Установка и способ для выделения углеводородов из твердого источника

Установка и способ для выделения углеводородов из твердого источника

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к установке и способу извлечения углеводорода "битум" из пород, глины и добытого битуминозного песка.

Уровень техники

По всему миру значительные запасы нефти являются недоступными из-за того, что залегают в форме битуминозного песка. Битум, являющийся углеводородом с высокой вязкостью, удерживается частицами песка, глины, воды. Поскольку извлечение битума из песка может стать источником энергии промышленного масштаба, ценность которого со временем возрастает, процессы экстрагирования и очистки битума уже давно привлекают внимание исследователей.

В соответствии с одним из способов битуминозный песок обрабатывают в процессе добычи. При этом разработка пластов битуминозного песка, залегающих на небольшой глубине или у поверхности, ведется открытым способом. По мере увеличения глубины залегания пласта стоимость добычи возрастает. На некоторых участках количество вскрыши и стоимость ее удаления слишком велики. Такие глубокие залежи недавно стали разрабатывать путем бурения скважин сквозь вскрышу. В некоторых случаях при пластовых условиях битум ведет себя как жидкость и может притекать в скважину и добываться обычным способом. Однако в других случаях битум слишком вязок или отвержден и не способен течь. Для извлечения этих запасов применяют пар или другой источник тепла, закачиваемый в пласт битуминозного песка с целью ожижения битума. Недавно стал известен способ, заключающийся в бурении близко расположенных горизонтальных скважин, что позволяет управлять движением пара. После нескольких месяцев обработки паром расплавленная смола притекает в добывающую скважину. Один из таких способов - так называемый паровой самотечный дренаж.

В провинции Альберта битуминозные пески залегают под значительной частью незастроенных и экологически чувствительных территорий на севере. При бурении скважин неизбежно образуются значительные количества бурового шлама, состоящего из породы вскрыши и битуминозного песка. В настоящее время содержащий смолы буровой шлам необходимо вывозить на действующие разработки или на площадки для отвала грунта. Следовательно, выделение смолы из песка на буровой площадке и возможность отвала достаточно чистого песка на месте добычи могли бы снизить стоимость бурения.

Такие же проблемы, как и при выделении смолы из добытого песка, могут возникнуть при выделении смолы из бурового шлама. Однако буровой шлам может быть загрязнен имеющимися в нем поверхностно-активными веществами (ПАВ), веществами, присутствующими в буровом растворе, и веществами, иным образом используемыми для облегчения отделения смолы, отводимой в процессе бурения. Такие вещества, если их не отделить от бурового шлама до его отвала, могут вызвать загрязнение окружающей среды.

В настоящее время экстракция битума из битуминозного песка и бурового шлама осуществляется несколькими различными способами. Один из них, пример которого описан в патенте США №5626741, включенном в описание настоящего изобретения путем ссылки, заключается в смешивании битуминозного песка с горячей водой. В соответствии со способом экстрагирования горячей водой битуминозный песок сначала приводят в определенное состояние в больших барабанах для кондиционирования или галтовочных барабанах, добавляя NaOH и воду с температурой приблизительно 85°С. В галтовочных барабанах имеется возможность подачи пара и интенсивного физического перемешивания образующейся суспензии, в результате чего битум отделяется от битуминозного песка и затем, после насыщения газом, образует пену.

Суспензию из галтовочных барабанов направляют на просеивание для отделения крупных обломков породы и подают в сепарационную камеру, где по истечении времени осаждения суспензия разделяется. При осаждении суспензии битумная пена поднимается к поверхности, а частицы песка и осадок опускаются на дно. Средний слой вязкой суспензии, называемый промежуточным продуктом, составляют диспергированные частицы глины и некоторое количество захваченного ими битума, который не поднимается вверх из-за высокой вязкости суспензии. После оседания суспензии пену снимают и направляют на дальнейшую обработку, а осадок - в бассейн для сбора отходов. Промежуточный продукт часто подвергают вторичному обогащению с целью дальнейшего извлечения битумной пены.

Битумная пена содержит битум, твердую фазу и захваченную воду. Твердая фаза, присутствующая в пене, состоит из глины, ила и песка. Из сепарационной камеры пену подают в пеногаситель или деаэратор, где в результате нагревания пена лопается и высвобождает воздух. Обычно после этого для сольватирования битума с целью снижения его плотности и облегчения отделения битума от воды при последующем центрифугировании вводят бензино-лигроиновую фракцию. Центрифугирование обычно включает грубое разделение, сопровождающееся многократной обработкой на скоростной центрифуге. Воду и твердую фазу, отделяемые во время центрифугирования, направляют в бассейн для сбора отходов, а битум может быть подвергнут дальнейшей обработке.

При обработке битума обычным способом разбавления бензино-лигроиновой фракцией и разделения центрифугированием могут возникнуть серьезные проблемы. Во-первых, разбавленный бензино-лигроиновой фракцией битум может содержать до 5 вес.% воды и твердой фазы. Во-вторых, бензино-лигроиновая фракция растворяет не только битум, но и содержащиеся в битумной пене нежелательные и загрязненные асфальтены. Загрязнение битума является причиной получения конечного продукта низкого качества, особенно при использовании гидрокрекинга. Гидрокрекинг - это процесс получения из исходного сырья различных продуктов путем его расщепления с использованием газообразного водорода и катализатора. Гидрокрекингом, помимо других конечных продуктов, могут быть получены бензино-лигроиновая фракция и различные дистилляты. Из-за того что для гидрокрекинга требуется гомогенное сырье, содержащее мало твердой фазы и воды, разбавленный бензино-лигроиновой фракцией битум нельзя напрямую подавать в установку для гидрокрекинга. При использовании разбавленного бензино-лигроиновой фракцией битума его сначала необходимо подвергнуть коксованию, в процессе которого отгоняется растворитель и выпадают в осадок асфальтены и твердая фаза. К сожалению, осуществление коксования связано со значительными затратами и потерей 10-15% битума, первоначально доступного для гидрокрекинга.

Были также предложены другие способы дальнейшего извлечения битума из битуминозного песка, включая способ очистки "после-первичной" битумной пены (т.е. битумной пены, собранной после первого снятия пены), содержащей битум, воду и твердую фазу. Этот способ, изложенный в патенте США №5290433, включенном в описание настоящего изобретения путем ссылки, состоит в подаче содержащего битум раствора в камеру по трубе, в которой расположены одна или более пар направленных навстречу друг другу пропеллеров с эксцентриситетом. Пропеллеры разрезают пену и заставляют ее выходить из трубы в разных направлениях, тем самым отделяя твердую фазу от насыщенного газом битума, который поднимается вверх, образуя новую пену. Вновь образовавшуюся содержащую битум пену затем собирают, а промежуточный продукт отводят из камеры и снова возвращают на обработку. Хотя данный способ отделения битума пригоден для получения битума из "послепервичной" битумной пены, его применение ограничивается тем, что промежуточный продукт просто повторно проходит тот же самый процесс.

Из-за определенных ограничений, связанных с одноступенчатыми схемами, подобными описанным выше, были созданы более масштабные способы эффективного извлечения битума из битуминозного песка. Один из таких способов описан в патенте США №5795444, включенном в описание настоящего изобретения путем ссылки. В соответствии с ним битуминозный песок перемешивают с горячей водой и паром до образования суспензии. Введение горячей воды и пара может вызвать расслоение битума, песка и воды во флотаторе. Образовавшийся во флотаторе слой битума отводят, а оставшуюся суспензию, состоящую из песка и воды, направляют в гидроциклон, в котором происходит дальнейшее отделение битума от суспензии. Поток, содержащий битум, сливают в концентратор, где он поднимается к поверхности, тогда как оставшуюся воду и песок подают в пескомойку и процесс повторяют.

Хотя в данном способе предусмотрено несколько средств для отделения битума от песка, его эффективность ограничена одноразовым сбором битума с поверхности во флотаторе. Кроме того, нет механизма повторного использования воды в процессе. Таким образом, преимущества данного способа ограничены постоянным потреблением воды, а также уровнем эффективности схемы, в которой битум экстрагируют только один раз - собирая его с поверхности во флотаторе.

Способы, подобные упомянутым выше, не обеспечивают рационального экстрагирования битума из битуминозного песка. Они либо не были внедрены в промышленность из-за того, что связаны с существенным удорожанием процесса экстрагирования битума, либо используются, что ведет к образованию большого количества опасных отходов.

Таким образом, целью настоящего изобретения является создание способа, обеспечивающего увеличение производства битума из битуминозного песка, снижение количества опасных отходов и получение в значительной степени чистого песка.

Сущность изобретения

Согласно изобретению создана установка для выделения битума из твердого источника, содержащая резервуар первичного разделения, включающий первое устройство отведения битума из суспензии, состоящей из воды и песка, подающее устройство, расположенное между резервуаром первичного разделения и резервуаром вторичного разделения и предназначенное для подачи твердой фазы, отделенной от суспензии, в резервуар вторичного разделения, второе устройство отведения битума, предназначенное для отведения битума из резервуара вторичного разделения, устройство для отделения мелкодисперсных частиц, предназначенное для отделения оставшейся в резервуаре вторичного разделения твердой фазы, резервуар для сбора битума, отводимых из резервуаров первичного и вторичного разделения.

Резервуар вторичного разделения может включать, по меньшей мере, устройство для отделения мелкодисперсных частиц или второе устройство отведения битума.

Установка может дополнительно включать резервуар третичного разделения, состоящий из, по меньшей мере, устройства для отделения мелкодисперсных частиц или второго устройства отведения битума.

Первое устройство отведения битума может быть выбрано из группы, состоящей из барабанного, вращающегося и дискового устройства для снятия верхнего слоя.

Второе устройство отведения битума может быть выбрано из группы, состоящей из барабанного, вращающегося и дискового устройства для снятия верхнего слоя.

Установка может дополнительно включать устройство для механического перемешивания, присоединенное к резервуару первичного разделения.

Устройство для отделения мелкодисперсных частиц может быть выбрано из центрифуги или шнека.

Установка может дополнительно включать устройство для отделения твердой фазы, расположенное между подающим устройством и резервуаром вторичного разделения.

Устройство для отделения твердой фазы может включать гидроциклон и вибрационное сито, при этом твердая фаза поступает в гидроциклон из подающего устройства, включающего эдуктор, твердая фаза выходит из нижней части гидроциклона на вибрационное сито, а жидкость выходит из верхней части гидроциклона в резервуар вторичного разделения.

Твердую фазу в резервуаре вторичного разделения можно промывать потоком воды.

Резервуар первичного разделения может дополнительно включать цепное скребковое устройство для разделения твердой фазы и битума.

Установка может дополнительно включать подвижное входное устройство для подачи воды, предназначенное для селективной подачи твердой фазы в резервуар первичного разделения.

Установка может дополнительно включать инжектор для подачи воздуха с целью насыщения воздухом суспензии в резервуаре первичного разделения или резервуаре вторичного разделения.

Установка может дополнительно включать бойлер для введения пара в суспензию в резервуаре первичного разделения или резервуаре вторичного разделения.

В установке битум можно отделять от суспензии путем противоточного обезвоживания.

Резервуар вторичного разделения может представлять собой резервуар обезвоживания.

Перегрузочное устройство может представлять собой винтовой шнек с изменяемым шагом.

Установка может дополнительно включать водонагреватель.

Твердый источник может включать битуминозный песок.

Согласно изобретению создан также способ выделения битума из твердого источника, включающий следующие стадии:

смешивание содержащего смолу твердого источника с водой с образованием в резервуаре первичного разделения суспензии, состоящей из воды, твердой фазы и битума;

отделение от суспензии, по меньшей мере, части битума при помощи одного из методов из группы, включающей осаждение, флотацию, механическое перемешивание, промывку водой, насыщение воздухом, гравитационное разделение и противоточное обезвоживание;

отведение от суспензии, по меньшей мере, части отделенного битума;

перемещение оставшейся суспензии в резервуар вторичного разделения;

отведение твердой фазы из резервуара вторичного разделения;

отведение битума из резервуара вторичного разделения;

рециркуляция воды из резервуара вторичного разделения в резервуар первичного разделения.

Способ может дополнительно включать нагревание воды до ее смешивания с содержащим смолу твердым источником.

В способе рН суспензии может быть выше 10.

Способ может дополнительно включать введение пара в, по меньшей мере, резервуар первичного разделения или резервуар вторичного разделения.

Способ может дополнительно включать перемещение твердой фазы в резервуаре первичного разделения при помощи цепного скребкового устройства.

Способ может дополнительно включать прохождение суспензии через устройство для отделения твердой фазы.

В способе можно использовать в качестве устройства для отделения твердой фазы гидроциклон.

Способ может дополнительно включать выгрузку твердой фазы из гидроциклона на вибрационное сито.

Согласно изобретению создан также способ выделения битума из твердого источника, использующий вышеописанную установку.

Другие особенности и преимущества настоящего изобретения становятся очевидными из следующих ниже описания и формулы изобретения.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 представляет схему одного из вариантов осуществления установки в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.1а - блок-схему способа выделения углеводородов, осуществляемого в установке, показанной на Фиг.1.

Фиг.1b - схему альтернативного варианта осуществления установки в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.2 - схему противотока в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения.

Фиг.3 - блок-схему способа, осуществляемого в установке, показанной на Фиг.1b.

Фиг.4 - блок-схему замкнутого цикла по воде производственного процесса, показанного на Фиг.3.

Фиг.5 - блок-схему способа выделения углеводородов в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения.

Фиг.6 - блок-схему замкнутого цикла по воде производственного процесса, показанного на Фиг.5.

Фиг.7 - блок-схему вспомогательной установки в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения.

Описание иллюстративных вариантов осуществления

В целом, варианты осуществления, описываемые в данном разделе, относятся к установкам и способам для извлечения битума. На Фиг.1 и 1а показана установка 10 для извлечения битума из битуминозного песка 12 в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения. Установка 10 включает резервуар 11 первичного разделения, в который подают битуминозный песок 12 и твердое вещество (содержащее битум и буровой шлам). В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения битуминозный песок 12 может подаваться в установку 10 через входное устройство 13, предназначенное для смешивания битуминозного песка 12 с водой и создания тем самым исходной суспензии 14. Исходную суспензию 14 затем подвергают разделению в резервуаре 11 первичного разделения.

В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения первичное разделение исходной суспензии 14 может происходить в результате гравитационного разделения. Для обеспечения данного процесса резервуар первичного разделения может представлять собой любой используемый для разделения воды и нефти резервуар, известный специалистам в данной области. Устройство гравитационного разделения функционирует в соответствии с законом Стокса:

V_s=gd²(p_p-p_m)/18μ,

где V_s - скорость осаждения, g - ускорение свободного падения, p_p - плотность частицы, p_m - плотность среды, μ - вязкость среды. В соответствии с законом Стокса скорость подъема масляной частицы определяется на основе ее плотности и размера. Более легкие частицы, подобные битуму (т.е. имеющие относительно низкий удельный вес), стремятся подняться на поверхность, тогда как более тяжелые частицы, такие как песок (т.е. имеющие относительно большой удельный вес), стремятся осесть на дно резервуара 11 первичного разделения. Из-за того что удельный вес битума и воды различаются меньше, чем битума и воды, содержащей загрязняющие твердые примеси, загрязненная вода стремится осесть на дно резервуара 11 первичного разделения вместе с песком.

Поскольку битум поднимается к верхней части резервуара 11 первичного разделения, для его снятия с поверхности воды может быть использовано первое устройство 15 отведения углеводородов (Фиг.1). В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения первое устройство 15 отведения углеводородов представляет собой дисковое устройство для снятия верхнего слоя. По мере того, как дисковое устройство отводит битум с поверхности исходной суспензии 14, битум может подаваться в резервуар для сбора продукта по транспортной линии (подробно не показана) путем перелива или любым другим способом, известным специалистам в данной области.

Для облегчения первичного отделения битума от битуминозного песка 12 к песку 12 во входном устройстве 13 может быть добавлен поток горячей воды. В одном из вариантов осуществления горячую воду подают во входное устройство 13 водяным насосом 15 из водонагревателя 20 или любым другим способом, известным специалистам. В определенных вариантах осуществления нагревание воды до приблизительно 90°С может повысить скорость отделения битума от битуминозного песка 12, глины или другой твердой фазы.

Хотя гравитационное разделение стимулирует отделение битума от твердой фазы, перемешивание исходной суспензии 14 в резервуаре 11 первичного разделения может ускорить этот процесс. В одном из вариантов осуществления перемешивание исходной суспензии 14 осуществляют путем насыщения ее воздухом, подаваемым в резервуар 11 первичного разделения воздушным компрессором 23. Воздух может быть введен в исходную суспензию 14 через отверстия в дне резервуара 11 первичного разделения. По мере того, как воздух поднимается сквозь исходную суспензию 14, он может интенсифицировать отделение битума от твердой фазы в результате захватывания битума поверхностью пузырьков. Пузырьки затем могут подниматься к поверхности исходной суспензии 14 в форме пены. Эту пену отводят из резервуара 11 первичного разделения при помощи первого устройства 15 отведения и подают в резервуар 17 для сбора продукта. В некоторых вариантах осуществления для повышения скорости отделения битума может оказаться эффективным применение разделения горячей водой, перемешивания воздухом и других процессов разделения, известных специалистам в данной области, в одной и той же установке.

По мере отделения битума от исходной суспензии 14 и образования слоя в верхней части резервуара 11 первичного разделения, твердая фаза оседает на дно резервуара 11 первичного разделения (Фиг.1). Между слоем, состоящим преимущественно из твердой фазы, и слоем, состоящим преимущественно из битума, может формироваться промежуточный слой исходной суспензии 14. Этот промежуточный слой может содержать мелкодисперсные частицы, битум и воду. Из-за того что промежуточный слой содержит битум, может оказаться полезным направить промежуточную часть исходной суспензии 14 в резервуар 33 вторичного разделения. Промежуточный слой исходной суспензии 14 может быть подан в резервуар 33 вторичного разделения по прямому трубопроводу 51, через сифон, насос (подробно не показан) или при помощи любого другого способа, известного специалистам в данной области.

В то время как промежуточный слой исходной суспензии 14 подают в резервуар 33 вторичного разделения, как описано выше, твердая фаза, оседающая на дне резервуара 11 первичного разделения также может быть отведена. Для перемещения твердой фазы из резервуара 11 первичного разделения в резервуар 33 вторичного разделения может быть использовано перегрузочное устройство 32. В одном из вариантов осуществления перегрузочное устройство для твердой фазы может представлять собой винтовой шнек с изменяемым шагом (подробно не показан). По мере оседания твердой фазы на дне резервуара 11 первичного разделения твердая фаза, отделившаяся от исходной суспензии 14, может поступать на шнек. Шнек может передавать твердую фазу непосредственно в резервуар 33 вторичного разделения, либо служить дополнительным средством, облегчающим разделение битума и твердой фазы. Например, в некоторых вариантах осуществления с целью ускорения отделения оставшегося битума от твердой фазы на шнек может быть подан поток горячей воды. При том, что разделение горячей водой является одним из способов отделения битума, который может быть использован в перегрузочном устройстве 32, могут быть реализованы варианты осуществления, предусматривающие и другие способы разделения, которые входят в объем настоящего изобретения.

В резервуаре вторичного разделения из промежуточного слоя исходной суспензии 14 и твердой фазы, подаваемой перегрузочным устройством 32, может образовываться вторичная суспензия (Фиг.1). Вторичная суспензия 31 сначала может разделяться в результате гравитационного разделения, как описано выше. Однако в некоторых вариантах осуществления с целью повышения скорости отделения битума от твердой фазы может оказаться эффективным применение любого способа перемешивания из использованных в резервуаре 11 первичного разделения. В одном из вариантов осуществления в резервуар 33 вторичного разделения может быть подана горячая вода. Горячая вода может быть подана в резервуар 33 вторичного разделения водяным насосом 51, соединенным с водонагревателем 20. При таком варианте осуществления может оказаться эффективным подавать горячую воду через дно резервуара 33 вторичного разделения для обеспечения более полного контакта с твердой фазой. По мере взаимодействия горячей воды с твердой фазой от нее может отделиться дополнительное количество битума, который поднимается к верхней части резервуара 33 вторичного разделения, как описано выше.

Иначе, перемешивание вторичной суспензии 31 может быть организовано путем нагнетания воздуха в резервуар 33 вторичного разделения. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения воздух может нагнетаться через дно резервуара 33 вторичного разделения воздушным компрессором 23. Насыщение воздухом может ускорить отделение битума от твердой фазы, как описано выше. Следует понимать, что в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения могут быть одновременно применены несколько из упомянутых выше способов перемешивания исходной суспензии, может не использоваться ни один из способов или использованы другие способы, известные специалистам в данной области.

По мере отделения битума от твердой фазы он может подниматься к верхней части резервуара 33 вторичного разделения, после чего он может отводиться из резервуара 33 вторичного разделения вторым устройством 39 отведения углеводородов. В одном из вариантов осуществления второе устройство 39 отведения углеводородов может представлять собой дисковое устройство для снятия верхнего слоя (подробно не показано). По мере того, как дисковое устройство отводит битум с поверхности вторичной суспензии 31, битум может подаваться в резервуар 17 для сбора продукта, как описано выше.

Для отведения твердой фазы из резервуара 33 вторичного разделения, в нем может быть предусмотрено устройство 36 для отделения мелкодисперсных частиц. В одном из вариантов осуществления устройство для отделения мелкодисперсных частиц может представлять собой шнек (подробно не показан). В таком варианте осуществления по мере осаждения твердой фазы на дне резервуара 33 вторичного разделения она может попадать на шнек. По мере передвижения твердой фазы по шнеку к точке выхода жидкость может стекать с него и возвращаться в резервуар 33 вторичного разделения. На выходе со шнека очищенная твердая фаза может покидать установку или, в некоторых вариантах осуществления, подаваться в другой резервуар разделения для дополнительной очистки.

По мере того, как битум поднимается к верхней части резервуара 33 вторичного разделения, а твердая фаза осаждается на дно резервуара 33 вторичного разделения, может образовываться промежуточный слой вторичной суспензии 31 (Фиг.1). Промежуточный слой вторичной суспензии 31 содержит воду и глину. В некоторых вариантах осуществления промежуточный слой вторичной суспензии 31 может быть отведен из резервуара 33 вторичного разделения в устройство обезвоживания (не показано) по прямому трубопроводу 53, через сифон, насосом (не показан) или любым другим способом, известным специалистам в данной области. В устройстве обезвоживания интенсифицируется отделение глины от воды с тем, чтобы очищенную воду можно было повторно направлять в установку 10 через водонагреватель 20, организуя, таким образом, замкнутый цикл по воде.

Обратимся теперь к Фиг.1b, на которой представлен альтернативный вариант осуществления установки 110 для отделения битума от битуминозного песка. Установка 110 включает резервуар 111 первичного разделения, в который подают битуминозный песок 112 и твердое вещество (содержащее битум и буровой шлам). В одном из вариантов осуществления битуминозный песок 112 может подаваться в установку 110 через первое входное устройство 113, предназначенное для смешивания битуминозного песка 112 с водой, создавая тем самым исходную суспензию 114. Исходная суспензия 114 может затем разделяться в резервуаре 111 первичного разделения, как описано выше.

Поскольку битум поднимается в верхнюю часть резервуара 111 первичного разделения, для отведения битума с поверхности воды может быть использовано первое устройство 115 отведения углеводородов (Фиг.1b). В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения первое устройство 115 отведения углеводородов может представлять собой вращающееся устройство для снятия верхнего слоя. По мере того, как вращающееся устройство для снятия верхнего слоя собирает битум, он может поступать в переливное устройство 116, прикрепленное к резервуару 111 первичного разделения. Затем битум может быть направлен по транспортной линии 118 нагнетательным насосом 119 в резервуар 117 для сбора продукта. Это один из способов перемещения битума, и следует понимать, что любой способ отведения отделенного битума из резервуара 111 первичного разделения в резервуар 117 для сбора продукта входит в объем настоящего изобретения.

Хотя гравитационное разделение облегчает первичное отделение битума от твердой фазы, этот процесс может быть, кроме того, интенсифицирован путем перемешивания исходной суспензии 114 в резервуаре 111 первичного разделения. Как показано на Фиг.1b, к резервуару 111 первичного разделения может быть присоединен бойлер 120, пар 121 из которого подают в исходную суспензию 114. По мере того, как пар 121 взаимодействует с исходной суспензией 114, битум может отделяться от битуминозного песка 112 и воды и образовывать пену на поверхности исходной суспензии 114. Эта пена затем может быть отведена с поверхности исходной суспензии 114 и подана в резервуар 117 для сбора продукта способом, описанным выше.

Иначе, перемешивание исходной суспензии 114 может быть организовано путем подачи в нее потока воздуха 112 воздушным компрессором 123, соединенным с резервуаром 111 первичного разделения. В одном из вариантов осуществления воздух 122 может быть подан в форме микропузырьков, которые, двигаясь в исходной суспензии 114, вызывают отделения битума от битуминозного песка 112 и воды. По мере отделения битума от битуминозного песка 112 и воды он всплывает к поверхности резервуара 111 первичного разделения в форме пены, которая может быть отведена из резервуара первичного разделения любым описанным выше способом.

Иначе, перемешивание исходной суспензии 114 может быть организовано при помощи мешалки 124. Как показано на Фиг.1b, мешалка 124 может представлять собой вал 125, приводимый в движение двигателем 126. Для организации движения исходной суспензии 114 к валу 125 могут быть прикреплены один или более пропеллеров 127. С целью стимулирования отделения битума от исходной суспензии 114 пропеллеры 127 могут быть сконструированы так, чтобы обеспечивать особую динамику потока (например, направленный поток или противоток). Следует понимать, что в определенных вариантах осуществления настоящего изобретения могут быть одновременно применены несколько из упомянутых выше способов перемешивания исходной суспензии, может не использоваться ни один из способов или использованы другие способы, известные специалистам в данной области.

Как показано на Фиг.2, в одном из вариантов осуществления резервуар 111 первичного разделения может представлять собой сепаратор 210 Американского нефтяного института. Битуминозный песок, глинистый раствор, буровой шлам могут быть смешаны с водой и поданы в сепаратор 210 через первое входное устройство 213 в противотоке. Поперечный поток 214 может быть создан при помощи циркуляционного насоса 128 (Фиг.1b). Поперечный водный поток 214 создает положительное направление 215 движения, при этом битум перемещается в сторону выходной части 212, а песок перемещается к входной части 211. Это один из способов создания противотока в резервуаре 111 первичного разделения, могут быть созданы и другие способы, в которых битум собирают при помощи любого средства, известного специалистам в данной области. Например, в некоторых вариантах осуществления можно с успехом использовать пластинчатый сепаратор с коалесцирующими или наклонными пластинами, что способствует повышению скорости экстрагирования битума из битуминозного песка 112.

Кроме того, можно трансформировать резервуар 111 первичного разделения, предусмотрев в нем цепное скребковое устройство для облегчения передвижения песка обратно движению битума. Сепаратор 210 может быть сконструирован таким образом, чтобы цепное скребковое устройство передвигало битуминозный песок 112 и твердую фазу на всем протяжении резервуара. В целом, в установке, в которой имеется цепное скребковое устройство, твердая фаза передвигается к входной части 211 сепаратора 210, а всплывший битум - к выходной части 212 этого сепаратора. Установка, в которой имеется цепное скребковое устройство (отдельно не показано), может иметь особые преимущества при обработке больших количеств песка за один раз.

Альтернативные модификации резервуара 111 первичного разделения могут также включать подвижное первое входное устройство для подачи воды, которое позволяет вводить твердую фазу в различных точках резервуара 111 первичного разделения. Изменяя положение точки ввода твердой фазы, можно поддерживать относительно одинаковую высоту слоя твердой фазы в резервуаре 111 первичного разделения, тем самым активизируя экстрагирование битума. Кроме подвижного первого входного устройства для подачи воды может быть предусмотрено второе устройство для подачи воды, через которое поступает горизонтальный поток воды, протекающий по всему резервуару и практически непрерывно промывающий твердую фазу. Эти модификации могут быть осуществлены независимо, совместно с упомянутыми выше особенностями конструкции резервуара первичного разделения или не осуществляться вовсе в зависимости от того, какую твердую фазу необходимо обрабатывать.

Как показано на Фиг.1b, резервуар 111 первичного разделения может быть соединен трубопроводом с перегрузочным устройством 132 для твердой фазы. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения перегрузочное устройство 132 для твердой фазы может включать эдуктор 129. Через соединительный трубопровод в эдуктор 129 поступает твердая фаза, осевшая на дно резервуара 111 первичного разделения. В эдуктор 129 через второе входное устройство 130 для воды может быть осуществлена подача воды, которая, смешиваясь с твердой фазой, образует вторичную суспензию 131. Вторичная суспензия 131 может быть подана в устройство 132 для отделения твердой фазы, соединенное с эдуктором 129. Одним из устройств для отделения твердой фазы может быть гидроциклон. Вторичная суспензия 131 может быть подана тангенциально в ту часть конуса гидроциклона, которая имеет больший диаметр. Под действием вращательного движения в гидроциклоне твердая фаза перемещается к краю конуса, где соскальзывает вниз по стенкам устройства, выходя из него снизу, где собирают твердую фазу, состоящую из очищенного песка и бурового шлама. Жидкая часть вторичной суспензии 131, включающая, главным образом, воду и битум, выходит из гидроциклона сверху и поступает в резервуар 133 вторичного разделения.

В одном из вариантов осуществления эдуктор 129 может включать винтовой шнек с изменяемым шагом (не показан). В некоторых вариантах осуществления винтовой шнек с изменяемым шагом может быть размещен так, чтобы его вход находился у дна резервуара 111 первичного разделения. По мере поступления твердой фазы на винтовой шнек она может отводиться из резервуара 111 первичного разделения по винтовому конвейеру. По мере перемещения твердой фазы из резервуара 111 первичного разделения по винтовому конвейеру вода может возвращаться в резервуар 111 первичного разделения для дальнейшей обработки. Во время или после перемещения по винтовому шнеку с изменяемым шагом твердая фаза может быть промыта водой, обработана добавками или, иначе, помещена в устройство 142 для отделения твердой фазы или резервуар 133 вторичного разделения. Хотя выше описан только винтовой шнек с изменяемым шагом, следует понимать, что для отведения твердой фазы из резервуара 111 первичного разделения в резервуар 133 вторичного разделения может быть использовано любое известное специалистам в данной сфере перегрузочное устройство.

В одном из вариантов осуществления твердая фаза после эдуктора 129 или устройства 142 для отделения твердой фазы может быть пропущена через вибрационное сито 134. Твердая фаза поступает на вибрационное сито 134, соединенное с резервуаром 133 вторичного разделения, из устройства 132 для отделения твердой фазы. Как правило, вибрационное сито 134 представляет собой вибросито, на котором по мере движения твердой фазы и остатков вторичной суспензии 131 по ткани или ситу жидкость и твердые частицы меньше ячейки сита проходят сквозь него в резервуар вторичного разделения. Более крупные частицы, включая буровой шлам, задерживаются на сите, передвигаются к концу сита 134 и оттуда отводятся. Часть вторичной суспензии 131, которая проходит сквозь вибрационное сито 134, смешивается с раствором, находящимся в резервуаре 133 вторичного разделения.

В резервуаре 133 вторичного разделения в результате гравитационного разделения оставшийся битум образует слой на поверхности, а твердые частицы - на дне. Слой твердых частиц, образовавшийся на дне резервуара 133 вторично