[发明专利]集成的氢气生产和烃提取

说明书

技术领域

本发明涉及集成的氢气生产和烃提取。

背景技术

位于世界很多地区的油砂矿包含沙子、水、粘土、矿物质、以及为了燃料而言可进行提取和加工的原沥青的混合物。Alberta，Canada的油砂含有世界上一些最大的烃矿藏。

沥青被划分为“超重油”，是指其按照美国石油学会(API)标准测量的用度表示的比重。沥青的API比重为约10°或更小。从Alberta的Athabasca油砂中开采出来的沥青的API比重为约8°。“重油”的API比重范围为约22.3°到约10°。从油砂中提取得到的重油或沥青被处理或提质来生产API比重为约31°到约33°的轻质合成原油。此处术语重油和沥青可互换使用，这是由于它们可用同样的方法提取得到。

可通过不同的方法从油砂中回收沥青，最常用的包括表层或露天开采以及原位沥青回收方法，包括热原位回收方法。沥青的回收和提取操作是高耗水的，因此设备通常必须挨近专用的水源，例如附近的河流或湖泊。这些操作中产生的废弃物，包括废水(water waste)，在尾矿池、污水塘、处理井等地方进行处理。工业中要求降低与沥青回收和提取工艺相关的水消耗和废弃物，以及将这些操作的总体地面痕迹(land footprint)和环境影响最小化。

对使用新鲜水的重油/沥青提取操作可能有环境限制。这些限制涉及能够从操作环境中的源头例如从湖泊、河流或新鲜水蓄水层中所移取的新鲜水的量。在某些情况下，可被抽出的新鲜水量可能是整个生产操作的速率限制因素。在这种情况下，水的有效再利用可直接影响操作生产。

提取得到的沥青可通过管道泵至现场的提质器或泵至精炼厂进行清洁、处理和提质。将沥青或重油提质为轻质合成原油通常通过碳的排出(即焦化)或氢的加入来实现。后种方法典型地是包含加氢裂化和加氢处理的两步方法，其中加氢裂化用来断裂大烃分子，加氢处理用来稳定烃化合物以及移除杂质。提质的合成原油可被卖到精炼厂、石油化学产品制造商或其它消费者。

沥青提取操作需要昂贵的和精密的处理设备和大量的水，以及用于产生热和水蒸气的能量。平均而言，1.5吨至2吨的油砂必须被处理来制备来自沥青的一个159升体积桶的合成原油。每天必须开采和加工大量的油砂从而满足合成原油的高需求。

当沥青在储层中埋藏很深且由于覆盖层的深度其不能被经济地开采时，应用原位油回收方法，例如热原位回收方法。原位生产方法可回收储层中初始存在沥青的约25％到75％。通常原位回收方法的关注点在于降低沥青或重油的粘度从而使其能够流动并从井中生产出。

热原位回收工艺利用热量降低储层中沥青的粘度，且因此使其更加易流动，所述热量典型由水蒸气提供。热原位回收工艺的示例包括但不仅限于水蒸气辅助重力泄油(SAGD)，水蒸气吞吐(CSS)，及其很多衍生方法，例如溶剂辅助SAGD(SA-SAGD)，水蒸气和气体驱动(SAGP)，蒸气和水蒸气联合提取(SAVEX)，膨胀溶剂SAGD(ES-SAGD)，恒定水蒸气泄油(CSD)，以及添加液体的水蒸气增强回收(LASER)，还有水驱法和水蒸气驱法。

在典型的重力驱动热原位油回收工艺中，向储层中钻取两口水平井。理想地位于接近储层底部的较低水平井用作生产井而位于生产井上方的水平井用作注入井。干燥或湿润的水蒸气从表面注入到注入井中以加热储层中夹带的沥青并降低其粘度。必须为该工艺产生大量的水蒸气且在传统工艺中用于产生水蒸气的水必须满足锅炉给水的规格。随着沥青的粘度被降低，沥青与冷凝水蒸气一起流入生产井，这些液体被泵送到表面。可任选注入烃溶剂或其它试剂来辅助该工艺。

热产出流体典型地含有约70％的产出水以及约30％的沥青和产出气体，其通过生产井回收到表面并且现场分离成其各个组分。来自井口的产出流体被送入液流分离器将沥青、产出水和任选的产出气体分离为各个物流。向沥青物流中加入稀释剂或冷凝液以加快残留水从油中移除。稀释的沥青(“dilbit”)在被输送到提质器或管线送入精炼厂之前可在现场被进一步处理或储存。产出气体物流可用于为水蒸气发生器提供燃料。

产出水(PW)物流典型地被送入水处理设施来生产对于水蒸气产生适宜品质的锅炉给水。在此工艺中，PW物流首先脱油且然后送去进行软化处理。用来处理或软化产出水以满足锅炉给水规格的传统方法是两步法工艺，其包括一级除硬，接着是二级除硬从而使水变软(polish)。

这种传统的配置导致了大量的废弃物流，其必须进行处理且残留废物最终被现场送入处理井或高花费的污泥池。