Способ переработки битумных песков - SU1189354A3

Чертежи

Описание

Изобретение относится к способу извлечения битумных масел из сырого материала, состоящего в основном из добываемого нефтеносного песка, но содержащего также включенные глину и другие посторонние примеси, и мо жет быть использовано в нефтедобывающей промышленности. Целью изобретения является снижение энергозатрат при переработке битумных песков. На фиг. 1 представлена технологическая схема осзпцествления пред- лагаемого способа; на фиг. 2 - то ж упрощенный вариант; на фиг. 3-6 барабан-кондиционер , пригодный для применения в качестве автоклава. Добываемый нефтеносный песок (фиг. 1) непрерывно подают полинии 1, куда по линиям 2 и 3 подают горячую воду, а в случае необходимости добавочную воду по линии 4. Получе ную смесь по линии 5 подают в барабан-кондиционер или автоклав 6. При этом рН воды регулируют путем добавления гидроксида натрия или другого подходящего реагента по линии 7. В автоклаве 6 нефтеносный пе сок подвергают слабому перемешивани с целью отделения битумных масел бе измельчения комков глины, содержащейся в нефтеносном песке. KpqMe то го, высокое соотношение вода /твердьй материал и умеренное механическое воздействие в автоклаве способствуют образованию в автоклаве отдельных слоев: одного, содержащего большую часть воды и нефти, и другого, содержащего бсшыпую часть твердых частиц. В технологической схеме (фиг. 1) используют поток, содержащий большую часть твердых ча тиц, и жидкий поток отводят из авто клава 6 раздельно по линиям 8 и 9 соответственно. Температура горячей воды, подава мой в автоклав 6, составляет 76,6 90° С. Обработка нефтеносного песка в барабане-кондиционере 6 происходит при сильном разбавлении, весовое со отношение вода/нефтеносный песок составляет по меньшей мере 1,2:1. Обычно принимают соотношение вода/н теносньй песок 1,5:1, но при повьш1е ном содержании глины в нефтеносном песке предпочтительно соотношение 2:1. При необычно высоком содержани в загрузке крупных мерзлых комко нефтеносного песка, для которых требуется больший подвод тепла, соотношение вода/нефтенрсньй песок можетдостигать значений 2,5:1. Мягкие условия кондиционирования нефтеносного песка в автоклаве 6 и относительно высокое соотношение горячая вода/нефтеносный песок основаны на том, что нефтеносный песок , является нестабильной системой при температурах вьш1е температуры размягчения битума, при температурах вьш1е температуры размягчения битума основным источником знергии для измельчения неф теносного песка является межфазная энергия на границе фаз реликтовой воды и битумных масел, комки глины при измельчении гораздо менее чувствительны к тепловому воздействию, чем к механическому, нефтеносный песок может быть выпарен горячей водой без подвода водяного пара, реликтбвая вода действует как смазка при отделении битумных масел , трещины в комках нефтеносного песка уменьшают размеры агрегатов и облегчают действие горячей воды, а слабое перемешивание смеси нефтеносный песок/вода в барабане требуется для увеличения контакта воды с твердыми частицами и для улучшения теплопередачи. Следовательно, тяжелое механическое измельчение добытого нефтеносного песка в автоклаве не только не требуется, но даже вредно, так как при этом разрушаются комки глины и в получаемой суспензии образуется относительно большое количество мелких частиц. С другой стороны, мягкие условия кондиционирования при сильном разбавлении , способствуют эффективному отделению битумных масел без разрушения глины и образования большого количества суспендированных мелких частиц. Далее найдено, что твердые вещества - песок и глина - отделяются от жидких компонентов суспензии в автоклаве 6. Из автоклава 6 крупные твердые частицы по линии 8 поступают под действием силы тяжести через сито 10 в сепаратор 11 песка, с сита 10 крупные комки (обычно глины, горной породы и других посторонных примесей ) отводятся по линии 12 в спускную линию 13. с другой стороны, жидкий поток по линии 9 подают в

епаратор 14 разделения нефти и воы , в котором может быть осуществена и воздушная сепарация для обегчения процесса разделения нижнюю водную фракцию, отводимую по линии 5 15, направляют в линию 8 на разбавление потока кусковых твердых частиц до подачи на сито 10. В. некоторых случаях более выгодно очищать поток на линии 15 воздушной флотацией, чем ,д подвергать его обработке в сепараторе 14 разделения нефти и воды.

Обе стадии разделения, осуществленные в устройстве 11 для удаления песка и сепараторе 14 разделения нефти с и воды, позволяют достигнуть низкой концентрации битумных масел в сепараторе песка, и это обстоятельство, а также положительное влияние на концентрацию глины мягких условий конди- ционирования и высокой степени разбавления водой обуславливают уменьшение потерь нефти с песком, выгружаемым со дна сепаратора песка 11 в линию 13 по линии 16. Кроме того, низ- ,5 кая концентрация битумных масел в промежуточном потоке существенно улучшает эксплуатационные характеристики водообрабатьшающих устройств, которые будут описаны.

Битумная пена, отбираемая из верхней части сепаратора 13 по линии 17 из верхней части сепаратора 11 песка по линии 18, отводится по линии 19 в деаэратор 20 для последующей 35 обработки, которая будет описана. Выбрась1ваемый песок поступает по линии 21 в линию 13, а промежуточный слой отводят по линии 22 и подают , на рециркуляцию в автоклав 6 после 0 обработки с целью частичного удаления .твердых частиц.

Водный промежуточный поток по линии 22 подают насосом в рециркуля- 45 ционную линию 3, причем температуру воды повьшают путем введения водяного пара по линии 23. Часть отбираемого промежуточного потока подают по линии 24 в отстойник 25 дпя коагу-50 ляции и отстаивания, причем в промежуточньй поток добавляют по линии 26 кислоту с целью понижения рН для коагуляции , происходящей в результате введения коагулянта по линии 27. За- 55 густевшие твердые частицы, включающие коагулированные мелкие частицы, поступают из устройства 25 по линии

28 в центрифугу 29, из которой твердые частицы поступают по линии 30 в спускную линию 13 выброса твердых частиц. Жидкость из устройства 25 отводят по линии 31, подают насосом 32 в линию 2 ,и перед поступлением в автоклав ее температуру повьшают в теплообменнике 33.

Жидкость из центрифуги 29 рециркулирует в автоклав 6 по линии 34 и линии 3. В зависимости от рабочих условий процесса жидкость в линии 31 и загустевшие твердые частицы из устройства 25 могут быть частично или полностью нейтрализованы путем введения по линии 7 гидроксида натрия или другого подходящего вещества с основным характером. В соответствии с другим вариантом может быть добавлен разделяющий агент, например фосфат, натрия.

Добавочную воду после повьшгения ее температуры в теплообменнике подают либо по линии 2 либо по линии 15. Добавочная вода может быть добавлена также по линии 4 в донную часть сепаратора 11 песка, как показано .

Поскольку в автоклаве 6 комки глины не измельчаются, количество мелких частиц, подлежащих удалению в отстойнике 25 и центрифуге 29, относительно мало и, следовательно, производительность оборудования невелика и количества кислоты, коагулянта и реагента для нейтрализации, которые должны быть введены, тоже невелики. Кроме того, количество коагулянта, которое необходимо подавать по линии 27, непосредственно зависит от количества углеводородов в промежуточном потоке, а высокая эффективность отделения нефти в устройствах 14 и 11 также обеспечивает экономию коагулянта.

Богатая нефтью пена, выходящая по линии 19 из сепаратора песка 11 и сепаратора 14 разделения нефти и воды, поступает через деаэратор 20 в насос 35. Последний подает пену в контактор 36, в который предварительно по линии 37 подают разбавитель (керосин) для растворения битумных масел. К битумной пенной эмульсии добавляют химические веества , способствующие разделению, например, по линии 38 для повьш1ения ффективности последующего процестса отделения воды. Раствор битумных масел промьгоают потоком воды, подаваемой по линии 39, с целью отделения воды и твердых частиц, содержащихся в пене. На схеме показано , что разбавленная пена и вода (проходит через контактор 36 прямотоком , но контактор может работать и противотоком.

Химическое вещество, способствующее разделению эмульсии, можно подавать не по линии 38, а в контактор 36, предпочтительно через множество точек, расположенных вдоль контактора на расстоянии друг от . друга. Дезмульгатор вызывает слипание мелких капелек воды, смешанных с углеводородной фазой в контакторе , и позволяет избежать трудности осаждения зтих капелек из битумных масел.

Раствор битумных масел вытекает из контактора по линии 40, а водный поток, вытекающий по линии 41, обрабатывают с целью отделения содержащихся в нем твердых веществ и разбавителя нефти.

Водный поток подают насосом 42 по линии 41 в сепаратор 43 разделения крупных твердых веществ, которьй аналогичен сепаратору 11 песка. Крупные твердые частицы, включая песок, выгружают из сепаратора 43 по линии 44 в спускную линию 13, а водный промежуточный поток подают насосом 45 в сепаратор 46 разделения нефти и воды. Отделенную в сепараторах 43 и 46 нефть собирают в линии 47 и подают насосом по линии 48 в контактор 36 через загрузочное отверстие для разбавленной нефти.

Водную фазу из сепаратора 46 разделения нефти и воды подают по линии 49 насосом в сгуститель (коагулянт) 50, откуда сгущенное твердое вещество поступает по линии 51 в центрифугу 52, устройства 49 и 52 похожи по конструкции и функциям на устройство 25 и центрифугу 29, жидкость из сгустителя 50 после нейтрализации путем введения едкого натра в линию 53 по линии 54 подается на рециркуляцию насосом 55. Большую часть рециркулирующей воды подогревают в теплообменнике 56 для создания водного потока в линии 39, а остальную воду подают цо линии 57 насосом 32

на рециркуляцию в автоклав по линии 2.

Поскольку большая часть нефти отделяется в сепараторе 46 из промежуточного потока, выходящего из сепаратора 43 отделения твердого вещества , и поскольку в системе содержится относительно незначительные количества мелких частиц, работа сгустителя 50 облегчена и производительность центрифуги 52 не должна быть велика. Как и ранее, расход кислоты, коагулянта и щелочи тоже понижен. Найдено, что может быть получена более чистая вода и более густой шлам, если рН нижнего потока сгустителя регулировать до подачи его на центрифугу 52 аналогично как для сгустителя

0 25 и центрифуги 29. Жидкость из центрифуги 52 подают по линии 58 в линию 48, а сгущенный остаток сбрасьгоаютпо линии 59 в линию 13.

В связи с тем, что рециркуляция

5 воды, неизбежно содержащей незначительные количества твердого вещества, из сгустителя 50 в линию 39 подачи воды в контактор 36 может вызвать понижение производительности контактора, в линию 39 подачи воды в контактор можно подавать свежую добавочную воду по линии 60. В зтом случае всю воду из сгустителя 50 подают насоСом 55 по линии 57 в рециркуляционную линию 3.

На фиг. 2 представлен упрощенньй вариант технологической схемы по фиг. 1, согласно которому разделение битумной пены, промежуточного потока

и крупных твердых частиц осуществляют в одном аппарате - сепараторе песка. В остальном технологическая схема остается неизменной.

Нефтеносный песок непрерьшно подают по линии 61, куда по линиям 62 и 63 подают горячую воду, а в случае необходимости по линии 64 -: добавочную воду. Полученная смесь по линии 65 подается в барабан-кондиционер 66. При этом рН воды регулируют добавлением реагента по линии 67. Поток из сепаратора выводится по линии 68, проходит через сито 69 и с помощью насоса 70 поступает 5 в сепаратор 71. С сита 69 крупные комки отводятся по линии 72 в спускную линию 73. Битумная пена, отбираемая из сепаратора 71, по линии

74 поступает в деаэратор 75 для последующей обработки. Отработанньй песок по линии 76 поступает в линию 73, а промежуточный слой по линии 77 насосом 78 подают в линию 79 или в циркуляционную линию 63. Температуру воды регулируют введением пара по линии 80. Часть промежуточного потока подают по линии 79 в отстойник 81. Для регулирования рН добавляют по линии 82 кислоту и по линии 83 - коагулянт. Скоагулированные твердые частицы из отстойника 81 по линии 84 поступают в центрифугу 85, из которой твердые частицы по линии 86 поступают в линию 73. Жидкость из отстойника 81 отводят по линии 87, подают насосом 88 в линию 62 и перед подачей в барабан

W

кондиционер нагревают в теплообменнике 89. Жидкость из центрифуги 85 рециркулируют по линии 90 в линию 63. В случае необходимости по линии 67 в линию 87 вводят гидроксид натрия или фосфат натрия.

Нефтяная пена из деаэратора 75 насосом 91 подается в контактор 92, в которьй по линии 93 подают керо-. син. По линии 94 добавляют разрушитель битумной эмульсии. Битумные масла промывают потоком воды, подаваемым по линии 95.

Раствор масел из контактора отводят по ЛИ1ШИ 96 J а воду - по линии 97, и далее насосом 98 подают в сепаратор 99, где отделяют крупные твердые частицы, которые по линии

100отводят в линию 73. Промежуточный водный поток подают насосом (

101в сепаратор 102 разделения нефти и воды. Отделенную в сепараторах 99 и 102 нефть собирают в линию 103 и подают насосом по линии 104 в контактор 92. Водную фазу из сепаратора 102 подают насосом по линии 1.05

в сгуститель 106, откуда твердую фазу по линии 107 направляют в центрифугу 108. Жидкость из аппарата 106 по линии 109 насосом 110 через теплобменник 111 подают на рехщркуляцию в аппарат 92. Б случае необходимости по линии 112 подают щелочь.

Жидкость из центрифуги по линии 113 подают в линию 103, а остаток из центрифуги - по линии 114 в линию 73.

В случае подачи свежей воды по линии 115 всю воду из сгустителя 106 по линии 116 подают в линию 62. 5 Барабан-кондиционер или автоклав, пригодный для применения в качестве автоклава 6 (фиг. 3-6), с раздельными вьшускными отверстиями состоит из вращающегося барабана с корпусом 10 117, установленного на роликах для вращения вокруг горизонтальной оси и приводимого во вращение при помощи зубчатой передачи (не показана).

К внутренней стенке корпуса 117 5 над большей частью длины барабана с одного торца прикреплены винтовые секции 118, расположенные на расстоянии друг от друга по окрзжности (в иллюстрируемом примере имеются четыре такие секции). Каждая секция состоит из ряда металлических полос 119, которые расположены в осевом направлении на расстоянии друг от друга параллельно друг другу и наклонены под прямым углом к оси барабана (фиг. 4). Полосы 119 тянутся от корпуса 117 только на короткое расстояние по сравнению с диаметром барабана.

0 Между последовательными парами винтовых секций. 118 имеются комплекты мешалок 120. Каждая мешалка представляет собой металлическую полосу, которая прикреплена к внутренней

5 стенке корпуса 117 и тянется параллельно оси корпуса. На фиг. 3 мешалки 120 расположены не радиально, а каждая из них наклонена к соответствующему радиусу.

0 В автоклаве имеются также ряды 121 внутренних винтовых брусьев 122. Восемь таких рядов показаны на чертеже с одним рядом, установленным в одну линию,с каждой из винтовых секций 118 и с каждым комплектом меша-. лок 120. Каждый винтовой брус 122 похож на стержень, хотя предпочтительно имеет квадратное сечение, и прикреплен на одном торце к краям металлических полос 119. Далее (фиг. 4 и 5) внутренние винтовые брусья 122 в каждом ряду наклонены к оси барабана в елочку, а брусья каждого ряда 121 смещены по отношению к брусьям соседнего ряда.

Один торец корпуса 117 закрыт торцовой плитой, имеющей центральное . впускное отверстие для ввода загружаемого материала. Другой торец

(фиг. 6) открыт и имеет центральное трубчатое выпускное отверстие 123 для твердых веществ, которое тянется за торцом корпуса 117 и над корпусом на короткий отрезок длины. Трубчатое вьшускное отверстие 123 для твердых веществ укреплено на месте при помощи устройства 124, наружная окружность которого приварена или каким-либо другим способом прикреплена к внутренней стенке барабана 117. Кольцевой канал, который окружает выпускное отверстие 123 и в котором находится шнек 124, образует вьтускное отверстиедля твердых веществ.

Суспензия нефтеносного песка по линии 1 поступает в барабан автоклав через впускное отверстие (конструкция торцов с отверстиями описана). Барабан вращается против часовой стрелки (фиг. 3) с низкой CKOpoctbro, например ресколько оборотов в минуту,такую низкую скорость при меняют,чтобы избежать дробления комKOJ1 глины. Суспензия поступает в центральное пространство внутрь, внутренних винтовых брусьев 122, эти винтовые брусья находятся на таком расстоянии один от другого, что относительно малые массы нефтеносного песка и твердых веществ из измельченного нефтеносного песка падают через винтовые брусья в кольцевое пространство между ними и корпусом 117. С другой стороны, большие массы глины не могут попасть в это кольцевое пространство и сначала движутся постепенно вдоль автоклава благодаря винтовому действию брусьев 122.

Нефтеносный песок и твердые вещества , упавшие через внутренние винтовые брусья 122, слабо перемешиваются мешалками 120, которые вследствие ,наклони6го., положения не переносят твердые вещества вверх в автоклаве при вращении корпуса. В то же время твердые вещества движутся постепенно в осевом направлении вдоль корпуса 117 под действием секций 118 металлических полос 119.

В результате слабого перемешивания нефтеносного песка мешалками 120 частицы нефтеносного песка дробятся и битумные масла переходят в горячую воду, а оставшийся песок задерживается между внутренними винтовыми брусьями 122 и корпусом 117 В сторону разгрузочного торца,корпуса 117 шаг внутренних винтовых брусьев 122 увеличивается, а вследствие этого массы глины падают через них, присоединяясь к уже йе содержащему нефти песку. Наклон и шаг металлических полос 119 таковы, что твердое вещество движется в осевом направлении вдоль корпуса со скоростью, гораздо меньшей, чем количество жидкости, пропускаемой через установку.

На разгрузочном.торце барабана жидкость - горячая вода и битумные масла из нефтеносных песков - выгружаются через центральное трубчатое отверстие 123 по линии 9 (фиг. 1). В то же время твердые вещества, которые медленно перемещаются вдоль дна барабана благодаря винтовому действию металлических полос 121, выгружаются шнеком через выпускное отверстие 123 для твердых веществ, окружающее выпускное отверстие 123 для жидкостей, по линии 8.

Примеры осуществления предложеннго способа.

Пример 1. Состав нефтеноснго песка среднего качества, мае. %:

Битум11

Вода6

Твердые

фракции 83

Всего 100 Распределение по составу твердых фракций, мае. %: Крупные твердые

частицы 68 . Мелкие.

твердые частицы (менее 44 мкм) 15

Всего83

При обработке исходного продукта рН 8,5-10,0 в зависимости от качаетва нефтеносных песков, при обработке водой (блоки 25 и 50) - рН 7,0.8 ,5 также в зависимости от качества нефтеносных песков.

По линии 37 в качестве растворителя или разбавителя подают керосин,

В приведенном примере, предста1вленном в виде материального баланса, соотношение битуминозного песка и воды в автоклаве составляет 1:1,8 Если принять в расчет технологи ческую воду, подаваемую по линии 4 то соотношение составит 1:2. Температура воды в автоклаве 6 составляет 90 С. В табл. 1 и 2 представлены материальные балансы для технологически схем по фиг. 1 и 2 соответственно. В табл. 3 п риводится материальный баланс переработки песка по известному способу с обработкой горячей водой. . Как следует из табл. 3, в извес ном способе затрачивается для того же извлечения битума из песка большее количество воды и образуется больше мелкодисперсных частиц глины что сказьгоается в дальнейшем на уве личение энергозатрат при их отделен Пример 2. Эксперименты про водят на нефтеносных песках разного качества и при разных температурах воды, загружаемой в кондиционер (позиция 6). Количество воды, загружаемой в автоклав , получают путем вычитания количества нефтеносного песка, направляемого по линии 1, из общего количества материала, подаваемого в кондиционер по линии 5 Температура в кондиционере является функцией соотношения: нефтеносный песок/вода в кондиционере и температура воды. При проведении экспериментов тем пература нефтеносного песка составляет около 3 С и горячей воды около 90-95 0. Качество песка определяется - процентньм содержанием в нем битума Битум, мас.% Нефтеносный песок, качество 8 и ниже Плохоое 9-12 Среднее ; 12 и вьш1е Хорошее Количество воды, добавляемой в песок в зависимости от качества битумного песка, следукицее (рецикл рассчитан из .потоков, поступающих по линиям 5 и 1): Качество нефтеносного песк Среднее Хорошее Плохое Нефтеносный песок 100,0 100,0 100,0 :Вода + рецикл 211,1 151,6 260,9 Качество нефтеносного песка зависит от соотношения нефтеносный пе- , сок/вода: 2,1 среднее, 1,5 хорошее, 2,6 плохое. Температура в кондиционере зависит от качества песка: Качество нефтеносного песка Темпера- Среднее Хорошее Плохое тура воды, С 90 80,6 76,6 82,2 95 85,0 81,7 86,8 Температура нефтеносного песка . Как следует из приведенных данных, при температуре нефтеносного песка 3 С температура в кондиционере варьируется от 76,6 до 85 С в соотщетствии с температурой-исходной воды и качеством нефтеносного песка. Пример 3. Данные в виде четырех материальных балансов, по переработке битумных песков представлены в табл. 4-7: I.Высокобитумный песок с содержанием битумов 14%, обработанный согласно схеме на фиг. 1 (табл. 4), II.Тот же песок, обработанный по схеме фиг. 2 (табл. 5), III.Низкобитумный песок, содержащий 8% битумов, обработанный по схеме фиг. 1 (табл. 6), IV.Тот же песок, обработанный по схеме фиг. 2 (табл. 7). В опытах I и II соотношение битумного песка к технологической воде, проходящей по линии 4 и подаваемой на входе в кондиционер 6 по линии 2, составляет 100/150, т.е. 1:1,5. Если технологическую воду по другому варианту подавать в нижнюю часть сепаратора песка 11, это соотношение составит 100/122,8, т.е. 1:1,2. В опытах III и IV соответствующие соотношения битумного песка и воды составят 100/250 или 1:2,5 и 100/218,8 или 1:2,2. Из материальных балансов следует также, что возможньц различныесоотношения для первого дополнительного потока линия 22 . В опытах I и II отношение этого потока по линии 22 к исходному веществу (линия 22) составляет 54,7/118,7 или около 46%, ; в то время как в опытах III и IV соотношение составляет 14,7/264,7 или около 5,5%.

Таблица 1

Реферат

1. СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ БИ .ТУ11НЫХ ПЕСКОВ путем смешения исход-, кого влажного песка с горячей водой при массовом соотношении песок:вода , равном 1:1,2-2,5, при 76,6-90 С с получением водной суспензии, подачи суспензии в зону разделения, вьщеления потока, содержащего песок , и потока, содержащего вспененньш битум, и последующей подачи потока,содержащего вспененный битум , в зону сепарации с вьщелением битума, отличающийся тем, что, с целью снижения энергозатрат , смешение исходного влажного . песка с горячей водой осуществляют в барабане-кондиционере, в зоне разделения вьщепяют дополнительный поток , содержащий воду, мелкие твердые частицы, следы битума и крупных твердых частиц, разделяют этот поток на два потока, поток в количестве 5,5-46 мае. % от исход- ; ного направляют в зону смешения без вь деления содержащихся в нем твердых частиц и битума, а второй поток подвергают коагуляции и центрифугированию для вьщеления твердых S частиц и битума и рециркулируют далее этот осветленный поток в зону смешения. 2.Способ по п. 1, отличающийся тем, что дополнительный поток вьщеляют в отстойнике при разделении потока, содержащего вспененный битум. 3.Способ по п. 1, отличающийся тем, что рН второго пото00 ка, выделенного из дополнительного потока, перед или после центрифугис рования доводят до величины 7,0-8,5. ел 4;:

Формула