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Verfahren zur Abtrennung von Rohöl aus bituminösen Sanden und Schiefern
Die Erfmdung betrifft ein Verfahren zuT Ab-
trennung von Rohöl aus bituminösen
Sanden und Schiefem, in welchen das öl in natürlichem Zulstand vorkommt,
wobei besonders däs spezifische Gewicht des Öls i,ooo oder mehr beträgt. Das Verfahren
kann jedoch auch angewendet werden, wenn das spezifische Gewicht o,99 bis ogo oder
selbst weniger beträgt.
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Die in Nord-West-Kanada vorkommenden Teersande stellen z. B. bituminöse
Sande dar und sind aus einem fast reinen Sand aufgebaut. jedes Korn ist mit einer
Wasserschicht überzogen, welche wiederum von einem ölfilm umgeben ist. Das
öl ist sehr viskos und hat ein spezifisches Gewicht, welches von etwa i,ooo
bis etwa 1,025 schwankt. Der Sand hat eine sehr starke Anziehung für
öl, und man nimmt an, daß Bestandteile des Materials kolloidale Eigenschaften
besitzen. Die Anziehung für Öl ist größer als -diejenige für Wasser. Wenn
ein Sandkörper mit Wasser gesättigt ist, hält er es in einem beträchtlichen Anteil;
wenn aber ein solcher mit Wasser gesättigter Sand dann mit öl gesättigt wird,
treibt das. öl das Wasiser aus und läßt es. klar ablaufen. Mit anderen Worten,
der Sand nimmt öl auf und stößt Wasser aus,.
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Bisherwaren zur Trennung von Rohöl aus bituminösen S4nden und Schiefern
im wesentlichen zwei grundsätzliche Verfahren gebräuchlich. Nach
der
sogenannten »I-Itißwasser.method#e« wird der bituminöse Sand zum Zerbrechen der
Klumpen einem Strahl Hochdruckdampf ausigesetzt und dann in einen Rührbottich mit
Wasser gebracht, wobei unter Rührung Niederdruckdampf eingeleitet wird, einmal,
um weiterlik jegliche Klumpen zu zerkleinern, und andererseits das Was-ser nahe
dem Siedepunkt zu halten. Bei dieser Behandlung wimd gegebenenfalls unter Zusetzung
von Hilfsmitteln ein Schaum erzeugt, der irn wesentlichen alles öl,
Luft und
etwa 300/0 Wasser enthält. Der Schaum wird nach dem Absetzen der festen Teilchen
entwässert und das exhaltene, öl in üblicher Weise aufgearbeitet. Das Verfahren
hat den Nachteil, daß durch die Heißdampfeinwirkung unter Umständen anwesender freier
Schwefel sich mit dem öl
chemisch verbindet. Weiterhin wird eine sehr beträchtliche
Menge Wassex -von dem ölschaum auf -
genommen, das später wiederüntfernt:
werden muß. Außerdem können durch den Schaum Sandkörner in die Einrichtungen mitgefülgt
werden, so daß sich #duTch diesen veThältnismäßig harten Sand eine besondere Abnutzung
ergibt. Das Verfahren erfardezt insgesamt auich eine umfangreiche und kostspielige
Ausrüstung, insbesondeze im Hinblick auf den Absitztank und benötigt für die einzelnen
Stufen verhältnismäßig lange Zeiten. Schließlich ist noch die Verwendung von Zusätz,ex-
wie Soda und eines Netzmittels erforderlich, die im Verfahren verlorengehen. Nach
Ader zweiten Methode, dem sogenannten »Kaltw,ass-erverfahrem«, wird der bi-tuminöse
Sand unter Zusatz eüles Lösungsmittels, wie Leuchtöl, in einer Kugelmühle zerkleinert,
innig vermischt und dann in einem Klasseur mit einem großen Volumen an Zusatzwasser
zum Absitzen belassen, wobei Ader ölschaum aufschwimmt. Dex Vorgang der Extraktion,
muß, bei einer kritischen Temperatur von etwa 25' durchgeführt werden. Nachteile
dieses Verfahrens. liegen darin, daß der ölschaum große Wasserrnengen enthält, und
weiterhin, daß das Verfahren außerordentlicli langsam abläuft. Die Arbeitsteemperatur
muß genau innegehalteh werden,' und es sind weiterhin Zusatzmittel exforderlich.
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Demgegenüber betrifft die Erfindung ein Verfahren, welches rasch dtirchgeführt
werden kann, ohne daß große und kostspielige Augrüstmgen erforderlich sind.
Es sind, kehie genau überwachten Arbeitstempeiraturen erforderlich und insbesondere
keine Zusatzmittel, wie Soda oder Netzmittel. Die Abtrennung des Rohöls wird durchgeführt,
ohne daß unerwünschte Umsetzungen mit schädlichen Bestandteilen auftreten.
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Die Ei-Endung betrifft im weitegten Sinne ein Trennungsverfahren,
bei welchem das spiezifische Gewicht ides Wassers erhöht wird, wobei dias
öl
aus ideni Wasser und dem Sand unteir Druckenhöhungauf Grund der Dicht-en
abgetrennt wird.
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Weiterhin wird nach der Erfmdung auls ähnlichen Gründen der bituminöse
Sand mit einem Verd,ün'a=gsöl, wie Leuchtöl, gemischt.
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Die Menge der zuzusetzenden Verdünnung ist, wie noch besonders zu.
erwähnen ist, sehr unterschiedlich, -entsprechendden verschiedenen Sanden, .den
Versclüede#heiten in der Porosität des Sandes, dem Prozentsatz -der Sättigung des
Sandes, der Dichte des Bitumens und dem spezifischen Gewicht des verwendeben Veirdüiintmgsmittels,
und soll dabei sorgfältig zur Erhaltung bester Resultate geregelt werden, da zu
wenig Verdünnung eine Verringerung dex Ausbeute bedingt und zu viel Verdünnung dagegen
zueiner Einulgierung des öls und Wassers führen kann, wodurcheine zusätzliche Aufarbeitung
erfardert-würde. Es wurde jedoch festgestellt, daß die beste Trennung stattfindet,
wenn das spezifische Gewicht des Bitumens auf einen Wert von etwa o,86 bis o,89
durch den Zusatz - des Verdünnimgsmittels herabgesetzt wird, obwohl dieser
Bereich:.nicht kritisch, sondern lediglich vorteilhaft ist.
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So werden, werm, das spezifische Gewicht des Bitumens i,o25 und dasjenige
des Verdünnungsmittels 0,75 ist, gleiche Volumteile für eine gute Trennung
verwendet, wobei ein spezifisches Gewicht von o,887, d.h. also innerhalb des gewünschten
Bereiches, erhalten wird.
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Nach Zusatz des Verdünnungsmittels zu dem öl-
führenden Material
wird die Mischung dann gerührt und innig durcheinandergemischt. In. die Mischung
wird eine im wes#mtlichen gesättigte Salzlösungeingebracht. Im Sinne der Erfindung
besteht diese Salzlösunig aus einer im Wasser löslichen Substanz, welche eine Erhöhung
des spezifischen Gewichtes des Wassers 'bewirkt und welche auch gleichzeitig als
Elektrolyt wirkt.
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Bei Versuchen Wunde, beispielsweise Natriumchlorid als b=uchbar festgestellt.
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Wenn :der Wassergehalt des Materials selbst hoch ist, kann jedoch
an Stelle der Lösung das Salz unmittelbar zugegeben werden. Nach anderen Auffassungen
sind zumindest bestimmte Arten von ölführenden Sanden, die in der Natur vorkommen,
negativ und positiv mit gleichen Elektrizitätsmengen geladen, so daß die Salzlösung
nicht nur unter Erhöhung des spezifischen Gewichtes des Wassers, sondern auch noch
als Elektrolyt unter Änderung des Gleichgewichtes der elektrischen Ladung wirkt,
wodurch das öl von dem Sand abgestoßen wird und die Trennimg auf Grund
- der Dicht-en unterstützt wird. Aus diesen Gründen wird hei der vorstehenden
Beschreibung erwähnt, daß die Salzlösung nicht nur zur Erhöhung -des spezifischen
Gewichtes des Wassers dient, sondern auch als ein
EI--ktrolyt wirken soll.
jede Salzlösung, einerlei ob sie mehr als Elektrolyt wirkt oder mehr zur Erhöhung
des spezifischen Gewichtes des Wassers dient, fällt in den Rahmen des Erfindungsgedankens,
da die Trennung des öls aus dem Sand durch Anwendung einer Salzlösung bisher noch
nicht be-
kannt war.
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Es wurde gefunden, daß ein wirksames Mengenverhältnis bei etwa 2 Volumen
Salzlösung auf i Volumen ölmasse:, Sand und Lösungsmittel liegt, das sich bei Änderung-en
der Bedingungen für Sand und Lösung'smittel entsprechend verschieben kann.
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Die so erhaltene Masse wird dann unter Druck gesetzt, der für eine
genügend lange Zeit aufrecht-,erhalten wird, um der Salzlösung zu gestatten, das
Öl
abzutrennen, welches dann auf der Oberfläche schwimmt, von wo es abgezogen und nach
übhchen Methoden aufgearheitet wird. Der Druck muß so hoch sein und so lange einwirken,
daß eine Trennung der Bestandteile der Masse (Wasser und Salzlösung, Verdünnungsmittel
und Bitumeninhalt und Sand) auf Grund der Dichten erfolgt.
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Der Druck kann auf beliebige Weise erzielt werden, z. B. mit einer
Zentrifuge oder -mit ein-er Druckkammer unter Luft-, Dampf- oder Gasdruck
oder mit beiden. Wenn eine Zentrifuge verwendet wird, soll sie veränderliche Geschwindigkeiten
zulassen und die Masse bei dem Rotieren während einer genügend langen Zeit zurückhalten,
um so die Trennung der Bestandteile zu gestatten. Die Zentrifuge soll auch in der
Weise ausgerüstet sein, daß das freie Öl oben über dem Wasser abgezogen werden
kann und daß der Sand und das Wasser ausgeworfen werden können, oder auch derart,
daß das Öl und das Wasser zusammen oben abgezogen werden, während der Sand
unten ausgeworfen wird, wobei die Mischung von Öl und Wasser dann später
nach einer üblichen Methode getrennt wird. Ander,erseits kann auch das
Öl abgezogen und der Sand mit der Hauptmenge des verwendeten Wassers wieder
in das Verfahren geführt - werden.
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Es wu.rd-- weiterhin gefunden, daß die Trennung einer solchen Mischung
noch wirksamer erfolgen kann, wenn der Druck zweimal angewendet wird, und zwar einmal
unmittelbar nach dem Zusatz der Verdünnung und dann nach der Einleitung der Salzlösung,
Wenn also in der vorliegenden Beschreibung bestimmte Folgen der Zusätze, des Lösun
smittels, der Salzlösung und der Druckan-9 wendung erwähnt iverden, so ist dies
so zu, verstehen, daß gegebenenfalls weitere Druckstufen zwischen den beiden Zusätzen
eingeschaltet werden können, was durchaus im Rahmen des allgemeinen. Erfindungsgedankens,
liegt.
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Es wurde gefunden, daß die erforderliche Zeit für wirksames Zentrifugieren
etwa zwischen 5 Minuten und darunter für grobe bituminöst Sande, wie einen
McMurray-Sand, und bis zu 15 Minuten für feinere Sande, z. B, einen
Trinidad-ölsand, beträgt.
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Wenn eine einfache Druckkammer zur Trennung verwendet wird, kann der
Druck durch Luft, Dampf oder Gas erzeugt werden. Es wurde festgestellt, daß in der
Praxis ein Druck von 2,8 1 at eine klare Trennung ermöglicht. Höhere Drücke
können die Trennung beschleunigen, und die angegebenen Werte sollen kleine Beschränkung
darstellen.
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Es wurde ferner noch festgestellt, daß in einigen Fällen
eine Einulsionsbildung von öl-in-Wasser oder von Wasser-ü1-01 an Stelle einer
klaren Trennung der beiden Bestandteile auftritt; es handelt sich jedoch dabei meist
nicht um echte Emulsionen, sondern um Mischungen. In letzterem Falle kann die Trennung
der beiden Bestandteile einfach durch Absitzen erfolgen, und in jedem Falle kann
die Einulsion ;durch übliche Maßnahmen gebrochen werden. Eine echte Emulsion bildet
sich jedoch nur in den seltensten Fällen, während meistens eine klare Trennung erfolgt,
so daß keine weitere B-31iandlung erforderlich ist.
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Das vorliegende Verfahren arbeitet ohne kritische Ternpieratumen und
wird unter normalen Bedingungen ohne Zusatz von Wärme in einem weiten Bereich von
Außen- oder Innenteniperaturen ausgeführt. Ein Zusatz von Wärme ist bei dem vorliegenden
Verfahren nur bei Frostwetter notwendig, um ein Gefrieren der Bestandteile zu vermeiden.
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Die vorstehend beschrieberie Erfindung gestattet also eine schnelle
und verhältnismäßig billige Ext#aktion von Öl aus Teersanden. Sie hat in
der Praxis zu gut-en Ergebnissen und Ausbeuten geführt und ergibt ein im wesentlichen
wasserfreies Rohöl.
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Die in der vorliegenden Beschreibung verwendete Bezeichnung »Verd>ünnung«
oder Werdünnungsmittel« umfaßt alle öle, welche das spezifische Gewicht des in ölsanden
und ölschiefern vorkommenden Bitumens herabsetzen, ohne daß es Emulsionen bildet.