[发明专利]从含烃沉积物回收的含硫烃类的处理

说明书

技术领域

本发明涉及处理和加工从含烃地质材料获得的液体、半固体和气体烃类的方法和装置，所述含烃地质材料包括焦油砂、油砂、油砂岩和油页岩。具体而言，本发明涉及去除在从诸如蒸汽辅助重力泄油(SAGD)工艺等工艺获得的气体烃类中所发现的硫污染物的方法。

背景技术

本文中所使用的含烃沉积物应视为包括焦油砂、油砂、油砂岩、油页岩和具有在通常多孔的岩石类无机基质内所含的烃类的所有其它天然存在的地质材料。基质可为松散的、易碎的或坚硬的。

焦油砂是在(例如)加拿大(亚伯达)(Canada(Alberta))发现的天然存在的地质层。所述砂具有产生大量石油的潜力。焦油砂为多孔的，通常为松散的或易碎的，且通常含有大量粘土，且具有填充有业内常称为沥青的高粘度烃类的间隙。这些类焦油沥青材料中的大部分是在较轻(较低分子量)烃类已逸出或通过微生物的作用、水洗且可能地无机氧化降解后所保留的残余物。极广泛的焦油砂沉积物存在于沿亚大巴斯卡河(Athabasca River)的北亚伯达和其它地方。估计所述沉积物含有超过1.6万亿桶油的潜在产量。

油页岩与油砂和焦油砂有关；然而，基质是通常含有产油类的有机化合物(称为油母质)的细粒层压沉积岩。油页岩存在于全世界许多地方。特定而言，富含油母质的页岩存在于美国(United States)的怀俄明州(Wyoming)、科罗拉多州(Colorado)和犹他州(Utah)，且估计含有超过5400亿桶潜在的石油。

可从焦油砂和油页岩回收的烃类可包含(但不限于)沥青、油母质、沥青质、石蜡、烷烃、芳香族烃、烯烃、萘类和二甲苯类。

在从含烃沉积物回收石油的已知技术中，高分子量的沥青或油母质材料可利用热从砂、砂岩或页岩驱出。例如，在蒸汽辅助重力泄油(SAGD)工艺中，在地层中钻两个平行的水平油井，一个油井高出另一个油井约4米到6米。上部油井注入蒸汽，且下部油井收集流出地层的经加热原油或沥青以及来自所注入蒸汽的冷凝的任何水。所述工艺的基础是所注入蒸汽形成在地层中垂直和水平生长的“蒸汽室”。来自蒸汽的热减小重质原油或沥青的粘度，此允许其向下流动到下部井眼中。蒸汽和气体由于其与下方重质原油相比密度低而上升，从而确保在下部生产井处不产生蒸汽。所释放的气体(其包括甲烷、二氧化碳且时常一些硫化氢)往往在蒸汽室中上升，填充石油所留下的空隙空间，并在一定程度上在蒸汽上方形成隔热覆盖层。石油和水是通过逆流的重力驱动排泄流动到下部井眼中。通过使用地下系统压力或通过利于移动具有悬浮固体的高粘度流体的泵(例如推进腔式泵)将冷凝水和原油或沥青回收至表面。

在从SAGD井去除后，从沥青分离所溶解和夹带的气体，且然后将沥青与中等分子量“载体”(称为稀释剂)组合，从而产生稀沥青(dilbit)。稀沥青是相比于原料沥青较轻且粘度较低的烃材料，且更易于经由管道输送到精炼厂。在精炼厂，将稀沥青加工成最终产物，且在一些情形下，将一部分中等产物返回至生产现场以用作稀释剂。

SAGD工艺在所获得的气体组份以及液体或半固体沥青方面存在严重的缺点。这些气体组份不仅包括烃类，而且包括不需要的含硫化合物，例如硫化氢(H2S)、硫醇(RSH)、羰基硫(COS)和二硫化碳(CS2)。生产现场通常利用从沥青初始分离的伴产气作为蒸汽产生器的燃料，然而，得自使用气体组份作为燃料的含硫燃烧产物系主要污染问题。防止硫空气污染的经济途径是在用作燃料之前从气体组份去除硫化合物。除SAGD工艺以外，存在可受益于本发明的从含烃沉积物回收烃类的其它工艺，例如周期蒸汽注入或“间歇热攻采油(Huff and Puff)”，其中将蒸汽注入生产井(经常垂直井)中一段时间，然后进行浸泡且然后产生石油；或蒸汽驱，其与SAGD类似，但利用一系列垂直井以注入蒸汽并回收石油；或水驱，其与蒸汽驱类似，但使用可回收并再注入的水；或气体再注入，其中将一些所产生的天然气压缩并再注入；或CO2注入，其中引入来自外部来源的CO2以注入储油层中；或原位热方法，其中将井的一部分埋在地下以向石油供热。

虽然有许多从含H2S气体去除并回收硫的可再生工艺，但硫醇的存在仍可造成严重的操作问题，因为这些工艺不能可靠地将其去除。事实上，RSH通常将以“脱硫(sweetened)”产物气体、再生空气排放及所产生硫结束。COS及CS2通常将能够穿过，且不被吸收或转化。RSH的强烈气味使得难以(如果不是不切实际)处置所产生的硫，且操作单元中的气味可能使其实际上不可操作。然而，H2S可容易地去除并转化成元素硫(S)。