从石油中除去金属的方法技术

本发明专利技术提供了从用于发电工艺的石油原料中除去金属杂质的方法。该方法包括以下步骤：在混合装置中将加热的原料与加热的水流混合以产生混合流；在不存在外部提供的氢气和外部提供的氧化剂的情况下，将混合流引入超临界水反应器中，以产生包含精炼石油部分的反应器流出物；冷却反应器流出物以产生冷却流；将冷却流供给至被构造为分离淤浆馏分的滤除器中，以产生脱淤浆流；降低脱淤浆流的压力以产生减压产物；分离减压产物以产生气相产物和液体产物；分离液体产物以产生石油产物，该石油产物具有降低的沥青质含量、降低的金属杂质浓度和减少的硫。

Method of removing metal from oil

【技术实现步骤摘要】
从石油中除去金属的方法本专利申请是申请号为2016800605162、申请日为2016年10月12日、专利技术名称为“从石油中除去金属的方法”的专利申请的分案申请。
本专利技术涉及从石油基烃流中除去金属的方法。
技术介绍
基于在某些溶剂中的溶解性，可将诸如原油之类的石油基烃分离成四个馏分：饱和烃、芳香烃、树脂，以及沥青质。沥青质被定义为不溶于正烷烃，尤其是不溶于正庚烷的馏分。其他溶于正烷烃的馏分被称为软沥青(maltene)。石油基烃中存在许多杂质，包括(例如)金属、硫、氢、碳、以及包含这些杂质的组分。金属主要集中在树脂和沥青质馏分中；其余的馏分可包含少量金属。钒、镍和铁是原油中最常见的金属。通常，沥青质馏分中的钒浓度比树脂馏分中的钒浓度高。石油基烃中发现的金属可能会在精炼和其他下游工艺(如石油化工生产工艺)中引起严重的问题。例如，对于诸如汽油和柴油之类的精炼产品，金属化合物会使通常用于增强原油加工以满足精炼产品规格的精炼催化剂中毒。烃基液体燃料中的金属化合物(尤其是钒)可能会在烃燃烧工艺(例如，在发电工艺中使用的那些)中引起腐蚀问题。在采用燃气轮机的烃燃烧工艺中，液体燃料中的钒化合物到燃气轮机中可能形成氧化钒，其会对燃气轮机的金属部件造成严重的腐蚀。当前解决含烃石油流中存在金属的方法包括使用注入有含烃的石油流的添加剂和处理步骤以在发电工艺中使用该料流之前除去金属。在一个应用中，注入添加剂从而在燃烧室中捕集钒化合物。添加剂抑制了钒化合物的腐蚀作用。虽然添加剂在一定程度上是有效的，但其并不能除去金属化合物，因此不能完全抑制由于金属的存在而引起的腐蚀。在常规处理单元中，将金属化合物从原油本身中除去或从其衍生物(例如炼油厂料流，如渣油流)中除去。在常规加氢处理系统中，通过加氢处理装置来实现金属化合物的除去，其中在该加氢处理装置中，在催化剂的存在下供给氢气。金属化合物通过与氢气反应而分解，而后沉积在催化剂上。在大部分实践中，经过一段时间的运行后，可处理废催化剂。涉及催化剂的常规加氢处理系统的缺点之一是几乎不可能将带有诸如钒和镍之类的沉积金属的废催化剂再生。虽然常规加氢处理能够从烃流中除去大量的金属，但该过程消耗了大量的氢气和催化剂。短的催化剂寿命和巨大的氢气消耗对于与运行加氢处理系统相关的成本造成了显著影响。建造加氢处理装置所需的巨大资本支出加上运行成本使得发电厂难以采用如液体燃料的预处理单元这样复杂的工艺。可用于从石油基烃中除去金属的另一工艺是溶剂提取工艺。一种这样的溶剂提取工艺是溶剂脱沥青(SDA)工艺。SDA工艺可除去重质渣油中的全部或部分沥青质，从而产生脱沥青油(DAO)。通过除去沥青质，DAO的金属含量比进料重质渣油的金属含量低。金属的高度去除是以液体产率为代价的。例如，能够在SDA工艺中将来自原油的常压渣油的金属含量从百万分之129重量份(重量ppm)降低至3重量ppm；然而，脱金属流的液体产率仅为约75体积百分数(体积％)可以将金属浓缩到石油产物的某些部分，这些部分的碳氢比高于其他部分。例如，焦炭或焦炭类部分通常含有高浓度的金属。具体而言，当在焦化条件下(通常在高温下)用超临界水处理重质油时，钒可浓缩于焦炭中。虽然形成焦炭有利于从液相油产物中除去金属，但焦炭会引起以下问题：工艺线被焦炭堵塞；液体产率随着焦炭量的增加而降低。超临界水具有独特的性质，这使其适合作为加工石油的反应介质，以用于某些反应目的，如提质和脱金属。超临界水是高于水的临界温度和高于水的临界压力的水。水的临界温度为373.946摄氏度(℃)。水的临界压力为22.06兆帕斯卡(MPa)。即使没有外部提供的氢气，超临界水作为稀释剂也能够防止焦炭形成。超临界水介导的石油工艺的基本反应机理与自由基反应机理相同。热能通过化学键断裂而产生自由基。然后超临界水产生“笼蔽效应”，借此自由基被超临界水包围，因而不易相互反应。与诸如延迟焦化器之类的常规热裂解工艺相比，笼蔽效应使超临界水工艺具有减少的焦炭形成。“焦炭”通常被定义为存在于石油中的不溶于甲苯的物质。已知存在于树脂和沥青质馏分中的大部分金属以卟啉型化合物存在，其中金属通过配位共价键与氮键合。其他形式的金属化合物尚未得到充分确认，但至少有一些金属化合物是以螯合型化合物存在的。期望这样的方法：该方法能够在实现高的液体产率的同时从石油基烃中除去金属。期望这样的方法：该方法在减少焦炭形成、使气相产物的生成最小化、以及提高液体产率的同时除去金属。
技术实现思路
本专利技术涉及从烃基石油中除去金属的设备和方法。更具体而言，本专利技术涉及将烃中的金属化合物转化为某些可从液相烃产物中除去的金属化合物的设备和方法。在本专利技术的第一方面中，提供了从用于发电工艺的石油原料中除去金属杂质的方法。该方法包括以下步骤：在混合装置中将加热的原料与加热的水流混合以产生混合流，加热的原料包含金属杂质，其中将加热的原料加热至150℃的原料温度和高于水的临界压力的原料压力，其中将加热的水流加热至高于水的临界温度的水温和高于水的临界压力的水压，其中混合流包含沥青质和树脂部分、烃部分、以及超临界水部分，在不存在外部提供的氢气和外部提供的氧化剂的情况下，将混合流引入超临界水反应器中，以产生反应器流出物，反应器流出物包含精炼石油部分和一定量的固体焦炭，其中脱金属化反应能够将金属杂质转化为转化金属，其中一组转化反应能够在超临界水部分的存在下使烃部分精炼，以产生精炼石油部分，在冷却装置中冷却反应器流出物以产生冷却流，将冷却流供给至滤除器中，该滤除器被构造为从冷却流中分离淤浆馏分，以产生脱淤浆流，滤除器具有滤除器温度，淤浆馏分包含沥青质和树脂部分以及转化金属，在减压装置中降低脱淤浆流的压力以产生减压产物，在气液分离器中分离减压产物以产生气相产物和液体产物，在油水分离器中分离液体产物以产生石油产物和水产物，石油产物具有液体产率，与石油原料相比，石油产物具有降低的沥青质含量、降低的金属杂质浓度和减少的硫。在本专利技术的某些方面中，石油原料为石油基烃，其选自由下列组成的组：全程原油、拔头原油、燃料油、炼油厂料流、来自炼油厂料流的残渣、来自原油炼油厂的裂化产物流、常压渣油流、减压渣油流、煤衍生的烃、液化煤、沥青、生物质衍生的烃、以及来自其他石化工艺的烃流。在本专利技术的某些方面中，金属杂质选自由下列组成的组：钒、镍、铁及其组合物。在本专利技术的某些方面中，金属杂质包含金属卟啉。在本专利技术的某些方面中，一组转化反应选自由下列组成的组：提质、脱硫、脱氮、脱氧、裂化、异构化、烷基化、缩合、二聚、水解、水合、及其组合。在本专利技术的某些方面中，滤除器包括滤除器吸附剂。在本专利技术的某些方面中，滤除器包括滤除器溶剂。在本专利技术的某些方面中，滤除器选自由下列组成的组：旋流式容器、管式容器、CSTR、以及离心机。在本专利技术的某些方面中，反应器流出物中的固体焦炭的量小于石油原料的1.5重量百分数(重量％)。在本专利技术的某些方面中，以重量计，石油产物中的金属杂质的浓度低于2ppm。在本专利技术的某些方面中，石油产物的液体产率高于96百分数(％)。...

【技术保护点】
1.一种从用于发电工艺的石油原料中除去金属杂质的系统，该系统包括：/n混合装置，所述混合装置被构造为由加热的原料和加热的水流产生混合流，所述加热的原料包含所述金属杂质，其中所述混合流包含沥青质和树脂部分、烃部分、以及超临界水部分，其中所述混合流的温度低于400摄氏度；/n超临界水反应器，该超临界水反应器与混合装置流体连接，在不存在外部提供的氢气和外部提供的氧化剂的情况下，该超临界水反应器被构造为产生反应器流出物，该反应器流出物包含精炼石油部分、转化金属和一定量的固体焦炭，其中在所述超临界水反应器中发生脱金属化反应和一组转化反应，其中所述脱金属化反应能够将所述金属杂质转化为转化金属，其中所述的一组转化反应能够在所述超临界水部分的存在下使所述烃部分精炼，以产生所述精炼石油部分；/n冷却装置，该冷却装置流体连接至超临界水反应器，该冷却装置构造为冷却反应器流出物以产生冷却的物流，其中该冷却的物流处于低于水的临界温度的温度；/n滤除器分离器工艺容器，该滤除器分离器工艺容器流体连接至冷却装置，该滤除器分离器工艺容器被构造为从所述冷却流中分离淤浆馏分，以产生脱淤浆流，所述滤除器分离器工艺容器具有滤除器温度，该滤除器温度在200℃至350℃之间，所述淤浆馏分包含所述沥青质和树脂部分以及所述转化金属；/n减压装置，该减压装置流体连接至滤除器分离器工艺容器，该减压装置被构造成降低该脱淤浆流的压力以产生减压产物；/n气液分离器，该气液分离器流体连接至该减压装置，该减压装置构造成将减压产物分离以产生气相产物和液体产物；/n油水分离器，所述油水分离器流体连接到所述气液分离器，所述油水分离器被构造为分离液体产物以产生石油产物和水产物，所述石油产物具有液体产率，与所述石油原料相比，所述石油产物具有降低的沥青质含量、降低的金属杂质浓度和减少的硫。/n...

【技术特征摘要】
20151016 US 14/885,3151.一种从用于发电工艺的石油原料中除去金属杂质的系统，该系统包括：
混合装置，所述混合装置被构造为由加热的原料和加热的水流产生混合流，所述加热的原料包含所述金属杂质，其中所述混合流包含沥青质和树脂部分、烃部分、以及超临界水部分，其中所述混合流的温度低于400摄氏度；
超临界水反应器，该超临界水反应器与混合装置流体连接，在不存在外部提供的氢气和外部提供的氧化剂的情况下，该超临界水反应器被构造为产生反应器流出物，该反应器流出物包含精炼石油部分、转化金属和一定量的固体焦炭，其中在所述超临界水反应器中发生脱金属化反应和一组转化反应，其中所述脱金属化反应能够将所述金属杂质转化为转化金属，其中所述的一组转化反应能够在所述超临界水部分的存在下使所述烃部分精炼，以产生所述精炼石油部分；
冷却装置，该冷却装置流体连接至超临界水反应器，该冷却装置构造为冷却反应器流出物以产生冷却的物流，其中该冷却的物流处于低于水的临界温度的温度；
滤除器分离器工艺容器，该滤除器分离器工艺容器流体连接至冷却装置，该滤除器分离器工艺容器被构造为从所述冷却流中分离淤浆馏分，以产生脱淤浆流，所述滤除器分离器工艺容器具有滤除器温度，该滤除器温度在200℃至350℃之间，所述淤浆馏分包含所述沥青质和树脂部分以及所述转化金属；
减压装置，该减压装置流体连接至滤除器分离器工艺容器，该减压装置被构造成降低该脱淤浆流的压力以产生减压产物；
气液分离器，该气液分离器流体连接至该减压装置，该减压装置构造成将减压产物分离以产生气相产物和液体产物；
油水分离器，所述油水分离器流体连接到所述气液分离器，所述油水分离器被构造为分离液体产物以产生石油产物和水产物，所述石油产物具有液体产率，与所述石油原料相比，所述石油产物具有降低的沥青质含量、降低的金属杂质浓度和减少的硫。


2.根据权利要求1所述的系统，其中所述石油原料为石油基烃，其选自由下列组成的组：全程原油、拔头原油、燃料油、炼油厂料流、来自炼油厂料流的残渣、来自原油炼油厂的裂化产物流、常压渣油流、减压渣油流、煤衍生的烃、液化煤、沥青、生物质衍生的烃、以及来自其他石化工艺的烃流。


3.根据权利要求1所述的系统，其中所述金属杂质选自由下列组成的组：钒、镍、铁及其组合。


4.根据权利要求1所述的系统，其中所述金属杂质包含金属卟啉。


5.根据权利要求1所述的系统，其中所述一组转化反应选自由下列组成的组：提质、脱硫、脱氮、脱氧、裂化、异构化、烷基化、缩合、二聚、水解、水合、及其组合。


6.根据权利要求1所述的系统，其中所述滤除器分离器工艺容器包括滤除器吸附剂。


7.根据权利要求1所述的系统，其中所述滤除器分离器工艺容器包括滤除器溶剂。


8.根据权利要求1所述的系统，其中所述滤除器分离器工艺容器选自由下列组成的组：旋流式容器、管式容器、CSTR、以及离心机。


9.根据权利要求1所述的系统，其中所述反应器流出物中的固...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔基玄，伊马德·N·莎菲，阿肖克·K·普尼特哈，JH·李，穆罕默德·A·阿勒阿卜杜拉，
申请(专利权)人：沙特阿拉伯石油公司，
类型：发明
国别省市：沙特阿拉伯;SA