KR101419978B1

KR101419978B1 - 고온의 가압된 물 및 회수 유체에 의하여 전체 원유를 개량하기 위한 공정

Info

Publication number: KR101419978B1
Application number: KR1020107014334A
Authority: KR
Inventors: 기-혁 최
Original assignee: 사우디 아라비안 오일 컴퍼니
Priority date: 2007-11-28
Filing date: 2008-11-25
Publication date: 2014-07-16
Also published as: US20090178952A1; EP2240556A2; WO2009073442A9; CN102159675A; US9295957B2; JP5346036B2; CN101970610B; KR101504384B1; CN101970609A; US7740065B2; KR101419977B1; EP2222819B1; WO2009082585A2; EP2231824B1; KR20150138865A; US20110297506A1; KR20100107458A; MX357637B; WO2009073447A3; EP2245119A2

Abstract

탄화수소 공급원료로서 사용하기 위한 저황, 저질소, 및 저금속 불순물을 가지는 고가치 원유를 생산하기 위하여, 회수 유체를 이용하고, 추출된 전체 원유/회수 유체 혼합물을 단계적 방식으로 감압하고, 이어서 적어도 전체 원유의 일부를 초임계수 유체와 접촉시켜 전체 원유를 개량하는 공정.

Description

고온의 가압된 물 및 회수 유체에 의하여 전체 원유를 개량하기 위한 공정 {PROCESS TO UPGRADE WHOLE CRUDE OIL BY HOT PRESSURIZED WATER AND RECOVERY FLUID}

관련 출원

본 특허 출원은 2008년 11월 28일에 출원된 미국 특허 가출원 제60/990,641호; 제60/990,662호; 제60/990,648호; 제60/990,670호; 및 제60/990,658호를 우선권으로 주장하고, 이들 모두는 전체가 참조로 포함된다.

본 발명의 기술 분야

본 발명은 탄화수소 공급원료로서 사용하기 위한 저황, 저질소, 저금속 불순물, 및 높은 API 비중을 가지는 낮은유동점(pour point)의 고가치 원유를 생산하기 위하여, 수소의 외부 공급물의 사용 없이 회수 유체를 이용하고 회수된 원유를 초임계수 유체와 접촉시키고 단계적(step-wise) 감압 단계가 이어져 전체 원유를 개량(upgrading)하는 공정에 관한 것이다.

발명의 배경

석유 제품에 대한 전세계적인 수요는 최근 몇 년간 급격하게 증가했으며, 이미 알려진 많은 고가치 경질 원유 저류층(reservoir)이 고갈되고 있다. 그 결과, 제조 업체들은 계속하여 증가하는 미래 수요를 충족시키기 위하여 그들의 관심을 저가치의 중질 원유 이용으로 돌렸다. 그러나, 중질 원유를 사용하는 현재의 정제 방법은 경질 원유를 사용하는 방법보다 덜 효율적이기 때문에, 더 중질인 원유로부터 석유 제품을 생산하는 정유소는 동일한 부피의 최종 제품을 얻기 위하여 더 큰 부피의 더 중질인 원유를 정제해야 한다. 그러나 불행히도, 이는 예상된 미래 수요의 증가를 해결하지 못한다. 문제는 더 심각해지는데, 많은 국가들이 석유계 수송 연료의 요건에 대한 더욱 엄격한 규제를 시행하고 있거나 시행할 계획이다. 따라서, 석유 산업은 계속 증가하는 석유 공급원료 수요를 충족시키고 정제 공정에서 사용되는 이용 가능한 원유의 품질을 개선하려는 노력의 일환으로 정제 전에 중질 원유를 처리하기 위한 새로운 방법을 찾으려 하고 있다.

전체 원유(whole crude oil) 또는 원료 원유(raw crude oil)는 임의의 정제 공정 전에 생산정(production well)으로부터 생산된 원유에 대한 일반적인 용어이다. 생산정의 지리적 특징에 따라, 전체 원유는 유정마다 조성이 매우 크게 변할 수 있다. 불행히도, 새롭게 발견되는 많은 유정들은 탄소와 수소 이외에 증가된 양의 중질 분획과 불순물을 함유하는 전제 원유를 생산하는 경향이 있다. 그러므로 이미 확립된 더욱 가치 있는 유정 중 많은 것들이 고갈됨에 따라, 미래 공급물의 대부분은 저급한 원유로 이루어질 것이다.

일반적으로, 고밀도 원유는 더욱 가치 있는 경질 및 중간 증류액을 더 적은 양 제공한다. 뿐만 아니라, 고밀도 원유는 일반적으로 증가된 양의 황, 질소 및 금속과 같은 불순물을 함유하고, 상기 모두는 최종 제품의 불순물 함량에 대한 엄격한 규제를 충족시키기 위한 수소화가공(hydroprocessing)에 증가된 양의 수소와 에너지를 필요로 한다.

일반적으로, 중질 원유는 낮은 API 비중, 높은 아스팔텐 함량, 낮은 중간 증류액 수율, 높은 황 함량, 높은 질소 함량, 및 높은 금속 함량을 가진다. 이러한 특성들은 전통적인 정제 공정으로 중질 원유를 정제하여 엄격한 정부 규제를 충족시키는 사양의 최종 석유 제품을 생산하는 것을 어렵게 만든다.

전통적인 크래킹 방법

저가치 중질 원유는 당해 분야에서 공지인 다양한 방법을 이용하여 중질 분획을 크래킹(cracking)하여 고가치 경질 원유로 전환될 수 있다. 전통적으로, 크래킹 및 클리닝(cleaning)은 수소의 존재하에 상승된 온도에서 촉매를 사용하여 수행되었다. 그러나, 이런 유형의 수소화가공은 다량의 수소 및/또는 촉매를 사용하지 않을 경우 중질 원유 및 산성(sour) 원유 가공에 있어서 분명한 한계를 가진다.

뿐만 아니라, 중질 원유 공급원료의 증류 및/또는 수소화가공은 다량의 아스팔텐과 중질 탄화수소를 생성하고, 이들은 이용되기 위해서 더욱 크래킹되고 수소화처리되어야 한다. 아스팔텐 분획 및 중질 분획을 위한 전통적인 수소화분해 및 수소화처리(hydrotreating) 공정은 또한 큰 자본 투자와 상당한 가공을 필요로 한다.

많은 석유 정유소들이 원유를 다양한 분획으로 증류한 후 전통적인 수소화가공을 수행하는데, 각 분획들이 별도로 수소화가공된다. 그러므로, 정유소는 각 분획을 취급하기 위하여 복잡한 단위조작을 이용해야 한다. 게다가, 상당량의 수소와 값비싼 촉매가 전통적인 수소화분해 및 수소화처리 공정에서 사용된다. 상기 공정들은 중질 원유로부터 더욱 가치 있는 중간 증류액으로의 수율을 증가시키고 황, 질소, 및 금속과 같은 불순물을 제거하기 위하여 가혹한 반응 조건하에서 수행된다.

현재, 최종 제품에 대하여 요구되는 저분자량 요건을 충족시키고; 황, 질소, 및 금속과 같은 불순물을 제거하며; 매트릭스의 수소-대-탄소 비율을 증가시키기 위하여, 다량의 수소가 전통적인 정제 공정으로부터 생성된 분획의 특성 조절에 사용된다. 아스팔텐 분획 및 중질 분획의 수소화분해 및 수소화처리는 다량의 수소를 필요로 하는 공정의 예이고, 이러한 두 공정은 감소된 수명주기(life cycle)를 가지는 촉매를 야기한다.

그 결과, 완전한 전체 원유 스트림이 더욱 가치 있는 경질 분획으로 이루어져 하류의 정제 비용이 낮아지도록, 효과적이고 비용이 적게 드는 방법을 이용하여 전체 원유의 중질 부분만을 크래킹하는 것이 이로울 것이다.

수열 크래킹(Hydrothermal Cracking) - 초임계수

초임계수(supercritical water)가 외부 수소원을 첨가하는 탄화수소의 크래킹의 반응 매질로 사용되어 왔다. 물은 약 705℉(374℃) 및 약 22.1 MPa의 임계점을 가진다. 이러한 조건 위에서, 물의 액체와 기체 사이의 상 경계가 사라지고, 이러한 결과의 초임계수는 유기 화합물에 대한 높은 용해도 및 기체와의 높은 혼화성(miscibility)을 나타낸다.

그러나, 전체 원유 개량을 위하여 초임계수를 사용하는 것은 전체 원유가 증가된 양의 중질 탄화수소 분자를 포함할 경우 심각한 결점을 가질 수 있다. 중질 탄화수소 분자는 더 경질인 대응물보다 훨씬 더 느리게 초임계수에 용해된다. 더욱이, 엉킨 구조를 가지는 아스팔텐 분자는 초임계수로써 쉽게 풀리지 않는다. 그 결과, 초임계수와 접촉하지 않는 중질 탄화수소 분자 부분이 혼자서 열분해되지 않아 다량의 코크를 생성한다. 그러므로, 전체 원유가 증가된 양의 중질 탄화수소를 함유할 경우, 현재의 방법을 이용하여 전체 원유를 초임계수와 반응시키는 것은 반응기 내 코크의 축적을 야기한다.

코크가 반응기 안에 축적될 경우, 코크는 절연체로서 작용하고 반응기 전반의 복사로부터 열을 효과적으로 차단하여 증가된 에너지 비용을 야기하는데, 왜냐하면 조업자가 축적(build-up)에 대한 상쇄를 위하여 조업 온도를 증가시켜야 하기 때문이다. 더욱이, 축적된 코크는 또한 공정 라인 전반에서 압력 강하를 증가시켜, 추가적인 에너지 비용 증가를 초래할 수 있다.

코크 축적을 방지하기 위한 한 가능한 해결책은 원유의 전부의 용해를 위하여 반응기 내의 전체 원유 체류시간을 증가시키고 반응기의 온도를 낮추는 것이다; 그러나, 공정의 총체적인 경제성과 개량 성능이 저하될 것이다. 뿐만 아니라, 반응기 디자인 개선이 도움이 될 수 있다; 그러나, 이는 디자인 비용에서 큰 지출을 요구할 것이고 궁극적으로 유익한 것으로 입증되지 않을 수 있다. 그러므로, 다량의 코크 또는 상당한 조업 비용 증가를 야기하지 않으면서 중질 오일과 초임계수의 효과적인 접촉을 촉진하는 공정에 대한 요구가 존재한다.

석유회수 증진법

석유회수 증진법(Enhanced Oil Recovery, EOR)은 유전에서 추출될 수 있는 오일의 양을 증가시키기 위한 기술의 일반적 용어이다. 일차 및 이차 회수 이용시의 20-40%와는 대조적으로, EOR을 이용하여 저류층의 원래 오일의 약 30-60%, 또는 그 이상이 추출될 수 있다. EOR에 사용되는 전형적인 유체에는 기체, 액체, 수증기 또는 다른 화학물질이 포함되며, 기체 주입이 가장 흔히 이용되는 EOR 기술이다.

기체 유형 EOR에서, 이산화탄소 (CO₂), 천연가스, 또는 질소와 같은 기체가 저류층에 주입되고, 이로 인하여 저류층이 팽창하여 추가의 원유를 생산정에 밀어넣는다. 더욱이, 원유에 용해된 기체는 원유의 점도를 낮추고 수송 라인을 통한 원유의 유량을 증가시킨다.

CO₂가 저류층의 오일만큼 농후해지기에 충분한 압력으로 오일 저류층에 펌핑될 경우, CO₂는 오일과 혼화성으로 될 수 있다. 혼화성(miscibility)이 최초로 획득되는 압력은 최소 혼화성 압력(minimum miscibility pressure, MMP)이라고 지칭된다. MMP 이상에서, CO₂는 오일에 대한 이상용매가 되고, 이로 인하여, 물보다 훨씬 더 효과적으로 저류층으로부터 오일을 옮긴다. CO₂는 더 경질인 탄화수소 성분을 포착하여, 오일의 총 부피를 팽창시키며, 오일의 점도를 감소시켜 오일이 더욱 쉽게 흐른다.

용해된 CO₂는 감압에 의한 제조 후 회수된 원유로부터 쉽게 분리될 수 있기 때문에, CO₂가 현재 가장 유망한 원유 회수 유체 중 하나이다. 물론, 원유에 대한 CO₂의 용해도는 압력, 온도, 기체 대 오일 비율 및 원유의 조성에 강하게 의존한다. 그러나, CO₂와 원유의 상 거동을 제어하는 가장 간단한 방법은 압력을 변화시키는 것이다. 저압에서, CO₂는 원유, 특히 중질 분획에 대한 매우 낮은 용해도를 나타낸다. 뿐만 아니라, 원유에 CO₂를 용해하는 것은 원유를 팽창시켜, 원유에 존재할 수 있는 아스팔텐 화학종의 용해도 증가를 야기한다.

앞에서 언급한 것과 같이, 고밀도의 전체 원유를 초임계수와 접촉시키는 것의 단점 중 하나는 다량의 저가치 코크 생성이었다. 이러한 코크 생성은 초임계수가 고밀도의 전체 원유, 특히 전체 원유의 중질 분획의 도처에 효과적으로 침입 불가능함에 의하여 초래된다. 그러나, 원유에 용해된 CO₂는 원유를 팽창시켜 덜 농후해지도록 하므로, CO₂ EOR법을 초임계수와 조합하는 것은 초임계수에 대한 중질 분획 용해를 용이하게 하여 상당한 양의 코크 생성 없이 전체 원유 개량을 허용한다.

전체 원유의 전체 스트림 가공은 처리량(throughput)이 지나치게 커짐에 따라 경제적으로 실시하기 어렵다. 그러므로, 코크 전환을 제한하고, 전체 유정 생산을 증가시키며, 주로 더 고가치의 경질 분획인 최종 원유를 생산하기 위하여, 전체 원유의 중질 부분만을 접촉시키면서 CO₂ EOR 회수법을 초임계수 크래킹법과 조합하는 간단하고 경제적인 공정을 가지는 것이 바람직할 것이다.

더욱이, 수소의 외부 공급과 외부에서 공급되는 촉매의 존재 모두를 필요로 하지 않으면서 초임계수 유체로써 전체 원유를 개량하는 개선된 공정을 가지는 것이 바람직할 것이다. 정유 공정 및 다양한 보조 시설이 단순화될 수 있도록, 개별적인 분획이 아니라 전체 원유의 개량을 허용하여 원하는 품질에 도달하게 하는 공정과 장비를 창작하는 것이 유리할 수 있다.

뿐만 아니라, 수소 공급 또는 코크 제거 시스템을 필요로 하는 다른 공정에 관련된 복잡한 설비 또는 시설을 필요로 하지 않아 생산지에서 실행될 수 있는 개선된 공정을 가지는 것이 유익할 것이다.

발명의 요약

본 발명은 상기 요구들 중 적어도 하나를 만족시키는 연속 공정에 관한 것이다. 본 발명은 전체 원유 스트림의 부분만을 초임계수와 접촉시켜 전체 원유 스트림의 일부를 개량하는 공정을 제공한다. 특히, 본 발명은 전체 원유를 회수하기 위하여 EOR 공정을 이용하고, 여기서 회수된 전체 원유는 전체 원유의 중질 분획이 더 이상 회수 유체와 혼화될 수 없도록 단계적 방식으로 감압된다. 소량의 용해된 회수 유체를 함유하는 중질 분획 스트림은, 이후 중질 분획 스트림이 초임계 조건하의 물과 접촉되는 적절한 장치에 보내진다. 소량의 용해된 회수 유체가 중질 분획 스트림을 팽창시키기 때문에, 초임계수를 사용하여 중질 분획 스트림이 더욱 쉽게 개량되어 더 적은 코크 형성 및 낮아진 조업 비용을 야기할 수 있다. 게다가, 공정이 전체 원유의 일부만을 개량하기 때문에, 본 발명의 공정이 더 큰 처리량을 취급할 수 있어, 생산지에서 이용될 수 있으며 전체 조업 비용을 더 감소시킨다.

본 발명의 한 구체예에서, 전체 원유 개량 공정은 생산정으로부터 전체 원유 회수를 증진시키기 위하여 회수 유체가 지하층(underground formation)을 소제(sweep)할 수 있도록, 회수 유체의 최소 혼화성 압력을 초과하는 압력에서 가압된 회수 유체를 주입정(injection well)에 주입하는 것을 포함할 수 있다. 회수 유체는 생산정으로부터 회수된 직후의 전체 원유와 직접 혼합되어 고압 스트림을 형성하고, 여기서 전체 원유는 경질 분획과 중질 분획을 포함한다.

이후 고압 스트림은 중질 분획 내의 회수 유체의 일부분의 혼화성을 유지하기 위한 조건에서 감압되고, 중질 분획은 고압 스트림으로부터 분리되어 경질 원유 스트림과 중질 분획 스트림을 형성한다. 경질 원유 스트림은 회수 유체의 상당 부분을 함유한다. 회수 유체는 순간증발기(flash evaporator)를 포함하는 임의의 적절한 장치에 의하여 경질 원유 스트림으로부터 분리되어 경질 분획 스트림을 형성할 수 있다.

중질 분획 스트림은 중질 분획 스트림을 초임계 조건하에 물 공급물 스트림과 접촉시켜 개질된 중질 분획으로 개질되고, 여기서 개질된 중질 분획은 전체 원유와 비교하여 감소된 양의 아스팔텐, 황, 질소 또는 금속 함유 물질을 가진다.

대안의 구체예에서, 경질 원유 스트림으로부터 상당 부분의 회수 유체를 분리한 후 생성된 경질 분획 스트림이 개질된 중질 분획과 조합되어 개량된 전체 원유를 생성할 수 있고, 여기서 개량된 전체 원유는 전체 원유와 비교하여 더 높은 API 비중 및 감소된 양의 아스팔텐, 황, 질소 또는 금속 함유 물질을 가진다.

추가 구체예에서, 회수 유체는 기체, 액체, 수증기, 화학물질, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된다. 또 다른 구체예에서, 기체는 이산화탄소, 질소, 천연가스, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된다. 또 다른 구체에예서, 이산화탄소가 바람직한 기체이다. 본 발명의 목적을 위하여, 기체는 보통의 온도와 압력에서 고체도 아니고 액체도 아닌 물질을 일컫는다.

대안의 구체예에서, 중질 분획 스트림의 개질 단계는 중질 분획을 물 공급물 스트림과 조합하여 혼합물을 생성하는 것을 추가로 포함하고, 여기서 혼합물은 외부에서 공급되는 수소의 부재에서 생성된다. 이후 혼합물의 온도가 물의 임계 온도 이상이 되고, 혼합물 중의 탄화수소의 적어도 일부가 크래킹을 겪어 고온 변형 혼합물을 생성하도록 혼합물의 온도가 변화된다. 고온 변형 혼합물은 냉각되고 감압되어 압력-감소된 변형 혼합물을 생성한다. 압력-감소된 변형 혼합물은 기체 부분과 액체 부분으로 분리되고, 이후 액체 부분은 회수되는 물 스트림과 개질된 중질 분획으로 분리된다. 대안의 구체예에서, 혼합물이 외부에서 공급되는 촉매의 부재에서 생성된다. 또 다른 대안의 구체예에서, 반응 영역은 내부(interior portion)를 가지는 주 반응기(main reactor)를 포함하고, 여기서 주 반응기는 수직으로 배치된 반응기이고, 이로써 예열된 혼합물이 수직으로 배치된 반응기를 통하여 아래쪽으로 흐른다. 또 다른 구체예에서, 고온 변형 혼합물이 압력 조절 장치에 의하여 감압된다. 바람직하게는, 압력 조절 장치가 적어도 하나의 역압 조절기, 더욱 바람직하게는 병렬 방식으로 배열된 둘 이상의 역압 조절기이다.

대안의 구체예에서, 중질 분획 스트림의 개질 단계는 물 공급물 스트림과 중질 분획 스트림의 압력을 물의 임계 압력을 초과하는 목표 압력으로 증가시키는 것을 포함할 수 있다. 중질 분획 스트림은 약간 상승된 온도에서 물 공급물 스트림과 혼합되어 혼합물을 형성하고, 온도는 혼합물이 약간 상승된 온도에서 쉽게 펌핑될 수 있도록 하는 범위에서 선택된다. 약간 상승된 온도는 주위 온도와 비교하여 약간 상승된 온도이다. 예시적인 상승된 온도에는 50 - 150℃ 범위의 온도가 포함된다. 물의 임계 압력 위에서 계속하여 유지되는 혼합물은 가열 영역으로 펌핑된다. 혼합물은 가열 영역에서 약 150℃ 내지 350℃ 범위의 온도로 가열되어 예열된 혼합물을 형성한다. 이후 예열된 혼합물은 반응 영역으로 공급된다. 온도는 반응 영역 내에서 물의 임계 온도 이상의 목표 온도로 증가되어, 예열된 혼합물의 탄화수소의 적어도 일부가 크래킹을 겪고 고온 변형-혼합물을 형성하며, 반응 영역에는 외부에서 제공된 촉매 및 외부에서 제공된 수소원이 본질적으로 없다. 고온 변형-혼합물은 냉각되고 감압되어 압력 감소된 변형-혼합물(adapted-mixture)을 형성한다. 압력 감소된 변형-혼합물은 적어도 하나의 분리기를 사용하여 기체 부분과 액체 부분으로 분리되고, 이후 액체 부분은 적어도 하나의 오일-물 분리기를 사용하여 개질된 중질 분획과 회수되는 물 스트림으로 분리된다.

추가 구체예에서, 회수되는 물 스트림은 초임계 조건하에서 산화되어 처리된 물 스트림을 형성할 수 있고, 처리된 물 스트림은 이후 처리된 물 스트림을 물 공급물 스트림과 조합하여 재순환될 수 있다. 본 발명의 또 다른 추가 구체예에서, 주 반응기는 수직으로 배치된 반응기일 수 있고, 이로써 예열된 혼합물이 수직으로 배치된 반응기를 통하여 아래쪽으로 흐른다. 또 다른 구체예에서, 고온 변형 혼합물이 압력 조절 장치에 의하여 감압된다. 바람직하게는, 압력 조절 장치는 적어도 하나의 역압 조절기이고, 더욱 바람직하게는 병렬 방식으로 배열된 둘 이상의 역압 조절기이다.

대안의 구체예에서, 중질 분획 스트림의 개질 단계는 물 공급물 스트림과 중질 분획 스트림의 압력을 물의 임계 압력을 초과하는 목표 압력으로 증가시키는 것을 포함할 수 있다. 이후 물 공급물 스트림은 상승된 온도로 가열되어 가열된 물 스트림을 형성하고, 이로써 가열된 물 스트림이 초임계 상태에 있게 된다. 중질 분획 스트림은 혼합 영역에서 가열된 물 스트림과 혼합되어 예열된 혼합물을 형성하고, 여기서 혼합 영역은 예열된 혼합물이 초임계 상태로 유지되도록 반응 영역 근처의 위치에 있고, 이후 예열된 혼합물은 반응 영역에 공급된다. 온도는 반응 영역 내에서 물의 임계 온도 이상의 목표 온도로 증가되고, 이로써 예열된 혼합물의 탄화수소으 적어도 일부가 크래킹을 겪고, 고온 변형-혼합물을 형성하며, 반응 영역에는 본질적으로 외부에서 제공된 촉매 및 외부에서 제공된 수소원이 없다. 고온 변형-혼합물은 냉각되고 감압되어 냉각된 변형-혼합물을 형성한다. 냉각된 변형-혼합물은 감압되어 압력 감소된 변형-혼합물을 형성한다. 압력 감소된 변형-혼합물은 적어도 하나의 액체-기체 분리기를 사용하여 기체 부분과 액체 부분으로 분리되고, 액체 부분은 적어도 하나의 오일-물 분리기를 사용하여 개질된 중질 분획과 회수되는 물 스트림으로 분리된다.

추가 구체예에서, 회수되는 물 스트림이 초임계 조건하에 산화되어 처리된 물 스트림을 형성할 수 있고, 이후 처리된 물 스트림은 처리된 물 스트림과 물 공급물 스트림을 조합하여 재순환될 수 있다. 본 발명의 또 다른 추가 구체예에서, 주 반응기는 수직으로 배치된 반응기일 수 있고, 이로써 예열된 혼합물이 수직으로 배치된 반응기를 통하여 아래쪽으로 흐른다. 또 다른 구체예에서, 고온 변형 혼합물이 압력 조절 장치에 의하여 감압된다. 바람직하게는, 압력 조절 장치는 적어도 하나의 역압 조절기이고, 더욱 바람직하게는 병렬 방식으로 배열된 둘 이상의 역압 조절기이다.

본 발명의 공정은 수소의 외부 공급 및/또는 탄화수소 개량을 위한 촉매를 필요로 하지 않는다. 외부 촉매의 부재는 외부 촉매 사용의 조업상 결점뿐만 아니라 촉매의 비용 발생을 피하여 비용 효율적인 공정을 만든다. 또한, 본 발명의 공정에서 초임계수 유체는 다른 열분해법(thermal cracking method)과 비교하여 코크의 형성을 억제하고 그 결과 액체 수율을 증가시킨다.

더욱이, 초임계수 유체는 물질전달을 촉진하고 이는 반응 속도를 증가시킨다. 한 구체예에서, 반응 영역 내의 예열된 혼합물 체류시간은 0.1 내지 30 분이고, 더욱 바람직하게는 5 내지 15 분이다.

또한 본 발명은 전체 원유 개량을 위한 장비를 제공한다. 본 발명의 한 구체예에서, 장비는 주입정, 생산정, 분획 장치 및 수열 개질 시설을 가진다. 한 구체예에서, 주입정은 지하층과 유체연통(fluid communication)된다. 게다가, 주입정은 가압된 회수 유체을 받아들이고 가압된 회수 유체를 지하층에 도입할 수 있다. 가압된 회수 유체는 지하층 내의전체 원유와 직접 혼합되어 고압 스트림을 형성하며, 고압 스트림은 회수 유체과 전체 원유로 이루어지는데, 여기서 전체 원유는 경질 분획과 중질 분획을 포함한다. 한 구체예에서, 생산정이 지하층으로부터 고압 스트림을 생산할 수 있도록, 생산정은 지하층과 유체연통된다.

본 발명의 한 구체예에서, 분획 장치는 생산정과 유체연통된다. 분획 장치는 중질 분획이 고압 스트림으로부터 분리되어 경질 원유 스트림과 중질 분획 스트림을 형성하도록, 단계적 방식으로 고압 스트림을 감압할 수 있으며, 회수 유체의 일부분이 중질 분획 내에 혼화성으로 유지되고, 경질 원유 스트림은 회수 유체의 상당 부분을 함유한다.

본 발명의 한 구체예에서, 수열 개질 시설(hydrothermal reforming facility)은 중질 분획 스트림을 초임계 조건하에 물 공급물 스트림과 접촉시켜 중질 분획 스트림을 개질된 중질 분획으로 개질하여, 전체 원유와 비교하여 감소된 양의 중질 분획, 아스팔텐, 황, 질소 또는 금속 함유 물질을 가지는 개질된 중질 분획을 생성할 수 있다. 본 발명의 다른 구체예에서, 수열 개질 시설은 혼합 영역, 예열 영역, 고압 펌핑 수단, 및 반응 영역을 가진다. 한 구체예에서, 혼합 영역은 초음파 발생기를 포함한다. 게다가, 혼합 영역이 약간 상승된 온도에서 중질 오일과 물 공급물을 조합할 수 있다. 예열 영역은 혼합 영역과 유동적으로(fluidly) 연결되고, 예열 영역은 그 내용물을 최대 약 350℃의 온도로 가열할 수 있다. 고압 펌핑 수단은 장비 내의 압력을 물의 임계 압력을 초과하는 압력으로 증가시킬 수 있다. 반응 영역은 주 반응기의 내부를 포함하고, 여기서 반응 영역은 예열 영역과 유동적으로 연결되며, 주 반응기는 적어도 물의 임계 온도만큼 높은 온도에 견딜 수 있다. 뿐만 아니라, 주 반응기는 물의 임계 압력을 초과하는 압력에 견딜 수 있다. 본 발명의 한 구체예에서, 반응 영역에는 본질적으로 외부에서 제공된 촉매 및 외부에서 제공된 수소원이 없다.

본 발명의 다른 구체예에서, 수열 개질 시설이 또한 압력 조절 장치, 압력 조절 장치와 유동적으로 연결된 액체-기체 분리기, 및 액체-기체 분리기와 유동적으로 연결된 물-오일 분리기를 포함할 수 있다. 액체-기체 분리기는 액체 스트림과 기체 스트림을 생성할 수 있고, 물-오일 분리기는 회수되는 물 스트림과 개량된 탄화수소 스트림을 생성할 수 있다. 본 발명의 추가 구체예에서, 수열 개질 시설은 또한 회수되는 물 스트림을 통하여 물-오일 분리기와 유동적으로 연결된 산화 반응기를 포함할 수 있다. 산화 반응기는 회수되는 물이 재순환되고 물 공급물과 조합되기 전에 회수되는 물을 정제할 수 있다.

뿐만 아니라, 본 발명의 공정과 장비는 본 발명의 다양한 구체예가 수소 공급 또는 코크 제거 시스템을 필요로 하는 다른 공정과 관련된 복잡한 설비 또는 시설을 필요로 하지 않기 때문에, 전체 원유의 생산지에서 쉽게 이용될 수 있다. 게다가, 낮은 유동점 및 높은 API 비중의 원유는 낮은 수준의 황, 질소, 및 금속을 가지고, 이로 인하여 추가된 비용이 많이 드는 수소화가공이 최소화 될 수 있기 때문에 공급원료의 가치가 증가된다.

이를 비롯한 본 발명의 특성, 양태 및 장점은 다음의 상세한 설명, 청구범위 및 첨부도면에 관하여 더욱 잘 이해될 것이다. 그러나 도면은 본 발명의 몇 가지의 구체예만을 설명할 뿐이고, 다른 동등하게 효과적인 구체예를 허용할 수 있기 때문에 발명의 범위를 한정하는 것으로 간주해서는 안된다는 것에 주의해야 한다.
도 1은 본 발명의 한 구체예에 따른 공정 다이어그램의 투시도이다.
도 2는 공정의 개질 단계의 구체예의 더욱 상세한 도면이다.
도 3은 공정의 개질 단계의 대안의 구체예의 더욱 상세한 도면이다.
도 4는 경질 분획 및 중질 분획에서 이산화탄소의 용해도 곡선을 나타낸다.

상세한 설명

본 발명은 수소 또는 촉매의 외부 공급 없이 전체 원유를 더욱 가치 있는 원유 공급원료로 전환하는 공정을 제공한다. 상기 공정은 일반적으로, 회수 유체가 지하층을 소제하여 생산정으로부터의 전체 생산물을 증가시키도록, 압력하에 회수 유체를 주입정에 주입하는 것을 포함한다. 공정은 전체 원유를 이루는 경질 분획과 중질 분획이 분리되도록, 회수 유체와 직접 혼합되는 회수된 전체 원유를 단계적 방식으로 감압하는 것을 추가로 포함한다. 이후 중질 분획이 개질을 위한 수열 개량 시설에 보내질 수 있다.

개질 단계는 일반적으로 중질 분획을 고온 가압수과 접촉시켜 전체 원유와 비교하여 더 높은 API 비중 및 감소된 양의 아스팔텐, 황, 질소 또는 금속 함유 물질을 가지는 개질된 중질 분획을 생성하는 것을 포함한다. 개질 단계는 첨가되는 수소의 부재에서 수행된다. 고온 가압수는 물의 임계 온도와 압력 위에 있고, 원하는 최종 결과를 얻기 위하여 본 발명에서 이용되는 독특한 특성을 나타낸다.

고온 가압수는 물질확산, 열전달, 분자내 또는 분자간 수소 이동 촉진, 코크 형성 억제를 위한 라디칼 화합물 안정화 및 황, 질소 및 금속 함유 분자와 같은 불순물 제거를 통하여 저분자량 탄화수소로 크래킹될 중질 성분을 위한 반응 매질을 제공한다. 비록 불순물 제거의 정확한 메커니즘이 규명되지는 않았지만, 불순물이 수상에 흡착되거나, 코크 또는 개량된 생성물의 중질 분획에 농축되는 것으로 보인다. 유해한 효과를 피하기 위하여, 초임계수의 사용을 통해 이러한 불순물이 원유로부터 분리된다.

공정은 경질 원유 스트림으로부터 회수 유체를 분리하여 경질 분획 스트림을 형성하는 것을 추가로 포함하고, 한 구체예에서, 경질 분획 스트림이 개질된 중질 분획과 조합되어 개량된 전체 원유를 형성한다. 게다가, 경질 원유 스트림으로부터 분리된 회수 유체가 주입 단계 동안의 재사용을 위하여 회수되고 재순환될 수 있다.

본 발명의 상기 구체예는 처리량을 보통 수준으로 지속하면서 땅으로부터 전체 원유를 추출하고 전체 원유의 저가치의 중질 성분을 개량하는 효과적인 공정을 제공한다. 본 발명은 중질 분획 개질을 위하여 값비싼 촉매를 필요로 하지 않기 때문에 유리하다. 더욱이, 본 발명은 더 통상적이고 더 값비싼 증류 설비를 사용하지 않고 전체 원유를 중질 분획과 경질 분획으로 분획하기 위한 실제적인 방식을 제공한다. 게다가, 본 발명은 제조사가 개량을 위하여 원거리 위치로 전체 원유를 수송하기보다는 생산지에서 전체 원유를 개량하는 것을 허용하고, 비용을 더욱 감소시킨다.

이제 도 1로 돌아가는데, 이는 이산화탄소가 회수 유체인 본 발명의 한 구체예를 나타낸다. 이산화탄소 저장 탱크(5)에 저장된 이산화탄소는 압축되고, 압축 이산화탄소 라인(7)을 통하여 주입정(15)에 주입된다. 지하층(17)에 있는 전체 원유 중의 이산화탄소의 혼화성을 보장하기 위하여 압축 이산화탄소의 압력이 최소 혼화성 압력(MMP) 위로 유지된다. MMP는 유정마다 변화할 것이지만; 이산화탄소에 대한 MMP는 일반적으로 2000 psig 내지 4000 psig 범위이다. 그러므로, 이산화탄소 주입의 조업 압력은 전형적으로 2000 psig 내지 5000 psig이다. 원유 회수를 촉진하기 위하여 물이 또한 이산화탄소와 함께 주입될 수 있는데, 이는 공지인 WAG(Water-Alternating-Gas) 디자인이고, 본 명세서에 참조로 포함된다.

혼화 가능한(miscible) 이산화탄소와 전체 원유는 생산정(25)을 통하여 지표에 도달하고, 이러한 고압 스트림(27)은 이후 분획 장치(35)에 들어가며, 여기서 압력은 고압 스트림의 중질 부분이 이산화탄소와 혼화 불가능하게 되도록 MMP 미만이지만 특정한 값을 초과하는 정도까지 감소된다. 한 구체예에서, 분획 장치(35)의 압력이 임계 이산화탄소의 압력(1073 psig)에 근접한 압력 범위 내의 압력에서 유지된다. 바람직한 압력 범위는 500 psig 내지 2000 psig, 더욱 바람직하게는 1,000 psig 내지 1,300 psig이다. 분획 장치(35) 내의 온도는 0℃ 내지 50℃, 바람직하게는 20℃ 내지 40℃ 범위 내에서 유지된다.

중질 분획 스트림(4)으로 지칭되는 이러한 중질 부분은, 여전히 소량의 이산화탄소를 함유하며, 이후 수열 개질 시설(45)에 보내지고, 이에 의하여 중질 분획 스트림(4)이 초임계 조건하에 물과 접촉하여, 개질된 중질 분획(92)을 생성한다. 중질 분획 스트림(4) 내의 소량의 이산화탄소의 존재는 두 가지 이점을 제공한다. 첫 번째로, 중질 분획 스트림에 용해된 이산화탄소가 점도를 낮춰, 스트림이 더욱 쉽게 흐르도록 한다. 두 번째로, 앞에서 언급한 바와 같이, 용해된 이산화탄소가 중질 분획 밀도의 밀도를 낮춰, 초임계수가 중질 오일 분자와 더욱 효과적으로 상호작용하도록 하고, 이는 더욱 양호한 전환, 감소된 양의 코크 생성, 및 더 낮아진 조업 비용을 야기한다.

이산화탄소의 상당한 부분과 전체 원유의 경질 분획을 포함하는 경질 원유 스트림(37)은 분획 장치(35)를 나가고 이산화탄소 분리기(55)에 들어가며, 여기서 주위 대기압으로 낮춰 잔존하는 이산화탄소가 압력을 제거되고; 경질 분획 스트림(59)을 떠난다. 분리된 이산화탄소는 재순환 이산화탄소 라인(57)을 통하여 이산화탄소 저장 탱크(5)로 되돌아가 재순환된다. 이후 경질 분획 스트림(59)이 개량된 전체 원유 저장 탱크(65)에 공급되고, 여기서 저장을 위하여 개질된 중질 분획(92)과 조합된다. 최종 생성물인 개량된 전체 원유(96)는 이후 추가 정유를 위하여 수송될 수 있다.

도 2는 수열 개질 시설(45)의 구체예를 나타낸다. 물 공급물 스트림(2)은 물 저장 탱크(10)에 공급되고, 이어서 물 공급물 스트림(2)이 고압 정량 수펌프(20)를 사용하여 혼합 영역(30)의 공정으로 펌핑된다. 중질 분획 스트림(4)이 중질 분획 저장 탱크(11)로 유사하게 공급되고, 이어서 중질 분획 스트림(4)이 고압 정량 중질 분획 펌프(21)를 사용하여 혼합 영역(30)의 공정으로 펌핑된다. 혼합 영역(30) 앞에서, 중질 분획 스트림(4)의 온도는 흐름을 허용하지만 바람직하게는 150℃를 초과하지 않는 온도이다. 두 스트림이 혼합 영역(30)에서 조합되어 혼합물(32)을 형성한다. 이후 혼합물(32)이 가열 영역(40)에 공급되고, 여기서 온도가 150 내지 400℃, 더욱 바람직하게는 150 내지 350℃ 범위 내의 온도로 증가되어 예열된 혼합물(42)을 형성한다.

예열된 혼합물(42)은 이후 주 반응기(50)로 공급되고, 여기서 예열된 혼합물(42)의 탄화수소의 적어도 일부가 크래킹을 겪어 고온 변형-혼합물(52)을 형성하도록 온도와 압력이 물의 임계점에 근접하거나 이를 초과하며, 내부를 가지는 주 반응기(50)에는 본질적으로 외부에서 제공된 촉매 및 외부에서 제공된 수소원이 없다. 고온 변형-혼합물(52)은 이후 임의의 적절한 냉각 수단(60), 바람직하게는 열교환기를 사용하여 냉각되어, 냉각된 변형-혼합물(62)을 생성한다. 냉각된 변형-혼합물(62)은 이후 압력 조절 장치(70)에 의하여 감압되어 압력 감소된 변형-혼합물(72)을 생성한다. 한 구체예에서, 압력 조절 장치(70)는 병렬 방식으로 연결된 적어도 둘의 역압 조절기, 더욱 바람직하게는 셋의 역압 조절기(70a, 70b, 70c)를 포함한다. 이러한 배열은 유리하게도, 주(primary) 역압 조절기가 막힐 경우에도 연속 조업을 제공한다. 이후 압력 감소된 변형-혼합물(72)이 액체-기체 분리기(80)에 들어가고, 여기서 압력 감소된 변형-혼합물(72)이 기체 부분(82)과 액체 부분(84)으로 분리된다. 이후 액체 부분(84)이 오일-물 분리기(90)에 공급되어 개질된 중질 분획(92)과 회수되는 물(94)을 산출한다. 대안의 구체예에서, 회수되는 물(94)이 물 저장 탱크(10)의 전 또는 후에서 재순환되고 물 공급물 스트림(2)으로서 재사용될 수 있다.

도 3은 혼합 영역(30) 앞에서 물 공급물 스트림(2)이 초임계 상태로 예열되는 한 구체예를 나타낸다. 이러한 구체예에서, 물 공급물 스트림(2)이 물 저장 탱크(10)로 공급되고, 이어서 물 공급물 스트림(2)이 고압 정량 수펌프(20)를 사용하여 공정으로 펌핑된다. 그러나, 중질 분획 스트림(4)과의 첫 번째 혼합 대신, 물 공급물 스트림(2)은 가열 영역(40)에서 가열되어 가열된 물 스트림(41)을 형성하고, 여기서 가열된 물 스트림(41)은 초임계 상태에 있다.

중질 분획 스트림(4)은 고 왁스질 원유 저장 탱크(11)로 유사하게 공급되고, 이어서 중질 분획 스트림(4)이 고압 정량 중질 분획 펌프(21)를 사용하여 혼합 영역(30)의 공정으로 펌핑된다. 혼합 영역(30) 전에서, 중질 분획 스트림(4)의 온도는 흐름을 허용하지만; 바람직하게는 150℃를 초과하지 않는 온도이다. 중질 분획 스트림(4)과 가열된 물 스트림(41)은 바람직하게는 주 반응기(50) 근처인 혼합 영역(30)에서 조합되어 예열된 혼합물(42)을 생성한다.

예열된 혼합물(42)은 주 반응기(50)에 들어가는데, 여기서 예열된 혼합물(42)의 탄화수소의 적어도 일부가 크래킹을 겪어 고온 변형-혼합물(52)을 형성하도록 온도와 압력이 물의 임계점에 근접하거나 이를 초과하며, 주 반응기(50)에는 본질적으로 외부에서 제공된 촉매 및 외부에서 제공된 수소원이 없다. 고온 변형-혼합물(52)은 이후 임의의 적절한 냉각 수단(60), 바람직하게는 열교환기를 사용하여 냉각되어, 냉각된 변형-혼합물(62)을 생성한다. 냉각된 변형-혼합물(62)은 이후 압력 조절 장치(70)에 의하여 감압되어 압력 감소된 변형-혼합물(72)을 생성한다. 한 구체예에서, 압력 조절 장치(70)는 병렬 방식으로 연결된 적어도 둘의 역압 조절기, 더욱 바람직하게는 셋의 역압 조절기(70a, 70b, 70c)를 포함한다. 이러한 배열은 유리하게도, 주 역압 조절기가 막힐 경우에도 연속 조업을 제공한다. 이후 압력 감소된 변형-혼합물(72)이 액체-기체 분리기(80)에 들어가고, 여기서 압력 감소된 변형-혼합물(72)이 기체 부분(82)과 액체 부분(84)으로 분리된다. 이후 액체 부분(84)이 오일-물 분리기(90)에 공급되어 개질된 중질 분획(92)과 회수되는 물(94)을 산출한다. 대안의 구체예에서, 회수되는 물(94)이 물 저장 탱크(10)의 전 또는 후에서 재순환되고 물 공급물 스트림(2)으로서 재사용될 수 있다.

도 4는 이산화탄소의 일반적인 용해도 곡선을 압력의 함수로서 나타낸다. 일반적으로, 이산화탄소는 더 큰 분자량의 오일 분획보다 더 작은 분자량의 오일 분획에 더욱 쉽게 용해된다. 곡선1은 중질 분획에 대한 이산화탄소의 용해도 곡선을 나타내고, 곡선 2는 경질 분획에 대한 이산화탄소의 용해도 곡선을 나타낸다. 본 발명에서, 압력 A는 생산정을 나가는 고압 스트림의 압력을 나타내고, 압력 B는 도 1의 분획 장치(35)의 압력이다.

도 4에 나타나는 바와 같이, 중질 분획에 대한 이산화탄소의 용해도는 경질 분획에 대한 용해도보다 더욱 빠르게 감소한다. 이러한 용해도 차이는 본 발명이 성공적으로 고압 스트림의 나머지로부터 중질 분획을 분리하도록 하는 것이다. 실제로, 압력 A는 회수 유체의 MMP를 초과해야 하는데, 회수 유체의 MMP는 측정되거나 예측될 수 있다.

압력 B는 일련의 실험을 수행하여 최적으로 선택될 수 있다. 직관적으로, 압력 B가 지나치게 높을 경우, 더 적은 중질 분획이 분리될 것이고, 이는 전체 전환을 제한한다; 그러나 압력 B가 지나치게 낮게 설정될 경우, 경질 분획의 비교적 상당한 부분이 수열 개질 시설로 보내지고, 이는 수열 시설 전반에서 경질 분획의 추가 흐름을 수용하기 위하여 더 큰 설비와 더 많은 동력을 필요로 한다. 두 경우 모두에서, 공정의 전체 효율이 감소된다. 그러므로 실험은 예를 들어, 당업자에게 자명할 다른 많은 변형 중 사용되는 회수 유체의 유형, 전체 원유의 고유한 특징, 설비 특징, 및 원하는 처리량을 고려하여, 도 1의 분획 장치(35)의 조업 압력을 최적화하도록 수행되어야 한다.

비록 본 발명이 그 형태의 단지 일부에 대해서 나타나거나 기재되기는 하지만, 발명이 한정되는 것이 아니고 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서 다양한 변형이 되기 용이함이 당업자에게 자명할 것이다.

Claims

다음 단계:
생산정(production well)으로부터 전체 원유(whole crude oil)의 회수를 증진시키기 위하여 회수 유체가 지하층(underground formation)을 소제(sweep)할 수 있도록, 회수 유체의 최소 혼화성 압력(minimum miscibility pressure)을 초과하는 압력에서 주입정(injection well)에 가압된 회수 유체를 주입하는 단계, 상기 회수 유체는 생산정으로부터 회수된 직후의 전체 원유와 직접 혼합되어 고압 스트림을 형성하고, 여기서 상기 전체 원유는 경질 분획과 중질 분획을 포함함;
상기 중질 분획 내의 회수 유체의 일부분의 혼화성을 유지하기 위한 조건에서 상기 고압 스트림을 감압하고, 상기 고압 스트림으로부터 상기 중질 분획을 분리하여 경질 원유 스트림과 중질 분획 스트림을 형성하는 단계, 상기 경질 원유 스트림은 상기 회수 유체의 상당 부분을 함유함;
상기 경질 원유 스트림으로부터 상기 회수 유체를 분리하여 경질 분획 스트림을 형성하는 단계;
상기 중질 분획 스트림을 초임계 조건하에 물 공급물 스트림과 접촉시켜 상기 중질 분획 스트림을 개질된 중질 분획으로 개질(reforming)하는 단계, 여기서 개질된 중질 분획은 개질전 전체 원유와 비교하여 아스팔텐, 황, 질소 또는 금속 함유 물질 중의 하나 이상의 양이 감소된 아스팔텐, 황, 질소 또는 금속 함유 물질을 가짐;
를 포함하는, 전체 원유(whole crude oil) 개량 방법.
제1항에 있어서, 상기 경질 분획 스트림을 상기 개질된 중질 분획과 조합하여 개량된 전체 원유를 생성하는 단계를 추가로 포함하고, 여기서 상기 개량된 전체 원유는 개량전 전체 원유와 비교하여 아스팔텐, 황, 질소 또는 금속 함유 물질 중의 하나 이상의 양이 감소된 아스팔텐, 황, 질소 또는 금속 함유 물질을 함유함을 특징으로 하는 전체 원유 개량 방법.
제1항에 있어서, 상기 회수 유체는 기체, 액체, 수증기, 화학물질, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 하나임을 특징으로 하는 전체 원유 개량 방법.
제1항에 있어서, 상기 회수 유체는 이산화탄소, 질소, 천연가스 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 하나의 기체임을 특징으로 하는 전체 원유 개량 방법.
제1항에 있어서, 상기 회수 유체는 이산화탄소임을 특징으로 하는 전체 원유 개량 방법.
제1항에 있어서, 상기 회수 유체로부터 상기 경질 원유 스트림을 분리하는 단계는 순간증발기(flash evaporator)를 포함함을 특징으로 하는 전체 원유 개량 방법.
제1항에 있어서, 상기 중질 분획 스트림의 개질 단계는 다음 단계를 추가로 포함함을 특징으로 하는 전체 원유 개량 방법:
상기 중질 분획을 상기 물 공급물 스트림과 조합하여 혼합물을 생성하는 단계, 여기서 상기 혼합물은 외부에서 공급되는 수소의 부재에서 생성됨;
반응 영역 내의 상기 혼합물의 온도가 물의 임계 온도 이상이 되고, 상기 혼합물 중의 탄화수소의 적어도 일부가 크래킹을 겪어 고온에 적응된 혼합물을 생성하도록, 상기 혼합물의 온도를 변화시키는 단계;
상기 고온에-적응된 혼합물을 냉각하고 감압하여 감압에-적응된 혼합물을 생성하는 단계;
상기 감압에-적응된 혼합물을 기체 부분과 액체 부분으로 분리하는 단계; 및
상기 액체 부분을 회수되는 물 스트림과 개질된 중질 분획으로 분리하는 단계.
제7항에 있어서, 상기 혼합물은 외부에서 공급되는 촉매의 부재에서 생성됨을 특징으로 하는 전체 원유 개량 방법.
제7항에 있어서, 상기 반응 영역은 내부(interior portion)를 가지는 주 반응기(main reactor)를 포함하고, 상기 주 반응기는 수직으로 배치된 반응기를 포함하여, 상기 혼합물이 상기 수직으로 배치된 반응기를 통하여 아래쪽으로 흐름을 특징으로 하는 전체 원유 개량 방법.
제7항에 있어서, 상기 고온에-적응된 혼합물은 압력 조절 장치에 의하여 감압되고, 상기 압력 조절 장치가 적어도 하나의 역압 조절기를 포함함을 특징으로 하는 전체 원유 개량 방법.
제10항에 있어서, 상기 압력 조절 장치는 병렬 방식으로 배열된 둘 이상의 역압 조절기임을 특징으로 하는 전체 원유 개량 방법.
제1항에 있어서, 상기 중질 분획 스트림의 개질 단계가 다음 단계:
상기 물 공급물 스트림과 상기 중질 분획 스트림의 압력을 목표 압력으로 증가시키는 단계, 상기 목표 압력은 물의 임계 압력을 초과함;
약간 상승된 온도에서 상기 중질 분획 스트림을 상기 물 공급물 스트림과 혼합하여 혼합물을 형성하는 단계, 상기 온도는 혼합물이 약간 상승된 온도에서 쉽게 펌핑될 수 있도록 하는 범위에서 선택됨;
상기 혼합물을 물의 임계 압력을 초과하는 압력에서 가열 영역으로 펌핑하는 단계;
상기 가열 영역에서 상기 혼합물을 150℃ 내지 350℃ 범위의 온도로 가열하여 예열된 혼합물을 형성하는 단계;
상기 예열된 혼합물을 반응 영역에 공급하는 단계;
상기 예열된 혼합물의 탄화수소의 일부가 크래킹을 겪어 고온에-적응된 혼합물을 형성하도록, 상기 반응 영역 내의 온도를 물의 임계 온도 이상인 목표 온도로 증가시키는 단계, 상기 반응 영역에는 외부에서 제공된 촉매 및 외부에서 제공된 수소원이 없음;
상기 고온에-적응된 혼합물을 냉각하고 감압하여 감압에-적응된 혼합물을 형성하는 단계;
적어도 하나의 분리기를 사용하여 상기 감압에-적응된 혼합물을 기체 부분과 액체 부분으로 분리하는 단계; 및
적어도 하나의 오일-물 분리기를 사용하여 상기 액체 부분을 개질된 중질 분획과 회수되는 물 스트림으로 분리하는 단계;
를 추가로 포함함을 특징으로 하는 전체 원유 개량 방법.
제12항에 있어서, 다음 단계:
상기 회수되는 물 스트림을 초임계 조건에서 산화시켜 처리된 물 스트림을 형성하는 단계; 및
상기 처리된 물 스트림을 상기 물 공급물 스트림과 조합하여 상기 처리된 물 스트림을 재순환시키는 단계;
를 추가로 포함함을 특징으로 하는 전체 원유 개량 방법.
제1항에 있어서, 상기 중질 분획 스트림의 개질 상기 중질 분획 스트림의 개질 단계는 다음 단계:
상기 물 공급물 스트림과 상기 중질 분획 스트림의 압력을 물의 임계 압력을 초과하는 목표 압력으로 증가시키는 단계;
가열된 물 스트림이 초임계 상태에 있도록, 상기 물 공급물 스트림을 상승된 온도로 가열하여 가열된 물 스트림을 형성하는 단계;
혼합 영역에서 상기 중질 분획 스트림을 상기 가열된 물 스트림과 혼합하여 예열된 혼합물을 형성하는 단계, 여기서 상기 혼합 영역은 상기 예열된 혼합물이 초임계 상태로 유지되도록 반응 영역 근처의 위치에 있음;
상기 예열된 혼합물을 상기 반응 영역에 공급하는 단계;
상기 예열된 혼합물의 탄화수소의 일부가 크래킹을 겪어 고온에-적응된 혼합물을 형성하도록, 상기 반응 영역 내의 온도를 물의 임계 온도 이상인 목표 온도로 증가시키는 단계, 상기 반응 영역에는 외부에서 제공된 촉매 및 외부에서 제공된 수소원이 없음;
상기 고온에-적응된 혼합물을 냉각하고 감압하여 감압에-적응된 혼합물을 형성하는 단계;
적어도 하나의 분리기를 사용하여 상기 감압에-적응된 혼합물을 기체 부분과 액체 부분으로 분리하는 단계; 및
적어도 하나의 오일-물 분리기를 사용하여 상기 액체 부분을 개질된 중질 분획과 회수되는 물 스트림으로 분리하는 단계;
를 추가로 포함함을 특징으로 하는 전체 원유 개량 방법.
제14항에 있어서, 다음 단계:
상기 회수되는 물 스트림을 초임계 조건에서 산화시켜 처리된 물 스트림을 형성하는 단계; 및
상기 처리된 물 스트림을 상기 물 공급물 스트림과 조합하여 상기 처리된 물 스트림을 재순환시키는 단계;
를 추가로 포함함을 특징으로 하는 전체 원유 개량 방법.
다음:
지하층과 유체연통(fluid communication)되는 주입정, 상기 주입정은 가압된 회수 유체를 받아들이고 상기 가압된 회수 유체를 상기 지하층 도입할 수 있고, 여기서 상기 가압된 회수 유체가 상기 지하층 내의 전체 원유와 직접 혼합되어 고압 스트림을 형성하며, 상기 고압 스트림은 상기 회수 유체와 전체 원유를 포함하고, 상기 전체 원유는 경질 분획과 중질 분획을 포함함;
지하층과 유체연통되는 생산정, 상기 생산정은 상기 지하층으로부터 상기 고압 스트림을 생산할 수 있음;
생산정과 유체연통되는 분획 장치, 여기서 상기 분획 장치는 상기 중질 분획이 상기 고압 스트림으로부터 분리되어 경질 원유 스트림과 중질 분획 스트림을 형성하도록, 단계적으로 상기 고압 스트림을 감압할 수 있으며, 여기서 상기 회수 유체의 일부분이 상기 중질 분획 내에 혼화성으로 유지되고 상기 경질 원유 스트림이 상기 회수 유체의 상당 부분을 함유함; 및
상기 중질 분획 스트림을 초임계 조건하에서 물 공급물 스트림과 접촉시켜 상기 중질 분획 스트림을 개질된 중질 분획으로 개질할 수 있는 수열 개질 시설(hydrothermal reforming facility), 여기서 상기 개질된 중질 분획은 개질전 전체 원유와 비교하여 아스팔텐, 황, 질소 또는 금속 함유 물질 중의 하나 이상의 양이 감소된 아스팔텐, 황, 질소 또는 금속 함유 물질을 가짐;
을 포함하는, 전체 원유 개량 장비(apparatus).
제16항에 있어서, 상기 수열 개질 시설은 다음:
약간 상승된 온도에서 상기 중질 분획을 상기 물 공급물과 함께 받아들여 중질 오일/물 혼합물을 형성할 수 있는 혼합 영역;
상기 혼합 영역과 유동적으로(fluidly) 연결되는 예열 영역, 상기 예열 영역은 상기 중질 오일/물 혼합물을 최대 350℃의 온도로 가열할 수 있음;
고압 펌핑 수단, 상기 고압 펌핑 수단은 상기 중질 오일/물 혼합물의 압력을 적어도 물의 임계 압력으로 증가시킬 수 있음; 및
상기 예열 영역과 유동적으로 연결되는 반응 영역; 상기 반응 영역은 주 반응기의 내부를 포함하고, 상기 주 반응기는 적어도 물의 임계 온도만큼 높은 온도에 견딜 수 있으며; 상기 주 반응기는 물의 임계 압력을 초과하는 압력에 견딜 있고, 상기 반응 영역에는 외부에서 제공된 촉매 및 외부에서 제공된 수소원이 없음;
을 포함함을 특징으로 하는 전체 원유 개량 장비.
제17항에 있어서, 상기 혼합 영역은 상기 중질 오일/물 혼합물이 공동화(cavitation)를 거치게 하고, 서브마이크로멀젼(submicromulsion)을 생성하여 상기 중질 오일/물 혼합물의 혼합을 더욱 유도하는 초음파 발생기를 추가로 포함함을 특징으로 하는 전체 원유 개량 장비.
제17항에 있어서, 다음:
압력 조절 장치;
상기 압력 조절 장치와 유동적으로 연결되는 액체-기체 분리기, 상기 액체-기체 분리기는 액체 스트림과 기체 스트림을 생성할 수 있음; 및
상기 액체 스트림을 통하여 상기 액체-기체 분리기와 유동적으로 연결되는 물-오일 분리기, 상기 물-오일 분리기는 회수되는 물 스트림과 개량된 탄화수소 스트림을 생성할 수 있음;
을 추가로 포함함을 특징으로 하는 전체 원유 개량 장비.
제19항에 있어서, 상기 회수되는 물 스트림은 재순환되고 물 공급물과 조합될 수 있고, 상기 장비는 상기 회수되는 물 스트림과 유동적으로 연결되는 산화 반응기를 추가로 포함하며, 상기 산화 반응기는 산화를 통하여 상기 회수되는 물 스트림을 정제할 수 있음을 특징으로 하는 전체 원유 개량 장비.