СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯ МАСЛА ИЗ ТВЕРДЫХ МАСЛОСОДЕРЖАЩИХ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 2002 года по МПК B01D11/02 C10G1/04 

Изобретение относится к способу и устройству для извлечения масел из маслосодержащих материалов, например нефтеносных песков, загрязненного грунта, растительных продуктов, таких как соевые бобы, арахис или кукуруза, и лекарственные растения. В изобретении для секционного последовательного извлечения (регенерации) различных масел из твердых материалов в камере экстракции используется органический растворитель, в то время как практически не содержащие масел твердые материалы непрерывно удаляются из камеры экстракции без удаления какого-либо существенного объема органического растворителя.

В природе существует множество маслосодержащих твердых материалов. Они включают нефтеносные пески и растительные продукты, такие как соевые бобы и арахис. Кроме того, существуют и другие маслосодержащие твердые вещества неприродного происхождения, такие как грунт, загрязненный в результате разливов нефти или других экологических катастроф. При успешном удалении этих нефтепродуктов из этих твердых или полутвердых материалов извлекается сырой продукт в виде масла или нефти, который может быть использован для многих целей, включая обогрев, приготовление пищи и при производстве синтетических материалов, таких как пластмасса или резина.

Сложность проблемы извлечения нефте- и маслопродуктов как из природных, так и неприродных источников в значительной степени основана на экономических и экологических затратах, связанных с накоплением и обработкой таких материалов. Для успешной конкуренции на мировом рынке обработка этих материалов должна осуществляться при затратах, достаточно низких для того, чтобы выдержать конкуренцию других источников энергии, таких как традиционная добыча нефти или угля. Например, при переработке нефтеносных песков, которые содержат содержащий нефть битум, пески, содержащие нефть, сначала необходимо добыть, затем переработать нефтеносный песок и очистить в достаточной степени для уменьшения экологических проблем при захоронении или возврате в окружающую среду в надлежащем виде.

Для извлечения нефти и масел из этих многочисленных природных и неприродных маслосодержащих материалов использовали множество процессов. В патенте США 1567983 показан один заслуживающий внимания способ отделения нефти от песка с использованием холодной воды, в котором насыщенный нефтью песок пропускают через множество промывочных барабанов, которые вызывают выход нефти из песчаного материала. Нефть, имеющая меньшую плотность, чем вода, поднимается на поверхность воды и собирается там, в то время как песок откладывается и накапливается на дне. Этот способ неэффективен вследствие того, что большое количество нефти остается связанным с песчаным материалом, а также вследствие необходимости использования большого количества воды.

В другом способе, в котором используется горячая вода, маслосодержащие материалы подвергают воздействию струи пара под высоким давлением и вводят в смеситель с горячей водой при температуре, близкой к точке кипения. В смесь, находящуюся в смесителе, направляют струю пара под низким давлением, которая вызывает образование пены из нефти, воды и гудрона. По мере накопления пены над уровнем воды в сосуде она может быть собрана и извлечена. Этот циклический процесс с использованием горячей воды неэффективен из-за высокой стоимости нагрева воды и, кроме того, требует значительных капиталовложений в оборудование.

В других способах при удалении нефти из нефтесодержащих материалов для экстракции используются органические растворители. Эти растворители включают бензин, лигроин или другие материалы, полученные из нефтепродуктов. Один частный случай процесса, в котором для экстракции использованы органические растворители, раскрыт в патенте США 4389300 на имя Митчелла (Mitchell). У Митчелла показана вертикальная зона экстракции, насыщенные маслом материалы вводят в верхнюю часть зоны экстракции, а жидкий растворитель инжектируют в промежуточный уровень вертикального слоя материалов, поддерживая одновременно контакт по существу газовой фазы с нижней частью слоя. Перетекание жидкой фазы вниз предотвращается за счет попытки поддержания газовой фазы при достаточном давлении в нижней части зоны экстракции. Твердые вещества удаляют из нижней части слоя с помощью винтового шнекового механизма.

В патенте США 4401551, также выданном на имя Митчелла, описан процесс, в котором опять использована граница раздела двух фаз (газообразной и жидкой) растворителя в вертикальном слое маслосодержащих материалов, а обработанный песок удаляется шнековым механизмом. В изобретении для повышения эффективности извлечения также используется извлеченный растворитель при температуре и давлении, достаточных для поддержания растворителя в жидкой фазе с целью обеспечения контакта с маслосодержащим битумным песком. Однако в обоих патентах Митчелла винтовой шнековый механизм допускает значительные потери растворителя и процессом трудно управлять из-за просачивания вверх газа, находящегося в нижней части камеры, и опускания жидкого растворителя на дно камеры экстракции.

В патенте США 5281732, выданном на имя Франка (Frank), раскрыт циклический способ извлечения масел из растений, в котором камеру экстракции заполняют маслосодержащим материалом, удаляют из зоны экстракции воздух и вводят в зону экстракции в виде жидкой фазы растворитель, в обычном состоянии находящийся в газообразном состоянии. Затем жидкий растворитель прокачивают через маслосодержащие материалы и он экстрагирует масло из маслосодержащих твердых веществ. Затем извлеченное масло и растворитель в жидкой фазе перемещают в сепаратор для разделения и окончательного извлечения масла и растворителя. Из-за циклической природы этой операции этот тип процесса неэффективен для обработки значительных объемов маслосодержащих твердых материалов и не обеспечивает при обработке эффективного удаления (регенерации) всего растворителя из твердых материалов.

Таким образом, существует острая нужда в способе и устройстве, являющимися высокопроизводительными, эффективными по затратам, экологически безопасными и позволяющими осуществление непрерывной обработки огромных объемов насыщенных маслами материалов, таких как нефтеносные пески или грунты с площадок экологической очистки. Кроме того, существует потребность в устройстве (и способе), которое является относительно мобильным и может быть перемещено на технологическую площадку в удаленном месте.

Данное изобретение относится к способу и устройству для извлечения масла из маслосодержащих материалов, например нефтеносных песков, загрязненного грунта или растений непрерывным, оправдывающим затраты и экологически безопасным методом. Устройство, основанное на высокой производительности процесса, является удобным для перемещения при операциях малого масштаба и может использовать систему автоматического регулирования, которая обеспечивает рециркуляцию органических растворителей, используемых при экстрагировании. Таким образом, по мере обработки насыщенных маслом материалов единственные имеющие значение побочные продукты включают извлеченное масло и твердый, в сущности не содержащий масла, продукт, т. е. песок, который может быть возвращен в окружающую среду.

Одним аспектом данного изобретения является способ, включающий этапы внесения маслосодержащего твердого материала в верхнюю часть камеры экстракции масла, которая содержит растворитель, способный удалять масло из маслосодержащего материала. Растворитель выбирается из группы, включающей метан, этан, пропан, бутан, пентан, гексан, гептан, октан, нонан или их комбинацию, а также поверхностное активное вещество и воду. Указанный растворитель вводят в камеру экстракции масла при температуре между примерно 0^oF и 350^oF и давлении между примерно 2 и 400 фунтами на квадратный дюйм. Затем маслосодержащие твердые вещества в виде нетурбулентного потока проходят через растворитель в указанной камере экстракции масла при давлениях между примерно 2 и 400 фунтами на квадратный дюйм и температурах между примерно 0^oF и 350^oF, где возникает отдельная выделенная зона камеры экстракции масла, за счет чего масла, обладающие наибольшей растворимостью, могут быть извлечены вблизи верхней части камеры экстракции, а оставшиеся растворимые масла могут быть извлечены вблизи дна камеры экстракции масла вследствие того, что чистый растворитель вводится вблизи нижней части камеры экстракции. Извлеченные масла и растворители удаляют из верхней части камеры экстракции масла, а твердые материалы, практически не содержащие масел, удаляют из нижней части камеры экстракции масла.

В другом аспекте данного изобретения материалы, практически не содержащие масла, удаляют через канал удаления твердых веществ, расположенный вблизи нижней части камеры экстракции масла. Канал удаления твердых веществ обеспечивает контролируемое удаление твердых веществ из камеры экстракции масла при отсутствии удаления какого-либо существенного объема жидкого растворителя через ту же камеру экстракции масла. То есть не происходит удаления имеющей какое-либо значение жидкой составляющей, за исключением остаточного объема растворителя, контактирующего с твердым материалом из-за смачивания твердого материала в камере экстракции масла. Предпочтительно, чтобы с твердыми веществами из канала удаления твердых веществ удалялись не более 10 вес. % остаточного растворителя (от высушенного песчаного материала). Более предпочтительно, чтобы с твердыми веществами удалялись не более 0,5-1 вес.% остаточного растворителя. Эта реализация изобретения возможна вследствие поддержания положительной разницы давлений примерно между 1 и 25 фунтами на квадратный дюйм между областями снаружи камеры экстракции масла в заданной кольцевой зоне и внутри канала удаления масла. Эта положительная разность давлений поддерживает практически постоянный уровень жидкого растворителя в камере удаления твердых веществ и одновременно нагнетает жидкий растворитель в камеру экстракции масла. В то же время сила тяжести и шнек с электроприводом удаляют с контролируемой скоростью твердые вещества из камеры экстракции масла через канал удаления твердых веществ.

В другом аспекте данного изобретения удаляемые из камеры экстракции масла твердые вещества, практически не содержащие масла, собираются в камере осушки. Затем эти твердые материалы, которые могут содержать остаточное количество жидкого растворителя и масла, нагревают для испарения остаточного растворителя или масла, которые могут быть захвачены твердыми материалами. После испарения остаточный растворитель и/или масло конденсирует на внешней стенке камеры экстракции масла, которая имеет пониженную температуру вследствие введения прохладного растворителя. Благодаря тому, что давление снаружи камеры экстракции масла превышает давление внутри нее, конденсировавший растворитель перетекает обратно в нижний конец камеры экстракции масла через канал удаления твердых веществ.

В еще одном аспекте данного изобретения к маслосодержащим твердым материалам до, во время или после введения в камеру экстракции масла может быть приложена звуковая и/или ультразвуковая энергия. Этот источник энергии облегчает отделение масла от маслосодержащих материалов.

В другом аспекте данного изобретения извлеченные масло и жидкий растворитель удаляются из камеры экстракции масла и направляются в сепаратор, где происходит разделение растворителя и регенерированного масла. Затем масло может быть собрано или сохранено для последующей продажи, а растворитель вновь в непрерывном цикле возвращают в камеру экстракции масла.

В еще одном аспекте изобретения маслосодержащие твердые материалы до введения в камеру экстракции масла могут быть предварительно смочены растворителем или маслом для повышения отделения масла от твердого материала. Кроме того, до введения маслосодержащих твердых веществ в камеру экстракции масла, во впускную камеру, укрепленную на верхнем конце камеры экстракции масла, вводят растворитель для создания в указанной впускной камере давления между примерно 2 и 400 фунтами на квадратный дюйм. Впускная камера может быть загерметизирована для предотвращения обратного тока или потери растворителя через верхнюю часть камеры экстракции масла при введении маслосодержащих твердых веществ в камеру экстракции масла.

В еще одном аспекте изобретения может быть использован прибор контроля, который может практически непрерывно измерять качество или объем извлеченного масла и растворителя, удаляемого из камеры экстракции, и автоматически управлять скоростью поступления и выхода маслосодержащих твердых веществ, вводимых в камеру экстракции.

Краткое описание чертежей:
фиг.1 - схема процесса, изображающая компоненты, используемые для извлечения масла из маслосодержащих твердых веществ;
фиг. 2 - вид в разрезе впускной камеры, камеры экстракции масла, камеры осушки, выпускной камеры и их внутренних компонентов;
фиг. 3 - аксонометрическая проекция шнекового механизма, используемого для удаления твердых веществ из камеры удаления твердых веществ;
фиг. 4 - вид шнекового механизма и камеры экстракции масла в разрезе по линии 4-4 на фиг.2;
фиг.5 - вертикальный вид спереди в разрезе нижней части камеры экстракции масла, на котором показан канал удаления твердых веществ, опорные ребра и двигатель шнека.

Сейчас обратимся к фиг.1, на которой показана схема процесса, изображающая компоненты данного изобретения. Более подробные рисунки и другие компоненты системы можно также увидеть на фиг.2-5. При работе маслосодержащий твердый материал 80, например нефтеносный песок или растения, вводят в загрузочный бункер 2, который подает маслосодержащий твердый материал 80 на загрузочный конвейер 4. Загрузочный конвейер 4 транспортирует маслосодержащий твердый материал 80 в загрузочную воронку 6 или бункер другого типа, расположенный на верхней части впускной камеры 8. В зависимости от типа обрабатываемого маслосодержащего твердого материала 80 для облегчения удаления масла из маслосодержащего твердого материала 80 до его введения во впускную камеру 8 может быть использован раствор для предварительного смачивания, например дистиллят продукта на основе масла. Более предпочтительно, если в качестве вещества для предварительного смачивания используется маловязкое масло, например дизельное топливо, в течение периодов от 5 до 30 мин. Кроме того, возможно предварительное смачивание маслосодержащего твердого материала 80 в воздухонепроницаемой впускной камере 8 для предотвращения испарения в атмосферу растворителя, являющегося веществом для предварительного смачивания.

Перед введением во впускную камеру 8 маслосодержащего твердого материала 80 впускную камеру через впускной клапан очищающего газа 82 продувают очищающим газом, например аргоном или азотом, с целью полного удаления кислорода. Кислород и очищающий газ удаляют через выпускной клапан очищающего газа 84, который для обеспечения возможности удаления очищающего газа соединен с емкостью сброса масла 56. Предпочтительней в качестве очищающего газа использовать бутан, который легко получить из пара, полученного при обработке маслосодержащего твердого материала 80 бутаном в качестве обрабатывающего растворителя. После очистки впускной камеры 8 от кислорода закрываются впускной клапан очищающего газа 82 и впускной клапан воронки 38. Пар обедненного растворителя, например пропана или пентана, а более предпочтительно бутана, вводят во впускную камеру 8 до тех пор, пока давление не достигнет значения между примерно 15 и 30 фунтами на кв. дюйм. Это давление, как правило, равно давлению, поддерживаемому в камере экстракции масла 10.

Теперь обратимся к фиг.2 - виду в разрезе камеры экстракции масла 10. При достижении давлением во впускной камере достаточной величины открывается впускной клапан 18 камеры экстракции масла 10 и маслосодержащий материала получает возможность опускаться в колонну отстойника 16, расположенную в камере экстракции масла 10. Камера экстракции масла 10 и колонна отстойника 16 полностью заполнены растворителем, например пропаном или пентаном, при давлении и температуре, которые поддерживают растворитель в жидком состоянии. Более предпочтительно, чтобы растворителем был бутан, хотя могут использоваться и такие растворители, как октан или хлористый метил. Это определяется в первую очередь маслосодержащим твердым материалом, стоимостью и доступностью растворителя. Колонна отстойника 16 в целом представляет собой концентрический трубопровод с открытым нижним концом, который устраняет турбулентность в камере экстракции масла 10 при направлении маслосодержащего материала 80 в камеру экстракции масла 10. Твердый материал проходит через жидкий растворитель в режиме ламинарного течения и создает выделенную зону, в которой имеет место извлечение (регенерация) масла из маслосодержащего твердого материала.

В другой реализации данного изобретения в качестве впускного клапана 18 камеры экстракции масла может быть использован поворотный клапан, например поворотный подающий механизм с воздушным замком производства фирмы Meyers Inc. (Stokee, Illinois). Следовательно, поворотный клапан обеспечивает создание газового затвора, который предотвращает какой-либо обратный выброс газа из камеры экстракции масла 10 во впускную камеру 8 из-за разности давлений.

При прохождении маслосодержащего твердого материала 80 в колонну отстойника твердое вещество и несомое им масло вступают в контакт с жидким растворителем, инжектируемым через один (или более) впускной канал 22, расположенный предпочтительно вблизи нижнего конца камеры экстракции 10. Таким образом, маслосодержащие твердые материалы 80 под действием силы тяжести проходят через жидкий растворитель из верхней части камеры экстракции масла 10 на дно, где расположена камера удаления твердых веществ, в то время как жидкий растворитель проходит от впускных каналов 22 растворителя вверх в направлении канала 36 выпуска масла с растворителем. Во время работы, при введении маслосодержащего твердого материала 80 в камеру экстракции 10, раствор, находящийся в камере экстракции 10, вытесняется маслосодержащим твердым материалом и в конце концов выдавливается через канал 36 выпуска масла с растворителем. Хотя впускные каналы 22 растворителя могут находиться в разных местах, предпочтительней располагать впускные каналы 22 растворителя вблизи дна камеры экстракции масла над шнеком 26 и каналом удаления твердых веществ 24.

Когда богатый чистый растворитель, например бутан, вступает в контакт с маслосодержащими твердыми материалами 80 вблизи камеры удаления твердых веществ 24, песок прошел непрерывную очистку жидким растворителем и извлеченным маслом при прохождении из верхней части камеры экстракции масла вниз в направлении канала удаления твердых веществ 24. Таким образом, внутри камеры экстракции масла достигается характерный для хроматографии эффект секционного послойного извлечения, где маслосодержащий твердый материал 80 подвергается воздействию возрастающих концентраций растворителя по мере прохождения материала из верхней части камеры экстракции масла 10 на дно камеры экстракции масла 10. Непрерывный секционный процесс извлечения обеспечивает исключительную эффективность извлечения масла из маслосодержащего твердого материала 80.

Непрерывное и эффективное извлечение (регенерация) масла из больших объемов маслосодержащих твердых материалов 80 стало возможным благодаря камере удаления твердых веществ 24, шнеку 26, помещенному внутри камеры удаления твердых веществ 24, и перепаду давления 86 в камере экстракции, поддерживаемому между внутренним пространством камеры экстракции 10 и пространством кольцевого зазора 90 камеры экстракции, задаваемого внутренней поверхностью стенки внешней оболочки 32 камеры экстракции и наружной поверхностью стенки внутренней оболочки 34 камеры экстракции. Перепад давления 86 составляет примерно от 2 до 20 фунтов на квадратный дюйм, хотя предпочтительней, чтобы перепад давления 86 составлял примерно 5 фунтов на квадратный дюйм.

Перепад давления 86 обеспечивает достаточную энергию для продавливания жидкого растворителя из кольцевого зазора 90 камеры экстракции через канал удаления твердых веществ 24 вверх в направлении канала 36 выпуска масла с растворителем. При продавливании жидкого растворителя через твердый материал в канале удаления твердых веществ 24 шнек 26 непрерывно удаляет твердые материалы из канала удаления твердых веществ 24 с контролируемой скоростью. Таким образом, твердые материалы, практически не содержащие масла, могут быть удалены из канала удаления твердых веществ 24 без удаления какого-либо существенного объема жидкого растворителя, который протекает в противоточном направлении в сторону канала 36 выпуска масла с растворителем. В результате присутствия в камере экстракции перепада давления 86 в камере удаления твердых веществ 24 поддерживается практически постоянный уровень жидкого растворителя 88. Этот постоянный уровень жидкого растворителя 88 дополнительно препятствует попаданию какого-либо газа во внутреннюю камеру камеры экстракции масла 10, что нежелательно, так как газ и жидкий растворитель станут образовывать каналы, вызывая перемещение твердых веществ вверх и срывая ламинарное течение в камере экстракции масла. Можно считать, что при работе при оптимальных условиях могут быть обработаны объемы песка, достигающие 200 тонн в час, что может дать от 0,5 до 1,5 баррелей масла на каждый кубический ярд обработанного маслосодержащего песка.

Теперь обратимся к фиг.3, где отдельно показана аксонометрическая проекция шнека 26 без двигателя или механизма привода. В одной реализации данного изобретения шнек 26 является концентрическим и облегает внешнюю поверхность внутренней оболочки 32 камеры экстракции масла. Шнек при работе расположен в непосредственной близости от дна канала 24 удаления твердых веществ и имеет по крайней мере одну переднюю кромку 46 и по крайней мере одну заднюю кромку 48, расположенную вблизи или немного сверху верхней части канала удаления твердых веществ 24. Более предпочтительно, чтобы шнек имел две передние кромки 46, отстоящие приблизительно на 180 градусов, и две задние кромки 48, отстоящие приблизительно на 180 градусов. При движении шнека по круговой траектории передняя кромка 46 выталкивает практически не содержащий масла твердый материал вверх в направлении задней кромки 48.

Сейчас обратимся к фиг.4 и фиг.5, где можно увидеть цепь 92 двигателя шнека 28 вместе со шнеком 26. При работе двигателя шнека 28 зубчатый механизм, соединенный с цепью шнека 92, приводит переднюю кромку шнека 46 в движение вдоль дна канала 24 удаления твердых веществ, выталкивая постепенно твердые материалы вверх в направлении верхней кромки 48 шнекового механизма и, в конце концов, за изогнутый вверх край 94 камеры экстракции масла 10. В камере экстракции масла 10 за счет конической формы поверхности дна 90 стимулируется движение твердых материалов, практически не содержащих масла, в направлении канала удаления твердых веществ 24. Скорость вращения двигателя шнека 28 и, следовательно, передней кромки 46 контролируется и регулируется в зависимости от свойств масла и растворителя, извлеченных из камеры экстракции масла. В одной реализации данного изобретения свойства масла и растворителя контролируют с помощью вихревого расходомера, весового компенсатора или, что более предпочтительно, масс-спектрометра.

Вернемся к фиг.1 и 2. По мере удаления из камеры удаления твердых веществ 24 твердых материалов, практически не содержащих масла, твердые вещества опускаются в камеру осушки 12. В одном аспекте данного изобретения в камеру осушки подают тепло с помощью горячей воды или гликоля, которые циркулируют вокруг камеры осушки 12. Нагрев воды или гликоля осуществляют с помощью нагревателя 74, а циркуляцию - с помощью жидкостного насоса 66, хотя могут использоваться и другие методы нагрева камеры осушки 12, которые известны в химической промышленности. При передаче тепловой энергии твердым веществам в камере осушки твердых веществ 12 остаточный жидкий растворитель, связанный с твердым материалом, нагревается и испаряется. Затем пар растворителя конденсирует в жидкое состояние на внешней поверхности стенки внутренней оболочки 34 камеры экстракции, которая имеет пониженную температуру из-за непрерывного введения жидкого растворителя во внутреннее пространство камеры экстракции масла 10. По мере конденсации растворителя в зазоре 90 камеры экстракции жидкий растворитель стекает в направлении камеры удаления твердых веществ 24, где жидкий растворитель вновь вводится в камеру экстракции масла 10 вследствие присутствия перепада давления 86 в камере экстракции.

Для того чтобы улучшить в камере осушки 12 извлечение (регенерацию) остаточного растворителя из твердых веществ, практически не содержащих масла, вблизи дна камеры осушки 12 или на камере экстракции масла 10 могут быть установлены вибрационная пластина или вибрационный стержень. Вибрационная пластина 20 передает энергию твердым веществам, практически не содержащим масла, и повышает общую эффективность процесса извлечения масла. В предпочтительной реализации для улучшения извлечения масла из маслосодержащего материала 80 вибрационный стержень проходит в камеру экстракции масла.

После того как твердые вещества, практически не содержащие масла, подверглись нагреву, твердые вещества опускаются в выпускную камеру 14 после прохождения через выпускной клапан камеры осушки, расположенный между камерой осушки 12 и выпускной камерой 14. Затем выпускной клапан камеры осушки 40 закрывается и давление в выпускной камере 14 стравливается до атмосферного давления, обеспечивая открытие разгрузочного клапана 96 выпускной камеры. Когда разгрузочный клапан 96 выпускной камеры открыт происходит сбрасывание твердых материалов, практически не содержащих масла, на транспортное средство конвейерного или другого типа для облегчения удаления с места обработки и возврата в окружающую среду.

Для повышения эффективности системы обработки в данном изобретении осуществляется рециркуляция раствора, использовавшегося для извлечения (регенерации) масла из маслосодержащих твердых материалов 80. Вернемся к фиг.1. Когда извлеченное масло и растворитель удаляются из камеры экстракции масла 10 через канал 36 выпуска масла с растворителем, эти продукты перетекают вследствие положительного перепада давления в камеру 52 сепаратора масла и растворителя. Для улучшения разделения на сепаратор может быть подана тепловая энергия с помощью циркулирующих вокруг сепаратора воды, гликоля или других жидкостей или другими средствами, известными специалистам. После разделения извлеченное масло направляется в емкость сброса масла 56 для временного хранения до перекачки в маслопровод для сбыта или автомобили с целью удаления с места обработки.

Растворитель, отделенный в сепараторе масла и растворителя 52, обычно пропускают через газовый уравнительный резервуар 54 и затем через газоохладитель 58, в котором газообразный растворитель конденсирует в виде жидкой фазы. Энергия, необходимая для охлаждения газоохладителя до требуемой температуры, обеспечивается емкостью для хранения пропана 62, хотя может использоваться и холодильник, работающий с другими типами топлива, например природным газом, бензином или бутаном. Если требуется дополнительный растворитель для подпитки, то используются бак для хранения растворителя 64 и насос для перекачки жидкости 66 совместно с ресивером растворителя 60. Ресивер растворителя 60 в свою очередь соединен с насосом для перекачки жидкости 66, который перекачивает жидкий растворитель обратно во впускные каналы 22 растворителя, расположенные на камере экстракции 10, завершая тем самым непрерывный цикл.

Приведенное описание данного изобретения было представлено с иллюстративными и описательными целями. Кроме того, описание не имеет целью ограничение изобретения только раскрытой здесь формой. Следовательно, к области данного изобретения относятся вариации и модификации, находящиеся в соответствии с изложенным выше, профессиональными приемами и знаниями в данной области техники. Реализации, описанные выше, имеют целью разъяснение наилучших путей практической реализации изобретения и дают возможность другим специалистам использовать изобретение в таких же или других реализациях с различными модификациями, требуемыми частным применением или использованием данного изобретения. Предполагается, что прилагаемая формула изобретения разъяснена в достаточной мере для того, чтобы включать альтернативные реализации в объеме, не ограниченном известным уровнем техники.

Для придания ясности чертежам представлен следующий перечень отдельных компонентов и соответствующей нумерации:
2 - загрузочный бункер
4 - загрузочный конвейер
6 - загрузочная воронка
8 - впускная камера
10 - камера экстракции масла
12 - камера осушки
14 - выпускная камера
16 - колонна отстойника
50 - конвейер удаления твердых веществ
52- сепаратор масла и растворителя
54 - газовый уравнительный резервуар
56 - емкость сброса масла
58 - газоохладитель
60 - ресивер растворителя
62 - емкость для хранения пропана
64 - бак для хранения растворителя
18 - впускной клапан камеры экстракции
20 - вибрационная пластина
22 - впускной канал растворителя
24 - канал удаления твердых веществ
26 - шнек
28 - двигатель шнека
30 - внешняя оболочка камеры экстракции
32 - внутренняя оболочка камеры экстракции
34 - зазор камеры экстракции
36 - канал выпуска масла с растворителем
38 - впускной клапан воронки
40 - выпускной клапан камеры осушки
42 - вводной канал нагрева камеры осушки
44 - выводной канал нагрева камеры осушки
46 - передняя кромка шнека
48 - задняя кромка шнека
66 - насос для перекачки жидкости
68 - насос (сбыт масла)
70 - насос испарителя (компрессор)
72 - холодильник
74 - нагреватель
76 - опорные ребра камеры экстракции
78 - опорный стержень камеры экстракции
80 - маслосодержащий твердый материал
82 - впускной клапан очищающего газа
84 - выпускной клапан очищающего газа
86 - измеритель перепада давления в камере экстракции
88 - постоянный уровень жидкого растворителя
90 - зазор камеры экстракции
92 - цепь шнека
94 - изогнутый вверх край камеры экстракции
96 - разгрузочный клапан выпускной камеры
98 - коническая поверхность дна

Предлагаются способ и устройство для непрерывного извлечения масла из твердых веществ с использованием растворителя. Примерами таких твердых веществ могут быть нефтеносные пески, растения или другие твердые материалы. За счет обеспечения перепада давления между внешним и внутренним объемами камеры экстракции масла твердые вещества, практически не содержащие масла, могут быть удалены из камеры экстракции масла через канал удаления твердых веществ без удаления существенного объема растворителя. Перепад давления составляет по меньшей мере 2 фунта/дюйм (0,141 кг/см²). 5 c. и 45 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ извлечения масла из твердого маслосодержащего материала, включающий (а) введение указанных маслосодержащих твердых материалов во впускной отсек; (b) введение растворителя, способного удалять масло из указанных маслосодержащих твердых материалов в камеру экстракции масла, имеющую верхнюю и нижнюю части, при температуре между примерно 0^oF и 350^oF и давлении между примерно 2 и 400 фунтами на квадратный дюйм; (с) пропускание указанных маслосодержащих твердых материалов из указанного впускного отсека в указанную верхнюю часть указанной камеры экстракции масла; (d) пропускание указанных маслосодержащих твердых материалов через указанный растворитель в указанной камере экстракции масла при давлениях между примерно 2 и 400 фунтами на квадратный дюйм и температурах между примерно 0^oF и 350^oF, за счет чего указанное масло извлекается из указанных маслосодержащих твердых материалов; (е) удаление указанного извлеченного масла и указанного жидкого растворителя из указанной камеры экстракции в камеру сепарации; (f) сбор указанного извлеченного масла и указанного растворителя и (g) удаление указанного твердого материала, практически не содержащего масла, из указанной камеры экстракции масла через канал удаления твердых веществ при поддержании перепада давления по меньшей мере в 2 фунта на квадратный дюйм между внутренним пространством камеры экстракции масла и пространством кольцевого зазора, образуемого наружной поверхностью указанной камеры экстракции масла и внутренней поверхностью внешней оболочки, которая фактически заключает в себе камеру экстракции масла, за счет чего поддерживается практически постоянный уровень указанного жидкого растворителя в указанной камере удаления твердых веществ. 2. Способ по п. 1, в котором указанные маслосодержащие твердые материалы непрерывно вводят в указанную камеру экстракции масла и удаляют из канала удаления твердых веществ. 3. Способ по п. 1, в котором указанный этап удаления указанного извлеченного масла и указанного жидкого растворителя из указанной камеры экстракции включает вытеснение указанного извлеченного масла и указанного растворителя указанными маслосодержащими твердыми материалами, вводимыми в указанную камеру экстракции масла. 4. Способ по п. 1, в котором указанное масло извлекается из указанных маслосодержащих материалов секционным методом, за счет чего из указанных маслосодержащих твердых материалов вблизи указанной верхней части указанной камеры экстракции масла извлекается большее количество растворимых масел, чем вблизи указанной нижней части указанной камеры экстракции масла. 5. Способ по п. 1, в котором указанное извлеченное масло и указанный жидкий растворитель удаляют из указанной камеры экстракции в более чем одной точке по вертикали на указанной камере экстракции масла. 6. Способ по п. 1, в котором указанный впускной отсек имеет форму воронки с открытым верхом для приема указанных маслосодержащих материалов. 7. Способ по п. 1, в котором указанный впускной отсек включает средства открывания и средства закрывания для герметизации указанного впускного отсека, за счет чего указанный впускной отсек способен удерживать давление. 8. Способ по п. 7, дополнительно включающий этап инжектирования жидкости в указанный впускной отсек для создания в указанном впускном отсеке давления примерно от 2 до 400 фунтов на квадратный дюйм. 9. Способ по п. 8, в котором указанная жидкость включает метан, этан, пропан, бутан, пентан, гексан, гептан, октан, нонан или их комбинацию. 10. Способ по п. 1, дополнительно включающий этап передачи тепла указанной регенерированной твердой фазе указанных маслосодержащих материалов для извлечения остаточного растворителя из указанной твердой фазы указанного маслосодержащего материала. 11. Способ по п. 1, дополнительно включающий этап повторного введения указанного жидкого растворителя, извлеченного в указанной камере сепарации, в указанную камеру экстракции масла, за счет чего осуществляется рециркуляциия указанного раствора. 12. Способ по п. 1, дополнительно включающий этап приложения звуковой энергии к указанному маслосодержащему твердому материалу для улучшения отделения указанного масла от указанной твердой фазы указанного маслосодержащего материала. 13. Способ по п. 1, в котором указанный растворитель включает метан, этан, пропан, бутан, пентан, гексан, гептан, октан, нонан или их комбинацию. 14. Способ по п. 1, в котором указанный растворитель включает поверхностно-активное вещество и воду. 15. Способ по п. 1, дополнительно включающий этап предварительного смачивания указанного маслосодержащего твердого материала указанным растворителем до введения указанного маслосодержащего твердого материала в указанную камеру экстракции масла. 16. Способ по п. 1, дополнительно включающий этап смешивания указанного маслосодержащего твердого материала с указанным растворителем до введения указанного маслосодержащего твердого материала в указанную камеру экстракции масла. 17. Способ по п. 1, дополнительно включающий этап разделения указанного извлеченного масла и указанного растворителя в указанной камере сепарации. 18. Способ по п. 16, дополнительно включающий этап передачи тепловой энергии указанному извлеченному маслу и указанному растворителю в указанном сепараторе для улучшения разделения указанного растворителя и указанного извлеченного масла. 19. Способ по п. 17, дополнительно включающий этап конденсации указанного растворителя, существующего в паровой фазе, ниже указанного сепаратора по направлению потока для улучшения регенерации указанного растворителя. 20. Способ по п. 1, дополнительно включающий поддержание перепада давления по крайней мере 2 фунта на квадратный дюйм между внутренним пространством камеры экстракции масла и пространством кольцевого зазора, образуемого наружной поверхностью указанной камеры экстракции масла и внутренней поверхностью внешней оболочки, которая фактически заключает в себе камеру экстракции масла, за счет чего остаточный растворитель течет из указанного кольцевого зазора в указанную камеру экстракции масла. 21. Способ по п. 1, в котором указанные твердые вещества удаляют из указанной камеры удаления твердых веществ с помощью шнека, расположенного в указанной камере удаления твердых веществ. 22. Способ по п. 1, дополнительно включающий этап регулирования скорости введения указанного маслосодержащего твердого материала в указанную камеру экстракции масла на основе измерения степени чистоты указанного извлеченного масла и указанного растворителя, удаленных из указанной камеры экстракции масла. 23. Непрерывный способ извлечения масла из маслосодержащих материалов, включающий (а) введение указанных маслосодержащих материалов в верхнюю часть впускной камеры; (b) введение растворителя, способного удалять масло из указанного маслосодержащего материала, в камеру экстракции масла при температуре между примерно 0^oF и 350^oF и давлении между примерно 5 и 400 фунтами на квадратный дюйм; (с) пропускание маслосодержащего материала из указанной впускной камеры в указанную камеру экстракции масла; (d) пропускание указанного маслосодержащего материала через указанный жидкий растворитель в указанной камере экстракции при давлениях между примерно 2 и 400 фунтами на квадратный дюйм и температурах между примерно 0^oF и 350^oF, за счет чего указанное масло извлекается из указанного маслосодержащего материала; (е) вытеснение указанного извлеченного масла и указанного растворителя в жидкой фазе из указанной камеры экстракции масла указанными маслосодержащими материалами для удаления указанного извлеченного масла и указанного жидкого растворителя из указанной камеры экстракции масла в камеру сепарации; (f) разделение указанного извлеченного масла и указанного растворителя и (g) удаление твердых веществ, практически не содержащих масла, из канала удаления твердых веществ, расположенного вблизи дна указанной камеры экстракции масла, при поддержании перепада давления между примерно 1 и 25 фунтами на квадратный дюйм межу внутренним пространством камеры экстракции масла и пространством кольцевого зазора, образуемого наружной поверхностью указанной камеры экстракции масла и внутренней поверхностью внешней оболочки, которая фактически заключает в себе камеру экстракции масла, без удаления существенного объема указанного растворителя через указанный канал удаления твердых веществ. 24. Способ по п. 23, дополнительно включающий этап непрерывного поддержания практически постоянного уровня указанного жидкого растворителя в указанном канале удаления твердых веществ. 25. Способ по п. 23, в котором указанный впускной отсек имеет форму воронки. 26. Способ по п. 23, в котором указанный впускной отсек способен открываться и закрываться и поддерживать давление между примерно 2 и 400 фунтами на квадратный дюйм. 27. Способ по п. 23, дополнительно включающий этап инжектирования жидкости, способной извлекать в указанный отсек масло из материалов, содержащих углеводород. 28. Способ по п. 27, в котором указанная жидкость включает метан, этан, пропан, бутан, пентан, гексан, гептан, октан, нонан или их комбинацию. 29. Способ по п. 23, в котором указанные твердые вещества, практически не содержащие масла, удаляют из указанной камеры экстракции масла с помощью шнека, расположенного в указанном канале удаления твердых веществ. 30. Способ по п. 23, в котором между внутренним пространством указанной камеры экстракции масла и внутренним пространством внешней оболочки, которая фактически заключает в себе камеру экстракции масла, поддерживают перепад давления между примерно 1 и 25 фунтами на квадратный дюйм и в котором указанный уровень жидкости в указанном канале удаления твердых веществ поддерживают на практически постоянном уровне. 31. Способ по п. 23, дополнительно включающий этап приложения звуковой энергии к указанному маслосодержащему углеводородному материалу для улучшения разделения указанного масла и указанного материала, содержащего углеводород. 32. Способ по п. 23, дополнительно включающий нагрев указанных практически не содержащих масла материалов в камере осушки твердых веществ для извлечения остаточного растворителя, присоединенного к указанным твердым материалам, содержащим углеводород. 33. Способ по п. 23, в котором указанный растворитель включает метан, этан, пропан, бутан, пентан, гексан, гептан, октан, нонан или их комбинацию. 34. Способ по п. 23, в котором указанный растворитель включает по крайней мере одно поверхностно-активное вещество. 35. Устройство для извлечения масла из твердого маслосодержащего вещества, содержащее (а) впускную камеру, имеющую верхнюю часть, нижнюю часть и по крайней мере одну боковую стенку, проходящую между указанной верхней частью и указанной нижней частью; (b) камеру экстракции масла, имеющую верхнюю часть, нижнюю часть с изогнутым вверх краем и одну или большее количество боковых стенок, имеющих внутреннюю и внешнюю поверхности, причем указанные боковые стенки герметично соединены с указанной верхней частью и связаны с указанным изогнутым вверх краем, за счет чего обеспечивается возможность прохождения жидкости между указанной камерой экстракции и указанным изогнутым вверх краем; (с) средства обеспечения доступа для открывания и закрывания указанной верхней части указанной камеры экстракции масла, причем указанные средства обеспечения доступа связаны с указанной верхней частью указанной камеры экстракции масла и указанной нижней частью указанной впускной камеры; (d) внешнюю оболочку, в которую заключена по крайней мере часть указанной камеры экстракции масла, причем указанная внешняя оболочка имеет верхнюю часть, донную часть и по крайней мере одну боковую стенку с внутренней и внешней поверхностями, благодаря чему указанная внешняя поверхность указанной камеры экстракции и указанная внутренняя поверхность указанной боковой стенки указанной внешней оболочки образуют кольцевой зазор; (е) канал удаления твердых веществ, образуемый указанным изогнутым вверх краем указанной камеры экстракции и указанными боковыми стенками указанной камеры экстракции, в котором твердые вещества удаляются из указанной камеры экстракции; (f) средства для инжектирования, посредством которых в указанную камеру экстракции масла может быть введен растворитель; (g) камеру осушки твердых веществ, имеющую верхнюю и нижнюю части, причем указанная верхняя часть связана с указанной донной частью указанной внешней оболочки и указанной нижней частью, расположенной ниже указанного канала удаления твердых веществ; (h) средства удаления твердых веществ для контролируемого перемещения указанных твердых веществ из указанной камеры удаления твердых веществ в указанную камеру осушки твердых веществ; (i) выпускную камеру, имеющую верхнюю и нижнюю части, причем указанная верхняя часть связана с указанной нижней частью указанной камеры осушки твердых веществ; (j) клапанные средства для управления открытием и закрытием доступа в указанную выпускную камеру, причем указанные клапанные средства подсоединены между указанной нижней частью указанной камеры осушки твердых веществ и указанной верхней частью указанной выпускной камеры; (k) одно или большее число выходных окон, расположенных в указанной верхней части указанной камеры экстракции и предназначенных для удаления указанного извлеченного масла и указанного жидкого растворителя из указанной камеры экстракции масла в указанную камеру сепарации, и (l) средства обеспечения перепада давления для поддержания в указанном кольцевом зазоре давления, которое превышает давление внутри указанной камеры экстракции масла, причем внутри указанной камеры удаления твердых веществ поддерживается практически постоянный уровень жидкого растворителя. 36. Устройство по п. 35, в котором указанные средства для инжектирования включают по крайней мере одно окно, проходящее через указанную внешнюю оболочку в указанный кольцевой зазор вблизи нижней части указанной камеры экстракции. 37. Устройство по п. 35, в котором указанные средства обеспечения доступа для открывания и закрывания указанной верхней части указанной камеры экстракции являются поворотным клапаном. 38. Устройство по п. 35, в котором указанная камера экстракции масла имеет цилиндрическую форму. 39. Устройство по п. 35, в котором указанные средства удаления твердых веществ включают шнековый механизм, расположенный в указанной камере удаления твердых веществ. 40. Устройство по п. 35, в котором указанный шнек приводится в действие двигателем и вращается вокруг кольцевой оси внутри указанного изогнутого вверх края указанной камеры экстракции. 41. Устройство по п. 35, в котором указанная нижняя часть указанной камеры экстракции имеет уклон в сторону указанного изогнутого вверх края, за счет чего указанные маслосодержащие твердые вещества перемещаются под действием силы тяжести в направлении указанного изогнутого вверх края и указанной камеры удаления твердых веществ. 42. Устройство по п. 35, дополнительно включающее средства нагрева для передачи тепловой энергии указанным твердым веществам в указанной камере осушки твердых веществ. 43. Устройство по п. 35, дополнительно включающее средства создания вибрации для передачи энергии вибрации указанным твердым веществам в указанной впускной камере твердых веществ и в указанной выпускной камере твердых веществ. 44. Устройство по п. 35, дополнительно включающее средства создания звуковой энергии, соединенные с указанной впускной камерой или указанной выпускной камерой, за счет чего передается звуковая энергия для повышения степени извлечения указанного масла из указанных маслосодержащих материалов. 45. Непрерывный способ извлечения масла из твердого материала, содержащего углеводород, включающий этапы (а) введения твердого материала, содержащего углеводород, в верхнюю часть впускной камеры; (b) инжектирования жидкости в указанную впускную камеру для создания в указанной впускной камере давления между примерно 2 и 400 фунтами на квадратный дюйм; (с) введения растворителя, способного удалять масло из указанного твердого материала, содержащего углеводород, в камеру экстракции масла при температуре между примерно 0^oF и 350^oF и давлении между примерно 5 и 400 фунтами на квадратный дюйм; (d) пропускания указанного твердого материала, содержащего углеводород, из указанной впускной камеры в верхнюю часть указанной камеры экстракции масла; (е) пропускания указанного твердого материала, содержащего углеводород, из верхней части указанной камеры экстракции масла вниз через указанный растворитель в жидкой фазе в направлении указанной нижней части указанной камеры экстракции масла, за счет чего масло извлекается из указанного твердого материала; (f) удаления указанного извлеченного масла и указанного жидкого растворителя в камеру сепарации, осуществляемого вблизи указанной верхней части указанной зоны экстракции; (g) разделения указанного извлеченного масла и указанного растворителя в указанной камере сепарации; (h) удаления указанных твердых материалов из указанной зоны экстракции через камеру удаления твердых веществ в камеру осушки твердых веществ при поддержании практически постоянного уровня указанного жидкого растворителя в указанной камере удаления твердых веществ; (i) осуществляемого в указанной камере осушки твердых веществ испарения остаточной составляющей растворителя, связанного с указанными твердыми материалами; (j) конденсации указанной остаточной составляющей растворителя для извлечения дополнительного растворителя; (k) сбора указанного извлеченного масла и указанного твердого песчаного материала и (l) рециркуляции указанного растворителя, регенерированного в указанном сепараторе, для повторного введения в указанную камеру экстракции масла. 46. Способ по п. 45, в котором указанный этап конденсации осуществляется в пространстве кольцевого зазора, задаваемого внешними стенками указанной камеры экстракции масла и внутренней стенкой внешней оболочки, в которую заключена по крайней мере часть указанной камеры экстракции масла. 47. Способ по п. 45, в котором указанный этап удаления указанного извлеченного масла и указанного жидкого растворителя из указанной камеры экстракции масла включает вытеснение указанного извлеченного масла и указанного растворителя указанными твердыми материалами, вводимыми в указанную камеру экстракции масла. 48. Способ по п. 45, дополнительно включающий этап контроля объема или качества указанного извлеченного масла и указанного жидкого растворителя, полученных из указанной камеры экстракции масла, и регулирования скорости поступления указанного твердого материала, содержащего углеводород, в указанную камеру экстракции масла. 49. Устройство для извлечения масла из маслосодержащего материала, содержащее (а) впускную камеру, имеющую верхнюю часть, нижнюю часть и по крайней мере одну боковую стенку, проходящую между указанной верхней частью и указанной нижней частью; (b) камеру экстракции масла, имеющую верхнюю часть, нижнюю часть с изогнутым вверх краем и одну или большее количество боковых стенок, имеющих внутреннюю и внешнюю поверхности, причем указанные боковые стенки герметично соединены с указанной верхней частью и механически связаны с указанным изогнутым вверх краем, за счет чего обеспечивается возможность прохождения жидкости от указанного изогнутого вверх края в указанную камеру экстракции масла; (с) клапан, связанный с указанной верхней частью указанной камеры экстракции и указанной нижней частью указанной впускной камеры, причем указанный клапан обеспечивает доступ в указанную верхнюю часть указанной камеры экстракции; (d) внешнюю оболочку, в которую заключена по крайней мере часть указанной камеры экстракции масла, причем указанная внешняя оболочка имеет верхнюю часть, донную часть и по крайней мере одну боковую стенку с внутренней и внешней поверхностями, благодаря чему указанная внешняя поверхность указанной камеры экстракции и указанная внутренняя поверхность указанной боковой стенки указанной внешней оболочки образуют кольцевой зазор; (е) канал удаления твердых веществ, образуемый указанным изогнутым вверх краем указанной нижней части указанной камеры экстракции и указанными боковыми стенками указанной камеры экстракции, через который твердые вещества удаляются из указанной камеры экстракции в указанный кольцевой зазор; (f) по крайней мере одно окно для инжекции растворителя, расположенное в непосредственной близости к указанной нижней части указанной камеры экстракции нефти и проходящее через указанную внешнюю оболочку, за счет чего в указанную камеру экстракции масла может быть введен растворитель; (g) камеру осушки твердых веществ, имеющую верхнюю и нижнюю части, причем указанная верхняя часть связана с указанной донной частью указанной внешней оболочки, а указанная нижняя часть расположена ниже указанного канала удаления твердых веществ; (h) шнек, движущийся по круговой траектории, расположенной в указанном канале для удаления твердых веществ, для контролируемого перемещения указанных твердых веществ из указанной камеры удаления твердых веществ в указанную камеру осушки твердых веществ; (i) выпускную камеру, имеющую верхнюю и нижнюю части, причем указанная верхняя часть связана с указанной нижней частью указанной камеры осушки твердых веществ; (j) клапанные средства для управления открытием и закрытием доступа в указанную выпускную камеру, причем указанные клапанные средства подсоединены между указанной нижней частью указанной камеры осушки твердых веществ и указанной верхней частью указанной выпускной камеры; (k) одно или большее число выходных окон, расположенных в указанной верхней части указанной камеры экстракции и предназначенных для удаления указанного извлеченного масла и указанного жидкого растворителя из камеры экстракции масла, и (l) транспортные средства для транспортировки указанного извлеченного масла и указанного жидкого растворителя из камеры экстракции масла в камеру сепарации; (m) сепаратор для разделения указанного масла, извлеченного из указанного маслосодержащего песка, и указанного растворителя; (n) средства обеспечения перепада давления для поддержания в указанном кольцевом зазоре между указанной камерой экстракции и указанной внешней оболочкой давления, которое превышает давление внутри указанной камеры экстракции масла, за счет чего внутри указанной камеры удаления твердых веществ поддерживается практически постоянный уровень жидкого растворителя. 50. Устройство по п. 49, в котором указанный клапан, подсоединенный к указанной нижней части указанной впускной камеры и указанной верхней части указанной камеры экстракции, обеспечивает поддержание давления между указанной камерой экстракции масла и указанной впускной камерой во время открывания и закрывания указанного клапана.

Приоритет по пунктам:
13.02.1996 по пп. 1-50.