УМЕНЬШЕНИЕ ОТЛОЖЕНИЙ ПРИ ФРАКЦИОНИРОВАНИИ БЕНЗИНА, В СИСТЕМЕ ВОДЯНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ И СЕКЦИИ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ПРОДУКТА Российский патент 2014 года по МПК C10G75/04 G05D11/00 

Область техники, к которой относится изобретение

В одном аспекте раскрытые здесь варианты исполнения относятся к уменьшению отложений или снижению скорости формирования отложений, обусловленных загрязняющими примесями в разнообразных потоках углеводородов, таких как мазутные фракции. Более конкретно, раскрытые здесь варианты исполнения относятся к способу выбора растворителя или смеси растворителей, применимых для сокращения формирования отложений, очистки от существующих отложений и/или снижения скорости формирования отложений.

Уровень техники

При все возрастающей потребности в малосернистых средних дистиллятах специалисты по нефтепереработке проявляют пристальный интерес к преобразованию мазута вакуумной перегонки в дистилляты. Поиск Наилучшей Доступной Технологии («ВАТ») в последние несколько лет интенсифицировался вследствие сокращения поставок малосернистых нефтей и нарастания поставок, поступающих преимущественно из тяжелых высокосернистых нефтей и тяжелых синтетических нефтей.

Тяжелая нефть в основном имеет отношение к таким сырым нефтям с высокой вязкостью или плотностью в градусах API (Американского Нефтяного Института) менее чем около 23. Примерами тяжелых нефтей являются сырые нефти и мазут из сырой нефти, полученный при атмосферной или вакуумной перегонке сырой нефти. Традиционным продуктом для вакуумного остатка было высокосернистое нефтяное топливо (“HSFO”), однако потребность в HSFO в большинстве областей снизилась в течение последних десяти лет, создавая дополнительный стимул к поиску способов преобразования нефтяных остатков.

Один способ конверсии, недавно привлекший внимание, представляет собой гидрообработку нефтяного остатка или мазута. В процессе гидрообработки мазута качество нефтяного остатка повышают с помощью водорода и катализатора гидрообработки для получения более ценных низкокипящих жидких продуктов. Компанией Chevron Lummus Global (“CLG”) разработаны разнообразные технологии каталитического модифицирования нефтяных остатков, в том числе десульфирование атмосферных нефтяных остатков (ARDS), десульфирование вакуумных нефтяных остатков (VRDS), реактор с затопленной насадкой (UFR), замена катализатора в режиме «он-лайн» (OCR), и процесс LC-FINING^®. Процесс LC-FINING^®, интегрированный в процесс ISOCRACKING^®, представляет собой испытанный вариант технологии с высокой степенью конверсии. Объединенный процесс является в особенности привлекательным в ситуациях, требующих высокой степени конверсии мазута с высоким содержанием металлов, и там, где потребность в дизельном топливе является выше, чем потребность в бензине.

Во время проведения таких процессов конверсии загрязняющие примеси могут формировать твердые углеводородные отложения на технологическом оборудовании и связанных с ним трубопроводах, создавая многочисленные проблемы для специалистов по нефтепереработке. Загрязняющие примеси могут слипаться между собой, прилипать к стенкам резервуаров и накапливаться. Будучи увлеченными любым потоком продукта, загрязняющие примеси также могут быть вынесены в размещенные ниже по потоку оборудование и трубопроводы.

Ситуация еще более усугубляется, когда два или более процесса гидрообработки соединены последовательно, как это типично делают в промышленных операциях. В таких случаях загрязняющие примеси не только образуют центры зародышеобразования для роста и накопления твердых веществ в первом процессе, но и переносятся потоком продукта гидрообработки в последующий процесс, где могут формировать дополнительные отложения.

Общеизвестно, что отложения загрязняющих примесей закупоривают трубопроводы и трубчатое оборудование, засоряют трубы, сокращая площади проходного сечения потока, создают плохие режимы течения и нарушают работу оборудования. Например, загрязняющие примеси могут изнашивать клапаны и другое оборудование, или могут формировать изолирующие слои на поверхностях теплообменников, сокращая эффективность теплопередачи. Непрерывное осаждение может вызывать необходимость ремонта оборудования, увеличивать продолжительность простоев, остановку производства и снижение общей производительности и выхода продукции.

Еще один аспект в отношении загрязняющих примесей состоит в том, что они могут способствовать образованию эмульсий внутри сырой нефти, которые могут обусловливать более высокие вязкости, затрудняя и осложняя транспортировку нефти по трубопроводам от одного места к другому. Эти эффекты составляют значительные проблемы в переработке и транспортировке тяжелой нефти и могут существенно повышать производственные расходы до уровня, устраняющего все стимулы продолжать стремиться к получению возможных выгод от конверсии мазута.

Один тип загрязняющей примеси, часто обнаруживаемый в тяжелой нефти, который в наибольшей степени ответственен за осаждение наслоений и высокую вязкость, представляет собой асфальтены. Асфальтены чаще всего определяют как часть сырой нефти, которая нерастворима в парафине с низкой молекулярной массой (то есть н-гептане и т.д.), и обнаруживались в сырых нефтях в количествах, превышающих 20 процентов. Асфальтены типично представляют собой аморфные твердые вещества с цветом от коричневого до черного, которые, главным образом, сформированы конденсированными ароматическими циклами, связанными с алициклическими группами. В дополнение к углероду и водороду, сложные атомные структуры также могут включать атомы азота, кислорода и серы. Размер частиц может варьировать от менее 0,03 микрона (0,03 мкм) до нескольких тысяч микрон, и они могут быть охарактеризованы как липкие или когезивные и могут агломерироваться.

Асфальтены представляют собой полярные молекулы, которые объединяются друг с другом в агрегаты путем ароматического π-π-орбитального связывания, водородными связями и кислотно-основными взаимодействиями. Они существуют в форме коллоидальных дисперсий, стабилизированных термодинамическим равновесием с другими компонентами в сырой нефти. Однако равновесие в нефти может быть нарушено во время производственного процесса или при любой другой механической или физико-химической обработке, где могут происходить изменения давления, температуры и фазового состава. Это дестабилизирует асфальтены, приводя к агрегированию и осаждению частиц на окружающих поверхностях.

Многие процессы, выгодные при добыче сырой нефти, являются ограниченными, поскольку процессы также создают условия, благоприятные для образования отложений. Использовались разнообразные способы для очистки от отложений и предотвращения их образования, а также для снижения вязкости тяжелых нефтей. В одном способе отложения контролируют строгим регулированием условий окружающей среды. В патенте США № 4381987 поток сырьевых углеводородов, содержащий асфальтены, подвергают гидрообработке пропусканием потока через каталитическую реакционную зону в присутствии слоя катализатора. В нем раскрыто, что засорения каталитического слоя можно избежать регулированием жесткости условий гидрообработки в каталитической реакции, снижая вероятность формирования асфальтеновых отложений. Однако окружающая среда за пределами реакторной зоны не является столь же предсказуемой, и сравнимого контроля вне зоны достигнуть нельзя.

В патенте США № 5139088 заявлено подавление осаждения асфальтенов по пути движения нефти в эксплуатационной скважине путем нагнетания тяжелой фракции сырой нефти, имеющей относительно высокое содержание ароматических компонентов и высокую молекулярную массу.

В патенте США № 4081360, выданном 28 марта 1978 года на имя Tan и др., к фракциям продуктов ожижения угля добавляют легкий растворитель для подавления образования асфальтенов.

В технологии также представлены многочисленные химические обработки для воздействия на загрязняющие примеси, включающие применение диспергаторов и реагентов для снижения вязкости. Был представлен подход «диспергатор-плюс-растворитель» для воздействия на асфальтены, и известны и имеются в продаже на рынке многочисленные композиции диспергаторов, пригодные для этой цели, такие как раскрытые в Публикации U.S. 2006/0014654. Также были описаны ингибиторы осаждения асфальтенов для применения в непрерывной обработке или скважинных операциях с нагнетанием под высоким давлением в пласт.

Однако источники сырьевых материалов могут в значительной мере варьировать по своему составу, и индивидуальные диспергаторы и реагенты для снижения вязкости могут действовать эффективно только в ограниченном диапазоне. Даже небольшие изменения в составе нефти могут оказывать решающее влияние на характеристики диспергирования асфальтенов. Кроме того, даже если диспергаторы и ингибиторы осаждения разрешают проблему замедления или предотвращения асфальтеновых отложений, но, как только отложения образуются, эффект применения таких ингибиторов сводится к нулю, поскольку удаление, в общем, требует очистки, соскабливания или проведения операции гидрообработки для устранения отложений. Это является нежелательным, так как обычно требует сокращения или полного прекращения производства.

Сущность изобретения

Раскрытые здесь варианты исполнения относятся к уменьшению отложений или снижению скорости образования отложений, обусловленных загрязняющими примесями в разнообразных потоках углеводородов, таких как мазутные фракции. Более конкретно, раскрытые здесь варианты исполнения относятся к способу выбора растворителя или смеси растворителей, применимых для уменьшения образования отложений, очистки от существующих отложений и/или снижения скорости формирования отложений. Снижение скорости, с которой отложения могут образовываться, и повышение скорости, с которой отложения могут быть удалены, могут резко улучшить экономические показатели способа (например, сокращением продолжительности простоя в результате образования отложений).

В одном аспекте раскрытые здесь варианты исполнения относятся к способу диспергирования загрязняющих примесей в потоке углеводородов. Способ может включать стадии, в которых: определяют природу загрязняющих примесей в потоке углеводородов; выбирают растворитель или смесь растворителей, пригодные для диспергирования загрязняющих примесей, на основе определения их природы; и обеспечивают контактирование загрязняющих примесей с выбранными растворителем или смесью растворителей.

В еще одном аспекте раскрытые здесь варианты исполнения относятся к способу воздействия на состояние загрязняющих примесей в потоке углеводородов, включающему стадии, в которых: подают поток углеводородов в процесс переработки; определяют природу загрязняющих примесей в потоке углеводородов; устанавливают входные параметры и входные компоненты для термодинамической модели, причем результаты моделирования используют для выбора смеси углеводородов, пригодной для воздействия на загрязняющие примеси желательным образом, на основе определения их природы; обеспечивают контактирование загрязняющих примесей с выбранной смесью.

Другие аспекты и преимущества будут очевидными из нижеследующего описания и прилагаемых пунктов патентной формулы.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 представляет предлагаемую химическую структуру, изображающую асфальтен.

Фиг.2 представляет общую блок-схему, показывающую способ диспергирования загрязняющих примесей согласно раскрытым здесь вариантам исполнения.

Подробное описание изобретения

Раскрытые здесь варианты исполнения относятся к обработке потоков углеводородов, содержащих загрязняющие примеси, такие как асфальтены и другие асфальтеноподобные соединения. Асфальтены в основном имеют отношение к классу соединений, а не к чистому компоненту. Они состоят из химических частиц числом от десятков до тысяч, и их состав не является точно определенным. В дополнение, они проявляют способность взаимодействовать между собой и с другими компонентами нефти сложным образом. Для асфальтенов предложены многочисленные гипотетические структуры, ведущие к различным противоречивым модельным подходам. Одна предлагаемая структура асфальтена проиллюстрирована на фиг.1.

Потоки углеводородов, содержащие загрязняющие примеси, могут иметь происхождение из разнообразных источников, включающих конденсаты на устье скважины, сырую нефть, тяжелую сырую нефть, синтетические сырые нефти, необработанные минеральные масла, остатки атмосферной или вакуумной перегонки, отбензиненные нефти, малокрекированные нефти или их фракции. Источники также могут содержать другие суспендированные вещества, такие как добавленные катализаторы или контактные материалы. В других примерах сырьевой источник может включать смеси «уголь/растворитель» или «уголь/нефть», образованные из угля жидкости, содержащие взвешенные твердые вещества из угля (например, золу), углеводородные жидкости, происходящие из битуминозных, суббитуминозных или бурых углей или лигнита, углеводородные жидкости, происходящие из битуминозных сланцев, например, сланцевые масла, подвергнутые перегонке в реторте, и прочие углеводородные жидкости, имеющие происхождение от других минеральных источников, таких как битуминозные пески, гильсонит и т.д. Источник также может происходить из технологической стадии выше по потоку, такой как колонна для вакуумной перегонки, колонна для перегонки при атмосферном давлении, или реактор со слоем катализатора, циркулирующего по реакционному объему, или, альтернативно, источник может иметь происхождение из подземного пласта.

Загрязняющие примеси, присутствующие в потоке углеводородов, можно описать как существующие в разнообразных состояниях, которые могут включать растворенное, осажденное, диспергированное, суспендированное или равновесное состояние. Например, в своем естественном состоянии мазут может содержать диспергированные загрязняющие примеси. Однако во время проведения разнообразных процессов (таких как нагнетание, транспортирование, нагревание, охлаждение, дистилляция, реагирование, конденсация, кипячение и т.д.) стабильность загрязняющих примесей в потоке углеводородов может быть нарушена вследствие изменений давления, температуры, химического состава потока и прочих факторов. Будучи однажды потревоженными, загрязняющие примеси могут легко образовывать отложения на оборудовании и связанных с ним трубопроводах.

Раскрытые здесь варианты исполнения в основном относятся к способам предотвращения, ингибирования, подавления, удаления, очистки, диспергирования, уменьшения, растворения и т.д. отложений, которые сформировались или могут образоваться из загрязняющих примесей, содержащихся в потоке углеводородов. Применение раскрытых здесь способов может обеспечить возможность одного или более из действий, в которых: эффективно очищают/удаляют отложения из трубопроводов и оборудования, удаляют отложения in situ в ходе химического процесса и сокращают образование отложений во время действия химического процесса. Раскрытые здесь варианты исполнения устраняют недостатки ранее упомянутых противоречивых модельных подходов, представляя способ эффективной обработки углеводородных потоков, содержащих загрязняющие примеси.

Более конкретно, раскрытые здесь варианты исполнения относятся к способу выбора растворителя или смеси растворителей, применимых для уменьшения образования отложений, очистки от существующих отложений и/или снижения скорости формирования отложений.

При обращении теперь к фиг.2, способ воздействия на состояние загрязняющих примесей в потоке углеводородов согласно раскрытым здесь вариантам исполнения может включать стадии, в которых: определяют (10) природу загрязняющих примесей в потоке углеводородов; выбирают (20) растворитель или смесь растворителей, пригодные для диспергирования загрязняющих примесей, на основе определения их природы; и обеспечивают (30) контактирование загрязняющих примесей с выбранным растворителем или смесью растворителей.

На стадии 10 способа определяют природу загрязняющих примесей. Как используется в настоящем описании, «природа» имеет отношение к свойствам загрязняющей примеси, которые обусловливают склонность загрязняющей примеси к формированию отложений. Природу загрязняющих примесей можно определить с использованием аналитических методов, таких как выполнение разнообразных испытаний на потоке углеводородов или образце отложения, образовавшегося при применении углеводородного сырьевого материала. Такие испытания могут включать масс-спектрометрию, газовую хроматографию, гель-проникающую хроматографию (для определения молекулярной массы, молекулярно-массового распределения и т.д.), бромидный тест, иодный тест, определение вязкости, испытание горячим фильтрованием фирмы Shell, определение содержания металлов, определение компонентов, нерастворимых в пентане, гептане и/или толуоле, коксуемости по Конрадсону (CCR), плотности в градусах API, ЯМР спектроскопию, элементный анализ (содержание углерода, водорода, серы, азота, кислорода и т.д.), характеристики дистилляции, а также другие методы, применимые для измерения осадков, физических свойств или химических свойств потока углеводородов.

Свойства загрязняющих примесей также могут быть определены или оценены с использованием экспериментальных методов. Вышеуказанные аналитические методы могут быть полезными для расчета или оценки дополнительных характеристик загрязняющей примеси, где по экспериментальным данным могут быть выявлены корреляции разнообразных свойств, или могут быть оценены с использованием разнообразных термодинамических уравнений. Оценочные характеристики могут включать, среди прочих, прогнозируемые значения для результатов вышеупомянутых испытаний, а также другие свойства, такие как параметр растворимости или средний параметр растворимости, кинетические параметры, баланс насыщенных компонентов, ароматических соединений, смол, асфальтенов (SARA), гипотетические структуры, массовые или молярные доли загрязняющих примесей в потоке углеводородов, коэффициенты активности, энергии испарения, расплавления или сублимации, и ароматичность.

Свойства химического соединения также могут варьировать в зависимости от температуры и/или давления. В некоторых вариантах исполнения разнообразные свойства загрязняющей примеси можно оценить как функцию температуры или давления.

После определения природы загрязняющих примесей на стадии (10), смесь растворителей, пригодная для диспергирования (то есть растворения, суспендирования или стабилизации в растворе, и т.д.) загрязняющей примеси, может быть выбрана на стадии (20) на основе определения ее природы. Компоненты, применимые в качестве выбранного растворителя, или для формирования смеси растворителей, могут включать алифатические растворители, алициклические растворители, ароматические растворители, бензины, керосины, дизельные топлива, авиационные топлива, топлива для морских судов, нафты, газойли, дистиллятные топлива, масла, средний рецикловый газойль (MCO), легкий рецикловый газойль (LCO), разжижитель, тяжелый рецикловый газойль (HCO), деасфальтированное масло (DAO). В некоторых вариантах исполнения растворитель или смесь растворителей могут включать углеводороды или смеси углеводородов, содержащие бициклические (трициклические и т.д.) ароматические соединения с соотношениями водорода к углероду, подобными или меньшими, чем отношение водорода к углероду во всем углеводородном сырьевом материале (например, общее отношение «Н/С» 10 для потока углеводородов). В других вариантах исполнения растворитель или смесь растворителей могут включать углеводороды или смеси углеводородов, содержащие бициклические (трициклические и т.д.) ароматические соединения с соотношениями водорода к углероду, подобными или меньшими, чем отношение водорода к углероду в загрязняющей примеси. В некоторых вариантах исполнения растворитель или смесь растворителей могут включать одно или более бициклических ароматических соединений, трициклических ароматических соединений, и их комбинации.

Пригодность растворителя или смеси растворителей для диспергирования загрязняющей примеси может обусловливаться одним или более химическими и физическими свойствами растворителя(-лей), в том числе, среди прочих, молекулярной массой, ароматичностью, алифатичностью, олефиновой ненасыщенностью, отношением водорода к углероду, полярностью, присутствием гетероатомов/функциональных групп, и вязкостью. Пригодность растворителя или смеси растворителей для диспергирования загрязняющей примеси также может зависеть от температуры и давления. Свойства растворителя(-лей) могут быть измерены, привнесены, приспособлены, введены или оценены на основе аналитических методов, экспериментальных методов или литературных данных.

Свойства одного или более растворителей затем могут быть использованы для выбора растворителя или смеси растворителей, которые способны диспергировать загрязняющую примесь. Свойства смеси растворителей можно оценить, например, как функцию разнообразных массовых или молярных долей каждого растворителя, использованного в смеси.

В некоторых вариантах исполнения пригодность растворителя или смеси растворителей для диспергирования загрязняющей примеси может зависеть от ожидаемого(-мых) взаимодействия(-вий) между растворителем и загрязняющей примесью. Предполагаемые взаимодействия могут включать, помимо всего прочего, пи-связывание, образование водородных связей и связывание силами Ван-дер-Ваальса (например, по сходству в характеристиках ароматичности, алифатичности, олефиновой ненасыщенности, присутствия гетероатомов и/или функциональных групп), формирование мицелл и суспендирование загрязняющей примеси в растворителе, имеющем достаточную вязкость. Например, в некоторых вариантах исполнения может быть благоприятным или предпочтительным наличие сходного отношения водорода к углероду или диапазона отношений водорода к углероду как для растворителя, так и для загрязняющей примеси. В других вариантах исполнения может быть предпочтительным, чтобы растворитель имел меньшее отношение водорода к углероду, чем отношение в загрязняющей примеси.

Тем самым стадия (20), на которой проводят выбор, может включать стадии, на которых: определяют одно или более свойств загрязняющей примеси; и определяют одно или более желательных свойств растворителя или смеси растворителей на основе определенного(-ных) свойства(свойств) загрязняющей примеси. Желательные свойства растворителя(-лей) затем могут быть использованы для итеративного определения растворителя или смеси растворителей, имеющих желательное(-ные) свойство(-ва).

После выбора растворителя на стадии (20) выбранный растворитель или смесь растворителей могут быть сформированы, например, смешением, и введены в контакт (30) с загрязняющей примесью или потоком углеводородов для эффективного диспергирования загрязняющей примеси во время проведения процесса, для очистки/удаления отложений из трубопроводов и оборудования, для in situ удаления отложений в ходе химического процесса, и/или для сокращения формирования отложений во время проведения химического процесса.

Для данного химического процесса одна или более из вышеуказанных стадий могут быть повторены на периодической основе. Источники сырьевого материала с течением времени могут значительно варьировать по своему составу, и даже незначительные изменения состава могут оказывать весьма сильное воздействие на склонность загрязняющей примеси формировать отложения на оборудовании и в трубопроводах. Дополнительно, эти незначительные изменения в составе также могут влиять на пригодность выбранного растворителя или смеси растворителей для эффективного диспергирования загрязняющей примеси. Эксплуатационные условия для реакторов также могут изменяться со временем, например, как повышение температур, чтобы компенсировать дезактивацию катализатора, и такие изменения также могут оказывать влияние на пригодность растворителя или склонность загрязняющей примеси формировать отложения. Соответственно этому, могут быть необходимыми периодические корректировки выбранных растворителей. Подобным образом, когда выбранную смесь растворителей используют для периодической очистки загрязненного оборудования или трубопроводов, одна или более из вышеуказанных стадий могут повторяться для приспособления выбранной смеси растворителей к отложению загрязняющей примеси, подлежащему очистке в данный момент.

Как отмечено выше, источники сырьевого материала со временем могут значительно варьировать по своему составу. При очистке трубопроводов или другого загрязненного оборудования, согласно раскрытым здесь вариантам исполнения, вычищаемые отложения тем самым могут иметь происхождение из многообразных сырьевых материалов. В таких ситуациях растворители, применимые для удаления загрязняющих примесей от одного сырьевого материала, могут быть непригодными для удаления загрязняющих примесей от второго сырьевого материала. В таких случаях предыстория производительности или инженерная оценка могут оказаться недостаточными, тогда как определение природы загрязняющей примеси и выбор смеси растворителей согласно раскрытым здесь вариантам исполнения могут обеспечить возможность эффективного удаления накопленных отложений.

При проведении данных химических процессов может быть желательным введение выбранной смеси растворителей в контакт с потоком углеводородов только в части процесса, например, там, где может иметь место высокая вероятность засорения, что может быть выявлено на основе предыстории эксплуатационного опыта. В таких случаях выбранная смесь растворителей может быть приведена в контакт с потоком углеводородов выше по потоку относительно этой части процесса. Например, выбранную смесь растворителей можно подвести выше по потоку относительно теплообменников, испарительных или дистилляционных колонн, реакторов и т.д., для удерживания загрязняющей примеси в диспергированном состоянии, и затем выбранная смесь растворителей может быть впоследствии испарена или иным образом отделена от потока углеводородов для вовлечения в циркуляцию и повторного использования.

Контактирование загрязняющих примесей с выбранной смесью может быть выполнено в любом режиме, который позволяет загрязняющим примесям взаимодействовать с выбранной смесью. В одном варианте исполнения выбранная смесь может быть приведена в контакт с загрязняющими примесями при протекании выбранной смеси через, над, по или вдоль поверхности, имеющей загрязняющие примеси. В дополнительном варианте исполнения выбранная смесь может быть также приведена в контакт с загрязняющими примесями протеканием смеси через загрязненное оборудование, где загрязненное оборудование (5) может включать любое оборудование, используемое в пределах процесса переработки, такое как насосы, фильтры, сепараторы, теплообменники или резервуары для хранения.

Например, выбранную смесь можно нагнетать через сеть трубопроводов для контакта с загрязняющими примесями, осажденными на поверхности трубопроводов. В качестве еще одного примера, выбранная смесь может быть пропущена через трубы теплообменника, где загрязняющие примеси уже могут присутствовать в виде отложения. В альтернативном варианте исполнения выбранная смесь может контактировать с загрязняющими примесями, находящимися внутри текучей среды. Например, текучая среда может представлять собой сырую нефть, и выбранная смесь может быть добавлена к сырой нефти так, чтобы выбранная смесь могла контактировать с загрязняющими примесями.

Выбранная смесь углеводородов может представлять собой одиночный компонент или многочисленные компоненты, и может быть в любой фазе. В одном варианте исполнения смесь может представлять собой смесь текучих сред, которая может включать неводные текучие среды, водные текучие среды или их комбинации. В еще одном варианте исполнения выбранная смесь может включать растворитель, составленный полициклическими ароматическими гетероциклами. В еще одном дополнительном варианте исполнения выбранная смесь может включать полярный растворитель, где полярный растворитель может представлять собой ароматические растворители, кислородсодержащие растворители, хлорированные растворители или их смеси. В еще одном дополнительном варианте исполнения выбранная смесь может включать по меньшей мере один алифатический растворитель, один ароматический растворитель или их комбинации. И в еще одном дополнительном варианте исполнения выбранная смесь может также включать по меньшей мере один компонент из средства для снижения вязкости, полярного растворителя, диспергатора или их комбинаций.

Вследствие переменных свойств загрязняющих примесей внутри данного потока углеводородов одиночный растворитель может быть непригодным для эффективного диспергирования загрязняющих примесей. В некоторых вариантах исполнения выбранная смесь проявляет синергический эффект, где смесь включает по меньшей мере два компонента, которые сами по себе не влияют на состояние загрязняющих примесей желательным образом в такой мере, в какой они действуют, будучи селективно смешаны друг с другом. Хотя подобные растворители могли быть в прошлом названы как применимые до некоторой степени, выбор смеси растворителей согласно раскрытым здесь вариантам исполнения может быть пригодным для воздействия на большее количество загрязняющей примеси, чем можно было бы ожидать на основе прежнего применения растворителя по отдельности.

Выбор растворителей или смеси растворителей согласно раскрытым здесь вариантам исполнения может быть полезным для разнообразных процессов переработки или гидрообработки, или их частей, включающих реакторы для гидрообработки с неподвижным слоем, реакторы для гидрообработки со взвешенным слоем, реакторы для гидрообработки с увлеченным слоем, легкий гидрокрекинг, реакторы для гидрообработки со слоем катализатора, циркулирующим по реакционному объему, и тому подобные. Такие процессы могут включать системы фракционирования, включающие секции бензиновых фракций, системы гашения (водные или прочие), секции извлечения продукта, этиленовые блоки, процессы гидрокрекинга, процесс LC-FINING^®, процесс каталитического модифицирования остатков, установки для дробной перегонки, колонны для перегонки при атмосферном давлении, колонны для перегонки в вакууме, разнообразные реакторные серии, связанные с ними трубопроводы, подсоединенные циркуляционные контуры или их комбинации.

Как описано выше, свойства загрязняющей примеси, измеренные и/или выведенные по корреляции, используют для выбора растворителя или смеси растворителей, пригодных для диспергирования загрязняющей примеси. Для убыстрения процесса выбора могут быть полезными разнообразные моделирующие программы, причем эти программы могут быть доступны как собственные разработки или приобретенные на рынке, среди прочих, такие как ASPEN, PRO/II и HYSIS. С помощью таких моделирующих программ могут быть определены разнообразные физические и химические свойства многообразных химических соединений/компонентов; такие программы дополнительно могут обеспечивать возможность ручного ввода, модификации или программирования разнообразных параметров, чтобы упростить определение природы загрязняющей примеси и выбор растворителя или смеси растворителей, как описанных выше.

В качестве примера способа, в котором диспергируют загрязняющую примесь согласно раскрытым здесь вариантам исполнения, поток углеводородов, содержащий асфальтены, обрабатывают в пределах протяженного цикла, приводящего к формированию отложения. Природу отложения определяют, выясняя, что загрязняющая примесь имеет атомное отношение водорода к углероду около 1,5, молекулярную массу, варьирующую от около 700 атомных единиц массы (а.е.м.) до около 1100 а.е.м., и содержит смесь ароматических и алициклических компонентов, среди прочих оценочных и определенных характеристик. Желательные свойства растворителя могут включать подобное атомное отношение водорода к углероду, а также подобную смесь ароматических и алифатических компонентов. В некоторых вариантах исполнения выбранная смесь растворителей может иметь более низкое атомное отношение «Н/С» по сравнению с углеводородным сырьевым материалом, содержащим загрязняющую примесь, или даже более низкое, чем сама загрязняющая примесь. Выбранная смесь растворителей может включать смесь среднего рециклового газойля, имеющего атомное отношение «Н/С» от около 1,1 до около 1,2, деасфальтированного масла, имеющего атомное отношение «Н/С» около 1,7, и подвергнутого гидрообработке дизельного топлива, имеющего атомное отношение «Н/С» около 1,9. Выбранную смесь растворителей смешивают так, чтобы смесь содержала ароматические и алициклические компоненты в соотношении, подобном соотношению в загрязняющей примеси, и отношение «Н/С», подобное отношению в загрязняющей примеси, и параметр растворимости, подобный параметру загрязняющей примеси. Тем самым выбранная смесь растворителей проявляет синергический эффект в отношении обработки загрязняющей примеси, сравнительно с любым из индивидуальных растворителей по отдельности. Контактирование отложения/загрязняющей примеси с выбранной смесью приводит к эффективному диспергированию и удалению загрязняющей примеси из оборудования.

Выбор наиболее подходящей смеси согласно раскрытым здесь вариантам исполнения обеспечивает улучшенную производительность процесса, эффективность и повышенное экономическое стимулирование. Контактирование загрязняющих примесей с правильно выбранной смесью преимущественно создает благоприятные условия для сокращения и удаления загрязняющей примеси более эффективным и экономичным путем. Когда падение давления снижается улучшением режимов течения или снижением вязкости текучей среды, для переноса текучих сред требуется меньше энергии, приводя к сокращению энергозатрат. Кроме того, удаление загрязняющих примесей с теплообменных поверхностей позволяет поверхности функционировать ближе к исходным проектным показателям и обеспечивает более интенсивный теплоперенос, обусловливая дополнительное снижение энергозатрат.

Желательно, чтобы обработанные потоки эффективно и надежно транспортировались по трубопроводам через вентили, выпускные каналы, насосы, теплообменники и прочее связанное с этим оборудование. Совокупные преимущества включают повышение производительности, увеличение срока службы оборудования и возрастание продолжительности рабочего состояния оборудования. Раскрытое изобретение также может преимущественно включать возможность применения выбранных смесей в качестве средств воздействия на загрязняющие примеси в других текучих средах, кроме сырой нефти.

Кроме того, является преимущественным, чтобы, когда на загрязняющие примеси оказывают надлежащее воздействие в процессе конверсии, повышали рабочую температуру для достижения более высокой степени конверсии без последующего усиления осаждения загрязняющих примесей. В совокупности, сокращение затрат и повышение степени конверсии равнозначны более высокой производительности и увеличению доходов.

Хотя настоящее изобретение было подробно описано с привлечением конкретных вариантов исполнения, они предназначены для иллюстрации изобретения и не предполагают его ограничения. Дополнительные модификации описанных вариантов исполнения и дополнительные вариации будут без труда очевидны квалифицированным специалистам в этой области технологии, и такие дополнительные варианты исполнения сделаны без выхода за пределы смысла и области изобретения, как изложенных в нижеследующих пунктах патентной формулы.

Изобретение относится к способу выбора растворителя или смеси растворителей, применимых для уменьшения образования отложений, очистки от существующих отложений и/или снижения скорости формирования отложений. Изобретение касается способа диспергирования загрязняющих примесей в потоке жидких углеводородов, причем способ включает стадии, на которых определяют природу загрязняющих примесей в потоке жидких углеводородов путем измерения величины потока жидкого углеводорода и оценки отношения водорода к углероду в потоке жидкого углеводорода на основании измеренного значения; выбирают растворитель или смесь растворителей, пригодные для диспергирования загрязняющих примесей, на основе определения их природы, причем отношение водорода к углероду выбранного растворителя, или смеси растворителей, меньше, чем оцененное отношение водорода к углероду в потоке жидкого углеводорода; и обеспечивают контактирование загрязняющих примесей с выбранными растворителем или смесью растворителей. Технический результат - эффективное диспергирование и удаление загрязняющих примесей из оборудования. 2 н. и 16 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ диспергирования загрязняющих примесей в потоке жидких углеводородов, причем способ включает стадии, на которых:
определяют природу загрязняющих примесей в потоке жидких углеводородов путем измерения величины потока жидкого углеводорода и оценки отношения водорода к углероду в потоке жидкого углеводорода на основании измеренного значения;
выбирают растворитель или смесь растворителей, пригодные для диспергирования загрязняющих примесей, на основе определения их природы, причем отношение водорода к углероду выбранного растворителя, или смеси растворителей, меньше, чем оцененное отношение водорода к углероду в потоке жидкого углеводорода; и
обеспечивают контактирование загрязняющих примесей с выбранными растворителем или смесью растворителей.

2. Способ по п.1, в котором стадия, на которой определяют природу загрязняющих примесей, включает по меньшей мере одну из стадий, на которых:
анализируют отложение, образовавшееся в результате обработки потока сырьевых углеводородов, для выявления по меньшей мере одного входного параметра для модели, используемой для выбора смеси; и
анализируют поток углеводородов для установления по меньшей мере одного входного параметра для термодинамической модели, применяемой для выбора смеси;
причем по меньшей мере один входной параметр включает по меньшей мере одно из:
средней молекулярной массы загрязняющей примеси;
плотности в градусах API;
измеренной степени осаждения загрязняющей примеси;
атомного отношения водорода к углероду в загрязняющей примеси;
концентрации загрязняющей примеси в потоке углеводородов;
концентрации осадочного материала в сырьевом потоке;
где значение в испытании горячим фильтрованием по Shell используют для прогнозирования максимального содержания загрязняющих примесей.

3. Способ по п.2, дополнительно включающий стадии, на которых:
оценивают по меньшей мере одно свойство загрязняющей примеси на основе определения ее природы;
причем по меньшей мере одно свойство включает по меньшей мере одно из:
средней молекулярной массы загрязняющей примеси;
молекулярно-массового распределения в загрязняющей примеси;
параметра растворимости загрязняющей примеси;
рассчитанной степени осаждения загрязняющей примеси;
ароматичности загрязняющей примеси;
олефиновой ненасыщенности загрязняющей примеси.

4. Способ по п.3, в котором стадия, на которой проводят выбор, включает по меньшей мере одну из стадий, на которых:
определяют термодинамическую характеристику загрязняющей примеси на основе по меньшей мере одного параметра по меньшей мере из одной входной характеристики, по меньшей мере одной оценочной характеристики и условия процесса;
определяют желательную термодинамическую характеристику смеси растворителей на основе определенной термодинамической характеристики;
рассчитывают термодинамическую характеристику одного или более растворителей на основе по меньшей мере одного параметра по меньшей мере из одной или более определенных входных характеристик и одной или более оценочных характеристик;
в итерационном режиме определяют растворитель или смесь растворителей, имеющие желательную термодинамическую характеристику.

5. Способ по п.1, в котором смесь растворителей включает по меньшей мере одно из алифатического растворителя, ароматического растворителя, дизельного топлива, среднего рециклового газойля (MCO), легкого рециклового газойля (LCO), разжижителя, деасфальтированного масла (DAO) и тяжелого рециклового газойля (HCO).

6. Способ по п.5, в котором смесь растворителей включает по меньшей мере два из алифатического растворителя, ароматического растворителя, дизельного топлива, среднего рециклового газойля (MCO), легкого рециклового газойля (LCO), разжижителя, деасфальтированного масла (DAO) и тяжелого рециклового газойля (HCO), причем выбранные компоненты смеси пригодны для диспергирования загрязняющих примесей.

7. Способ по п.6, в котором смесь растворителей включает бициклические ароматические соединения с отношением водорода к углероду, более низким, чем отношение водорода к углероду в загрязняющей примеси.

8. Способ по п.6, в котором смесь растворителей включает бициклические ароматические соединения с отношением водорода к углероду, более низким, чем отношение водорода к углероду в потоке углеводородов.

9. Способ по п.6, в котором смесь растворителей включает одно или более из бициклических ароматических соединений, трициклических ароматических соединений и их комбинаций.

10. Способ по п.1, в котором стадия, на которой обеспечивают контактирование, включает по меньшей мере одну из стадий, в которых:
смешивают два или более растворителей с образованием выбранной смеси;
подают выбранную смесь через оборудование, содержащее отложение, образованное загрязняющей примесью, тем самым диспергируя по меньшей мере часть загрязняющей примеси в выбранной смеси и сокращая размер отложения; и
смешивают выбранную смесь с потоком углеводородов, тем самым сокращая скорость формирования отложения при обработке потока углеводородов.

11. Способ по п.10, дополнительно включающий по меньшей мере одну из стадий, на которых:
выделяют выбранную смесь по меньшей мере из одного из потока углеводородов и загрязняющей примеси, из полученной смеси, которая образовалась в результате контактирования; и
повторно используют по меньшей мере часть выбранной смеси для выполнения контактирования.

12. Способ воздействия на состояние загрязняющих примесей в потоке жидких углеводородов, включающий стадии, на которых:
a) подают поток жидких углеводородов в процесс переработки;
b) определяют природу загрязняющих примесей в потоке жидких углеводородов путем измерения величины потока жидкого углеводорода и оценки отношения водорода к углероду в потоке жидкого углеводорода на основании измеренного значения;
c) устанавливают входные параметры и входные компоненты для термодинамической модели, причем результаты моделирования используют для выбора растворителя, или смеси растворителей, пригодной для воздействия на загрязняющие примеси желательным путем, на основе определения их природы, где отношение водорода к углероду в выбранной смеси растворителей меньше, чем оцененное отношение водорода к углероду в потоке жидкого углеводорода;
d) обеспечивают контактирование загрязняющих примесей с выбранной смесью.

13. Способ по п.12, в котором отношение водорода к углероду в выбранной смеси варьирует в диапазоне от около 1:1 до около 2:1.

14. Способ по п.13, в котором отношение водорода к углероду в выбранной смеси является меньшим, чем отношение водорода к углероду в загрязняющей примеси.

15. Способ по п.13, в котором отношение водорода к углероду в выбранной смеси является меньшим, чем отношение водорода к углероду в потоке углеводородов.

16. Способ по п.12, в котором контактирование происходит в процессе переработки, включающем по меньшей мере одно из секции бензиновых фракций, системы гашения водой, секции извлечения продукта, установки для получения этилена, процесса гидрокрекинга, процесса гидрообработки, процесса каталитического модифицирования остатков, реактора для гидрообработки, установки для дробной перегонки, колонны для перегонки при атмосферном давлении, колонны для перегонки в вакууме, реакторной серии, теплообменника, связанных с ними трубопроводов и их комбинаций.

17. Способ по п.16, в котором контактированием уменьшают отложение загрязняющей примеси во время действия процесса переработки.

18. Способ по п.16, в котором контактированием удаляют по меньшей мере часть осажденной загрязняющей примеси по меньшей мере из одного из оборудования и трубопроводов в процессе переработки.