Способ очистки тяжелой сырой нефти

СПОСОБ ОЧИСТКИ ТЯЖЕЛОЙ СЫРОЙ НЕФТИ Согласно настоящему изобретению предусматривается способ очистки тяжелой сырой нефти ТСН) (НСО, который содержит стадии объединения указанной ТСН с алкансодержащим растворителем, с образованием смеси ТСН/растворитель, озвучивания смеси при акустической частоте с высаждением асфальтенов из смеси ТСН/растворитель и отделения высажденных асфальтенов из смеси ТСН/растворитель. Область техники, к которой относится изобретение Настоящее изобретение относится к способу деасфальтизации нефтепродуктов, содержащих асфальтены (таких как тяжелая сырая нефть ТСН) (НСО, битум и остатки нефтеочистки), с использованием растворителей и акустической звуковой энергии, дающему обогащенную синтетическую сырую нефть более высокого значения, которая может быть дополнительно обогащена химическими или биологическими/химическими способами. Предпосылки создания изобретения Хорошо известно, что деасфальтизация с использованием растворителя может быть использована для обогащения тяжелой сырой нефти ТСН) (НСО, включая битум, до синтетической сырой нефти ССН) (SCO путем улучшения ее химических и физических свойств, таких как увеличенная АИН-(API) плотность (плотность в градусах Американского института нефти),сниженная вязкость,сниженное содержание никеля,сниженное содержание ванадия,сниженное содержание серы. Плотность в градусах АИН выше 19 и вязкость ниже 350 сСт являются особенно желательными для целей транспортировки продукта по трубопроводу. Загрязнение никелем на нефтеочистительных заводах может происходить из двух источников: от коррозии нержавеющей стали (например, в результате присутствия хлорида водорода или нафтеновых кислот) или от никельсодержащих металлоорганических соединений (например, порфиринов) в асфальтеновой части битума. Никель, поглотитель водорода, вызывает обрастание катализатора путем коксообразования благодаря дегидрогенизации алканов до олефинов в установках каталитического крекинга. Поэтому ССН, содержащая меньше никеля, является более ценной. Загрязнение ванадием на нефтеочистительных заводах может происходить от ванадийсодержащих металлоорганических соединений (например, порфиринов) в асфальтеновой части битума. Ванадий разрушает катализаторы в установках каталитического крекинга при изменении их кристаллической структуры до некристаллических форм. Поэтому ССН, содержащая меньше ванадия, является более ценной. Патенты США 4941134 и 5005773, выданные Nyberg et al., описывают звуковой реактор для пропускания энергии в жидкие среды с использованием резонирующего стержня или зонда. Патент США 6357526 (Abdel-Halim and Subramanian) описывает отгонку легких фракций из ТСН с последующей деасфальтизацией с использованием растворителя остатка отгонки. Канадский патент 2549358 (Boakye) описывает способ химического и биологического обогащения тяжелой нефти, который включает в себя деасфальтизацию с использованием растворителя как главную стадию. Хотя способ достигает высокого качества выхода ТСН, стадия деасфальтизации является недопустимо дорогостоящей и поэтому коммерчески нежизнеспособной благодаря чрезмерным требованиям к растворителю, например, предпочтительное объемное соотношение растворитель:нефть 10:1 (см. с. 5,абзац [0016]) и к времени переработки в установке деасфальтизации, например, 2-3 ч (см. с. 2, абзац[0005]). Способ деасфальтизации имеет две цели: инициировать обогащение ТСН на среднее количество 4-5 АИН в качестве существующей технической оценки, а также удалить достаточное количество серы из ТСН с осажденной нерастворимой асфальтеновой фракцией. Деасфальтизация включает в себя растворение неасфальтенов и осаждение асфальтенов, т.е. молекул, нерастворимых в растворителе деасфальтизации. Патент США 3779902 (Mitchell and Speight) показывает в примере 1 относительную способность к деасфальтизации ряда неполярных алкановых растворителей на битуме атабаска при массовом соотношении растворитель:битум 1:1. Смеси растворитель-битум интенсивно встряхивают в течение 5-10 мин с 0,5 ч интервалами в течение приблизительно 8 ч. В конце 8-часового периода реакции фракции разделяют декантацией с последующей фильтрацией с легким разрежением раствора растворитель-битум. В следующей табл. 1 показана степень осаждения асфальтенов в мас.% для каждого из растворителей. Таблица 1 Деасфальтизация является высокой для нециклических алканов и улучшенной, т.к. молекулярная масса алкана была сниженной. Деасфальтизация является эффективной на базе низкого соотношения растворитель:битум, однако деасфальтизация является чрезвычайно медленной (т.е. 8 ч). Существующая деасфальтизация тяжелой сырой нефти и остатков нефтеочистки имеет следующие проблемы в отдельности или в комбинации: избыточные соотношения растворитель:тяжелая сырая нефть/остаток; избыточное время переработки. Краткое описание изобретения Настоящее изобретение представляет собой способ преобразования тяжелой сырой нефти (ТСН),такой как битум или остатки нефтеочистки, в высокосортную синтетическую сырую нефть (ССН) или продукт нефтеочистки путем отделения ССН от асфальтенов. Асфальтены определяются как часть ССН или остатка нефтеочистки, осажденная добавлением низкокипящего парафинового растворителя, такого как н-пентан. ССН может использоваться как таковая или дополнительно обогащенная химической и/или биологической обработкой (см., например, канадский патент 2549358). Согласно настоящему изобретению предусматривается способ очистки тяжелой сырой нефти(ТСН), который включает в себя стадии объединения ТСН с алкансодержащим неполярным растворителем с образованием смеси ТСН/растворитель, обработки звуком указанной смеси при акустической частоте с высаждением асфальтенов из смеси ТСН/растворитель и отделения высажденных асфальтенов из смеси ТСН/растворитель. Для удаления высажденных асфальтенов из смеси ТСН/растворитель предпочтительно используется вакуумная фильтрация. После удаления осажденных асфальтенов для удаления растворителя из смеси ТСН/растворитель может использоваться дистилляция с тем, чтобы получить синтетическую сырую нефть (ССН), деасфальтизированную и не содержащую растворитель. Алкансодержащий растворитель может включать в себя пентан, гексан или изооктан. Смесь деасфальтизированная ТСН/растворитель может предпочтительно использоваться как исходное сырье для химического и/или биологического способа обогащения нефти. Химический и/или биологический способ использует источники фермента и один или более окислителей в присутствии кислоты. Источником фермента может быть шелуха соевых бобов и фермент, пероксидаза. Кислотой может быть уксусная кислота. Окислителем может быть пероксид водорода, комбинированный с оксидом железа. Время деасфальтизации составляет предпочтительно 2 мин (120 с) или менее. Время деасфальтизации может быть 60 с. Массовое соотношение растворитель деасфальтизации:ТСН может составлять 3,5 или менее. Массовое соотношение растворитель деасфальтизации:ТСН может составлять 1,16 или менее. Массовое соотношение растворитель деасфальтизации:ТСН может составлять 0,91. Способ показывает улучшенную деасфальтизацию с использованием растворителя без избыточного смешения и разбавления благодаря намного более быстрой деасфальтизации при низких соотношениях растворитель:нефть, включая отделение асфальтенов от деасфальтизированной нефти (в противоположность известным способам). Более конкретно, указанная деасфальтизация достигается при подведении низкочастотной высокоамплитудной звуковой энергии к потоку способа ТСН-растворитель (называемом озвучиванием смеси ТСН-растворитель) с последующим отделением осажденных нерастворимых в растворителе (асфальтенов) путем фильтрации, центрифугирования, осаждения или другой подходящей технологии. Способ дает в результате ССН продукт, который отвечает требованиям транспортирования по трубопроводу в плане АИН-плотности и вязкости. Настоящее изобретение представляет собой способ упрощенной ускоренной деасфальтизации ТСН неполярными растворителями при низкочастотной акустической обработке при акустической частоте,которая значительно ниже ультразвукового интервала (ультразвуковой частотный интервал начинается при приблизительно 20000 Герц (Гц. Термин акустическая частота относится к интервалу от 16 до 20000 Гц, однако в предпочтительном варианте изобретения звуковое перемешивание имеет место в частотном интервале 30-5000 Гц или более предпочтительно в интервале 100-1000 Гц. Такие устройства озвучивания имеют два предпочтительных типа: зонды озвучивания находятся в прямом контакте с жидкостями; и жидкостьсодержащие сосуды, где озвучивание непрямо подводится к жидкостям через сосуд (например, компонент 44 из патента США 5005773). Устройства озвучивания могут быть любого типа, который может генерировать желаемую акустическую частоту,высокую амплитуду и достаточную плотность энергии в обрабатываемых жидкостях на промышленном уровне. Предпочтительные устройства озвучивания будут достигать высокую эффективность энергии при использовании сбалансированной динамической системы, работающей при ее естественной резонансной частоте, с озвучиванием жидкостьсодержащего сосуда (например, см. компонент 44 из па-2 021729 тентов США (Nyberg) 4941134 и 5005773, где такой сосуд установлен соосно с резонирующим элементом, но в отсутствие измельчающей среды). В частности, используются неполярные нециклические низкомолекулярные алкановые растворители и их родственные аналоги, такие как пропан, пентан, гексан, гептан и изооктан. Термины озвучивание и низкочастотное акустическое озвучивание относятся к способам, в которых материал подвергается низкочастотной акустической вибрации. Устройства для получения такой вибрации, озвучиватели, рассматриваются, например, в патентах США 4941134 и 5005773 (Nyberg etal.). В отличие от ультразвуковых устройств указанные низкочастотные звуковые реакторы являются допустимыми для крупномасштабной коммерческой практики (например, 20 кВт модули озвучивателей) и могут достигнуть деасфальтизации ТСН при низких дозах растворитель:ТСН (с ультранизким временем пребывания в озвучивателе, например, менее 120 с). Краткое описание чертежей Другие характеристики и преимущества будут видны из последующего подробного описания, приведенного путем примера, предпочтительного варианта, выполненного в сочетании с прилагающимися чертежами, на которых на фиг. 1 представлена технологическая схема способа деасфальтизации тяжелой нефти; на фиг. 2 представлена технологическая схема способа деасфальтизации тяжелой нефти; на фиг. 3 представлен SIMDIST график для обогащенной и сырой нефти, показывающий температуру точки кипения по отношению к процентному содержанию нефти, отогнанной при этой температуре для тяжелой нефти из Юго-Западного Техаса; на фиг. 4 представлен SIMDIST график для тяжелой нефти из Ллойдминстера; на фиг. 5 представлен SIMDIST график для тяжелой нефти из Албании; на фиг. 6 представлен SIMDIST график для остатка американского нефтеочистительного завода. Подробное описание изобретения Способ состоит из следующих ключевых операций. Интенсивное перемешивание смеси с использованием озвучивания звуковой энергией акустической частоты с получением в результате эффективного отделения асфальтенов от смеси ТСН/растворитель. Такие устройства озвучивания имеют два предпочтительных типа: зонды озвучивания в прямом контакте с жидкостями и озвучивание жидкостьсодержащих сосудов. Отделение ТСН от твердых асфальтенов путем физического отделения, например декантации,фильтрации, центрифугирования и т.д. Необязательное биологическое и/или химическое окисление смеси ТСН/растворитель с отогнанными асфальтенами с созданием смеси ССН/растворитель. Удаление растворителя из смеси ТСН/растворитель с отогнанными асфальтенами с созданием ССН,не содержащей растворитель. Рециклирование растворителя для дальнейшей переработки сырой ТСН. Реактор устройства озвучивания обычно включает в себя преобразование электрической энергии посредством последовательно активированных магнитов с получением энергии колебания. В качестве примера одно устройство озвучивания использует электромагнитную приводящую систему для резонанса трехтонного сплошного стального стержня. Энергия колебания от стержня передается для передачи к жидкостьсодержащим звуковым реакционным камерам (сосудам, содержащим смесь ТСН/растворитель), в результате чего жидкие материалы могут быть поданы насосом и подвергнуты интенсивному акустическому частотному перемешиванию (озвучиванию). Интенсивное озвучивание используется в современном способе для улучшения экстракции растворителем неасфальтеновой фракции из ТСН путем улучшенного массопереноса как результат озвучивания и вторичных эффектов, таких как кавитация. Звуковые реакторы являются крупными (выше стендового и лабораторного масштаба) реакторами низкочастотного озвучивания, которые имеют достаточную производительность для промышленных применений. Звуковые реакторы легко транспортируются и не требуют крепления сразу на месте. Испытание на теплогенерирование показывает подвод удельной энергии для 20-50 кВт звукового реактора в интервале до 90 кВт/м 3 объема реактора (450 л.с./1000 галлон США) (335 кВт/3800 дм 3). Указанный интервал подвода мощности является по меньшей мере на один-два порядка по величине (в 10100 раз) больше, чем достигается энергоинтенсивными промышленными смесительными системами,такими как флотационные камеры или стандартные перемешивающие системы. Энергетические и жидкостные динамические условия и интенсивность энергии, получаемые устройствами озвучивания и, в частности, звуковыми реакторами, являются предпочтительными для операций химического способа. Озвучивание улучшает реакции способа тем, что вызывает интенсивное перемешивание и другие жидкостные динамические эффекты, так что озвучивание улучшает селективность или эффективность желаемой химической или физической реакции. Следующие неограничивающие примеры показывают эффективность настоящего изобретения. Пример 1 Обогащение нефти из техасского источника нефти Нефть происходит из месторождения тяжелой нефти, расположенного в Юго-Западном Техасе. 50 г ТСН из Юго-Западного Техаса смешивают с 175 г изооктанового растворителя (всего 225 г) для звуковой деасфальтизации в 1,7-л реакционной камере из нержавеющей стали с отражательными перегородками. Деасфальтизация осуществляется при мощности 25 кВт, подводимой непрерывно в течение 120 с в пакетном режиме в 1,7-л звуковой реакционной камере. Затем деасфальтизированный материал отделяют прямой вакуумной фильтрацией. Необязательно последовательно деасфальтизированную нефть окисляют по существующей технологии, описанной в канадском патенте 2549358 (Boakye), с использованием уксусной кислоты, пероксида водорода, источника фермента пероксидазы (т.е. шелухи соевых бобов) и оксида железа. Реакция окисления гасится путем адсорбции образованных полярных соединений и соединений серы при прохождении продукта реакции (деасфальтизированная нефть)/растворитель/реагент через смесь природной глины и активированного угля, которая удаляет избыточные и неизрасходованные реагенты окисления. Растворитель регенерируют атмосферной перегонкой при температурах, достаточных для выпаривания растворителя. Может быть использована любая подходящая система регенерации растворителя, и специалисты в данной области техники могут выбрать оборудование из соображений регенерации и стоимости. Таблица 2. Образец остатка нефти (прогон 081018 Е-1),приведенный к 1 баррель (160 дм 3) нефти НТК - начальная температура кипения (С) Что касается фиг. 3, SIMDIST показывает моделированную дистилляцию путем газовой хроматографии обогащенной и сырой нефти из Юго-Западного Техаса. Верхняя кривая соответствует сырой нефти, а нижняя кривая - обогащенной нефти. То же самое относится к фиг. 4-6. Если произвольно выбрать значение 20 на оси х, тогда 20% обогащенной нефти дистиллируется при 260 С, тогда как 20% сырой нефти дистиллируется при 310 С. Значение нефти имеет тенденцию к увеличению, когда точка кипения ее компонентов снижается. Пример 2 Обогащение нефти из канадского источника нефти Проводят испытания нефти из месторождения тяжелой нефти, расположенного вблизи Ллойдминстера, Альберта, Канада. 50 г ТСН из Ллойдминстера смешивают с 175 г изооктанового растворителя (всего 225 г) для звуковой деасфальтизации в 1,7-л реакционной камере из нержавеющей стали с отражательными перегородками. Деасфальтизация осуществляется при мощности 25 кВт, подводимой непрерывно в течение 120 с в пакетном режиме. После того как деасфальтизированный материал отделяют прямой вакуумной фильтрацией, последовательно деасфальтизированную нефть окисляют по существующей технологии,описанной в канадском патенте 2549358 (Boakye), с использованием уксусной кислоты, пероксида водорода, источника фермента пероксидазы (т.е. шелухи соевых бобов) и оксида железа. Реакция окисления гасится путем адсорбции образованных полярных соединений и соединений серы при прохождении продукта реакции (деасфальтизированная ТСН)/растворитель/реагент через смесь природной глины и активированного угля. Таблица 4. Образец остатка нефти (прогон 081017 Е-1) НТК - начальная температура кипения (С) Пример 3 Обогащение нефти из албанского источника нефти Далее проводят испытания нефти из месторождения тяжелой нефти, расположенного в Албании. 50 г ТСН из Албании смешивают с 175 г изооктанового растворителя (всего 225 г) для звуковой деасфальтизации в 1,7-л реакционной камере из нержавеющей стали с отражательными перегородками. Деасфальтизация осуществляется при мощности 25 кВт, подводимой непрерывно в течение 120 с в пакетном режиме в 1,7-л звуковой реакционной камере. Затем деасфальтизированный материал отделяют прямой вакуумной фильтрацией. Необязательно последовательно деасфальтизированную нефть окисляют по существующей технологии, описанной в канадском патенте 2549358 (Boakye), с использованием уксусной кислоты, пероксида водорода, источника фермента пероксидазы (т.е. шелухи соевых бобов) и оксида железа. Реакция окисления гасится путем адсорбции образованных полярных соединений и соединений серы при прохождении продукта реакции (деасфальтизированная нефть)/растворитель/реагент через смесь природной глины и активированного угля, которая удаляет избыточные и/или неизрасходованные реагенты окисления. Таблица 6. Образец остатка нефти (прогон 081119 Е-1) НТК - начальная температура кипения (С) Что касается фиг. 5, данный SIMDIST-график соответствует тяжелой нефти из Албании. Пример 4 Следующий образец для испытаний представляет собой переработанный остаток американского нефтеочистительного завода. Остаток нефтеочистительного завода (остатки емкости асфальтового наполнителя) происходит от нефтеочистительного завода, производящего очищенные газовые топлива,топливные добавки, смазочные материалы и антикоррозионные материалы. 50 г Остатка нефтеочистительного завода смешивают с 175 г изооктанового растворителя для зву-6 021729 ковой деасфальтизации в 1,7-л реакционной камере из нержавеющей стали с отражательными перегородками. Методика включает введение 50 г выбранной тяжелой нефти, указанной для каждого примера,в 175 г растворителя (всего 225 г) для звуковой деасфальтизации. Деасфальтизация осуществляется при мощности 25 кВт, подводимой непрерывно в течение 120 с в пакетном режиме. После того как деасфальтизированный материал отделяют прямой вакуумной фильтрацией, последовательно деасфальтизированную нефть окисляют по существующей технологии, описанной в канадском патенте 2549358(т.е. шелухи соевых бобов) и оксида железа. Реакция окисления гасится путем адсорбции образованных полярных соединений и соединений серы при прохождении продукта реакции (деасфальтизированная нефть)/растворитель/реагент через смесь природной глины и активированного угля, которая удаляет избыточные и/или неизрасходованные реагенты окисления. Таблица 8. Образец остатка нефти (прогон 080829V-1) НТК - начальная температура кипения (С) Что касается фиг. 6, данный SIMD1ST-график соответствует примеру 4. Пример 5 Деасфальтизация с использованием растворителя с пентаном, использующая только акустическое озвучивание Методика включает смешение 619,4 г тяжелой сырой нефти (ТСН) из Альберты с 716,7 г растворителя (н-пентана) (всего 1336 г), а поэтому при массовом соотношении растворитель:нефть 1,16 в 1,7-л реакционной камере из нержавеющей стали с отражательными перегородками. Акустическую энергию подводят в течение 60 с при 40 кВт непрерывно в пакетном режиме с последующей прямой фильтрацией нерастворимой фракции асфальтенов и дистилляцией при атмосферном давлении для удаления растворителя. Массовый выход деасфальтизированной нефти составляет 85,38% от исходной ТСН. НТК - начальная температура кипения (С) Пример 6 Деасфальтизация с использованием растворителя с гексаном, использующая только акустическое озвучивание Методика включает смешение при массовом соотношении растворитель:нефть 1,09 при введении 690,9 г тяжелой сырой нефти (ТСН) из Альберты с 631,6 г растворителя (н-гексана) (всего 1323 г), а поэтому при массовом соотношении растворитель:нефть 0,91 в 1,7-л реакционной камере из нержавеющей стали с отражательными перегородками. Акустическую энергию подводят в течение 60 с при 40 кВт непрерывно в пакетном режиме с последующей прямой фильтрацией нерастворимой фракции асфальтенов и дистилляцией при атмосферном давлении для удаления растворителя. Массовый выход деасфальтизированной нефти составляет 95,5% от исходной ТСН. Таблица 11 Таким образом, хотя настоящее изобретение описано со ссылкой на иллюстративные варианты,данное описание не предназначено истолковываться в ограничительном смысле, например, могут быть использованы более длительное время пребывания и более высокие соотношения растворителя. Различные модификации иллюстративных вариантов, а также других вариантов изобретения будут очевидны для специалистов в данной области техники при обращении к данному описанию. Поэтому предполагается, что прилагаемая формула изобретения будет охватывать любые такие модификации или варианты,как входящие в объем изобретения. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ очистки тяжелой сырой нефти (ТСН), включающий в себя следующие стадии, на которых:a) объединяют указанную ТСН с алкансодержащим растворителем с образованием смеси ТСН/растворитель;b) проводят высокоамплитудную акустическую обработку смеси ТСН/растворитель на частоте в диапазоне 30-5000 Гц для ее деасфальтирования путем высаждения асфальтенов иc) отделяют высажденные асфальтены из смеси ТСН/растворитель. 2. Способ по п.1, в котором выполняют вакуумную фильтрацию смеси ТСН/растворитель с удалением высажденных асфальтенов. 3. Способ по п.1, в котором выполняют дистилляцию смеси ТСН/растворитель с удалением растворителя из смеси ТСН/растворитель после удаления высажденных асфальтенов с тем, чтобы получить деасфальтизированную и не содержащую растворитель синтетическую сырую нефть (ССН). 4. Способ по п.1, в котором алкансодержащий растворитель выбирают из группы, состоящей из пентана, гексана и изооктана. 5. Способ по п.1, в котором время деасфальтизации составляет 2 мин (120 с) или менее. 6. Способ по п.1, в котором время деасфальтизации составляет 60 с. 7. Способ по п. 1, в котором массовое соотношение (растворитель деасфальтизации):ТСН составляет 3,5 или менее. 8. Способ по п.7, в котором массовое соотношение (растворитель деасфальтизации):ТСН составляет 1,16 или менее. 9. Способ по п.8, в котором массовое соотношение (растворитель деасфальтизации):ТСН составляет 0,91.