[发明专利]将水、氧化剂和重油在超临界温度和压力条件下混合，并最终使混合物经受微波处理的方法

说明书

发明领域

本发明涉及通过使重油流与超临界水流体和氧化剂流接触使重油提高品质的方法。具体地讲，水热提高品质方法通过在引入氧化剂流之前使水流体和重油完全混合来进行。另外，不使用外供氢或外供催化剂来进行此方法以产生具有低硫、低氮、低金属杂质和增加API比重的用作烃原料的高价值原油。

发明背景

对石油产品的全世界需求近年来显著增加，这消耗了很多已知的高价值轻原油储藏。因此，生产公司已把它们的兴趣转向使用低价值重油，以满足日益增加的未来需求。然而，由于目前使用重油的精炼方法不如使用轻原油有效，因此，为了得到相同体积的最终产品，从较重原油生产石油产品的炼油厂必须精炼更大体积较重原油。遗憾的是，这未考虑未来需求的预期增加。进一步使问题恶化的是，很多国家对基于石油的运输燃料的规格已实行或计划实行更严格的管制。因此，为了满足日益增加的石油原料需求并改善精炼方法中使用的可用油的品质，石油工业正寻求发现在精炼前处理重油的新方法。

一般重油提供较低量更有价值的轻馏分和中间馏分。另外，重油一般包含增量的杂质，例如硫、氮和金属，为了满足对最终产品中杂质含量的严格管制，所有这些杂质需要增量的氢和能量用来加氢处理。

重油，一般定义为来自常压蒸馏和真空蒸馏的底部馏分，也包含高沥青质含量、低中间馏分产率、高硫含量、高氮含量和高金属含量。这些性质使得难以通过常规精炼方法精炼重油以产生具有满足严格政府管制的规格的最终石油产品。

通过用本领域已知的不同方法使重馏分裂化，可使低价值重油转变成高价值轻油。常规已用催化剂在升高温度在氢存在下进行裂化和清洁。然而，此类加氢处理具有处理重油和酸性油的一定限制。

另外，重粗原料的蒸馏和/或加氢处理产生大量沥青质和重烃，这些必须进一步裂化和加氢处理才能利用。用于沥青质和重馏分的常规加氢裂化和加氢处理也需要高资本投资和实质处理。

很多石油精炼厂在将油蒸馏成各种馏分后进行常规加氢处理，并且各馏分单独加氢处理。因此，精炼厂必须对各馏分利用复杂的单元操作。另外，在常规加氢裂化和加氢处理方法中利用相当大量氢和昂贵的催化剂。这些方法在严格的反应条件下进行，以增加从重油向更有价值中间馏分的产率，并去除杂质，例如硫、氮和金属。

目前，为了满足最终产品所需的低分子量规格，去除杂质，例如硫、氮和金属，并增加母料的氢-碳比，用大量氢调节从常规精炼方法产生的馏分的性质。沥青质和重馏分的加氢裂化和加氢处理是需要大量氢的方法的实例，二者均产生具有缩短寿命的催化剂。

已用超临界水作为反应介质用于使烃裂化(加入或不加入外氢源)。水在约705℉(374℃)和约22.1MPa具有临界点。高于这些条件，水的液体和气体之间的相界消失，并且得到的超临界水显示对有机化合物的高溶解性和与气体的高溶混性。

热加压水提供反应介质，通过以下使重组分裂化成低分子量烃：促进质量扩散、传热、分子内或分子间氢转移，使自由基化合物稳定用于抑制焦炭形成，并去除杂质(如硫、氮和含金属的分子)。虽然未确定杂质去除的确切机制，但杂质似乎浓缩在提高品质的产品的焦炭或重馏分中。通过使用超临界水，可进一步使这些杂质改性，以避免有害影响。超临界流体萃取的基本原理概述于Kirk Othmer Encyclopedia of Chemical Technology (Kirk Othmer化学技术百科全书)，第三版，John Wiley & Sons，Supplemental Volume，872-893页(1984)。

然而，利用超临界水使重油提高品质可有严重的缺陷。例如，水热方法，特别是利用超临界水的那些方法，需要大量能量来加热和保持流体(例如，水和烃)高于临界温度。

使用常规水热方法的另一个缺点可为焦炭形成。重烃分子比它们的较轻对应物更缓慢溶入超临界水。另外，具有缠绕结构的沥青质分子不容易用超临界水解开。因此，不与超临界水接触的部分重烃分子自我分解，产生大量焦炭。因此，用目前方法使重油与超临界水反应导致在反应器内积累焦炭。

在反应器内焦炭积累时，焦炭作为绝缘体，并有效阻止热量遍布整个反应器辐射，导致增加能量成本，因为操作者必须增加操作温度来补偿积累。另外，积累的焦炭也可增加在整个生产线的压降，导致另外增加能量成本。