Способ получения органических материалов из нефтеносных сланцев

Гваудвратевннаб ваветет Сваетв Миввстрвв СССР вв делам взвбретвв а етврвпвй(45) Дата опубликования описания 15,09.78. ИностранецВиктор Д. Оллред ( США)(72) Автор изобретения Иностранная фирмаМаратон Ойл Компани (США)(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ ИЗ НЕФТЕНОСНЫХ СЛАНЦЕВ 3Изобретение относится к способам по. лучения органических материалов иэ нефлтеносных сланцев с использованием водяного пара и может быть использовано в нефтяной промышленности.Известны способ получения органических материалов иэ нефтеносных сланцев с использованием водинэгэ пара 113 и1,Ь К предлагаемому способу наиболее близок способ получения органических материалов из нефтеносных сланцев путем контактирования сырья с водяным паром 31 . Процесс проводят при 238-538 С, атмосферном давлении в присутствии не большого количества средней фракции нефтяного масла, седективно смешиваамого с исходным сырьем или инжектируемого совместно с паром. Обраэуюшиеся газообразные продукты подвергают конденсации и отделяют целевые продукты.Эффективность способа определяется выходом органических материалов.Целью изобретения является .повышение выхода целевых продуктов.Бель достигается описываемым спо-собом получения органических материалов из нефтеносных сланцев путем контактирования последних с водяным паромпри повышенной температуре, давлении0,07-10,5 кг/см и поверхностной скойрости газообразных продуктов в зонеконтактирования, равной 6,0-305 м/мини определяемой по формуле:О ттМТТ -Р 1 5где и -число молей газообразных продуктовц Ч - универсальная газовая постоянная, кгм/моль градус;Р - давление, кг/см;1" - абсолютная температура К;Ь - время, мнн;5 - плошадь зоны контактирования,м 1.Контактирование предпочтительно проводят при 427-510 С,Отличительным признаком способа является использование вышеописанных уср 5 повий проведения контактирования,Нефтеносные сланцы, используемыев предлагаемом способе, являются д 1 обыми природными керогенсодержвщими отложениями, например сланцы месторождений Колорадо Хвттвновга БразилииСкандинавии, Эстонии, Маньчжурии,Австралии и тд,Предпочтительнее применять. нефтеносные сланцы, содержащие значительное количество минералов - карбонатовцедочных металлов. Сланцы лучше исполь-зовать в измельченном виде (2,5-50 мм),Контактирование предпочтительно проводят при температуре 427-510, лучше454-470 С и давлении 0,07-10,5,лучше 0,07-7,0, наиболее предпочтительно.2,46-5,3 кг/см.Поверхностная скорость газообразныхпродуктов в зьне контактирования составляет 305, предпочтительно 6-183, наиболее предпочтительно 15-122 м/мин,,для расчета этой скорости используютсреднюю температуру по участку зоныконтактирования реторты. При этом, предполагают, что газообразные продукты ведут себя квк идеальные при принятыхтемпературе и давлении, т,е. справедливоуравнение для идеального газа:Р= дф,где-давление;У - объем;Л число молей;Я универсальная газовая достоин.нвя в соответствующих единийах измеренияР - абсолютная температура.Расход воды определяют по скоростивпрыска ее в зону перегонки при расчетене включают то количество, которое поступает в зону предварительного подогрева сланца. Из этого расюдв определяютколичество молей воды, проюдяшей впарообразном состоянии в единицу времени через плошадь зоны контактирования. Затем определяют объемный расходи состав других газов нв основе методаосушки и вычисляют "1 среднее количествомолей сухого гвэа в единицу времени,кроюдяших через площадь зоны контактирования,Подс гавдяя соответствующие значения в вышеописанную формулу, рассчитывают поверхностную скорость газообразных продуктов, проходящих через зонуконтактироввния,фиг, 1-Зидлюстрируют зависимость количества образующихся органических материалов от различных режимных усдовий, В качестве сырья используют нефтеносные сланцы месторождения Колорадо,которые содержат 76,0-129,0 л жидких продуктов на 1 т сланцев.5 В опытах по фиг. 1 используют давление 0,84 кг/см 2, в опытах по фиг. 23,29 кг/см, по фиг, 3 -5,74 кг/см .2 . 2Как видно иэ фиг. 1-3, максимальное количество образующихся органичес 10 ких материалов (по анализу фишера) составляет 112% (фиг. 1), 119% и115% (фиг, 3),Время контактироввния острого перегретого водяного пара с нефтеноснымисланцами составляет 90, предпочтительно 0,1-60, наиболее предпочтительно,15-60 мин,ФП р и м е р 1. Измельченную и от 20сеянную по фракциям породу (нефтеносные сланцы) загружают в бункер 1 (технологическая схема представлена нвфиг. 4), откуда через затвор 2 подают5в дозатор 3, где при давлении 2,1 о4,9 кг/см сланцы нагревают до 140 Сс помощью горячих отходяших газов,направляемых в дозатор по труоопроводу4, Затвор 5 и вентиль 6 доэвтора слан 30цев работают так, что давлениев перегонном кубе 7 поддерживается постоянным и выходящий иэ него газообразныйпродукт не удаляется с потоком газов,которые выводятся по линии 8. Как 1;олько дозатор 3 заполняется сланцами, зат.35вор 2 закрывается, а вентиль 6 открывается ддя создания давления в этом дозаторе. Вентиль 9 представляет собойрегулятор обратного давления, которыйпозволяет нагретым газам проходить че 40реэ слой сланцев и далее в трубопровод 10 отходящих газов, как только давление в дозаторе 3 достигает крити-.ческой величины. По достижению в доза45торе 3 требуемого давления и заданнойтемпературы нижнего слоя загруженныхсланцев затвор 5 открывается, давая воэможность сланцам переходить через распределитель в куб 7. В качестве распре 50делителя может быть использован битвтель, представляющий собой вращающийсязатвор звездчатого типа, особенно придавлениях порядка 2,46 кг/см, причемЙена каждый дозатор 3 должен быть уста 55новлен один питатель такого типа. Одновременно осуществляют предварительноенагревание материала. В этом случаезатвор 2 выполняет функцию уплотнениямеханизма принудительного питания, Слвн 632304цы, попадая в зону перегонки, опускаются в кубе 7 под действием собственного веса противотоком по отношению ядвижущемуся вверх газовому потоку, который содержит острый перегретый водя-ной пар, испарившийся сланцевый деготьи газы, включающие окислы углерода,водорода и легкие углеводороды (С,- С).Перемещающийся вверх газовый поток,взаимодействуя со сланцами, охлаждается 1 Оа сланцы, в свою очередь, нагреваются.Однако газовый поток не охлаждается дотемпературы конденсации водяного пара,поскольку сланцы предварительно нагреваются в дозаторе 3 выше этой темпе- Иратуры,Для достижения необходимой температуры (454 С) острый перегретый пар иножектируютв куб 7 из трубопровода 11через инжектор 12. После прохождения Юсланцев через зону аиролиза их охлаждают до температуры, близкой к температуре конденсации воды. Это осуществляютс помощью инжектирования воды из тру-бопоовода 13 через распределитель 14 25в сланцы, находящиеся в зоне, близкой отвыхода их через колосниковую решетку.После контакта с горячими сланцами, вода переходит в пар, который перемещаетсявверх через охлаждаемые после перегонки сланцы и постепенно нагревается дотемпературы эоны пиролиэа. Кроме охлаждения перегнанных сланцев, водянойпар химически взаимодействует с углеродсодержащим органическим остаткомсланцев, образуя моноокнсь углерода иводород. Моноокись углероде взаимодействует далее с органическим остатком образуя двуокись углерода.Из разгрузочного устройства 1 5 переь 46нанные сланцы направляют в валковуюмельницу 16, где их измельчают в присутствии регенерированной воды. и подавр в резервуар 17. В последнем суспензию перемешивают насосом 19 и отка-чивают в места сброса. Воду, регенерированную в местах сброса, возвращают вцикл е Преимущество использования сспенэионной системы удаления перегнанных сланцев заключается в том, что не требуется разгрузочный дозатор в нижней части,. куба 7 для поддержания в нем постоянного давления, Кроме того, поскольМ ку сланцы после низкотемпературной перегонки измельчаются за короткое время, их можно легко и непрерывно транспортировать в жидком виде на значительныерасстояния.Газообразные продукты перегонки выходят из куба 7 по трубопроводу 19, Онисостоят из воды, паров сланцевого деггялегких газообразных углеводов, кислорода и двуокиси углерода. Пары сланцевого дегтя и воды конденсируют в трубах теплообменника 20 и направляют вместе с несконденсированными газами потрубопроводу 21 в сепаратор 22 нефти,газа и воды. Несконденсироваиные газы сверха этого сепаратора направляют вскрубберную установку (на фиг. 4 не цо-казана), где удаляются двуокись углевода, сероводород и аммиак, Оставшийсяпосле очистки гаэ содержит 70% водорода, смешанно 1 о с легкими газообразными.углеводородами (30,1%). Газообразныеуглеводороды состоят в основном из ме,тана, а также этана, этилена, пропана,нропилена и более легких углеводородовВоду выводят из сепаратора 22 подвум трубопроводам. Большее количествоводы удаляют насосом 23 и направляютпо трубопроводу 24 к теплообменнику20 при даЬлении, близком илн несколькоменьшем атмосферного, Более низкая температура кипения этой воды в сравнениис температурой газообразных продуктов.обусловливает испарени 6 воды, и такимобразом возвращается: скрытая теплотапарообразования, которая является вринципиальной тепловой нагрузкой процесса.Водяной пар нэ теплообменннка 20поступает по трубопроводу 25 на вкодкомпрессора 26, с помошью которогодавление водяного пара повышают до давления в кубе 7, Затем водяной пар направляют через перегреватель 27, гдетемпературу его повышают до 530 С,ои затем по трубопроводу (в куб. 7); Перегреватель 27 нагревают путем сжигания нефти и газа, подаваемых в него придавлении, несколько большем, чем в давление кубе 7,Воздух для горения подают с помощью компрессора 28. Его также желательно предварительно подогреть либо дымовыми газами, либо газообразными продуктами перегонки.При необходимости часть водяного потока от насоса 23 отводят в куб 7 по трубопроводу 29 и затем по трубопроводу 13 для быстрого охлаждения перегнанных сланцев. Часть воды удаляют из нижней части сепаратора 22 насосом 30 и по6323 Формула изобретении36 1 Способ получения органических материалов из нефтеносных сланцев путемконтактироввния последних с водяным паром при повышенной температуре в зонеконтактирования с последующей конденсацией газообразных продуктов и отделением целевого продукта, о т л и ч а ю -щ и й с я тем, что, с целью повышениявыхода целевых продуктов, контактирование 40 проводят при давлении 0,07-10,5 кг/см 7и поверхностной скорости газообразныхпродуктов в зоне контактирования, равной6,0-305 м/мин и определяемой по формуле: т 3 ЯТУР 18где 1- число молей газообразных продуктовМ - универсальная газовая постоянная,кгм/мольградус;Р- давление, кг/м2) - абсолютная температура, К;о1 - время, мин,ЛИ5 - плошадь зоны контактирования, м,7трубопроводам 31 и 13 подают на охлаждение перегианных сланцев, Эта вода содержит углерод и неорганические мельчайшие частицы, которые уносятся из куба 7 вместе с газообразными продукта-ми и попадают в сепаратор 22.Преимушество предлагаемого способазаключается в том, что мельчайшие частицы, которые обычно находятся в сланцевом дегте, при проведении данного про Оцесса находятся, в основном, в воде,Это не только упрощает процесс извле-.чения дегтя из сланцев, но и избавляетот дальнейшей очистки от примесей путем возвращения продуктов перегонки обратно в куб 7 в зону с низкой скоростьюгазового потока, где примеси будут удаляляться с отработанными сланцами,Сланцевый деготь из сепаратора 22удаляют по трубопроводу,32, Температуру в этм сепараторе поддерживаютоколо 60 С для обеспечения полного разделения воды и сланцевого дегтя, С цельюкомпенсации расхода воды дополнительноеколичество ее подают в систему по трубопроводу 33. Перегреватель 27 нагревают путем сжигания нефти или газа, подаваемых в него по трубопроводу 34 придавлении, несколько большем, чем давление в кубе 7.П р и м е р 2. Технологическая схема, изображенная нв фиг. 4, измененаследующим образом (см, фиг. 5, позиции1-34 оботачены по фиг, 4),В трубопровод 10 для выходвцих иэперегревателя 27 газов включен регулятор 35 для регулирования температурыгазов, направляемых в дозатор 3 с цельюпредотвращения перегрева сланцев нв этой,стадии процессе, повышения эффективности процесса и экономии топлива, подаваемого в перегреватель 27. Воду нэ трубопровода 29 подают в линию к распылителям инжекторов 12 по трубопроводу 36.Количество инжекторов увеличене. Регулирующие клапаны 37 контролируютсядатчиками, установленными в каждом инжекторе, Регулятором является вода сее высокой скрытой теплотой преобразования, Контролируемая инжекция воды вперегретый пвр позволяет точно и эффективно контролировать для каждой инжекционной точки температуру водяного пара,направляемого в куб 7, и таким образом,точно поддерживать заданный температурный режим в этом кубе.П р и м е р 3. Технологическая схема представлена на фиг. 6 (позиции 1-37 04 8обозначены по фиг. 5) и отличается отсхемы, изображенной на фиг, 5, следующим,В схему включен подогреватель 38сланцев. Перегретый водяной пвр направ-.ляют по трубопроводу 11 через регулируемый клапан 39 и нагревают им поступающие в куб 7 сланцы до температуры конденсации воды при заданном давлении в этом кубе,. Частично сконденсированные пары смешиваются с перегнанными газами и проходят по трубопроводу 19, возвращаясь в теплообменник 20,При необходимости воду можнодобавлятьв перегретый пар по трубопроводу 36 через вентиль 40 до получения заданнойтемпературы пара.Несконденсированные газы, которыемогут собираться в верхней чести подогревателя, удаляют по трубопроводу 4 1 спомощью устройства 42, частично конденсирующего пвр в жидкость.Твердые отходы, получаемые при процессе, не опасны для окружающей среды,так как они нейтральным и легко разлагаются в ил,2, Способ по и. 1, о т л и ч в ющ и й с я тем, что контактирование проводят при 427-510 С.ОИсточники информации, принятые вовнимание при экспертизе:1. Патент США Ио 3739851,кл. 166-254, 1973,2. Патент США % 3741306,кл. 166-2521 19733, Патент М 3567622,кя, 208-11, 1972.632304 Составитель Н. Королева3. Бородкина Техред А. Алатйрев Корректор Е. йичинскаи ю 6217/2 11 НИИПИ Госуда СССР 113035,ал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектнаа Тираж 63 рственногопо делам осквв, Ж 1 Подписноекомитета Совета Министризобретений и открытий38, Раущскаи наб., д. 4/8