Гидроэкстракция керогена в суперкритических условиях и водная экстракция оксида алюминия и кальцинированной соды с получением остатка для производства портланд цемента - RU2005109907A

Реферат

1. Установка переработки горючих сланцев для экстракции керогена и получения синтетического нефтяного сырья, пригодного для транспортирования по трубопроводу, включающая стадию обезвоживания, на которой воду извлекают из смеси горючих сланцев и рециркулируемого растворителя; первый теплообменник, в который со стадии обезвоживания при повышенном давлении поступает обезвоженная суспензия горючих сланцев и рециркулируемый растворитель; и в котором происходит нагрев указанной суспензии до повышенной температуры посредством тепловой энергии, поступающей от получаемых нефтепродуктов; реактор, выполненный так, что он имеет заданное время пребывания при повышенных температурах и повышенных давлениях, при которых указанный растворитель находится в жидком состоянии и происходит растворение керогена в указанной суспензии, поступающей из теплообменника; маслоотделитель, в который из реактора поступают указанные горючие сланцы и указанный кероген в виде раствора в указанном растворителе; и в котором происходит разделение указанных сланцев и керогена, причем на выходе из маслоотделителя получают в качестве конечного нефтепродукта кероген, который подают в первый теплообменник, а в качестве второго продукта - указанные горючие сланцы и растворитель; многоступенчатую установку для экстракции растворителя, работающую при указанных высоких температурах и высоких давлениях, в которую поступает указанный второй продукт из маслоотделителя, и в которой происходит отделение указанного растворителя от указанных горючих сланцев; второй теплообменник, в который из многоступенчатой установки для экстракции растворителя поступает указанный растворитель, и в котором происходит передача тепловой энергии от указанного растворителя к входящему потоку растворителя, поступающему на последнюю стадию в многоступенчатую установку для экстракции растворителя, и в котором происходит снижение указанной повышенной температуры; и установку для отделения отстатков растворителя, в которой снижают указанное повышенное давление потока горючих сланцев, поступающего из многоступенчатой установки для экстракции растворителя, и в которой указанные растворители подвергают мгновенному испарению (flashes) с образованием паров, которые удаляют из установки и направляют рециклом на операцию обезвоживания; при этом окончательное извлечение растворителя из системы водного выщелачивания осуществляют при помощи ступенчатого сброса давления от приблизительно 3,5 МПа (500 PSIG, фунтов на кв. дюйм) до достижения атмосферного давления; а из указанных конечных нефтепродуктов получают указанное синтетическое нефтяное сырье, пригодное к транспортированию по трубопроводу (pipelineable crude oil).

2. Установка для переработки горючих сланцев по п.1, дополнительно включающая перегонную колонну, в которую поступают указанные конечные нефтепродукты из первого теплообменника, и на выходе из которой получают указанное синтетическое нефтяное сырье, пригодное для транспортирования по трубопроводу.

3. Установка для переработки горючих сланцев по п.2, отличающаяся тем, что из перегонной колонны дополнительно отводят поток повторно используемого среднего дистиллята, который превращают по меньшей мере в одно из указанных соединений: тетралин и декалин, для получения Н-донорной добавки к указанному растворителю.

4. Установка для переработки горючих сланцев по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что из перегонной колонны дополнительно отводят легкие фракции (light ends) в потоке рециркулируемого растворителя, а также поток рециркулируемого среднего дистиллята, который превращают по меньшей мере в одно из указанных Н-донорных соединений: тетралин и декалин, причем указанный растворитель включает как указанные легкие фракции (light ends), так и по меньшей мере одно из указанных Н-донорных соединений: тетралин и декалин.

5. Усовершенствованный способ экстракции нефтепродуктов из горючих сланцев, который включает следующие операции: измельчение добытых горючих сланцев с получением измельченного сырья горючих сланцев; смешивание указанного измельченного сырья горючих сланцев с горячим органическим растворителем, поступающим рециклом из перегонной колонны, с образованием суспензии, причем температура указанного растворителя достаточно высока для испарения воды из указанной суспензии; транспортировку указанной суспензии для проведения конверсии керогена Н-донорным дистиллятом в условиях, сверхкритических для указанного органического растворителя, с превращением керогена в стабильное нефтяное сырье, пригодное для транспортирования по трубопроводу; транспортировку указанной суспензии на стадию извлечения рециркулируемого растворителя при сверхкритических температуре и давлении, с получением конечного нефтепродукта и отделенной твердой фазы; фильтрование указанных нефтепродуктов при температуре и давлении ниже сверхкритических значений для последующей отгонки рециркулируемого растворителя и фракции среднего дистиллята, при этом указанные нефтепродукты затем направляют на хранение; гидрогенизационную обработку фракции среднего дистиллята, поступающей рециклом с указанной отгонки, с получением Н-донора для конверсии керогена; извлечение отработанного сланца после экстракции растворителем и отделение растворителя от твердых частиц горючих сланцев при температуре и давлении ниже сверхкритических значений, при котором растворитель подвергают мгновенному испарению вместе с водой для последующего поступления рециклом на стадию обезвоживания; и получение водорода, топливного газа и электрической энергии из любых газообразных продуктов конверсии указанного керогена и от перегонки указанных растворителей.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что операции проводят таким образом, что сверхкритическая температура и сверхкритическое давление для низкокипящего растворителя составляют приблизительно 400°С и не менее 3,5 Мпа (500 PSIG, фунтов на кв. дюйм ) соответственно; операции проводят таким образом, что указанную руду горючих сланцев измельчают до размеров приблизительно 9,5 мм (3/8 дюйма); операции проводят таким образом, что указанное время пребывания при указанных сверхкритических температуре и давлении, необходимых для поддержания растворителей в жидком состоянии, составляет от пяти до тридцати минут; и операции проводят таким образом, рециркулируемый Н-донорный средний дистиллят с температурой кипения приблизительно 200°С составляет примерно 20% от количества рециркулируемого низкокипящего растворителя.

7. Способ по п.5 или 6, отличающийся тем, что операции проводят таким образом, что восполнение количества водорода, использованного для гидрогенизации рециркулируемого среднего дистиллята, производят за счет газов, полученных при осуществлении указанного способа.

8. Способ по п.5, отличающийся тем, что операции проводят таким образом, что для конверсии керогена, отделения нефтепродуктов и экстракции растворителем применяют камеры, находящиеся под давлением.

9. Способ по п.5, отличающийся тем, что при отсутствии необходимости в извлечении минералов операции проводят таким образом, что отработанные сланцы охлаждают в роторном барабанном охладителе с внутренним увлажнением распыленной водой, и затем отбрасывают.

10. Способ по п.5, отличающийся тем, что операции проводят таким образом, что для водной флотации какого-либо растворителя из остатка применяют камеру, находящуюся под давлением, а все влажные остатки фильтруют под давлением для извлечения ценных минералов из щелока для выщелачивания.

11. Способ по п.5, отличающийся тем, что операции проводят таким образом, что для водной флотации смеси нефтепродуктов, среднего дистиллята, легких фракций и растворителя из остатка применяют камеру, находящуюся под давлением, а все влажные остатки фильтруют под давлением для извлечения ценных минералов из щелока для выщелачивания.

12. Способ по п.5, отличающийся тем, что операции проводят таким образом, что указанные камеры, находящиеся под давлением, включают автоклав, снабженный отсасывающим соплом Вентури (Venturi draft tube).

13. Способ экстракции керогена и других минералов, включающих оксид алюминия и кальцинированную соду, из добытых и измельченных горючих сланцев, который включает обработку суспензии горючих сланцев при сверхкритической температуре и сверхкритическом давлении для экстракции органического углерода в виде нефтепродуктов; экстракцию органического углерода из указанной суспензии горючих сланцев с получением остатка горючих сланцев; выщелачивание указанного полученного остатка горючих сланцев водным раствором карбоната натрия с получением щелока от выщелачивания, содержащего оксид алюминия и кальцинированную соду; промывку указанного остатка горючих сланцев и возвращение его в шахту в виде материала для засыпки после проведения операций экстракции и выщелачивания; осаждение всей кальцинированной соды из указанного щелока от выщелачивания при температуре приблизительно 100°С; возвращение всего оксида алюминия из указанного щелока от выщелачивания на операцию экстракции; сушку указанной кальцинированной соды для удаления кристаллизационной воды с получением коммерческой кальцинированной соды; и превращение всего гидрата алюминия в основной сульфат алюминия при температуре около 200°С и повышенном давлении, после чего указанный основной сульфат алюминия кальцинируют при температуре около 850°С с получением оксида алюминия, а газообразные оксиды серы направляют на повторное использование для получения серной кислоты.

14. Способ по п.13, отличающийся тем, что операция обработки включает измельчение указанных горючих сланцев до размеров частиц, находящихся в диапазоне от 3,1 до 6,3 мм (от 1/8 до 1/4 дюйма).

15. Способ по п.13 или 14, отличающийся тем, что на операции обработки используют растворитель, имеющий низкую температуру кипения, находящуюся в диапазоне от 100 до 140°С.

16. Способ по п.13, дополнительно включающий операции повторного использования водородо-донорного среднего дистиллята, равного по количеству тетралину из фракции указанных нефтепродуктов.

17. Способ по п.13, отличающийся тем, что операция обработки включает поддержание температуры, равной 370-420°С, и общего времени пребывания, равного 15-60 мин.

18. Способ по п.13, отличающийся тем, что операция выщелачивания включает повторное использование (рецикл) водного раствора карбоната натрия при температуре, превышающей 150°С, и давлении приблизительно 1,3 МПа (200 фунтов на кв. дюйм).

19. Способ по п.13, дополнительно включающий операцию испарительной кристаллизации моногидрата карбоната натрия, выщелоченного из указанного остатка после экстракции нефтепродуктов повторно используемым водным щелоком, содержащим карбонат натрия, при температурах, превышающих 100°С.

20. Способ по п.13, дополнительно включающий операцию барботажа CO₂ для осаждения кристаллов тригидрата алюминия из указанного щелока от выщелачивания после извлечения карбоната натрия.

21. Способ по п.13, дополнительно включающий операцию получения плотной кальцинированной соды сушкой указанного моногидрата карбоната натрия.

22. Способ по п.13, дополнительно включающий операцию промывки, сушки и кальцинирования кристаллов тригидрата алюминия при температурах от 850 до 950°С с получением оксида алюминия.

23. Способ по п.13, дополнительно включающий операцию повторного использования мелких кристаллов тригидрата алюминия для усовершенствованного получения кристаллического тригидрата алюминия из указанного щелока для выщелачивания.

24. Способ по п.13, дополнительно включающий операцию осаждения тригидрата алюминия после осаждения всей кальцинированной соды при помощи затравки из мелких кристаллов тригидрата алюминия в соотношении приблизительно 1:4, при температуре приблизительно 65°С, при концентрации оксида алюминия, равной приблизительно 160 г/л, и отношении оксид алюминия/карбонат натрия, равном приблизительно 0,7.

25. Способ по п.13, дополнительно включающий операцию агломерации осажденного тригидрата алюминия с получением более крупных кристаллов при помощи крахмала со временем пребывания в толще материала, равном приблизительно 20-25 ч.

26. Способ по п.13, дополнительно включающий операцию непосредственного превращения тригидрата алюминия в основной сульфат алюминия под действием потока рециркулируемой кислоты, получаемой из газов, отходящих из кальцинатора, при температуре приблизительно 200°С и давлении, достаточном для поддержания компонентов в жидком состоянии.

27. Способ по п.13, дополнительно включающий операцию очистки указанного повторно используемого щелока от выщелачивания после извлечения кальцинированной соды и оксида алюминия с целью освобождения контура водного выщелачивания от накопленных в нем загрязнений.

28. Способ по п.13, который после операций промывки и возвращения в производство далее включает операцию измельчения и кальцинации указанного остатка с известняком для получения материала, эквивалентного портландцементу.