原油馏分、化石燃料及其产品的处理制造技术

在原油馏分化石燃料和有机液体中，通常希望的是降低含硫和含氮组分的含量，本方法通过应用热、氧化剂以及优选的声能来降低这些化合物的含量。本发明专利技术可以以连续或间歇方式实施，并且可以进一步包括任选的离心或加氢脱硫步骤。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】原油馏分、化石燃料及其产品的处理
本专利技术涉及处理原油馏分及由其衍生和获得的多种类型产品的化学方法领域。特别地，本专利技术涉及作为开环反应的重整过程和双健饱和，以提高化石燃料的质量，将有机产品转化成性能提高且用途更广的形式。本专利技术还涉及从石油及石油基燃料中脱除含硫化合物、含氮化合物及其它不希望的组分。
技术介绍
化石燃料是世界上最大和应用最广的能源，其具有高效性、高性能和价格相对低廉。化石燃料有很多不同的类型，包括石油馏分、煤、焦油砂和页岩油，其用途包括消费者自用如汽车发动机和家庭采暖、以及商业应用如锅炉、炉子、熔炼装置和发电厂。化石燃料及其它原油馏分和衍生于天然资源的产品中含有大量的烃，这些烃在分子量、沸点和熔点、反应性及处理难易性方面大不相同。开发了很多工业过程来通过脱除、稀释或将较重组分或易于聚合或凝固的组分，特别是烯烃、芳烃及稠环化合物如萘、茚满和茚、蒽、菲，来改进这些材料。转化这些化合物的常用方法是通过双键加氢实现饱和。具体对于化石燃料来说，脱除硫化物日益受到关注。硫化物中的硫导致管道、泵和精炼设备腐蚀，使精炼及燃烧化石燃料时使用的催化剂中毒，还会过早破坏燃烧发动机。硫使用于以柴油为动力的机车及公共汽车的控制氮氧化物NOx排放的催化转化器中毒。硫也会通过降低烟尘捕集器的作用导致卡车和公共汽车的颗粒(烟灰)排放物增加。含硫燃料的燃烧产生二氧化硫，二氧化硫作为酸雨进入大气，会损害农作物和野生生物，并对人类健康有害。1964年清洁空气法案及其修正案中规定了硫的排放标准，这一标-->准很难达到，且达到的成本很昂贵。按照该法案，美国环保机构制定柴油燃料硫含量的上限为15ppmw，将在2006年年中生效。与2000年生效规定的500ppmw相比，该标准明显降低。对于重配汽油来说，2000年的标准300ppmw已经下降到2004年1月1日生效的30ppmw。2005年，欧盟制定了类似的变化，即汽油和柴油燃料的硫含量强制限制为50ppmw。对燃料进行处理以使硫排放量降到足够低以满足这些要求，是很困难且费用昂贵的，由此导致的燃料价格上涨将会给世界经济带来重大影响。在现有技术中，化石燃料脱硫的主要方法为加氢脱硫，即在催化剂存在下在高温和高压下化石燃料和氢气之间进行反应。这使有机硫被还原成气体H2S，而该H2S然后按照Claus过程被氧化成元素硫。但仍有相当量的未反应H2S，这会带来健康危害。加氢脱硫的进一步局限性是其并非对脱除所有含硫化合物均同样有效。例如硫醇、硫醚及二硫化物很容易通过一定的过程被分解并脱除，而芳族硫化合物、环状硫化合物及稠合多环硫化合物则不易对此过程起反应。噻吩、苯并噻吩、二苯并噻吩、其它稠合环噻吩及这些化合物的取代产物则很难加氢脱硫，但这些化合物占中东原油总硫含量多达40％，占西德克萨斯州原油总硫含量的70％。由于加氢脱硫过程的缺陷，出现了一些新的方法，其中最突出的是氧化脱硫，这一方法旨在高效脱硫。从本质上说，该方法通常包括使用氧化剂，如氢过氧化物或过酸，将可能存在的硫氧化，因此使硫化合物转化成砜。为了促进该氧化反应，可以应用超声波，如下列文献中所教导的，即Yen等的美国专利US 6402939，题为“利用超声波的化石燃料氧化脱硫”；还有美国的Gunnerman的US 6500219，题为“利用超声波的化石燃料氧化脱硫的连续方法及其产品”，这些专利的教导在此明确引用作为参考。有利地，氧化脱硫可以在温和的温度和压力下进行，并且通常不需要氢。更有利的是氧化脱硫需要少得多的投资费用。在这方面，氧化脱硫可被选择性用于处理精炼石油的单个馏分如柴油，并且容易作-->为精制过程整合到现有的炼厂装置中。可能最有利的是该氧化脱硫可以基本脱除在确定量的原油中存在的全部硫物质，从而可以达到超低的硫含量，特别是满足各种法规制定的较低的硫含量标准。尽管有这些优点，但目前氧化脱硫在大规模炼油操作中还不能有效应用，因为目前应用的氧化脱硫技术只是将所存在的硫物质部分氧化成亚砜，而不是砜。在这一方面，现有的氧化脱硫技术太有限了，不能达到大规模基础上实施所必须的充分氧化。另外，硫只是部分被氧化(即变成亚砜)，而通常最终脱除硫物质是通过溶剂萃取或吸收来实现的，而这类过程是假定砜存在而基于砜的的极性差别来进行的，因此，这些过程不利于基于亚砜较低的极性程度(与砜相比)将其脱除。因此，在实际实施氧化脱硫技术之前，必须进行实质的改进。除含硫化合物之外，含氮化合物也应该从化石燃料中脱除，因为这些化合物会使炼油厂中所应用的加氢裂化催化剂的酸性组分中毒。通过加氢脱氮脱除含氮化合物，该过程是在金属硫化物催化剂存在下进行的加氢处理。加氢脱硫和加氢脱氮均需要昂贵的催化剂及高温(通常为400-850，等于204-254℃)和高压(通常为50-3500psi)。这些过程还需要氢源或现场制氢装置，这又带来高的投资费用和操作成本。在这两个过程中，还存在氢从反应器中泄漏的危险。因此，本领域中明显需要能够有效操作从精制化石燃料中脱除硫的系统和方法，该系统和方法基本可以有效脱除化石燃料中存在的几乎全部的硫物质，并且是极其成本有效的，并且容易整合到传统炼油过程中。同样，本领域中需要一种有效脱除含氮化合物的方法，该方法也是成本有效的，并且可以基本有效脱除所述化石燃料中存在的几乎全部氮物质。另外，仍然要求这种过程能够提高所处理的精炼化石燃料的质量，并且能够用于大规模或小规模的炼制操作中。
技术实现思路
现在已经发现，化石燃料、原油馏分及衍生自这些来源的多种组分可以经历多种有利的转化，并且通过多种方式利用一种方法来提高质量，这种方法在反应介质中向该原料应用热和氧化剂，并且优选与-->声能一起应用。化石燃料原油馏分优选与水相组合形成乳液，以利于反应进行，达到所希望的化石燃料纯化和质量改进。不需要氢气，但可被利用作为常规加氢处理过程的一部分，以利于脱除污染物，特别是硫和氮。在本专利技术的一些实施方案中，在氢过氧化物存在下利用声能进行处理。在其它一些实施方案中，使用过度金属催化剂。与本专利技术一些实施方案相关的一个惊人发现是，在一些应用中，利用本专利技术所达到的转化可以在反应混合物中不含氢过氧化物的条件下达到。在本专利技术所实现的转化中，包括脱除有机硫化合物、脱除有机氮化合物、使双键和芳环饱和、以及使稠合环状结构开环。本专利技术还涉及将芳烃转化为环烷烃以及打开稠合环状结构的一个或多个环的方法，例如将萘转化成单环芳烃，将蒽转化为萘，将稠合杂环如苯并噻吩、二苯并噻吩、苯并呋喃、喹啉、吲哚等转化为取代苯，将苊烷(acenaphthalene)和二氢苊转化为茚满和茚，将单环芳烃转化为无环结构。另外，本专利技术还涉及将链烯烃转换为链烷烃的方法，还涉及打开碳-碳键、碳-硫键、碳-金属键及碳-氮键的方法。除前述内容以外，由于按本专利技术处理的结果，化石燃料和原油馏分的API重度升高(即密度降低)。这样，按本专利技术方法处理的化石燃料及其馏分可以很容易地通过常规离心过程分成多层，从而产生轻的低硫层，并与较重的高硫层分离。在这一方面，由于与其它化合物相比本专利技术方法利于硫的氧化，使这些氧化的硫化物即砜沉淀，因此保留在分离出的较重原油层中。替代地，在本专利技术的方法中如果硫化合物未被氧化和/或未使用氧化剂，则即使在离心力作本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种处理原油馏分以降低其中含硫化合物和含氮化合物含量的方法，所述方法包括如下步骤：（ａ）使氢过氧化物与所述原油馏分混合以形成第一混合物，及加热所述混合物，所述混合物被充分加热以使所述原油馏分中存在的大部分含硫化合物和大部分含氮化合物氧化；和（ｂ）从所述原油馏分中分离在步骤（ａ）中产生的氧化的含硫化合物及分离在步骤（ａ）中产生的氧化的含氮化合物。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2003-8-20 10/644,2551.一种处理原油馏分以降低其中含硫化合物和含氮化合物含量的方法，所述方法包括如下步骤：(a)使氢过氧化物与所述原油馏分混合以形成第一混合物，及加热所述混合物，所述混合物被充分加热以使所述原油馏分中存在的大部分含硫化合物和大部分含氮化合物氧化；和(b)从所述原油馏分中分离在步骤(a)中产生的氧化的含硫化合物及分离在步骤(a)中产生的氧化的含氮化合物。2.权利要求1的方法，其中在步骤(b)中通过加氢脱硫分离所述氧化的含硫化合物和氧化的含氮化合物。3.权利要求1的方法，其中在步骤(b)中通过离心分离所述氧化的含硫化合物。4.权利要求1的方法，其中步骤(a)进一步包括将所述混合物暴露于声能。5.权利要求3的方法，其中应用离心分离所述氧化的硫化合物产生至少一个具有第一硫含量和第一密度的第一层和至少一个具有第二硫含量和第二密度的第二层，所述第一硫含量低于所述第二硫含量，并且所述第一密度低于所述第二密度。6.权利要求1的方法，其中所述原油馏分为沸点在柴油范围内的馏分。7.权利要求4的方法，其中所述原油馏分选自流化催化裂化(FCC)循环油馏分、焦化器精馏馏分、直馏柴油馏分以及它们的混合物。8.权利要求1的方法，其中所述原油馏分是沸点在粗柴油范围内的馏...

【专利技术属性】
技术研发人员：马克卡伦，
申请(专利权)人：马克卡伦，
类型：发明
国别省市：US[美国]