Способ выделения углеводородов из минеральных материалов

Способ выделения углеводородов из минеральных материалов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

liij 6821 38

Союз Советских

Социалистических

Республик

К ИЛТГНТт (б)) )1онолннтезьный к flail Híãv (54) М. Кл.

2 (22) Заявлено 19.02.7б (2l) 2330254/23-04

С 10 G 1/04 (23) Г)риоритет — (:)2) Государственный комитет

С (: (; Р н0 делам изобретений и от крытий (53) УДК бб5. 4 (088. 8) ()публиковано 250879. Бюллетень % 31

Лата опубликования описания 250879 (72) Авторы изобретения

Иностранцы

Клэй Д. Смит и Д. В. Келлер младший (США) Иностранная фирма Стандарт Ойл Компани (ClllA ) (71) Заявитель (54) СПОСОБ ВЫДЕЛЕНИЯ УГЛЕВОДОРОДОВ

ИЗ МИНЕРАЛ6НЫХ МАТЕРИАЛОВ

Изобретение относится к способам выделения углеводородов из минеральных материалов, таких как смоляных песков, горячих сланцев и других, экстракцией растворителем и может Ь быть использовано в нефтедобывающей промышленности.

Известны различные способы выделения углеводородов из минеральных материалов. Так, например, известны ® способы с использованием акустической энергии (1), атомной энергии (2), с использонанием растворителей типа лигроина, керосина (3), (4) и т. и.

Однако известные способы имеют существенные недостатки, особенно с экономической точки зрения, в частности низкую степень извлечения. Например, и процессе флотации, который осуществляется в промышленном масштабе, .получают только 60-70% битума, присутствующего в материале.

Кроме того, недостатком известных способов выделения углеводородов из смоляных песков является потребность .в большом количестве воды, что является проблемой для пустынных и полупустынных районов.

Если прс:цесс экстрагирования проводят с исполь- :ованием растворителя, 8© выявляется другой недостаток, который заключается в том, что растнорители, применяемые до сих пор н процессах регенерации углеводородон из минеральных материалов, например смоляных песков, вступают в кснтакт с песком, поэтому значительное количество растворителя теряется в процессе экстрагирования.

Серьезным недостатком известных способов является большое количество вредных отходов, загрязняющих окружающую среду. Ликвидация этих отходон предстаь. яет значительные проблемы как технические, так и экономические.

Наиболее бли эким к предлагаемому способу является способ выделения углеводородов из минеральных материалов путем введения в сырье — горючий сланец растворителя, в качестве которого используют хлористый метилен. Продукты контактирования разделяют на твердую и жидкую фазы.

Жидкую фазу затем разделяют на целевые продукты и растворитель, который возвращают в цикл (5).

Температура процесса 35-40,5 С, давление 7,03-105,5 атм.

682138 а также исключается проблема сброса илн регенерации воды после ее загряз нения н процессе экстрагирования.

Согласно предложенному способу минеральные остатки могут быть экономично очищены до степени, при ко5 торой они по существу свободны от способности загрязнения, представляющей опасность для окружающей среды.

Так как экстрагиронание угленодородов протекает с достаточно большой скоростью при атмосферном данлении, исключается необходимость осуществления процесса при повышенных давлени ях.

Экстрагиронание углеводородов из

5 минеральных порошкообразных материалов может проводиться непосредственно н месторождении или в соответствующем реакторе.

На фиг. 1 схематически изображена установка для осуществления способа выделения углеводородов из минеральных материалов; на фиг. 2 — схематически показана транспортировка исходного сырья к установке; на фиг. 3 и 4 — принципиальные схемы соответственно подземной и наземной частей установки.

Залежи 1 смоляных пескон горной разработки контактируют с растворителем-трихлорфторметаном, подаваемым н систему по линии 2 через распылительные сопла 3, установленные против поверхности залежей смоляных песков.

Значительная часть битума н смоляном песке растворяется в трихлорфторметане н процессе добычи. В результате образуется смесь, имеющая консистенцию раствора цемента.

Эта смесь уносится с рабочей поверхности месторождения при помощи шнекового конвейера 4 и подается в приемный конец первой или экстрагирующей секции реактора 5. Эта секция реактора обычно выполнена в виде шнекового конвейера 6 в корпусе

7, наклоненного по направлению от его входа к его выходному концу, Трихлорфторметил, регенерированный из второй секции реактора 8 и разбавленный регенерированными там же углеводородами, подают по линии 9 и разбрызгивают через сопло 10 в смоляные пески, движущиеся вверх через секцию реактора 5. Шнековый конвейер 6 перемешивает песок, обеспечивая контакт между порошкообразной массой и экстрагирующим растворителем.

Растворитель движется вниз по направлению к питающему концу реактора против движения смоляного песка.

Такое взаимодействие потоков обеспечивает более эффективное использование растворителя экстрагирования.

20

Разделение жидкой фазы предпочтительно проводить нагревом до температуры кипения растворителя с последующей конденсацией растворителя.

Предпочтительно также контактиро- 30 ванне проводить н несколько ступеней с рециркуляцией жидкой фазы со ступеней контактировання, кроме первой, на предыдущую ступень контактирования при протиноточной подаче сырья и 35 растворителя.

Отличительные признаки способа использование н качестве растворителя трихлорфторметана, а также пред" почтительные условия проведения про" 40 цесса.

Трихлорфторметан не обладает crIoсобностью воспламеняться, имеет Низкую температуру кипения и замерзания (23,89 С и минус 111,11 С соответственно), низкую теплоту парообразова- 45 ния, низкую вязкость и поверхностное натяжение. Это химическое соединение не реагирует с углеводородами, не токсично и не вызывает коррозию, . почти полностью регенерируется в ходе,процесса экстрагирования.»

Практически нсе углеводороды могут быть экстрагироваиы иэ.Различных мннвральных твердых материалов (таких как смоляной песок, горючие сланцы 55 и др) Так как процесс может проводиться при окружающей температуре, низкая точка кипения растворителя не является препятствием s осуществлении процесса экстрагирования. 60

Кроме того, резко сокращается расход топлива, расходуется минимальное количество воды. Таким образом, исключаются трудности и расход по снабжению большим количеством води, требующемся для процессов флотации, Однако способ недостаточно эффективен вследствие высоких энергозатрат, необходимости использования достаточно высокого давления. Кроме того, метилхлорид может оказывать вредное ноздейстние на кожу человека нри продолжительном или повторяющемся контакте растнори еля с кожей.

Цель изобретения — повышение эффективности процесса.

Это достигается согласно предложенному способу выделения углеводородов из минеральных материалов путем контактиронания сырья с растворителем — трихлорфторметаном.с получением продуктон контактиронания, разделения продуктов контактиронания на твердую и жидкую фазы и жидкой фазы — на целевые продукты и растворит ль с последующим возвратом растворителя в цикл.

Предпочтительно контактирование проводить при температуре от минус о

51 до плюс 24 С при атмосферном давлении. Разделение продуктов контактнронания целесообразно проводить центрифугиронанием.

Раствор, содержащий обычно 4060 вес.Ъ битума, выводят из секции

6821

5 реактора 5 rIo линии 1) в центробежный сепаратор 12. Из сепаратора жидкий битум и трихлорфторметановую фазу подают в испарительную колонну 13.

Так как растворитель-трихлорфторметил в данном случае контактирует 5 со смоляными песками, имеющими наибольшую концентрацию битума, раствор, направляемый в сепаратор )2, состоит в основном из битума, что позволяет свести к минимуму количество растворителя, которое должно быть отделено, и, следовательно, количество затрачиваемой энергии и стоимость регенерации растворителя.

Энергия, расходуемая в Фазе сепарации (в испарительной кслонне 13), также мала, так как точка кипения трихлорфторметана позволяет осуществить перегонку растворителя при низкой температуре. Преимуществом низкой температуры Фазы сепарации растворителя является также то, что исключается выделение нежелательных компонентов из битума при низкой точке кипения составных частей.

Растворитель из испарительной ко- 25 лонны отводят по линии 14, конденсируют в конденсаторе )5 и подают в хранилище 16 растворителя. Битум отводят по линии ).7.

Смоляной песок, выходящий из секции реактора 5 экстракции, частично свободен от углеводородов. Этот песок подают на вход секции реактора

8, которая меньше секции реактора .5 и включает в себя шнековый конвейер 18, заключенный в наклонной выработке.

Трихлорфторметан подают по линии

19 и впрыскивают в песок через сопла 20 одновременно с перемещиванием, обеспечиваемым при помощи шнека.

Впрыскивание осуществляют навстречу движению песка через реактор. Это позволяет удалять весь оставшийся битум из минеральной твердой массы.

Регенерированные углеводороды и 45 раствор собирают в нижней части выработки. Этот раствор из жидкого трихлорфторметана и битума.

Содержание битума в растворе

5-20%. Это связано с тем, что смо- 50 ляной песок, поступающий в реактор

8 имеет незначительное содержание битума.

Смесь растворителя с битумом выводят по линии 21 и подают в линию 9.

Смесь чистого песка и трихлорфторметана подают по линии 22 в центрифугу 23, где ее разделяют на жидкую и твердую фазы. Жидкую фазу выводят по линии 24 и подают в линию 9.

Песок подают в сушильный аппарат

25, где испаряют весь оставшийся растворитель. Вследствие низкой температуры кипения растворителя и относительно малого количества оставшегося рас-ворителя, энергия, необходимая для данного процесса, составляет незначительную величину (температура сушки обычно не превышает 87,78 С).

Песок, выводимый из сушильного аппарата по линии 26, практически свободен от материалов, с держащих углеводороды, и от токсичных химикатов, которые могут препятствовать

p: сту растительности.

На вход компрессора 27 подают пары трихлорфторметана, отводимые из сепаратора 12, центрифуги 23 и сушильного аппарата 25 соответственно по линиям 28, 29 и 30. Сжатые пары по линии 3). подают в конденсатор 15 и затем в хранилище 16.

Компрессор 27 выполняет две важные функции: снижает пары трихлорФторметила до такого давления, при котором они могут быть сконденсированн в жидкость в холодильнике при использовании воды или окружающего воздуха, и поддерживает внутри секции реакторов 5 и 8 и секции добычи некоторое разряжение. Таким образом, весь испарившийся трихлорфторметил в этих трех секциях также восстанавливается и откачивается в холодильник для превращения в жидкость и подачи к хранилищу растворителя.

Для вытеснения из сушильного аппарата 25 оставшихся паров трихлорфторметана можно испольэовать продувку воздухом или азотом.

По сравнению с процессами флотации способ, осуществляемый на описываемой установке, позволяет производить экстрагирование углеводородов из смоляных песков с затратами в два раза меньшими, а с расходом топлива примерно в четыре раза меньшим. Этот процесс отличается от технологии флотации минимальным потреблением воды около 75 10 л в день) .

Степень превращения высока и составляет около 140 л на 1 т смоляного песка, при этом пропускная способность менее 1 мин от добычи смоляного песка до отделения битума, очистки и сушки минеральной порошкообраэной массы, Установка в некоторой модификации может быть прим нена, например, для экстрагирования керогена из горючих сланцев.

В этом случае для добычи используют энергию взрыва вместо гидравлической добычи, так как горючие сланцы представляют более монолитную массу и их добывать более трудно, чем такие менее плотные составы, как смоляные пески.

Куски горячего сланца поднимают с места добычи и направляют в дробилку 32 (см. Фиг. 2) при помощи конвейерной системы 33.

Раздробленный сланец транспортируют с помощью второго конвейера

34 и подают на вход реактора с экст682138 рагирующим растворителем и такого же типа, как секция для экстрагирования установки (см. Фиг. 1) для регенерации углеводородов.

Ветикальные шахты 35 (cM фиг. За) опускают в месторождения смоляных песков. Погружные насосы 36 располагают в нижних частях этих шахт. Вертикальную шахту 37 опускают в месторождение в основном на равном ра"— стоянии от шахт 35.

В начальной или пусковой стадии выделения жидкий трихлорфторметил подают под давлением во все шахгы 35 и 37. ":.атем систему останавливают, растворитель регенерируют. Эту последовательность повторяют несколько раз до образования трещины или канав между ш.-хтами 35 и шахтой 37.

Затем жикий трихлорфторметан подают под давлением через шахту 37 в 20 месторождение при помощи насоса 38 на уровне, одинаковом или несколько выше уровня насосов 36, и жидкоcòü протекает из шахты 37 в окружающее пространство по направлению стрелок А.25

Жидкий растворитель растворяет углеводороды, образуя жидкую <..месь, которая протекает вниз через месторождение к отметке погружных насосов

36. Здесь растворитель, разбавленный 30 углеводородами, улавливают и откачивают на поверхность.

Процесс выделения углеводородов из слоя смоляных песков или других обрабатываемых месторождений сопро35 вождяется улавливанием трихлорфторметила, который может испаряться в хоге процесса экстрагирования. Это осуществляется обычно при помощи подсоединения компрессора через соответствующую систему труб э верхнем конце шахты, через которую накачивают растворитель. Откачивает испаряющийся растворитель из месторождения смоляных песков э шахту 37 по направлению стрелок Б и затем на 45 поверхность компрессор 39. Пары перекачивают к холодильнику для конденсации и затем подают в хранилище растворителя или возвращают в месторождение. 50

Для полного извлечения растворителя внутрь и через месторождение возможно накачивать воздух или азот, чтобы вытеснить испаряющийся растворитель. для этого используют также вакуум. Кроме того или дополнит льно к укаэанному, для извлечения растворителя месторождение может быть затоплено водой.

Смесь растворителя и углеводородов поднимают на поверхность при помощи насосов 40 (см. Фиг. 4) и подают по линии 41 в концентратор, в корпусе 42 которого размещается конденсационный змеевик (теплообмен ник 4 3) . Теплообменник располагают так, чтобы он был погружен э раствор, подаваемый в конденсатор.

Твердую фракцию, присутствующую в жидкой смеси и осаждаемую на дно концентратора, удаляют при JIомо<ли соответствующего конвейера 44 шнекоэого типа по линии 45.

Пары трихлорф=орметила пропускают через теплообменник 4 3 !IpH по— мощи компре<-.сора 46. Это приводит к испарению трихлорфторметила из массы жидк<зсти э концентраторе 47 и увеличению концентрации углеводорода в этой жидкости.

Концентрированный раствор по линии 48 направляют в испаритель 49, где растворитель отделяют от керогена.

Кероген отводят по линии 50 и исполь— зуют для дальнейшей переработки.

Выпаренный растворитель по линии

51 возвращают на вход компрессора

46.

Пары растворителя, выделяющиеся из жидкости в концентраторе 47 и проходящие вверх через каплеотбойник

52, по линии 53 подают также на вход компрессора 46.

Растворитель может быть введен э месторождение через кожух э одной из вертикальных шахт 54, пройденных для погружного насоса 40. Это исключае" необходимость прохождения отдельной шахты для введения экстра.— гирующего растворителя.

Вводимый в месторождение растворитель подают по линии 55 через компрессор 56 и нагреватель 57.

Пример. При 20 С смешивают образец канадского смолистого песчаника весом 500 r и 300 мл трихлорфторметана. Твердые неорганические компоненты, в основном двуокись кремния и ассоциированная вода, отделяются и опускаются на дно стакана, в котором проводят смешивание.

Жидкую фазу декантируют через сито 270 меш, на котором отделяют твердый углеродсодержащий материал, состоящий главным образом из асфальтов. Количество последнего составляет примерно 5% от веса загруженного смолистого песчаника.

Остаток на дне промывают 100 мл трихлорфторметана.

Трихлорфторметан иэ раствора, полученного при декантации и промывке, регенерируют выпариванием при 35ОC.

Степень регенерации составляет100%.

При проведении процесса экстрагирования получают, вес.%: вязкие углеводороды — 13; углеродсодержащие твердые вещества — 5; неорганические твердые вещества - 77; воду — 5.

Формула изобретения

1. Способ выделения углеводородов из минеральных материалов путем конэ тактирования сыр>. я с р:>ств< ри сечем с по>>уч ев и ем Г!роду к тон к<>н та к тиро†вания, раздепения ироду <тов контактирования на твердую и жидкук> фазы и жидкой фазы — ца целевь>е продукты и рас:творитель ",. .. л.>дук>щим в звратом растворителя в цикл, о т и и — 5 ч а ю щ и и <= я тем, что, <- ??????????> повышения эффектиннс с г>! пр<>це<..са, в качестве растворителя и пользуют трихчорфторметан.

2. <:пособ по и. ), о т и и ч а ю- !О щ и и с.. я тем, что контактировани» проводят при температуре от минус

5 1 до плюс 24 C при ат!.>осферн>м .давлении.

3. (:пос.об по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что разделение продуктов контактирования проводят центрифугированием.

4. С><особ по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что разделение жидкой фазы проводят нагревом до температуры кипения растворителя c TI<>c ..>>åäóèøåé конденсацией растворителя.

5. (пзс.>,1 по и. 1, о т л и ч а юIlL H и я тем, что контактирование проводят D нескзлF:><î <"т пеней с реци1 к л яцией жидкой фа зь! с<> <" тупен ей

K<>Hтактирования, кроме первой, на п1>едыдущую ступень ко>>тактирования.

6. Способ по и. 1, з т л и ч а юшийся тем, что ко><так>ирование проводят при противоточной подаче сырья и растворителя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент CLllA Р 3123546, кл. 208-11,опубпик. 1964.

2. Патент (:НЛ Р 3342257, кл. 166-11,îïóëëèê. 1967.

3. Патент (:ШЛ ti 3157231, кл. 166-9,опублик. 1964.

4. Патснт Cl>lh 9 3050289, кл. 262-2,опублик. 1962.

5. Патент СЖ> " 2596793, кл. 208-ll,îïóáë>.ê. 1952 (прототип). т—

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель Н. Королева

Ре акто т. Ратреоеяаная текрея и.аотаясш коррект Р

Ко екто E. Лукач

Эакаэ 4942/55 Тираж 609 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретениЯ и открытий

113035 Москва Ж-35, Раушская наб., д. 4 5