DE102009054280A1 - Method for dissolving oil from an oil / water / solid mixture, associated device and use of the method - Google Patents
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Abstract
Beim üblichen Mining-Verfahren von Ölsand mit Übertage-Abbaggerung wird der Ölsand nach dem Abbaggern und Transportieren zur Aufbereitungsanlage mittels Trucks in einer Mühle zerkleinert und anschließend mit Wasser eingeschlämmt für einen Transport des hydratisierten Materials zur Extraktionsanlage. Der Hydrationstransport führt in jedem Fall bereits zur Verringerung der Oberflächenspannung des Bitumens um die einzelnen Körner. Beim Stand der Technik werden Flotations- bzw. Separationskessel verwendet, wobei Dampf zum Einsatz kommt. Gemäß der Erfindung wird spontane Emulsionsspaltung des Öl-Wasser-Sand-Gemisches erzwungen, wobei drei unterschiedliche Materialphasen entstehen, von denen die erste Phase im Wesentlichen das Öl enthält. Bei der zugehörigen Vorrichtung ist hierfür eine Druckzelle vorhanden.In the usual mining process of oil sand with above-ground excavation, the oil sand is mined in a mill after being excavated and transported to the processing plant by means of trucks and then slurried with water to transport the hydrated material to the extraction plant. In any case, the hydration transport already leads to a reduction in the surface tension of the bitumen around the individual grains. In the prior art, flotation or separation boilers are used, steam being used. According to the invention, spontaneous emulsion splitting of the oil-water-sand mixture is forced, producing three different material phases, of which the first phase essentially contains the oil. A pressure cell is provided for this in the associated device.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herauslösen von Öl aus einem Öl-/Wasser-/Feststoff-Gemisch durch erzwungene spontane Emulsionsspaltung. Daneben bezieht sich die Erfindung auch auf die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Ferner bezieht sich die Erfindung auf zugehörige Verwendung dieses Verfahrens sowie der erfindungsgemäß aufgebauten Vorrichtung.The invention relates to a method for dissolving oil from an oil / water / solid mixture by forced spontaneous demulsification. In addition, the invention also relates to the apparatus for carrying out the method. Furthermore, the invention relates to related use of this method and the device constructed according to the invention.
Bei der Erfindung geht es im Einzelnen um die Aufbereitung von speziell Öl-Wasser-Sand-Gemischen und -Emulsionen. Diese umfassen sowohl Gemische und Emulsionen mit hohen Öl-Anteilen (Öl = mineralische öle, Bitumen, Teere etc. bis zu einem hohen Masseanteil bis 99%) als auch Emulsionen mit überwiegendem Wasser-Anteil (Masseanteil bis etwa 99%, d. h. wässrige Lösungen). Dabei können die Gemische und Emulsionen zusätzlich einen hohen mineralischen Feststoffanteil, d. h. Sand oder Partikel in der Größenordnung bis zu 50%-Massenanteil, enthalten, wobei allgemein von Ölsanden oder Ölschiefer gesprochen wird.The invention relates in detail to the preparation of specifically oil-water-sand mixtures and emulsions. These include mixtures and emulsions with high oil contents (oil = mineral oils, bitumen, tars, etc. up to a high proportion by mass up to 99%) as well as emulsions with predominant water content (mass fraction up to about 99%, ie aqueous solutions) , The mixtures and emulsions may additionally have a high mineral solids content, ie. H. Sand or particles of the order of up to 50% by weight, which is generally referred to as oil sands or oil shale.
Bekanntermaßen kann eine Aufbereitung von derartigen Gemischen oder Emulsionen überwiegend durch Einmischung eines Hilfsstoffes, und zwar insbesondere Propan, bei erhöhtem Druck erfolgen, wobei die Emulsion vorher vorübergehend höheren Temperaturen von bis zu 100°C ausgesetzt war (sog. Vorkonditionierung). Dabei zeigt sich als Resultat eine spontane Auftrennung in eine ölhaltige Phase, eine wasserhaltige Phase und eine wässrige Phase mit hohem Feststoff-Anteil. Dieses Phänomen ist in der Fachwelt bekannt und wird auch allgemein als „Spontane Emulsionsspaltung” bezeichnet.As is known, a preparation of such mixtures or emulsions can be effected predominantly by mixing in an adjuvant, in particular propane, at elevated pressure, the emulsion having previously been temporarily exposed to higher temperatures of up to 100 ° C. (so-called preconditioning). The result is a spontaneous separation into an oily phase, a water-containing phase and an aqueous phase with a high solids content. This phenomenon is known in the art and is also commonly referred to as "spontaneous emulsion cleavage".
Als Anwendungsgebiet zielt die im vorliegenden Zusammenhang behandelte Technik insbesondere aber nicht ausschließlich auf den Abbau und die Gewinnung von Bitumen und/oder Schwerstöl aus in der Natur vorkommenden Ölsanden. Alternativ ist mit der gleichen Vorgehensweise die Aufbereitung von ölverseuchten Abwässern möglich, wie sie insbesondere beim Abbau von Ölsanden entstehen.As an area of application, the technique treated in the present context particularly but not exclusively aims at the mining and recovery of bitumen and / or heavy oil from naturally occurring oil sands. Alternatively, with the same procedure, the treatment of oil-contaminated wastewater is possible, as they arise in particular during the degradation of oil sands.
Beim derzeitigen Abbau von Ölsanden, wie er z. B. im nördlichen Kanada in der Provinz Alberta erfolgt, entstehen in einer frühen Bearbeitungsstufe des Abbaus bzw. der nachfolgenden Aufbereitung Mischungen aus Öl, Sand und Wasser mit hohen Anteilen an hochviskosem Öl und Sand. In einer späteren Stufe der Aufbereitung werden daraus Gemische aus wässrigen Lösungen mit noch immer vergleichsweise hohem Öl-Anteil, und zwar im einstelligen Prozentbereich, sowie mineralischen sowie anderen Verunreinigungen. Diese wässrigen Gemische, die zum Teil als Emulsion vorliegen, werden derzeit ungeachtet des noch enthaltenen Rohstoffes Öl zumeist in so genannten „Tailing Ponds” (Absetzbecken) entsorgt. Das darin enthaltene Öl wird damit vom begehrten Rohstoff zum Problemstoff.In the current degradation of oil sands, as he z. For example, in northern Canada in the province of Alberta, mixtures of oil, sand and water containing high levels of high-viscosity oil and sand are produced at an early stage of mining or subsequent treatment. At a later stage of the treatment, these are mixtures of aqueous solutions with still comparatively high oil content, in the single-digit percentage range, as well as mineral and other impurities. These aqueous mixtures, some of which are in the form of an emulsion, are currently disposed of in so-called "tailing ponds", regardless of the raw material oil still contained. The oil contained therein becomes a problematic commodity.
Besondere Probleme treten bei letzterer Vorgehensweise dadurch auf, dass es sich um eher schlecht lösliche Kohlenwasserstoffe mit hoher Oberflächenspannung handelt. Um das Bitumen, der jedes Sandkorn umschließt, abtrennen zu können, muss die Oberflächenspannung überwunden werden.Particular problems occur in the latter approach in that it is rather poorly soluble hydrocarbons with high surface tension. In order to be able to separate the bitumen, which encloses each grain of sand, the surface tension must be overcome.
Beim Stand der Technik werden Hilfsstoffe, und zwar insbesondere Hilfsgase, verwendet. Als Hilfsgas kommt beispielsweise CO2 in Frage, was in diesem Zusammenhang nicht weiter betrachtet wird. Als alternative Hilfsgase sind leicht flüchtige Kohlenwasserstoffverbindungen relevant. Beispielsweise beschreibt die
Eine überkritische Extraktion mittels Propangas ist in der Veröffentlichung von Eisenbach (1980) angesprochen. Bei dieser Methode wird eine Kombination von Extraktion und Destillation vorgeschlagen, wobei zur Extraktion ein überkritisches Gas verwendet wird.A supercritical extraction by means of propane gas is mentioned in the publication by Eisenbach (1980). This method proposes a combination of extraction and distillation using a supercritical gas for extraction.
Aus der
Weitere Informationen zum Stand der Technik mit überkritischer Gasextraktion sind aus der
Ausgehend von obigem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Herauslösen von Öl aus einem Öl-/Wasser-/Feststoff-Gemisch anzugeben, sowie eine zugehörige Vorrichtung zu schaffen. Des Weiteren sollen spezifische Anwendungen für das neue Verfahren und die zugehörige Vorrichtung angegeben werden.Based on the above prior art, it is an object of the invention to provide an improved method for dissolving oil from an oil / water / solid mixture, as well as to provide an associated device. Furthermore, should specific applications for the new method and associated apparatus.
Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Maßnahmen des Patentanspruches 1 gelöst. Eine zugehörige Vorrichtung ist im Patentanspruch 9 angegeben. Spezifische vorteilhafte Verwendungen ergeben sich aus den Ansprüchen 12 und 13. Weiterbildungen des Verfahrens, der Vorrichtung und der zugehörigen Verwendungen sind in den jeweils zugehörigen Unteransprüchen angegeben.The object is achieved by the measures of claim 1. An associated device is specified in claim 9. Specific advantageous uses emerge from the
Gegenstand der Erfindung ist speziell die Verwendung eines Hilfsstoffs in unterkritischen Verhältnissen (Druck und Temperatur) zur Abspaltung von Öl aus Ölsand-Gemischen, wobei mit Ölsand-Gemischen alle Gemische aus Öl und/oder Sand und/oder Wasser gemeint sind. Dabei wird der Hilfsstoff in bestimmter Konzentration in der Emulsion unter Druck gelöst. Dabei wurde erkannt, dass der emulsionsbrechende Effekt durch den Zusatz des Hilfsstoffes darauf beruht, dass das Alkan als Lösungsmittel wirkt und Öl aus der Emulsion extraktiv entfernt. Weiterhin vermindert sich die Viskosität der Phasen bei Sättigung mit dem Hilfsstoff und zusätzlich nimmt die Grenzflächenspannung an der Phasengrenze ab, womit die Phasentrennung erheblich beschleunigt wird.The invention particularly relates to the use of an adjuvant in subcritical conditions (pressure and temperature) for splitting off oil from oil sand mixtures, oil sands mixtures meaning all mixtures of oil and / or sand and / or water. In this case, the excipient is dissolved in a certain concentration in the emulsion under pressure. It was recognized that the emulsionsbrechende effect by the addition of the excipient based on the fact that the alkane acts as a solvent and removes oil from the emulsion extractively. Furthermore, the viscosity of the phases decreases when saturated with the excipient and in addition decreases the interfacial tension at the phase boundary, whereby the phase separation is significantly accelerated.
Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn als Hilfsstoff ein Alkan, beispielsweise Propan, oder eine Mischung aus Alkanen verwendet wird. Unterkritische Verhältnisse können beispielsweise durch die Verarbeitung bei Raumtemperatur und Drücken von weniger als 100 bar bestehen. Zweckmäßig ist der Hilfsstoff oder das Gemisch, das den Hilfsstoff darstellt, dabei gasförmig.It is particularly advantageous if an alkane, for example propane, or a mixture of alkanes is used as adjuvant. Subcritical conditions may exist, for example, by processing at room temperature and pressures of less than 100 bar. Suitably, the excipient or the mixture which constitutes the excipient is gaseous.
Ein deutlicher Vorteil wird erreicht, wenn ein zweiter Hilfsstoff zusätzlich zum Hilfsstoff verwendet wird. Wird als zweiter Hilfsstoff Toluol verwendet, wird bei gleichbleibenden Temperatur- und Druckverhältnissen eine Steigerung des abgetrennten Ölanteils erreicht. Alternativ oder zusätzlich zu Toluol kann auch ein anderer aromatischer Kohlenwasserstoff, beispielsweise ein ortho- oder meta-Xylen, verwendet werden. Auch hier ist es möglich, eine Mischung von aromatischen Kohlenwasserstoffen zu verwenden.A distinct advantage is achieved when a second adjuvant is used in addition to the adjuvant. If toluene is used as the second auxiliary, an increase in the separated oil content is achieved at constant temperature and pressure conditions. As an alternative or in addition to toluene, it is also possible to use another aromatic hydrocarbon, for example an ortho or meta-xylene. Again, it is possible to use a mixture of aromatic hydrocarbons.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung in Verbindung mit den Patentansprüchen. Dabei zeigen schematischFurther details and advantages of the invention will become apparent from the following description of exemplary embodiments with reference to the drawing in conjunction with the claims. This show schematically
Es werden im Folgenden beispielhafte Ausführungsmöglichkeiten betrachtet, die eine Zugabe von Propan als Hilfsstoff oder eine Zugabe von Propan als Hilfsstoff und Toluol als zweitem Hilfsstoff umfassen. Die Zugabe erfolgt dabei in unterkritischen Verhältnissen, d. h. bei Drücken und Temperaturen, die für das Propan unterhalb kritischer Bedingungen liegen. Die Zugabe der Hilfsstoffe Propan allein oder Propan und Toluol bewirkt eine spontane Emulsionsspaltung einer Öl/Feststoff/Wasser-Emulsion in drei Phasen
Die erste Phase
Die Zugabe eines zweiten Hilfsstoffs, wahlweise zur Öl/Wasser/Sand-Emulsion oder zum Hilfsstoff Propan, erzielt weiterhin gewisse Verbesserungen: Nach der Zugabe von geringen Mengen an beispielsweise Toluol als zweitem Hilfsstoff wird bereits bei Raumtemperatur und unterkritischen Bedingungen, wiederum bei einem Druck von 90 bar eine deutlich verbesserte Löslichkeit bzw. Beladung der im Öl enthaltenden Kohlenwasserstoffe im Propan erreicht. Die Beladung ist um mehr als das Doppelte höher als bei Versuchen bei gleichem Druck und gleicher Temperatur, aber ohne Toluolzugabe. Die erreichbare Beladung und die Geschwindigkeit des Stoffübergangs in Propan von Kohlenwasserstoffen ist sogar höher als bei Versuchen mit überkritischem Propan (beispielsweise bei einem Druck von 90 bar und einer Temperatur von 127°C) ohne Toluolzugabe.The addition of a second adjuvant, optionally to the oil / water / sand emulsion or the propane excipient, further achieves some improvements: After the addition of small amounts of, for example, toluene as the second adjuvant is already at room temperature and under critical conditions, again at a pressure of 90 bar achieved a significantly improved solubility or loading of hydrocarbons contained in the oil in the propane. The load is more than twice as high as in tests at the same pressure and temperature, but without toluene. The achievable load and the rate of mass transfer in propane of hydrocarbons is even higher than in tests with supercritical propane (for example at a pressure of 90 bar and a temperature of 127 ° C) without toluene.
Die Ergebnisse dieser Versuche sind auszugsweise in
In
Im Wesentlichen Entsprechendes ist anhand der
Weiterhin ist eine Trennstufe
Bei der oben beschriebenen Vorrichtung anhand
Die Ströme aus dem Hydrozyklon
Zweckmäßig sind der druckdichten Zelle
Bei dem oben beschriebenen Verfahren wird insofern der Stand der Technik vereinfacht, dass eine einstufige Extraktion erfolgen kann. Dabei wird der Hilfsstoff bei unterkritischen Verhältnissen verwendet. Vorteilhaft kann ein zusätzlicher Hilfsstoff verwendet werden. Dabei kann das Öl-Sand-Wassergemisch nach dem Hydrotransport aufgeheizt werden und in einer geschlossenen Zelle mit moderatem Druck des Hilfsstoffes beaufschlagt werden, so dass es zur spontanen Bildung der drei Phasen
Durch den viskositätsmindernden Effekt des Propans kann es vorteilhaft sein, den Druck erst am Ort der Weiterverarbeitung der Ölfraktion zu entspannen und damit die verbesserten Transporteigenschaften aufgrund der verringerten Viskosität auszunutzen. Der regenerierte Hilfsstoff kann als Gas oder auch verflüssigt in einfacher Weise über größere Distanzen transportiert werden.Due to the viscosity-reducing effect of the propane, it may be advantageous to relax the pressure only at the location of the further processing of the oil fraction and thus exploit the improved transport properties due to the reduced viscosity. The regenerated excipient can be transported as gas or liquefied in a simple manner over greater distances.
Da bei „in situ”-Bitumen-Produktionsverfahren meist Methoden eingesetzt werden, bei denen Bitumen-Wasser-Emulsionen produziert werden, z. B. beim SAGD-Verfahren oder auch beim CSS-Verfahren, bleibt der Sand eher im Reservoir. Damit kann das Förderrohr die oben beschriebene Druckzelle
Zusammenfassend wird davon ausgegangen, dass beim üblichen Abbau-Verfahren von Ölsand mit Übertage-Abbaggerung der Ölsand nach dem Abbaggern und Transportieren zur Aufbereitungsanlage mittels Trucks in einer Mühle zerkleinert und anschließend mit Wasser eingeschlämmt wird für einen Transport des hydratisierten Materials zur Extraktionsanlage. Der Hydrationstransport führt in jedem Fall bereits zur Verringerung der Oberflächenspannung des Bitumens um die einzelnen Körner. Beim Stand der Technik werden Flotations- bzw. Separationskessel verwendet, wobei Dampf zum Einsatz kommt. Gemäß der Erfindung wird spontane Emulsionsspaltung des Öl-Wasser-Sand-Gemisches erzwungen, wobei die drei beschriebenen unterschiedlichen Materialphasen entstehen, von denen die erste Phase im Wesentlichen das Öl enthält. Bei der zugehörigen Vorrichtung ist hierfür eine Druckzelle
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |
Effective date: 20120601 |