Способ переработки нефтесодержащего песчаника в неопасные отходы с получением отмытого песка, нефти и/или нефтесодержащей жидкости Российский патент 2022 года по МПК C10G1/00 C10G1/04 C10C3/00 

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано для извлечения нефти из нефтеносных песчаников, загрязненных нефтью почв, тяжелых нефтяных отложений в системах добычи, транспорта, хранения и переработки нефти, а также для экологической очистки грунтов (песков) от нефтепродуктов, том числе, после аварий транспортных средств и/или скважин, трубопроводов, емкостей и/или очистки морских и речных побережий.

Нефтеносные пески, известные также как гудронные пески или битумные пески, являются одним из наиболее распространенных в мире источников неочищенной нефти. Поэтому переработку нефтесодержащего песчаника, в том числе, это нефтеносные, нефтенасыщенные, битуминозные пески (далее: нефтесодержащие), в неопасные отходы относят к важной экологической и экономической мировой проблеме (подавляющее большинство мировых месторождений нефтеносного песка обнаружено в Северной Америке, в частности, в Канаде, и еще несколько месторождений - в Южной Америке).

Нефтесодержащие пески существуют в виде песчинок, окруженных тонким слоем воды и дополнительно окруженных слоем битума. Битум представляет собой тяжелую, вязкую неочищенную нефть, которую можно обрабатывать с получением высококачественных синтетических масел, используемых, например, в качестве автомобильного или авиационного топлива.

Известны способы переработки нефтесодержащего песчаника в неопасные отходы с получением отмытого песка, нефти и/или нефтесодержащей жидкости.

Известен способ разделения нефтесодержащих пород [1 - патент РФ №2051165], сущность которого состоит в измельчении нефтесодержащих пород и смешивании их с жидкостью в роторно-пульсационном аппарате при акустическом воздействии в диапазоне частот 1,0 10,0 кГц и введении полученной суспензии в среднюю часть колонны установки ниже уровня воды. С верха колонны выводят нефтесодержащие продукты. Продукт низа разделяют на твердую и жидкую фазы в одном или нескольких гидроциклонах с возвратом жидкой фазы в разделительную колонну. В качестве десорбирующей жидкости используют сырую нефть, газовый конденсат, фракции перегонки нефти, воду, водные растворы карбоната натрия, щелочей, поверхностно-активных веществ. Однако известный способ вследствие периодичности процесса перемешивания смеси песок-нефть обусловливает ограничение его производительности.

Известен способ для выделения углеводородов из твердого источника и устройство для его реализации [2 - патент РФ №2337938]. Способ включает стадии смешение содержащего битум твердого источника с водой в резервуаре первичного разделения с образованием суспензии, затем последующее отделение от суспензии, по меньшей мере, части битума при помощи одного из известных методов (например, осаждения, флотации, механического перемешивания, промывки водой, насыщения воздухом, гравитационного разделения и противоточного обезвоживания); отведение части отделенного битума от суспензии; после чего перемещение оставшейся суспензии в резервуар вторичного разделения; отведение битума и твердой фазы из резервуара вторичного разделения; и последующей рециркуляция воды из резервуара вторичного разделения в резервуар первичного разделения. Однако известный способ не обеспечивают рационального экстрагирования битума из нефтеносного песка, а его использование в промышленности ограничено из-за существенного удорожания процесса экстрагирования битума, но, что является главным, его использование ведет к образованию большого количества опасных отходов.

Известен способ переработки нефтесодержащих песков [3 - патент РФ №2408652], сущность реализации которого состоит в измельчении исходного сырья, экстракции с использованием органического растворителя, разделении полученной смеси на жидкую и твердую фазы, последующим разделении жидкой фазы с получением целевого продукта-битума и регенерируемого растворителя, причем с выводом осушенной твердой фазы путем контактирования в экстракторе во взвешенном состоянии измельченного нефтеносного песка в органическом растворителе с последующей подачей полученной суспендированной среды на центрифугирование для разделения на жидкую и твердую фазы; при этом процесс экстракции проводят циклически, а центрифугирование - непрерывно, причем разделение жидкой фазы на целевой продукт-битум и регенерируемый растворитель проводят путем двухстадийного испарения с отделением от них на второй стадии - ректификации дизельной фракции; полученную осушенную твердую фазу песка направляют на брикетирование. Достоинством известного способа является то, что в нем не используются пожаро- или взрывоопасные химические реагенты. Однако известный способ переработки нефтеносных песков и устройство для его реализации имеют достаточно сложную схему разделения водонефтяной эмульсии, полученной в результате прямого контакта частиц нефтеносного песка, воды, ПАВ и водяного пара, поскольку для отделения углеводородов приходится применять специальные приемы и осуществлять отделение целевых продуктов в две стадии, а, кроме того, для проведения экстракции битума требуется использование большого количества воды.

Известен способ получения углеводородов из содержащего их песка [4 - патент РФ №2475514] с использованием водного раствора реагента, способного эмульгировать углеводороды в водной среде, включающего перемешивание песка с указанным водным раствором реагента с получением смеси песка с водно-углеводородной эмульсией, при этом в качестве реагента используют композицию, содержащую полиэлектролит, неионогенное ПАВ и щелочной агент, способную эмульгировать углеводороды в водной среде с образованием нестойкой эмульсии, используют водный раствор указанной композиции с концентрацией от 2 до 6 мас.% в количестве не менее 1,0 м³ на одну тонну песка, при этом осуществляют гравитационный отстой смеси, полученной на стадии перемешивания песка с водным раствором композиции, с разделением указанной смеси на органическую фазу, содержащую углеводороды, на водную фазу, содержащую водный раствор композиции, и на твердую фазу, а также с последующим отбором органической фазы в качестве целевого продукта. Однако в известном способе, в котором обеспечивается достаточно полное извлечение углеводородов из нефтенасыщенного песка, необходимость осуществления операции введения в эмульсию специального разрушающего агента усложняет способ необходимостью использования углеводородного растворителя.

Наиболее близким к заявленному изобретению является способ флотации нефтесодержащих песков [5 - патент РФ №2452761], выбранный в качестве прототипа. Известный способ предназначен для извлечения битумного концентрата из нефтесодержащих (битуминозных) пород с повышенным качеством, для чего поток сырья подают в резервуар, содержащий, по меньшей мере, одну камеру для грубой флотации для создания потока грубого концентрата и потока грубых отходов, причем поток грубого концентрата подают в резервуар, содержащий, по меньшей мере, одну камеру для очистной флотации для создания потока более чистого концентрата, содержащего окончательный продукт флотации, и потоков как более чистых отходов, так и более грубых отходов, которые, по меньшей мере, частично обезвоживают и выпускают в зону хранения отходов.

Недостатками известного способа являются потери, связанные с не извлеченным битумом в виде отходов, а также связанные с этим дополнительные издержки на следующих стадиях производства, которые связаны с удалением песка из нефтесодержащего песчаника.

Технический результат заявленного изобретения состоит в повышении степени очистки нефтесодержащего песчаника от нефти с получением отмытого песка, соответствующего требованиям, предъявляемым к отходам 5 класса опасности (неопасные отходы).

Указанный технический результат достигается тем, что в способе переработки нефтесодержащего песчаника в неопасные отходы с получением отмытого песка, нефти и/или нефтесодержащей жидкости, в соответствии с заявленным изобретением, последовательно осуществляют измельчение до 90% фракции 0,1-0,3 мм подаваемого в шаровую мельницу со скоростью 6 т/ч нефтесодержащего песчаника, после чего полученную пульпу подвергают флотации при температурном режиме пульпы 35-38°С с разделением пульпы на пенный продукт и отмытый песчаник с использованием раствора из смеси реагентов кислоты жирной талловой и керосина авиационного ТС-1 в соотношении 1:1 и 20% раствор триполифосфата натрия технического с подачей раствора в час в количестве 0.5 л из смеси реагентов и 3 л триполифосфата натрия, после чего проводят двухфазное разделение в декантерной центрифуге, затем камерный продукт контрольной флотации в виде отмытого от нефти песка направляют в вакуумный фильтр для обезвоживания и временного хранения, затем нефтесодержащую жидкость направляют в нефтеловушку для разделения на нефть и воду, которую используют в оборотном цикле процесса водоснабжения, а кек, в виде обезвоженного нефтефлотоконцентрата, направляют во флотомашину на дополнительную очистку.

Сущность заявленного способа переработки нефтесодержащего песчаника в неопасные отходы с получением отмытого песка, нефти и/или нефтесодержащей жидкости поясняется чертежом, на котором представлена схема установки для реализации указанного способа, которая состоит из приемных бункеров 1 и 2, дробилки 3, аккумулирующих бункеров 4, 5, 6 и 7 шаровых мельниц 8 и 9, насосов 10, 11, 13, 14, 16, 17, 21, 22, 24 и 27, бурового насоса 19, флотомашин 12, 15, 20, декантерных центрифуг 18, 23, ленточного вакуумного фильтра 25, нефтеловушки 26.

Заявленный способ переработки нефтесодержащего песчаника в неопасные отходы иллюстрируется принципиальной схемой установки, приведенной на чертеже, и его работа осуществляется следующим образом.

Нефтетитановая руда (далее НТР) аккумулируется в приемном бункере 1, а нефтесодержащий песчаник (далее ННП) - в бункере 2. Цепочкой конвейеров нефтетитановая руда или нефтесодержащие песчаники подаются и измельчаются на дробилке 3 и распределяются в аккумулирующие бункеры: НТР – в бункеры 4 и 5; ННП - в бункеры 6 и 7.

Нефтетитановая руда из аккумулирующего бункера 4 или 5 направляется на измельчение в шаровую мельницу 8. Измельченная руда насосом 10 направляется на флотомашину основной флотации 12. Пенный продукт флотации (нефтефлотоконцентрат) насосом 14 направляется на перечистную флотацию 15, где содержание TiO₂ доводится до 45%. Отмытый песчаник насосом 13 направляется на фильтр для его обезвоживания и дальнейшего складирования на место накопления и временного хранения. Нефтефлотоконцентрат насосом 17 направляется на декантерную центрифугу 18 для двухфазного разделения. Кек (в виде обезвоженного нефтефлотоконцентрата), буровым насосом 19 направляется на прокалку (обжиг).

Нефтесодержащие песчаники из аккумулирующих бункеров 5 или 6 направляются на измельчение в шаровую мельницу 9. Измельченный ННП насосом 11 направляется во флотомашину 20 для отделения от песчаника нефти. Отмытый песок насосом 21 направляется на фильтр 25 для его обезвоживания и дальнейшего складирования на место накопления и временного хранения. Пенный продукт флотации насосом 22 направляется на декантерную центрифугу 23, где происходит разделение на песчаник и нефтесодержащую жидкость. Песчаник насосом 24 подается во флотомашину 12. Нефтесодержащая жидкость с декантерных центрифуг 18 и 23 разделяется в нефтеловушке 26 на воду и нефть. Вода c помощью насоса 27 поступает в водооборотный цикл производства. Нефть вывозится автомобильным транспортом.

Пример

Ниже в качестве примера реализации заявляемого способа приведен его рабочий цикл, включающий последовательное проведение технологической операции в режиме реального времени с использованием конкретного оборудования и полученного в результате переработки нефтесодержащего песчаника заявленным способом в отмытый песчаник класса опасности 5.

При проведении апробации заявленного способа получения отмытого песчаника была осуществлена переработка нефтесодержащего песчаника с содержанием диоксида титана до 6,59% и содержанием нефти от 7% до 12% (технологическая схема установки представлена на чертеже). На шаровой мельнице 9 проводили измельчение нефтесодержащего песчаника до 90% фракции 0,1-0,3 мм. Подача нефтесодержащего песчаника в шаровую мельницу 9 составляет 6 т/ч. С шаровой мельницы 9 полученную пульпу шламовым насосом 11 направляли на флотомашину 20, в процессе флотации за счет гидрофобности и гидрофильности веществ происходило разделение пульпы на пенный продукт и камерный (отмытый песчаник). В процессе флотации использовались следующие реагенты: раствор кислоты жирной талловой сорт первый и керосина авиационного ТС-1 в соотношении 1:1 (далее КЖТ) и 20% раствор триполифосфата натрия технического. Подача реагентов осуществлялась в следующем количестве в час: КЖТ 0,5 л и 3 л триполифосфата натрия во флотомашину 20. Температурный режим пульпы во флотомашине составляет 35-38°С. Пенный продукт флотации (нефтефлотоконцентрат) направлялся на двухфазное разделение в декантерную центрифугу 23. Камерный продукт контрольной флотации (отмытый песок) шламовым насосом 21 направлялся на ленточный вакуумный фильтр 25 для его обезвоживания и отведения на временное место хранения. В декантерной центрифуге 23 на нефтефлотоконцентрат воздействует центробежная сила, в результате чего из-за разности плотностей песчаника и нефтесодержащей жидкости происходит его разделение на нефтесодержащую жидкость (НСЖ) и кек. Нефтесодержащая жидкость направляется в нефтеловушку 26 для разделения на нефть и воду, которая используется в оборотном цикле водоснабжения процесса. Кек направляется в флотомашину 12 для дополнительной очистки песчаника.

Данные лабораторных исследований на содержание нефти в отмытых песках нефтесодержащего песчаника представлены в таблицах 1 и 2.

Таблица 1

Содержание нефти в нефтесодержащем песчанике

№ пробы Наименование пробы Содержание нефти, % 1 2 3 246 Нефтесодержащий песчаник 8,14 305 Нефтесодержащий песчаник 8,29 308 Нефтесодержащий песчаник 8,18 331 Нефтесодержащий песчаник 9,97 338 Нефтесодержащий песчаник 12,59

Таблица 2

Содержание нефти в отмытом песке нефтесодержащего песчаника

№ пробы Наименование пробы Содержание нефти, % 1 2 3 4370 Отмытый песок 0,2 4398 Отмытый песок 0,29 4431 Отмытый песок 0,25 4443 Отмытый песок 0,38 4456 Отмытый песок 0,29

Как показывают результаты проведенных опытно-промышленных испытаний, наблюдается существенное снижение содержания нефти в нефтесодержащем песчанике порядка на 96,19% - 97,7% от ее исходного содержания, что подтверждается также и многочисленными лабораторными исследованиями нефтесодержащего песчаника и отмытого песка нефтесодержащего песчаника, как это видно из представленных выше таблиц 1 и 2, в столбце 3 которых указано содержания нефти в исследуемых пробах: соответственно в таблица 1 – в нефтесодержащем песчанике, и в таблице 2 – в отмытом песке нефтесодержащего песчаника.

Результаты проведенных лабораторных и промышленно-опытных апробаций подтверждают перспективность использования заявленного изобретения в промышленных масштабах с реальной возможностью существенного снижения рисков загрязнения окружающей среды, связанные с деятельностью нефтяной промышленности.

Кроме этого, дополнительным положительным фактором использования заявленного способа, являются и такие сопутствующие экономические факторы, как реальная возможность дополнительного извлечения нефти, что в целом повышает эффективность деятельности в этой сфере предприятий по коэффициенту ее извлечения, а кроме того, появляется реальная возможность использовать в строительной отрасли отмытый при этом новом способе переработки песок, что делает, в свою очередь, деятельность компаний по добыче нефтесодержащих песчаников и руд подземным способом, безотходным производством.

Вместе с тем, новый способ позволяет переработать нефтесодержащий песчаник (наряду с измельченной нефтетитановой рудой) от нефти с высокой степенью очистки и с получением отмытого песка, соответствующего требованиям, предъявляемым к отходам 5 класса опасности (неопасные отходы), что делает его особенно востребованным, для очистки подтоварных вод, которые загрязнены нефтесодержащими продуктами или отходами, например, образовавшимися в результате отстаивания в резервуарах на объектах, связанных с нефтедобычей или другими нефтяными промыслами, в частности, нефтеперерабатывающими заводами, нефтебазами, или установками подготовки нефти, а также в пластовых водах, которые залегают в расщелинах, трещинах или подземных порах горных пород или нефтяном пласте.

Источников информации

1. Патент РФ №2051165; МПК: C10G 1/04; B03B 5/34.

2. Патент РФ №2337938; МПК: C10G 1/04.

3. Патент РФ №2408652; МПК: C10G 1/04.

4. Патент РФ №2475514; МПК: C10G 1/00; C10G 1/04.

5. Патент РФ №2452761; МПК: C10G 1/00; B03B 5/00; C10C 3/00 (прототип).

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности. Изобретение касается способа переработки нефтесодержащего песчаника в неопасные отходы с получением отмытого песка, нефти и/или нефтесодержащей жидкости, в котором последовательно осуществляют измельчение до 90% фракции 0,1-0,3 мм подаваемого в шаровую мельницу нефтесодержащего песчаника со скоростью 6 т/ч нефтесодержащего песчаника. После чего полученную пульпу подвергают флотации при температурном режиме пульпы 35-38°С с использованием раствора из смеси реагентов кислоты жирной талловой и керосина авиационного ТС-1 в соотношении 1:1 и 20% раствор триполифосфата натрия технического с подачей раствора в час в количестве 0.5 л из смеси реагентов и 3 л триполифосфата натрия с разделением пульпы на пенный продукт и камерный продукт контрольной флотации в виде отмытого песка направляют в вакуумный фильтр для обезвоживания и временного хранения. Пенный продукт направляют на двухфазное разделение в декантерную центрифугу с разделением на нефтесодержащую жидкость и кек, при этом нефтесодержащую жидкость направляют в нефтеловушку для разделения на нефть и воду, которую используют в оборотном цикле процесса водоснабжения, а кек, в виде обезвоженного нефтефлотоконцентрата, направляют во флотомашину на дополнительную очистку. Технический результат - повышение степени очистки нефтесодержащего песчаника от нефти с получением отмытого песка, соответствующего требованиям, предъявляемым к отходам 5 класса опасности (неопасные отходы). 1 пр., 2 табл., 1 ил.

Способ переработки нефтесодержащего песчаника в неопасные отходы с получением отмытого песка, нефти и/или нефтесодержащей жидкости, в котором последовательно осуществляют измельчение до 90% фракции 0,1-0,3 мм подаваемого в шаровую мельницу нефтесодержащего песчаника со скоростью 6 т/ч нефтесодержащего песчаника, после чего полученную пульпу подвергают флотации при температурном режиме пульпы 35-38°С с использованием раствора из смеси реагентов кислоты жирной талловой и керосина авиационного ТС-1 в соотношении 1:1 и 20% раствор триполифосфата натрия технического с подачей раствора в час в количестве 0.5 л из смеси реагентов и 3 л триполифосфата натрия с разделением пульпы на пенный продукт и камерный продукт контрольной флотации в виде отмытого песка направляют в вакуумный фильтр для обезвоживания и временного хранения, а пенный продукт направляют на двухфазное разделение в декантерную центрифугу с разделением на нефтесодержащую жидкость и кек, при этом нефтесодержащую жидкость направляют в нефтеловушку для разделения на нефть и воду, которую используют в оборотном цикле процесса водоснабжения, а кек, в виде обезвоженного нефтефлотоконцентрата, направляют во флотомашину на дополнительную очистку.