JP2019527615A - 超臨界水分離プロセス - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、2016年7月8日に出願された米国仮出願第62/359,896号の利益を主張しており、この仮出願は、参考としてその全体が本明細書によって援用される。
本発明は、石油および再生可能油等の汚染された有機材料からの塩、鉱物、金属、アスファルテン、微粒子状物質、触媒微粉、ならびにコークス前駆体等の無機および有機汚染物質の急速分離のための超臨界水(SCW)分離プロセスおよびシステムを対象とする。本プロセスおよびシステムは、超臨界水および汚染された有機流の混合、SCWによる可溶性有機構成物の抽出、ならびに分離容器内の密度勾配を確立および維持することによる不溶性汚染物質の重力分離によって特徴付けられる。
石油精製業者は、精製所スループットを改良し、最も高い価値の製品、主として、蒸留輸送燃料の収率を増加させることを継続して追求している。これは、典型的には、ガソリン、ジェット、およびディーゼル燃料仕様を満たすために硫黄を除去する、またはさらなる触媒処理を受けるために容易に水素処理され得る、直留ナフサ、ジェット、およびディーゼル燃料を生産するための石油原油のより軽い成分の常圧蒸留によってことによって遂行される。しかしながら、典型的な石油原油は、650°Fを下回って沸騰する、わずか40〜70%の直留蒸留炭化水素を含有し得る。目標は、次いで、常圧塔ボトム(ATB)の残りの30〜60%を650°Fを下回って沸騰する蒸留燃料に向上させることである。石油ATBは、これが接触水素化分解または流動床式接触分解(FCC)を介してより低い沸点の化合物に変換される前に除去されなければならない金属、アスファルテン、および樹脂を含有する。
本発明は、水熱分離容器内に超臨界水および供給原料溶液を形成するために、汚染された供給原料および超臨界水を組み合わるステップであって、水熱分離容器は、上側分離区域と、底部濃縮区域と、上側区域と底部区域との間に位置する中間レベル混合区域とを含む、ステップを含む、汚染された供給原料から汚染物質を分離するためのプロセスを含む。本プロセスはさらに、水熱分離容器内に鉛直密度勾配を達成するために、分離器の上側区域が分離器の底部区域よりも低い密度を呈するように水熱分離容器内で所定温度および圧力を維持するステップであって、汚染物質を分離区域内の溶液から分離させ、生産物流を形成するステップと、水熱分離容器の上側分離区域から生産物流を除去するステップと、水熱分離容器の底部濃縮区域から汚染物質を除去するステップとを含む。
本明細書で使用されるように、別様に明示的に規定されない限り、値、範囲、量、またはパーセンテージを表すもの等の全ての数字は、その用語が明示的に出現しない場合であっても、単語「約」によって前置きされるように読み取られ得る。本明細書に列挙されるいずれの数値範囲も、その中に組み込まれる全ての部分的範囲を含むように意図される。複数形は、単数形を包含し、逆もまた同様である。範囲が与えられるとき、それらの範囲の任意の端点および/またはそれらの範囲内の数が、本発明の範囲と組み合わせられることができる。「〜を含む」、「〜等」、「例えば」、および同様の用語は、「例えば、限定ではないが/〜等/を含む」を意味する。
ベンチスケール分離システムが、図1に示されるように構成された。本構成では、SCW118および汚染された油166が、分離容器170の中に給送される直前にT字管接続119において混合された。SCWの制御流126もまた、混合区域の直下の分離容器170の中に場所126aにおいて給送された。ベンチスケール分離容器の内径は、2.8cm(1.1インチ)であり、容器の高さは、1.65メートル(65インチ)であった。汚染された有機給送油は、西部の山間の精製所からの常圧塔ボトム(ATB)であった。本特定のATBは、ROSE溶剤脱瀝システムにおいて以前に処理されており、したがって、これは、比較的に低いアスファルテン含有量を呈した。しかしながら、本ATBは、金属、硫黄を含有し、比較的に高いコンラドソン残留炭素分(CCR)を有していた。
ベンチスケール分離システムが、図1に示されるように構成された。本構成では、SCW118、汚染された有機給送油166、および対照SCW126が、実施例1と同一の様式で分離容器に送達された。汚染された有機給送油は、SAGDプロセス(蒸気補助重力排水)によって生産されたカナダ産瀝青であった。SAGDプロセスでは、蒸気が、瀝青含有地質的累層の中に圧送され、水および瀝青の高温スラリーが、回収される。水は、瀝青の本サンプルから以前に除去されていた。しかしながら、超臨界水分離システムは、水を分離する必要性なく、瀝青および水スラリーを処理することが可能である。殆どのカナダ産瀝青の密度および粘度は、高すぎ、広範な向上なくしてはパイプラインによって輸送することが可能ではない。本実施例の目的は、本発明がパイプライン要件を満たすために瀝青の密度および粘度を低減させ得ることを実証することであった。
本発明はまた、以下の付記を対象とする。
本出願は、2016年7月8日に出願された米国仮出願第62/359,896号の利益を主張しており、この仮出願は、参考としてその全体が本明細書によって援用される。
本発明は、石油および再生可能油等の汚染された有機材料からの塩、鉱物、金属、アスファルテン、微粒子状物質、触媒微粉、ならびにコークス前駆体等の無機および有機汚染物質の急速分離のための超臨界水(SCW)分離プロセスおよびシステムを対象とする。本プロセスおよびシステムは、超臨界水および汚染された有機流の混合、SCWによる可溶性有機構成物の抽出、ならびに分離容器内の密度勾配を確立および維持することによる不溶性汚染物質の重力分離によって特徴付けられる。
石油精製業者は、精製所スループットを改良し、最も高い価値の製品、主として、蒸留輸送燃料の収率を増加させることを継続して追求している。これは、典型的には、ガソリン、ジェット、およびディーゼル燃料仕様を満たすために硫黄を除去する、またはさらなる触媒処理を受けるために容易に水素処理され得る、直留ナフサ、ジェット、およびディーゼル燃料を生産するための石油原油のより軽い成分の常圧蒸留によってことによって遂行される。しかしながら、典型的な石油原油は、650°Fを下回って沸騰する、わずか40〜70%の直留蒸留炭化水素を含有し得る。目標は、次いで、常圧塔ボトム(ATB)の残りの30〜60%を650°Fを下回って沸騰する蒸留燃料に向上させることである。石油ATBは、これが接触水素化分解または流動床式接触分解(FCC)を介してより低い沸点の化合物に変換される前に除去されなければならない金属、アスファルテン、および樹脂を含有する。
本発明は、水熱分離容器内に超臨界水および供給原料溶液を形成するために、汚染された供給原料および超臨界水を組み合わるステップであって、水熱分離容器は、上側分離区域と、底部濃縮区域と、上側区域と底部区域との間に位置する中間レベル混合区域とを含む、ステップを含む、汚染された供給原料から汚染物質を分離するためのプロセスを含む。本プロセスはさらに、水熱分離容器内に鉛直密度勾配を達成するために、分離容器の上側区域が分離容器の底部区域よりも低い密度を呈するように水熱分離容器内で所定温度および圧力を維持するステップであって、汚染物質を分離区域内の溶液から分離させ、生産物流を形成するステップと、水熱分離容器の上側分離区域から生産物流を除去するステップと、水熱分離容器の底部濃縮区域から汚染物質を除去するステップとを含む。
本明細書で使用されるように、別様に明示的に規定されない限り、値、範囲、量、またはパーセンテージを表すもの等の全ての数字は、その用語が明示的に出現しない場合であっても、単語「約」によって前置きされるように読み取られ得る。本明細書に列挙されるいずれの数値範囲も、その中に組み込まれる全ての部分的範囲を含むように意図される。複数形は、単数形を包含し、逆もまた同様である。範囲が与えられるとき、それらの範囲の任意の端点および/またはそれらの範囲内の数が、本発明の範囲と組み合わせられることができる。「〜を含む」、「〜等」、「例えば」、および同様の用語は、「例えば、限定ではないが/〜等/を含む」を意味する。
ベンチスケール分離システムが、図1に示されるように構成された。本構成では、SCW118および汚染された油166が、分離容器170の中に給送される直前にT字管接続119において混合された。SCWの制御流126もまた、混合区域の直下の分離容器170の中に場所126aにおいて給送された。ベンチスケール分離容器の内径は、2.8cm(1.1インチ)であり、容器の高さは、1.65メートル(65インチ)であった。汚染された有機給送油は、西部の山間の精製所からの常圧塔ボトム(ATB)であった。本特定のATBは、ROSE溶剤脱瀝システムにおいて以前に処理されており、したがって、これは、比較的に低いアスファルテン含有量を呈した。しかしながら、本ATBは、金属、硫黄を含有し、比較的に高いコンラドソン残留炭素分(CCR)を有していた。
ベンチスケール分離システムが、図1に示されるように構成された。本構成では、SCW118、汚染された有機給送油166、および対照SCW126が、実施例1と同一の様式で分離容器に送達された。汚染された有機給送油は、SAGDプロセス(蒸気補助重力排水)によって生産されたカナダ産瀝青であった。SAGDプロセスでは、蒸気が、瀝青含有地質的累層の中に圧送され、水および瀝青の高温スラリーが、回収される。水は、瀝青の本サンプルから以前に除去されていた。しかしながら、超臨界水分離システムは、水を分離する必要性なく、瀝青および水スラリーを処理することが可能である。殆どのカナダ産瀝青の密度および粘度は、高すぎ、広範な向上なくしてはパイプラインによって輸送することが可能ではない。本実施例の目的は、本発明がパイプライン要件を満たすために瀝青の密度および粘度を低減させ得ることを実証することであった。
本発明はまた、以下の付記を対象とする。
Claims (20)
- 汚染された供給原料から汚染物質を分離するためのプロセスであって、
水熱分離容器内に超臨界水および供給原料溶液を形成するために、汚染された供給原料および超臨界水を組み合わせるステップであって、前記水熱分離容器は、上側分離区域と、底部濃縮区域とを含むステップと、
前記水熱分離容器内に鉛直密度勾配を達成するために、前記水熱分離容器の分離区域が前記水熱分離容器の濃縮区域よりも低い密度を呈するように水熱分離容器内で所定温度および圧力を維持するステップであって、前記汚染物質を前記分離区域内の溶液から分離させ、生産物流を形成するステップと、
前記水熱分離容器の分離区域から前記生産物流を除去するステップと、
前記水熱分離容器の濃縮区域から前記汚染物質を除去するステップと、
を含む、プロセス。 - 前記分離区域は、22.1MPaを上回る圧力および374℃を上回る温度において維持される、請求項1に記載のプロセス。
- 前記水熱分離容器は、前記分離区域と前記濃縮区域との間に位置する中間レベル混合区域を含み、前記汚染された供給原料および前記水は、それぞれ、前記混合区域の中に別個に給送され、十分な剪断および混合が、前記混合区域内に提供され、前記供給原料の任意の可溶性成分の前記超臨界水への溶解および不溶性成分としての前記汚染物質の分離を引き起こす、請求項1に記載のプロセス。
- 前記汚染された供給原料および超臨界水は、前記水熱分離容器への送達に先立ってともに混合される、請求項1に記載のプロセス。
- 前記汚染された供給原料は、前記超臨界水と混合することに先立って間接的に予熱される、または超臨界水と混合することによって直接加熱される、請求項1に記載のプロセス。
- 前記水熱分離容器の分離区域は、前記超臨界水および前記供給原料の任意の溶解された部分の上昇流を達成するように構成される、請求項1に記載のプロセス。
- 前記水熱分離容器の寸法ならびに前記超臨界水および汚染された供給原料の給送速度は、前記汚染物質の重力沈降速度を下回る鉛直速度をもたらすように制御される、請求項1に記載のプロセス。
- 前記水熱分離容器内の鉛直速度は、1分あたり0.1〜10フィートである、請求項7に記載のプロセス。
- 前記水熱分離容器内の密度勾配は、前記容器内にプラグ流をもたらす、請求項1に記載のプロセス。
- 前記水熱分離容器の分離区域内の温度は、380℃〜450℃である、または最大で前記供給原料の熱分解、コーキング、もしくは反応を引き起こすことなく達成され得る最も高い温度である、請求項1に記載のプロセス。
- 前記水熱分離容器の分離区域内の温度は、前記水熱分離容器への超臨界水の導入によって直接、または前記水熱分離容器に適用される内部もしくは外部熱交換器もしくはヒータによって間接的に維持される、請求項10に記載のプロセス。
- 前記濃縮区域内の温度は、前記汚染物質の反応温度を下回って、かつ前記汚染物質の流動点温度を上回って維持される、請求項1に記載のプロセス。
- 前記生産物流は、前記水熱分離容器から連続的に除去され、前記汚染物質は、前記水熱分離容器の濃縮区域から連続的に除去される、請求項1に記載のプロセス。
- 超臨界水対供給原料の比率は、1:10〜3:1である、請求項1に記載のプロセス。
- 前記汚染された供給原料は、石油原油、瀝青、石油精製所流、廃油または再生油および/もしくは原油貯蔵タンク残留物、再生可能油、石鹸、藻類および/または藻類油、ならびに熱分解油を含み、前記汚染物質は、コークスもしくは鉱物微粒子、アスファルテン、触媒微粉、樹脂、塩、金属、および/または鉱物を含む、請求項1に記載のプロセス。
- 前記水熱分離容器内の温度は、超臨界水の分割流および/または加熱された汚染された供給原料の分割流を、前記分離区域と前記濃縮区域との間の前記水熱分離容器の垂直高さに沿った異なる場所に供給することによって制御される、請求項1に記載のプロセス。
- 高分子量の非パラフィン系炭化水素の分離および回収を選択的に強化する、または極性汚染物質の分離および除去を選択的に強化するために、分離助剤の添加を含む、請求項1に記載のプロセス。
- 汚染された供給原料から汚染物質を分離するためのシステムであって、
供給原料および超臨界水を受容するための少なくとも1つの入口を含む、水熱分離容器であって、上側分離区域と、底部濃縮区域と、前記分離区域と前記濃縮区域との間に位置する中間レベル混合区域とを含む、水熱分離容器と、
溶液を形成するために、前記汚染された供給原料および前記超臨界水を組み合わせるための混合デバイスであって、前記水熱分離容器の少なくとも1つの入口の前に直列に位置付けられる、または前記水熱分離容器内に位置付けられる、混合デバイスと、
を含み、
前記水熱分離容器、供給原料、および超臨界水は、前記水熱分離容器内で鉛直密度勾配を達成するようにともに協働し、前記水熱分離容器の分離区域は、前記水熱分離容器の濃縮区域よりも低い密度を呈し、前記汚染物質を前記分離区域内の溶液から分離させ、生産物流を形成し、
前記水熱分離容器の分離区域から前記生産物流を除去するための、少なくとも1つの出口と、
前記水熱分離容器の濃縮区域から前記汚染物質を除去するための、少なくとも1つの出口と、
を含む、システム。 - その中で超臨界水の分割流および/または加熱された汚染された供給原料の分割流を受容するために前記水熱分離容器内に複数の入口を含み、前記複数の入口は、水熱反応器の前記分離区域と前記濃縮区域との間の可変垂直高さに位置し、前記水熱分離容器の温度を制御する、請求項18に記載のシステム。
- 前記水熱分離容器の分離区域内の温度は、380℃〜450℃である、または最大で前記供給原料の熱分解、コーキング、もしくは反応を引き起こすことなく達成され得る最も高い温度であり、前記濃縮区域内の温度は、前記汚染物質の反応温度を下回って、かつ前記汚染物質の流動点温度を上回って維持される、請求項18に記載のシステム。
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