[发明专利]从固体同时回收和裂化/改质油的方法

说明书

本发明涉及在同一过程中从焦油砂(也叫油砂)和/或油页岩中回收油并改 质(upgrading)所述油的方法。

在许多国家都发现了大量的焦油砂，最大的资源发现于加拿大并且由不同 深度的自然资源中的重油和砂(heavy oil and sand)组成。这些资源已经成为大量 研究的主题，目的是开发从所述砂中回收油的技术。因此，存在许多不同的技 术。

阿尔伯达省(Alberta)最重要的矿物资源是油和天然气，而阿尔伯达省大 约90％的收入来自采矿业。阿尔伯达省出产加拿大约2/3的油和大于3/4的天然 气。阿尔伯达省几乎一半的油开采自大量的油砂，其是重质原油(称为沥青)的矿 床。阿尔伯达省的油砂是世界上已知最大的沥青矿床。油砂存在于该省的三个 主要区域：东北部的阿萨巴斯卡河谷(Athabasca River Valley)、北部的和平河 (Peace River)地区、和阿尔伯达省中心东部的冷湖(Cold Lake)地区。与常规原 油相比，沥青的开采成本更高，其中常规原油自然流动或从大地泵送。这是由 于必须将粘稠的黑油与周围的砂和水分离以制备可以进一步精炼的粗油。

在二十世纪50年代和60年代期间，在其它地区发现了油矿，例如和平河 地区和Swan Hills，Lesser Slave湖南部。到二十世纪60年代末期，最后的主要 油矿都已被发现。

沥青，其与发现于深储油层的普通原油相反，没有相同的轻馏分，因为这 些轻馏分在数千年的过程中已经蒸发了。因此，沥青由重分子组成，密度超过 1.000kg/dm³(小于10API)，粘度是轻质原油的1000倍。此外，焦油砂包含超 过4重量％的硫和数百ppm的重金属。焦油砂中有机物质的含量可以为5重量％ —20重量％，因此，从焦油砂中提取油涉及巨大的传质。

由于沥青的组成，在其与轻质原油一样可以在精炼装置中精炼之前，必须 对其进行改质。

因为这些巨大资源的经济潜力，所以存在许多不同的从焦油砂中回收油的 方法。这些技术涉及生物法、溶剂法、热量法和其中通过过热水从砂中洗出油 的方法。

由于与焦油砂提取相关的大量的砂(尾渣(tailings))，这些不同的方法面临 许多环境限制。

与焦油砂相反，油页岩是包含称为油母质(keorgens)的有机物质的页岩，油 母质不能像焦油砂中的沥青那样被洗涤或溶解。为了从油页岩中回收油，其必 须被加热到500—600℃的温度，由此有机物被裂化为液体产品。和焦油砂一样， 油页岩包含大量不期望的导致环境限制的成分。和从焦油砂中回收油的技术一 样，存在许多从油页岩中回收油的不同技术。

本发明涉及一种能量自维持的方法(energy self sustained process)，其中解决 了许多现有技术中存在的障碍，和其除了油回收，还将所述油改质为比任何其 它现有技术轻的产物，除去约40％的硫和约90％的重金属。此外，所述方法在 有限的环境限制下处置尾渣，因为无机物质(砂)在干燥条件下被处置。

所述方法是快速的“干—湿”流化方法，其中砂被混入以焦油砂中的部分 有机组分为燃料的流化反应器中。燃烧气体(combustion gases)将油从所述砂中汽 提(strip)出来，它们一起充当气动载体将砂以及与它相关的气体输送到旋风分离 器反应器中，在此砂从气体料流分离，然后气体料流被输送到冷凝器系统。部 分被冷凝的油可以经由雾化喷嘴被输送回到所述料流中以进行二次裂化，从而 所述方法无需改质单元即可在一个操作中回收和改质油。

为优化粒子之间的碰撞以获得砂料流的固体之间的最大剪切力，燃烧气体 和烃气体在具有变化的直径的立管(riser)中被加速和减速。

粒子之间的碰撞通过碰撞固体粒子之间捕集的微小蒸汽泡的声致发光作用 引起油的温和氢化。当蒸汽泡在翻滚粒子中的不平整处(unevenness)之间被捕获 时，蒸汽受到绝热压缩，因而气泡中的温度和压力升高到该过程中的总体温度 和压力的数千倍。这导致水进入超临界状态，其中水被裂化成氢和羟基基团 (hydrogen and hydroxyl radicals)。被重油链吸收的氢降低它们的结合，因而来自 翻滚颗粒的冲击力可以裂化分子并发生所述微小蒸汽泡的“爆炸”。大部分氢然 后被释放且重新与羟基基团反应生成水，但部分氢引起产物的温和氢化。