Способ выделения углеводородов из минеральных материалов

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ1682138 Союз Советскнх Соцналнстмческнх РеспубликК ПАТЕНТУ 11) 11 онолнитольный а ген гу 2) Заявлено 19.02.73) Приоритет М. К 330254/23-0 С 10 б 1/О Госу ТВРнный СССР ам нзобретРнн открытийкомнт УЛК бб 5. (088.8) НО публнковано 250879. Бюллетень 3 Ф дат бликования описания 2508) Авторы изобретения Иностранцы й Д, Смит и Даи лл Иностранная фирма Стандарт Ойл Компани(54) СПОСОБ ВЫДЕЛЕНИЯ УГЛЕВОДОРОДОВ ИЗ МИНЕРАЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ ток, котор створители выявляется другойзаключается в том,применяемые до сихрегенерации углеводральных материалов,песков, вступают впоэтому значительноворителя теряется в ос в процессахдон из минепример смолян и о акт с песком,личество растцессе экстрак гирования.Серьезнымспособов явво вредныхокружающуюотходов препроблемы каномические,не етс тход Реду стаь тех Наиболее близким к предлагаемомуспособу является способ вьщеленияуглеводородов из минеральных материалов путем введения в сырье - горючий сланец растворителя, в качестве которого используют хлористыйметилен. Продукты контактированияразделяют на твердую и жидкую Фазы,Жидкую фазу затем разделяют нацелевые продукты и растворитель,который возвращают в цикл 5.Температура процесса 35-40,5 С,давление 7,03-105,5 атм,водя Изобретение относится к способамвьщеления углеводородов из минеральных материалов, таких как смоляныхпесков, горячих сланцев и других,экстракцией растворителем и может ббыть использовано в нефтедобывающейпромышленности,Известны различные способы выделения углеводородов из минеральныхматериалов. Так, например, известны 1 Оспособы с использованием акустической энергии 1, атомной энергии 2,с использованием растворителей типалигроина, керосина 3, 4 и т. и.Однако известные способы имеют 15существенные недостатки, особенно сэкономической точки зрения, в частности низкую степень извлечения. Например, и процессе флотации, которыйосуществляется в промышленном масш- фтабе, .получают только б 0-70 битума,присутствующего в материале,Кроме того, недостатком известныхспособов выделения углеводородов изсмоляных песков является потребность.в большом количестве воды, что является проблемой для пустынных и полупустынных районов.Если процесс экстрагирования прот с исполь.ованием растворителя, ф) остатном известных я большое количестов, загрязняющихЛиквидация этих яет значительные нические, так и эко 682138а также исключается проблема сбросаили регенерации вопч после ее загрязнения н процессе экстрагиронания.Согласно предложенному способуминеральные остатки могут быть экономично очищены до степени, при ко 5 торой они по существу свободны отспособности загрязнения, представляющей опасность для окружавшей среды.Так как экстрагиронание угленодородов протекает с достаточно большой скоростью при атмосферном данлении, исключается необходимостьосуществления процесса при повышенных давлениях.Экстрагиронание углеводородов из5 минеральных порошкообраэных материалов может проводиться непосредственно н месторождении или в соответствующем реакторе.На фиг. 1 схематически изображенаустановка для осуществления способавыделения углеводородов иэ минеральных материалов; на фиг, 2 - схематически показана транспортировкаисходного сырья к установке; нафиг, 3 и 4 - принципиальные схемысоответственно подземной и наземной частей установки.Залежи 1 смоляных пескон горной разработки контактируют с растворителем-трихлорфторметаном, подаваемым н систему по линии 2 черезраспылительные сопла 3, установленные против поверхности залежей смоляных песков.Значительная часть битума н смоляном песке растворяется в трихлорфторметане н процессе добычи, В результате образуется смесь, имеющаяконсистенцию раствора цемента,Эта смесь уносится с рабочей поверхности месторождения при помощишнекового конвейера 4 и подается вприемный конец первой или экстрагиРующей секции реактора 5. Эта секция реактора обычно выполнена в виде шнекового конвейера 6 н корпусе7, наклоненного по направлению отего входа к его выходному концу,Трихлорфторметил, регенерированныйиз второй секции реактора 8 и разбавленный регенерированными там жеуглеводородами, подают по линии 9 иразбрызгивают через сопло 10 в смоляные пески, движущиеся вверх черезсекцию реактора 5. Шнековый конвейер б перемешивает песок, обеспечивая контакт между порошкообразноймассой и экстрагирующим растворителем.Растворитель движется вниз понаправлению к питающему концу реактора против движения смоляного песка.Такое взаимодействие потоков обеспечивает более эффективное использование растворителя экстрагирования. 10 20 25 Разделение жидкой фазы предпочтительно проводить нагревом до температуры кипения растворителя с последующей конденсацией растворителя.Предпочтительно также контактированне проводить н несколько ступенейс рециркуляцией жидкой фазы со ступеней контактиронання, кроме первой,на предыдущую ступень контактированияпри протиноточной подаче сырья и 35растворителя.Отличительные признаки способаиспользование н качестве растворителя трихлорфторметана, а также пред"почтительные условия проведения про" 40цесса,Трихлорфторметан не обладает способностью воспламеняться, имеет Низкую температуру кипения и замерзания(23,89 С и минус 111,11 С соответственно), низкую теплоту парообразова" 45ния, низкую вязкость и поверхностноенатяжение. Это химическое соединениене реагирует с углеводородами, нетоксично и не вызывает коррозию,почти полностью регенерируется в ходе,процесса экстрагирования.Практически нсе углеводороды могутбыть экстрагиронаиы иэ.Различныхмйнвральных твердых материалов (такихкак смоляной песок, горючие сланцы 55и др) Так как процесс может проводиться при окружающей температуре, низкая точка кипения растворителя не является препятствием н осуществлениипроцесса экстрагирования. 60Кроме того, резко сокращаетсярасход топлива, расходуется минимальное количество воды. Таким образом,исключаются трудности и расход поснабжению большим количеством води,требующемся для процессов флотации,Однако способ недостаточно эффективен вследствие высоких энергозатрат, необходимости использования достаточно высокого давления. Кроме того, метилхлорид может оказывать вредное ноздейстние на кожу человека при продолжительном или повторяющемся контакте растнори еля с кожей.Цель изобретения - повышение эффективности процесса.Это достигается согласно предложенному способу выделения углеводородов из минеральных материалов путем контактиронания сырья с растворителем - трихлорфторметаном.с получением продуктон контактиронания, разделения продуктов контактиронания на твердую и жидкую фазы и жидкой фазы - на целевые продукты и растворит ль с последующим возвратом растворителя н цикл.Предпочтительно контактирование проводить при температуре от минусо51 до плюс 24 С при атмосферном давлении. Разделение продуктов контактиронания целесообразно проводить центрифугиронанием. Раствор, содержащий обычно 4060 вес,Ъ битума, выводят иэ секции68215реактора 5 ло линии 11 н центробежный сепаратор 12. Из сепаратора жидкий битум и трихлорфторметановую фазу подают в исларительную колонну 13.Так как растворитель-трихлорфторметил в данном случае контактирует 5со смоляными песками, имеющиминаибольшую концентрацию битума,раствор, направляемый в сепаратор 12,состоит в основном из битума, чтопозволяет свести к минимуму количество растворителя, которое должнобыть отделено, и, следовательно,количестно затрачиваемой энергиии стоимость регенерации растворителя.Энергия, расходуемая в Фазе сепарации (в исларительной колонне 13),также мала, так как точка кипениятрихлорфторметана позволяет осуществить перегонку растворителя лри низкой температуре. Преимуществомнизкой температуры Фазы сепарациирастворителя является также то, чтоисключается выделение нежелательныхкомпонентов из битума при низкойточке кипения составных частей.Растноритель из испарительной колонны отводят ло линии 14, конденсируют н конденсаторе 15 и подаютв хранилище 16 растворителя. Битумотводят по линии 17,Смоляной лесок, выходящий из секции реактора 5 экстракции, частичносвободен от углеводородов, Этот песок подают на вход секции реактора8, которая меньше секции реактора.5 и включает в себя шнековый конвейер 18, заключенный н наклонной выработке.Трихлорфторметан подают ло линии19 и впрыскинают в лесок через сопла 20 одновременно с перемещиванием,обеспечиваемым при помощи шнека.Впрыскинание осуществляют навстречудвижению песка через реактор. Этопозволяет удалять весь оставшийсябитум из минеральной твердой массы.Регенерированные углеводороды и 45раствор собирают в нижней части выработки. Этот раствор из жидкоготрихлорфторметана и битума.Содержание битума в растворе5-20. Это связано с тем, что смоляной песок, поступающий в реактор8 имеет незначительное содержаниебитума.Смесь растворителя с битумом выводят по линии 21 и подают в линию 9. 55Смесь чистого песка и трихлорфторметана подают по линии 22 в центрифугу 23, где ее разделяют на жидкуюи твердую фазы. Жидкую фазу выводятпо линии 24 и подают в линию 9,Песок подают в сушильный аппарат25, где испаряют весь оставшийсярастворитель. Вследствие низкойтемпературы кипения растворителя иотносительно малого количества оставшегося рас-ворителя, энергия,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, с держащих углеводороды, и от токсичных химикатов, которые могут препятствовать р. сту растительности.На вход компрессора 27 подают пары трихлорфторметана, отнодимые из сепаратора 12, центрифуги 23 и сушильного аппарата 25 соответственно ло линиям 28, 29 и 30. Сжатые пары по линии 31. подают в конденсатор 15 и затем н хранилище 16.Компрессор 27 выполняет две важные Функции: снижает пары трихлорФторметила до такого давления, при котором они могут быть сконденсированн н жидкость н 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 восстанавлинается и откачивается в холодильник для превращения в жидкость и подачи к хранилищу растворителя.Для вытеснения из сушильного аппарата 25 оставшихся парон трихлорфторметана можно испольэовать продувку воздухом или азотом.По сравнению с процессами флотации способ, осуществляемый на описываемой установке, позволяет производить экстрагирование углеводородон из смоляных песков с затратами в два раза меньшими, а с расходом топливапримерно 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 порошкообраэной 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 экст 682138рагирующим растворителем и такогоже типа, как секция для экстрагировация установки (см. фиг. 1) длярегенерации углеводородов. Ветикальные шахты 35 (см фиг. За) опускают в месторожления смоляных песков. Погружные насосы 36 располагают в нижних частях этих шахт. Вертикальную шахту 37 опускают в месторождение в основном на равном расстоянии от шахт 35.В начальной или пусковой стадии выделения жидкий трихлорфторметил полают под давлением во все шахгы 35 и 37. ":.атем систему останавливают, растворитель регенерируют. Эту пгследовательность повторяют несколько раз до образования трещины или канав между ш-хтами 35 и шахтой 37,10 Затем жикий трихлорфторметан подают под давлением через шахту 37 в 20месторождение при помощи насоса 38на уровне, одинаковом или нескольковыше уровня насосов 36, и жидкостьпротекает из шахты 37 в окружающеепространство по направлению стрелок А.25Жидкий растворитель растворяетуглеводороды, образуя жидкую смесь,которая протекает вниз через месторождение к отметке погружных насосов36, Здесь растворитель, разбавленный 30углеводородами, улавливают и откачивают на поверхность,Процесс выделения углеводородовиз слоя смоляных песков или другихобрабатываемых месторождений сопро 35вождяется улавливанием трихлорфторметила, который может испаряться вхоге процесса экстрагирования, Этоосуществляется обычно при помощиподсоединения компрессора черезсоответствующую систему труб э верхнем конце шахты, через которую накачивают растворитель. Откачивает испаряющийся растворитель из месторождения смоляных песков э шахту 37по направлению стрелок Б и затем на 45поверхность компрессор 39, Парыперекачивают к холодильнику дляконденсации и затем подают в хранилище растворителя или возвращаютв месторождение. 50Для полного извлечения растворителя внутрь и через месторождениевозможно накачивать воздух или азот,чтобы вытеснить испаряющийся растворитель. для этого используют также вакуум. Кроме того или допопнит льно к укаэанному, для извлечения растворителя месторождениеможет быть затоплецо эолой.Смесь растворителя и углеводородов поднимают на поверхность при помощи насосов 40 (см. фиг, 4) и подают по линии 41 в концентратор, вкорпусе 42 которого размещаетсяконденсационный змеевик (теплообменцик 4 3) . Теплообменник располагают так, чтобы оц был погружен в раствор, подаваемый в конденсатор.Твердую фракцию, присутствующую в жилкой смеси и осаждаемую на дно концентратора, удаляют при помощи соответствующего конвейера 44 шцекоэого типа по линии 45.Пары трихлорф=орметила пропускают через теплообмеццик 4 3 при ловмощи компрессора 46. Это приводитк испарению трихлорфторметила измассы жидкости э концентраторе 47и увеличению концентрации углеволорода в этой жидкости,Концентрированный раствор по линии 48 направляют в испаритель 49,гле растворитель отделяют от керогена,Кероген отводят по линии 50 и используют для дальнейшей переработки.Выпаренцый растворитель по линии51 возвращают на вход комрессора46,Пары растворителя, выделяющиесяиз жидкости в концентраторе 47 и проходящие вверх через каплеотбойник52, по линии 53 подают также ца вхолкомпрессора 46,Растворитель может быть вэеленэ месторождение через кожух э однойиз вертикальных шахт 54, пройденныхдля погружного насоса 40. Это исключает необходимость прохожденияотдельной шахты Лля введения экстра. -гирующего растворителя.Вводимый в месторождение растворитель подают по линии 55 через компрессор 56 и нагреватель 57.П р и м е р. При 20 С смешиваютобразец канадского смолистого песчаника весом 500 г и 300 мл трихлорфторметана. Твердые неорганическиекомпоненты, в основном двуокись кремния и ассоциированная вода, отделяются и опускаются на дно стакана, в котором проводят смешивание,Жидкую фазу декантируют черезсито 270 меш, на котором отделяюттвердый углеродсодержащий материал,состоящий главным образом из асфальтов. Количество последнего составляет примерно 5% от веса загруженногосмолистого песчаника.Остаток на дне промывают 100 млтрихлорфторметана.Трихлорфторметан иэ раствора, полученного при декантации и промывке,регенерируют выпариванием при 35 ОС.Степень регенерации составляет 100.При проведении процесса экстрагирования получают, вес.%: вязкие углеводороды - 13; углеродсодержащиетвердые вещества - 5; неорганическиетвердые вещества - 77; воду - 5,Формула изобретения1. Способ выделения углеводородов из минеральных материалов путем контак тиро ванинырь я с ра с.т В 1 ри 1 змс и о. уе ц и ем и р од у к т о в и от а к т и 1 зо -нация, разделения продуктов коцтактиронания ца твердую и жидклн фазыи жидкой фазы - ца цлевые продуктыи рас;творитель с .лдукщим взнратом растнорителя в цикл, о т и и - 5ч а ю щ и й с я тем, что, . цельюповыщеция эффективцссги процоса,н качестве растнорителя и пользуюттрих.чорфторметан.2. Способ по и. 3, о т и иа ю- Ощ и й с. я тем, что контактиронаципроводят при температуре от минус51 до плю 24 С при атглосферном.давлении.3. Снос;об по и. 1, о т л и ч а юк 1 и й с я тегл, что разделение продуктов контактиронания проводят центрифугированием,4. Способ по п, 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что разделени жилкойФазы проводят нагревом до температурыкипения растворителя с последующейконденсацией растворителя,5. С:посс 3 по и, ), о т л и ч а юш и й гз я тем, что контактированиепронолят н несколько .тпеней с реци 1 к ляцисй жидкой фазы сэ ступенейконтактирования, кроме прной,ца п 1 едыдущую ступень коцтактиронация.6. Способ по и, 1, з т л и ч а ющ и й с я тем, что контактированиепроводят при противоточной подачесырья и растворителя,Источники информации, принятые нонниглание при экспертизе1. Патент США Р 3123546,кл. 208-11,опублик. 1964,2. Патент СВ Р 3342257,кл, 166- 11,опУблик, 1967,3. Патент СЬй гъ 3157231,кл, 166-9,опублик, 1964.4, Патснт С 1 й У 3050289,кл, 262-2,опублик. 1962.5, 11 атент СЖ 9 2596793,кл, 208-11,опублик. 1952 ,прототип).Составитель Н. Королева гребельная Техред И,Асталош Корректор Е. ЛукачРедакто Т. Подписное т илиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная,акаэ 4942/55 ЦНИИПИ по дел 113035 МоТираж твенного етения и 5, Раушск осуда м изо ва Ж 09митета СССкрытийнаб., д.