JP7029464B2 - 重油の質を向上させるための統合型水熱プロセス - Google Patents

Description

石油の質を向上させる方法が開示されている。具体的には、統合型水熱プロセスを使用して石油の質を向上させるための方法およびシステムが開示されている。

超臨界水は、重油の質の向上に使用すると多くの利点がある。超臨界水プロセスにおける質の向上の程度は、水素の量と超臨界水中の触媒の不安定性によって制限される。

超臨界水炉において高温であることは、炭素－硫黄結合や炭素－炭素結合などの化学結合の熱分解を引き起こす。崩壊した結合は他の原子で満たされるか、不飽和結合を形成する。好ましくは、崩壊した結合は、分子間凝縮、およびオレフィンおよび芳香族の生成を回避するために、水素で満たされる。オレフィンは貴重な化学物質であるが、不飽和結合の安定性が低いことで、ガムを形成して生成物を劣化させる可能性がある。水分子由来の水素は分解反応に関与し得るが、水由来の水素供与の範囲は、水素－酸素の結合エネルギーが高次であるため、超臨界水条件では制限される。超臨界水プロセス由来の生成物は、原料石油よりも高い芳香族性とオレフィン性を有する可能性がある。それは、生成物の経済的価値に悪影響を及ぼす。

超臨界水プロセスの厳しい条件により、不安定な触媒が生じる。不均一な触媒の崩壊は、超臨界水で頻繁に観察される。有機金属化合物などの均一な触媒は、超臨界水条件下で不活性な形に変換できる。しかし、水からの水素引き抜きは、超臨界水中の触媒の存在下で恩恵を受けることができる。

石油の質を向上させる方法が開示されている。具体的には、統合型水熱プロセスを使用して石油の質を向上させるための方法およびシステムが開示されている。

第１の態様では、重油の質を向上させるための統合型水熱プロセスが提供される。統合型水熱プロセスには、混合流体を生成するために加熱水流と加熱供給物をミキサー内で混合するステップであって、加熱水流は超臨界水であり、加熱供給物は摂氏３００度（℃）未満の原料の温度および水の臨界圧力より高い原料の圧力である、ステップ、炉流出物を生成するために混合流を炉ユニットに導入するステップ、水の臨界温度より高い温度および水の臨界圧力より高い圧力に維持される炉ユニットで変換反応が起こることを可能にするステップであって、変換反応は、混合流体中の炭化水素の質を向上させるように動作可能で、炉流出物が軽質留分、重質留分、および水を含む、ステップ、が含まれる。統合型水熱プロセスは、水の臨界温度よりも低い温度および炉流出物の温度よりも低い温度で、冷却装置にて炉流出物を冷却して冷却流体を生成するステップ、減圧流体中の水が蒸気として存在するように、冷却流体の温度に対応する蒸気圧よりも低い圧力で、減圧流体を生成するために減圧装置で冷却流体を減圧するステップ、減圧流体をフラッシュドラムに導入するステップ、軽質留分流と重質留分流を生成するため、フラッシュドラム内の減圧流体を分離するステップをさらに含む。軽質留分流は、軽質留分と水を含み、重質留分流は、重質留分と水を含み、重質留分流は、０．１重量％（ｗｔ％）から１０ｗｔ％の間の含水量を含む。統合型水熱プロセスは、重質留分流を水性改質ユニットに導入するステップ、および水性改質ユニット内で質の向上反応を起こさせて水性改質出口を生成するステップをさらに含む。水性改質ユニットは、触媒を含み、触媒は水蒸気の存在下で質の向上反応を触媒するように動作可能である。水性改質出口は、石油供給物と比較して、より高い濃度の軽質留分を含む。

さらなる態様において、統合型水熱プロセスは、軽質冷却装置の軽質留分流の温度を低下させて、５０℃の温度の冷却された軽質留分を生成するステップ、冷却された軽質留分を軽質分離ゾーンに導入するステップ、軽質分離ゾーンにおいて冷却された軽質留分を分離して、ガス生成物、石油生成物、および水生成物を生成するステップを含む。さらなる態様では、統合型水熱プロセスは、石油生成物を水素化ユニットに導入して、水素化生成物を生成するステップを含む。さらなる態様では、統合型水熱プロセスは、ガス生成物からスリップ流を分離するステップ、スリップ流をガススイートニングユニットに導入するステップ、スリップ流からある量の硫化水素を除去して、スイートニングされたガス流を生成するステップ、およびスイートニングされたガス流を水性改質ユニットに導入するステップを含む。さらなる態様では、統合型水熱プロセスは、生成物ミキサー内で水性改質出口と軽質留分流を混合して、混合留分を生成するステップ、軽質冷却装置で混合留分の温度を下げて、５０℃の温度の冷却された混合留分を生成するステップ、冷却された混合留分を軽質分離ゾーンに導入するステップ、軽質分離ゾーンで冷却された混合留分を分離して、気相生成物、石油相生成物、および水相流を生成するステップを含む。さらなる態様では、統合型水熱プロセスは、供給物ポンプ内の石油供給物の圧力を増加させて加圧供給物を生成するステップであって、加圧供給物の圧力は水の臨界圧力よりも高い、ステップ、供給物ヒーターの加圧供給物の温度を上昇させて原料の温度で加熱供給物を生成するステップ、送水ポンプの水流の圧力を増加させて水の臨界圧力よりも高い圧力で加圧水を生成するステップ、および温水器内の加圧水の温度を上昇させて加熱水流を生成するステップであって、加熱水は水温である、ステップ、を含む。さらなる態様では、石油供給物が、全範囲の原油、常圧蒸留残油、常圧蒸留物、常圧残油の流れ、減圧蒸留物、減圧残油の流れ、分解生成物の流れ、例えばライトサイクルオイルやコーカーガス、デカント石油、Ｃ１０＋石油、およびエチレンプラント、液化石炭、および生体材料由来の炭化水素から得たその他の流れからなる群から選択される。さらなる態様では、触媒は、均一な触媒および不均一な触媒からなる群から選択される。さらなる態様では、触媒は、活性種、促進剤、および支持材料を含む不均一な触媒である。さらなる態様では、不均一な触媒は、二酸化ケイ素に支持された２ｗｔ％のＮｉ－５ｗｔ％のＭｇの触媒である。さらなる態様では、触媒は、活性種とリガンドを含む均一な触媒である。さらなる態様では、統合型水熱プロセスは、分散液中に触媒を分散させて触媒供給物を生成するステップであって、超音波を使用して、分散液中の触媒の分散を達成する、ステップ；注入速度が０．０５から０．０７の範囲の炭化水素対触媒の重量比を維持するような注入速度で触媒供給物をフラッシュドラムに注入し、それにより、触媒が重質留分と混合して重質流を生成するステップ；および重質流を水性改質ユニットに導入するステップを含む。さらなる態様では、標準周囲温度および圧力での水の体積流量と石油供給物の体積流量の比が１：１０から１０：１の間である。

第２の態様で、重油の質を向上させるための統合型水熱システムが提供される。統合型水熱システムは、混合流体を生成するために加熱水流と加熱供給物を混合するように構成されたミキサーであって、加熱水流は超臨界水であり、加熱供給物は３００℃未満の原料の温度および水の臨界圧力より高い圧力である、ミキサー、ミキサーに流体接続された炉ユニットであって、水の臨界温度より高い温度を維持するように構成され、さらに炉ユニットで変換反応が起こるように水の臨界圧力より高い圧力を維持するように構成され、変換反応は、混合流体中の炭化水素の質を向上させて、炉流出物が軽質留分、重質留分、および水を含むように動作可能である、炉ユニット、炉ユニットに流体接続された冷却装置であって、炉流出物の温度を低下させて、水の臨界温度よりも高く、炉流出物の温度よりも低い温度で冷却流体を生成するように構成された、冷却装置、冷却装置に流体接続された減圧装置であって、冷却流体の圧力を低下させて減圧流体を冷却流体の温度に対応する蒸気圧よりも低い圧力で生成するように構成され、減圧流体中の水は蒸気として存在する、減圧装置、減圧装置に流体接続されたフラッシュドラムであって、減圧流体を軽質留分流と重質留分流に分離するように構成され、軽質留分流は軽質留分と水を含み、重質留分流は重質留分と水を含み、重質留分流が０．１ｗｔ％から１０ｗｔ％の間の含水量を含む、フラッシュドラム、およびフラッシュドラムに流体接続された水性改質ユニットであって、重質留分流の質を向上させて水性改質出口を生成するように構成された、水性改質ユニットを含む。水性改質ユニットは触媒を含み、触媒は、水蒸気の存在下で質の向上反応を触媒するように動作可能である。

他の態様において、統合型水熱システムは、フラッシュドラムに流体接続された軽質冷却装置であって、軽質留分流の温度を低下させて、５０℃で冷却された軽質留分を生成するように構成された、軽質冷却装置、冷却された軽質留分をガス生成物、石油生成物、および水生成物に分離するように構成された軽質分離ゾーンをさらに含む。他の態様では、統合型水熱システムは、軽質分離ゾーンに流体接続された水素化ユニットであって、水素化生成物を生成するように構成された、水素化ユニットをさらに含む。他の態様において、統合型水熱システムは、軽質分離ゾーンに流体接続されたガススイートニングユニットであって、ガス生成物のスリップ流から硫化水素の一部を除去して、スイートニングされたガス流を生成するように構成された、ガススイートニングユニットをさらに含む。他の態様では、統合型水熱システムは、水性改質ユニットに流体接続された生成物ミキサーであって、水性改質出口と軽質留分流を混合して混合留分を生成するように構成された、生成物ミキサー、生成物ミキサーに流体接続された軽質冷却装置であって、混合留分の温度を下げて５０℃の温度で冷却された混合留分を生成するように構成された、軽質冷却装置、軽質冷却装置に流体接続された気液分離器であって、冷却された混合留分を気相生成物と液相生成物に分離するように構成された、気液分離器、および気液分離器に流体接続された油水分離器であって、石油相生成物と水相流を生成するように構成された、油水分離器をさらに含む。

範囲のこれらおよび他の特徴、態様、および利点は、以下の説明、特許請求の範囲、および添付の図面に関連させてよりよく理解される。しかし、図面はいくつかの実施形態を例示するに過ぎず、したがって、それは他の等しく有効な実施形態を認めることができるので範囲を限定するとみなされるべきではないという点に留意されたい。

当プロセスの簡略化されたプロセス図を提示する。 統合型水熱プロセスの一実施形態のプロセス図を提示する。 統合型水熱プロセスの一実施形態のプロセス図を提示する。 統合型水熱プロセスの一実施形態のプロセス図を提示する。 統合型水熱プロセスの一実施形態のプロセス図を提示する。 統合型水熱プロセスの一実施形態のプロセス図を提示する。 統合型水熱プロセスの一実施形態のプロセス図を提示する。 統合型水熱プロセスの一実施形態のプロセス図を提示する。 統合型水熱プロセスの一実施形態のプロセス図を提示する。 統合型水熱プロセスの一実施形態のプロセス図を提示する。 統合型水熱プロセスの一実施形態のプロセス図を提示する。 統合型水熱プロセスの一実施形態のプロセス図を提示する。 実施例３の炉流出物中の炭化水素、軽質留分流中の炭化水素、および重質留分流中の炭化水素に関する蒸留曲線のグラフ表示である。

範囲はいくつかの実施形態で説明されるが、当業者は、本明細書で説明される装置および方法の多くの実施例、変形および変更が範囲内のもので精神に含まれていることを認識する旨を理解する。したがって、記載された実施形態は、一般性を失うことなく、実施形態に制限を課すことなく示されている。当業者は、範囲が、本明細書に記載される特定の特徴のすべての可能な組み合わせおよび使用を含むことを理解する。

ここでは、統合型水熱プロセスのプロセスとシステムが説明されている。統合型水熱プロセスは、超臨界水プロセスと亜臨界水プロセスを組み合わせることができる。有利にも、亜臨界水プロセスの追加により、超臨界水プロセス由来の未変換の炭化水素を変換できる統合型システムが提供される。統合型水熱プロセスは、システムの複雑さを最小限に抑えながらエネルギー効率を向上させる。有利にも、超臨界水プロセスと比較して温和な亜臨界水プロセスの条件により、触媒が亜臨界水プロセスで使用されることが可能になる。

全体を通して使用されている、「水素の外部供給」とは、システムのユニットへの供給物または供給物の一部として供給される、ガス（Ｈ_２）の形態または液体の形態の水素を指す。水素の外部供給には、石油原料に存在する水素は含まれない。

全体を通して使用されている、「触媒の外部供給」とは、触媒がユニットへの供給物の一部としてユニットに追加されるか、例えば触媒床として空のユニットに存在することを指す。触媒の外部供給は、触媒作用を有し得、石油原料の一部である化合物、またはシステムのユニット内での反応により生成される化合物を含まない。

全体を通して使用されている、「～がない（ｉｎ ｔｈｅ ａｂｓｅｎｃｅ ｏｆ）」とは、含有しない、含まない、備えていない、なしである、または発生しないことを意味する。

全体を通して使用されている、「重質留分」とは、華氏６５０度（°Ｆ）（３４３℃）を超える、あるいは１０５０°Ｆ（５６６℃）を超える真沸点(Ｔｒｕｅ Ｂｏｉｌｉｎｇ Ｐｏｉｎｔ)１０パーセント（ＴＢＰ１０％）を有する炭化水素流体の留分を指す。重質留分には、超臨界水炉で変換されなかった石油供給物由来の成分が含まれる場合がある。重質留分には、超臨界水炉で二量化またはオリゴマー化された炭化水素も含まれ得る。

全体を通して使用されている、「軽質留分」とは、重質留分が除去された後に炭化水素流体に残る留分を指す。軽質留分のＴＢＰ９０％は６５０°Ｆ未満、あるいは１０５０°Ｆ未満である。

軽質留分と重質留分の沸点の範囲は、生成物の不飽和炭化水素の濃度や粘度などの、生成物の目標の特性に依拠する場合がある。例えば、軽質留分が不飽和炭化水素を含有していても軽質留分が価値のある生成物である場合、重質留分は、水性改質ユニットの負荷を減らすために、１０５０°Ｆを超えるＴＢＰ１０％を有することができる。例えば、軽質留分を低粘度燃料油として使用する場合、重質留分は６５０°Ｆを超えるＴＢＰ１０％を有することができる。

全体を通して使用されている、「トリムする」とは、流体の温度よりも１０％低いものから１０％高いものまでの範囲で、容器内の流体の温度を調整することを指す。例として、４５０℃の流体は、４１０℃にトリムできる。

全体を通して使用されている、「均一な触媒」とは、周囲条件で流体に溶解する触媒を指す。均一な触媒は、触媒に触媒活性を与え得る分解により、流体の溶解度が変化し得る。

全体を通して使用されている、「スイートニングする」または「スイートニング」とは、ガス流から硫化水素の一部を除去することを指す。

全体を通して使用されている、「コークス」とは、石油に存在するトルエン不溶性物質を指す。

全体を通して使用されている、「マルテン相」または「マルテン留分」とは、炭化水素のｎ－ヘプタン溶液留分を指す。

全体を通して使用されている、「質を向上させる」とは、ＡＰＩ重力を高め、硫黄、窒素、金属などの不純物の量を減らし、アスファルテンの量を減らし、軽質留分の量を増やすことを意味する。

当技術分野では、超臨界水の炭化水素反応が重油の質の向上をして、より軽質留分を有する生成物を生成することが知られている。超臨界水には独特な特性があるため、反応の目的が質を向上させる反応、脱硫反応、脱金属化反応を含む石油反応媒体として使用するのに適しており、超臨界水は水素源と溶媒（希釈剤）の両方として機能する。超臨界水は、水の臨界温度よりも高く、水の臨界圧力よりも高い水である。水の臨界温度は３７３．９４６℃である。水の臨界圧力は２２．０６メガパスカル（ＭＰａ）である。特定の理論に縛られることなく、超臨界水媒介石油プロセスの基本的な反応メカニズムはラジカル反応メカニズムと同じであると理解されている。熱エネルギーは、化学結合の切断によりラジカルを生成する。希釈剤として作用する超臨界水は、周囲のラジカルによって「ケージ効果」を生み出す。水分子に囲まれたラジカルは互いに容易に反応できないため、コークスの形成に寄与する分子間の反応が抑制される。ケージ効果は、ディレードコーカーなどの従来の熱分解プロセスと比較してラジカル間反応を制限することにより、コークスの形成を抑制する。水分子由来の水素は、直接移動または間接移動、例えば水性ガスシフト反応によって炭化水素に移動できる。超臨界水は分子間の水素移動を促進するが、利用可能な水素の量が限られているため、不飽和炭化水素の生成は避けられない。不飽和炭素－炭素結合は、沸点の全範囲に分布し得る。代表的な不飽和炭化水素としてのオレフィンは価値のある化学物質であるが、安定性が低いことで、空気にさらされるときにガムが形成されるなどの多くの問題を発生させる可能性がある。したがって、現代の製油所では、触媒の存在下でオレフィンを水素で飽和させるのが一般的である。パラフィン供給物の熱分解により、パラフィンと、パラフィン供給物と比較して炭素数の少ないオレフィンが生成される場合がある。パラフィンとオレフィンの相対的な量と炭素数の分布は、熱分解が起こる相に強く依存する。液相では、高密度が分子間のより近い距離を作出して分子間の水素の移動をより簡単かつ迅速にすることにより、分子間の水素の移動がより速くなる。気相では、メタン、エタン、その他の軽質パラフィンガスが生成され、大量の水素が消費される。したがって、気相分解と比較して、液相は、液相生成物に多くのパラフィンを形成するよう促進する。さらに、液相分解は一般に生成物の炭素数の均一な分布を示すが、気相分解は生成物により軽質なパラフィンとオレフィンを多く含む。

図１を参照すると、重油の変換プロセスの一般的なプロセスフロー図が提示されている。流れＡには、石油と水の混合物が含まれる。流れＡは、超臨界水炉などの超臨界水プロセスに供給される。このプロセスでは、水の超臨界条件以上で変換反応が発生する。超臨界水炉由来の生成物である流れＢには、軽質留分、重質留分、および水が含まれている。流れＢは、超臨界水炉の圧力より低い圧力でフラッシュドラムに導入される。フラッシュドラムは、流れＣと流れＤを生成する。流れＤには、軽質留分と水が含まれている。流れＤは、米国特許第９，００５，４３２号明細書に記載されているようなアルカリ処理などのさらなる処理にかけることができる。軽質留分中の炭化水素は質が向上しているとみなすことができ、さらなる処理プロセスがない場合がある。

流れＣは、重質留分と流れＢの水との混合物である。流れＣは、水性改質ユニットなどの亜臨界水プロセスに導入される。統合型水熱プロセスは、超臨界水プロセスで使用される水の量を亜臨界水プロセスで使用できるため、有利である。水性改質ユニットでは、触媒の存在下で水蒸気の改質が行われる。水蒸気改質反応により水素が生成され、それが重質留分に含まれる炭化水素に移動する。質を向上させる反応は、水性改質ユニットで発生し得る。統合型水熱プロセスは、超臨界水炉由来の水性改質ユニットの処理済み供給物を生成する。超臨界水炉由来の重質留分は、結合の破壊により大量の不飽和結合を含む可能性がある。有利にも、多量の不飽和結合により、水性改質ユニット内の水素化反応の熱が水性改質ユニット内の温度を維持することが可能になる。対照的に、未処理の供給物が水性改質ユニットに供給されると、不飽和化合物が水素から水素化される前に結合の破壊が起こる。オレフィンのような「不安定な」結合が、水素生成および水素化反応を伴う水性改質ユニットでは好ましいことが理解される。

流れＥは、流れＣに比べて質が向上した炭化水素を含んでいる。処理、超臨界水炉、次に水性改質ユニットという順序は、流れＥを生成するために必要な順序である。超臨界水は、ケージ効果のためコークスを形成せずに重分子を分解できる。水性改質ユニットは、水素と不飽和結合の水素化を生成する。この統合型水熱プロセスの順序で、超臨界水炉は重分子を分解し、水性改質ユニットは、分解された分子の不飽和結合を水素化して、より軽い不飽和結合の生成物を生成する。超臨界水炉の上流で水性改質が行われる逆進プロセスでは、最終生成物にはより大きい画分の不飽和結合が含まれる。アスファルテンは、減圧残油などの原油の最重質留分に濃縮されている。減圧残油の比重は、通常の状態で水よりも高く、アスファルテン留分が水に沈殿する場合があることを意味する。同様に、蒸気環境では、激しい混合が発生しない限り、重質留分は重力によって沈殿する傾向がある。したがって、水性改質炉では、アスファルテンは蒸気から離れて沈降し、固体コークスの形成を引き起こす可能性がある。固体コークスの形成は、液体およびガスの収率の低下を意味する。超臨界水は炭化水素に対して高い溶解度を有することができる。さらに、超臨界水は、アスファルテンなどの炭化水素の凝集体を膨潤させると考えられている。有利なことに、統合型水熱プロセスでは、アスファルテンの一部が膨潤状態にとどまることが可能であり、これは水性改質炉にとって有益である。有利にも、超臨界水炉は、重質留分流に運ぶことができる炉流出物にエネルギーを供給でき、水性改質ユニットにエネルギーを供給できる。有利にも、水性改質ユニットの動作条件はコークスの形成を抑制する。

有利にも、水性改質は最適化されたプロセスの重大度を利用し、その強さは石油のＰ値によって測定できる。Ｐ値は、石油のアスファルテンが沈殿する傾向を測定する滴定技術である。アスファルテンの沈殿は、コークス化反応の最初のステップである。Ｐ値は、石油のアスファルテンの含有量とパラフィンの含有量に直接関係する。アスファルテンの量が多いが、パラフィンの含有量が少ない石油は、アスファルテンの含有量が少ないが、パラフィンの量が多い石油よりも安定している。例えば、アラビアの軽質の常圧残油のＰ値は０．８５で、減圧残油のＰ値は２．９である。石油の安定性にとって最小のＰ値は１．１５である。石油が熱分解を受けると、追加のパラフィンが生成されるため、石油のＰ値が低下する。パラフィンは、アスファルテンに対する石油の溶媒和力を低下させる傾向がある。少なくとも１つの実施形態では、石油供給物のＰ値は１．３から３．５の範囲にある。

図２を参照すると、重油の変換のための統合型水熱プロセスが提示され、統合型水熱システムに関して説明されている。石油供給物１１５は、供給物ポンプ１５を介して供給物ヒーター２０に移送される。加圧供給物１２０は、重油を含む石油ベースの炭化水素の任意の供給源であり得る。石油ベースの炭化水素源の例には、全範囲の原油、常圧蒸留残油、常圧蒸留物、常圧残油の流れ、減圧蒸留物、減圧残油の流れ、熱分解生成物の流れ、例えばライトサイクルオイルやコーカーガス、デカント石油、１０個以上の炭素を伴う炭化水素を含む石油（Ｃ１０＋石油）、およびその他のエチレンプラント、液化石炭、および生物材料由来の炭化水素から得た流れが含まれる。石油ベースの炭化水素源は、精製所由来の個々の流れと精製所由来の結合した流れであり得る。石油ベースの炭化水素源は、生産された油の流れなどの上流の作業から来る可能性がある。生物由来の材料の例には、バイオ燃料油が含まれる。少なくとも１つの実施形態では、石油供給物１１５は全範囲の原油である。少なくとも１つの実施形態では、石油供給物１１５は常圧残油の流れである。少なくとも１つの実施形態では、石油供給物１１５は減圧残油の流れである。常圧残油および減圧残油の流れは、常圧蒸留プロセスまたは真空蒸留プロセス由来の底部の流れまたは底部留分である。

供給物ポンプ１５は、石油供給物１１５の圧力を増加させて、加圧供給物１２０を生成する。供給物ポンプ１５は、石油供給物１１５の圧力を増加させることができる任意のタイプのポンプであり得る。供給物ポンプ１５の例には、ダイアフラム計量ポンプが含まれる。加圧供給物１２０は、原料の圧力を有する。加圧供給物１２０の原料の圧力は、水の臨界圧力より高い圧力、あるいは約２３ＭＰａより高い圧力、および約２３ＭＰａから約３０ＭＰａの間の圧力である。少なくとも１つの実施形態では、原料の圧力は約２４ＭＰａである。

供給物ヒーター２０は、加圧供給物１２０の温度を上昇させて加熱供給物１２５を生成する。供給物ヒーター２０は、加圧供給物１２０の温度を上昇させることができる任意のタイプの加熱装置であり得る。供給物ヒーター２０の例は、ガス燃焼ヒーターおよび熱交換器を含むことができる。供給物ヒーター２０は、加圧供給物１２０を原料の温度まで加熱する。加熱供給物１２５の原料の温度は、３５０℃以下の温度、あるいは３００℃未満の温度、あるいは約３０℃から３００℃の間の温度、あるいは１５０℃未満の温度、あるいは３０℃から１５０℃の間の温度、あるいは５０℃から１５０℃の間の温度である。少なくとも１つの実施形態では、原料の温度は１５０℃である。加熱供給物１２５の温度を３５０℃未満に保つと、炉の上流で原料を加熱するステップでコークスの生成を減らし、また場合によっては排除する。少なくとも１つの実施形態では、加熱供給物１２５の原料の温度を約１５０℃以下に維持することにより、加熱供給物１２５でのコークスの生成が排除される。さらに、石油ベースの炭化水素流を３５０℃まで加熱することは可能であるが、重質加熱装置が必要であり、他方で１５０℃までの加熱は熱交換器で蒸気を使用して行うことができる。加熱供給物１２５を生成するために加圧供給物１２０を加熱することは、加熱供給物１２５の温度が混合流体１３０の温度であるより高い温度になることに寄与し、それを維持するため、炉が混合流体１３０を急速に加熱しなければならないことによる炉内のホットスポットの形成を防ぐ。

水流１００は送水ポンプ５に供給され、加圧水１０５を生成する。少なくとも１つの実施形態では、水流１００は、１センチメートル当たり１．０マイクロシーメンス（μＳ／ｃｍ^２）未満の導電率、および０．１μＳ／ｃｍ^２未満の導電率を有する脱塩水である。送水ポンプ５は、水供給物１００の圧力を増加させることができる任意のタイプのポンプであり得る。送水ポンプ４としての使用に適したポンプの例には、ダイアフラム計量ポンプが含まれる。加圧水１０５は水圧を有する。加圧水１０５の水圧は、水の臨界圧力より大きい圧力、あるいは約２３ＭＰａより大きい圧力、あるいは約２３ＭＰａから約３０ＭＰａの間の圧力である。少なくとも１つの実施形態では、水圧は約２４ＭＰａである。加圧水１０５は温水器１０に供給され、加熱水流１１０を生成する。

温水器１０は、加圧水１０５を水温まで加熱して、加熱水流１１０を生成する。温水器１０は、加圧水１０５の温度を上昇させることができる任意のタイプの加熱装置とすることができる。温水器１０の例には、ガス燃焼ヒーター、および熱交換器が含まれ得る。加圧水１０５の水温は、水の臨界温度より高い温度、あるいは３８０℃より高い温度、あるいは約３７４℃と約６００℃の間の温度、あるいは約３７４℃と約４５０℃の間の温度または、約４５０℃より高い。加熱水流１１０は超臨界水である。水温の上限は、パイプ、フランジ、その他の接続部品など、プロセスの物理的側面の評価によって制限される。例えば、３１６ステンレス鋼の場合、高圧での最高温度は６４９℃にすることが推奨される。パイプラインの物理的制約内では、６００℃未満の温度が実用的である。少なくとも１つの実施形態では、加熱水流１１０は３８０℃よりも高い。加熱水流１１０は、水の臨界温度および水の臨界圧力よりも高い条件の超臨界水である。

水流１００および石油供給物１１５は、別々に加圧および加熱される。少なくとも１つの実施形態では、加熱供給物１２５と加熱水流１１０との間の温度差は３００℃よりも大きい。特定の理論に縛られることなく、加熱供給物１２５と加熱水流１１０との間の３００℃よりも大きい温度差により、加熱供給物１２５に存在する石油ベースの炭化水素と、ミキサー３０内の加熱水流１１０の超臨界水との混合が増すと考えられている。加熱水流１１０は、酸化剤を含まない。混合の順序に関係なく、石油原料１１５は、コークスの生成を避けるために水流１１０と混合されるまで３５０℃を超えて加熱されない。

加熱水流１１０および加熱供給物１２５は、混合流体１３０を生成するためにミキサー３０に供給される。ミキサー３０は、石油ベースの炭化水素流と超臨界水流を混合できる任意のミキサーを含むことができる。ミキサー３０用のミキサーの例には、静的ミキサー、ティー継手、超音波ミキサー、およびキャピラリーミキサーが含まれる。特定の理論に縛られることなく、超臨界水と炭化水素は接触時に瞬時に混合するものではなく、十分に混合された流れまたは完全に混合された流れを生成し得る前に持続的な混合が必要である。十分に混合された流れは、炭化水素に対する超臨界水のケージ効果を促進する。混合流体１３０は、炉ユニット４０に導入される。標準的な周囲温度および圧力（ＳＡＴＰ）で炉ユニット４０に入る水に対する石油供給物の体積流量の比は、約１：１０から約１０：１の間、あるいは約１：５から５：１の間である。少なくとも１つの実施形態において、水の体積流量と炉ユニット４０に入る石油原料の体積流量との比は、１：１から５：１の範囲である。

十分に混合された混合流体１３０を有することにより、炉内の炭化水素の変換を増加させることができる。混合流体１３０の温度は、加熱水流１１０の水温、加熱供給物１２５の原料の温度、および加熱供給物１２５に対する加熱水流１１０の比に依存する。混合流体１３０の温度は、２７０℃と５００℃の間、あるいは３００℃と５００℃の間、あるいは３００℃と３７４℃の間とすることができる。少なくとも１つの実施形態では、混合流体１３０の温度は、３００℃を超える。混合流体１３０の圧力は、加熱水流１１０の水圧および加熱供給物１２５の原料の圧力に依存する。混合流体１３０の圧力は、２２ＭＰａより大きくなり得る。

混合流体１３０は、炉流出物１４０を生成するために炉ユニット４０に導入される。少なくとも１つの実施形態では、混合流１３０は、追加の加熱ステップがない場合、ミキサー３０から炉ユニット４０を通る。少なくとも実施形態では、混合流１３０は、追加の加熱ステップなしでミキサー３０から炉ユニット４０を通るが、温度を維持するために断熱材を備えた配管を経る。

炉ユニット４０は、水の臨界温度より高い温度、あるいは約３７４℃と約５００℃の間、あるいは約３８０℃と約４８０℃の間、あるいは約３９０℃と約４５０℃の間、あるいは約４００℃と約５００℃の間、あるいは約４００℃と約４３０℃の間、あるいは４２０℃と約４５０℃の間で作動させる。少なくとも１つの実施形態では、炉ユニット４０の温度は４００℃と約４６０℃の間である。炉ユニット４０は、水の臨界圧力より高い圧力、あるいは約２２ＭＰａより高い圧力、あるいは約２３ＭＰａと３５ＭＰａの間、あるいは約２４ＭＰａと約３０ＭＰａの間の圧力にある。炉ユニット４０における混合流体１３０の滞留時間は、約１０秒より長く、あるいは約１０秒から約５分、あるいは約１０秒から１０分、あるいは約１分から約６時間、あるいは約１０分から２時間である。変換反応は、炉ユニット４０で起こり得る。例示的な変換反応には、分解、異性化、アルキル化、二量化、芳香族化、環化、脱硫、脱窒素、脱金属、およびそれらの組み合わせが含まれる。炉流出物１４０は、重質留分、軽質留分、および水を含むことができる。

炉流出物１４０は冷却装置５０に送られ、冷却流体１５０を生成する。冷却装置５０は、炉流出物１４０の温度を低下させることができる任意の装置とすることができる。少なくとも１つの実施形態では、冷却装置５０は熱交換器である。冷却流体１５０は、水の臨界温度以上の温度にある。少なくとも１つの実施形態では、冷却流体１５０は、水の臨界温度よりも低い温度にある。少なくとも１つの実施形態では、石油の質を向上させるプロセスは、冷却装置５０を含まない。冷却装置５０は、流体温度をトリムするように設計することができる。冷却装置５０の温度は、さらなる加熱を必要とすることなく、フラッシュドラム６０内の減圧流体１５５のフラッシュを促進する。

冷却流体１５０は、減圧装置５５を通過して、減圧流体１５５を生成する。減圧装置５５は、流体の圧力を低下させることができる任意の圧力調整装置とすることができる。減圧装置５５として使用できる圧力調整装置の例には、圧力制御弁、キャピラリー要素、および背圧調整器が含まれる。少なくとも１つの実施形態では、減圧装置５５は背圧調整器とすることができる。減圧装置５５は、冷却流体１５０の圧力を、減圧流体１５５の温度に対する蒸気圧力よりも低い圧力に低下させる。例として、３５０℃の温度では、１６．２５９ＭＰａ未満の圧力で蒸気が生成される。結果として、減圧流体１５５の圧力は３５０℃で１６．２５９ＭＰａ未満でなければならない。減圧流体１５５の水素の量は、減圧流体１５５の炭化水素の１ｗｔ％未満である。

少なくとも１つの実施形態では、プロセスは冷却装置５０がなく、減圧装置５５は、減圧装置５５を経る流体の膨張による温度の低下を考慮して設計される。

わかりやすくするために、統合型水熱システムの水は送水ポンプから温水器に至る液体であり、システム内の水は温水器から減圧装置に至る超臨界状態にあるもので、減圧装置からフラッシュドラムに至る蒸気とする。

減圧流体１５５はフラッシュドラム６０に供給される。フラッシュドラム６０は、減圧流体１５５を軽質留分流１６０と重質留分流１６２に分離する。フラッシュドラム６０は、フラッシュドラムなどの単純な分留装置とすることができる。有利にも、減圧流体１５５の温度および圧力は、フラッシュドラムを使用して減圧流体１５５を軽質留分と重質留分に分離できる。フラッシュドラム６０は、内部で蒸気を生成するように設計できる。軽質留分流１６０は、軽質留分と水を含む。重質留分流１６２は、重質留分と水を含む。軽質留分流１６０および重質留分流１６２のそれぞれの組成は、石油組成物および水を含み、フラッシュドラム６０内の温度および圧力に依存する。フラッシュドラム６０の温度および圧力は、軽質留分流１６０と重質留分流１６２との間の所望の分離を達成するために調整することができる。少なくとも１つの実施形態では、フラッシュドラム６０の温度および圧力を制御して、０．１重量％（ｗｔ％）超、あるいは０．１ｗｔ％から１０ｗｔ％の間、あるいは０．１ｗｔ％から１ｗｔ％の間、あるいは１ｗｔ％から６ｗｔ％の間の重質留分流１６２の含水量を達成することができる。石油供給物１１５由来の未変換の留分は、重質留分流１６２にある。フラッシュドラム６０は、内部の流体の温度を上げるために外部加熱要素（図示せず）を含むことができる。外部加熱要素は、容器内の温度を維持または上昇させることができる当技術分野で知られている任意のタイプとすることができる。フラッシュドラム６０は、内部の流体の温度を上げるために内部加熱要素（図示せず）を含むことができる。フラッシュドラム６０は、内部混合装置を含むことができる。内部混合装置は、内部の流体の混合を促進することができる当技術分野で知られている任意のタイプの内部混合装置によって可能である。一実施形態では、内部混合装置は攪拌機である。

別の実施形態では、図３を参照して示されるように、減圧流体１５５を相分離器６２に供給し、ガス流３６２、油流３６０、および使用済み水流３６４に分離することができる。油流３６０をフラッシュドラム６０に供給して、軽質流３６６と重質留分流１６２に分離することができる。使用済み水流３６４は処理され、水性改質ユニットに供給され得る。使用済み水３６４の処理には、濾過ステップおよび脱イオン化ステップが含まれ得る。軽質流３６６は、軽質留分流１６０および図２を参照して説明したように処理することができる。相分離器６２とフラッシュドラム６０とを組み合わせた図３の実施形態は、炉ユニット４０を出る水留分中の総溶解固形物が１００重量百万分率（ｗｔ ｐｐｍ）より大きい場合に使用することができる。１００ｗｔ ｐｐｍを超える総溶解固形物は、水を溶解固形物と分離するための３相油水分離器がない場合、フラッシュドラム由来の重質留分を汚染する可能性がある。少なくとも１つの実施形態では、石油原料が１０００ポンド当たり３．４ポンドよりも多い塩含有量、または６６ｗｔ ｐｐｍより多いニッケルおよびバナジウム含有量などの、多い無機含有量を含む場合、炉ユニット４０を出る水留分における多い総溶解固形物が存在し得る。

図２に戻ると、軽質留分流１６０は、軽質冷却装置６５に供給され、冷却された軽質留分１６５を生成する。軽質冷却装置６５は、軽質留分流１６０の温度を下げることができる任意のタイプの熱交換器であり得る。軽質冷却装置６５として有用な熱交換器の例には、シェルアンドチューブ熱交換器が含まれる。冷却された軽質留分１６５の温度は、１００℃以下、あるいは７５℃以下、あるいは５０℃以下であり得る。少なくとも１つの実施形態では、冷却された軽質留分１６５の温度は５０℃である。少なくとも１つの実施形態では、軽質留分流１６０は、圧力調整器を通して供給することができる。少なくとも１つの実施形態では、圧力調整器は、軽質留分流１６０の圧力を周囲圧力まで低下させることができる。

冷却された軽質留分１６５は、軽質分離ゾーン８５に導入され得る。軽質分離ゾーン８５は、冷却された軽質留分１６５をガス生成物１８０、石油生成物１９０、および水生成物１９２に分離する。軽質分離ゾーン８５は、直列の複数の分離ユニットを含むことができ、または単一の三相分離器を含むことができる。少なくとも１つの実施形態では、図３Ａを参照して説明したように、軽質分離ゾーン８５は気液分離器と油水分離器を含む。冷却された軽質留分１６５は、冷却された軽質留分１６５をガス生成物１８０と液体生成物１８２とに分離する気液分離器８０に導入することができる。液体生成物１８２は、液体生成物１８２を石油生成物１９０と水生成物１９２に分離する油水分離器９０に導入することができる。少なくとも１つの実施形態では、図３Ｂを参照して説明したように、軽質分離ゾーン８５は三相分離器を含むことができる。冷却された軽質留分１６５を三相分離器８４に導入することができる。三相分離器８４は、流れを気相成分、水の成分、および油の成分に分離することができる任意のタイプの分離ユニットとすることができる。三相分離器８４は、冷却された軽質留分１６５を分離して、ガス生成物１８０、石油生成物１９０、および水生成物１９２を生成する。

図２に戻ると、軽質分離ゾーン８５の動作条件は、石油生成物１９０の組成物を標的とするように設計することができる。軽質分離ゾーン８５の温度は、１００℃未満であり得る。軽質分離ゾーン８５の圧力は、５ＭＰａ未満であり得る。少なくとも１つの実施形態では、軽質分離ゾーン８５の温度は５０℃であり得る。少なくとも１つの実施形態では、軽質分離ゾーン８５の圧力は０．２ＭＰａであり得る。ガス生成物１８０は、メタンやエタンなどのガスとして存在する炭化水素を含むことができ、一酸化炭素、二酸化炭素、硫化水素、および水素などの無機ガスを含むことができる。ガス生成物１８０は、大気に放出でき、さらに処理されるか、保管または廃棄のために収集される。水生成物１９２は、水流１００として使用するためにリサイクルすることができ、脱灰プロセスなどでさらに処理していずれの不純物をも除去し、その後水流１００として使用するためにリサイクルすることができ、または保管または廃棄のために収集することができる。石油生成物１９０は、オレフィンや芳香族などの変換炭化水素を含むことができる。石油生成物１９０には、ナフサ（最終沸点（ＦＢＰ）が２０４℃の炭化水素）、留出物（沸点の範囲が２０４℃から４５５℃の炭化水素）、減圧軽油（ＶＧＯ）（４５５から５４０℃の沸点の範囲の炭化水素）、および未変換油（５４０℃を超える沸点範囲の炭化水素）を含み得る。少なくとも１つの実施形態では、石油生成物１９０の炭化水素をより軽くし、炭化水素が石油供給物１１５および水性改質出口１７０の炭化水素よりも少ない炭素原子を含むようにする。少なくとも１つの実施形態では、石油生成物１９０は、石油供給物１１５と比較して、ＡＰＩ重力の改善、粘度の低下、および硫黄の低減を備えることができる。

重質留分流１６２は、水性改質ユニット７０に導入され、水性改質出口１７０を生成する。水性改質ユニット７０は、水蒸気改質ユニットである。水性改質ユニット７０の動作条件は、水が蒸気として存在することである。水性改質ユニット７０には、液体の水がない。

水性改質ユニット７０は、１つ以上の炉を含む。水性改質ユニットとして使用できる炉の例には、容器型炉、管状型炉、および容器型および管状型炉の組み合わせが含まれる。容器型炉は、攪拌機などの内部混合装置を含むことができる。管状型炉は、１０を超える、あるいは３０を超える内径と長さの比を有することができる。有利にも、軽質留分流１６０の非存在下で重質留分流１６２を水性改質ユニット７０に導入すると、水性改質ユニット７０のサイズが小さくなり、オレフィンが軽質留分流１６０にあるためオレフィンを水性改質ユニット７０に導入することを回避し、アスファルテンが軽質留分のない状態でより安定しているため、水性改質ユニット７０の安定性が向上する。

水性改質ユニット７０の温度は、３００℃よりも高く、あるいは３５０℃よりも高く、あるいは３５０℃と４６０℃との間である。少なくとも１つの実施形態では、水性改質ユニット７０の温度は４３５℃である。水性改質ユニット７０の圧力は、大気圧と、水が蒸気または過熱蒸気として存在するような温度での水飽和圧力との間である。例えば、水性改質ユニット７０の温度が４３５℃である場合、圧力は大気圧よりも大きく、水の臨界圧力よりも低い。水性改質ユニット７０の内部の流体の滞留時間は、少なくとも８分、あるいは少なくとも１２分である。少なくとも１つの実施形態では、水性改質ユニット７０内の滞留時間は少なくとも１２分である。水性改質出口１７０は、石油供給物１１５と比較して、より高い濃度の軽質留分を含む。水性改質出口１７０は、石油供給物１１５と比較して粘性が低い。少なくとも１つの実施形態では、アルキル付加物の分離およびマルテン相の部分的変換により、水性改質出口１７０のアスファルテンの量は、石油供給物１１５の量よりも多い。

水性改質ユニット７０は、温度、圧力、滞留時間および触媒の効果を組み合わせる。水性改質ユニット７０では、触媒の存在下で質を向上させる反応が起こり得る。少なくとも１つの実施形態では、水素は水性改質ユニット７０で生成され得る。少なくとも１つの実施形態では、水性改質ユニット７０は、水素の外部供給がない状態にある。水性改質ユニット７０では、触媒の存在下で水素が生成でき、質を向上させる反応が起こり得る。質を向上させる反応の例には、改質反応、飽和反応、炭化水素分解反応、脱水素環化反応、縮合反応の抑制、脱金属化反応、モノ芳香族化反応、およびそれらの組み合わせが含まれる。以下の改質反応は、水性改質ユニット７０で起こり得る。
［反応１］

［反応２］

飽和反応には、水素化反応が含まれる場合がある。少なくとも１つの実施形態では、水性改質ユニット７０内の触媒は、質を向上させる反応を触媒することができる。有利なことに、改質反応は高温によって促進される。

水性改質ユニット７０内の触媒は、蒸気の存在下で失活しない。触媒は不均一な触媒でも均一な触媒でもよい。少なくとも１つの実施形態において、組み合わせると均一な触媒は不均一な触媒を詰まらせるまたは被毒させることがあるため、触媒には不均一な触媒と均一な触媒の組み合わせがない。

不均一な触媒には、活性種、促進剤、支持材料、およびそれらの組み合わせが含まれ得る。活性種の例には、ＶＩＩ族およびＶＩＩＩ族遷移金属、アルカリ金属、アルカリ土類金属、およびそれらの組み合わせから選択される活性種が含まれる。少なくとも１つの実施形態では、触媒はＩＶ族遷移金属を含まない。促進剤の例には、ホウ素およびリンから選択される促進剤が含まれ得る。支持材料の例には、アルミナ、シリカ、チタニア、ジルコニア、活性炭、カーボンブラック、および金属酸化物から選択される支持材料が含まれ得る。不均一な触媒の配置は、固定床、トリクル床、ハニカム型、およびスラリー床を含むことができる。固定床またはトリクル床の配置の場合、触媒は、炉内径の１０分の１未満のサイズを有する押出成形物の形態をとり、床の密度は、水性改質ユニット７０の動作圧力の１０％未満である、床の圧力降下を維持する。ハニカム型の配置の場合、活性種は、アルミナやシリカベースのセラミックなどのセラミックハニカム、またはステンレススチールや高ニッケル合金金属などの金属ハニカムにドープされ、ハニカムの開口部のサイズは、水性改質ユニット７０の動作圧力の１０％未満である、床の圧力降下を維持する。

少なくとも１つの実施形態では、不均一な触媒を分散液と混合して触媒供給物を生成することにより、不均一な触媒をスラリー床の配置に導入することができる。少なくとも１つの実施形態では、触媒は、活性触媒粒子の一種の前駆体として作用することができる、溶解した均一な触媒であり得る。少なくとも１つの実施形態において、溶解した均一な触媒は、分解により高温にさらされると、酸化物または別の固体化合物に変化し得る。均一な触媒は、遷移金属、アルカリ金属、およびアルカリ土類金属から選択される活性種を含むことができる。リガンドを活性種に結合させて、均一な触媒の油への溶解度を向上させることができる。均一な触媒を分散液に分散させて、触媒供給物を生成することができる。

触媒供給物は、フラッシュドラム６０と水性改質ユニット７０との間の任意の点で導入することができ、触媒を含む重質留分流１６２の激しい混合などの乱流を誘発することができる。有利にも、水性改質ユニット７０の上流に触媒を加えることにより、重質留分流１６２中の触媒粒子の分散を最大化でき、触媒粒子の沈降または凝集を低減できる。

少なくとも１つの実施形態では、図４を参照して説明したように、触媒供給物をフラッシュドラムに注入することができる。触媒供給物１６６をフラッシュドラム６０に注入することができる。触媒供給物１６６は、分散液に分散された触媒を含むことができる。分散液は、１２２°Ｆ（５０℃）で６５０センチストークス（ｃＳｔ）未満の粘度を有する炭化水素、水、または炭化水素と水の組み合わせを含むことができる。触媒は不均一な触媒でも均一な触媒でもよい。触媒は、固体と液体を混合する既知の方法に従って分散液に分散させることができる。少なくとも１つの実施形態では、触媒供給物１６６としての注入の少なくとも２時間前に、超音波を使用して触媒を分散液に分散させることができる。触媒供給物１６６は、例えばフラッシュドラム６０のポートを通してフラッシュドラムに直接注入することができる。あるいは、図４Ａに示すように、触媒供給物１６６を減圧流体１５５と混合し、そのようにしてフラッシュドラムに導入することができる。触媒は、重質留分および水と共に重質流４６２でフラッシュドラムから運び出される。フラッシュドラム６０は、激しい混合のための手段を含むことができる。少なくとも１つの実施形態では、統合型水熱プロセスは、誘発された乱流がフラッシュドラム６０の下流の混合を増加させるように乱流を誘発する手段を含むことができる。触媒供給物１６６は、重質流４６２中の炭化水素に対する触媒の重量比を０．０５から０．０７の範囲に維持できる注入速度で注入することができる。

少なくとも１つの実施形態では、触媒供給物１６６は、二酸化ケイ素触媒に支持されたＮｉ（２ｗｔ％）－Ｍｇ（５ｗｔ％）を含むことができる。Ｎｉ－Ｍｇ触媒は、前駆体として硝酸ニッケルおよび硝酸マグネシウムを使用する従来の含浸方法により調製することができる。乾燥した触媒は、水性改質ユニット７０で使用する前に、空気下で４５０℃で６時間焼成することができる。二酸化ケイ素支持体は、７ナノメートルの粒子サイズを有するヒュームドシリカであり得る。

図２に戻ると、重質留分流１６２に存在する水の量は、水性改質ユニット７０での質を向上させる反応に望ましい水の量である。水性改質ユニット７０の水の所望量は、１ｗｔ％～１０ｗｔ％、あるいは５ｗｔ％～１０ｗｔ％、あるいは５ｗｔ％～６ｗｔ％であり得る。水の量が１ｗｔ％未満である場合、水性改質ユニット７０での水蒸気改質反応が制限され、質を向上させる程度が低下する可能性がある。水の量が１０ｗｔ％を超えると、炭化水素は過剰な蒸気で希釈され過ぎ、炭化水素油相での分解反応が制限される可能性がある。水性改質ユニット７０内の蒸気は、反応媒体の物質移動を改善できる。水性改質ユニット７０内の炭化水素の沸点は、反応圧力での反応温度よりも高い。したがって、水性改質ユニット７０での質を向上させる反応は液相で起こる。メタン、エタン、プロパンなどの軽質炭化水素ガスは、水性改質ユニット７０で生成でき、反応条件で速度論的に安定しているため、追加の反応を受けない。少なくとも１つの実施形態では、追加の水を水性改質ユニット７０（図示せず）に追加して、水性改質ユニット７０内の水の所望量を達成することができる。追加の水は、水性改質ユニット７０に導入される前に、水性改質ユニット７０の動作条件に向けて加圧および加熱され得る。

少なくとも１つの実施形態では、水性改質ユニット７０は、重質留分流１６２の温度と比較して内部の流体の温度を上昇させるための加熱要素を含むことができる。ヒーターや熱交換器などの加熱要素は外部に配置できる。重質留分流１６２は、重質留分流１６２中の油と水を分離するための分離工程がない場合に水性改質ユニット７０に導入される。水性改質ユニット７０の上流で油水分離がない場合、水性改質ユニット７０は、水の追加なしで動作することができる。有利なことに、重質留分流は、さらなる処理または調整を必要とせずに、フラッシュドラムから水性改質ユニットに導入できる。

代替実施形態では、図５に示され、図２を参照して説明されるように、水性改質出口１７０は、生成物ミキサー６６で軽質留分流１６０と混合されて、混合留分５６０を生成することができる。このようにして、水性改質出口１７０は、軽質留分流１６０を分離するのと同じ装置で成分、ガス、液体、および水相に分離することができる。これにより、当プロセスの機器のコストと操作の複雑さが軽減される。混合留分５６０は、軽質冷却装置６５に導入され、冷却された混合留分５６５を生成することができる。冷却された混合留分５６５は、５０℃より高い温度であり得る。冷却された混合留分５６５は、軽質分離ゾーン８５に導入されて、気相生成物５８０、石油相生成物５９０、および水相流５９２を生成し得る。図５に示される実施形態では、図４を参照して示されるように触媒が触媒供給物として導入され、軽質分離ゾーン８５の分離は、水相流５９２が水性改質ユニット７０由来の触媒の少なくとも９５％、あるいは、水性改質ユニット７０由来の触媒の少なくとも９７％、水性改質ユニット７０由来の触媒の少なくとも９８％、あるいは水性改質ユニット７０由来の触媒の少なくとも９９％を含むように設計することができる。石油相生成物５９０および水相流５９２は、濾過装置（図示せず）によって処理されて触媒を除去することができる。気相生成物５８０、石油相生成物５９０、および水相流５９２は、それぞれガス生成物１８０、石油生成物１９０、および水生成物１９２に関して説明したように処理することができる。

一実施形態によれば、図２の説明を参照して図６に提供されるように、水性改質出口１７０を改質器冷却装置７２に導入して、水性改質出口１７０の温度を所与の圧力に対して水の沸点よりも低くすることができる。改質器冷却装置７２は、冷却された水性出口６７０が液体の水を含むように、蒸気を液体の水に還元することができる任意のタイプのユニットとすることができる。冷却された水性出口６７０には蒸気がない。冷却された水性出口６７０を改質器圧力調整器７４に導入して、改質流６７２を生成することができる。改質器圧力調整器７４は、冷却された水性出口６７０の圧力を低下させることができる任意の圧力調整装置とすることができる。少なくとも１つの実施形態では、改質器圧力調整器７４は、冷却された水性出口６７０の圧力を大気圧まで低下させることができる。改質流６７２は、改質器分離ゾーン７５に供給することができる。

改質器分離ゾーン７５は、流れをその成分の気相、油相、および水相に分離することができる分離ユニットであり得る。分離ゾーン７５の例には、単一の三相分離器および一連の分離容器が含まれる。一連の分離容器には、気液分離器と油水分離器を含むことができる。改質器分離ゾーン７は、改質流６７２を改質ガス６７８、改質油６７６、および改質水６７４に分離することができる。

改質ガス６７８は、メタン、エタン、エチレン、プロパン、プロピレン、ｉ－ブタン、１－ブテン、ｎ－ブテン、ｉ－ペンタン、二酸化炭素、および硫化水素などのガスとして存在する炭化水素を含むことができる。改質ガス６７８は大気に放出され、さらに処理されるか、保管または廃棄のために収集され得る。改質水６７４は、水流１００として使用するためにリサイクルすることができ、脱塩プロセスなどでさらに処理して不純物を除去し、水流１００として使用するためにリサイクルすることができ、または保管または廃棄のために回収することができる。改質油６７６は、石油供給物１１５と比較して、より少ない量の重質留分、アスファルテン含有量の減少、硫黄含有量の減少、窒素含有量の減少、および金属含有量の減少を有し得る。改質油６７６は、微小炭素残留物試験から決定される、石油供給物１１５の炭素残留物よりも少ない炭素残留物（微小）を有することがある。

図４を参照して示されるように触媒が触媒供給物として導入された実施形態では、改質水６７４が、水性改質ユニット７０由来の触媒の少なくとも９５％、あるいは水性改質ユニット７０由来の触媒の少なくとも９７％、水性改質ユニット７０由来の触媒の少なくとも９８％、あるいは水性改質ユニット７０由来の触媒の少なくとも９９％を含むように、改質流６７２の分離を設計することができる。残りの触媒、すなわち改質水６７４には存在しない触媒は、改質油６７６に存在する。改質水６７４および改質油６７６を処理して、濾過装置（図示せず）を使用することにより存在する触媒を除去することができる。

別の実施形態では、図７に示し、図２を参照して説明したように、石油生成物１９０を水素化ユニット９５に供給して、水素化生成物１９５を生成することができる。石油生成物１９０には軽質炭化水素が含まれている。水素化ユニット９５は、商業的に入手可能な水素化触媒を含む、商業的に入手可能な任意のプロセスであり得る。

別の実施形態では、図８に示し、図２および図３を参照して説明したように、ガス生成物１８０由来のスリップ流１８６を分離し、ガススイートニングユニット８２に供給して、スイートニングされたガス流１８５を生成できる。ガススイートニングユニット８２は、気相流をスイートニングできる任意のタイプのユニットとすることができる。スイートニングユニットの例には、アルカリ溶液の使用が含まれる。スイートニングされたガス流１８５は、水性改質ユニット７０に導入することができる。ガス生成物１８０から硫化水素を除去することにより、水性改質ユニット７０内の硫黄の蓄積を防ぐことができる。少なくとも１つの実施形態では、スイートニングされたガス流１８５は、流体に溶解され、炉ユニット４０に注入され得る。流体には水または油が含まれ得る。

少なくとも１つの実施形態では、重油の質を向上させるプロセスは、ガススイートニングユニットと水素化ユニットの両方を含むことができる。

［実施例］
［実施例１］
実施例１は、図９に示すように、軽質留分流１６０と重質留分流１６２の特性をシミュレートするために使用されるＡｓｐｅｎ－ＨＹＳＹＳシミュレーションである。炉流出物１４０は、毎時１００キログラム（ｋｇ／時）の炭化水素の質量流量と１００ｋｇ／時の水の質量流量を有するようにモデル化され、総質量流量は２００ｋｇ／時であった。炉流出物１４０の炭化水素は、１７．９度のＡＰＩ重力を有するようにモデル化された。炉流出物１４０は、減圧装置５５の冷却装置なしで３６００ｐｓｉｇ（２４．８ＭＰａ）から２６０ｐｓｉｇ（１．７９ＭＰａ）まで減圧され、減圧流体１５５を生成する。膨張により、減圧流体１５５の温度は、炉流出物１４０の温度である４４０℃から３６１℃に低下する。減圧流体１５５はフラッシュドラム６０に導入され、フラッシュドラム６０は減圧流体１５５を軽質留分流１６０と重質留分流１６２に分離する。表１に、流れの特性を示す。

表１に見られるように、水の大部分は軽質留分流１６０で運ばれ、重質留分流１６２の含水量は０．２７ｗｔ％である。軽質留分流１６０中の炭化水素のＡＰＩ重力は、重質留分流１６２中の炭化水素のＡＰＩ重力よりも高い。図１０は、炉流出物１４０（炉流出物中の炭化水素）、軽質留分流１６０（ＬＦＷ中の炭化水素）、および重質留分流１６２（ＨＦＷ中の炭化水素）における炭化水素の蒸留曲線を示す。この実施例は、超臨界炉ユニットがフラッシュドラムおよび水性改質ユニットに良好な供給を生じ得ることを明確に示している。

［実施例２］
実施例２は、フラッシュドラム６０の動作条件（温度および圧力）に対する軽質留分流１６０および重質留分流１６２の組成の依存性を示している。図９に示すように、Ａｓｐｅｎ－ＨＹＳＹＳシミュレーションを使用して、軽質留分流１６０および重質留分流１６２の特性をシミュレーションした。炉流出物１４０は、毎時１００キログラム（ｋｇ／時）の炭化水素の質量流量と１００ｋｇ／時の水の質量流量を有するようにモデル化され、総質量流量は２００ｋｇ／時であった。炉流出物１４０の炭化水素は、１７．９度のＡＰＩ重力を有するようにモデル化された。炉流出物１４０は、減圧装置５５の冷却装置なしで３６００ｐｓｉｇ（２４．８ＭＰａ）から２６０ｐｓｉｇ（１．７９ＭＰａ）まで減圧され、減圧流体１５５を生成する。膨張により、減圧流体１５５の温度は、炉流出物１４０の温度である４４０℃から３６１℃に低下する。フラッシュドラム６０は、フラッシュドラム６０内の温度が３６１℃から４００℃に上昇するように、熱源を有するようにモデル化された。減圧流体１５５はフラッシュドラム６０に導入され、減圧流体１５５を軽質留分流１６０および重質留分流１６２に分離する。表２に、流れの特性を示す。

表２と実施例１の表１を比較すると、各流れの水量を含む軽質留分と重質留分の組成は、フラッシュドラム６０の動作条件に依存することがわかる。実施例２のように、フラッシュドラム６０の温度を上げることにより、軽質留分でより多くの炭化水素を分離することができ、重質留分を実施例１よりも重くすることができる。

［実施例３］
実施例３では、図１１に示すように、Ａｓｐｅｎ－ＨＹＳＹＳプロセスシミュレーションを使用して、統合型水熱プロセスをモデル化した。実施例３は、実験データに基づくシミュレーションであった。石油供給物１１５は、ＡＰＩ重力が１２．７度の常圧残油の流れとしてシミュレートされ、その特性を表３に示す。水流１００は、導電率が０．２μＳ／ｃｍ^２未満の脱塩水としてシミュレートされる。石油供給物１１５の流量は、５０Ｌ／時としてモデル化された。水流１００の流量は、１００Ｌ／時としてモデル化された。加圧水１０５の圧力は、３６００ｐｓｉｇ（２４．８ＭＰａ）の圧力であった。加圧供給物１２０の圧力は、３６００ｐｓｉｇ（２４．８ＭＰａ）の圧力であった。温水器１０で、加圧水１０５の温度を５００℃の温度に上昇させた。供給物ヒーター２０で、加圧供給物１２０の温度を１２０℃の温度に上昇させた。ミキサー３０は、加熱水流１１０を混合する単純なＴ型ミキサーとしてシミュレートされ、加熱供給物１３５により混合流体１３０が生成される。混合流体１３０は、４５０℃の温度であった炉ユニット４０に供給される。炉流出物１４０は、減圧装置５５で５００ｐｓｉｇ（３．４５ＭＰａ）に減圧され、減圧された流体９５５を生成した。シミュレーションでは、減圧装置５５は、炉流出物の冷却を引き起こし、その結果、減圧された流体９５５は、炉流出物１４０の温度よりも低い温度であった。減圧された流体９５５は、熱損失を補償するために３６０℃にわずかに加熱されたフラッシュドラム６０に供給された。フラッシュドラム６０は、減圧された流体９５５を軽質留分流１６０と重質留分流１６２に分離した。軽質留分流１６０は、軽質冷却装置６５で５０℃の温度に冷却され、その後、減圧された軽質留分１１６５を生成するために、バルブ６７で１ｐｓｉｇ（６．８９ｋＰａ）の圧力に減圧される。次いで、減圧軽質留分１１６５は、三相分離器８４で気相１１８０、油相１１９０、および水相１１９２に分離される。重質留分流１６２は、水性改質ユニット７０に供給される。刺激により、重質留分流１６２は０．５５重量パーセントの水を含む。５００ｐｓｉｇ（３４４７ｋＰａ）の圧力および３６０℃の温度の補給水１１６６を水性改質ユニット７０に供給して、含水量を４．８重量パーセントに増やす。水性改質ユニット７０は、４３５℃の温度および５．３／時の液空間速度（ＬＨＳＶ）で運転された。シミュレーションには、粒子サイズが７ナノメートル（ｎｍ）のヒュームドシリカ粒子で構成される二酸化ケイ素に担持された２ｗｔ％Ｎｉ－５ｗｔ％Ｍｇの触媒を含んでいた。触媒の水に対する重量比を２．５から１００の比率にして触媒を補給水１１６６と混合した。水性改質ユニット７０は、触媒を分散させるために少なくとも２時間超音波にさらされた。触媒の注入速度は、炭化水素と触媒の重量比を重量で０．０５から０．０７の範囲に維持するように調整された。水性改質出口１７０は、改質器冷却装置７２で５０℃の温度に冷却され、改質器圧力調整器７４で１ｐｓｉｇの圧力に減圧されて、改質流６７２を生成する。次いで、改質流６７２は、改質器分離ゾーン７５で改質ガス６７８、改質油６７６、および改質水６７４に分離される。分離は、触媒が主に改質水６７４にあり、改質油６７６に１ｗｔ％未満の触媒があるように行われる。使用済みの触媒は、濾過ユニット（図示せず）を使用して、改質水６７４または改質油６７６から分離することができる。改質ガス６７８は、気相１１８０と混合されてガス流１１７８を生成する。改質油６７６は、油相１１９０と混合されて油流１１７６を生成する。改質水６７４は水相１１９２と混合され、分離水１１７４を生成する。

表４と表５に、システムの様々な流れの質量の収支とガスの組成の詳細を示す。

表３および表６の結果は、統合型水熱プロセス由来の生成物が原料よりも軽いことを示している。プロセス由来の液体収率は９４ｗｔ％であり、供給物の６ｗｔ％が気相および水相生成物に入ることを示唆している。

本実施形態を詳細に説明してきたが、本原理および範囲から逸脱することなく、様々な変更、置き換え、および改変を行うことができることを理解されたい。したがって、実施形態の範囲は、後続の特許請求の範囲およびそれらの適切な法的均等物によって決定されるべきである。

記載されている様々な要素は、特に明記しない限り、ここで説明する他のすべての要素と組み合わせて使用できる。

単数形「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」は、文脈が明らかにそうでないことを指示しない限り複数の指示対象を含む。

任意選択のまたは任意選択的にとは、後述の事象または状況が発生してもしなくてもよいことを意味する。説明には、事象または状況が発生した場合と発生しなかった場合が含まれる。

本明細書では、範囲は、ある特定のおおよその値から別の特定のおおよその値まで、または別の特定のおおよその値までとして表されてもよい。そのような範囲が表される場合、他の実施形態は、その範囲内のすべての組み合わせと共に、１つの特定の値から他方の特定の値までのものであることが理解されるべきである。

特許または刊行物が参照される本願の全体にわたって、これらの参考文献の全体の開示は、これらの参考文献の記載がここでの記載と矛盾する場合を除いて、最新技術をより十分に説明するために、参照により本願に組み込まれることを意図する。

本願全体および添付の特許請求の範囲で使用されるとき、「備える」、「有する」、および「含む」という単語、およびすべての文法上の変形はそれぞれ、追加の要素またはステップを除外しないオープンで非限定的な意味を有することを意図している。

本明細書で使用されるとき「第１」や「第２」などの用語は任意に割り当てられ、単に装置の２つ以上の構成要素を区別することを意図している。「第１」および「第２」という言葉は他の目的に役立たず、構成要素の名前または説明の一部ではなく、構成要素の相対的な位置または場所を必ずしも規定しはしないことを理解されたい。さらに、「第１」および「第２」という用語の単なる使用は、任意の「第３」成分が存在することを必要としないが、その可能性は実施形態の範囲内で企図されることを理解されたい。

Claims (19)

1. 重油の質を向上させるための統合型水熱プロセスであって、
   供給物ポンプ内の石油供給物の圧力を増加させて加圧供給物を生成するステップであって、前記加圧供給物の圧力は水の臨界圧力よりも大きいステップ、
   供給物ヒーターの前記加圧供給物の温度を上昇させて加熱石油供給物を生成するステップであって、前記加熱石油供給物は原料の温度にあるステップ、
   送水ポンプ内の水流の圧力を増加させて加圧水を生成するステップであって、前記加圧水の圧力は水の前記臨界圧力よりも高いステップ、および
   温水器内の前記加圧水の温度を上昇させて加熱水流を生成するステップであって、前記加熱水流は水温であるステップ、
   混合流体を生成するために前記加熱水流と前記加熱石油供給物をミキサー内で混合するステップであって、前記加熱水流は超臨界水であり、前記加熱石油供給物は３００℃未満の原料の温度および水の前記臨界圧力より高い原料の圧力である、ステップ、
   炉流出物を生成するために前記混合流体を炉ユニットに導入するステップ、
   前記炉ユニットで変換反応が起こることを可能にするステップであって、前記炉ユニットは水の前記臨界温度より高い温度および水の前記臨界圧力より高い圧力に維持され、前記変換反応は、前記混合流体中の炭化水素の質を向上させるように動作可能で、前記炉流出物が軽質留分、重質留分、および水を含む、ステップ、
   冷却装置で前記炉流出物を冷却して冷却流体を生成するステップであって、前記冷却流体は、水の前記臨界温度よりも低い温度で、前記炉流出物の温度よりも低い温度にある、ステップ、
   減圧流体を生成するために、減圧装置内で前記冷却流体を減圧するステップであって、前記減圧流体は、前記減圧流体の水が蒸気として存在するように、前記冷却流体の温度に対応する蒸気圧よりも低い圧力である、ステップ、
   前記減圧流体をフラッシュドラムに導入するステップ、
   軽質留分流と重質留分流を生成するため、前記フラッシュドラム内の前記減圧流体を分離するステップであって、前記軽質留分流は、前記軽質留分と水を含み、前記重質留分流は、前記重質留分と水を含み、前記重質留分流は、０．１ｗｔ％から１０ｗｔ％の間の含水量を含む、ステップ、
   前記重質留分流を水性改質ユニットに導入するステップであって、前記水性改質ユニットは、水が蒸気として存在し、前記水性改質ユニットの温度は、３００℃～４６０℃であり、前記水性改質ユニットの圧力は、大気圧と、前記水が蒸気または過熱蒸気として存在するような温度での水飽和圧力との間であり、前記水性改質ユニットの内部の流体の滞留時間は、少なくとも８分である、ステップ、および
   前記水性改質ユニット内で質を向上させる反応を起こさせて水性改質出口を生成するステップであって、前記水性改質ユニットは触媒を含み、前記触媒は水蒸気の存在下で質を向上させる反応を触媒するように動作可能であり、前記水性改質出口は、前記石油供給物に対してより高い軽質留分の濃度を含む、ステップ
   を含む統合型水熱プロセス。
2. 軽質冷却装置の軽質留分流の前記温度を低下させて、冷却された軽質留分を生成するステップであって、前記冷却された軽質留分の温度は５０℃である、ステップ、
   前記冷却された軽質留分を軽質分離ゾーンに導入するステップ、および
   前記軽質分離ゾーンにおいて前記冷却された軽質留分を分離して、ガス生成物、石油生成物、および水生成物を生成するステップ
   をさらに含む、請求項１に記載の統合型水熱プロセス。
3. 前記石油生成物を水素化ユニットに導入して、水素化生成物を生成するステップ
   をさらに含む、請求項２に記載の統合型水熱プロセス。
4. 前記ガス生成物からスリップ流を分離するステップ、
   前記スリップ流をガススイートニングユニットに導入するステップ、
   前記スリップ流からある量の硫化水素を除去して、スイートニングされたガス流を生成するステップ、および
   前記スイートニングされたガス流を前記水性改質ユニットに導入するステップ
   をさらに含む、請求項２に記載の統合型水熱プロセス。
5. 生成物ミキサー内で前記水性改質出口と前記軽質留分流を混合して、混合留分を生成するステップ、
   軽質冷却装置で前記混合留分の温度を下げて、冷却された混合留分を生成するステップであって、前記冷却された混合留分の温度は５０℃であるステップ、
   前記冷却された混合留分を軽質分離ゾーンに導入するステップ、および
   前記軽質分離ゾーンで前記冷却された混合留分を分離して、気相生成物、石油相生成物、および水相流を生成するステップ
   をさらに含む、請求項１～４のいずれかに記載の統合型水熱プロセス。
6. 前記石油供給物が、全範囲の原油、常圧蒸留残油、常圧蒸留物、常圧残油の流れ、減圧蒸留物、減圧残油の流れ、分解生成物の流れ、例えばライトサイクルオイルやコーカーガス、デカント石油、Ｃ１０＋石油、およびその他のエチレンプラント、液化石炭、および生物材料由来の炭化水素から得た流れからなる群から選択される、請求項１に記載の統合型水熱プロセス。
7. 前記触媒が、均一な触媒および不均一な触媒からなる群から選択される、請求項１～６のいずれかに記載の統合型水熱プロセス。
8. 前記触媒が、活性種と支持材料を含む不均一な触媒または活性種、促進剤、および支持材料を含む不均一な触媒である、請求項７に記載の統合型水熱プロセス。
9. 前記不均一な触媒が、二酸化ケイ素に支持された２ｗｔ％のＮｉ－５ｗｔ％のＭｇの触媒である、請求項８に記載の統合型水熱プロセス。
10. 前記触媒が、活性種およびリガンドを含む均一な触媒である、請求項７に記載の統合型水熱プロセス。
11. 分散液中に前記触媒を分散させて触媒供給物を生成するステップであって、超音波を使用して、前記分散液中の前記触媒の分散を達成する、ステップ、
    注入速度が０．０５から０．０７の範囲の炭化水素対触媒の重量比を維持するように、前記注入速度で前記触媒供給物を前記フラッシュドラムに注入し、それにより、前記触媒が前記重質留分と混合して重質流を生成するステップ、および
    前記重質流を前記水性改質ユニットに導入するステップ
    をさらに含む、請求項１～１０のいずれかに記載の統合型水熱プロセス。
12. 標準周囲温度および圧力での水の体積流量と石油供給物の体積流量の比が１：１０から１０：１の間である、請求項１～１１のいずれかに記載の統合型水熱プロセス。
13. 重油の質を向上させるための統合型水熱システムであって、
    混合流体を生成するために水流を加熱して得られる加熱水流と石油供給物を加熱して得られる加熱石油供給物を混合するように構成されたミキサーであって、前記加熱水流は超臨界水であり、前記加熱石油供給物は３００℃未満の原料の温度および水の臨界圧力より高い圧力である、ミキサー、
    前記ミキサーに流体接続された炉ユニットであって、前記水の臨界温度より高い温度を維持するように構成され、さらに前記炉ユニットで変換反応が起こるように前記水の臨界圧力より高い圧力を維持するように構成され、前記変換反応は、前記混合流体中の炭化水素の質を向上させて、炉流出物が軽質留分、重質留分、および水を含むように動作可能である、炉ユニット、
    前記炉ユニットに流体接続された冷却装置であって、前記炉流出物の温度を低下させて冷却流体を生成するように構成され、前記冷却流体が、水の臨界温度よりも低く、前記炉流出物の温度よりも低い温度にある、冷却装置、
    前記冷却装置に流体接続された減圧装置であって、前記冷却流体の前記圧力を低下させて減圧流体を生成するように構成され、前記減圧流体は、前記冷却流体の温度に対応する蒸気圧よりも低い圧力にあり、前記減圧流体の水は蒸気として存在する、減圧装置、
    前記減圧装置に流体接続されたフラッシュドラムであって、前記減圧流体を軽質留分流と重質留分流に分離するように構成され、前記軽質留分流は前記軽質留分と水を含み、前記重質留分流は前記重質留分と水を含み、前記重質留分流が０．１ｗｔ％から１０ｗｔ％の間の含水量を含む、フラッシュドラム、および
    前記フラッシュドラムに流体接続された水性改質ユニットであって、前記重質留分流の質を向上させて水性改質出口を生成するように構成され、触媒を含み、前記触媒は水蒸気の存在下で質を向上させる反応を触媒するように動作可能であり、前記水性改質ユニットは、水が蒸気として存在し、前記水性改質ユニットの温度は、３００℃～４６０℃であり、前記水性改質ユニットの圧力は、大気圧と、前記水が蒸気または過熱蒸気として存在するような温度での水飽和圧力との間であり、前記水性改質ユニットの内部の流体の滞留時間は、少なくとも８分であり、前記水性改質出口は、前記石油供給物と比較して、より高濃度の軽質留分を含む、水性改質ユニット
    を含む統合型水熱システム。
14. 前記フラッシュドラムに流体接続された軽質冷却装置であって、前記軽質留分流の前記温度を低下させて、冷却された軽質留分を生成するように構成され、前記冷却された軽質留分の温度が５０℃である、軽質冷却装置、
    前記冷却された軽質留分をガス生成物、石油生成物、および水生成物に分離するように構成された軽質分離ゾーン
    をさらに含む、請求項１３に記載の統合型水熱システム。
15. 前記軽質分離ゾーンに流体接続された水素化ユニットであって、水素化生成物を生成するように構成された、水素化ユニット
    をさらに含む、請求項１４に記載の統合型水熱システム。
16. 前記軽質分離ゾーンに流体接続されたガススイートニングユニットであって、前記ガス生成物のスリップ流から硫化水素の一部を除去して、スイートニングされたガス流を生成するように構成された、ガススイートニングユニット
    をさらに含む、請求項１４に記載の統合型水熱システム。
17. 前記水性改質ユニットに流体接続された生成物ミキサーであって、前記水性改質出口と前記軽質留分流を混合して混合留分を生成するように構成された、生成物ミキサー、
    前記生成物ミキサーに流体接続された軽質冷却装置であって、前記混合留分の温度を下げて冷却された混合留分を生成するように構成され、前記冷却された混合留分の温度が５０℃である、軽質冷却装置、
    前記軽質冷却装置に流体接続された気液分離器であって、前記冷却された混合留分を気相生成物と液相生成物に分離するように構成された、気液分離器、および
    前記気液分離器に流体接続された油水分離器であって、石油相生成物と水相流を生成するように構成された、油水分離器
    をさらに含む、請求項１３～１６のいずれかに記載の統合型水熱システム。
18. 前記触媒が、均一な触媒および不均一な触媒からなる群から選択される、請求項１３～１７のいずれかに記載の統合型水熱システム。
19. 前記触媒が、活性種、促進剤、および支持材料を含む不均一な触媒または活性種と支持材料を含む不均一な触媒である、請求項１８に記載の統合型水熱システム。

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