專(zhuān)利名稱(chēng)：用于處理重油的水力空化方法
用于處理重油的水力空化方法
本申請(qǐng)要求基于申請(qǐng)日為2007年3月6日的臨時(shí)申請(qǐng)系列No. 60/905171的優(yōu)先權(quán)，其內(nèi)容以它們?nèi)恳胱鳛閰⒖肌?br> 本發(fā)明涉及一種處理重油的方法。更具體的，本發(fā)明涉及一種處理重油的方法，該方法通過(guò)分子重排來(lái)對(duì)這樣的重油進(jìn)行變構(gòu)，由此降低這樣的重油的粘度，這樣的處理是通過(guò)使重油經(jīng)歷空化(cavitation)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。處理過(guò)的重油由于分子重排而具有降低的粘度，并且它進(jìn)一步的加工或者濃縮可以在比未處理的重油更低的苛刻度下完成。
作為此處使用的，術(shù)語(yǔ)"重油"包括由美國(guó)石油組織(API)分級(jí)為重油或者超重油的油類(lèi)。通常，重質(zhì)烴油的API重力為22. 3° (920kg/m3或者0. 920g/cm3的密度)到10. 0° (1000kg/n^或者lg/cn^的密度)。超重油通常的API重力小于10. 0° (大于1000 kg/m3或者大于lg/cm'的密度)。例如，重油可以從油砂、、常壓焦油底部產(chǎn)物、真空焦油底部產(chǎn)物、頁(yè)巖油、煤制液體、原油殘留物和拔頭原油(topped crude oil)中萃取獲得。
但是，這樣的重油是非常粘稠的，并且難以通過(guò)管線進(jìn)行泵送，以及需要高苛刻度的技術(shù)來(lái)進(jìn)行濃縮。
重油通常具有宏觀和微觀結(jié)構(gòu)性能，以及具有特定的化學(xué)構(gòu)成分子。該化學(xué)構(gòu)成分子屬于兩個(gè)種類(lèi)石油質(zhì)和瀝青質(zhì)。石油質(zhì)在40體積的戊烷中是可溶的。而瀝青質(zhì)在甲苯中是可溶的，而不溶于戊烷。在重油中還存在著金屬，特別是鎳和釩。該金屬主要是與瀝青質(zhì)相結(jié)合的。石油質(zhì)和瀝青質(zhì)的空間組織產(chǎn)生了宏觀和微觀結(jié)構(gòu)性能，并且所述的分子組織導(dǎo)致了高粘度，這使得在運(yùn)輸這樣的油以及將瀝青質(zhì)與石油質(zhì)進(jìn)行分離中出現(xiàn)了問(wèn)題。
更具體的，瀝青質(zhì)是由層集的多核芳烴分子的核所形成的，烷基鏈連接到其上。該核被石油質(zhì)材津+所包圍，并且淹沒(méi)在石油質(zhì)材^牛中。石油質(zhì)材料包括自由的飽和物(它們的一些是成環(huán)的)、單-和二芳爛以及樹(shù)脂，其被認(rèn)為是與瀝青質(zhì)緊密結(jié)合的。這種組織被認(rèn)為是微觀結(jié)構(gòu)，并且瀝青質(zhì)的核被認(rèn)為具有微晶體排列。該微觀結(jié)構(gòu)組織形成了聚集體，在其中幾種微晶體排列形成了稱(chēng)作宏觀結(jié)構(gòu)的膠束結(jié)構(gòu)。該膠束結(jié)構(gòu)或者宏觀結(jié)構(gòu)在聚集體之間具有強(qiáng)的結(jié)合力和粘著力，其導(dǎo)致了重油的高粘度。
美國(guó)專(zhuān)利No. 5096566公開(kāi)一種降低重油粘度的方法，其通過(guò)將重質(zhì)烴油加熱到350° -45(TC的溫度，并將氣體例如氬氣或者氮?dú)饧訜岬?00-90(TC的溫度。然后將該重油和加熱的氣體在混合器中進(jìn)行混合，使混合器中的重油和氣體的混合物經(jīng)受700-2000psi的壓力。然后使該混合物通過(guò)一個(gè)小的噴嘴或者孔，以使得沿著該噴嘴或孔產(chǎn)生500-1500psi的壓力降低，將重油和氣體的混合物從所述噴嘴或者孔中噴出，由此提供粘度降低的油。當(dāng)重油與氫氣混合時(shí)，該重油還發(fā)生了溫和的氬化裂解。這個(gè)油然后可以例如在反應(yīng)區(qū)中例如進(jìn)一步加工。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，這里提供了一種處理重油的方法。該方法包含使包含重油的液體進(jìn)行空化，以降低該重油的粘度。
在一種非限制性的實(shí)施方案中，重油是在不存在氫氣的情況下進(jìn)行處理的。
作為此處使用的，術(shù)語(yǔ)"液體'，表示處于標(biāo)準(zhǔn)溫度和壓力下的液體。作為此處使用的，術(shù)語(yǔ)"標(biāo)準(zhǔn)溫度和壓力"表示1大氣壓和15。C。作為本領(lǐng)域已知的，空化表示填充液體中的氣泡的氣體或者蒸氣的形成、生長(zhǎng)和潰滅或者向內(nèi)破裂?？栈枰魵饣蛘邭怏w的小的和瞬態(tài)的微空穴或者微泡的存在。該微空穴或者微泡生長(zhǎng)，然后向內(nèi)破裂或者潰滅。微空穴或者微泡的向內(nèi)破裂，或者突然的壓縮和潰滅引起了在該微空穴或者微泡與重油的界面處的溫度在非常短的時(shí)間間隔內(nèi)，即，在幾微秒內(nèi)的升高。這樣的溫度升高便于自由基的形成和化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生。
因此，在空化過(guò)程中， 一部分的含有重油的液體處于氣體的形式，其作為氣泡分散在液體部分中。
這樣的空化可以通過(guò)本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的手段，例如諸如通過(guò)水力空化或者超聲波空化來(lái)實(shí)現(xiàn)。但是，應(yīng)當(dāng)明白本發(fā)明的范圍不局限于任何實(shí)現(xiàn)空化的具體方法。
在一種非限制性的實(shí)施方案中，對(duì)包含重油的液體進(jìn)行水力空化。在水力空化中，該包含重油的液體通過(guò)一個(gè)局限空間或者空化區(qū)域，例如諸如毛細(xì)管或者噴嘴，來(lái)提高該混合物的速率，該含重油的液體的一部分處于分散于該液體中的氣體的形式中。所述的氣態(tài)部分可以在包含重油的液體通過(guò)聚集區(qū)域之前就存在，和/或這樣的氣態(tài)部分可以由壓力 降低而產(chǎn)生，該壓力降低是使得包含重油的液體通過(guò)聚集區(qū)域而形成的。 通常，通過(guò)測(cè)量通過(guò)空化區(qū)域的重油的空化值，就能夠確定是否發(fā) 生了水力空化。米制單位的空化值可以根據(jù)下面的等式來(lái)確定
pv2
其中C7C是空化值，P是重油的局部靜壓，PV是重油的蒸氣壓，P是
重油的密度，v是重油的速率。
通常，取決于所使用的精確的參數(shù)，空化值C7C不超過(guò)l. 5。但是，
應(yīng)當(dāng)理解在本發(fā)明的范圍內(nèi)，當(dāng)空化值大于或者等于1. 5時(shí)，在某些情
況中也能夠進(jìn)行空化。
在一種非限制性的實(shí)施方案中，使包含重油的液體以大約100m/s-大約300m/s的速率通過(guò)空化區(qū)域，該區(qū)域可以處于毛細(xì)管或者噴嘴或者 其他類(lèi)型的受限空間的形式，并且當(dāng)該包含重油的液體通過(guò)空化區(qū)域例 如毛細(xì)管或者噴嘴時(shí)，該包含重油的液體經(jīng)歷了大約150psig-大約 5000psig的壓力下降。在空化區(qū)域中，重油經(jīng)歷了空化。作為本領(lǐng)域已 知的，空化是分散在重油中的氣體的微泡而產(chǎn)生的。這樣的微泡膨脹， 然后向內(nèi)破裂或者潰滅。微泡的向內(nèi)破裂或者潰滅將微泡與重油界面處 的溫度在幾微秒的時(shí)間升高到非常高的程度，例如，大約1000。C-大約 200(TC,這便于自由基的形成和化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生。
在一種非限制性的實(shí)施方案中，該包含重油的液體是以大約150m/s-大約300m/s的速率通過(guò)空化區(qū)域的。在另外一種實(shí)施方案中，該包含重 油的液體是以大約200m/s-大約300m/s的速率通過(guò)空化區(qū)域的。
在 一種非限制性的實(shí)施方案中，該包含重油的液體在空化區(qū)域中經(jīng) 歷了大約400psig-大約4000psig的壓力降低。在另外一種非限制性的實(shí) 施方案中，該包含重油的液體在空化區(qū)域中經(jīng)歷了大約400psig-大約 2000psig的壓力降低。在另外一種實(shí)施方案中，該包含重油的液體在空 化區(qū)域中經(jīng)歷了大約400psig-大約1500psig的壓力降低。在仍然另外一 種實(shí)施方案中，該包含重油的液體在空化區(qū)域中經(jīng)歷了大約lOOOpsig-大約1500psig的壓力降低。
在一種非限制性的實(shí)施方案中，空化區(qū)域的長(zhǎng)度與該空化區(qū)域的寬 度之比是大約10-大約125。在另外一種非限制性的實(shí)施方案中，空化區(qū)
6域的長(zhǎng)度與該空化區(qū)域的寬度之比是大約50-大約125。
在一種非限制性的實(shí)施方案中，將重油加熱，然后使該重油經(jīng)歷上 述的產(chǎn)生空化的條件。
在一種非限制性的實(shí)施方案中，將該重油加熱到大約75°C-大約450 。C的溫度。在另外一種實(shí)施方案中，將該重油加熱到大約150。C-大約450 。C的溫度。在另外一種實(shí)施方案中，將該重油加熱到大約200。C-大約450 。C的溫度。在仍然另外一種實(shí)施方案中，將該重油加熱到大約200。C-大 約400。C的溫度。在仍然另外一種實(shí)施方案中，將該重油加熱到大約300 。C-大約40(TC的溫度。
雖然本發(fā)明的范圍并非意欲局限于其中，但是通常所述的待處理的 重油可以是這些被美國(guó)石油組織(API)稱(chēng)作重油和超重油的油類(lèi)。如上所 述，重油的API重力為22. 3° (920kg/m3或者0. 920g/cm3的密度)到10. 0 。(1000kg/n^或者lg/ci^的密度)。超重油通常的API重力小于IO. 0° (大 于1000 kg/i^或者大于lg/cm"的密度)。這樣的重油的例子包括但不限于 瀝青、從地表下通過(guò)蒸汽輔助重力泄油或者SAGD以及其他的方法萃取的 重油、來(lái)自瀝青或者重油的常壓或者真空蒸餾的底部產(chǎn)物、頁(yè)巖油、煤 制液體、原油殘留物、和拔頭原油。
在另外一種非限制性的實(shí)施方案中， 一部分的重油在加熱時(shí)會(huì)或者 不會(huì)蒸發(fā)。
在一種非限制性的實(shí)施方案中，蒸發(fā)的重油部分不超過(guò)重油體積的 35體積％。在另外一種非限制性的實(shí)施方案中，蒸發(fā)的重油部分不超過(guò)重 油體積的15體積％。
在一種非限制性的實(shí)施方案中，所述的液體進(jìn)一步包含有機(jī)材料， 該材料不是重油，而是一種處于標(biāo)準(zhǔn)溫度和壓力的液體。因此，在一種 非限制性的實(shí)施方案中，這里提供一種處理重油的方法，其包含對(duì)重油 以及相組合的有機(jī)材料進(jìn)行空化，來(lái)降低該重油的粘度。
重油和有機(jī)材料的混合物可以如上所述來(lái)進(jìn)行空化。例如，該重油 和有機(jī)材料的混合物可以在上面提及的速率和壓力降低條件下通過(guò)空化 區(qū)域。
另外，當(dāng)該重油和有機(jī)材料的混合物經(jīng)歷水力空化時(shí)，重油和有機(jī) 材料的混合物的 一部分處于分散于液體中的氣體的形式。該氣態(tài)部分可 以是(i)有機(jī)材料的 一部分或者全部，或者(i i)可以是有機(jī)材料的 一部分或者全部和重油的一部分二者，或者(iii)可以^U又是重油的一部分。優(yōu) 選，該氣體包括有才幾材料，并且可以或者可以不包括一部分的重油。
在一種非限制性的實(shí)施方案中，將重油和有機(jī)材料的每個(gè)進(jìn)行加熱，
混合該重油和有機(jī)材料，然后使該重油和有機(jī)材料的混合物經(jīng)歷上述的 產(chǎn)生空化的條件。
在一種非限制性的實(shí)施方案中，在加熱重油和有才幾材料之后，將該 重油和有機(jī)材料在混合區(qū)域中進(jìn)行混合，然后在空化區(qū)域中進(jìn)行空化。
在另外一種非限制性的實(shí)施方案中，在與有機(jī)材料在混合區(qū)域中進(jìn) 行混合之前， 一部分的重油在加熱時(shí)會(huì)或者不會(huì)蒸發(fā)。如果一部分的重 油被蒸發(fā)，則這樣的部分在一種非限制性的實(shí)施方案中不超過(guò)上述的量。
在另外一種非限制性的實(shí)施方案中，當(dāng)加熱時(shí)(在與重油在混合區(qū)域 中進(jìn)行混合之前)，全部或者部分的有機(jī)材料被蒸發(fā)。
在另外 一種非限制性的實(shí)施方案中，所述的有機(jī)材料在加熱時(shí)(在與 重油在混合區(qū)域中進(jìn)行混合之前)保持為液體。在仍然另外一種非限制性 的實(shí)施方案中，當(dāng)這樣的液態(tài)有機(jī)材料通過(guò)空化區(qū)域時(shí)，全部或者部分 這樣的液體有機(jī)材料被蒸發(fā)。
在另外 一種非限制性的實(shí)施方案中，有機(jī)材料已經(jīng)經(jīng)歷了高于臨界 溫度的溫度和高于臨界壓力的壓力，并因此變成超臨界流體，其具有液 體和氣體的性能。結(jié)果是該有機(jī)材料能夠與重油的成分相互作用或者結(jié) 合，這類(lèi)似于當(dāng)該有機(jī)材料作為液體而存在時(shí)的這些情況，但是它具有 比處于液相的這樣的材料更高的擴(kuò)散率、更低的粘度和更低的表面張力。 應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明的范圍并不局限于這樣的實(shí)施方案。
因此，在一種非限制性的實(shí)施方案中，至少一部分的重油和有機(jī)材 料的混合物是液體。在一種實(shí)施方案中，該液體混合物的量是足以形成 連續(xù)的液相的量，該液相經(jīng)歷了上述的空化。在一種非限制性的實(shí)施方 案中，液體的存在量是重油和有機(jī)材料混合物總體積的至少40體積％。 在另外一種實(shí)施方案中，液體的存在量是重油和有機(jī)材料混合物的至少 60體積％。
在一種非限制性的實(shí)施方案中，有機(jī)材料例如諸如通過(guò)范德華力、 分散力和偶極-偶極相互作用而引起了選擇性的分子相互作用，該作用改 變了瀝青質(zhì)的分子環(huán)境，由此引起膠束結(jié)構(gòu)的變化，并便于隨后將瀝青 質(zhì)從重油中分離。在一種實(shí)施方案中，有機(jī)材料與重油的一種或多種成
8分發(fā)生相互作用或者結(jié)合，但是不與瀝青質(zhì)發(fā)生相互作用。在另外一種 實(shí)施方案中，有機(jī)材料與瀝青質(zhì)發(fā)生相互作用或者結(jié)合。
如上所述，該有機(jī)材料是一種非重油的材料，并且是處于標(biāo)準(zhǔn)溫度 和壓力的液體。
在仍然另外一種非限制性的實(shí)施方案中，該有機(jī)材料是有機(jī)溶劑。 在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以使用的有機(jī)材料的例子包括但不限于戊烷、
液化石油氣(LPG)、醇類(lèi)例如甲醇和乙醇，例如，以及醚類(lèi)例如諸如烷醚 類(lèi)例如二曱醚和二乙醚，及其混合物。
在一種非限制性的實(shí)施方案中，將有機(jī)材料加熱到大約75。C-大約 80(TC的溫度。在另外一種非限制性的實(shí)施方案中，將有機(jī)材料加熱到大 約150°C-大約80(TC的溫度。在另外一種實(shí)施方案中，將有^L材料加熱 到大約300°C-大約800。C的溫度。在仍然另外一種實(shí)施方案中，將有機(jī) 材料加熱到大約30CTC-大約600。C的溫度。在仍然另外一種實(shí)施方案中， 將有機(jī)材料加熱到大約30(TC-大約40(TC的溫度。
在一種非限制性的實(shí)施方案中，該有機(jī)材料在重油和有機(jī)材料混合 物中的存在量是重油體積的大約5體積％-大約25體積％。在另外一種實(shí) 施方案中，該有機(jī)材料的存在量是重油體積的大約5體積°/。-大約10體積 %。
在另外一種非限制性的實(shí)施方案中，通過(guò)第一管道將加熱的重油進(jìn) 行泵送，來(lái)將該加熱的油送入混合區(qū)域或者混合室，和通過(guò)第二管道將 加熱的有機(jī)材料進(jìn)行泵送，來(lái)將該加熱的有機(jī)材料送入混合室。在一種 實(shí)施方案中，重油通過(guò)其進(jìn)入混合區(qū)域的第一管道端接有霧化噴嘴，由 此在重油進(jìn)入混合區(qū)域或者混合室時(shí)對(duì)其進(jìn)行霧化。在一種實(shí)施方案中， 霧化噴嘴具有便于霧化重油的形狀，例如諸如圓錐形。因此，重油是作 為液滴的噴霧或者薄霧而進(jìn)入混合區(qū)域或者混合室的。液滴形式存在的 重油提高了該重油的表面積，并且提供了重油與有機(jī)材料更好的混合。
在 一種非限制性的實(shí)施方案中，有機(jī)材料是以這樣的流向進(jìn)入混合 區(qū)域的，該流向有效的與穿過(guò)混合區(qū)域的重油的流向相切。更具體的， 有機(jī)材料通過(guò)如上所述的管道進(jìn)入混合區(qū)域，這樣當(dāng)該有才幾材料進(jìn)入混 合區(qū)域時(shí)，該有機(jī)材料是以圓周或者渦流運(yùn)動(dòng)沿著混合區(qū)域的壁移動(dòng)的。 通過(guò)如上所述的霧化噴嘴進(jìn)行混合區(qū)域的重油與該渦流有機(jī)材料相接 觸，并進(jìn)行混合。這樣的重油和有機(jī)材料的渦流便于實(shí)現(xiàn)該有機(jī)材料和重油的最佳混合。然后將該重油和有機(jī)材料的渦流化混合物送到空化區(qū) 域并進(jìn)行空化。但是，應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明的范圍并不局限于這樣的實(shí)施方 案。
在另外 一種非限制性的實(shí)施方案中，重油和有機(jī)材料在管道中混合， 然后將該重油和有機(jī)材料的混合物在靜止混合器中進(jìn)一步混合。在該靜 止混合器中，將包括重油和有才幾材料混合物的流分開(kāi)，并將該分流施加 到相反的外壁上，由此產(chǎn)生一個(gè)以靜止混合器的中心線為軸向的單一方 向的混合渦流。該混合的渦流然后被剪切，并且重新出現(xiàn)具有相反旋轉(zhuǎn) 方向的重油和有機(jī)材料流的分流。
在一種非限制性的實(shí)施方案中，混合區(qū)域或者混合室被構(gòu)造成這樣， 即，該混合區(qū)域或者混合室便于對(duì)重油和有機(jī)材料進(jìn)行混合，來(lái)提供重 油和有機(jī)材料的基本均勻的混合物。在一種非限制性的實(shí)施方案中，該
混合區(qū)域或者混合室具有圓筒構(gòu)造。在一種非限制性的實(shí)施方案中，該
圓筒的長(zhǎng)徑比是大約1-大約36。在另外一種非限制性的實(shí)施方案中，該 圓筒的長(zhǎng)徑比是大約4。在仍然的另外一種非限制性的實(shí)施方案中，該圓 筒的長(zhǎng)徑比是大約2。但是，應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明的范圍并不局限于任何具體 構(gòu)造的混合區(qū)域或者混合室。
在一種非限制性的實(shí)施方案中，有機(jī)材料和重油在混合區(qū)域或者混 合室中混合這樣的時(shí)間期間，該時(shí)間期間足以提供重油和有機(jī)材料的基 本均勻的混合物，但是這樣的重油和有機(jī)材料的混合物不能在混合區(qū)域 中保持 一 個(gè)延長(zhǎng)的、以至于產(chǎn)生了不期望的熱裂解的時(shí)間期間。
在一種非限制性的實(shí)施方案中，有機(jī)材料和重油在混合區(qū)域中混合 不超過(guò)10秒的時(shí)間期間。在另外一種實(shí)施方案中，有機(jī)材料和重油在混 合區(qū)域中混合大約1秒到大約IO秒的時(shí)間。
有機(jī)材料引起了選擇性的分子相互作用，這通過(guò)溶劑化作用而產(chǎn)生 了瀝青質(zhì)分子環(huán)境的改變。
重油和有機(jī)材料在混合區(qū)域或者混合室中混合之后，該重油和有機(jī) 材料的混合物從混合區(qū)域或者混合室出來(lái)，并進(jìn)入空化區(qū)域，在其中重 油進(jìn)行如上所述的空化。
在一種非限制性的實(shí)施方案中，當(dāng)重油進(jìn)行水力空化時(shí)，該重油由 混合區(qū)域進(jìn)入到空化區(qū)域中，該空化區(qū)域是一個(gè)受限空間例如毛細(xì)管或 者噴嘴，在其中發(fā)生空化。空化區(qū)域的寬度小于混合區(qū)域的寬度。在一種非限制性的實(shí)施方案中，空化區(qū)域的寬度與混合區(qū)域?qū)挾戎仁谴蠹s
1/230-大約1/75。
因此，重油和有機(jī)材料的混合物由混合區(qū)域來(lái)穿過(guò)所述的受限空間 或者空化區(qū)域，來(lái)提高該混合物的速率，并由此使得該混合物經(jīng)歷壓力 降低。結(jié)果，在該空化區(qū)域中，微泡被分散在混合物的液體部分中。這 樣的微泡開(kāi)始膨脹，然后它們發(fā)生向內(nèi)破裂或者潰滅，因此實(shí)現(xiàn)重油的 空化。
所形成的由空化區(qū)域中釋放出來(lái)的重油產(chǎn)物是一種變構(gòu)的重油，其 通過(guò)冷卻而具有這樣的膠束排列，該膠束排列不同于(通過(guò)更低的粘度來(lái) 反映)進(jìn)行上述的與有機(jī)材料混合并空化之前的重油的這些膠束排列。雖 然本發(fā)明的范圍并不打算局限于任何的理論推理，但是重油的空化(其重 油中的微泡產(chǎn)生的結(jié)果)升高了該微泡界面處的溫度，由此便于自由基的 形成和化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生。同樣有機(jī)材料引起了選擇性的分子相互作用， 其改變了瀝青質(zhì)的分子環(huán)境。另外，如果溫度在處理過(guò)程中升高，則會(huì)
發(fā)生某些早期裂化(incipient cracking),這導(dǎo)致了存在于初始瀝青質(zhì) 中的飽和烴烷基鏈的釋放，其因此將變得更易于從油中分離。因此與供 給過(guò)量的壓縮氣體相反，本發(fā)明能夠通過(guò)加入少量的有機(jī)材料和通過(guò)進(jìn) 行重油空化來(lái)對(duì)重油進(jìn)行變構(gòu)。氣體被少量的有機(jī)材料所替代，該有機(jī) 材料能夠至少部分的蒸發(fā)。
在重油和有機(jī)材料的混合物在空化區(qū)域進(jìn)行了如上所述的空化之 后，將該混合物從空化區(qū)域中放出，并冷卻到期望的溫度，例如諸如在 一種非限制性的實(shí)施方案中如下來(lái)進(jìn)行將所述的混合物送到膨脹區(qū)域 或者室內(nèi)或者閃蒸室，并將所述氣體部分或者全部的與液體進(jìn)行分離。 雖然所形成的變構(gòu)重油的成分和"蒸餾曲線"類(lèi)似于變構(gòu)之前的重油的 成分和"蒸餾曲線"，但是根據(jù)本發(fā)明所生產(chǎn)的變構(gòu)重油具有降低的粘 度，降低的比重，并且能夠比未處理的重油更容易的進(jìn)行分餾，即，瀝 青質(zhì)可以更容易的例如通過(guò)沉淀、吸附或微濾而與石油質(zhì)進(jìn)行分離。
本發(fā)明因此提供了一種變構(gòu)的重油，其更易于泵送或者傳輸，并因 此能夠更容易的傳輸來(lái)進(jìn)一步加工，以及能夠以比它的初始態(tài)更低的苛 刻度進(jìn)行分餾。例如，該變構(gòu)的重油可以進(jìn)行脫瀝青化，由此從重油中 分離瀝青質(zhì)，并提供了一種濃縮的脫瀝青油，其可以進(jìn)行進(jìn)一步的精煉 或者加工。可選擇的，該重油可以蒸鎦成為不同的餾分。


本發(fā)明現(xiàn)在將參考附圖進(jìn)行說(shuō)明，其中
圖1是一種設(shè)備實(shí)施方案的分解圖，該設(shè)備用于實(shí)施本發(fā)明的重油
變構(gòu)；
圖2是所述設(shè)備的橫截面圖，示意了混合區(qū)域、空化區(qū)域和膨脹區(qū)
域；
圖3是混合區(qū)域的橫截面圖，示意了將重油和溶劑引入到混合室中 的管道；和
圖4是另外一種實(shí)施本發(fā)明的重油變構(gòu)的實(shí)施方案的示意圖。
現(xiàn)在參考附圖， 一種用于根據(jù)本發(fā)明來(lái)處理或者變構(gòu)重油的設(shè)備10 包括圓筒混合室12、在其中發(fā)生空化的噴嘴或者毛細(xì)管16、和膨脹室18。 混合室12被金屬套15所包圍，噴嘴或者毛細(xì)管16被金屬套17所包圍， 膨脹室18被金屬套19所包圍。
金屬套15包括凹進(jìn)處21,金屬套19包括凹進(jìn)處22。凹進(jìn)處21和 凹進(jìn)處22包圍或者包封著金屬套17,該金屬套17包圍著噴嘴或者毛細(xì) 管16。金屬套15和金屬套19通過(guò)緊固裝置例如螺栓、螺釘或者銷(xiāo)子(未 示出)而彼此緊固在一起，由此將金屬套17包封到凹進(jìn)處21和22中， 并且保證了噴嘴或者毛細(xì)管16位于混合室12和膨脹室18之間。
預(yù)熱的重油通過(guò)管道11進(jìn)入混合室12,管道11端接有圓錐形霧化 噴嘴13，由此使得重油以液滴的形式進(jìn)入混合室12。預(yù)熱的有機(jī)材料例 如有才/L溶劑通過(guò)管道14進(jìn)入混合區(qū)域12中。
預(yù)熱的有機(jī)溶劑由管道14進(jìn)入混合室12,這樣它以圓周或者渦流運(yùn) 動(dòng)沿著混合室12的圓筒壁移動(dòng)。通過(guò)霧化噴嘴13進(jìn)入混合室12的重油 液滴與有機(jī)溶劑沿著混合室12的圓筒壁相接觸，由此使得所形成的重油 和有機(jī)溶劑的混合物作為重油和溶劑的渦流化混合物通過(guò)混合室12，并 進(jìn)入噴嘴或者毛細(xì)管16。如上所述，該重油和溶劑的混合物以大約 100m/s-大約300m/s的速率通過(guò)噴嘴或者毛細(xì)管16,并經(jīng)歷大約 150psig-大約5000psig的壓力降低。當(dāng)重油和溶劑的混合物通過(guò)噴嘴或 者毛細(xì)管16時(shí)，重油經(jīng)歷了上述的水力空化。
該重油和溶劑的混合物然后從噴嘴或者毛細(xì)管16中出來(lái)，并且進(jìn)入 膨脹室18，在其中對(duì)重油進(jìn)行冷卻。然后將所形成的變構(gòu)重油從膨脹室 18中通過(guò)管道20排出。然后將該變構(gòu)重油傳輸?shù)狡谕奈恢?，?或進(jìn)行進(jìn)一 步的加工，例如諸如脫瀝青化和/或蒸餾或者分餾。
在另外一種實(shí)施方案中，如圖4所示，在管線101中的重油通過(guò)泵
102進(jìn)入管線103。在管線104中的有機(jī)材料例如有機(jī)溶劑或者稀釋劑通 過(guò)泵106進(jìn)入管線114。管線114中的有機(jī)溶劑或者稀釋劑與管線103中 的重油進(jìn)行混合，并且該重油和有機(jī)溶劑或者稀釋劑的混合物通過(guò)管線 107。使該混合物通過(guò)熱交換器108來(lái)加熱該重油和有機(jī)溶劑或者稀釋劑 的混合物，由此使得重油和有機(jī)溶劑或者稀釋劑的混合物流過(guò)一個(gè)加熱 的變構(gòu)重油而得以:帔加熱，所述的加熱的變構(gòu)重油是從管線120流過(guò)熱 交換器108的，由此來(lái)加熱該未處理的重油和有機(jī)溶劑或者稀釋劑的混 合物，并冷卻該變構(gòu)的重油。然后使該加熱的重油和有才幾溶劑或者稀釋 劑的混合物通過(guò)管線109進(jìn)入熱交換器122，由此對(duì)該未處理的重油和有 機(jī)溶劑或者稀釋劑的混合物進(jìn)行進(jìn)一步的加熱。該重油和有機(jī)溶劑或者 稀釋劑的混合物是通過(guò)流過(guò)一個(gè)加熱氣體例如諸如加熱的空氣和天然氣 的混合物而被加熱的，該加熱氣體流過(guò)熱交換器122,由此對(duì)該未處理的 重油和有機(jī)溶劑或者稀釋劑的混合物進(jìn)行進(jìn)一 步的加熱。
然后使該加熱的重油和有機(jī)溶劑或者稀釋劑的混合物進(jìn)入到管線 111中。并進(jìn)入靜止混合器112，在靜止混合器112中，重油和有機(jī)溶劑 或者稀釋劑的混合物的流體被分開(kāi)，并將該分流施加到相反的外壁上， 由此產(chǎn)生一個(gè)以靜止混合器112的中心線為軸向的單一方向的混合渦流。 該混合的渦流然后被剪切，并且重新出現(xiàn)具有相反旋轉(zhuǎn)方向的重油和有 機(jī)溶劑或稀釋劑的流體的分流。這樣的靜止混合器的一個(gè)例子是Stratos Tube混合器，250系列，由伊利諾斯州的Cary的Koflo Corporation銷(xiāo) 售。
在重油和有機(jī)溶劑或者稀釋劑在靜止混合器112中混合之后，使該 重油和有機(jī)溶劑或者稀釋劑的混合物通過(guò)管線113，并進(jìn)入空化區(qū)域116 ， 由此對(duì)該重油和有機(jī)溶劑或者稀釋劑的混合物進(jìn)行空化?？栈瘏^(qū)域116 包括由金屬套包圍著的空化噴嘴或者毛細(xì)管(未示出)。重油和有機(jī)溶劑 或者稀釋劑的混合物以大約100m/s-大約300m/s的速率通過(guò)空化區(qū)域 116的噴嘴或者毛細(xì)管，并經(jīng)歷大約150psig-大約5000psig的壓力降低。 當(dāng)重油和溶劑或者稀釋劑的混合物通過(guò)空化區(qū)域116的噴嘴或者毛細(xì)管 時(shí)，重油進(jìn)行了水力空化。
該重油和有機(jī)溶劑或者稀釋劑的混合物然后從空化區(qū)域116中出來(lái)，
13并進(jìn)入膨脹室118，在其中對(duì)重油進(jìn)行冷卻。所形成的變構(gòu)的重油然后通
過(guò)管道120從膨脹室118中排出。該變構(gòu)的重油然后進(jìn)入熱交換器108， 由此將熱量從該變構(gòu)的重油傳遞給由管線107進(jìn)入熱交換器108中的未 處理的重油和溶劑或者稀釋劑的混合物。冷卻的變構(gòu)重油通過(guò)管線121 從熱交換器108中排出，并進(jìn)入空氣冷卻器124，由此對(duì)該變構(gòu)重油進(jìn)行 進(jìn)一步的冷卻。該重油通過(guò)管線123從空氣冷卻器124中排出，并進(jìn)行 進(jìn)一步的加工，例如諸如脫瀝青化和/或蒸鎦或分餾。 實(shí)施例
本發(fā)明現(xiàn)在將參考下面的實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明，但是，本發(fā)明的范圍并 非局限于其中。
實(shí)施例1
將Lloydminster重油(該重油的API重力是12. 0° ，比重是 0. 986 (0. 986g/cm3的密度)，運(yùn)動(dòng)粘度是在15。C是34805cSt，在40。C是 2795cSt，在60。C是636cSt加熱到400°C，并通過(guò)直徑為1/4英寸的管 道進(jìn)行泵送，然后通過(guò)尖端直徑為0. 03英寸的圓錐形霧化噴嘴進(jìn)入混合 室，該混合室的長(zhǎng)度是3英寸，直徑是1.5英寸。將戊烷溶劑加熱到400 。C的溫度，并通過(guò)直徑為0. 203英寸的管道，以重油體積的9體積°/。的量 泵送到混合室中。將重油和戊烷在混合室中混合10s。然后使重油和戊烷 的混合物由混合室來(lái)通過(guò)空化噴嘴。在噴嘴中的速率大約是118m/s?？?化噴嘴的長(zhǎng)度是l英寸，直徑是O. 008英寸。沿著噴嘴的壓力差或者壓 力降低是大約410psig。然后使該重油和戊烷的混合物進(jìn)入到膨脹室中， 該膨脹室的長(zhǎng)度是2.25英寸，直徑是1.5英寸。
所形成的處理過(guò)的油的API重力是18. 1。，比重是0. 945 (0. 945g/cm3 的密度)，運(yùn)動(dòng)粘度在15。C時(shí)是710cSt，在4(TC時(shí)是183cSt,在6(TC時(shí) 是67cSt。
實(shí)施例2
將實(shí)施例1的Lloydminster重油在實(shí)施例l所述的條件下進(jìn)4亍處理， 除了下面的條件之外重油被加熱到380°C。加入到重油中的戊烷的量是 重油體積的15體積％。并且重油和戊烷的混合物在噴嘴中以大約120m/s 的速率和大約450psig的壓力降低通過(guò)所述的空化噴嘴的。
所形成的處理過(guò)的油的API重力是20. 6° ，比重是0. 930 (0. 930g/cm3 的密度)，運(yùn)動(dòng)粘度在15。C時(shí)是610cSt，在4(TC時(shí)是104cSt,在60。C時(shí)是44cSt。 實(shí)施例3
將實(shí)施例1的Lloydminster重油在實(shí)施例1所述的條件下進(jìn)行處理， 除了下面的條件之外將重油和戊烷每一個(gè)加熱到35(TC，并且重油和戊 烷的混合物在噴嘴中以大約168m/s的速率通過(guò)所述的空化噴嘴的，并且 經(jīng)歷大約1100psig的壓力降低。
所形成的處理過(guò)的油的API重力是21. 2° ，比重是O. 927 (0. 927g/cm3 的密度)，運(yùn)動(dòng)粘度在15。C時(shí)是109cSt,在4(TC時(shí)是35cSt,在6(TC時(shí) 是12cSt。
實(shí)施例4
將來(lái)自Alberta的冷湖區(qū)域(cold lake region)的瀝青(該瀝青的API 重力是IO. 0° ,比重是O. 996 (0. 996g/cm3的密度),動(dòng)態(tài)粘度在15。C時(shí) 是138000cP)加熱到380°C，并通過(guò)直徑為1/4英寸的管道進(jìn)行泵送。將 戊烷溶劑加熱到40(TC的溫度，并通過(guò)直徑為1/4英寸的管道進(jìn)行泵送。 該戊烷溶劑然后在直徑為1/4英寸的管道中以瀝青體積的17體積°/。的量 與該瀝青進(jìn)行混合。然后將該瀝青和戊烷的混合物在靜止混合器 (Stratos Tube混合器，250系列，伊利諾斯州的Cary的Koflo Corporation)中進(jìn)一步進(jìn)行混合，該靜止混合器的長(zhǎng)度是9英寸，直徑 是l/4英寸。將瀝青和戊烷在靜止混合器中混合10s。然后使瀝青和戊烷 的混合物由混合室來(lái)通過(guò)空化噴嘴。在噴嘴中的速率是203m/s?？栈瘒?嘴的長(zhǎng)度是O. 56英寸，直徑是O. 007英寸。沿著噴嘴的壓力差或者壓力 降低是大約2400psig。然后使該瀝青和戊烷的混合物進(jìn)入到膨脹室中， 該膨脹室的長(zhǎng)度是2， 25英寸，直徑是1.5英寸。
所形成的處理過(guò)的油的API重力是20. 9° ,比重是O. 928 (0. 928g/cm3 的密度)，動(dòng)態(tài)粘度在15。C時(shí)是300cP,或者運(yùn)動(dòng)粘度在15。C時(shí)是323cSt。
實(shí)施例5
將Smiley Colevi 1 le重油(該重油的API重力是14. 2° ,比重是 0. 9703 (0. 9703g/cm3的密度)，動(dòng)態(tài)粘度在15°C時(shí)是7600cP,在20。C時(shí) 是7190cP)在上面的實(shí)施例4所述的條件下進(jìn)行處理，除了下面的條件之 外將重油和戊烷中的每個(gè)加熱到2G(TC,戊烷的加入量是重油體積的 13體積％,戊烷和重油混合物在空化噴嘴中的速率是186m/s，沿著該空 化噴嘴的壓力降低是2000psig。
15所形成的處理過(guò)的油的API重力是22. 5° ,比重是O. 919(0. 919g/cm: 的密度)，動(dòng)態(tài)粘度在15。C時(shí)是340cP,其等價(jià)于在15。C時(shí)370cSt的運(yùn) 動(dòng)粘度。
全部專(zhuān)利和公開(kāi)文獻(xiàn)的公開(kāi)內(nèi)容，包括已出版的專(zhuān)利申請(qǐng)，是以同
樣的程度在此引入作為參考的，這相當(dāng)于每個(gè)專(zhuān)利和公開(kāi)文獻(xiàn)是明確的 和單獨(dú)的引入作為參考的。
但是，應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明的范圍并非局限于上述的具體的實(shí)施方案。 本發(fā)明除了具體所述的之外也可以進(jìn)行實(shí)踐實(shí)施，并且仍然落入附加的 權(quán)利要求書(shū)的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種處理重油的方法，其包含對(duì)包含重油的液體進(jìn)行空化來(lái)降低所述重油的粘度。
2. 權(quán)利要求1的方法，其中所述的液體進(jìn)一步包含非重油的有機(jī)材料。
3. 權(quán)利要求2的方法，其中，在將所述的重油與所述的有機(jī)材料混 合之前，將所述的重油加熱到大約75。C-大約45(TC的溫度，以及將所述 的有機(jī)材料加熱到大約75。C-大約80(TC的溫度。
4. 權(quán)利要求2的方法，其中在所述的重油和所迷的有機(jī)材料的所述 混合物中，所述的有機(jī)材料是以所述重油體積的大約5體積％-大約25體積y。的量而存在的。
5. 權(quán)利要求2的方法，其中使所述的重油和所述的有機(jī)材料的所述 混合物經(jīng)歷大約100m/s-大約300m/s的速率，大約150psi-大約5000psi 的壓力降低，并空化來(lái)降低所述重油的粘度。
6. 權(quán)利要求3的方法，其中將所述的重油加熱到大約15(TC-大約450。C的溫度。
7. 權(quán)利要求6的方法，其中將所述的重油加熱到大約200°C-大約450。C的溫度。
8. 權(quán)利要求7的方法，其中將所述的重油加熱到大約200。C-大約400。C的溫度。
9. 權(quán)利要求8的方法，其中將所述的重油加熱到大約300。C-大約400。C的溫度。
10. 權(quán)利要求3的方法，其中將所述的有機(jī)材料加熱到大約150°C-大約80(TC的溫度。
11. 權(quán)利要求10的方法，其中將所述的有機(jī)材料加熱到大約30(TC-大約80(TC的溫度。
12. 權(quán)利要求11的方法，其中將所述的有機(jī)材料加熱到大約30(TC-大約60(TC的溫度。
13. 權(quán)利要求12的方法，其中將所述的有機(jī)材料加熱到大約30(TC-大約40(TC的溫度。
14. 權(quán)利要求5的方法，其中使所述的重油和所述的有機(jī)材料的所述 混合物經(jīng)歷大約150m/s-大約300m/s的速率。
15. 權(quán)利要求14的方法，其中使所述的重油和所述的有機(jī)材料的所 述混合物經(jīng)歷大約200m/s-大約300m/s的速率。
16. 權(quán)利要求5的方法，其中使所述的重油和所述的有機(jī)材料的所述 混合物經(jīng)歷大約400psig-大約4000psig的壓力降低。
17. 權(quán)利要求16的方法，其中使所述的重油和所述的有機(jī)材料的所 述混合物經(jīng)歷大約400psig-大約2000psig的壓力降低。
18. 權(quán)利要求17的方法，其中使所述的重油和所述的有機(jī)材料的所 述混合物經(jīng)歷大約400psig-大約1500psig的壓力降低。
19. 權(quán)利要求18的方法，其中使所述的重油和所述的有^/L材料的所 述混合物經(jīng)歷大約1000psig-大約1500psig的壓力降低。
20. 權(quán)利要求1的方法，其中將所述的重油和所述的有機(jī)材料在第一 區(qū)域中進(jìn)行混合，并將所述的重油和所述的有機(jī)材料的所述混合物在第 二區(qū)域中經(jīng)歷空化。
21. 權(quán)利要求1的方法，其中所述的重油是在不存在氫氣的情況下進(jìn) 行處理的。
全文摘要
一種處理重油的方法，其包含對(duì)重油進(jìn)行空化來(lái)降低該重油的粘度。該處理過(guò)的重油具有降低的粘度和比重，因此更易于泵送和運(yùn)輸，這便于進(jìn)一步進(jìn)行加工。該處理過(guò)的重油還能夠以比未處理的重油更低的苛刻度進(jìn)行分餾。
文檔編號(hào)C10G31/06GK101663378SQ200880007265
公開(kāi)日2010年3月3日 申請(qǐng)日期2008年1月8日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月6日
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