(54) СПОСОБ ВЫДЕЛЕНИЯ УГЛЕВОДОРОДОВ ИЗ МИНЕРАЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Изобретение относится к способам выделения углеводородов из минеральных материалов, таких как смоляных песков, горячих сланцев и других, экстракцией растворителем и может быть использовано в нефтедобывающей промыш.пенности. Известны различные способы выделения углеводородов из минеральных материалов. Так, например, известны способы с использованием акустической энергии 1 , атомной энергии 2 с использованием растворителей типа лигроина, керосина 3, 4 и т. п. Однако известные способы имеют существенные недостатки, особенно с экономической точки зрения, в частно ти низкую степень извлечения. Например, Р 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 процесс экстрагирования провоцят с исполь--ованием растворителя выявляется другой недостаток, который заключается в том, что растворители, применяемые до сих пор в процессах регенерации уг.певодородов из минеральных материалов, например смоляных песков, вступают в контакт с песком, поэтому значительное количество растворителя теряется в процессе экстрагирования . Серьезным недостатком известных способов является большое количество вредных отходов, загрязняющих окружающую среду. Ликвидация этих Отходов представляет значительные проблемы как технические, так и экономические. Наиболее близким к пред.пагаемому способу является способ вьщеления 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. Однако способ недостаточно эффективен вследствие высоких энергозатрат, необходимости использования достаточно высокого давления. Кроме того, метилхлорид может оказывать вредное воздействие на кожу человека при продолжительном или повторяющемся контакте раствори- еля с кожей. Цель изобретения - повыиение эффе тивности процесса. Это достигается согласно пред-, ложенному способу вьщеления углеводородов из минеральных материалов путем контактирования сырья с растворителем - трихлорфторметаном,с получением продуктов контактирования, разделения продуктов контактирования на твердую и жидкую фазы и жидкой фазы - на целевые продукты и растворитель с последующим возвратом растворителя в цикл. Предпочтительно контактирование проводить при температуре от минус 51 до плюс 24 С при атмосферном давлении. Разделение продуктов контактирования целесообразно проводить центрифугированием. Разделение жидкой фазы предпочтительно проводить нагревом до температуры кипения растворителя с последующей конденсацией растворителя. Предпочтительно также контактиров ние проводить в несколько ступеней с рециркуляцией жидкой фазы со ступеней контактирования, кроме первой на предыдущую ступень Контактировани при противоточной подаче сырья и растворителя. Отличительные признаки способа использование в качестве растворителя трихлорфторметака, а также предпочтительные условия- проведения процесса. Трихлорфторметан не обладает способностью воспламеняться, имеет низ кую температуру кипения и замерзани (23,89с и минус 111, соответст венно) , низкую теплоту парообразова ния, низкую вязкость и поверхностно натяжение. Это химическое соединение не реагирует с углеводородами, не токсично и не вызывает коррозию, - почти полностью регенерируется в хо де, процесса экстрагирования.. Практически все углеводороды мог быть экстрагированы из..различных минеральных твердых материалов (так как смоляной песок, горючие сланцы и др) Так как процесс может проводиться при окружающей температуре, н кая точка кипения растворителя не я ляется препятствием в осуществлении процесса экстрагирования. Кроме того, резко сокращается расход топлива, расходуется минимал ное количество воды. Таким образом, исключаются трудности.и расход по снабжению большим количеством воды, требукмемся для процессов флотации. а также исключается прС5.пема сброса или регенерации воды после ее загрязнения в процессе экстрагирования. согласно предложенному способу минеральные остатки могут быть экономично очищены до степени, при которой они по существу свободны от способности загрязнения, представляющей опасность окружающей среды. Так как экстрагирование углеводородов протекает с достаточно большой скоростью при атмосферном давлении, исключается необходимость осуществления процесса при повышеннЕЛХ давлениях. Экстрагирование углеводородов из минеральных порошкообразных материалов может проводиться непосредственно в Месторождении или в соответствующем реакторе. На фиг. 1 схематически изображена установка для осуществления способа вьвделения 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 песков горной разработки контактируют с растворителем-трихлорфторметаном, подаваемым в систему по линии 2 через распылительные сопла 3, установленные против поверхности залежей смоляных песков. Значительная часть битума в смоляном песке растворяется в трихлорфторметане в 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 углеводородс1ми, подают по линии 9 и разбрызгивают через сопло 10 в смоляные пески, движущиеся вверх через секцию реактора 5. Шнековый конвейер 6 перемеишвает 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. Раствор, содержащий обычно 4060 вес.% битума, выводят из секции реактора 5 по линии IV в центробеж ный сепаратор 2. Из сепаратора жид кий битум и трихлорфторметановую фа подают в испарительную колонну 13. Так как растворитель-трихлорфтор метил в данном случае контактирует со смоляными песками, имеющими наибольгиую концентрацию битума, раствор, направляемый в сепаратор 1 состоит в основном из битума, что позволяет свести к минимуму количество растворителя, которое должно быть отделено, и, следовательно, количество затрачиваемой энергии и стоимость регенерации растворител Энергия, расходуемая в фазе сепа рации (в испарительной колонне 13), также мала, так как точка кипения трихлорфторметана позволяет осущест вить перегонку растворителя при низ кой 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 испарител.ьной ко лонны отводят по линии 14, конденсируют в конденсаторе 15 и гюдают в хранилище 16 растворителя. Битум отводят по линии 17. Смоляной песок, выходящий из сек ции 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 перемешиванием обеспечиваемым при помощи шнека. Впрыскивание осуществляют навстречу движению песка через реактор. Это позволяет удалять весь оставшийся битум из минеральной твердой массы. Регенерированные углеводороды и раствор собирают в нижней части выработки. Этот раствор 13 жидкого трихлорфторметана и битума. Содержанке битума в растворе 5-20%. Это связано с тем, что смоляной песок, поступающий в реактор 8 имеет незначительное содержание битума. Смесь растворителя с битумом выводят по линии 21 и подают в линию Смесь чистого песка и трихлорфто метана 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 кипени-я растворителя и относительно малого количества оставшегося рас-верителя, энергия. 86 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, содержащих углеводороды, и от токсичных химикатов, которые могут препятствовать pi-сту растительности. На вход компрессора 27 подают пары трихлорфторметана, отводимые из сепаратора 12, центрифуги 23 и су1иильного аппарата 25 соответственно по линиям 28, 29 и 30. Сжатые пары по линии 31 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 сконденсированы 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 использовать 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 порошкообразной 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 экстрагирующим растворителем и такого же типа, как секция для экстрагиро вания установки (см. фиг. 1) для регенерации углеводородов. Ветикальные шахты 35 (см фиг. За опускают в месторрждения смоляных песков. Погружные насосы 36 распола гают в нижних частях этих шахт. Вер тикальную шахту 37 опускают в место рождение в основном на равном расстоянии от шахт 35. В начальной или пусковой стадии вьщеления жидкий трихлорфторметил подают под давлением- во все шахгы 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 Месторождение при помощи насоса 38 на уровне, одинаковом или несколько вьпле уровня насосов 36, и жидкость протекает из шахты 37 в окружающее пространство по направлению стрелок Жидкий растворитель растворяет углеводороды, образуя жидкую смесь которая про.текает вниз через месторождение к отметке погружных насосо 36. Здесь растворитель, разбавленны углеводородами, улавливают и откачи вают на поверхность. Процесс выделения углеводородов из слоя смоляных песков или других обрабатываемых месторождений сопровождяется улавливанием трихлорфторметила, который может испаряться в ходе процесса экстрагирования. Это осуществляется обычно при помощи подсоединения компрессора через соответствующую систему труб в верх нем конце шахты, через которую нака чивают растворитель. Откачивает испаряющийся растворитель из месторождения смоляных песков в шахту 3 по направлению стрелок Б и затем на поверхность компрессор 39. Пары перекачивают к холодильнику для конденсации и затем подают в хранилище растворителя или возвращают в месторождение. Дпя полного извлечения раствори теля внутрь и через месторождение возможно накачивать воздух или азот чтсхэы вытеснить испаряющийся растворитель. Для этого используют так же вакуум. Кроме того или дополнит-эльно к указанному, для извлечения растворителя месторождение может быть затоплено водой. Смесь растворителя и углеводоро дов поднимают на поверхность при п мощи насосов 40 (см. фиг. 4) и под ют по линии 41 в концентратор, в корпусе 42 которого размедается конденсационн(лй змеевик (теплообме кик 43). Теплообменник располагают 8 так, чтобы он был погружен в раствор, подавае лй в конденсатор. Твердую фракцию, присутствующую в жидкой смеси и осаждаемую на дно концентратора, удаляют при помощи соответствующего конвейера 44 шнекового типа по линии 45. Пары триклорфторметила пропускают через теплообменник 4 3 при помощи компрессора 46. Это приводит к испарению трихлорфторметила из массы жидкости в 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 используют 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 в месторождение через кожух в одной из вертикальных шахт 54, пройденных для погружного, насоса 40. Это исключает необходимость прохождения отдельной шахты для введения экстрагирующего растворителя. Вводимый в месторождение растворитель подают по линии 55 через компрессор 56 и нагреватель 57. П РИМ ер. При смешивают образец канадского смолистого песчаника весом 500 г 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 из раствора, полученного при декантации и промывке, регенерируют выпариванием при 35°С. Степень регенерации составляет 100%. При проведении процесса экстрагирования получают, вес.% вязкие углеводороды - 13; углеродсодержащие твердые вещества - 5 неорганические твердые вещества 77,- воду - 5. Формула изобретения 1. Способ вьщеления углеводородов из минеральных материалов путем контактирования сырья с Р)стп()рите.чем с получением продуктов контактирования, разделения 1 родуктоЕ контактирования на твердую и жидкую фазы и ЖИДКОЙ фазы - па целевые продукты и растворитель с и-.-.-ледующим рм:,„ра-. том растворителя в цикл, о т л и - 5 ч а ю щ и- П с я тем, что, г целью повышения эФфектинности процесса, в качестве растворителя исполь: уют трихлорфторметан. 2.Способ по п. , о т л и ч а ю- 10 IU и и с я тем, что контактирование проводят при температуре от минус 51 до плюс 24 С при атмосферном .давлении, 3.Способ по п, 1, о т л и ч а юЩ и и с я тем, что разделение продуктов контактирования проводят центрифугированием, 4.Способ по п. 1, отличаюЦ и и с я тем, что разделение жидкой фазы проводят нагревом до температуры кипения растворителя с послелующей конденсацией растворителя. fl f 2 1 IK щ п ц к н ни щ пр сы вн 15 кл кл
Фиг. J. Спосос- по п. 1 , о т л и ч а ки п с я тем, что контактирование оводят в несколько ступеней с реркуляцией жидкой со ступеней нтактирования, кроме первой, предыдущую ступень контактировая. 6. Способ по ц. 1, отличаюийся тем, что контактирование оводят при противоточноП подаче рья и растворителя. Источники информации, принятые во мание при экспертизе 1.Патент США № 3123S46, 208-11,опублик . 1964. 2.Патент CJlA № 3342257, 166- 1 i ,опублик. 1967. 3.Патент США W 3157231, 166-9,опублик. 1964. 4.Патент СЫА № 3050289, 262-2,опублик. 1962. 5.Патент СУ1д № 2596793, 208-11,опубли.к. 1952 (прототип)
CCljf
г1Й 4Й%
