JP5555700B2 - 高ｔａｎおよび高ｓｂｎ原油の残油留分を用いるファウリングの低減方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、製油所および石油化学プラントにおける、全原油、ブレンド、および留分の処理に関する。より詳しくは、本発明は、微粒子誘導原油ファウリングおよびアスファルテン誘導原油ファウリングの低減に関する。本発明は、高溶解分散能（ＨＳＤＰ）原油の常圧および／または減圧残油留分を、ベース原油または原油ブレンドとブレンドして、予熱列交換器、加熱炉、および他の製油所プロセス装置におけるファウリングを低減することに関する。

ファウリングは、一般に、処理機器の表面における望ましくない物質の蓄積として定義される。石油の処理においては、ファウリングは、熱交換器表面における望ましくない炭化水素ベースのデポジットの蓄積である。それは、製油所および石油化学処理システムの設計および運転における殆ど全般的な問題として認められており、二つの点で、機器の運転に影響を及ぼす。先ず、ファウリング層は、低い熱伝導率を有する。これは、伝熱抵抗を増大し、熱交換器の効率を低減する。第二に、デポジットの沈積が発生すると、断面積が低減される。これは、装置の圧力低下の増大を引起こし、熱交換器に不十分な圧力および流動をもたらす。

石油タイプのストリームに伴う熱交換器のファウリングは、多数のメカニズムに起因し得る。これには、化学反応、腐食、不溶性物質のデポジット、および流体および熱交換器壁の間の温度差によって不溶性となる物質のデポジットが含まれる。例えば、本発明者らは、低硫黄低アスファルテン（ＬＳＬＡ）原油および高硫黄高アスファルテン（ＨＳＨＡ）原油のブレンドは、酸化鉄（錆）微粒子が存在する場合には、ファウリングの深刻な増大にさらされることを示している。これは、例えば、図１および２に示される。

急速なファウリングについて、より普通の根本原因の一つは、特に、原油アスファルテンが加熱装置の管表面の温度に過剰に暴露される場合に生じるコークの形成である。交換器の外側の液体は、全原油よりずっと高温であり、相対的に高い表面またはスキン温度をもたらす。アスファルテンは、油から沈澱することができ、これらの高温表面へ付着する。急速なファウリングの他の普通の原因は、塩および微粒子の存在に起因される。塩／微粒子は、原油から沈澱することができ、熱交換器の高温表面へ付着する。無機汚染物は、全原油およびブレンドのファウリングにおいて、開始および促進の両役割を果たす。酸化鉄、硫化鉄、炭化カルシウム、シリカ、塩化ナトリウムおよび塩化カルシウムは全て、ファウリングされた加熱装置ロッドの表面へ直接に、かつコークデポジット全体に亘って付着されることが見出されている。

これらの表面温度への長期間の暴露は、特に後系列交換器において、有機物およびアスファルテンのコークへの熱劣化を可能にする。コークは、次いで断熱物として作用し、表面が、装置を通過する油を加熱するのを阻害することによって、熱交換器の伝熱効率のロスの原因となる。塩、沈降物、および微粒子は、予熱列熱交換器、加熱炉、および他の下流装置をファウリングする際に、主な役を果たすことが示されている。脱塩装置が、依然として、精油所がこれらの汚染物を除去するための唯一の機会であり、非効率性は、しばしば、これらの物質が原油原料に随伴することに起因する。

精油所における油のブレンドは、普通であるが、あるブレンドは、親和性がなく、アスファルテンの沈澱を引起こす。これは、プロセス機器を急速にファウリングし得る。原油の不適切な混合は、伝熱効率を低減することが知られるアスファルテンの沈降物を生成し得る。未処理原油の殆どのブレンドは、潜在的に、非親和性でないものの、非親和性ブレンドが得られると、結果として生じる急速なファウリングおよびコーキングは、通常、短時間で、精製プロセスの停止を必要とする。精油所を、採算的により有利なレベルへ戻すためには、ファウリングされた熱交換器を清浄化する必要がある。これは、典型的には、運転から切離すことを必要とする。これは、次に議論される。

熱交換器の管内ファウリングは、失われた効率、通油量、および追加のエネルギー消費により、石油製油所に毎年数億ドルの負担を強いる。エネルギーコストの増大により、熱交換器のファウリングは、プロセスの収益性により大きな影響を有する。石油製油所および石油化学プラントはまた、全原油、ブレンド、および留分を伝熱機器内で熱処理する際に生じるファウリングの結果として必要とされる清浄化により、高い運転コストをこうむる。多くのタイプの精油所機器は、ファウリングによって影響を及ぼされるものの、コスト予測は、大部分の収益性ロスが、予熱列交換器における全原油、ブレンド、および留分のファウリングにより生じることを示している。

熱交換器のファウリングは、製油所に、清浄化プロセスのための費用を要する運転停止をしばしば用いることを強いる。最近では、殆どの製油所は、熱交換器の管束のオフライン清浄を、熱交換器を運転から外すことによって行なって、化学的または機械的な清浄が行なわれる。清浄化は、計画された時間または使用か、または実際に監視されたファウリング状態に基づくことができる。これらの状態は、熱交換効率のロスを評価することによって決定することができる。しかし、オフライン清浄は、運転を中断する。これは、特に、非生産期間が存在することから、小規模な製油所にとっては、相当な負担であり得る。

微粒子がファウリングを促進し、アスファルテンが熱劣化またはコーキングされる前に、微粒子およびアスファルテンの加熱された表面への沈澱／付着を防止できるようにする必要性が存在する。コーキングのメカニズムは、温度および時間の両方を必要とする。時間要因は、微粒子を表面から遠ざけることによって、およびアスファルテンを溶液中に保持することによって、顕著に低減することができる。ファウリングのこれらの低減および／または消滅は、運転時間の増大（より少ない清浄）、性能およびエネルギー効率の向上をもたらし、一方また、費用を要するファウリング緩和の選択肢の必要性を低減する。

いくつかの製油所および原油予定計画者は、現在、ブレンディング指針に従って、アスファルテンの沈澱および予熱列交換器の結果的なファウリングを最小にする。これらの指針は、原油のブレンドを、ブレンドの溶解性ブレンディング数（Ｓ_ＢＮ）と不溶解性数（Ｉ_Ｎ）との間にある相関関係を得るように行うよう示唆する。Ｓ_ＢＮは、油と、異なる比率のモデル溶剤混合物（トルエン／ｎ−ヘプタンなど）との親和性に関する指標である。Ｓ_ＢＮは、Ｉ_Ｎ（類似の方法で決定される）に関連する。これは、特許文献１（本明細書に参照として含まれる）に記載される。いくつかのブレンディング指針は、アスファルテンの沈澱およびファウリングを最小化するのに、Ｓ_ＢＮ／Ｉ_Ｎブレンド比＞１．３、およびデルタ（Ｓ_ＢＮ−Ｉ_Ｎ）＞１０を示唆する。しかし、これらのブレンドは、アスファルテンの沈澱を最小化するための受身的な手法として用いるために設計される。

潜在的に非親和性である二種以上の石油を親和性を保持しながらブレンドし、、製油所機器のファウリングおよびコーキングを防止する方法を改善する試みがなされている。特許文献１は、各原料ストリームの不溶解性数（Ｉ_Ｎ）を決定し、かつ各ストリームの溶解性ブレンディング数（Ｓ_ＢＮ）を決定し、原料ストリームを、混合物のＳ_ＢＮが混合物のいかなる成分のＩ_Ｎより大きいように組合わせる工程を含むブレンディング方法を開示する。他の方法においては、特許文献２は、石油が、混合物のＳ_ＢＮを混合物のいかなる油のＩ_Ｎの１．４倍より高く保持するように、ある比率で組合わされるブレンディング方法を用いる。

これらのブレンドは、アスファルテンに伴うファウリング、および微粒子誘導／促進ファウリングの両方を最小化しない。有機、無機、およびアスファルテン沈澱に対処する順向的な方法を開発し、それによって付随するファウラントの沈澱および／または蓄積を最小化する必要性が存在する。

米国特許第５，８７１，６３４号明細書 米国特許第５，９９７，７２３号明細書 米国特許第６，２４５，２２３号明細書 米国特許出願第１１／４３６，６０２号明細書 米国特許出願第１１／４３６，８０２号明細書 米国特許出願第１１／８０２，６１７号明細書 米国特許出願第１１／６４１，７５４号明細書 米国特許出願第１１／６４１，７５５号明細書

本発明の一態様に従って、原油製油所構成装置のファウリングを低減するための方法が、開示される。これは、ベース原油を提供する工程と、高溶解分散能（ＨＳＤＰ）原油を提供し、ＨＳＤＰ原油はＳｂｎ＞９０および少なくとも０．３ｍｇＫＯＨ／ｇの全酸価（ＴＡＮ）を有する工程と、ＨＳＤＰ原油を蒸留して、常圧および減圧残油留分を単離する工程と、ベース原油を常圧または減圧残油留分の有効量とブレンドして、ブレンド原油をもたらす工程と、ブレンド原油を原油製油所構成装置へ供給する工程とを有する。原油製油所構成装置は、熱交換器、加熱炉、蒸留カラム、スクラバー、反応器、液体ジャケット付きタンク、パイプスチル、コーカー、またはビスブレーカーであることができる。ＨＳＤＰ原油の残油留分の有効量は、ブレンド原油の全容積の少なくとも約５パーセント（５％）であることができる。ベース原油は、全原油、または少なくとも二種の原油のブレンドのいずれか一方であることができる。ＨＳＤＰ原油の常圧残油留分は、少なくとも１０５の溶解性ブレンディング数（Ｓ_ＢＮ）を有することができる。ＨＳＤＰ原油の減圧残油留分は、少なくとも１８２のＳ_ＢＮを有することができる。

本発明の他の態様に従って、ブレンド原油が開示される。これには、ベース原油、並びに高溶解分散能（ＨＳＤＰ）原油の常圧残油留分および減圧残油留分の有効量が含まれ、ＨＳＤＰ原油は、Ｓｂｎ＞９０および少なくとも０．３ｍｇＫＯＨ／ｇの全酸価（ＴＡＮ）を有する。ＨＳＤＰ原油の残油留分の有効量は、ブレンド原油の全容積の少なくとも約５パーセント（５％）であることができる。ベース原油は、全原油、または少なくとも二種の原油のブレンドのいずれか一方であることができる。ＨＳＤＰ原油の常圧残油留分は、少なくとも１０５の溶解性ブレンディング数（Ｓ_ＢＮ）を有することができる。ＨＳＤＰ原油の減圧残油留分は、少なくとも１８２のＳ_ＢＮを有することができる。

本発明の更に他の態様に従って、微粒子またはアスファルテンファウリングに伴うファウリング条件を経ることができるシステムが開示される。システムには、少なくとも一種の原油製油所構成装置、および原油製油所構成装置と液体連通するブレンドが含まれ、ブレンドには、ベース原油、並びに高溶解分散能（ＨＳＤＰ）原油の常圧残油留分および／または減圧残油留分の有効量が含まれ、ＨＳＤＰ原油は、Ｓｂｎ＞９０および少なくとも０．３ｍｇＫＯＨ／ｇの全酸価（ＴＡＮ）を有する。原油製油所構成装置は、熱交換器、加熱炉、蒸留カラム、スクラバー、反応器、液体ジャケット付きタンク、パイプスチル、コーカー、またはビスブレーカーであることができる。ＨＳＤＰ原油の残油留分の有効量は、ブレンド原油の全容積の少なくとも約５パーセント（５％）であることができる。ベース原油は、全原油、または少なくとも二種の原油のブレンドのいずれか一方であることができる。ＨＳＤＰ原油の常圧残油留分は、少なくとも１０５の溶解性ブレンディング数（Ｓ_ＢＮ）を有する。ＨＳＤＰ原油の減圧残油留分は、少なくとも１８２のＳ_ＢＮを有することができる。

本発明の他の態様に従って、ファウリングされた原油製油所構成装置をオンライン清浄するための方法が開示される。これは、ファウリングされた原油製油所構成装置を運転する工程と、ブレンド原油をファウリングされた原油製油所構成装置へ供給する工程とを有し、ブレンド原油は、ベース原油、並びに高溶解分散能（ＨＳＤＰ）原油の常圧残油留分および減圧残油留分の有効量のブレンドを含み、ＨＳＤＰ原油は、Ｓｂｎ＞９０および少なくとも０．３ｍｇＫＯＨ／ｇの全酸価（ＴＡＮ）を有する。原油製油所構成装置は、熱交換器、加熱炉、蒸留カラム、スクラバー、反応器、液体ジャケット付きタンク、パイプスチル、コーカー、またはビスブレーカーであることができる。ＨＳＤＰ原油の残油留分の有効量は、ブレンド原油の全容積の少なくとも５パーセント（５％）であることができる。ベース原油は、全原油、または少なくとも二種の原油のブレンドのいずれか一方であることができる。ＨＳＤＰ原油の常圧残油留分は、少なくとも１０５の溶解性ブレンディング数（Ｓ_ＢＮ）を有する。ＨＳＤＰ原油の減圧残油留分は、少なくとも１８２のＳ_ＢＮを有することができる。

本発明のこれらおよび他の特徴は、好ましい実施形態についての次の詳細な説明から明らかになるであろう。これは、添付の図面と組合わせて採用されて、実施例を用いて本発明の原理を示す。

本発明は、ここで、添付の図面と組合わせて説明されるであろう。

ＬＳＬＡ原油のファウリングについて、微粒子の効果を示すグラフである。 ＨＳＨＡ原油ブレンドのファウリングについて、微粒子の効果を示すグラフである。 本発明に従ってＨＳＤＰ原油とブレンドされた場合に、ＨＳＨＡ原油ブレンドに伴うファウリングの低減を示す試験結果を示すグラフである。 本発明に従ってＨＳＤＰ原油とブレンドされた場合に、ＬＳＬＡ原油に伴うファウリングの低減を示す試験結果を示すグラフである。 本発明に従ってＨＳＤＰ原油Ａとブレンドされた場合に、ＨＳＨＡ原油ブレンドに伴うファウリングの低減を示す試験結果を示すグラフである。 本発明に従ってＨＳＤＰ原油Ａとブレンドされた場合に、ＬＳＬＡ原油に伴うファウリングの低減を示す試験結果を示すグラフである。 本発明に従ってＨＳＤＰ原油Ｂとブレンドされた場合に、ＨＳＨＡ原油に伴うファウリングの低減を示す試験結果を示すグラフである。 本発明に従ってＨＳＤＰ原油Ｂとブレンドされた場合に、ＬＳＬＡ原油に伴うファウリングの低減を示す試験結果を示すグラフである。 本発明に従って種々のＨＳＤＰ原油（Ａ〜Ｇ）とブレンドされた場合に、ＬＳＬＡ原油に伴うファウリングの低減を示す試験結果を示すグラフである。 本発明に従って用いられるＡｌｃｏｒファウリング模擬装置の概略図である。 本発明に従ってＨＳＤＰ原油の残油留分とブレンドされた場合に、原油のファウリング対照ブレンドに伴うファウリングの低減を示す試験結果を示すグラフである。 本発明に従ってＨＳＤＰ原油の残油留分とブレンドされた場合に、原油のファウリング対照ブレンドに伴うファウリングの低減を示す試験結果を示すグラフである。

図面においては、同じ参照番号は、異なる図面の対応する部位を示す。

本発明は、種々の修正および別の形態が可能であるものの、それらの特定の実施形態は、プロセス概略図、および図１〜１２に示される試験結果により示されており、本明細書に詳細に開示されるであろう。しかし、それは、本発明を、開示される特定の形態へ限定するものではなく、逆に、本発明は、添付される請求によって定義される本発明の精神および範囲内に入る全ての修正物、均等物、および代替物を包含するものであることは、理解されるべきである。

ここで、本発明の種々の態様が、詳細に言及されるであろう。本発明の方法および対応する工程は、構成の詳細な説明と組合わせて説明されるであろう。

本発明は、ここで、図面と組合わせて、より詳細に記載されるであろう。本発明は、製油所内に配置される熱交換器および他の構成装置におけるファウリングを低減することを目的とする。この目的は、ベース原油（全原油、二種以上の原油のブレンド、またはそれらの留分からなることができる）と、所定量の高溶解分散能（ＨＳＤＰ）原油とのブレンドによって達成される。ＨＳＤＰ原油の添加は、アスファルテン誘導ファウリングおよび微粒子誘導／促進ファウリングの両方を軽減する。これらのＨＳＤＰ原油の高いＳ_ＢＮは、残りの原油および／またはブレンド中のいかなるアスファルテンの溶解性をも高めることを可能にする。測定されたＴＡＮは、微粒子が、原油ブレンド中に分散するのに資する分子の存在を示すと考えられる。これは、微粒子が加熱された表面に付着するのを防止する。ファウリングの低減を達成するために、ＨＳＤＰ原油は、少なくとも０．３ｍｇＫＯＨ／ｇの全酸価（ＴＡＮ）を有するべきである。より高いＴＡＮレベルは、ファウリングの低減および軽減の向上をもたらすことができる。ＨＳＤＰ原油は、少なくとも９０の溶解性ブレンディング数（Ｓ_ＢＮ）を有するべきである。より高いＳ_ＢＮレベルは、ファウリングの低減および軽減の向上をもたらすことができる。ブレンド原油の中に必要なＨＳＤＰ原油の容積は、ＨＳＤＰ原油のＴＡＮおよび／またはＳ_ＢＮ値に基づいて異なるであろう。ＨＳＤＰ原油のＴＡＮおよび／またはＳ_ＢＮ値が高いほど、ブレンド原油を製造するのに必要なＨＳＤＰ原油の容積は低い。これは、製油所構成装置（限定されることなく、熱交換器などを含む）におけるアスファルテン誘導ファウリングおよび微粒子誘導ファウリングおよび／または促進の両方を低減および／または軽減するであろう。ＨＳＤＰ原油は、好ましくは、ブレンド原油の全容積の３パーセント〜５０パーセントを構成する。

ブレンド原油は、次いで、製油所内で処理される。ブレンド原油は、ベース原油を超える向上された特性を示す。特に、ブレンド原油は、微粒子を含むベース原油を超えるファウリングの実質的な低減を示す。これは、熱交換器内の伝熱の向上、およびエネルギー消費全体の低減をもたらす。

図１０は、原油への微粒子の添加がファウリングにいかなる影響を及ぼすか、およびＨＳＤＰ原油の添加がファウリングの低減および軽減にいかなる影響を及ぼすかを測定するのに用いられるＡｌｃｏｒ試験配置を示す。試験配置には、原油の原料供給物を含む貯蔵器１０が含まれる。原油の原料供給物は、全原油、または二種以上の原油を含むブレンド原油を含むベース原油を含むことができる。原料供給物はまた、ＨＳＤＰ原油を含むことができる。原料供給物は、温度およそ１５０℃／３０２°Ｆへ加熱され、次いで、垂直に配向された加熱ロッド１２を含むシェル１１に供給される。加熱ロッド１２は、炭素鋼から形成することができる。加熱ロッド１２は、熱交換器の管を模擬する。加熱ロッド１２は、所定温度へ電気加熱され、試験中、これらの所定温度で保持される。典型的には、ロッドの表面温度は、およそ３７０℃／６９８°Ｆおよび４００℃／７５２°Ｆである。原料供給物は、流速およそ３．０ｍＬ／分で、加熱ロッド１２を横切って圧送される。使用後の原料供給物は、貯蔵器１０の頂部に集められる。使用後の原料供給物は、シールされたピストンによって未処理原料供給油から分離され、それによりワンススルー運転が可能にされる。システムは、窒素で加圧され（４００〜５００ｐｓｉｇ）、ガスが試験中油に溶解したままであることが確実にされる。バルク流体の入口および出口温度、およびロッド１２の表面に対する熱電対の読取値が、記録される。

一定の表面温度の試験中、ファウラントは、加熱表面に沈積および蓄積する。ファウラントデポジットは、コークへ熱劣化される。コークデポジットは、断熱効果をもたらし、通過する油を加熱する表面の効率および／または能力を低減する。その結果、出口バルク流体の温度低下は、ファウリングが継続する間継続する。温度のこの低下分は、出口液体ΔＴまたはΔＴと呼ばれ、原油／ブレンドのタイプ、試験条件、および／または他の影響（塩、沈降物、または他のファウリング促進物質の存在など）によって変わり得る。標準Ａｌｃｏｒファウリング試験は、１８０分間行われる。全ファウリングは、出口液体の温度の全低下分によって測定されるが、これは、ΔＴ１８０またはｄＴ１８０と呼ばれる。

図１および図２は、原油中の微粒子の存在が、製油所構成装置またはユニットのファウリングに及ぼす影響を示す。ファウリングは、微粒子を含まない類似の原油と比較した場合に、酸化鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３）粒子の存在下に増大する。本発明は、低硫黄低アスファルテンまたはＬＳＬＡ全原油、および高硫黄高アスファルテンまたはＨＳＨＡ原油のブレンドを、ベース原油の例として使用することに関連して記載されるであろう。これらの油は、ある分類の原油を代表するものとして選択された。ＬＳＬＡ原油は、低Ｓ_ＢＮ、高反応性硫黄、および低アスファルテンの原油を表す。ＨＳＨＡブレンド原油は、アスファルテンおよび反応性硫黄がいずれもが高い原油を表す。これらの原油の使用は、例証目的のためのみのものであり、本発明は、ＬＳＬＡ原油およびＨＳＨＡ原油のみへの適用に限定されるものではない。本発明は、全ての全原油およびブレンド原油、並びに製油所構成装置（限定されることなく、熱交換器を含む）におけるファウリングを経るか、および／またはファウリングを生成する同様のものの処方に適用されるものである。ファウリングの存在は、熱交換器内に含まれる加熱管またはロッドの伝熱を低減する。上記されるように、ファウリングの存在は、熱交換器の性能および効率について、有害な影響を有する。

本発明者らは、高ＴＡＮおよび／または高Ｓ_ＢＮを有する原油のベース原油への添加が、微粒子誘導ファウリングを低減することを見出している。ファウリング低減の程度は、全ブレンドに対して測定されたＴＡＮの関数であると思われる。これは、ブレンド中に存在する微粒子が加熱表面を湿潤し、それに付着することを防ぐようにするナフテン酸の能力によるものであると考えられる。そうでなければ、ファウリング／コーキングの促進および加速が生じる。殆どの高ＴＡＮ原油はまた、非常に高いＳ_ＢＮレベルを有し、これは、アスファルテンを溶解するか、および／またはそれらをより効果的に溶液中に維持することを促進することが示されている。これはまた、そうでなければ原油およびブレンドの非親和性および近非親和性により生じたであろうファウリングを低減する。これらの原油は、高溶解分散能（ＨＳＤＰ）原油として分類される。所定量のＨＳＤＰ原油が、ベース原油へ添加される場合には、ファウリングが顕著に低減される。その際、ＨＳＤＰ原油は、０．３ｍｇＫＯＨ／ｇ程度に低いＴＡＮ、および９０程度に低いＳ_ＢＮを有する。所定量のＨＳＤＰ原油は、ブレンド原油の全容積（即ち、ベース原油＋ＨＳＤＰ原油）の３パーセント（３％）程度に低く構成することができる。

試料試験を行って、ＨＳＤＰ原油Ａおよび／またはＢのＨＳＨＡベース原油への添加が基油のファウリングに与える影響が決定された。結果を、図３に示す。図３は、図２の変更であり、所定量のＨＳＤＰ原油の添加に伴うファウリングの低減分が、ＨＳＨＡ原油を含むベース原油とブレンドされる。一例においては、ＨＳＨＡを含むベース原油が、ＨＳＤＰ原油とブレンドされる。これは、ブレンド原油の全容積の２５パーセント（２５％）を占める。ＨＳＤＰ原油は、およそ４．８ｍｇＫＯＨ／ｇのＴＡＮおよび１１２のＳ_ＢＮを有するＨＳＤＰ原油Ａと表示される。図３に示されるように、ファウリングの実質的な低減は、微粒子を含むベース原油および微粒子を含まないベース油の両方と比較した場合に得られる。他の例においては、ＨＳＨＡを含むベース原油が、ＨＳＤＰ原油とブレンドされる。これは、ブレンド原油の全容積の５０パーセント（５０％）を占める。ＨＳＤＰ原油は、およそ１．１ｍｇＫＯＨ／ｇのＴＡＮおよび１１５のＳ_ＢＮを有するＨＳＤＰ原油Ｂである。ベース原油のファウリングに対するＨＳＤＰ原油Ｂの影響は、ＨＳＤＰ原油Ａほど顕著でないものの、ＨＳＤＰ原油Ｂは、それでもなお、微粒子を含むベース原油のファウリングの明白な低減をもたらす。

試料試験を行って、ＨＳＤＰ原油ＡおよびＢの添加が基油のファウリングに及ぼす影響を決定した。結果を、図４に示す。図４は、図１の変更であり、所定量のＨＳＤＰ原油の添加に伴うファウリングの低減分が、ベース原油とブレンドされる。示される例においては、ベース原油は、ＬＳＬＡ原油であり、ＨＳＤＰ原油Ａとブレンドされる。これは、ブレンド原油の全容積の２５パーセント（２５％）を占める。ＨＳＤＰ原油ＡのＨＳＨＡ原油への添加と同様に、ファウリングの実質的な低減は、微粒子を含むベース原油および微粒子を含まないベース油の両方と比較した場合に得られる。他の示される例においては、ＬＳＬＡベース原油は、ＨＳＤＰ原油Ｂとブレンドされる。これは、ブレンド原油の全容積の５０パーセント（５０％）を占める。ベース原油のファウリングに対するＨＳＤＰ原油Ｂの影響は、ＨＳＤＰ原油Ａほど顕著でないものの、ＨＳＤＰ原油Ｂはやはり、微粒子を含むベース原油のファウリングの明白な低減をもたらす。

試料試験を行って、ＬＳＬＡ全原油またはＨＳＨＡブレンド原油のいずれかを含むベース油へのＨＳＤＰ原油Ａの添加が、ベース油のファウリングに及ぼす影響を決定した。ＨＳＤＰ Ａ原油は、およそ４．８ｍｇＫＯＨ／ｇのＴＡＮおよび１１２のＳ_ＢＮを有する。ＨＳＨＡブレンドに対するＨＳＤＰ Ａの影響に伴う結果を、図５に示す。ＬＳＬＡ全原油に対するＨＳＤＰ Ａの影響に伴う結果を、図６に示す。両ベース油について、ＨＳＤＰ原油としてのＨＳＤＰ Ａ原油の添加は、ファウリングの低減をもたらした。

図５〜８で示されるように、ファウリングの低減は、ブレンド原油中の所定量のＨＳＤＰ原油含有量が増大するにつれて増大した。

本発明の利点について、上記の例示的な例は、ＨＳＤＰ原油としての例証のＡおよびＢ原油の使用に基づく。本発明は、ＨＳＤＰ原油のこれらの例証のみに限定されるものではない。およそＴＡＮ少なくとも０．３ｍｇＫＯＨ／ｇおよびＳ_ＢＮ少なくとも９０を有する他のＨＳＤＰ原油は、ファウリングの低減を達成するであろう。図９は、ＬＳＬＡ全原油のベース油に対する種々のＨＳＤＰ原油の添加によるファウリングに対する影響は、有利な影響であることを示す。次の表１に要約されるように、ＨＳＤＰ原油の添加は、微粒子を含むベース原油と比較した場合に、ファウリングの低減をもたらした。

本発明の他の態様に従って、原油製油所構成装置におけるファウリングを低減するための方法が提供される。方法には、一般に、ベース原油および高溶解分散能（ＨＳＤＰ）原油を提供する工程が含まれ、ＨＳＤＰ原油は、Ｓｂｎ＞９０および少なくとも０．３ｍｇＫＯＨ／ｇの全酸価（ＴＡＮ）を有する。方法には、ＨＳＤＰ原油を蒸留して、常圧および減圧残油留分を単離する工程と、ベース原油を有効量の常圧および／または減圧残油留分とブレンドして、ブレンド原油を生成する工程と、およびブレンド原油を原油製油所構成装置へ供給する工程とが含まれる。

炭化水素原料材は、天然石油または合成素材のいずれから誘導されようと、炭化水素、およびヘテロ原子含有炭化水素（沸点、分子量、および化学構造が異なる）からなる。高沸点の高分子量ヘテロ原子含有炭化水素（例えばアスファルテン）は、より低い沸点のナフサおよび留出油留分より多い比率の金属および炭素形成成分（即ち、コーク前駆体）を含むことが知られる。原油を異なる成分に分留することが知られる。これは、例えば、特許文献３（２０００年５月９日出願、表題「残油の品質向上のための選択的吸着プロセス（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｐｒｏｃｅｓｓ ｆｏｒ Ｒｅｓｉｄ Ｕｐｇｒａｄｉｎｇ）（ＬＡＷ８１５）」）に記載される。その開示は、本明細書に、特に参照により含まれる。残留物は、所与の温度および圧力で留出しない物質として定義される。常圧残油は、大気圧下におよそ３００℃で留出しない原油の留分である。常圧残油は、更に、減圧下で分留され、およそ５００℃超で沸騰しないその留分は、減圧残留物（減圧残油留分）と呼ばれる。

Ｓ_ＢＮおよびＴＡＮ特性は、原油がＨＳＤＰ油であるか否かを識別する。Ａｌｃｏｒファウリング模擬試験は、既知のファウリング原油とブレンドされたＨＳＤＰ原油の常圧および減圧残油留分を用いて行われるが、これは、相対的な性能を定義するのに、並びに全原油ブレンドのファウリングを軽減するのに望ましい、好ましい濃度を推定するのに用いることができる。

原油製油所機器のファウリングを低減する際に、ＨＳＤＰ原油の常圧および減圧残油留分の有効性を示すために、実験室ファウリング模擬試験を行った。原油の二種の対照ブレンド（原油ブレンドＡおよび原油ブレンドＢ）を調製した。各対照ブレンドは、異なるレベルのアスファルテンを含むが、いずれも微粒子３００ｗｐｐｍ超を含んだ。微粒子は、多くの原油のファウリング可能性を増大することが知られるろ過性固体であった。対照ブレンドのそれぞれを、上記されるＡｌｃｏｒファウリング模擬を用いて試験した。これは、図１１および１２に見ることができる。

図１１および１２は、それぞれ、対照ブレンドＡおよびＢを用いて行われたＡｌｃｏｒファウリング模擬試験を示す。図１１に示されるように、１８０分の試験の最後には、対照ブレンドＡは、−０．２０の最終Ａｌｃｏｒ ｄｉｍ ｄＴを有した。図１２に示されるように、１８０分の試験の最後には、対照ブレンドＢは、−０．４２の最終Ａｌｃｏｒ ｄｉｍ ｄＴを有した。ｄｉｍ ｄＴ要因は、油および周囲条件（例えば、室温の変動）の伝熱特性（粘度、密度、熱容量など）であり、達成される最大の油出口温度に僅かに影響を及ぼし得る。無次元のｄＴは、これらの異なる伝熱の影響を補正する。この補正は、ΔＴ（即ち、Ｔ_出口−Ｔ_出口最大）を各実験中にロッドから伝導される熱の測定値で除することによって達成される。これは、簡単には、以下に示されるように、ロッド温度−最大出口温度である。
ｄｉｍｄＴ＝（Ｔ_出口−Ｔ_出口最大）／（Ｔ_ロッド−Ｔ_出口最大）

表２は、ＨＳＤＰ原油の関連物理的特性を提供する。これは、本発明に従って、Ｓ_ＢＮ１００およびＴＡＮ０．３ｍｇＫＯＨ／ｇ超を有する。このＨＳＤＰ原油は、蒸留されて、その減圧ガス油（ＶＧＯ、６５０°Ｆ−１０５０°Ｆ；３４３℃−５６５℃）、常圧残油留分（６５０°Ｆ；３４３℃）、および減圧残油留分（１０５０°Ｆ；５６５℃）を単離した。典型的なＨＳＤＰ原油の各留分の値、Ｓ_ＢＮおよび不溶解性数（Ｉ_Ｎ）を、表２に示す。

ＨＳＤＰ原油の常圧および減圧残油留分の有効量の添加は、他の原油のファウリングを低減するのに効果的であることが示される。例えば、例証であって限定ではないが、試験を、ＨＳＤＰ残油留分の全容積の約５パーセント（５％）を用いて行い、図１１および１２に示される顕著なファウリングの低減が得られた。これは、以下に詳述される。

対照ブレンドＡおよび対照ブレンドＢのそれぞれを、全重量の５パーセント（５％）として混合した後、再試験した。ＨＳＤＰ原油残油留分のそれぞれを、表２に示す。上記のように、いかなる既知の、または適切な技術も、ＨＳＤＰ原油の常圧および減圧残油をベース原油とブレンドするのに用いることができる。

図１１および１２に示されるように、常圧および減圧残油留分は、全ＨＳＤＰ原油と同じくらい効果的に、両対照ブレンドのファウリングを著しく低減した。各対照ブレンドへのＶＧＯ留分の添加は、ブレンドのファウリングを増大することが示された。図１１および１２が証明するように、ＨＳＤＰ原油の常圧および減圧残油留分は、原油のファウリングを低減するためのＨＳＤＰストリームとして効果的である。加えて、図１１および１２に示されるように、ＨＳＤＰ原油のＶＧＯ残油留分は、全ＨＳＤＰまたは他の残油留分と同じくファウリングを低減せず、実際には、ブレンドのファウリングを増大する。

本発明の他の態様に従って、ベース原油、並びにＨＳＤＰ原油の常圧残油留分および減圧残油留分の有効量を含むブレンド原油が提供され、その際ＨＳＤＰ原油は、Ｓｂｎ＞９０および少なくとも０．３ｍｇＫＯＨ／ｇのＴＡＮを有する。

本発明の更に他の態様に従って、微粒子またはアスファルテンファウリングに伴うファウリング条件を経ることができるシステムが提供される。システムには、少なくとも一種の原油製油所構成装置、および原油製油所構成装置と流体連通するブレンドが含まれる。ブレンドには、ベース原油、並びにＨＳＤＰ原油の常圧残油留分および減圧残油留分の有効量が含まれ、その際ＨＳＤＰ原油は、Ｓｂｎ＞９０および少なくとも０．３ｍｇＫＯＨ／ｇのＴＡＮを有する。

本発明の更なる態様に従って、ファウリングされた原油製油所構成装置をオンライン清浄するための方法が提供される。方法には、ファウリングされた原油製油所構成装置を運転する工程と、ブレンド原油をファウリングされた製油所構成装置へ供給する工程とが含まれる。ブレンド原油には、ベース原油、並びにＨＳＤＰ原油の常圧残油留分および減圧残油留分の有効量のブレンドが含まれ、その際ＨＳＤＰ原油は、Ｓｂｎ＞９０および少なくとも０．３ｍｇＫＯＨ／ｇのＴＡＮを有する。

特にまた、ＨＳＤＰ原油の常圧および減圧残油留分を用いて、既にファウリングされた原油予熱列交換器および他の製油所構成装置のオンライン清浄が行われ、伝熱効率が向上されて、加熱炉コイル入口温度（ＣＩＴ）が回復されることが発見されている。常圧および減圧パイプスチルの両加熱炉のＣＩＴレベルは、ＨＳＤＰ原油の常圧および減圧残油留分を含むブレンドを運転する場合に劇的に増大することが発見されている。これは、燃焼加熱の必要性が低減される結果、省エネルギーおよび環境的利点をもたらす。

他の原油のファウリングを効果的に軽減するのに適切なＨＳＤＰ原油の常圧および減圧残油留分の濃度は、上記されるＡｌｃｏｒ試験手段を用いて決定された。Ａｌｃｏｒ試験によって証明されるように、低レベルのＨＳＤＰ原油の常圧および減圧残油留分は、原油製油所構成装置のファウリングを軽減するのに効果的である。例えば、ブレンドの全容積の５パーセント（５％）程度に低いレベルが、効果的である。更に低い濃度が、ファウリングをより低い低減に対して用いられることができることが企図される。ＨＳＤＰ原油の常圧残油留分は、少なくとも１０５のＳ_ＢＮを有することが好ましい。ＨＳＤＰ原油の減圧残油留分は、少なくとも１８２のＳ_ＢＮを有することが好ましい。

当業者には、種々の修正および／または変更が、本発明の範囲から逸脱することなく、なされ得ることは明らかであろう。添付の明細書に含まれる全ての事項は、単に例証として、および限定する意味ではなく、解釈されるべきものである。本発明は、製油所運転における熱交換器に関連して記載されているものの、本発明は、そのように限定されるべきものではなく、むしろ、本発明は、他の製油所構成装置（限定することなく、パイプスチル、コーカー、ビスブレーカーなどを含む）におけるファウリングを低減および／または軽減するのに適切であると企図される。

更に、ＨＳＤＰ原油の常圧および減圧残油留分の使用は、本発明に関連して記載されるように、ファウリングを低減および／または軽減する他の技術と組合わされることが企図される。これらの技術には、限定されることなく、（ｉ）熱交換器の管における低エネルギー表面および修正鋼表面の提供（特許文献４および特許文献５に記載され、その開示は、本明細書に、特に参照により含まれる）、（ｉｉ）制御された機械的振動の使用（特許文献５に記載され、その開示は、本明細書に、特に参照により含まれる）、（ｉｉｉ）流体脈動および／または振動の使用（表面被覆と組合わせることができる）（特許文献６（２００７年６月１９日出願、表題「熱交換器におけるファウリングの低減（Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｆｏｕｌｉｎｇ ｉｎ Ｈｅａｔ Ｅｘｃｈａｎｇｅｒｓ）」）に記載され、その開示は、本明細書に、特に参照により含まれる）、（ｉｖ）熱交換器の管の電解研磨および／または表面被覆および／または修正の使用（特許文献７に記載され、その開示は、本明細書に、特に参照により含まれる）、並びに（ｖ）同様物の組合せ（特許文献８（２００６年１２月２０日出願、表題「製油所の熱交換器のファウリングの低減方法（Ａ Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｒｅｄｕｃｉｎｇ Ｈｅａｔ Ｅｘｃｈａｎｇｅｒ Ｆｏｕｌｉｎｇ ｉｎ ａ Ｒｅｆｉｎｅｒｙ）」）に記載され、その開示は、本明細書に、特に参照により含まれる）が含まれる。従って、本発明は、特許請求の範囲およびそれらの均等物に入る場合には、本明細書における方法の修正および変更を包含するものである。

本発明の特定の形態が記載されてはいるものの、当業者には、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、種々の修正がなされ得ることは明らかであろう。

従って、本発明は、特許請求によるものを除いて、限定されるものではない。本発明は、一つ以上の特定の実施形態に関して記載されてはいるものの、当業者は、多くの変更が、本発明の精神および範囲から逸脱することなくなされ得ることを、理解するであろう。これらの実施形態およびその明らかな変更のそれぞれは、本請求の発明の精神および範囲内で入るものとして企図される。これは、次の請求項に示される。

Claims (4)

1. 原油製油所構成装置におけるファウリングを低減する方法であって、
   ベース原油を、少なくとも０．３ｍｇＫＯＨ／ｇの全酸価（ＴＡＮ）および９０超えの溶解性ブレンディング数（Ｓ _ＢＮ ）を有する高溶解分散能（ＨＳＤＰ）原油を蒸留して得られる常圧残油留分および減圧残油留分とブレンドして、ブレンド原油をもたらす工程；および
   前記ブレンド原油を原油製油所構成装置へ供給する工程
   を含み、
   前記常圧残油留分および減圧残油留分の量は、ブレンド原油、常圧残油留分および減圧残油留分の全容積に対して少なくとも５パーセントであることを特徴とする方法。
2. 前記常圧残油留分は、少なくとも１０５の溶解性ブレンディング数（Ｓ_ＢＮ）を有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記減圧残油留分は、少なくとも１８２の溶解性ブレンディング数（Ｓ_ＢＮ）を有することを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
4. 前記原油製油所構成装置は、熱交換器、加熱炉、蒸留カラム、スクラバー、反応器、液体ジャケット付きタンク、パイプスチル、コーカーおよびビスブレーカーよりなる群から選択されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の方法。

Images