從含烴沉積物回收的含硫烴類的處理的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及處理和加工從含烴地質(zhì)材料獲得的液體、半固體和氣體烴類的方法和裝置，所述含烴地質(zhì)材料包括焦油砂、油砂、油砂巖和油頁巖。具體而言，本發(fā)明涉及去除在從諸如蒸汽輔助重力泄油(SAGD)工藝等工藝獲得的氣體烴類中所發(fā)現(xiàn)的硫污染物的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]本文中所使用的含烴沉積物應(yīng)視為包括焦油砂、油砂、油砂巖、油頁巖和具有在通常多孔的巖石類無機(jī)基質(zhì)內(nèi)所含的烴類的所有其它天然存在的地質(zhì)材料?；|(zhì)可為松散的、易碎的或堅(jiān)硬的。
[0003]焦油砂是在(例如)加拿大(亞伯達(dá))(Canada(Alberta))發(fā)現(xiàn)的天然存在的地質(zhì)層。所述砂具有產(chǎn)生大量石油的潛力。焦油砂為多孔的，通常為松散的或易碎的，且通常含有大量粘土，且具有填充有業(yè)內(nèi)常稱為瀝青的高粘度烴類的間隙。這些類焦油瀝青材料中的大部分是在較輕(較低分子量)烴類已逸出或通過微生物的作用、水洗且可能地?zé)o機(jī)氧化降解后所保留的殘余物。極廣泛的焦油砂沉積物存在于沿亞大巴斯卡河(AthabascaRiver)的北亞伯達(dá)和其它地方。估計(jì)所述沉積物含有超過1.6萬億桶油的潛在產(chǎn)量。
[0004]油頁巖與油砂和焦油砂有關(guān)；然而，基質(zhì)是通常含有產(chǎn)油類的有機(jī)化合物(稱為油母質(zhì))的細(xì)粒層壓沉積巖。油頁巖存在于全世界許多地方。特定而言，富含油母質(zhì)的頁巖存在于美國(United States)的懷俄明州(Wyoming)、科羅拉多州(Colorado)和猶他州(Utah)，且估計(jì)含有超過5400億桶潛在的石油。
[0005]可從焦油砂和油頁巖回收的烴類可包含(但不限于)瀝青、油母質(zhì)、瀝青質(zhì)、石蠟、烷烴、芳香族烴、烯烴、萘類和二甲苯類。
[0006]在從含烴沉積物回收石油的已知技術(shù)中，高分子量的瀝青或油母質(zhì)材料可利用熱從砂、砂巖或頁巖驅(qū)出。例如，在蒸汽輔助重力泄油(SAGD)工藝中，在地層中鉆兩個(gè)平行的水平油井，一個(gè)油井高出另一個(gè)油井約4米到6米。上部油井注入蒸汽，且下部油井收集流出地層的經(jīng)加熱原油或?yàn)r青以及來自所注入蒸汽的冷凝的任何水。所述工藝的基礎(chǔ)是所注入蒸汽形成在地層中垂直和水平生長的“蒸汽室”。來自蒸汽的熱減小重質(zhì)原油或?yàn)r青的粘度，此允許其向下流動(dòng)到下部井眼中。蒸汽和氣體由于其與下方重質(zhì)原油相比密度低而上升，從而確保在下部生產(chǎn)井處不產(chǎn)生蒸汽。所釋放的氣體(其包括甲烷、二氧化碳且時(shí)常一些硫化氫)往往在蒸汽室中上升，填充石油所留下的空隙空間，并在一定程度上在蒸汽上方形成隔熱覆蓋層。石油和水是通過逆流的重力驅(qū)動(dòng)排泄流動(dòng)到下部井眼中。通過使用地下系統(tǒng)壓力或通過利于移動(dòng)具有懸浮固體的高粘度流體的泵(例如推進(jìn)腔式泵)將冷凝水和原油或?yàn)r青回收至表面。
[0007]在從SAGD井去除后，從瀝青分離所溶解和夾帶的氣體，且然后將瀝青與中等分子量“載體”(稱為稀釋劑)組合，從而產(chǎn)生稀瀝青(dilbit)。稀瀝青是相比于原料瀝青較輕且粘度較低的烴材料，且更易于經(jīng)由管道輸送到精煉廠。在精煉廠，將稀瀝青加工成最終產(chǎn)物，且在一些情形下，將一部分中等產(chǎn)物返回至生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)以用作稀釋劑。
[0008]SAGD工藝在所獲得的氣體組份以及液體或半固體瀝青方面存在嚴(yán)重的缺點(diǎn)。這些氣體組份不僅包括烴類，而且包括不需要的含硫化合物，例如硫化氫(H2S)、硫醇(RSH)、羰基硫(COS)和二硫化碳(CS2)。生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)通常利用從瀝青初始分離的伴產(chǎn)氣作為蒸汽產(chǎn)生器的燃料，然而，得自使用氣體組份作為燃料的含硫燃燒產(chǎn)物系主要污染問題。防止硫空氣污染的經(jīng)濟(jì)途徑是在用作燃料之前從氣體組份去除硫化合物。除SAGD工藝以外，存在可受益于本發(fā)明的從含烴沉積物回收烴類的其它工藝，例如周期蒸汽注入或“間歇熱攻采油(Huff and Puff)”，其中將蒸汽注入生產(chǎn)井(經(jīng)常垂直井)中一段時(shí)間，然后進(jìn)行浸泡且然后產(chǎn)生石油；或蒸汽驅(qū)，其與SAGD類似，但利用一系列垂直井以注入蒸汽并回收石油；或水驅(qū)，其與蒸汽驅(qū)類似，但使用可回收并再注入的水；或氣體再注入，其中將一些所產(chǎn)生的天然氣壓縮并再注入；或C02注入，其中引入來自外部來源的C02以注入儲(chǔ)油層中；或原位熱方法，其中將井的一部分埋在地下以向石油供熱。
[0009]雖然有許多從含H2S氣體去除并回收硫的可再生工藝，但硫醇的存在仍可造成嚴(yán)重的操作問題，因?yàn)檫@些工藝不能可靠地將其去除。事實(shí)上，RSH通常將以“脫硫(sweetened) ”產(chǎn)物氣體、再生空氣排放及所產(chǎn)生硫結(jié)束。COS及CS2通常將能夠穿過，且不被吸收或轉(zhuǎn)化。RSH的強(qiáng)烈氣味使得難以(如果不是不切實(shí)際)處置所產(chǎn)生的硫，且操作單元中的氣味可能使其實(shí)際上不可操作。然而，H2S可容易地去除并轉(zhuǎn)化成元素硫(S)。
[0010]因此，本發(fā)明涉及從氣體組份去除有害的含硫化合物、特定而言RSH，留下H2S，然后可處理H2S以提供不含硫的氣體燃料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明涉及避免與使用和/或加工從含烴沉積物獲得的氣體組份、尤其包括使用諸如SAGD工藝等工藝從油砂回收瀝青的那些相關(guān)的問題。特定而言，本發(fā)明涉及處理從SAGD工藝獲得的進(jìn)料物流，此避免污染SAGD工藝中所獲得的氣體烴類的含硫硫醇化合物的有害效應(yīng)。
[0012]更具體而言，本發(fā)明涉及用于處理從含烴沉積物獲得的烴類的工藝，其中所述烴類包括液體烴類與含有硫化氫和硫醇的氣體組份的混合物。首先將此混合物分離為液體或半固體烴相和主要包含被諸如硫化氫和硫醇等含硫化合物污染的烴燃料氣的氣相中。當(dāng)使用原位SAGD工藝從油砂回收烴類時(shí)，液體或半固體烴類包含瀝青。然后使經(jīng)分離氣體組份與貧油(輕質(zhì)徑，例如煤油、石腦油等)接觸，以使得硫醇被貧油吸收以形成含硫(sour)油或富油。將含有硫化氫的氣體產(chǎn)物與富油分離，并加以處理以去除和/或轉(zhuǎn)化硫化氫，來產(chǎn)生可在地上設(shè)施的其它地方用作燃燒產(chǎn)物的脫硫燃料氣產(chǎn)物，具體而言生成用于SAGD工藝的蒸汽。
[0013]然后優(yōu)選通過與貧油或等效烴混合以減小液體或半固體烴類的粘度來處理經(jīng)分離液體烴類，使得其可經(jīng)輸送用于在精煉廠中加工。另一選擇為，液體或半液體烴類可與富油或富油與貧油的混合物混合。在此替代方法中，含有硫醇的富油伴隨液體烴類到達(dá)精煉廠，在精煉廠可對(duì)硫醇連同烴類一起進(jìn)行加工以形成石油相關(guān)產(chǎn)物。在優(yōu)選工藝方案中，使用SAGD工藝獲得液體烴類與氣體組份的混合物。當(dāng)瀝青是在SAGD工藝中所獲得的液體或半固體烴時(shí)，稀釋劑烴(即貧油、富油或兩者的混合物)的添加導(dǎo)致形成稀瀝青，然后可容易地將稀瀝青從進(jìn)行瀝青的SAGD原位回收的區(qū)域輸送到精煉廠操作。
[0014]可使用許多氣液接觸工藝處理在與貧油接觸或利用其洗滌后獲得的氣體產(chǎn)物或低硫醇燃料氣以去除硫化氫和/或?qū)⑵滢D(zhuǎn)化成元素硫。在一個(gè)優(yōu)選工藝中，使氣體產(chǎn)物與堿溶液或苛性堿溶液在氣液質(zhì)量轉(zhuǎn)移裝置中接觸，在其中硫化氫被苛性堿溶液吸收并轉(zhuǎn)化以產(chǎn)生不含硫的燃料氣，所述不含硫的燃料氣可用于在其它工藝單元操作中燃燒。然后在生物反應(yīng)器中使用空氣處理廢或富硫苛性堿溶液，在生物反應(yīng)器中細(xì)菌在限氧條件下氧化經(jīng)吸收的硫，以形成元素硫且同時(shí)再生苛性堿溶液用于循環(huán)返回以接觸進(jìn)入氣體產(chǎn)物。
[0015]可用于產(chǎn)生不含硫的燃料氣的其它硫化氫去除工藝包括采用克勞斯反應(yīng)(Clausreact1n)的那些。例如，可在使用二氧化硫(SO2)作為氧化劑的工藝中處理不含硫醇的氣體產(chǎn)物，以通過經(jīng)改良液相克勞斯反應(yīng)將H2S轉(zhuǎn)化成元素硫。所形成的元素硫可溶于反應(yīng)溶液中，此消除高壓設(shè)備中的循環(huán)固體。接著使元素硫結(jié)晶并使用經(jīng)設(shè)計(jì)以處置固體的設(shè)備從所述工藝分離，而所述工藝的其余部分保持不含固體。
[0016]再一優(yōu)選工藝(也稱為氧化還原方法，例示并揭示于美國專利第4，238，462號(hào)和第5，160，714號(hào)中，其教示以引用的方式并入本文中)涉及氣液質(zhì)量轉(zhuǎn)移操作，其中使液體催化劑調(diào)配物與含有硫化氫的氣體產(chǎn)物接觸，以優(yōu)選地使用鐵螯合物催化劑將硫化氫催化氧化成元素硫。通過在單獨(dú)接觸區(qū)中使反應(yīng)溶液與所溶解的氧(優(yōu)選呈環(huán)境空氣形式)接觸進(jìn)行氧化來連續(xù)再生已用的多價(jià)金屬螯合物混