Verkoken produzierten niedriger siedenden Kohlenwasserstoffe, die Dieselfraktionen einschließen, werden mit Wasserstoff umgesetzt, um Heteroatomverbindungen, ungesättigte Aromaten und Metallverbindungen zu entfernen als auch Wasserstoff an die Moleküle zu addieren. Dies erfordert eine gute Zufuhr von Wasserstoff, weil diese niedriger siedenden Kohlenwasserstoffe reich an Heteroatomverbindungen (z.B. Schwefel) sind und ein niedriges Wasserstoff-zu-Kohlenstoff-Verhältnis besitzen (z.B. 1,4 bis 1,8). Wenn die Bitumenveredelungseinrichtung nahe genug bei dem Gasumwandlungsverfahren ist, kann das gesamte oder ein Teil des zur Veredelung notwendigen Wasserstoffs aus dem in dem Gasumwandlungsteil des Verfahrens produzierten Synthesegas erhalten werden. Das erfindungsgemäße integrierte Verfahren, das das Bitumenverdünnungsmittel produziert, eliminiert den Bedarf nach katalytischer Hydroumwandlung des Bitumens, um dessen Viskosität zu verringern, bevor es verdünnt und mittels Pipeline transportiert wird, wie es das in der Patentschrift '192 offenbarte Verfahren erfordert.
  • Flüssige Produkte, wie Dieselfraktionen, die aus der Veredelung von Bitumen stammen, sind arm an n-Paraffinen. Demzufolge liegt die Cetanzahl von aus der Bitumenveredelung gewonnenen Dieselfraktionen typischerweise im Bereich zwischen etwa 35 bis 45. Obwohl dies für Schwerlaststraßendieselkraftstoff ausreichen kann, ist es niedriger als für andere Dieselkraftstoffe gewünscht. Die von Bitumen abgeleiteten Dieselfraktionen werden deshalb mit Dieselfraktionen mit einer höheren Cetanzahl gemischt. Durch Verkoken des Bitumens produzierte Bitumendieselfraktionen werden durch Hydrotreating behandelt, um Aromaten und Metalle und Heteroatomverbindungen wie von Schwe fel und Stickstoff zu entfernen und um eine behandelte Dieselfraktion zu produzieren, die als Mischmaterial brauchbar ist. Die durch das Gasumwandlungsverfahren produzierte Dieselfrak- tion mit einer höheren Cetanzahl wird mit einer oder mehreren behandelten Dieselfraktionen gemischt, um Dieselkraftstoffmaterialien zu produzieren. Dieselkraftstoff wird produziert, indem ein Gemisch eines geeigneten Additivpakets und Dieselkraftstoffmaterial gebildet wird. Der Begriff "Hydrotreating" bezieht sich hier auf Verfahren, bei denen Wasserstoff oder Wasserstoff in einem wasserstoffhaltigen Behandlungsgas mit einem Einsatzmaterial in Gegenwart von einem oder mehreren Katalysatoren, die für die Entfernung von Heteroatomen (wie Schwefel und Stickstoff), Metallen, die Sättigung von Aromaten und gegebenenfalls Sättigung von aliphatischen ungesättigten Verbindungen wirksam sind, umgesetzt wird. Solche Hydrotreatingkatalysatoren schließen jedweden konventionellen Hydrotreatingkatalysator ein, wie solche, die mindestens eine katalytische Gruppe VIII-Metallkomponente, vorzugsweise mindestens eines von Fe, Co und Ni, und vorzugsweise mindestens eine katalytische Gruppe VI-Metallkomponente, vorzugsweise Mo und W, auf Trägermaterial mit hoher Oberfläche, wie Aluminiumoxid und Siliciumdioxid-Aluminiumoxid umfassen. Andere geeignete Hydrotreatingkatalysatoren schließen Zeolithkomponenten ein. Hydrotreatingbedingungen sind gut bekannt und schließen in Abhängigkeit von dem Einsatzmaterial und Katalysator Temperaturen und Drücke bis etwa 450°C und 20 685 kPag (3000 psig) ein.
  • Das zur Produktion des Synthesegases verwendete Erdgas kommt typischerweise oder vorzugsweise aus dem Bitumenfeld oder einem nahegelegenen Gasbrunnen. Reiche Vorkommen von Erdgas finden sich typischerweise in und in der Nähe von Teersandformationen. Der hohe Methangehalt von Erdgas macht es zu einem idealen natürlichen Brennstoff für die Produktion von Synthesegas. Es ist nicht ungewöhnlich, dass Erdgas bis zu 92+ Mol% Methan umfasst, wobei der restliche Teil vornehmlich C2+-Kohlenwasserstoffe, Stickstoff und CO2 sind. Somit ist es ein idealer und relativ sauberer Brennstoff für die Synthesegasproduktion und gemeinsam mit oder in der Nähe von Teersandformationen finden sich typischerweise Mengen im Überfluss. Heteroatomverbindungen (insbesondere HCN, NH3 und Schwefel) werden, wenn dies notwendig ist, entfernt, um ein sauberes Synthesegas zu bilden, das dann in einen Kohlenwasserstoffsynthesegasreaktor geführt wird. Obwohl in dem Gas vorhandene C2-bis C5-Kohlenwasserstoffe für die Synthesegasproduktion darin belassen werden können, werden sie typischerweise für LPG (liquid pressurized gas, Flüssiggas) abgetrennt, während die C5+-Kohlenwasserstoffe auskondensiert werden und als Gasquellkondensat bekannt sind. Das nach Abtrennung der höheren Kohlenwasserstoffe, von Schwefel- und Heteroatomverbindungen und in einigen Fällen auch Stickstoff und CO2 verbleibende methanreiche Gas wird als Brennstoff in einen Synthesegasgenerator geführt. Bekannte Verfahren zur Synthesegasproduktion schließen Partialoxidation, katalytisches Dampfreformieren, die Konvertierungsreaktion und eine Kombination davon ein. Diese Verfahren schließen die Gasphasenpartialoxidation (gas Phase partial oxidation, GPDX), autothermes Reformieren (ATR), Wirbelbettsynthesegaserzeugung (fluid bed synthesis gas generation, FBSG), Partialoxidation (PDX), katalytische Partialoxidation (catalytic partial oxidation, CPO) und Dampfreformieren ein. ATR und FBSG setzen Partialoxidation und katalytisches Dampfreformieren ein. Eine Übersicht über diese Verfahren und ihre jeweiligen Vorteile findet sich beispielsweise in der US-A-5 883 138 . Synthesegasverfahren sind hochexotherm, und es ist nicht ungewöhnlich, dass das aus dem Reaktor austretende Synthesegas z.B. auf einer Temperatur von bis zu 1093°C (2000°F) und einem Druck von 5065 kPa (50 atm) ist. Das den Reaktor verlassende heiße Synthesegas wird durch indirekten Wärmeaustausch mit Wasser abgekühlt. Dies produziert eine wesentliche Menge von Hochdruck (60 780 bis 91 170/202 600 kPa (600 bis 900/2000 psia)-Wasserdampf mit dementsprechenden Temperaturen von etwa 254 bis 279/335 bis 371°C (490 bis 535/635 bis 700°F), der sogar noch weiter erhitzt werden kann. Dieser Wasserdampf kann dann in eine Teersandformation, wenn notwendig mit Verdichten, hinab geführt werden, um das Bitumen zu erhitzen, zu erweichen und dessen Viskosität zu verringern und dadurch die Bitumenproduktion zu stimulieren. Sowohl die Synthesegas- als auch die Kohlenwasserstoffproduktionsreaktion sind stark exotherm. Zum Kühlen des Kohlenwasserstoffsynthesereaktors verwendetes Wasser produziert typischerweise Mitteldruckdampf, und dieser kann für die Bitumenproduktion oder eine andere Betriebsweise in dem erfindungsgemäßen Gesamtverfahren verwendet werden.
  • Das Synthesegas wird, wenn notwendig nach Reinigung, in einen Kohlenwasserstoffsynthesereaktor geführt, in dem das H2 und CO in der Gegenwart eines Katalysators vom Fischer-Tropsch-Typ reagieren, um Kohlenwasserstoffe zu produzieren, die leichte und schwere Fraktionen einschließen. Die leichte (z.B. 371°C– (700°C–))-Fraktion enthält in den Naphtha- und Dieselkraftstoffbereichen siedende Kohlenwasserstoffe. Eine Naphthafraktion hat die niedrigste Viskosität und kann Kohlenwasserstoffe umfassen, die im Bereich von C5- bis zu 215 bis 232°C (420 bis 450°F) sieden. Schweres Naptha kann einen Siedebereich 132 bis 215/232°C (270 bis 420/450°F) haben, während der für ein leichtes Naphtha typischerweise C5-160°C (320°F) ist. Die leichtere Naphthafraktion hat eine niedrigere Viskosität als die breiten oder schweren Fraktionen. Es wurden Verdünnungsexperimente durchgeführt, indem ein Cold Lake-Bitumen mit C5-160°C– (250°E)-Naphtha und mit einer 121 bis 371°C– (250 bis 700°F)-Mitteldestillatfraktion verdünnt wurden, die beide in einem Fischer-Tropsch-Kohlenwasserstoffsynthesereaktor produziert worden waren. Es wurde gefunden, dass 31 Vol.% des Naphtha notwendig waren, um die Viskosität des Bitumens auf 40 cSt bei 40°C zu reduzieren. Im Gegensatz dazu waren 40 Vol.% der Destillatfraktion und 38 Vol.% des Gaskondensatverdünnungsmittels des Standes der Technik notwendig, um die Viskosität zu senken. Somit erfordert die Verdünnung von Bitumen mit Gasumwandlungsnaphtha signifikant weniger Verdünnungsmittel, als wenn man ein Gasquellkondensat als Verdünnungsmittel verwendet hätte. Eine Dieselkraftstofffraktion kann in einem Bereich sieden, der so breit wie 121 bis 371°C (250 bis 700°F) ist und diesen einschließen, wobei für einige Anwendungen 176 bis 343°C (350 bis 650°F) bevorzugt sind. Eine durch die Gasumwandlung synthetisierte 260 bis 371°C (500 bis 700°F)-Dieselkraftstofffraktion besitzt die höchste Cetanzahl, den höchsten Stock- und Gefrierpunkt, während der leichtere (etwa 260°C– (etwa 500°F–))-Teil relativ reich an Oxygenaten ist, die dem Dieselkraftstoff gute Schmierfähigkeit verleihen. Das Hydroisomerisieren des leichteren Dieselmaterials entfernt die Oxygenate, während das Hydroisomerisieren des höheren Materials, um dessen Stock- und Gefrierpunkt zu reduzieren, die Cetanzahl reduzieren kann. Deshalb wird zumindest die aus dem Synthesegas produzierte 260 bis 371°C– (500 bis 700°F)-Dieselfraktionen mild hydroisomerisiert, um ihren Stockpunkt zu reduzieren, während die Senkung der Cetanzahl minimiert wird. Mildes Hydroisomerisieren wird typischerweise bei Bedingungen mit einer Temperatur und einem Druck von 689 bis 10 342 kPag (100 bis 1500 psig) und 260 bis 454°C (500 bis 850°F) erreicht. Dies ist bekannt und wird beispielsweise in der US-A-5 689 031 offenbart. Die Cetanzahl einer Dieselfraktion, die durch ein Fischer-Tropsch-Gasumwandlungsverfahrenskohlenwasserstoffprodukt produziert wird, kann nach milder Hydroisomerisierung 65 bis 75+ betragen, wobei das meiste Material mit hoher Cetanzahl in den höhersiedenden (260 bis 371°C (500 bis 700°F))-Kohlenwasserstoffen vorhanden ist. Wenn maximale Dieselproduktion gewünscht ist, wird die gesamte oder die meiste Gasumwandlungsdieselfraktion und zumindest die cetanreiche, durch die Gasumwandlung produzierte schwerere Dieselfraktion (z.B. 260/288 bis 371°C (z.B. 500/550 bis 700°F)) mit einer aus dem Bitumen produzierten und durch Hydrotreating behandelten Dieselfraktion gemischt.
  • Die nachfolgende Tabelle veranschaulicht eine typische Kohlenwasserstoffproduktverteilung nach Siedebereich von einem Aufschlämmungs-Fischer-Tropsch-Kohlenwasserstoffsynthesereaktor bei Einsatz eines Katalysators, der eine katalytische Kobaltkomponente auf einer Trägerkomponente mit titanhaltigem Siliciumdioxid und Aluminiumoxid einsetzt.
    Gew.-% Produktverteilung aus einem Aufschlämmungskohlenwasserstoffsynthesereaktor
    IBP(C5) bis 160°C, (320°F) 13
    160 bis 260°C (320 bis 500°F) 23
    260 bis 371°C (500 bis 700°F) 19
    371 bis 565°C (700 bis 1050°F) 34
    565°C (1050°F+) 11
  • Wie die Daten in der Tabelle zeigen, macht die leichte Naphthafraktion 13 Gew.-% des gesamten Kohlenwasserstoffsynthesereaktorprodukts aus. Die gesamte Dieselfraktion macht mehr als 42 Gew.-% aus. Die 260 bis 371°C (500 bis 700°F)-Fraktion mit hoher Cetanzahl macht 19 Gew.-% des Gesamtprodukts oder mehr als 45 Gew.-% der insgesamt möglichen Dieselfraktion aus. Obwohl dies nicht gezeigt ist, macht die gesamte C5-204°C (C5-400°F)-Fraktion etwa 18 bis 20 Gew.-% des Gesamtprodukts aus. Wenn Verdünnungsmittelrückführung eingesetzt wird, sobald in dem Verfahren ein Gleichgewichtszustand erreicht wird, ist nur eine kleine Fraktion des Gasumwandlungsnaphthas als Ausgleich für die Bitumenverdünnung notwendig, der Rest wird zur Weiterverarbeitung zur Verwendung beim Motorenbenzinmischen geschickt.
  • Für eine maximale Dieselproduktion wird die wachsartige 371°F+ (700°F+)-Fraktion in Kohlenwasserstoffe umgewandelt, die im Mitteldestillatbereich sieden. Fachleute in der Technik wissen, dass das Hydroisomerisieren der wachsartigen 371°C+ (700°F+)-Fraktion milderes Hydrocracken einschließt (es wird auf die US-A-6 080 301 verwiesen, in der das Hydroisomerisieren der 371°C+ (700°F+)-Fraktion 50 in niedriger siedende Kohlenwasserstoffe umwandelt). Somit kann gewünschtenfalls die gesamte oder ein Teil der höheren 371°C+ (700°F+)-Fraktion hydrogecrackt und hydroisomerisiert werden, um zusätzliches Dieselmaterial zu produzieren. Die Erfindung wird ferner durch Bezug auf die Figuren verständlich.
  • In 1 befindet sich eine Gasumwandlungsanlage 10 über, neben oder in der Nähe einer Bitumenproduktionseinrichtung 12, die Bitumen aus einer unterirdischen Formation fördert. Das geförderte Bitumen wird mit Naphtha verdünnt und die resultierende Mischung von Bitumen und Verdünnungsmittel wird durch Pipeline 22 zu Bitumenveredelungseinrichtung 14 geführt. Die Produktionseinrichtung 12 umfasst eine unterirdische Teersandformation und (nicht gezeigte) Mittel zum Einpressen von Wasserdampf in die Formation hinab, Auspumpen des erweichten Bitumens und Abtrennen von Gas und Wasser von dem produzierten Bitumen. Ein methanhaltiges Erdgas und Luft oder Sauerstoff werden über Leitungen 16 und 18 in die Gasumwandlungsanlage geführt. Die Gasumwandlungsanlage produziert Synthesegas, schwere Kohlenwasserstoffe und leichte Kohlenwasserstoffe, wobei die leichten Kohlenwasserstoffe Naphtha und im Dieselbereich siedende Kohlenwasserstoffe einschließen. Sie produziert auch Hoch- und Mitteldruckdampf, Wasser, einer als Brennstoff brauchbares Endgas und Wasserstoff. Hochdruckwasserdampf von der Gasumwandlungsanlage wird über Leitung 20 in die Teersand formation hinab geführt, um die Bitumenproduktion zu stimulieren. Aus der Gasumwandlungsanlage wird Naphtha für die Bitumenverdünnung entnommen. Aus der Gasumwandlungsanlage wird über Leitungen 28 und 30 eine Dieselfraktion mit hoher Cetanzahl in Leitung 32 entnommen. In der Veredelungseinrichtung wird das Bitumen durch Fraktionierung, Verkoken und Hydrotreating veredelt, um eine Dieselfraktion zu produzieren, die entnommen wird und über Leitung 26 zu Leitung 30 geführt wird. Die Gasumwandlungsdieselfraktion mit höherer Cetanzahl und der Bitumendiesel mit niedriger Cetanzahl mischen sich in 30, um eine Mischung beider Dieselfraktionen zu bilden. Diese Mischung über Leitung 32 zu (nicht gezeigten) Tanks als Dieselmaterial geführt. Über Leitung 24 wird Wasserstoff für das Hydrotreating in 14 geführt. Gegebenenfalls wird mindestens ein Teil des Naphthaverdünnungsmittels aus den Bitumen in 14 wiedergewonnen und zurückgeführt. Der Einfachheit halber sind andere Verfahrensströme nicht gezeigt.
  • In der Ausführungsform von 2 umfasst die Gasumwandlungsanlage eine Synthesegaserzeugungsanlage 32, eine Kohlenwasserstoffsynthese 34 umfasst mindestens einen (nicht gezeigten) Kohlenwasserstoffsynthesereaktor, eine Schwerkohlenwasserstofffraktionshydroisomerisieranlage 36, eine Dieselfraktionshydroisomerisieranlage 38, eine Fraktionierkolonne 40 und eine Wasserstoffproduktionsanlage 41. Erdgas, das behandelt wurde, um Heteroatomverbindungen, insbesondere Schwefel, und C2- bis C3+-Kohlenwasserstoffe zu entfernen, wird über Leitung 42 in den Synthesegasgenerator 32 geführt. In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Erdgas kryogen behandelt, um neben den Heteroatomverbindungen und C2- bis C3+-Kohlenwasserstoffen, Stickstoff und CO2 zu entfernen. Über Leitung 44 werden Sauerstoff oder Luft und vorzugsweise Sauerstoff aus einer Sauerstoffanlage in den Synthesegasgenerator gespeist. Über Leitung 46 werden gegebenenfalls Wasser oder Wasserdampf in den Synthesegasgenerator geführt. Das in dem Generator produzierte heiße Synthesegas wird durch (nicht gezeigten) indirekten Wärmeaustausch gekühlt, wobei Wasser über Leitung 49 in die Anlage eintritt. Dies produziert Hochdruckdampf, der voll ständig oder zum Teil über Leitung 50 zu der Bitumenproduktionseinrichtung geführt wird, um die Bitumenproduktion zu stimulieren. Der Druck und die Temperatur dieses Dampfs können so hoch wie 13 790 bis 15 169 kPaa (2000/2200 psia) und 335/343°C (635/650°F) sein. Dieser Wasserdampf kann weiter erhitzt werden, bevor er für die Bitumenproduktion verwendet wird. Das kühle Synthesegas wird über Leitung 48 aus Anlage 32 in Kohlenwasserstoffsyntheseanlage 34 geführt. Über Leitung 52 wird ein Seitenstrom des Synthesegases entnommen und in Wasserstoffproduktionsanlage 41 geführt, in der aus dem Gas Wasserstoff produziert wird und über Leitung 54 in die Schwerkohlenwasserstoffhydroisomerisieranlage 36 geführt wird. In Anlage 41 wird Wasserstoff aus dem Synthesegas durch ein oder mehrere von (i) physikalischen Trennmitteln wie Druckschwankungsadsorption (pressure swing adsorption, PSA), Temperaturschwankungsadsorption (temperature swing adsorption, TSA) und Membrantrennung und (ii) chemischen Mitteln wie einen Konvertierungsreaktor produziert. Wenn infolge der unzureichenden Kapazität des Synthesegaserzeugers ein Konvertierungsreaktor verwendet wird, werden noch physikalische Trennmittel verwendet, um einen reinen Wasserstoffstrom von dem Konvertierungsreaktorgasstrom abzutrennen. Typischerweise werden physikalische Trennmittel für die Wasserstoffproduktion verwendet, um den Wasserstoff von dem Synthesegas zu trennen, unabhängig davon, ob chemische Mittel wie die Konvertierungsreaktion verwendet werden, um Wasserstoff des gewünschten Reinheitsgrads (z.B. vorzugsweise mindestens etwa 90 %) zu erhalten. TSA oder PSA, die Molekularsiebe verwenden, können einen Wasserstoffstrom mit 99+ % Reinheit produzieren, während Membrantrennung typischerweise mindestens 80 reinen Wasserstoff produziert. Bei TSA oder PSA wird das CO-reiche Abgas manchmal als Adsorptionsspülgas bezeichnet, während es bei Membrantrennung oft als das Nicht-Permeatgas bezeichnet wird. In einer bevorzugten Ausführungsform produziert der Syngaserzeuger ausreichend Synthesegas für sowohl die Kohlenwasserstoffsynthesereaktion als auch zumindest einen Teil des Wasserstoffs, der für die Wasserstoffproduktion benötigt wird, durch physikalische Trennmittel, so dass ein Konvertierungsreaktor nicht notwendig ist. Die Produktion von Wasserstoff aus dem Synthesegas unter Verwendung von physikalischen Trennmitteln liefert relativ reinen Wasserstoff neben einem Abgas, das eine an Wasserstoff verarmte und CO-reiche Mischung von H2 und CO umfasst. Dieses CO-reiche Abgas wird über Leitung 56 von 41 entnommen und als Brennstoff verwendet oder in die Kohlenwasserstoffsyntheseanlage 34 eingespeist. Wenn Wasserstoff aus dem Synthesegas produziert wird, ist es, wenn dies machbar ist, bevorzugt, dass das Molverhältnis von H2 zu CO in dem Gas höher als das Stöchiometrische ist, wobei mindestens ein Teil des CO-reichen Abgases über Leitung 56 zurück in Leitung 48 geführt wird. Es ist insbesondere bevorzugt, dass das Verfahren so eingestellt wird, dass das in den Kohlenwasserstoffsynthesereaktor zurückgeführte CO-reiche Abgas ausreicht, um das H2-zu-CO-Molverhältnis in dem in 34 zurückgeführten Synthesegas auf etwa stöchiometrisch einzustellen. Dies vermeidet eine Vergeudung des wertvollen CO dadurch, dass es als Brennstoff verbrannt wird. Die Wasserstoffproduktion aus Synthesegas durch ein oder mehrere von PSA, TSA, Membrantrennung oder Konvertierungsreaktion ist bekannt und in den US-Patenten US-A-6 043 288 und US-A-6 147 126 beschrieben. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform wird ein Teil des abgetrennten Wasserstoffs über Leitung 58 aus Leitung 54 entnommen und zu einem oder mehreren von (i) der Bitumenveredelungseinrichtung, wenn sie nah genug liegt, um Reaktionswasserstoff für die Hydroumwandlung des Bitumens und insbesondere das Hydrotreating der Bitumendieselfraktion bereitzustellen, (ii) der Hydroisomerisieranlage 38 für die milde Hydroisomerisierung von mindestens der schweren Gasumwandlungsdieselfraktion, um deren Stockpunkt mit minimaler Wirkung auf die Cetanzahl zu reduzieren, und vorzugsweise mindestens zu Anlage 38 geführt. In der Kohlenwasserstoffsynthesereaktionsanlage 34 reagieren H2 und CO in dem Synthesegas in Gegenwart eines geeigneten Kohlenwasserstoffsynthesekatalysators, vorzugsweise eines solchen, der eine trägergestützte katalytische Kobaltkomponente umfasst, um Kohlenwasserstoffe zu produzieren, die eine leichte Fraktion und eine schwere Fraktion einschließen. Die Synthesereaktion ist stark exotherm und der Innenraum des Reaktors muss gekühlt werden. Dies wird durch (nicht gezeigte) Wärmeaustauschmittel wie Röhren in dem Reaktor erreicht, in denen Kühlwasser die gewünschte Reaktionstemperatur aufrechterhält. Dies wandelt das Kühlwasser typischerweise auf Mitteldruckdampf mit einem Druck und einer Temperatur von beispielsweise 1034 bis 4137 kPaa (150 bis 600 psia) und 121 bis 254°C (250 bis 490°F) um. Kühlwasser tritt also über Leitung 60 in die Anlage ein, kühlt den Innenraum des Synthesereaktors (nicht gezeigt) und wandelt sich in Mitteldruckwasserdampf um, der über Leitung 62 nach außen geführt wird. Der gesamte oder ein Teil dieses Wasserdampfs kann auch für die Bitumenproduktion verwendet werden, für den allgemeinen Bedarf bei dem Gasumwandlungsverfahren, für die Fraktionierung usw. Wenn die Bitumenveredelungseinrichtung nahe genug ist, kann der gesamte oder ein Teil dieses Wasserdampfs zu der Bitumenveredelungsanlage geführt werden, in der er für die Energieerzeugung verwendet wird, um Wärme für die Fraktionierung bereitzustellen, um Koks aus dem Verkoker auszubrennen usw. Es ist bevorzugt, diesen mittleren Druck auf Überhitzungsqualität zu erhitzen, bevor er für die Bitumenproduktion verwendet wird. Die schwere Kohlenwasserstofffraktion (z.B. 371°C+ (700°F+)) wird über Leitung 74 aus 34 entnommen und in Hydroisomerisiereinheit 36 geführt, in der sie hydroisomerisiert und mild hydrogecrackt wird. Dies wandelt etwas von den schweren Kohlenwasserstoffen in niedriger siedende Kohlenwasserstoffe um, die im Dieselbereich siedende Kohlenwasserstoffe einschließen. Die leichtere Kohlenwasserstofffraktion (371°C (700°F–)) wird über Leitung 64 aus 34 entnommen und in Anlage für die milde Hydroisomerisierung 38 geführt. Über Leitung 37 tritt Wasserstoff für die Hydro isomerisierungsreaktion in 38 ein. Diese leichtere Fraktion kann die 260°C– (500°F–)-Kohlenwasserstoffe der Gesamtdieselfraktion einschließen oder nicht, in Abhängigkeit davon, ob es gewünscht ist, die Oxygenate in dieser Fraktion zu erhalten oder nicht (vgl. US-A-5 689 031 ). Die gasförmigen Produkte der Kohlenwasserstoffsynthesereaktion umfassen C2- bis C3+-Kohlenwasserstoffe, was in den Naphtha- und niederen Dieselsiedebereichen siedende Kohlenwasserstoffe, Wasserdampf,CO2 und uriumgesetztes Synthesegas einschließt. Dieser Dampf wird in einer oder mehreren (nicht gezeigten) Stufen abgekühlt, während der oder während denen Wasser und C2- bis C3+-Kohlenwasserstoffe kondensieren und von dem Rest des Gases abgetrennt und über Leitung 64 aus dem Reaktor geführt werden. Über Leitung 66 wird das Wasser und über Leitung 70 werden die flüssigen leichten Kohlenwasserstoffe abgezogen. Diese leichten Kohlenwasserstoffe schließen Kohlenwasserstoffe ein, die in den Naphtha- und Dieselbereichen sieden, und werden in Leitung 80 geführt. Das Wasser kann zum Kühlen verwendet werden, einschließlich Kühlen des heißen Synthesegases, zur Dampferzeugung und dergleichen. Das restliche unkondensierte Gas umfasst vornehmlich Methan, CO2, geringere Menge von C3–-Leichtkohlenwasserstoffen und unumgesetztes Synthesegas. Dieses Gas wird über Leitung 72 entnommen und als Brennstoff verwendet, um Kessel zum Herstellen von Wasserdampf für die Energieerzeugung, Bitumenstimulierung, Veredelung und dergleichen zu erhitzen. Das gesamte oder ein Teil des über Leitung 66 entnommenen Wassers kann ebenfalls erhitzt werden, um Wasserdampf für jedweden dieser Zwecke und, wenn eine im Überfluss vorhandene Quelle von geeignetem Wasser nicht verfügbar ist, dann vorzugsweise zumindest für das Kühlen des heißen Synthesegases herzustellen, um Hochdruckwasserdampf für die Bitumenproduktion zu produzieren. Die hydroisomerisierte schwere Fraktion wird über Leitung 76 aus 36 entnommen und zu Leitung 80 geführt. Das weniger scharf hydroisomerisierte Dieselmaterial wird über Leitung 78 aus 38 entnommen und in Leitung 80 ge führt, wo es sich mit der hydroisomerisierten schweren Fraktion mischt. Diese Mischung wird neben den kondensierten leichten Kohlenwasserstoffen aus Leitung 70 in Fraktioniervorrichtung 40 geführt. Diese in 40 produzierten Fraktionen schließen eine Naphthafraktion 82, eine Dieselfraktion 84 und eine Schmierstofffraktion 86 ein. Jedwede in der Fraktioniervorrichtung vorhandenen C3–-Kohlenwasserstoffe werden über Leitung 88 entnommen und als Brennstoff verwendet. Gegebenenfalls kann die gesamte oder ein Teil der Schmierstofffraktion über Leitung 89 in die Hydroisomerisieranlage 36 zurückgeführt werden, in der sie in im Dieselbereich siedende Kohlenwasserstoffe umgewandelt wird, um die gesamte Dieselproduktion zu erhöhen. Die gesamte oder ein Teil der Naphthafraktion, was vorzugsweise mindestens eine leichte Naphthafraktion umfasst, wird aus der Fraktioniereinrichtung über Leitung 82 entfernt und zu der Bitumenproduktionseinrichtung 12 zur Bitumenverdünnung geführt.
  • Eine Ausführungsform einer Bitumenveredelungseinrichtung 14, die bei der Durchführung der Erfindung brauchbar ist, ist in 3 gezeigt und umfasst einen atmosphärischen Rohrverdampfer 90, eine Vakuumfraktioniervorrichtung 92, einen Wirbelbettverkoker 94, eine Gasölhydrotreatingvorrichtung 96, einen kombinierten Naphtha- und Mitteldestillat-Hydrotreatingvorrichtung 98 und eine Destillatfraktioniervorrichtung 100. Über Leitung 22 wird Bitumen von der Bitumenproduktionseinrichtung in den atmosphärischen Rohrverdampfer 90 geführt. In Fraktioniervorrichtung 90 werden die leichteren 343 bis 399°C– (650 bis 750°F–)-Kohlenwasserstoffe von den schwereren 343 bis 399°C+ (650 bis 750°F+)-Kohlenwasserstoffen abgetrennt und über Leitung 102 zu Hydrotreatingvorrichtung 98 geführt. Die 343 bis 399°C+ (650 bis 750°F+)-Kohlenwasserstoffe werden über Leitung 104 zu Vakuumfraktioniervorrichtung 92 geführt. Gegebenenfalls können in dem Naphthasiedebereich siedende Kohlenwasserstoffe (z.B. das Naphthaverdün nungsmittel) abgetrennt und aus 90 entnommen werden. Es kann gewünscht sein, dieses Naphtha, das vornehmlich das Verdun nungsmittel Naphtha ist, mittels einer Flash-Fraktioniervorrichtung zu entnehmen, anstatt die gesamte Mischung von Verdünnungsmittel und Bitumen in 90 zu führen. In 92 wird die in 90 produzierte schwerere Fraktion in eine 537°C (1000°F–)-Schwergasölfraktion und ein 537°C+ (1000 °F+) Sumpfprodukt getrennt. Das Sumpfprodukt wird über Leitung 106 in Wirbelbettverkoker 94 geführt, und die Schwergasölfraktion wird über Leitungen 108 und 110 in Gasölhydrotreatingvorrichtung 96 geführt. Wirbelbettverkoker 94 ist eine nichtkatalytische Anlage, in der die 537°C+ (1000°F+)-Fraktion mit heißen Koksteilchen in Kontakt kommt, die sie zu niedriger siedenden Kohlenwasserstoffen und Koks thermisch cracken. Der Koks wird über Leitung 112 vom Boden des Verkokers abgezogen. Obwohl dies nicht gezeigt ist, wird dieser Koks partiell verbrannt, um ihn wieder auf die Bitumencracktemperatur von etwa 482 bis 593°C (900 bis 1100°F) zu erhitzen. Dies verbraucht einen Teil des Kokses und der verbleibende heiße Koks wird zurück in den Verkoker geführt, um die Wärme für das thermische Cracken bereitzustellen. Die in dem Verkoker produzierten niedriger siedenden Kohlenwasserstoffe umfassen Naphtha, Mitteldestillate und ein schweres Gasöl. Diese niedriger siedenden Kohlenwasserstoffe, die die in dem gewünschten Dieselbereich siedenden 371°C– (700°F–)-Kohlenwasserstoffe einschließen, werden über Leitung 114 und 102 in Hydrotreatingvorrichtung 98 geführt. Das 371°C+ (700°F+)-Gasöl wird über Leitung 110 in Gasölhydrotreatingvorrichtung 96 geführt. Über Leitungen 116 und 118 werden Wasserstoff oder ein wasserstoffhaltiges Behandlungsgas in die Hydrotreatingvorrichtungen geführt. In den Hydrotreatingvorrichtungen reagieren die Kohlenwasserstoffe mit dem Wasserstoff in Gegenwart eines geeigneten schwefel- und aromatenbeständigen Hydrotreatingkatalysators, um Heteroatom (z.B. Schwefel- und Stickstoff)-Verbindungen, ungesättigte Aromaten und Metalle zu entfernen. Die Gasölfrak tion enthält mehr von diesen unerwünschten Verbindungen als die Destillatbrennstofffraktion und erfordert somit schärferes Hydrotreating. Das durch Hydrotreating behandelte Gasöl wird aus Hydrotreatingvorrichtung 96 entnommen und über Leitung 120 zur Lagerung zum Abtransport oder zu weiteren Veredelungsverfahren geführt. Die durch Hydrotreating behandelten 371°C–(700°F–)-Kohlenwasserstoffe werden über Leitung 122 von Hydrotreatingvorrichtung 98 in Fraktioniervorrichtung 100 geführt, in der sie in Leichtnaphtha- und Dieselfraktionen getrennt werden. Das Naphtha wird über Leitung 124 entnommen, und der Diesel über Leitung 126. Der Diesel mit einer hohen Cetanzahl von der Gasumwandlungseinrichtung wird von Leitung 84 in Leitung 126 geführt, um eine Mischung der beiden zu bilden, um ein Dieselkraftstoffmaterial mit einer höheren Cetanzahl als derjenigen der aus Fraktioniervorrichtung 100 entnommenen Bitumendieselfraktion zu produzieren. Dieses gemischte Dieselkraftstoffmaterial wird zur Lagerung, zum Mischen oder zur Weiterverarbeitung in ein oder mehrere Typen von Dieselkraftstoff geschickt. Der durch Hydrotreating behandelte Naphtha wird vorzugsweise für Motorenbenzin verwendet.
  • Kohlenwasserstoffsynthesekatalysatoren sind gut bekannt und werden durch Bilden eines Verbunds der katalytischen Metallkomponente(n) mit, einer oder mehreren katalytischen Metallträgerkompononenten, was ein oder mehrere geeignete Zeolithkomponenten einschließen kann oder nicht, durch Innenaustausch, Tränken, beginnende Feuchte, Verbundbildung oder aus geschmolzenem Salz hergestellt, um den Katalysatorvorläufer zu bilden. Solche Katalysatoren schließen typischerweise einen Verbund von mindestens einer katalytischen Gruppe VIII-Metallkomponente ein, gestützt auf oder im Verbund mit mindestens einem anorganischen hitzebeständigen Metalloxidträgermaterial wie Aluminiumoxid, amorph, Siliciumdioxid-Aluminiumoxid, Zeo lithen und dergleichen. Die Gruppen der Elemente, auf die hier Bezug genommen wurde, sind diejenigen in dem Periodensystem der Elemente von Sargent-Welch, © 1968 Sargent-Welch Scientific Company. Von Katalysatoren, die eine katalytische Kobalt- oder Kobalt- und Rhenium-Komponente umfassen, insbesondere wenn sie im Verbund mit einer Titandioxidkomponente ist, ist bekannt, dass sie die Produktion von aliphatischem Kohlenwasserstoff aus Synthesegas maximieren, während von Eisenkatalysatoren bekannt ist, dass sie größere Mengen von aliphatischen ungesättigten Verbindungen produzieren. Diese und andere Kohlenwasserstoffsynthesekatalysatoren und deren Eigenschaften und Betriebsbedingungen sind gut bekannt und in Artikeln und in Patentschriften diskutiert.

Claims (12)

  1. Verfahren zur Herstellung einer Dieselkraftstofffraktion aus Bitumen und aus einem Gasumwandlungsverfahren, bei dem (i) die Produktion von Bitumen mit Wasserdampf, der aus einem mit Kohlenwasserstoffgas und vorzugsweise Erdgas gespeisten Gasumwandlungsverfahren, das Naphtha- und Dieselkohlenwasserstofffraktionen und Wasserdampf produziert, erhalten wird, stimuliert wird, (ii) das produzierte Bitumen mit Naphtha, das durch das Gasumwandlungsverfahren produziert wird, verdünnt wird, um eine in einer Pipeline förderbare, fluide Mischung zu bilden, die das Bitumen und Verdünnungsmittel umfasst, (iii) die Mischung durch eine Pipeline zu einer Bitumenveredelungseinrichtung transportiert wird, (iv) das Bitumen in niedriger siedende Kohlenwasserstoffe, die eine Dieselfraktion einschließen, veredelt wird und (v) eine Mischung von mindestens einem Teil der Gasumwandlungsdieselfraktion und der Bitumendieselfraktion gebildet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die durch die Gasumwandlung produzierte Dieselfraktion eine Cetanzahl hat, die hö her ist als die der aus dem Bitumen produzierten Dieselfraktion.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Wasserdampf mindestens eines von Hochdruckwasserdampf und Mitteldruckwasserdampf umfasst.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die aus dem Gasumwandlungsverfahren produzierte Dieselfraktion hydroisomerisiert wird, um ihren Stockpunkt zu reduzieren, während die Cetanzahl vermindert wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem das Naphthaverdünnungsmittel eine leichte Naphthafraktion umfasst.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Bitumendieselfraktion durch Hydrotreating behandelt wird, um den Gehalt an Heteroatomen, Aromaten und Metallen zu reduzieren.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem das Naphthaverdünnungsmittel auf der Basis von einmaligem Durchlauf verwendet wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die Mischung der Dieselfraktionen eine Cetanzahl hat, die höher ist als diejenige der Bitumendieselfraktion.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die Bitumenveredelung Verkoken und Fraktionieren umfasst.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem die Gasumwandlung auch Wasser und ein Endgas produziert, das als Brennstoff zur Verwendung zur Herstellung von Wasserdampf aus dem Wasser brauchbar ist.
  11. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem: (i) Erdgas in ein heißes Synthesegas umgewandelt wird, das eine Mischung von H2 und CO umfasst, die durch indirekten Wärmeaustausch mit Wasser abgekühlt wird, um Wasserdampf zu produzieren, (ii) das Synthesegas mit einem Kohlenwasserstoffsynthesekatalysator in einem oder mehreren Kohlenwasserstoffsynthesereaktoren bei Reaktionsbedingungen in Kontakt gebracht wird, die wirksam sind, um das H2 und CO in dem Gas umzusetzen und Wärme, flüssige Kohlenwasserstoffe einschließlich Naphtha- und Dieselkraftstofffraktionen und ein Gas, das Methan und Wasserdampf umfasst, zu produzieren, (iii) Wärme durch indirekten Wärmeaustausch mit Wasser von dem einen oder dem mehreren Reaktoren abgeleitet wird, um Wasserdampf zu produzieren, (iv) mindestens ein Teil der Dieselkraftstofffraktion, die in (ii) gebildet wird, hydroisomerisiert wird, um deren Stockpunkt zu reduzieren, (v) mindestens ein Teil des Wasserdampfs, der in einer der Stufen (i) und (iii), oder beiden, produziert wird, in Teersand geführt wird, um das Bitumen durchzuwärmen und dessen Viskosität zu reduzieren, (vi) das Bitumen produziert wird, indem es aus der Formation entnommen wird, (vii) die Viskosität des produzierten Bitumens reduziert wird, indem es mit einem Verdünnungsmittel gemischt wird, das das in Stufe (ii) produzierte Naphtha um fasst, (viii) die Mischung mittels Pipeline zu einer Bitumenveredelungseinrichtung transportiert wird, (ix) das Bitumen in niedriger siedende Kohlenwasserstoffe einschließlich einer Dieselkraftstofffraktion, die Heteroatomverbindungen enthält, veredelt wird, (x) die Bitumendieselfraktion Hydrotreating unterworfen wird, um deren Heteroatomgehalt zu reduzieren, und (xi) mindestens ein Teil der im Stockpunkt reduzierten und durch Hydrotreating behandelten Dieselkraftstofffraktionen kombiniert wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem die kombinierten Fraktionen ein Dieselkraftstoffmaterial mit einer Cetanzahl umfasst, die höher ist als diejenige der durch die Bitumenumwandlung produzierten Dieselfraktion.
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