EA025489B1 - Способ удаления асфальтенов из тяжелой нефти путем воздействия с высокой скоростью сдвига - Google Patents
Способ удаления асфальтенов из тяжелой нефти путем воздействия с высокой скоростью сдвига Download PDFInfo
- Publication number
- EA025489B1 EA025489B1 EA201290234A EA201290234A EA025489B1 EA 025489 B1 EA025489 B1 EA 025489B1 EA 201290234 A EA201290234 A EA 201290234A EA 201290234 A EA201290234 A EA 201290234A EA 025489 B1 EA025489 B1 EA 025489B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- high shear
- shear rate
- bitumen
- oil
- asphaltenes
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 121
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 149
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 74
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 claims abstract description 72
- 239000010426 asphalt Substances 0.000 claims description 176
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 104
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims description 64
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 45
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 39
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 28
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 8
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 6
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 93
- 239000000047 product Substances 0.000 description 92
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 66
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 52
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 47
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 42
- 239000010779 crude oil Substances 0.000 description 40
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 40
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 34
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 33
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 32
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 32
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 28
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 27
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 25
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 23
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 22
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 16
- 239000011269 tar Substances 0.000 description 16
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 15
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 14
- 235000011121 sodium hydroxide Nutrition 0.000 description 14
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 13
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 13
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 13
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 12
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 11
- 239000010802 sludge Substances 0.000 description 11
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 11
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 10
- 238000005188 flotation Methods 0.000 description 10
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 description 10
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 10
- 238000003809 water extraction Methods 0.000 description 10
- 239000003085 diluting agent Substances 0.000 description 9
- 239000000295 fuel oil Substances 0.000 description 9
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 8
- 239000004927 clay Substances 0.000 description 8
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 8
- IMNFDUFMRHMDMM-UHFFFAOYSA-N N-Heptane Chemical compound CCCCCCC IMNFDUFMRHMDMM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 7
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 7
- 239000011275 tar sand Substances 0.000 description 7
- 239000008346 aqueous phase Substances 0.000 description 6
- 239000002585 base Substances 0.000 description 6
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 6
- 230000001687 destabilization Effects 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 6
- 235000010755 mineral Nutrition 0.000 description 6
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 6
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 6
- UIIMBOGNXHQVGW-UHFFFAOYSA-M Sodium bicarbonate Chemical compound [Na+].OC([O-])=O UIIMBOGNXHQVGW-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 5
- -1 bitumen Chemical class 0.000 description 5
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 5
- 239000000839 emulsion Substances 0.000 description 5
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 5
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 description 5
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-M Bicarbonate Chemical compound OC([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 4
- OFBQJSOFQDEBGM-UHFFFAOYSA-N Pentane Chemical compound CCCCC OFBQJSOFQDEBGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 4
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 4
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 4
- 239000013049 sediment Substances 0.000 description 4
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 4
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 4
- UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N Benzene Chemical compound C1=CC=CC=C1 UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 3
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 3
- 239000003502 gasoline Substances 0.000 description 3
- 239000003027 oil sand Substances 0.000 description 3
- 239000012188 paraffin wax Substances 0.000 description 3
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 3
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 3
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 3
- 230000001376 precipitating effect Effects 0.000 description 3
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 3
- 238000007670 refining Methods 0.000 description 3
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 3
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 3
- 238000000638 solvent extraction Methods 0.000 description 3
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N Propane Chemical compound CCC ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 2
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 238000005273 aeration Methods 0.000 description 2
- 125000003118 aryl group Chemical group 0.000 description 2
- 150000001735 carboxylic acids Chemical class 0.000 description 2
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 239000000084 colloidal system Substances 0.000 description 2
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 2
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000004821 distillation Methods 0.000 description 2
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 2
- 238000005187 foaming Methods 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 2
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 description 2
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 239000000693 micelle Substances 0.000 description 2
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 2
- 239000013557 residual solvent Substances 0.000 description 2
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 2
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 2
- 235000017557 sodium bicarbonate Nutrition 0.000 description 2
- 229910000030 sodium bicarbonate Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 2
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 2
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 2
- 229910000497 Amalgam Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004604 Blowing Agent Substances 0.000 description 1
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 101100267658 Leptosphaeria maculans (strain JN3 / isolate v23.1.3 / race Av1-4-5-6-7-8) Yog1 gene Proteins 0.000 description 1
- 229920001732 Lignosulfonate Polymers 0.000 description 1
- 101100113036 Mus musculus Cers1 gene Proteins 0.000 description 1
- 240000005428 Pistacia lentiscus Species 0.000 description 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UIIMBOGNXHQVGW-DEQYMQKBSA-M Sodium bicarbonate-14C Chemical compound [Na+].O[14C]([O-])=O UIIMBOGNXHQVGW-DEQYMQKBSA-M 0.000 description 1
- ULUAUXLGCMPNKK-UHFFFAOYSA-N Sulfobutanedioic acid Chemical compound OC(=O)CC(C(O)=O)S(O)(=O)=O ULUAUXLGCMPNKK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 238000004378 air conditioning Methods 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 235000011126 aluminium potassium sulphate Nutrition 0.000 description 1
- 239000007900 aqueous suspension Substances 0.000 description 1
- 239000003849 aromatic solvent Substances 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005422 blasting Methods 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 239000003518 caustics Substances 0.000 description 1
- 239000011195 cermet Substances 0.000 description 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 239000002537 cosmetic Substances 0.000 description 1
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 1
- 230000000368 destabilizing effect Effects 0.000 description 1
- GUJOJGAPFQRJSV-UHFFFAOYSA-N dialuminum;dioxosilane;oxygen(2-);hydrate Chemical compound O.[O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3].O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Si]=O GUJOJGAPFQRJSV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002283 diesel fuel Substances 0.000 description 1
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 1
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000011143 downstream manufacturing Methods 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 238000007667 floating Methods 0.000 description 1
- 239000008394 flocculating agent Substances 0.000 description 1
- 235000013305 food Nutrition 0.000 description 1
- 239000013505 freshwater Substances 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 239000005431 greenhouse gas Substances 0.000 description 1
- 239000008241 heterogeneous mixture Substances 0.000 description 1
- 239000008240 homogeneous mixture Substances 0.000 description 1
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical group [H]* 0.000 description 1
- 238000005984 hydrogenation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003116 impacting effect Effects 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 239000008268 mayonnaise Substances 0.000 description 1
- 235000010746 mayonnaise Nutrition 0.000 description 1
- 230000004089 microcirculation Effects 0.000 description 1
- 239000008267 milk Substances 0.000 description 1
- 210000004080 milk Anatomy 0.000 description 1
- 235000013336 milk Nutrition 0.000 description 1
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910052901 montmorillonite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010742 number 1 fuel oil Substances 0.000 description 1
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004430 oxygen atom Chemical group O* 0.000 description 1
- 239000013618 particulate matter Substances 0.000 description 1
- 238000005325 percolation Methods 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 229920002401 polyacrylamide Polymers 0.000 description 1
- 229920000058 polyacrylate Polymers 0.000 description 1
- 125000005575 polycyclic aromatic hydrocarbon group Chemical group 0.000 description 1
- 229940050271 potassium alum Drugs 0.000 description 1
- GRLPQNLYRHEGIJ-UHFFFAOYSA-J potassium aluminium sulfate Chemical compound [Al+3].[K+].[O-]S([O-])(=O)=O.[O-]S([O-])(=O)=O GRLPQNLYRHEGIJ-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 1
- 239000001294 propane Substances 0.000 description 1
- 239000012429 reaction media Substances 0.000 description 1
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 description 1
- 238000012552 review Methods 0.000 description 1
- 239000003079 shale oil Substances 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 229910000031 sodium sesquicarbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000018341 sodium sesquicarbonate Nutrition 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 238000004155 tailings processing Methods 0.000 description 1
- WCTAGTRAWPDFQO-UHFFFAOYSA-K trisodium;hydrogen carbonate;carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[Na+].OC([O-])=O.[O-]C([O-])=O WCTAGTRAWPDFQO-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
- B03D—FLOTATION; DIFFERENTIAL SEDIMENTATION
- B03D1/00—Flotation
- B03D1/14—Flotation machines
- B03D1/24—Pneumatic
- B03D1/247—Mixing gas and slurry in a device separate from the flotation tank, i.e. reactor-separator type
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
- B03D—FLOTATION; DIFFERENTIAL SEDIMENTATION
- B03D1/00—Flotation
- B03D1/02—Froth-flotation processes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
- C10G1/00—Production of liquid hydrocarbon mixtures from oil-shale, oil-sand, or non-melting solid carbonaceous or similar materials, e.g. wood, coal
- C10G1/04—Production of liquid hydrocarbon mixtures from oil-shale, oil-sand, or non-melting solid carbonaceous or similar materials, e.g. wood, coal by extraction
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
- C10G21/00—Refining of hydrocarbon oils, in the absence of hydrogen, by extraction with selective solvents
- C10G21/003—Solvent de-asphalting
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
- C10G31/00—Refining of hydrocarbon oils, in the absence of hydrogen, by methods not otherwise provided for
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
- B03D—FLOTATION; DIFFERENTIAL SEDIMENTATION
- B03D1/00—Flotation
- B03D1/08—Subsequent treatment of concentrated product
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
- B03D—FLOTATION; DIFFERENTIAL SEDIMENTATION
- B03D1/00—Flotation
- B03D1/08—Subsequent treatment of concentrated product
- B03D1/082—Subsequent treatment of concentrated product of the froth product, e.g. washing
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
- B03D—FLOTATION; DIFFERENTIAL SEDIMENTATION
- B03D1/00—Flotation
- B03D1/14—Flotation machines
- B03D1/1406—Flotation machines with special arrangement of a plurality of flotation cells, e.g. positioning a flotation cell inside another
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
- B03D—FLOTATION; DIFFERENTIAL SEDIMENTATION
- B03D1/00—Flotation
- B03D1/14—Flotation machines
- B03D1/1443—Feed or discharge mechanisms for flotation tanks
- B03D1/1468—Discharge mechanisms for the sediments
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
- B03D—FLOTATION; DIFFERENTIAL SEDIMENTATION
- B03D2203/00—Specified materials treated by the flotation agents; Specified applications
- B03D2203/006—Oil well fluids, oil sands, bitumen
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
- C10G2300/00—Aspects relating to hydrocarbon processing covered by groups C10G1/00 - C10G99/00
- C10G2300/10—Feedstock materials
- C10G2300/1033—Oil well production fluids
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
- C10G2300/00—Aspects relating to hydrocarbon processing covered by groups C10G1/00 - C10G99/00
- C10G2300/10—Feedstock materials
- C10G2300/107—Atmospheric residues having a boiling point of at least about 538 °C
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
- C10G2300/00—Aspects relating to hydrocarbon processing covered by groups C10G1/00 - C10G99/00
- C10G2300/10—Feedstock materials
- C10G2300/1077—Vacuum residues
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
- C10G2300/00—Aspects relating to hydrocarbon processing covered by groups C10G1/00 - C10G99/00
- C10G2300/20—Characteristics of the feedstock or the products
- C10G2300/201—Impurities
- C10G2300/205—Metal content
- C10G2300/206—Asphaltenes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
- C10G2300/00—Aspects relating to hydrocarbon processing covered by groups C10G1/00 - C10G99/00
- C10G2300/20—Characteristics of the feedstock or the products
- C10G2300/30—Physical properties of feedstocks or products
- C10G2300/308—Gravity, density, e.g. API
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
- Y02P20/582—Recycling of unreacted starting or intermediate materials
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Biotechnology (AREA)
- Production Of Liquid Hydrocarbon Mixture For Refining Petroleum (AREA)
Abstract
Предложен способ удаления из сырья по меньшей мере одного компонента за счет воздействия на сырье с помощью высокой скорости сдвига в присутствии диоксида углерода с получением продукта, обработанного с помощью высокой скорости сдвига, и отделения по меньшей мере одного компонента из продукта, обработанного с помощью высокой скорости сдвига, с получением продукта с уменьшенным содержанием компонента. Также предложен способ удаления асфальтенов из асфальтенсодержащей нефти за счет обеспечения воздействия на нее скорости сдвига по меньшей мере 10000 св присутствии диоксида углерода с получением продукта, обработанного с помощью высокой скорости сдвига, и отделения асфальтенов от продукта, обработанного с помощью высокой скорости сдвига, с получением товарной нефти с уменьшенным содержанием асфальтенов. Также предложены системы для реализации данных способов.
Description
(57) Предложен способ удаления из сырья по меньшей мере одного компонента за счет воздействия на сырье с помощью высокой скорости сдвига в присутствии диоксида углерода с получением продукта, обработанного с помощью высокой скорости сдвига, и отделения по меньшей мере одного компонента из продукта, обработанного с помощью высокой скорости сдвига, с получением продукта с уменьшенным содержанием компонента. Также предложен способ удаления асфальтенов из асфальтенсодержащей нефти за счет обеспечения воздействия на нее скорости сдвига по меньшей мере 10000 с'1 в присутствии диоксида углерода с получением продукта, обработанного с помощью высокой скорости сдвига, и отделения асфальтенов от продукта, обработанного с помощью высокой скорости сдвига, с получением товарной нефти с уменьшенным содержанием асфальтенов. Также предложены системы для реализации данных способов.
Область техники
Настоящее изобретение относится к системам и способам для улучшенного извлечения и переработки тяжелой нефти и/или битума. В частности, настоящее изобретение относится к удалению асфальтенов из сырья, содержащего битум и/или тяжелую нефть, и к отделению, за счет высокой скорости сдвига, воды и минеральных твердых веществ от хвостов, традиционно направляемых в хвостохранилище.
Уровень техники
Во многих странах по всему миру имеются значительные залежи тяжелых углеводородов, иногда называемых также битумами. Извлечение битума может осуществляться с помощью процессов вторичного и третичного извлечения, которые включают нагревание, растворение или регулирование подвижности. Многие из этих залежей тяжелых углеводородов содержат большое количество асфальтенов, что создает затруднения при их добыче, транспортировке и переработке. Нефтеносные пески, известные также как битуминозные пески, представляют собой тяжелые углеводороды, обнаруженные в США, Канаде, России, Венесуэле и некоторых странах Ближнего Востока. Залежи в нефтеносных песках провинции Альберта (Канада) являются крупнейшим в мире отдельным коллектором нефти. Указанные нефтеносные пески содержат битум и около 17 мас.% асфальтенов. Другой значительной залежью битума является нефтеносный пояс реки Ориноко в Венесуэле. Кроме того, добываемая по всему миру тяжелая нефть, как правило, содержит некоторое количество асфальтенов.
Тяжелая сырая нефть или сырой битум, добываемые из подземных источников, представляют собой вязкие твердые или полутвердые вещества, течение которых при нормальных температурах затруднено, в результате чего осложняется их транспортировка и повышается стоимость их последующей переработки в бензин, дизельное топливо и другие продукты. Разработка экономически эффективных способов добычи и использования тяжелых углеводородов, включая битум, является важной задачей топливноэнергетического комплекса. Потребность в тяжелой нефти, например, извлеченной из нефтеносных песков, существенно увеличилась в связи с истощением запасов традиционной, более легкой нефти. Однако указанные залежи тяжелых углеводородов, как правило, расположены в областях, достаточно удаленных от существующих нефтеперерабатывающих предприятий. Поэтому тяжелые углеводороды зачастую транспортируются на нефтеперерабатывающие предприятия с использованием трубопроводов. Для перекачки тяжелой сырой нефти по трубопроводам она должна соответствовать требованиям к качеству, обусловленным необходимостью перекачки по трубопроводу.
Технологии экстракции, используемые для извлечения битума, можно разделить на три основные категории: (1) технологии, в которых для флотационного отделения нефтяных битумов от битуминозного песка используется горячая или холодная вода; (2) технологии, в которых для растворения нефтяных битумов используются органические растворители; и (3) технологии, в которых используется нагревание. Экстракция битума может осуществляться либо путем извлечения залежей из земли и их внешней экстракции, либо путем экстракции ίη 811и, при которой извлекается только битум, а минеральные компоненты остаются в земле. Процессы, в которых используется вода, часто включают воздушную флотацию и, как правило, включают применение щелочи. Процессы с использованием воды недостаточно эффективны, особенно для минералов с низким содержанием битумов, в связи с образованием устойчивых эмульсий, содержащих мелкодисперсные частицы минералов нефтеносных песков, воду и нефтяные битумы. Было показано, что обработка эмульсий, содержащих большие объемы воды, нефтяных битумов и мелкодисперсных частиц минералов нефтеносных песков, является сложной задачей.
Термическая экстракция битума может осуществляться с использованием электрических, паровых или других нагревателей, как, например, описано в заявках на патенты США № 2008/0135253 и 2009/0095480, Утедаг е! а1. Для экстракции битума в пласте могут использоваться различные комбинации технологий экстракции. В общем случае предполагается, что экстракция ίη δίΐιι более рентабельна по сравнению с подъемом на поверхность, хотя основным способом извлечения битума в настоящее время является разработка открытым способом. Другая разрабатываемая технология экстракции растворителем включает использование растворителей (в отсутствие воды) и осуществляется аналогично процессам экстракции масла из семян. Для этого использовались экстракторы перколяционного и погружного типа, однако необходимость создания специальных проектов и масштабирования процесса переработки абразивных битуминозных песков значительно затрудняла достижение окупаемости проекта. Например, как правило, отношение количества растворителя к количеству битума, необходимое для эффективной экстракции, достаточно велико и достигает 10:1, в результате чего происходит параллельное увеличение капитальных и операционных затрат на регенерацию растворителя, например, методом перегонки. Для обеспечения экономичности использования растворителя, отработанный песок перед утилизацией должен быть очищен от остаточного растворителя. Процесс очистки от остаточного растворителя требует капитальных затрат и является энергоемким.
Существующие способы экстракции растворителями, применяемые для растворения нефтяных битумов из битуминозных песков, например, согласно патенту США № 4160718 (Реп4а11). обычно характеризуются потерями растворителей, неприемлемыми с точки зрения защиты окружающей среды, и наличием дополнительных проблем, связанных с опасностью содержания больших емкостей с растворителя- 1 025489 ми и необходимостью использования большого количества воды. Применение других растворителей, горячей воды и комбинированных процессов экстракции предложено в патентах США № 4347118 (Рипк е! а1.) и 3925189 (^1ек8 III). Все указанные способы имеют коммерческие и/или экологические недостатки, что делает их использование нежелательным. Способ, согласно которому для экстракции битума из битуминозных песков одновременно используется растворитель и горячая вода, описан в патенте США 4424112 (Кепйа11).
В технологиях экстракции битума, не включающих использования растворителей, традиционно используется экскаваторно-автомобильная карьерная добыча. При подобных работах производится добыча нефтеносного песка и его последующая отправка в дробилку. В рамках одной из подобных технологий отделение битума от нефтеносного песка и его извлечение осуществляется с использованием процесса, известного под названием экстракция горячей водой по Кларку. В подготовительной части процесса нефтеносный песок после дробления смешивается с горячей водой и щелочью внутри вращающегося барабанного механизма или выдерживается в трубопроводе с целью получения водной суспензии. Капли битума, находящиеся внутри барабанного механизма или трубопровода, входят в соприкосновение с пузырьками воздуха, захваченными суспензией, и покрывают их. Затем суспензию отфильтровывают для удаления больших обломков и подобных примесей. Отфильтрованную суспензию разбавляют путем добавления воды и временно направляют в резервуар для первичного разделения (РПР). Внутри РПР всплывающие пузырьки воздуха, покрытые битумом, поднимаются через слой суспензии и образуют битумную пену. Песок осаждается из суспензии и отбирается из основания РПР вместе с некоторым количеством воды и битума. Указанный поток или часть называется нижним продуктом РПР или хвостом. Средняя часть, включающая воду, невсплывший битум и мелкозернистые частицы, может быть отобрана из центральной части РПР. Пена переливается через устье РПР и отбирается в качестве первичной пены. Как правило, она содержит примерно 60 мас.% битума, примерно 30 мас.% воды и примерно 10 мас.% твердых веществ.
Нижний продукт РПР направляют в глубокую емкость конической формы, называемую нефтесборным резервуаром для хвостов (НРХ). В нем нижний продукт РПР входит в соприкосновение и смешивается с потоком аэрированного среднего продукта РПР. Вновь капли битума и пузырьки воздуха соприкасаются и объединяются с образованием всплывающих капель, которые затем поднимаются на поверхность с образованием пены. Эта вторичная пена переливается через устье НРХ и затем отбирается. Как правило, вторичная пена содержит примерно 45 мас.% битума, примерно 45 мас.% воды и примерно 10 мас.% твердых веществ. Средний продукт НРХ отбирается и перерабатывается в последовательно установленных субаэрационных флотационных камерах с лопастными мешалками. Вторичная пена, выходящая из указанных камер, как правило, содержит примерно 40 мас.% битума, примерно 50 мас.% воды и примерно 10 мас.% твердых веществ.
Первичный и вторичный потоки пены обычно объединяют с получением конечного потока пены, как правило, содержащего примерно 60 мас.% битума, примерно 32 мас.% воды и примерно 8 мас.% твердых веществ. Вода и твердые вещества, присутствующие в пене, являются загрязнителями, концентрацию которых следует уменьшить до того, как пена будет перерабатываться на установках для облагораживания нефтепродуктов, расположенных ниже по потоку. Как правило, процедура очистки производится с использованием так называемой обработки пены.
Существует целый ряд процессов обработки пены, и все они включают деаэрацию комбинированного продукта пены с последующим разбавлением достаточным количеством растворителя, как правило, нафты, для получения отношения растворителя к пене примерно 0,4 (мас./мас.). Эта операция необходима для увеличения разности плотностей между разбавленным битумом с одной стороны и водой с твердыми веществами - с другой. Например, в документах Κίζίοτ (патент США № 4383914), Оиутоп (патент США № 4968412), §Ье1£ап!оок е! а1. (патент Канады № 1293465), Викйок е! а1. (патент Канады 2232929), Пртап е! а1. (патент Канады № 2200899), Пртап е! а1. (патент Канады № 2353109), МЫна е! а1. (патент США № 6019888), Сутегтап е! а1. (патент США № 6746599), Вее!де е! а1. (заявка на патент США № 20060196812, апб Отайат е! а1. (патент США № 5143598) описаны пути переработки и обработки пены, полученной в ходе процессов экстракции.
Однако при использовании процесса экстракции растворителями для извлечения битума из углесодержащих пород существует серьезная проблема, которая заключается в том, что мелкозернистые частицы, как правило, диаметром менее 50 мкм, переносятся смесью растворителя с экстрагированным битумом. Невозможность удаления указанных частиц приводит к получению битумного продукта с зольностью, повышенной до нежелательного уровня, а также к закупориванию оборудования, используемого в процессе разделения, в особенности, например, оборудования для фильтрования. Аналогичные проблемы возникают при использовании углеродсодержащих жидкостей помимо битума, например, ожиженного угля или сланцевой нефти. Таким образом, для получения высококачественных малозольных продуктов и снижения уровня загрязнения и закупорки оборудования, очень важно удалять мелкозернистые частицы в процессе извлечения битума из углесодержащих пород или из первоначально добытой углеродсодержащей жидкости. Таким образом, существует выраженная потребность в разработке способа экстракции для извлечения битума из указанных углесодержащих твердых веществ, а также для удале- 2 025489 ния мелкозернистых частиц из указанных углеродсодержащих жидкостей, при котором бы обеспечивался контроль растворяющей способности растворителя, используемого для экстракции, с целью увеличения количества извлекаемого битума или других углеродсодержащих жидкостей до максимума и сведения к минимуму содержания в них мелкозернистых частиц.
После экстракции битума к нему для транспортировки часто добавляют разбавитель, например, легкую нафту. Нафта должна подвергаться перегонке и регенерации, что повышает затраты энергии. Изменение температуры и/или компонентного состава может вызывать выпадение асфальтенов из раствора, в результате чего появляется необходимость очистки трубопровода. Как правило, при удалении асфальтенов протекает желательный процесс удаления некоторого количества тяжелых металлов и серы, связанных с сырой нефтью. Хорошо известно, что асфальтены могут быть отделены от битумов или асфальтенсодержащей сырой нефти за счет осаждения с применением парафиновых растворителей, например, пентана или гептана (см., например, заявку на патент США 2006/0260980 (Уеиид); заявку на патент США 2008/0245705 (§18кш е! а1.); патент США № 5326456 (Вгопз е! а1.); патент США № 5316659 (е! а1.); патент США № 4699709 (Реек е! а1) и патент США № 4596651 (АоИТ е! а1.)). Кроме того, для повышения эффективности отделения асфальтенов применяются различные осаждающие реагенты и/или флокулянты (см., например, заявку на патент США 2006/0196812 (Вее!де е! а1.)).
Существует распространенное мнение, что для отделения от битума или асфальтенсодержащей сырой нефти по существу чистых асфальтенов требуется высокое соотношение количеств растворителя и нефти (например, порядка 40:1 по объему). При меньших количествах растворителя, как правило используемых при удалении асфальтенов растворителями, совместно с асфальтенами происходит осаждение большого количества неасфальтеновых веществ, в результате чего наблюдаются нежелательные потери нефти. Кроме того, удаление асфальтенов растворителями основано на протекании многочисленных стадий разделения, в которых используются практически не смешивающиеся углеводородные жидкости, поэтому указанные стадии отличаются высокой чувствительностью к присутствию воды. Выход нефти при удалении асфальтенов растворителями также ограничен высокой вязкостью образующихся асфальтенсодержащих материалов, в особенности при высокой вязкости битумного сырья. Таким образом, получение высококачественной нефти с высоким выходом затруднено из-за сложностей, возникающих в процессе чистого разделения нефти и асфальтеновых фракций. При удалении растворителями асфальтенов образуется асфальтовый битум (преимущественно асфальтены с остаточной нефтью), представляющий собой горячую жидкость с очень высокой вязкостью, образующую при охлаждении стеклообразные твердые тела. Для обеспечения возможности транспортировки указанная жидкость должна быть подогрета до высокой температуры, в результате чего возникают ограничения по загрязнению и закупорке.
Другая технология удаления асфальтенов включает разрушение пены на основе сверхтяжелой нефти и воды, путем нагревания и использования растворителя/разбавителя, например, нафты. При использовании парафинсодержащей нафты происходит частичное удаление асфальтенов. Однако указанным способом удается удалить только примерно 50% асфальтенов, даже при многостадийной обработке, и поэтому полное удаление асфальтенов на практике невозможно. В результате требуется переработка получаемой нефти с использованием капиталоемких технологий, являющихся относительно чувствительными к асфальтенам.
Несмотря на разработку вышеописанных способов экстракции с применением пен и растворителей, по-прежнему существует потребность в усовершенствованных системах и способах экстракции битума более высокого качества, например, с меньшим содержанием воды, твердых веществ, асфальтенов и/или разбавителя. При этом желательно, чтобы усовершенствованные системы и способы позволяли бы обеспечить повышенную степень извлечения битума, например, за счет снижения потерь нефти в процессе удаления асфальтенов и/или сокращения потерь нефти в виде хвостов. Также в данной области техники существует потребность в способе селективного и эффективного удаления асфальтеновых загрязнителей из тяжелой нефти, позволяющем справиться с вышеописанными осложнениями, присущими известным из уровня техники способам. Кроме того, было бы даже более желательно, чтобы указанные системы и способы обеспечивали экстракцию битума и/или удаление асфальтенов, не требуя больших соотношений количества растворителя и/или воды к количеству битума, большого времени пребывания или дорогостоящих установок для переработки. Предпочтительно, чтобы подобные системы и способы способствовали бы повторному использованию материалов и, тем самым, обеспечивали бы экономию при утилизации технической воды и/или регулирующих среду реагентов, таких как основание (например, каустик) и/или бикарбонат.
Краткое описание изобретения
В настоящей заявке предложен способ удаления по меньшей мере одного компонента из сырья, содержащего хвосты, асфальтенсодержащую нефть или их сочетание, включающий: воздействие на сырье высокой скорости сдвига в присутствии диоксида углерода с получением продукта, обработанного с применением высокой скорости сдвига; и отделение по меньшей мере одного компонента от продукта, обработанного с применением высокой скорости сдвига, с получением продукта с уменьшенным содержанием компонента. Воздействие на сырье высокой скорости сдвига в присутствии диоксида углерода может дополнительно включать воздействие на сырье при скорости сдвига по меньшей мере 10000 с-1. В
- 3 025489 некоторых вариантах реализации изобретения воздействие на сырье высокой скорости сдвига в присутствии диоксида углерода включает воздействие на сырье при скорости сдвига по меньшей мере 20000 с-1. В некоторых вариантах реализации изобретения воздействие на сырье высокой скорости сдвига включает введение сырья и диоксида углерода в устройство, обеспечивающее высокую скорость сдвига, которое содержит по меньшей мере один ротор и по меньшей мере один статор, соответствующий ему по форме. Высокая скорость сдвига может включать скорость сдвига по меньшей мере 10000 с-1, причем указанная скорость сдвига определяется как отношение окружной скорости к величине зазора между кромками, причем окружная скорость определяется как πΌη, где Ό - диаметр по меньшей мере одного из роторов, а η - частота вращения. В некоторых вариантах реализации изобретения высокая скорость сдвига включает обеспечение скорости сдвига по меньшей мере 20000 с-1. В некоторых вариантах реализации изобретения при воздействии на сырье со скоростью сдвига по меньшей мере 10000 с-1 на кромке по меньшей мере одного ротора возникает локальное давление, составляющее по меньшей мере примерно 1034,2 МПа (150000 фунтов/кв.дюйм). В некоторых вариантах реализации изобретения воздействие на сырье высокой скорости сдвига включает обеспечение по меньшей мере для одного ротора окружной скорости, составляющей по меньшей мере примерно 23 м/с, причем окружная скорость определяется как πΌη, где Ό диаметр по меньшей мере одного из роторов, а η - частота вращения.
В некоторых вариантах реализации изобретения продукт, обработанный с применением высокой скорости сдвига, содержит дисперсию пузырьков диоксида углерода. Средний диаметр пузырьков диоксида углерода составляет менее чем примерно 1 мкм. В некоторых вариантах реализации изобретения средний диаметр пузырьков диоксида углерода менее чем примерно 0,5 мкм.
В некоторых вариантах реализации изобретения сырье содержит хвосты процесса щелочной экстракции битума, и продукт с уменьшенным содержанием компонента включает воду, содержащую менее 10 мас.% примесей. Способ может дополнительно включать повторное использование в процессе экстракции битума по меньшей мере части воды. Отделение по меньшей мере одного компонента может включать отделение от продукта, обработанного с применением высокой скорости сдвига, твердых веществ с получением продукта с уменьшенным содержанием твердых веществ, и отделение нефтяной фазы от продукта с уменьшенным содержанием твердых веществ с получением продукта с уменьшенным содержанием компонентов, причем последний продукт включает воду. В некоторых вариантах реализации изобретения хвосты получают из хвостохранилища процесса экстракции битума. В некоторых вариантах реализации изобретения по меньшей мере часть хвостов получается следующим способом: путем смешения битуминозного песка с водой в барабанном механизме или линии гидравлического транспорта с получением пены; введения пены в разделительную ячейку; и удаления по меньшей мере части хвостов из разделительной ячейки. В некоторых вариантах реализации изобретения по меньшей мере часть хвостов получается путем введения средних продуктов из разделительной ячейки, используемой в процессе экстракции битума, во вторую разделительную установку и извлечения из второй ячейки для разделения по меньшей мери части хвостов.
В некоторых вариантах реализации изобретения по меньшей мере часть хвостов получена путем введения битумной пены из разделительной ячейки, используемой в процессе экстракции битума, в одну или более центрифуг и экстракции из указанных одной или более центрифуг по меньшей мере части хвостов. В некоторых вариантах реализации изобретения воздействие на сырье, содержащее хвосты, высокой скоростью сдвига в присутствии диоксида углерода приводит к уменьшению рН до менее чем примерно 6. В некоторых вариантах реализации изобретения воздействие на сырье высокой скоростью сдвига приводит к превращению каустической соды, имеющейся в составе хвостов, в бикарбонат натрия, в результате чего повышается скорость отделения воды от хвостов по сравнению с традиционными процессами обработки хвостов.
В некоторых вариантах реализации изобретения сырье содержит асфальтенсодержащую нефть, по меньшей мере один продукт содержит асфальтены, и продукт с уменьшенным содержанием компонентов, содержит нефть с уменьшенным содержанием асфальтенов. Асфальтенсодержащая нефть может быть выбрана из группы, состоящей из битумов, содержащих по меньшей мере некоторый процент асфальтенов, тяжелой сырой нефти, содержащую по меньшей мере некоторый процент асфальтенов, и их комбинаций. Отделение по меньшей мере одного компонента от продукта, обработанного с применением высокой скорости сдвига, с получением продукта с уменьшенным содержанием компонента может включать введение продукта, обработанного с применением высокой скорости сдвига, в центрифугу для отделения асфальтенов от товарной нефти с уменьшенным содержанием асфальтенов.
В некоторых вариантах реализации изобретения подаваемую асфальтенсодержащую нефть подвергают воздействию высокой скоростью сдвига в присутствии воды. В некоторых вариантах реализации изобретения сырье имеет плотность в градусах ΑΡΙ менее чем примерно 10, а товарная нефть с уменьшенным содержанием асфальтенов имеет плотность в градусах ΑΡΙ более чем примерно 10. В некоторых вариантах реализации изобретения товарная нефть с уменьшенным содержанием асфальтенов содержит по меньшей мере примерно 90 мас.% битума. В некоторых вариантах реализации изобретения товарная нефть с уменьшенным содержанием асфальтенов товарная нефть содержит менее чем примерно 10 мас.% асфальтенов. В некоторых вариантах реализации изобретения товарная нефть с уменьшенным со- 4 025489 держанием асфальтенов содержит менее чем примерно 5 мас.% воды, менее чем примерно 1 мас.% твердых веществ, или же указанные условия выполняются одновременно.
Также в заявке предложен способ удаления асфальтенов из асфальтенсодержащей нефти, включающий: воздействие на сырье со скоростью сдвига по меньшей мере 10000 с-1 в присутствии диоксида углерода с получением продукта, обработанного с применением высокой скорости сдвига; и отделение асфальтенов от продукта, обработанного с применением высокой скорости сдвига, с получением товарной нефти с уменьшенным содержанием асфальтенов. В некоторых вариантах реализации изобретения асфальтенсодержащая нефть выбрана из битумов и тяжелой сырой нефти. Способ может дополнительно включать стадию отделения диоксида углерода от продукта, обработанного с применением высокой скорости сдвига, и повторное использование отделенного диоксида углерода на этапе воздействия. В некоторых вариантах реализации изобретения товарная нефть с уменьшенным содержанием асфальтенов товарная нефть содержит менее чем примерно 10 мас.% асфальтенов.
Также предложен усовершенствованный способ водной экстракции битумов, включающий получение битумной пены при перемешивании в барабанном механизме битуминозного песка с водой и основанием или гидравлической транспортировке битуминозного песка с водой и основанием в транспортном трубопроводе, а также отделение битумной пены от хвостов в разделительной ячейке, при этом усовершенствованный способ включает: воздействие на хвосты высокой скоростью сдвига в присутствии диоксида углерода с получением продукта, обработанного с применением высокой скорости сдвига; отделение твердых веществ от продукта, обработанного с применением высокой скорости сдвига, с получением продукта с уменьшенным содержанием твердых веществ; отделение воды от продукта; и повторное использование воды на стадии получения пены. Вода может содержать менее чем примерно 10, 5, 3 или 1 мас.% примесей. Отделение твердых частиц от продукта, обработанного с применением высокой скорости сдвига, можно осуществлять с использованием по меньшей мере одной центрифуги. Отделение воды от продукта с уменьшенным содержанием твердых веществ, можно осуществлять с использованием по меньшей мере одного резервуара-отстойника. В некоторых вариантах реализации изобретения нефтяную фазу удаляют из верхней части резервуара-отстойника, а водную фазу - из его нижней части. В некоторых вариантах реализации изобретения в результате воздействия на хвосты высокой скоростью сдвига в присутствии диоксида углерода образуется продукт, обработанный с применением высокой скорости сдвига, имеющий рН менее чем примерно 6.
Также предложена система для удаления по меньшей мере одного компонента из сырья, содержащего хвосты, асфальтенсодержащую нефть или их комбинацию, содержащая: по меньшей мере одно устройство, обеспечивающее высокую скорость сдвига, содержащее по меньшей мере один ротор и по меньшей мере один соответствующий по форме статор и выполненное с возможностью воздействия на сырье высокой скоростью сдвига в присутствии диоксида углерода и получения продукта, обработанного с применением высокой скорости сдвига, причем указанное по меньшей мере одно устройство, обеспечивающее высокую скорость сдвига выполнено с возможностью воздействия на его содержимое со скоростью сдвига по меньшей мере 10000 с-1, где скорость сдвига определяется как отношение окружной скорости к величине зазора между кромками, причем окружная скорость определяется как πΌη, где Ό диаметр по меньшей мере одного из роторов, а η - частота вращения; и по меньшей мере одну разделительную установку, выполненную с возможностью отделения компонента от продукта, обработанного с применением высокой скорости сдвига, с получением продукта с уменьшенным содержанием компонента. В некоторых вариантах реализации изобретения указанный по меньшей мере один ротор выполнен с возможностью обеспечения окружной скорости по меньшей мере примерно 23 м/с. В некоторых вариантах реализации изобретения по меньшей мере один роторов выполнен с возможностью обеспечения окружной скорости по меньшей мере примерно 40 м/с. В некоторых вариантах реализации изобретения по меньшей мере один ротор и по меньшей мере один статор разделены зазором между кромками, величина которого не превышает 5 мкм, где зазор между кромками представляет собой минимальное расстояние между по меньшей мере одним ротором и по меньшей мере одним статором.
В некоторых вариантах реализации изобретения сырье содержит хвосты процесса экстракции битума, причем по меньшей мере один компонент содержит твердые вещества и нефть, и система содержит первую разделительную установку, выполненную с возможностью отделения твердых веществ от продукта, обработанного с применением высокой скорости сдвига, с получением продукта с уменьшенным содержанием твердых веществ, и вторую разделительную установку, выполненную с возможностью отделения нефти от продукта с уменьшенным содержанием твердых веществ, с получением продукта по существу чистой воды в качестве продукта с уменьшенным содержанием компонента. Система может дополнительно содержать хвостохранилище, из которого получают сырье. В некоторых вариантах реализации изобретения первая разделительная установка представляет собой центрифугу, а вторая разделительная установка представляет собой резервуар-отстойник. В некоторых вариантах реализации изобретения сырье содержит асфальтенсодержащую нефть, по меньшей мере один из компонентов содержит асфальтены, и продукт с уменьшенным содержанием компонентов представляет собой нефть с уменьшенным содержанием асфальтенов. Сырье может иметь плотность в градусах ΑΡΙ менее 10, а продукт с уменьшенным содержанием асфальтенов может иметь плотность более 10. В некоторых вариантах реа- 5 025489 лизации изобретения нефть с уменьшенным содержанием асфальтенов содержит менее ем примерно 10 мас.%. В некоторых вариантах реализации изобретения нефть с уменьшенным содержанием асфальтенов дополнительно содержит менее чем примерно 5 мас.% твердых веществ, менее чем 5 мас.% воды, или указанные условия выполняются одновременно.
В соответствии с вариантами реализации настоящего изобретения устройство, обеспечивающее высокую скорость сдвига, используется для повышения степени извлечения и переработки тяжелого сырого битума. Согласно одному аспекту настоящего изобретения устройство, обеспечивающее высокую скорость сдвига, используется в комбинации с газообразным реагентом (например, диоксидом углерода) для повышения эффективности отделения глины и других неорганических минеральных твердых веществ от битума после его извлечения из земли. Согласно другому аспекту настоящего изобретения устройство, обеспечивающее высокую скорость сдвига, используется в комбинации с диоксидом углерода для повышения эффективности отделения асфальтенов и других нежелательных компонентов битума с последующим удалением неорганических загрязнителей, тем самым, облегчая транспортировку и последующую переработку извлеченного битума.
Некоторые варианты реализации описанных выше способов и систем в перспективе могут обеспечить общее снижение затрат за счет уменьшения размера и/или количества устройств/стадий очистки, в результате чего будет получаться нефть с уменьшенным содержанием примесей, включая, но не ограничиваясь асфальтенами, песком, илом, твердыми веществами, серой и/или тяжелыми металлами и/или водой, в результате чего станет возможной эксплуатация при низкой температуре и/или давлении по сравнению с обычной технологией переработки тяжелой сырой нефти или битума и/или станет возможным сокращение капитальных и/или операционных затрат при экстракции битума или переработке сырой нефти. Эти и другие варианты реализации изобретения и их потенциальных преимущества будут очевидны из следующего подробного описания и чертежей.
Краткое описание чертежей
Для более подробного описания предпочтительных вариантов реализации настоящего изобретения в данном разделе приведены ссылки на соответствующие чертежи, где на фиг. 1 показана схема системы, обеспечивающей высокую скорость сдвига, содержащей внешний миксер/диспергирующее устройство, обеспечивающие высокую скорость сдвига, в соответствии с вариантом реализации настоящего изобретения.
На фиг. 2 показана схема системы, обеспечивающей высокую скорость сдвига, содержащей внешний миксер/диспергирующее устройство, обеспечивающие высокую скорость сдвига, в соответствии с другим вариантом реализации настоящего изобретения.
На фиг. 3 показана принципиальная схема известного способа экстракции горячей водой, подходящего для введения, как показано, например, стрелками А и В, одного или более устройств, обеспечивающих высокую скорость сдвига, в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг. 4 показано горизонтальное поперечное сечение устройства для перемешивания при высокую скоростях сдвига, подходящее для применения в составе системы, предложенной согласно настоящему изобретению.
На фиг. 5 представлена принципиальная схема способа удаления компонента из потока в процессе извлечения и/или переработки тяжелой нефти или битума.
Обозначения и номенклатура
Используемое в настоящей заявке словосочетание асфальтенсодержащая нефть относится к любой нефти, содержащей по меньшей мере некоторый процент асфальтенов. Например, асфальтенсодержащей нефтью может являться битум, содержащий асфальтены, тяжелая сырая нефть, содержащая асфальтены, и т.п.
Используемый в настоящей заявке термин дисперсия описывает приведенную в жидкое состояние смесь, содержащую по меньшей мере два отдельных вещества (или фазы). Согласно настоящей заявке, дисперсия включает непрерывную фазу (или матрицу), в которой распределены капли, пузырьки и/или частицы другой фазы или вещества. Таким образом, термин дисперсия может относиться к пенам, содержащим пузырьки газа, взвешенные в непрерывной жидкой фазе, к эмульсиям, в которых капли первой жидкости диспергированы в непрерывной фазе второй жидкости, не смешивающейся с первой жидкостью, а также к непрерывным жидким фазам, в которых распределены твердые частицы. В настоящей заявке термин дисперсия включает непрерывные жидкие фазы, в которых распределены пузырьки газа, к непрерывным жидким фазам, в которых распределены твердые частицы, к непрерывным фазам первой жидкости, в которых распределены капли второй жидкости, преимущественно не смешивающейся с первой жидкостью, а также к жидким фазам, в которых распределены любые перечисленные компоненты: твердые частицы, капли несмешивающейся жидкости и пузырьки газа, а также их комбинации. Таким образом, в некоторых случаях дисперсия может существовать в виде гомогенной смеси (например, фаза жидкость/жидкость), или в виде гетерогенной смеси (например, газ/жидкость, твердая фаза/жидкость или газ/твердая фаза/жидкость), в зависимости от природы выбранных для смешения материалов. Например, дисперсия может включать пузырьки газа (например, диоксида углерода), распределенные в жидкой фазе (например, потоке, включающем хвосты, битум и/или тяжелую нефть) и/или кап- 6 025489 ли одной жидкости в составе фазы, с которой она не смешивается.
Фраза все или часть чего-либо используется в настоящей заявке в значение все или определенный процент от общего количества или все или некоторые его компоненты.
Подробное описание изобретения
Обзор. В настоящей заявке описаны системы и способы удаления компонентов из потока, получаемого в процессе извлечения и/или переработки тяжелой сырой нефти или битума (например, получаемого из битуминозных песков). В некоторых вариантах реализации изобретения используются системы и способы осаждения асфальтенов из битума или тяжелой сырой нефти. В некоторых вариантах реализации изобретения указанные системы и способы используются для ускорения извлечения воды из суспензий (включающих осадки/частицы песка), которые, как правило, отправляются в хвостонакопители или возвращаются в процесс для повторного использования. Система содержит внешнее механическое устройство для создания высокой скорости сдвига, предназначенное для быстрого соединения и контролируемого смешения реагентов в реакторе/миксере. В некоторых вариантах реализации изобретения система и способ обеспечивают удаление асфальтенов при пониженных температурах и/или давлениях по сравнению с традиционными способами, или же обеспечивают большую скорость и полноту удаления асфальтенов. В некоторых вариантах реализации изобретения система и способ позволяют экстрагировать битум из битуминозных песков с использованием меньшего количества воды за счет увеличения скорости удаления воды из потока, получаемого в процессе экстракции и возвращения удаленной воды для осуществления дополнительной экстракции. Реакторная установка, включающая внешнее устройство для создания высокой скорости сдвига (УВС) или миксер, согласно описанию, приведенному в настоящей заявке, позволяет снизить ограничения, связанные с массопереносом и тем самым увеличить скорость осаждения и/или удаления желаемого компонента, например, в процессах осаждения и удаления асфальтенов из нефти, удаления твердых веществ из хвостов и удаления воды из хвостов.
Система для удаления компонента из потока, получаемого в процессе добычи и/или переработки тяжелой сырой нефти или битума. В настоящей заявке описана система для удаления компонента из потока, получаемого в процессе добычи и/или переработки тяжелой сырой нефти или битума. В некоторых вариантах реализации изобретения система используется для удаления асфальтенов из асфальтенсодержащей тяжелой сырой нефти или битума. В некоторых вариантах реализации изобретения система используется для повышения эффективности экстракции битума из битуминозных песков и снижения количества воды, используемого в процессе экстракции.
На фиг. 1 показана схема системы 100, обеспечивающей высокую скорость сдвига, согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения. Система 100 включает устройство 140, обеспечивающее высокую скорость сдвига, и центрифугу 160. Хотя в настоящем описании приведено название центрифуга, следует понимать, что в качестве установки 160 может использоваться любое устройство для гравитационного разделения, известное специалистам в указанной области. На фиг. 2 показана схема системы 300, обеспечивающей высокую скорость сдвига, согласно другому варианту реализации настоящего изобретения. В дополнение к устройству 340, обеспечивающему высокую скорость сдвига, и центрифуге 360 система 300, обеспечивающая высокую скорость сдвига, включает источник материала 305, обычно отправляемого в хвостохранилище, и резервуар-отстойник 390. В качестве варианта смесь битума с водой может вводиться из барабанной установки для экстракции, в которой происходит первоначальное отделение битума от песка, непосредственно в устройство для создания высокой скорости сдвига. Подробное описание каждого из указанных компонентов систем 100/300, обеспечивающих высокую скорость сдвига, приведено ниже. Для введения сырьевой смеси в УВС к ней подсоединяют одну или несколько линий трубопроводов. Так как чистый битум является высоковязкой жидкостью, закачать которую напрямую сложно, на любом этапе может производиться закачка разбавителя. Кроме того, в некоторых вариантах реализации изобретения, чтобы избежать необходимости разбавления битума после отделения песка, смесь битума с водой после экстракции может быть подвернута воздействию СО2 и усилий сдвига, и проведено осаждение асфальтенов. При необходимости после воздействия усилий сдвига смесь СО2 с битумом и водой может быть подогрета.
Согласно варианту реализации изобретения, представленному на фиг. 1, линии трубопроводов 100, 120 и 130 гидравлически связаны с УВС 140 и предназначены для подачи сырья, включающего соответственно битум, тяжелую сырую нефть или потоки, обычно направляемые в хвостохранилище, газообразного реагента (например, диоксида углерода) и воды (при необходимости). В других вариантах реализации изобретения с УВС гидравлически связана одна линия трубопроводов, и смешение сырья (например, хвостов, битума, воды и/или тяжелой сырой нефти), газообразного реагента (например, диоксида углерода) и воды (при необходимости) производится перед их подачей в УВС. Например, согласно одному варианту реализации изобретения (фиг. 2), хвосты из источника 305 (например, хвостохранилища), смешиваются в линии трубопроводов 310 с газообразным реагентом (например, диоксидом углерода) и поступают в линию 320 перед подачей в УВС 340. В любой точке по ходу протекания процесса может быть осуществлена подача как подогретой воды, так и воды при условиях окружающей среды, что может способствовать течению, ускорению образования карбоновых кислот и/или ускорению отделения нежелательных компонентов от товарной нефти (например, битума).
- 7 025489
Как описано в заявке на патент США № 2008/0251418, в реакцию с асфальтенами для их отделения кроме диоксида углерода могут вступать другие вещества, включая §О3, ΝΟ2 и Р2О5. При взаимодействии с §О3 асфальтены могут димеризоваться. Хотя в приведенном описании заявки в качестве реагента преимущественно используется диоксид углерода, следует понимать, что при использовании описанных технологий создания высокой скорости сдвига также могут ускоряться другие реакции, приводящие к дестабилизации асфальтенов. Например, для ускорения разделения или уменьшения биологической и химической потребности в кислороде для воды (БПК/ХПК) может дополнительно вводиться воздух или О2.
В любой точке по ходу протекания процесса может быть осуществлена подача как подогретой воды, так и воды при атмосферных условиях, что может способствовать течению, образованию карбоновых кислот и/или для ускорению отделения нежелательных компонентов от битума.
Линия трубопроводов 150/350 служит для транспортировки потока, обработанного с применением высокой скорости сдвига, из УВС 140. Линия трубопроводов 150/350 представляет собой любую линию трубопроводов, через которую протекает поток, обработанный с применением высокой скорости сдвига, из УВС 140/340 (включающий дисперсию газового реагента в сырье). Одна или несколько линий трубопроводов для распределения газа 120/320 настраивается для введения газа в УВС 140/340. Газообразный реагент может быть выбран из газовых потоков, содержащих диоксид углерода, или, в некоторых случаях, представлять собой чистый диоксид углерода. В некоторых вариантах реализации изобретения в качестве реагента используется любой реагент, с которым протекает реакция замещения ароматической группы, например, согласно заявке на патент США № 20080251418. С помощью линии (линий) трубопровода 120/320 газообразный реагент можно направлять напрямую в УВС 140/340 или в УВС с помощью линии трубопровода 110/310.
Центрифуга 160/360 гидравлически связана с УВС 140/340 с помощью линии трубопровода для продукта, обработанного с применением высокой скорости сдвига. Центрифуга 160/360 может включать одну или более выходных линий. Например, в варианте реализации, показанном на фиг. 1, центрифуга 160 включает выходную линию для тяжелых компонентов 170 и выходную линию продуктов с уменьшенным содержанием компонентов 180 (например, с уменьшенным содержанием асфальтенов). Выходная линия для газа 175 может быть гидравлически связана с центрифугой для удаления газообразного реагента или продукта реакции. Линия рециркуляции может гидравлически соединять выходную линию для газа с входной линией для газообразного реагента 120/320, с целью повторного использования газообразного реагента в УВС 140/340. Согласно вариантам реализации, показанным на фиг. 2, центрифуга 360 включает выходную линию для тяжелых компонентов 370 и выходную линию продуктов с уменьшенным содержанием компонентов 380 (например, с уменьшенным содержанием твердых частиц).
Как указано выше, системы, обеспечивающие высокую скорость сдвига, могут дополнительно включать источник сырья. Например, битумы или тяжелая нефть, подаваемые в УВС 140 с помощью линии трубопроводов 110, могут производиться с помощью устройства, известного в данной области и подробно описанного ниже со ссылкой на фиг. 4. Сырье, вводимое в УВС 340 через линию подачи сырья 310, может включать хвосты, традиционно направляемые в хвостохранилище или для повторного использования. Хвосты могут производиться с использованием любых способов, известных в данной области техники, а система для создания высокой скорости сдвига 340 может включать устройство для получения подобных хвостов. В некоторых случаях система 300 может дополнительно включать источник сырья 305, который может представлять собой, например, хвостохранилище. В других вариантах реализации изобретения хвосты получают с использованием любых сочетаний устройств, описанных в патенте США № 5626743. В некоторых вариантах реализации изобретения описываемая система исключает необходимость использования традиционного хвостохранилища, и термин хвосты используется чтобы подчеркнуть, что указанные потоки традиционно поступают в хвостохранилище, но при этом не требуется, чтобы хвосты, по существу, поступали из хвостохранилища.
Система, обеспечивающая высокую скорость сдвига, может также содержать устройство для переработки, расположенное ниже по потоку. Например, система 340, обеспечивающая высокую скорость сдвига, может дополнительно содержать разделительное устройство 390, выполненное с возможностью отделения водной фазы от нефтяной. Разделительное устройство 390 может включать резервуаротстойник. Выходная линия 380 продукта с уменьшенным содержанием компонента, гидравлически связывает центрифугу 360 с разделительным устройством 390. Разделительное устройство 390 выполнено с возможностью обеспечения достаточного времени пребывания, необходимого для отделения нефтяной фазы, включающей нефть (например, битум), от воды. Водная фаза может содержать бикарбонат.
Линия рециркуляции может гидравлически связывать разделительное устройство 390 с системой для водной экстракции битума из битуминозных песков, чтобы вода, полученная из разделительного устройства 390, могла быть повторно использована для дальнейшей экстракции. Системы, подходящие для экстракции битума из битуминозных песков, включают системы для экстракции горячей водой, например, в соответствии с патентом США № 5626743. На фиг. 3 показана система для экстракции битума из битуминозных песков горячей водой в соответствии с известным уровнем техники, как описано в патенте США № 5626743. Система 100/300, обеспечивающая высокую скорость сдвига, может быть вклю- 8 025489 чена в существующую систему экстракции битумов из битуминозных песков, или же в систему переработки тяжелой сырой нефти. Согласно вариантам реализации изобретения, система 100/300, обеспечивающая высокую скорость сдвига, дополнительно включает комбинацию устройств, как показано на фиг. 4, с помощью которой осуществляется подача сырья в ΗδΌ 140/340. Таким образом, согласно вариантам реализации изобретения, система 100/300, обеспечивающая высокую скорость сдвига, дополнительно включает один или более барабанных механизмов 18, один или несколько транспортных трубопроводов, выполненных с возможностью гидравлической перекачки сырья, где возникает битумная пена, одну или более разделительных ячеек 24, одно или более хвостохранилищ 52, одну или более разделительных установок для вторичного разделения или их комбинации.
Между УВС 140/340 и центрифугой 160/360, или, при необходимости перед УВС 140/340, могут быть введены дополнительные компоненты или стадии процесса, как будет ясно из приведенного ниже описания процесса с высокой скоростью сдвига.
Устройство 140, обеспечивающее высокую скорость сдвига. Система, обеспечивающая высокую скорость сдвига, содержит по меньшей мере одно устройство, обеспечивающее высокую скорость сдвига. Внешнее устройство 140/340, обеспечивающее высокую скорость сдвига, (УВС) иногда называют мешалкой с высокой скоростью сдвига, и параметры его работы подбираются для получения потока сырья через линию трубопроводов 110/130. Как указано выше, УВС 140/340 может включать одну или несколько дополнительных входных линий трубопроводов (120, 130) для введения газообразного реагента и воды соответственно. Для введения газообразного реагента в УВС 140 может быть настроена одна или несколько линий 120. Режим работы УВС может быть подобран с целью получения сырьевой смеси и газообразного реагента через отдельные входные линии трубопроводов 110 и 120 соответственно, или же сырье и газообразный реагент могут быть соединены перед введением в УВС. Хотя на фиг. 1 и 2 показано использование одного УВС для смешения газообразного реагента и смеси сырья, следует понимать, что в некоторых вариантах реализации изобретения система может включать два или более УВС для соединения сырья и газообразного реагента. Два или более УВС могут быть установлены как последовательно, так и параллельно. Согласно вариантам реализации изобретения, в системе 100/300, обеспечивающей высокую скорость сдвига, используется одно УВС.
УВС 140/340 представляет собой механическое устройство, в котором используется один или несколько генераторов, представляющих собой пару ротор/статор, причем в каждом из них имеется зазор между статором и ротором. Величина зазора между ротором и статором в каждом из генераторов может быть постоянной или настраиваемой. УВС 140/340 выполнено с возможностью обеспечения эффективного смешения компонентов при заданной скорости вращения. УВС включает корпус или кожух, необходимый для контроля давления и температуры жидкости внутри установки.
Устройства для перемешивания с высокой скоростью сдвига, как правило, подразделяют на три основных класса, основанные на их способности к перемешиванию жидкостей. Перемешивание представляет собой процесс уменьшения размера частиц или неоднородностей в объеме жидкости. Одной из мер степени или тщательности перемешивания является величина, выражаемая в виде плотности энергии, генерируемой устройством, которая приходится на единицу объема жидкости и требуется для разрушения частиц жидкости. Указанные классы отличаются по величине создаваемой плотности энергии. Для трех классов промышленных мешалок характерна плотность энергии, достаточная для последовательного получения смесей или эмульсий с размером частиц в пределах от субмикронных до 50 мкм, и они включают системы гомогенизирующих клапанов, коллоидные мельницы и высокоскоростные мешалки. В первом классе высокоэнергетических устройств, называемым системам гомогенизирующих клапанов, обрабатываемая жидкость прокачивается через нее при очень высоком давлении через клапан с узким зазором при пониженном окружающем давлении. Градиенты давления на клапане и возникающие эффекты турбулентности и кавитации вызывают разрушение любых частиц в жидкости. Наиболее широко указанные клапанные системы применяются в процессах гомогенизации молока, при этом может быть получен средний размер частиц в диапазоне от субмикронного до 1 мкм.
На противоположном конце спектра плотности энергии располагается третий класс устройств, называемый маломощными устройствами. Указанные системы обычно имеют лопатки или жидкостный ротор, вращающийся при высокой скорости в резервуаре жидкости, предназначенной для переработки, и наиболее часто применяется в пищевой промышленности. Указанные маломощные системы обычно используются, если допустимый средний размерах частиц в обработанной жидкости превышает 20 мкм.
По шкале плотности энергии перемешивания, передаваемой жидкости, между низкоэнергетическими устройствами и системами на основе гомогенизационных клапанов находятся коллоидные мельницы и другие высокоскоростные устройства типа ротор-статор; они называются устройствами с промежуточной энергией. Типичная конфигурация коллоидной мельницы включает конический или дисковый ротор, отделенный от соответствующего ему по форме статора зазором, величина которого обычно находится в пределах от 0,025 до 10 мм (0,001-0,4 дюйма). Как правило, роторы приводятся в движение электромоторами с использованием прямого привода или приводного ремня. Вращаясь с высокой скоростью, ротор обеспечивает перекачку жидкости между своей внешней поверхностью и внутренней поверхностью статора, а усилия сдвига, создаваемые в зазоре, обеспечивают обработку жидкости. Во мно- 9 025489 гих коллоидные мельницы, режим работы которых подобран правильно, можно получить частицы со средним размером частиц от 0,1 до 25 мкм. Данные возможности позволяют применять коллоидные мельницы во многих процессах, включающих переработку коллоидных растворов и эмульсий типа нефть в воде, применяемых в косметической промышленности, при изготовления майонезов, амальгам кремния/серебра, для получения кровельных мастик.
УВС содержит по меньшей мере один вращающийся элемент, создающий механическое усилие, которое подводится к находящимся внутри установки реагентам. УВС включает по меньшей мере один статор и по меньшей мере один ротор, разделенные зазором. Например, роторы могут иметь форму конуса или диска, и могут быть отделены от статора соответствующей формы. В некоторых вариантах реализации изобретения как ротор, так и статор включают набор колец, уложенных по окружности, с кромками, соответствующими друг другу по форме. Кольца могут представлять собой отдельную поверхность или же они образуют кромку вокруг ротора или статора. В некоторых вариантах реализации изобретения как ротор, так и статор включат более двух колец, уложенных по окружности, более 3 колец или более 4 колец. Например, согласно некоторым вариантам реализации изобретения, каждый из трех генераторов включает ротор и статор, каждый из которых имеет 3 кольца, соответствующих друг другу по форме, в результате чего обрабатываемый материал, двигаясь через УВС, проходит через 9 зазоров между кромками или ступеней. Как вариант, каждый из трех генераторов может включать четыре кольца, в результате чего обрабатываемый материал, двигаясь через УВС, проходит через 12 зазоров между кромками или ступеней. В некоторых вариантах реализации изобретения положение статора(ов) может быть подобрано для создания зазора требуемой величины между ротором и статором в каждом генераторе (паре ротор-статор). Каждый генератор может приводиться в движение любым типом привода, параметры работы которого настроены для достижения требуемой скорости вращения.
В некоторых вариантах реализации изобретения УВС включает одноступенчатую диспергирующую камеру (т.е. одну комбинацию ротор/статор; один генератор для создания высокой скорости сдвига). В некоторых вариантах реализации изобретения УВС 140/340 представляет собой встроенное многоступенчатое диспергирующее устройство и включает несколько генераторов. В некоторых вариантах реализации изобретения УВС 140/340 включает по меньшей мере два генератора. В других вариантах реализации изобретения УВС 140/340 включает по меньшей мере 3 генератора. В некоторых вариантах реализации изобретения УВС 140/340 представляет собой многоступенчатую мешалку, скорость сдвига в которой (пропорционально меняющаяся с изменением окружной скорости и обратно пропорциональная ширине зазора между ротором и статором) меняется в зависимости от горизонтальной координаты по направлению потока, в соответствии с подробным описание, приведенным ниже.
В соответствии с настоящим изобретением по меньшей мере одна поверхность УВС 140/340 может быть изготовлена, импрегнирована или покрыта катализатором, подходящим для того, чтобы способствовать экстракции необходимого компонента, например, для превращения каустической соды в бикарбонат натрия. Дополнительное описание приведено в заявке на патент США № 12/476415.
В некоторых вариантах реализации изобретения величина минимального зазора (ширины зазора между кромками) между статором и ротором находится в пределах от примерно 0,025 мм (0,001 дюйм) до примерно 3 мм (0,125 дюйма). Величина зазора между кромками может находиться в пределах от примерно 5 мкм (0,0002 дюйма) до примерно 4 мм (0,16 дюйма). В некоторых вариантах реализации изобретения величина зазора между кромками может находиться в пределах 5, 4, 3, 2 или 1 мкм. В некоторых вариантах реализации изобретения величина минимального зазора (ширины зазора между кромками) между статором и ротором находится в пределах от примерно 1 мкм (0,00004 дюйма) до примерно 3 мм (0,12 дюйма). В некоторых вариантах реализации изобретения величина минимального зазора (ширины зазора между кромками) между статором и ротором может быть менее чем примерно 10 мкм (0,0004 дюйма), менее чем примерно 50 мкм (0,002 дюйма), менее чем примерно 100 мкм (0,004 дюйма), менее чем примерно 200 мкм (0,008 дюйма), менее чем примерно 400 мкм (0,016 дюйма). В некоторых вариантах реализации изобретения величина минимального зазора (ширины зазора между кромками) между статором и ротором составляет примерно 1,5 мм (0,06 дюйма). В некоторых вариантах реализации изобретения величина минимального зазора (ширины зазора между кромками) между статором и ротором составляет примерно 0,2 мм (0,008 дюйма). В некоторых вариантах конфигурации величина минимального зазора (ширины зазора между кромками) между статором и ротором составляет по меньшей мере 1,7 мм (0,07 дюйма). Скорость сдвига, достигаемая в УВС, может меняться в зависимости от горизонтальной координаты по направлению потока. В некоторых вариантах реализации изобретения скорость вращения ротора устанавливается на уровне, соизмеримом с диаметром ротора и желательной окружной скоростью. В некоторых вариантах реализации изобретения величина зазора между статором и ротором УВС (ширина зазора между кромками) может быть фиксированной. В некоторых вариантах реализации изобретения величина зазора (ширина зазора между кромками) может быть настраиваемой.
Окружная скорость представляет собой расстояние по окружности, пройденное кромкой ротора за единицу времени. Таким образом, окружная скорость является функцией от диаметра ротора и частоты вращения. Окружная скорость (например, выражаемая в метрах в минуту) может быть рассчитана путем умножения расстояния по окружности, пройденного кромкой ротора, 2πΚ, где К - радиус ротора (напри- 10 025489 мер, в метрах), на частоту вращения (например, выраженную в оборотах в минуту, об/мин). Частота вращения может быть более чем 250 об/мин, более чем 500 об/мин, более чем 1000 об/мин, более чем 5000 об/мин, более чем 7500 об/мин, более чем 10000 об/мин, более чем 13000 об/мин или более чем 15000 об/мин. Частота вращения, скорость течения и температура могут быть подобраны в соответствии с желаемым профилем подачи продукта. Если происходит прорыв, и реакция протекает в недостаточной степени, для снижения эффекта нежелательного прорыва можно увеличить частоту вращения. Как вариант, или в дополнение к существующей схеме продукт, обработанный с применением высокой скорости сдвига, может подаваться во второй или последующие УВС.
УВС 140/340 позволяет создавать окружную скорость более 22,9 м/с (4500 фут/мин), и она может превышать 40 м/с (7900 фут/мин), 50 м/с (9800 фут/мин), 100 м/с (19600 фут/мин), 150 м/с (29500 фут/мин), 200 м/с (39300 фут/мин) или даже 225 м/с (44300 фут/мин) и в некоторых случаях устанавливаться на более высоком уровне. Для целей настоящего изобретения термин высокая скорость сдвига относится к механическим устройствам типа ротор-статор (т.е. коллоидным мельницам или диспергаторам типа ротор-статор), в которых существует возможность создания окружной скорости более 5,1 м/с (1000 фут/мин) или выше, и в которых для передачи энергии потоку реагирующих продуктов требуется внешнее механическое приводное устройство. При контакте реагентов с вращающимися частями, которые могут быть изготовлены, покрыты или импрегнированы стационарным катализатором, в реакционную среду передается значительное количество энергии. Энергопотребление УВС 140/340, как правило, очень мало.
В некоторых вариантах реализации изобретения УВС 140/340 способна создавать расход по меньшей мере 300 л/ч при окружной скорости по меньшей мере 22,9 м/с (4500 фут/мин). Потребляемая мощность составляет примерно 1,5 кВт. В УВС 140/340 сочетаются высокие значения окружной скорости и очень маленькая величина зазора, в результате чего на обрабатываемый материал оказывается значительное сдвиговое воздействие. Степень сдвигового воздействия зависит от вязкости жидкости, находящейся внутри УВС. Соответственно, на кромках ротора в процессе работы УВС 140/340 образуются локальные участки повышенного давления и температуры. В некоторых случаях локально повышенное давление составляет примерно 1034,2 МПа (150000 фунт/кв.дюйм). В некоторых случаях локально повышенная температура составляет примерно 500°С. В некоторых случаях длительность указанных локальных подъемов давления может составлять несколько нано- или пикосекунд.
Оценка количества энергии, подводимой к жидкости (кВт/(л-мин)) может производиться путем измерения мощности мотора (кВт) и исходящего потока жидкости (л/мин). Как было отмечено выше, окружная скорость представляет собой скорость (фут/мин или м/с), связанную с оконечностью одного или нескольких вращающихся элементов, с помощью которого создается механическое усилие, прилагаемое к жидкости. В некоторых вариантах реализации изобретения расход энергии составляет по меньшей мере примерно 1000 Вт/м3, 5000 Вт/м3, 7500 Вт/м3, 1 кВт/м3, 500 кВт/м3, 1000 кВт/м3, 5000 кВт/м3, 7500 кВт/м3 или выше. В некоторых вариантах реализации изобретения расход энергии для УВС 140/340 превышает 1000 ватт на кубический метр находящейся в нем жидкости. В некоторых вариантах реализации изобретения расход энергии для УВС 140/340 находится в пределах от примерно 3000 Вт/м3 до примерно 7500 Вт/м3. В некоторых вариантах реализации изобретения расход энергии для УВС 140/340 находится в пределах от примерно 3000 Вт/м3 до примерно 7500 Вт/м3. Истинное необходимое количество подводимой энергии зависят от типа реакций, протекающих в пределах УВС, например, является ли реакция эндотермической или экзотермической, а также механической энергии, требуемой для диспергирования и перемешивания исходных материалов. В некоторых случаях глубина протекания экзотермической реакции в пределах УВС обеспечивает часть или практически все количество теплоты, необходимой для реакции, которое требуется подводить за счет мотора. Требования к энергии при диспергировании газа в жидкости существенно ниже, чем для случая, когда все реагенты находятся в жидком состоянии.
Скорость сдвига представляет собой отношение окружной скорости к ширине зазора между кромками (минимальному расстоянию между ротором и статором). Скорость сдвига, создаваемая в УВС 140/340, может быть более 20000 с-1. В некоторых вариантах реализации изобретения скорость сдвига может составлять по меньшей мере 30000 с-1 или 40000 с-1. В некоторых вариантах реализации изобретения скорость сдвига может быть более 30000 с-1. В некоторых вариантах реализации изобретения скорость сдвига может составлять по меньшей мере 100000 с-1. В некоторых вариантах реализации изобретения скорость сдвига может составлять по меньшей мере 500000 с-1. В некоторых вариантах реализации изобретения скорость сдвига может составлять по меньшей мере 1000000 с-1. В некоторых вариантах реализации изобретения скорость сдвига может составлять по меньшей мере 1600000 с-1. В некоторых вариантах реализации изобретения скорость сдвига может составлять по меньшей мере 5000000 с-1. В некоторых вариантах реализации изобретения скорость сдвига может составлять по меньшей мере 7000000 с-1. В некоторых вариантах реализации изобретения скорость сдвига может составлять по меньшей мере 9000000 с-1. В вариантах реализации изобретения с большим диаметром ротора скорость сдвига может превышать примерно 9000000 с-1. В некоторых вариантах реализации изобретения скорость сдвига, создаваемая в УВС 140/340, находится в пределах от 20000 до 10000000 с-1. Например, в одном случае окружная скорость ротора составляет примерно 40 м/с (7900 фут/мин), а ширина зазора между кромками
- 11 025489 составляет 0,0254 мм (0,001 дюйм), в результате скорость сдвига составляет 1600000 с-1. В другом случае окружная скорость ротора составляет примерно 22,9 м/с (4500 фут/мин) и ширина зазора между кромками 0,0254 мм (0,001 дюйма), в результате скорость сдвига составляет около 901600 с-1.
В некоторых вариантах реализации изобретения УВС 140/340 включает коллоидную мельницу. Подходящие коллоидные мельницы производятся, например, ΙΚΑ® \Уог1<5. 1пс., Уилмингтон, Северная Каролина и ΑΡν ΝοΠίι Атспса, 1пс., Уилмингтон, Массачусетс. В некоторых случаях УВС 140/340 включает устройство ΌΙδΡΑΧ ΡΕΑίΤΟΡ®, производимое ΙΚΑ® ^огкк, 1пс.
В некоторых вариантах реализации изобретения на каждой ступени внешнего УВС имеются взаимозаменяемые механизмы, необходимые для перемешивания, что обеспечивает гибкость применения. Например, БК 2000/4 ΌΙδΡΑΧ ΡΕΑίΤΟΡ® ΙΚΑ® ^огкк, 1пс., Уилмингтон, Северная Каролина и ΑΡν ΝοΠίι Αте^^са, Шс., Уилмингтон, Массачусетс включает трехступенчатый модуль для диспергирования. Указанный модуль может содержать до трех сочетаний ротор/статор (генераторов), причем на каждой ступени можно выбирать мелкий, средний, грубый и тонкодисперсный варианты. Это позволяет регулировать скорость сдвига по направлению потока. В некоторых вариантах реализации изобретения на каждой стадии используется генератор в тонкодисперсном исполнении.
В некоторых вариантах реализации изобретения используется пропорционально увеличенная версия реактора ΌΙδΡΑΧ®. Например, в некоторых вариантах реализации изобретения УВС 140/340 включает установку δυΡΕΡ ΌΙδΡΑΧ ΡΕΑίΤΟΡ® БР8 2000. УВС может представлять собой устройство БР 2000/50 с пропускной способностью 125000 литров в час или ΌΡδ 2000/50 с пропускной способностью 40000 литров в час. Из-за увеличения времени пребывания в установке ΌΡδ жидкость подвергается большему сдвиговому воздействию. На фиг. 4 показано поперечное сечение УВС 200, пригодного для использования в качестве УВС 140/340. УВС 200 на фиг. 4 представляет собой устройство для диспергирования, включающее три ступени комбинаций роторов и статоров, 220, 230 и 240. Комбинации роторов и статоров можно назвать генераторами 220, 230 и 240, или ступенями без ограничений. Три пары роторстатор или генератора 220, 230 и 240 располагаются последовательно вдоль приводного вала 250.
Первый генератор 220 включает ротор 222 и статор 227. Второй генератор 230 включает ротор 223 и статор 228. Третий генератор 240 включает ротор 224 и статор 229. Ротору каждого генератора с помощью входной системы 250 придается вращательное движение, и они вращаются вокруг оси 260 в направлении, показанном стрелкой 265. Направление вращения может быть противоположным показанному стрелкой 265 (т.е. по часовой стрелке или против часовой стрелки относительно оси вращения 260). Статоры 227, 288 и 299 могут быть жестко присоединены к стенке 255 УВС 200. Как указано выше, каждый ротор и статор могут включать кольца с кромками, соответствующими друг другу по форме, что позволяет создать в пределах каждого генератора несколько зазоров между кромками.
Как указано выше, каждый генератор характеризуется шириной зазора между кромками, представляющего собой минимальное расстояние между ротором и статором. Согласно варианту реализации, показанному на фиг. 4, первый генератор 220 характеризуется первым зазором 225; второй генератор 230 характеризуется вторым зазором 235; и третий генератор 240 характеризуется третьим зазором 245. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения, ширина зазоров 225, 235 и 245 находится в пределах приблизительно от 0,025 мм до 10 мм. В некоторых случаях процесс включает использование УВС 200, в котором ширина зазоров 225, 235 и 245 находится в пределах приблизительно от 0,5 до 2,5 мм. В некоторых случаях ширина зазора устанавливается равной приблизительно 1,5 мм. В некоторых случаях ширина зазоров 225, 235 и 245 для генераторов 220, 230 и 240 устанавливается различной. В некоторых случаях ширина зазора 225 первого генератора 220 превышает ширину зазора 235 второго генератора 230, которая в свою очередь превышает ширину зазора 245 третьего генератора 240. Как указано выше, генераторы на каждой ступени являются взаимозаменяемыми, что обеспечивает гибкость конструкции. Условия эксплуатации УВС 200 могут быть подобраны таким образом, чтобы скорость сдвига оставалась постоянной, ступенчато увеличивалась или уменьшалась в направлении потока 260.
Генераторы 220, 230 и 240 доступны в мелком, среднем, грубом и тонкодисперсном вариантах, с различным количеством колец, соответствующих друг другу по форме, или ступеней на роторах и соответствующих им статорах. Роторы 222, 223 и 224, а также статоры 227, 228 и 229 могут иметь зубчатую конструкцию. Каждый генератор может включать два или более набора колец ротор-статор, соответствующих друг другу по форме. В некоторых вариантах реализации изобретения роторы 222, 223 и 224 содержат более 3 наборов колец ротор/статор, соответствующих друг другу по форме.
Размер УВС 140/340 может быть большим и маленьким. Согласно вариантам реализации изобретения, система 100/300 используется для обработки количеств от менее чем 100 галлонов в минуту до более чем 5000 галлонов в минуту. Согласно вариантам реализации изобретения, использование одной или несколько УВС 140/340 позволяет переработать по меньшей мере 100, 500, 750, 900, 1000, 2000, 3000, 4000, 5000 гал./мин или больше. Крупномасштабные установки позволяют добиться производительности 1000 гал./ч (24 барр./ч). Внутренний диаметр ротора может быть любым, если он подходит для желаемого способа применения. В некоторых вариантах реализации изобретения внутренний диаметр ротора может находиться в пределах приблизительно от 12 см (4 дюйма) до 40 см (15 дюймов). В некоторых
- 12 025489 вариантах реализации изобретения внутренний диаметр ротора составляет примерно 6 см (2,4 дюйма). В некоторых вариантах реализации изобретения внешний диаметр статора составляет примерно 15 см (6,4 дюйма). В некоторых вариантах реализации изобретения внешний диаметр статора составляет примерно равен 6,4 см (2,5 дюйма). В некоторых вариантах реализации изобретения диаметр ротора равен 6,0 см (2,4 дюйма), а диаметр статора - 6,4 см (2,5 дюйма), что обеспечивает ширину зазора приблизительно 4 мм. В некоторых вариантах реализации изобретения на каждой из трех стадий используется генератор в тонкодисперсном исполнении, включающий некоторое количество пар колец ротор/статор, соответствующих друг другу по форме.
Параметры работы УВС 200 подбираются таким образом, чтобы сырьевая смесь поступала в нее из линии трубопроводов 110/310 через входное отверстие 205. В случае удаления асфальтенов сырье включает битум или тяжелую сырую нефть, в случае регенерации воды - хвосты. Сырье может содержать газообразный реагент, или же он может вводиться в УВС отдельно. Поток сырья, поступающий во входное отверстие 205, перекачивается в периодическом режиме через генераторы 220, 230 и 240 с образованием дисперсии. Продукт, обработанный при высокой скорости сдвига, выводится из УВС 200 через выходное отверстие 210 (и линии трубопроводов 150/160 на фиг. 1-2). Роторы 222, 223 и 224 каждого генератора вращаются с достаточно высокой скоростью относительно закрепленных статоров 227, 228, 229, в результате чего создаются высокие значения скорости сдвига. Вращение роторов обеспечивает перекачку жидкости, в частности, потока сырья, поступающего во входное отверстие 205, и выходящего через зазоры (и через промежутки между зубцами ротора и промежутки между зубцами статора при их наличии), в результате чего создаются локальные высокие усилия сдвига. Высокая скорость сдвига, приложенная к жидкости в зазорах 225, 235 и 245 (и в зазорах между зубцами ротора и статора при их наличии), через которые она протекает, позволяют получить продукт, обработанный с применением высокой скорости сдвига. Продукт включает смесь, полученную при высоких скоростях сдвига (т.е. дисперсию), в состав которой входит газообразный реагент и сырье. Продукт, обработанный с применением высокой скорости сдвига, выводится из УВС 200 через выходное отверстие 210 (и линии трубопроводов 150/350 на фиг. 12).
Без теоретических ограничений авторами настоящего изобретения было сделано предположение, что продукт, обработанный с применением высокой скорости сдвига, у 210 может содержать избыток свободных радикалов. Сдвиговые деформации, обеспечиваемые высокой скоростью движения, могут вести к образованию многочисленных глобул микронного и субмикронного размера. Наличие высокой скорости движения, связанных с этим поверхностных явления и других диссоциирующих сил может приводить к образованию в продукте свободных радикалов. Указанный продукт, обработанный с применением высокой скорости сдвига, отличается высокой реакционной способностью и способен оставаться в реакционно-способном состоянии в течение длительного времени, т.е. 30 мин и в некоторых случаях больше, даже после выхода из УВС.
Как указано выше, в некоторых случаях УВС 200 включает устройство ΌΙδΡΑΧ КЕАСТОК® ΙΚΑ® \Уог1<5. 1пс., Уилмингтон, Северная Каролина, и ΑΡν ΝογΙΙι Атспса. 1пс., Уилмингтон, Массачусетс. Существует ряд моделей с различными соединениями для входа и выхода, мощностью, окружной скоростью, скоростью вращения (об/мин) и скоростью течения. Выбор типа УВС зависит от пропускной способности, например, ΙΚΑ®, модель ΌΚ 2000/4 включает ременный привод, генератор 4М, уплотнительное кольцо из политетрафторэтилена (ПТФЭ), входной фланец 25,4 м (1 дюйм), санитарно-технического класса, выходной фланец 19 мм (3/4 дюйма), санитарно-технического класса, мощность 2 л.с, выдаваемая скорость 7900 об/мин, пропускная способность (по воде) приблизительно 300-700 л/ч (в зависимости от генератора), окружная скорость от 9,4 до 41 м/с (от 1850 до 8070 фут/мин). Увеличение масштаба может производиться за счет использования большого количества УВС или увеличения их размера. В настоящее время увеличение производится путем использования моделей большего размера, и результаты применения более масштабных установок УВС в некоторых случаях позволяют обеспечить повышение эффективности по сравнению с показателями работы лабораторных устройств. В качестве крупной установки может использоваться ΌΙδΡΑΧ® 2000/. Например, размер входного отверстия установки ΌΚδ2000/5 составляет 51 мм (2 дюйма), и выходного - 38 мм (1,5 дюйма).
В некоторых вариантах реализации изобретения УВС 140/340 полностью или частично изготавливаются из тугоплавких/устойчивых к коррозии материалов. Например, для этого может использоваться металлокерамика, сплавы INСОNЕ^®. материалы ΗΑδΤΕΕΌΟΥ®. Например, если смесь представляет собой или включает каустическую соду, то роторы, статоры и/или другие детали УВС могут производиться из различных огнеупорных материалов (т.е. металлокерамики).
Устройство для разделения 160/360. Как описано выше, система для создания высокой скорости сдвига включает устройство для разделения 160/360, параметры работы которого подобраны таким образом, чтобы выделять компонент из потока продукта, обработанного путем создания высокой скорости сдвига и вводимого в указанную установку через выходную линию 150/360, предназначенную для продукта, обработанного с применением высокой скорости сдвига. Установки для разделения выбираются из числа центрифуг, резервуаров-отстойников, фильтрационных установок и подобных устройств, из- 13 025489 вестных в данной области техники. В некоторых вариантах реализации изобретения установка для разделения включает одну или несколько центрифуг. Устройство для разделения 160/360 включает выходное отверстие 170/370 для отделенного компонента и выходное отверстие для продукта с уменьшенным содержанием компонента 180/380. Устройство для разделения 160 может дополнительно включать выходную линию для газа 175, предназначенную для удаления газа из устройства для разделения 160. Линия рециркуляции может гидравлически соединять выходную линию для газа устройства для разделения с УВС.
Установка для разделения 160/360 может эксплуатироваться в непрерывном, полунепрерывном и периодическом режимах. Устройство для разделения 160/360 может включать одну или несколько установок, размещенных последовательно или параллельно. При параллельной работе с помощью выходной линии 150/350 может производиться разделение потока продукта, обработанного с применением высокой скорости сдвига, на несколько установок 160/360.
Резервуар-отстойник 390. Как показано на фиг. 2 и в соответствии с описанием, приведенным в тексте настоящей заявки, система, обеспечивающая высокая скорость сдвига, может также содержать дополнительную разделительную установку, например, резервуар-отстойник 390, согласно варианту реализации на фиг. 2. Система 100/300, обеспечивающая высокую скорость сдвига, может содержать один или более резервуаров-отстойников. Резервуар-отстойник 390 представляет собой любое походящее устройство, в котором обеспечивается время пребывания, достаточное для отделения нефтяной фазы от водной фазы. Резервуар(ы)-отстойник(и) 390 включают выходное отверстие 385, предназначенное для водной фазы, и выходное отверстие 395, предназначенное для нефтяной фазы.
Источник сырья 305. В соответствии с вариантом реализации изобретения, показанном на фиг. 2, система, обеспечивающая высокую скорость сдвига, может дополнительно включать источник сырья 305. Источник сырья 305 может включать устройство, подходящее для обеспечения битума или тяжелой сырой нефти в УВС 140 в случаях, когда систему, обеспечивающую высокую скорость сдвига, необходимо применять для удаления асфальтенов, или устройство, позволяющее обеспечивать хвосты для УВС 340 в случаях, когда систему, обеспечивающую высокую скорость сдвига, необходимо применять для повышения эффективности экстракции воды/экстракции битума. В некоторых вариантах реализации изобретения источник сырья 305 включает собой хвостохранилище. В некоторых случаях устройство для подачи сырья включает набор оборудования, показанный на фиг. 3. Источник сырья может включать, например, одну или более разделительных ячеек, одну или более центрифуг для грубой очистки 40, одну или более центрифуг для тонкой очистки 46, одну или более вторичных разделительных установок 28 или их комбинации. Устройство для подачи сырья 305 может дополнительно включать один или более барабанных механизмов, одну или более линий для гидравлического транспорта и/или одну или более емкостей для разбивания пены 34.
Теплообменники. В некоторых вариантах конструкции системы предусмотрено использование внутренних или внешних теплообменников. Например, предварительный подогрев реагентов может производиться с использованием любого способа, известного специалистам в указанной области техники. Некоторыми точками, пригодными для размещения одного или нескольких подобных теплообменников, являются участок выше УВС по потоку, участок между УВС и линией трубопроводов 150/350, а также внутри или после устройства для разделения 160/360. УВС 140/340 может включать внутренний стержень, к которому может быть подведено охлаждение, например, водяного типа, для частичного или полного контроля температур внутри УВС. Некоторыми примерами таких теплообменников, не ограничивающими формулы изобретения, являются кожухотрубные, ламповые и змеевиковые теплообменники, согласно имеющемуся уровню техники.
Насосы. Системы, обеспечивающие высокую скорость сдвига, могут содержать один или более насосов с непрерывным или полунепрерывным режимом работ, и могут представлять собой любые подходящие устройства для перекачивания, способные создавать контролируемый поток через УВС 140/340 и систему для создания высокой скорости сдвига 100/300. В некоторых случаях один или более насосов позволяют создать давление более 202,65 кПа (2 атм), или более 303,97 кПа (3 атм). В качестве одного или несколько насосов могут использоваться шестеренные насосы Корет тип 1, Корег Ритр Сотрапу (Коммерс, Джорджия), одним из возможных вариантов является использование насосов с мультипликатором Бау1оп. модель 2Р372Е, БауЮп Е1ес1т1с Со (Найлс, Иллинойс). Предпочтительно, чтобы все контактирующие детали насоса были изготовлены из нержавеющей стали, например, марки 316. В некоторых вариантах реализации системы один или несколько насосов способны создать давления выше 2026,5 кПа (20 атм).
В некоторых вариантах реализации изобретения, система, обеспечивающая высокую скорость сдвига, описанная в одном из вариантов на фиг. 1, включена в состав системы экстракции горячей водой, как показано на фиг. 3. Например, одна или более систем, обеспечивающих высокую скорость сдвига, могут быть включены в процесс экстракции горячей водой на участках, выделенных стрелками А, В, С, Ό и Е, или же в другом месте системы экстракции. В подобных вариантах реализации изобретения удаление асфальтенов может производиться путем установления гидравлической связи с линией подачи битума, например, через линию трубопровода 20 (до или после насоса 21), как показано стрелками С и В, с лини- 14 025489 ей трубопровода 30, как показано стрелкой Е, с 32, 38, 44 или 48, идущими в УВС. Система, обеспечивающая высокую скорость сдвига, может быть установлена на участке, выделенном стрелкой В. В некоторых вариантах реализации изобретения предложено применение системы, обеспечивающей высокую скорость сдвига, (фиг. 1) в составе системы экстракции горячей водой, как показано на фиг. 3. В подобных вариантах реализации изобретения вода может быть извлечена из хвостов путем введения хвостов из хвостохранилища 52 (источник сырья 305) в систему, обеспечивающую высокую скорость сдвига, в точке, показанной стрелкой А. Указанный способ позволяет увеличить скорость извлечения воды и ее возвращения в барабанный механизм 18, в результате чего может быть достигнуто повышение эффективности извлечения битума. В некоторых вариантах реализации изобретения систему(ы), обеспечивающую(ие) высокую скорость сдвига, устанавливают на участках, показанных стрелками С, Ό и/или Е. На каждом участке существует возможность добавления СО2 и/или других соединений, вызывающих выпадение асфальтенов в осадок в результате реакции в установке, обеспечивающей высокую скорость сдвига. В любой точке системы/процесса может осуществляться добавка одного или более разбавителей, включая, но не ограничиваясь бензином и пропаном, возможно - в комбинации с подогревом, с целью снижения вязкости и облегчения транспортировки битума. Затем подобные разбавители легко удаляются и используются повторно.
Способ удаления компонента из потока, получаемого в процессе извлечения и переработки сырой нефти или битума, с применением высокой скорости сдвига. В настоящем разделе со ссылкой на фиг. 4 описывается способ удаления компонента из потока, получаемого в процессе извлечения и переработки сырой нефти или битума, основанный на применении высокой скорости сдвига. На фиг. 4 представлена схема способа удаления желаемого компонента из сырья, основанная на применении высокой скорости сдвига, в соответствии с одним из вариантов реализации изобретения. Способ 400 включает глубокое смешение сырья и газа с получением продукта 410, обработанного с применением высокой скорости сдвига, и отделение компонента от продукта 420, обработанного с применением высокой скорости сдвига. Для облегчения описания способ удаления асфальтенов из асфальтенсодержащего битума и сырой нефти будет приведен отдельно от описания способа совершенствования процесса экстракции битума.
Способ совершенствования процесса экстракции битума из битуминозных песков. В некоторых вариантах реализации изобретения для повышения эффективности экстракции битума из битуминозных песков предлагается использование способа с применением высокой скорости сдвига. Способ может использоваться для повышения эффективности отделения битума от неорганических материалов (преимущественно песка и глины) после карьерной извлечения или извлечения из-под земли.
Например, рассмотрим ссылку на фиг. 3, где изображена известная система для экстракции битума горячей водой, согласно которой к битуму для облегчения его отделения от неорганических компонентов добавляют горячую воду, модифицирующий агент или основание (как правило, каустическую соду, т.е. гидроксид натрия). Также могут использоваться другие основания, например, сесквикарбонат натрия (см., например, заявку на патент США № 2002/0104799, НцтрЬгеук с1 а1.). Обработка с использованием горячей воды обычно производится в больших барабанных механизмах 16, способствующих перемешиванию. Суспензия из барабанных механизмов 16 пропускается через фильтр 22 для отделения крупных обломков и направляется в разделительную ячейку 24, в которой происходит выдержка в течение времени, необходимого для осаждения и разделения суспензии. После осаждения суспензии битумная пена поднимается на поверхность, а частицы песка и осадок опускаются на дно. Промежуточный вязкий слой шлама, называемый средним продуктом, содержит диспергированные частицы глины и небольшое количество захваченного битума, всплытие которого невозможно из-за высокой вязкости шлама. После осаждения суспензии пену собирают с поверхности воды с помощью линии трубопроводов 30 для ее последующей переработки, а осажденный слой направляется через линию трубопроводов 27 в хвостохранилище 52. Средний продукт 26 может быть направлен на вторую стадию пенной флотации для дополнительного извлечения битумной пены. Хвосты после вторичного отделения могут быть направлены в хвостохранилище с помощью линии трубопроводов 51.
В других вариантах реализации изобретения для смешения битуминозного песка с горячей водой и каустической содой на месте извлечения, а также для транспортировки образующейся суспензии в установку для экстракции 24 с помощью большой трубы используется модифицированный процесс экстракции горячей водой, называемый процессом гидравлической транспортировки. В процессе гидравлической транспортировки происходит выдержка битуминозного песка и аэрация битума с образованием пены. Система гидравлической транспортировки заменяет ручную или механическую транспортировку битуминозных песков на установку по экстракции и исключает необходимость в использовании барабанных механизмов 16.
При протекании любого процесса битумная пена в линии трубопроводов 30 содержит битум, твердые частицы и захваченную воду. Твердые частицы присутствуют в пене в виде глин, алевролитов и некоторого количества песка. Пена из ячейки для сепарации 24 проходит через линию трубопроводов 30 в аппарат для гашения пены 34, где происходит нагревание и разрушение пены с удалением воздуха. Затем через линию трубопроводов 33 подают бензиновую фракцию для снижения плотности битума и ускорения отделения битума от воды при последующей обработке на центрифуге. Первоначальная обработка на
- 15 025489 центрифуге включает первичное разделение в центрифуге для грубой очистки 40 с последующим разделением на центрифуге тонкой очистки 46. Битум, собранный в результате обработки на центрифуге 48, может содержать менее 2% воды и твердых частиц и может быть направлен на нефтеперерабатывающий завод для переработки. Вода и твердые частицы, отделенные в результате обработки на центрифуге, отобранные из центрифуги грубой очистки 40 с использованием линии трубопроводов 42 и из центрифуги тонкой очистки 46 с использованием линии трубопроводов 50 также могут быть направлены в хвостохранилище.
Как правило, хвосты, содержащиеся в традиционном хвостохранилище, включают шлам, содержащий каустическую соду, песок и воду с некоторым количеством битума. В течение первых лет пребывания в верхнем слое пруда протекает некоторое осаждение, в результате чего выделяется часть захваченной воды. Вода, получаемая из прудов, может быть возвращена в процесс экстракции горячей водой. Основная часть хвостов остается в виде шламов неопределенно долго. Шлам содержит некоторое количество битума и большое количество твердых частиц, преимущественно в виде взвешенных алевролитов и глин.
Стоимость строительства и содержания хвостохранилищ достаточно велика. Размер прудов хвостохранилищ и выраженные щелочные свойства воды создают серьезные экологические проблемы. Кроме того, существует проблема использования больших количеств воды для экстракции и которая после использования остается неподвижной в пределах хвостохранилищ.
Известно, что шлам образуется при первоначальной выдержке битуминозного песка, в ходе которой каустическая сода воздействует на частицы песка и глины. Воздействие каустической соды вызывает набухание глин и их разделение на пластинки, которые остаются во взвешенном состоянии и препятствуют осаждению. Указанные пластинки остаются во взвешенном состоянии и образуют гелеподобный осадок. Этот осадок препятствует флотации битумной пены в процессе экстракции. Расширяющиеся глины, например, монтмориллонитовые, особенно подвержены действию каустической соды. Из-за наличия проблем, связанных с формированием осадка, и низкого выхода битумов из высоковязких шламов невозможно удовлетворительно использовать традиционный процесс экстракции горячей водой для обработки низкосортных битуминозных песков, содержащих большое количество расширяющихся глин.
Процесс экстракции, описанный в настоящей заявке, позволяет уменьшить количество образующегося шлама и тем самым увеличить количество воды, доступное для повторного использования. Использование подобного процесса позволяет добиться увеличения степени извлечения битума из более низкосортных пород. Согласно варианту реализации изобретения, глубокое смешения сырья и газа с получением продукта 410, обработанного с применением высокой скорости сдвига, включает глубокое смешение сырья, включающего хвосты, с диоксидом углерода, превращающим каустическую соду, добавленную к битумной смеси, в карбонат, а затем - бикарбонат натрия, что увеличивает скорость осаждения и ускоряет отделение воды для повторного использования. В любой точке по ходу протекания процесса могут быть добавлены осаждающие вещества, если имеется необходимость увеличения скорости осаждения. Специалистам в указанной области известно использование осаждающих веществ, например, полиакрилатов и полиакриламидов, а также алюмокалиевых квасцов.
СО2 может поступать из любого источника, при этом газ не обязательно должен быть чистым. Источником СО2 могут служить отходящие газы, образующиеся в процессе горения, например, в котельных или на нефтехимических заводах, причем дополнительным плюсом является сокращение выбросов известного парникового газа. При необходимости СО2 может быть смешан с воздухом для облегчения флотации, если желательно образование пены. Также при необходимости для повышения пенообразования существует возможность добавления вспенивающих агентов, например, поверхностно-активных веществ. Образование пены способствует отделению соединений с большей плотностью от соединений с меньшей плотностью за счет контакта пузырьков с веществами, нерастворимыми в битумной смеси. Известными поверхностно-активными веществами, способствующими пенообразованию, являются лигносульфонаты и сульфосукцинат. Специалистам в указанной области известно множество других подходящих веществ.
Как описано выше, сырье (т.е. хвосты) могут быть получены любым способом, известным в пределах уровня техники, например, с использованием описанного выше процесса экстракции горячей водой, показанного на фиг. 3. Согласно этому варианту реализации изобретения, глубокое смешивание с получением продукта 410 включает воздействие на сырьевую смесь (хвосты), которая может поступать из хвостохранилища 305, воздействию высокой скорости сдвига в присутствии диоксида углерода, который может вводиться с помощью линии для подачи газообразного реагента 320 или непосредственно в УВС 340 с получением продукта, обработанного с применением высокой скорости сдвига. Со ссылкой на фиг. 2 поток, обработанный с применением высокой скорости сдвига, выходящий из УВС 340 через линию трубопроводов 350 может представлять собой дисперсию пузырьков диоксида углерода в хвостах. Средний размер пузырьков может находиться в микронном или субмикронном диапазоне, и может быть меньше 1 мкм, меньше 0,5 мм или меньше 0,4 мм. В некоторых вариантах реализации изобретения этап воздействия на сырьевую смесь высокой скорости сдвига включает воздействие скорости сдвига по меньшей мере 10000 с-1, по меньшей мере 20000, по меньшей мере 30000 с-1 или выше, дополнительное
- 16 025489 обсуждение приводится ниже.
Как указано выше, в результате воздействия на сырьевую смесь высокой скоростью сдвига получается дисперсия, содержащая диоксид углерода, распределенный в жидкой фазе, включающей хвосты. В некоторых вариантах реализации изобретения образуется дисперсия, включающая нано- и/или микропузырьки газообразного реагента. В некоторых вариантах реализации изобретения средний диаметр пузырьков дисперсии составляет менее или примерно 5, 4, 3, 2 или 1 мкм. В некоторых вариантах реализации изобретения средний размер частиц в дисперсии находится в нанометровом диапазоне, в микронном диапазоне или субмикронном диапазоне.
Согласно фиг. 2, глубокое перемешивание сырьевой смеси и газообразного реагента включает введение сырьевой смеси в УВС 340. Сырьевая смесь может закачиваться в УВС 340. Диоксид углерода может быть подан в УВС 340 через одну или более линий подачи диспергируемого газа 320 или может быть подан непосредственно в УВС 340. Как было описано выше, в качестве газообразного реагента может использоваться любой подходящий и доступный газовый поток, содержащий диоксид углерода. В некоторых вариантах реализации изобретения в качестве газообразного реагента используется по существу чистый диоксид углерода. В некоторых вариантах реализации изобретения газообразный реагент дополнительно включает воздух, например, для облегчения флотации и отделения нефти. Газообразный реагент может быть подан в линию трубопроводов 310 через линию трубопроводов 320 или может быть подан в любую другую точку системы 300, обеспечивающей высокую скорость сдвига. В некоторых вариантах реализации изобретения газообразный реагент подают в линию 310 через линию 320. В некоторых вариантах реализации изобретения газообразный реагент и сырье, содержащее хвосты, подают раздельно и напрямую в УВС 340. Сырьевую смесь можно закачивать через линию трубопроводов 310 для набора давления и подачи сырья в УВС 340, в результате чего устанавливается регулируемый поток через УВС 340 и систему 300. обеспечивающую высокая скорость сдвига. В некоторых вариантах реализации изобретения давление входного потока УВС в линии трубопроводов 310 увеличивается до более чем 200 кПа (2 атмосферы), или более чем примерно 300 кПа (3 атмосферы). Таким образом, в системе 300, обеспечивающей высокую скорость сдвига, могут комбинироваться высокая скорость сдвига с давлением с целью увеличения выхода бикарбоната, а также отделения и повторного использования воды.
В устройстве 340, обеспечивающем высокую скорость сдвига, происходит глубокий контакт сырья, содержащего хвосты, с диоксидом углерода. Можно регулировать температуру, скорость сдвига и/или время пребывания в УВС 340 для воздействия на ход необходимой реакции, и обеспечить наличие достаточного, но не избыточного количества диоксида углерода. Предпочтительное количество диоксида углерода, вводимого в УВС, являющееся достаточным, определяется как такое количество, при котором рН снижается ниже 6. В некоторых вариантах реализации изобретения сырье имеет рН примерно 10, а рН потока, обработанного с применением высокой скорости сдвига, меньше чем примерно 6, в результате чего твердые вещества и нефть легко удаляются из воды с помощью центрифуги 360 и резервуараотстойника 395 соответственно. Следует отметить, что создание усилий сдвига в присутствии воздуха (при его наличии в системе или при его введении совместно с газообразным реагентом - диоксидом углерода) может повысить эффективность флотации нефти в резервуаре-отстойнике 390. В некоторых аспектах настоящего изобретения применение устройства для создания высокой скорости сдвига будет приводить к образованию мицелл, что связано с наличием в битумной смеси поверхностно-активных веществ. Образование мицелл может способствовать течению битумной смеси, кроме того, они разрушаются после удаления воды.
Согласно примеру реализации изобретения, устройство для создания высокой скорости сдвига включает доступный для приобретения диспергатор, например, ΙΚΑ®, модель ΌΚ 2000/4, представляющий собой трехступенчатое устройство для диспергирования, оснащенное тремя последовательно расположенными комбинациями роторов и статоров, в соответствии с приведенным выше описанием, и обеспечивающее создание высокой скорости сдвига. Назначением работы диспергатора является воздействие высокой скорости сдвига на его содержимое. Параметры работы пар ротор/статор могут быть подобраны, например, как показано на фиг. 4. Согласно этому варианту реализации изобретения сырье, включающее хвосты, поступает в устройство 340, обеспечивающее высокую скорость сдвига, через линию трубопроводов 310 и попадает в пару ротор/статор на первой ступени, между которыми имеются распределенные по кольцу зазоры первой ступени. Грубодисперсная смесь, выходящая из первой ступени, попадает в пару ротор/статор на второй ступени, между которыми имеются распределенные по кольцу зазоры второй ступени. Смесь, выходящая из второй ступени, попадает в пару ротор/статор на третьей ступени, между которыми имеются распределенные по кольцу зазоры третьей ступени. На роторах и статорах генераторов могут иметься кольца, кольца, уложенные по окружности и соответствующие друг другу по форме. Продукт, обработанный путем воздействия высокой скорости сдвига, выходит из устройства для создания высокой скорости сдвига через выходное отверстие 210 (линия трубопроводов 350 на фиг. 2).
В некоторых вариантах реализации изобретения скорость сдвига ступенчато увеличивается в направлении потока 260, или по направлению от внутреннего набора колец одного генератора к внешнему набору колец того же генератора (от оси 200 во внешнем направлении). Например, в некоторых вариан- 17 025489 тах реализации изобретения скорость сдвига на первой ступени ротор/статор больше, чем на следующей ступени (ступенях). Например, в некоторых вариантах реализации изобретения скорость сдвига на первой ступени ротор/статор больше или меньше, чем на следующей ступени (ступенях). В других вариантах реализации изобретения скорость сдвига по направлению потока остается преимущественно постоянной для той же ступени или ступеней. Если УВС 340 включает уплотнение из ПТФЭ, то уплотнение, например, может охлаждаться с использованием любой подходящей технологии, известной в данной области техники. В центре УВС может находиться стержень, который можно использовать для контроля температуры в пределах устройства.
Скорость вращения ротора(ов) УВС 340 может быть установлена на уровне, соотносимом с диаметром ротора и необходимой окружной скоростью. Как описано выше, величина зазора между ротором и статором в УВС (например, в коллоидной мельнице или диспергаторе с зубчатым венцом) может быть или постоянной, или настраиваемой.
В некоторых вариантах реализации изобретения расход УВС 340 составляет по меньшей мере 300 л/ч при номинальной окружной скорости по меньшей мере 22 м/с (4500 фут/мин), 40 м/с (7900 фут/мин) или более 225 м/с (45000 фут/мин), или выше. Потребляемая мощность может составлять примерно 1,5 кВт, или, при необходимости, больше. Хотя мгновенное измерение температуры и давления на кромке вращающегося устройства, обеспечивающего усилия сдвига, или на вращающихся элементах УВС затруднено, согласно оценкам, локальная температура, получаемая при глубоком перемешивании реагентов, может превышать 500°С, а давление при создании высокой скорости сдвига - 500 кг/см2.
Значения температуры, давления, объемной скорости и/или отношения количества газообразного реагента к количеству хвостов могут быть подобраны таким образом, чтобы добиться практически полного превращения каустической соды, содержащейся в хвостах, улучшая последующее разделение компонентов. Общая температура и/или температура сырьевой смеси, подаваемой в УВС 340, может находиться в пределах от примерно 5°С до примерно 95°С. В некоторых вариантах реализации изобретения общая температура представляет собой температуру окружающей среды. В некоторых вариантах реализации изобретения общая рабочая температура представляет собой комнатную температуру.
Как правило, время пребывания в УВС 340 невелико. Например, время пребывания может составлять величину порядка миллисекунд, например, примерно 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90 или примерно 100 миллисекунд, может составлять примерно 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800 или примерно 900 миллисекунд, а также величину порядка секунд, или находиться в пределах какого-либо диапазона в данной области.
Как было указано выше, процесс глубокого перемешивания сырьевой смеси, включающей хвосты, с диоксидом углерода, может включать пропускание сырьевой смеси через одно или более УВС 340. Процесс глубокого перемешивания сырьевой смеси с диоксидом углерода 410 может включать пропускание сырьевой смеси через два или более УВС 340, установленных последовательно или параллельно. Процесс глубокого перемешивания сырьевой смеси с диоксидом углерода может включать пропускание сырьевой смеси через три или более УВС 340, установленных последовательно или параллельно. В каждое последующее УВС можно дополнительно вводить диоксид углерода.
Согласно данному варианту реализации изобретения, отделение компонента от продукта, обработанного с применением высокой скорости сдвига, 420 включает подачу потока, обработанного с применением высокой скорости сдвига, в центрифугу 360. Центрифугу 360 применяют с целью отделения твердых веществ от жидкости. Удаление твердых веществ из центрифуги 360 производится с помощью выходной линии для твердых веществ 370. Отделение компонента от продукта, обработанного с применением высокой скорости сдвига, в 420 дополнительно включает введение продукта с уменьшенным содержанием твердых веществ, в резервуар-отстойник 390 с помощью линии 380. В резервуаре-отстойнике 390 происходит отделение водной фазы 385 от нефтяной фазы 395. Нефтяную фазу, находящуюся в линии 395, можно объединять с получаемым битумом в линии 30 или 48 на фиг. 3, например, при включении системы 300, обеспечивающей высокую скорость сдвига, в такой процесс экстракции битума горячей водой со щелочью.
Приведение в контакт хвостов с диоксидом углерода при высоких скоростях сдвига приводит к сокращению времени осаждения для шлама (хвостов). При добавлении диоксида углерода в сочетании с усилиями сдвига каустическая сода из хвостов, содержащаяся в воде, превращается в бикарбонат натрия. В соответствии с описанием, приведенным в патенте США № 5626743, осаждение глины в присутствии бикарбоната происходит быстрее по сравнению с осаждением в присутствии каустической соды. Сочетание усилий сдвига и диоксида углерода приводит к выдавливанию нефти из глины. За счет флотации нефть может подниматься в верхнюю часть резервуара-отстойника 390 и отбираться, например, методом сбора с поверхности воды. Наличие воздуха способствует флотации нефти в резервуаре-отстойнике 390. Вода, удаляемая через линию трубопроводов 385, может быть направлена перед сливом на дополнительную обработку, например, в биологический пруд, или возвращена для повторного использования в процесс экстракции битума, что сокращает количество пресной воды, необходимой для переработки, по сравнению с традиционными методами.
В некоторых вариантах реализации изобретения вода, удаляемая через линию трубопроводов 385,
- 18 025489 содержит менее 1 мас.%, менее 0,5 мас.% или менее 0,1 мас.% взвешенных твердых веществ. Данная вода может быть подвергнута аэрации, обработке и может быть исключена из процесса или возвращена обратно в процесс.
Способ удаления асфальтенов из тяжелой сырой нефти/битума. В настоящем разделе будет приведено описание способа применения высокой скорости сдвига в отношении удаления асфальтенов из асфальтенсодержащей нефти. Асфальтенсодержащая нефть может включать тяжелую сырую нефть или битумы. Описание данного способа будет приведено со ссылками на фиг. 1 и 3. Асфальтены представляют собой сложные органические вещества, имеющие многоуровневую структуру и состоящие из множества колец (полиароматические углеводороды), и имеющие очень высокую температуру кипения. Точная структура молекул асфальтенов неизвестна по причине сложности молекул асфальтенов. Поэтому определение асфальтенов основано на их растворимости. В целом, асфальтены представляют собой фракцию нефти, нерастворимую в парафиновых растворителях, таких как н-гептан или н-пентан, и растворимую в ароматических растворителях, таких как бензол и толуол. Кроме атомов углерода и водорода в пределах повторяющегося звена асфальтены содержат атомы азота, серы и кислорода. Асфальтены не образуют истинного раствора с нефтью. Они присутствуют в ней в виде пластинок размером 35-40 мкм, поддерживаемых во взвешенном состоянии веществами, называемыми мальтенами и смолами. При колебании стабилизирующих факторов, при определенном давлении, температуре и составе среды происходит слипание асфальтенов. Как правило, очевидно, что плотность в градусах АР1 снижается при увеличении концентрации асфальтенов.
Основные дестабилизирующие силы, действующие на асфальтены, как описано в книге АзрЬаЙеие апй АзрЬаЙз (Уеи и СЫ1шдат, 1994), включают закачку СО2, смешивающееся заводнение, изменение рН, смешение потоков сырой нефти и присутствие незамкнутых органических соединений. Роль диоксида углерода в процессе дестабилизации смеси асфальтены-сырая нефть подробно описана в литературе. Некоторая степень осаждения асфальтенов наблюдается в скважинах при каждой операции закачки СО2, причем наиболее заметно отложение асфальтенов в стволе скважины и в области насоса. При смешивающемся вытеснении происходит дестабилизация асфальтенов из-за того, что углеводороды с линейной цепью имеют меньшее сродство к асфальтеновым кольцевым структурам. При проведении аналитических испытаний для осаждения асфальтенов из сырой нефти обычно используется гептан. Изменение рН может происходить за счет СО2, минеральных кислот или существующих в природе кислот, и способно дестабилизировать асфальтены. Также осаждение асфальтенов может быть вызвано воздействием высокой скорости сдвига или возмущений из-за кавитации в некоторых насосах или в смесительных манифольдах. Некоторые реагенты, например, метиловый спирт, не содержащий ароматического кольца, могут селективно притягивать или смачивать мальтены или смолы и вызывать агломерацию асфальтенов.
В данном варианте реализации изобретения способ с применением высокой скорости сдвига используется для повышения эффективности удаления асфальтенов из асфальтенсодержащей нефти за счет воздействия на сырье высокой скоростью сдвига в присутствии диоксида углерода. В данном варианте реализации изобретения глубокое взаимодействие сырья с газом с получением продукта 410, обработанного с применением высокой скорости сдвига, включает глубокое смешение сырья, включающего асфальтенсодержащую сырую нефть и/или битум (т.е. тяжелую сырую нефть, содержащая асфальтены и/или битум, содержащий асфальтены) с диоксидом углерода. Глубокое взаимодействие может осуществляться преимущественно в соответствии с вышеописанными способами. В соответствии с фиг. 1, битум или тяжелую сырую нефть вводят в УВС 140 совместно с диоксидом углерода. В некоторых случаях в УВС 140 может быть добавлена вода. Продукт, обработанный с применением высокой скорости сдвига, выходит из УВС 140 через выходную линию 150.
Например, сырье (битум или тяжелая сырая нефть) может быть получено любым способом, известным в области техники, например, битумное сырье может быть получено в соответствии с приведенным выше описанием, с учетом известного процесса экстракции битума горячей водой, показанного на фиг. 3. В данном варианте реализации изобретения глубокое перемешивание продукта 410 включает воздействие на сырьевую смесь (включающую битум или тяжелую сырую нефть) высокой скоростью сдвига в присутствии диоксида углерода, который может подаваться с помощью линии подачи газообразного реагента 120, может уже присутствовать в сырье или может вводиться в сырье перед его подачей в УВС 140 с целью получения продукта, обработанного с применением высокой скорости сдвига. Как показано на фиг. 1, вода может подаваться в УВС 140 через отдельную линию трубопроводов 130 или подаваться вместе с сырьем, или присутствовать в сырье 110. На основании фиг. 1, поток, обработанный с применением высокой скорости сдвига, выходит из УВС 140 через линию трубопроводов 150 и может представлять собой дисперсию диоксида углерода в сырье или смеси сырья с водой. В некоторых вариантах реализации изобретения воздействие на сырьевую смесь высокой скоростью сдвига включает создание скорости сдвига по меньшей мере 10000 с-1, по меньшей мере 20000 с-1 или по меньшей мере 30000 с-1 или выше, как было дополнительно рассмотрено в настоящей заявке.
После дополнительного рассмотрения фиг. 1, становится понятным, что глубокое перемешивание сырьевой смеси и газообразного реагента (410) включает введение сырьевой смеси в УВС 140. Сырьевая смесь может закачиваться в УВС 140. Диоксид углерода может подаваться в УВС 140 через одну или
- 19 025489 более линий подачи диспергируемого газа 120 или непосредственно в УВС 140, как было показано. Как было описано выше, в качестве газообразного реагента может использоваться любой подходящий и доступный поток газа, содержащий диоксид углерода. В некоторых вариантах реализации изобретения в качестве газообразного реагента используется достаточно чистый диоксид углерода. Газообразный реагент может подаваться в линию трубопроводов 110 или подаваться в любой точке системы для создания высокой скорости сдвига 100. В некоторых вариантах реализации изобретения газообразный реагент перед подачей в УВС 140 подается в линию трубопроводов 110. В некоторых вариантах реализации изобретения газообразный реагент и сырье, включающее асфальтенсодержащую нефть, подаются раздельно и напрямую в УВС 140. Сырьевая смесь может закачиваться через линию трубопроводов 110 для набора давления и питания УВС 140, в результате чего устанавливается регулируемый расход через установку, обеспечивающую высокую скорость сдвига, (УВС) 140 и систему 100, обеспечивающую высокую скорость сдвига. В некоторых вариантах реализации изобретения давление входного потока УВС в линии трубопроводов 110 увеличивается до уровня более 200 кПа (2 атмосферы), или более 300 кПа (3 атмосферы). Таким образом, в системе 100, обеспечивающей высокую скорость сдвига, сочетаются высокая скорость сдвига и давление с целью усиления дестабилизации и последующего отделения асфальтенов от подаваемой нефти.
В устройстве 140, обеспечивающем высокую скорость сдвига, происходит глубокое смешение сырья, содержащего асфальтенсодержащую нефть, с диоксидом углерода. Можно контролировать температуру, скорость сдвига и/или время пребывания в пределах УВС 140, необходимые для достижения необходимой степени дестабилизации асфальтенов и обеспечения наличия достаточного, но не избыточного количества диоксида углерода. Для определения минимального количества диоксида углерода, необходимого для достижения требуемой степени удаления асфальтенов, может потребоваться проведение экспериментов.
В результате воздействия на сырьевую смесь и диоксид углерода высокой скоростью сдвига получается дисперсия, содержащая диоксид углерода, распределенный в жидкой фазе. В некоторых вариантах реализации изобретения образуется дисперсия, включающая нано- и/или микропузырьки газообразного реагента. В некоторых вариантах реализации изобретения средний диаметр пузырьков в дисперсии составляет менее или примерно 5, 4, 3, 2 или 1 мкм. В некоторых вариантах реализации изобретения средний диаметр частиц в дисперсии находится в нанометровом диапазоне, в микронном диапазоне или субмикронном диапазоне. В некоторых вариантах реализации изобретения в устройство для создания высокой скорости сдвига дополнительно вводится водород для гидрирования, аналогично способу, описанному в заявке на патент США № 61/145839. Добавка водорода может вызывать снижение вязкости и/или стабилизацию битума.
Согласно примеру реализации изобретения устройство для создания высокой скорости сдвига включает доступный для приобретения диспергатор, например, ΙΚΑ®, модель ΌΚ 2000/4, представляющий собой трехступенчатое устройство для диспергирования, оснащенное тремя последовательно расположенными комбинациями роторов и статоров, в соответствии с приведенным выше описанием. Назначением работы диспергатора является воздействие высокой скорости сдвига на его содержимое. Параметры работы пар ротор/статор могут быть подобраны, например, как показано на фиг. 4. Согласно этому варианту реализации изобретения сырье, включающее асфальтенсодержащую нефть, поступает в устройство 140, обеспечивающее высокую скорость сдвига 140 через линию трубопроводов 110 и попадает в пару ротор/статор на первой ступени, между которыми имеются распределенные по кольцу зазоры первой ступени. Грубодисперсная смесь, выходящая из первой ступени, попадает в пару ротор/статор на второй ступени, между которыми имеются распределенные по кольцу зазоры второй ступени. Смесь, выходящая из второй ступени, попадает в пару ротор/статор на третьей ступени, между которыми имеются распределенные по кольцу зазоры третьей ступени. На роторах и статорах генераторов могут иметься кольца, уложенные по окружности и соответствующие друг другу по форме. Продукт, обработанный путем воздействия высокой скорости сдвига, выходит из устройства для создания высокой скорости сдвига через выходное отверстие 210 (линия трубопроводов 150 на фиг. 1).
В некоторых вариантах реализации изобретения скорость сдвига ступенчато увеличивается в направлении потока 260, или по направлению от внутреннего набора колец одного генератора к внешнему набору колец того же генератора. В других вариантах реализации изобретения скорость сдвига ступенчато уменьшается в направлении потока 260, или по направлению от внутреннего набора колец одного генератора к внешнему набору колец того же генератора (от оси 200 во внешнем направлении). Например, в некоторых вариантах реализации изобретения скорость сдвига на первой ступени ротор/статор больше, чем на следующей ступени (ступенях). Например, в некоторых вариантах реализации изобретения скорость сдвига на первой ступени ротор/статор больше или меньше, чем на следующей ступени (ступенях). В других вариантах реализации изобретения скорость сдвига по направлению потока остается преимущественно постоянной для той же ступени или ступеней. Если УВС 140 включает уплотнение из ПТФЭ, то уплотнение, например, может охлаждаться с использованием любой подходящей технологии, известной в данной области техники. В центре УВС может находиться стержень, который можно использовать для контроля температуры в пределах УВС 140.
- 20 025489
Скорость вращения ротора(ов) УВС 340 может быть установлена на уровне, соизмеримом с диаметром ротора и желаемой окружной скоростью. Как описано выше, величина зазора между ротором и статором в УВС (например, в коллоидной мельнице или диспергаторе с зубчатым венцом) может быть или постоянной, или настраиваемой.
В некоторых вариантах реализации изобретения расход УВС 140 составляет по меньшей мере 300 л/ч при номинальной окружной скорости по меньшей мере 22 м/с (4500 фут/мин), 40 м/с (7900 фут/мин) или более 225 м/с (45000 фут/мин), или выше. Потребляемая мощность может составлять примерно 1,5 кВт, или, при необходимости, больше. Хотя мгновенное измерение температуры и давления на кромке вращающегося устройства для создания усилий сдвига или на вращающихся элементах УВС 140 затруднено, согласно оценкам, локальная температура, получаемая при глубоком перемешивании реагентов, может превышать 500°С, а давление в условиях высокой скорости сдвига может превышать 500 кг/см2.
Значения температуры, давления, объемной скорости и/или отношения количества газообразного реагента к количеству подаваемой нефти могут быть подобраны таким образом, чтобы добиться практически полной дестабилизации и достаточной степени удаления асфальтенов. Общая температура и/или температура сырьевой смеси, подаваемой в УВС 140, может приблизительно находиться в пределах от примерно 10°С до примерно 200°С. В некоторых вариантах реализации изобретения общая температура представляет собой температуру окружающей среды. В некоторых вариантах реализации изобретения общая рабочая температура представляет собой комнатную температуру.
Как правило, время пребывания в пределах УВС 340 невелико. Например, время пребывания может составлять величину порядка миллисекунд, например, примерно 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90 или примерно 100 миллисекунд, может быть примерно 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, или примерно 900 миллисекунд, а также величину порядка секунд, или находиться в пределах какого-либо диапазона в данной области.
Как было указано выше, процесс глубокого перемешивания сырьевой смеси, включающей асфальтенсодержащую нефть, с диоксидом углерода, может включать пропускание сырьевой смеси через одно или несколько УВС 140. Процесс глубокого перемешивания сырьевой смеси с диоксидом углерода (410) может включать пропускание сырьевой смеси через два или более УВС 140, установленных последовательно или параллельно. Процесс глубокого перемешивания сырьевой смеси с диоксидом углерода может включать пропускание сырьевой смеси через три или более УВС 140, установленных последовательно или параллельно. В каждое последующее УВС может дополнительно вводиться диоксид углерода.
Согласно данному варианту реализации изобретения, отделение компонента от продукта, обработанного с применением высокой скорости сдвига, включает подачу продукта, обработанного с применением высокой скорости сдвига, из линии трубопроводов 150 в центрифугу 160. Создание высокой скорости сдвига в присутствии СО2 приводит к дестабилизации асфальтенов, которые легко отделяются от нефти в центрифуге 160. Асфальтены могут быть удалены из центрифуги 160 с помощью выходной линии 170 и могут быть направлены на дальнейшую переработку, известную в данной области. Нефть, из которой были удалены асфальтены (т.е. более легкая сырая нефть или очищенный от асфальтенов битум) выводится из центрифуги через линию трубопроводов 180. За счет удаления асфальтенов, плотность товарной нефти в градусах ΑΡΙ в линии трубопроводов 180 обычно выше, чем плотность нефти (асфальтенсодержащего битума или тяжелой сырой нефти), подаваемой в систему 100, обеспечивающую высокую скорость сдвига, из линии трубопровода 110. В некоторых вариантах реализации изобретения плотность нефти в градусах ΑΡΙ в линии трубопроводов 180 может быть более чем примерно 7, более чем примерно 12, более чем примерно 15 или более чем примерно 17. В некоторых вариантах реализации изобретения плотность нефти в градусах ΑΡΙ в линии трубопроводов 110 может быть менее чем примерно 10, менее чем примерно 7 или менее чем примерно 5. Таким образом, транспортировка нефти с уменьшенным содержанием асфальтенов и выводимой из центрифуги 160 через линию трубопровода 180, облегчается по сравнению с транспортировкой тяжелой сырой нефти или асфальтенсодержащего битума, подаваемого в систему 100, обеспечивающую высокую скорость сдвига, через линию трубопровода 110. Удаление диоксида углерода из центрифуги 160 может производиться через выходную линию для газа 175. Диоксид углерода может быть возвращен в УВС 140.
В предпочтительном случае реализации способа достигается удаление большей части глины, песка и других неорганических материалов из битуминозных песков. Например, как показано на фиг. 3, УВС 140 может быть расположена ниже по потоку относительного одного или более барабанных механизмов 18, ниже по потоку относительного одного или более фильтров 22, ниже по потоку относительного одной или более разделительных ячеек 24 и/или ниже по потоку относительно одной или более ячеек для вторичного разделения 28.
В некоторых вариантах реализации изобретения при удалении асфальтенов используются средние рабочие температуры и давления. В некоторых вариантах реализации изобретения температура в пределах системы 300, обеспечивающей высокую скорость сдвига, и/или УВС 140 находится в пределах от комнатной температуры до примерно 100°С. В некоторых вариантах реализации изобретения рабочее давление находится в пределах от примерно 0 до примерно 60 фунт/кв.дюйм (изб.). Жидкая нефть, получаемая в линии продукта 180, с легкостью может транспортироваться в трубопроводах с использованием
- 21 025489 разбавителей и без них. Преимуществами указанного способа удаления асфальтенов включать: (1) снижение стоимости перегонки используемого стандартного разбавителя; (2) снижение стоимости транспортировки разбавителей; (3) удаление асфальтенов; (4) удаление асфальтенов ίη δίΐιι; (5) дополнительное снижение концентрации тяжелых металлов; (6) снижение уровня загрязнения трубопровода из-за осаждения песка и асфальтенов и стоимости очистки; (7) частичное удаление серы; и (8) возможность работы в присутствии и в отсутствие воды (как было указано выше, традиционный способ удаления асфальтенов растворителями не может использоваться в присутствии воды).
В некоторых вариантах реализации изобретения товарная нефть, выходящая из системы для создания высокой скорости сдвига содержит менее 10 мас.%, 5 мас.%, 3 мас.% или 1 мас.% примесей, выбранных из числа асфальтенов, песка, алевролитов и других твердых частиц. В некоторых вариантах реализации изобретения товарная нефть в линии трубопроводов 180 содержит от примерно 95 до примерно 99 мас.% битума, от примерно 5 до примерно 1 мас.% воды и от примерно 2 до примерно 0,5 мас.% твердых частиц. В некоторых вариантах реализации изобретения товарная нефть в линии трубопроводов 180 содержит менее 10 мас.%, 3 мас.% или 1 мас.% асфальтенов. В некоторых вариантах реализации изобретения товарная нефть в линии трубопроводов 180 содержит менее 1 мас.%, 0,5 мас.% или 0,1 мас.% твердых веществ, например, алевролитов, песка, мелкозернистых частиц и других дисперсных частиц (общее содержание твердых частиц). В некоторых вариантах реализации изобретения товарная нефть в линии 180 содержит менее 5 мас.%, 2 мас.% или 1 мас.% воды. В некоторых вариантах реализации изобретения плотность товарной нефти в градусах ΑΡΙ превышает 8, 10 или 15. В некоторых вариантах реализации изобретения сырье, включающее битум или тяжелую сырую нефть, подаваемое в УВС через линию подачи 110, имеет плотность в градусах ΑΡΙ в диапазоне от примерно 7 до примерно 10, от примерно 10 до примерно 15 или от примерно 15 до примерно 25. В некоторых вариантах реализации изобретения использование описанной системы и способа обеспечивает удаление по меньшей мере примерно 30, 40, 50, 60, 70 или 80% количества примесей (т.е. асфальтенов, твердых частиц, воды или тяжелых металлов) из битума или тяжелой сырой нефти, подаваемой в УВС через линию 110. Одновременно с этим использование описанной системы и способа может обеспечить значительное сокращение затрат за счет снижения количества необходимого оборудования для последующей очистки, снижение размеров оборудования и/или сокращение простоев в связи с очисткой, вызванной закупоркой и т.п. В результате использования системы и способа в линиях трубопровода 180, 380 и/или 395 может быть получен поток нефти с уменьшенным содержанием компонентов, с расходом более 5, 10 или 20 т/ч.
Многопроходная эксплуатация. В соответствии с вариантами реализации изобретения, показанными на фиг. 1 и 2, для систем подобран однопроходный режим работы. Однако конечный продукт УВС 140/340 может быть пропущен через последующие УВС. В некоторых вариантах реализации изобретения может оказаться желательным пропускание содержимого трубопровода 150/350, трубопровода 180/380 или его части через УВС 140/340 в рамках второго прохода. В этом случае по меньшей мере часть содержимого трубопровода 150/350 или 180/3800 может быть возвращена обратно в УВС 140/340. В линию 110 через линию 120/320 может быть произведена закачка дополнительного количества газообразного реагента (например, диоксида углерода), или же он может быть подан непосредственно в УВС. Из-за высокой скорости взаимодействия в пределах УВС может не наблюдаться необходимости в многопроходной эксплуатации, или же она может быть нежелательной.
Использование нескольких УВС. В некоторых вариантах реализации изобретения продукт, обработанный с применением высокой скорости сдвига и находящийся в выходной линии УВС 150/350 или выходной линии 180/380 центрифуги 160/360 подается во второе УВС. В некоторых вариантах реализации изобретения используются два или более УВС, подобных УВС 140/340 или имеющих другую конфигурацию, располагаются последовательно и используются для обеспечения дополнительного взаимодействия. В некоторых вариантах реализации изобретения реагенты проходят через несколько УВС
140/340, установленных последовательно или параллельно. В некоторых вариантах реализации изобретения второе УВС устанавливается выше или ниже по потоку относительно центрифуги 160/360, причем продукт, обработанный с применением высокой скорости сдвига, выходящий из УВС 140/340 или центрифуги 160/360 через выходную линию для продукта 180/380, подается в последующее УВС для дополнительной обработки. При последовательной работе нескольких УВС во входящий поток каждого УВС может осуществляться закачка дополнительного количества газа, содержащего диоксид углерода. Например, дополнительное количество газообразного реагента может вводиться подаваться во второе или одно из последующих УВС. В некоторых вариантах реализации изобретения несколько УВС эксплуатируются параллельно, и продукты на их выходе затем поступают в один или несколько трубопроводов 150/350.
Отличительные особенности. Не ограничиваясь какой-либо определенной теорией можно предположить, что уровень или степень воздействия при перемешивании в условиях высокой скорости сдвига может быть достаточным для увеличения скорости массопереноса, а также для получения в определенной области неидеальных условий (с точки зрения термодинамики), в которых становится возможным протекание реакций, которых бы в противном случае не следовало ожидать на основании оценки свободной энергии Гиббса, и/или увеличения скорости или глубины ожидаемых реакций. Предполагается
- 22 025489 существование областей с локальными неидеальными условиями в пределах УВС, в результате чего происходит увеличение температуры и давления, причем предполагается, что наибольшая степень прироста характерна для локальных давлений. Увеличение давления и температуры в пределах УВС является мгновенным, локальным и после выхода из УВС среда быстро возвращается к объемным или средним по системе условиям. Не ограничиваясь какой-либо определенной теорией, в некоторых случаях УВС может вызывать кавитацию, интенсивность которой достаточна для диссоциации одного или более реагента на свободные радикалы, которые могут ускорять протекание химической реакции или обеспечивать протекание реакции при менее жестких условиях, чем требовалось бы в другом случае. Кавитация также может увеличивать скорость транспортировки за счет создания локальной турбулентности и микроциркуляции жидкости (акустический поток). Обзор способов применения явления кавитации при химической/физической переработке приведено в статье Сода1е с1 а1., ΟανίΙαΙίοη: А 1есНпо1оду оп [Не Нопζοη, Сиггей §с1епсе 91 (№. 1): 35-46 (2006). УВС, используемые в некоторых вариантах реализации представленных систем и способов могут вызывать кавитацию, в результате чего один или несколько реагентов могут диссоциировать на свободные радикалы, которые затем вступают в реакцию. В некоторых вариантах реализации изобретения экстремальные давления на кромках роторов/статоров вызывали протекание реакции в жидкой фазе без явления кавитации.
Различные размерные параметры, размеры, количества, объемы, скорости и другие числовые параметры и числа используются для иллюстрации и в качестве примеров реализации принципов изобретения, и не предполагают ограничения изобретения приведенными числовыми параметрами и числами, входящими в описание или указанные здесь иным способом. Аналогично, порядок реализации шагов не считается важным, если в тексте особо не указано иное. Различные положения, входящие в состав вариантов реализации изобретения и описанные в настоящей заявке, могут быть реализованы отдельно или в виде любого возможного сочетания, позволяющего получить желаемые результаты.
Несмотря на то, что в настоящей заявке приведены и описаны предпочтительные варианты реализации изобретения, специалист в указанной области, не выходя за рамки сущности и положений изобретения, может внести в них определенные изменения. Варианты реализации изобретения, описанные в настоящей заявке, приведены исключительно для примера и не подразумевают ограничения изобретения. Возможно наличие большого числа вариантов и модификаций изобретения, описанного в настоящей заявке, находящихся в пределах объема изобретения. В тех местах, где приведены диапазоны численных значений, или прямо указаны ограничения, следует понимать, что указанные диапазоны или ограничения включают повторяющиеся диапазоны или ограничения, например, снижение величины на порядок в пределах выраженного диапазона или ограничения (например, от примерно 1 до примерно 10 включает 2, 3, 4 и т.п.; более 0,1 включает 0,11, 0,12, 0,13 и т.п.). Использование термина при необходимости (необязательно) по отношению к какому-либо элементу формулы изобретения означает, что указанный элемент требуется, или, в альтернативном случае, не требуется. Предполагается, что обе альтернативы находятся в рамках формулы изобретения. Следует понимать, что использование более широких терминов, таких как включает, содержит и т.п., необходимо для поддержки более узких терминов, таких как состоящий из, преимущественно состоящий из, преимущественно включающий и т.п.
Соответственно, объем охраны не ограничивается приведенным выше описанием, а ограничивается только последующими пунктами формулы изобретения, включая все эквиваленты того, что заявлено в формуле. Все до единого пункты формулы изобретения включены в заявку как варианты реализации настоящего изобретения. Таким образом, пункты формулы изобретения представляют собой дополнительное описание и являются дополнением к предпочтительным вариантам реализации настоящего изобретения. Описания всех патентов, заявок на патенты и процитированных публикаций приведены в настоящей заявке посредством, в той степени, в какой они предоставляют информацию о примерах реализации, процедурах или другие подробности, способствующие пониманию приведенной здесь информации.
Claims (8)
- ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ1. Способ удаления по меньшей мере одного компонента из сырья, содержащего хвосты, асфальтенсодержащую нефть или их комбинацию, в котором воздействуют на сырье высокой скоростью сдвига в присутствии диоксида углерода и в отсутствие растворителя с получением продукта, обработанного с помощью высокой скорости сдвига; и отделяют по меньшей мере один компонент от продукта, обработанного с помощью высокой скорости сдвига, с получением продукта с уменьшенным содержанием компонента.
- 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что на сырье воздействуют с высокой скоростью сдвига в присутствии диоксида углерода, составляющей по меньшей мере 10000 с-1.
- 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что на сырье воздействуют с высокой скоростью сдвига в присутствии диоксида углерода, составляющей по меньшей мере 20000 с-1.
- 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что на сырье воздействуют с высокой скоростью сдвига в устройстве, обеспечивающем высокую скорость сдвига, содержащем по меньшей мере один ротор и по меньшей мере один соответствующий ему по форме статор, в которое вводят сырье и диоксид углерода.- 23 025489
- 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что сырье содержит хвосты процесса щелочной экстракции битума, а продукт с уменьшенным содержанием компонента включает воду, содержащую менее 10 мас.% примесей.
- 6. Способ по п.1, отличающийся тем, что сырье содержит асфальтенсодержащую нефть, указанный по меньшей мере один продукт содержит асфальтены, а указанный продукт с уменьшенным содержанием компонента содержит нефть с уменьшенным содержанием асфальтенов.
- 7. Способ по п.1, отличающийся тем, что воздействуют на асфальтенсодержащую нефть со скоростью сдвига, составляющей по меньшей мере 10000 с-1, в присутствии диоксида углерода и в отсутствие растворителя с получением продукта, обработанного с помощью высокой скорости сдвига; и отделяют асфальтены от продукта, обработанного с помощью высокой скорости сдвига, с получением товарной нефти с уменьшенным содержанием асфальтенов.
- 8. Способ по п.7, отличающийся тем, что товарная нефть с уменьшенным содержанием асфальтенов содержит менее чем примерно 10 мас.% асфальтенов.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US26202709P | 2009-11-17 | 2009-11-17 | |
| PCT/US2010/054496 WO2011062737A2 (en) | 2009-11-17 | 2010-10-28 | Bitumen extraction and asphaltene removal from heavy crude using high shear |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA201290234A1 EA201290234A1 (ru) | 2012-12-28 |
| EA025489B1 true EA025489B1 (ru) | 2016-12-30 |
Family
ID=44060261
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| EA201290234A EA025489B1 (ru) | 2009-11-17 | 2010-10-28 | Способ удаления асфальтенов из тяжелой нефти путем воздействия с высокой скоростью сдвига |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US20110266198A1 (ru) |
| CA (1) | CA2778964C (ru) |
| EA (1) | EA025489B1 (ru) |
| WO (1) | WO2011062737A2 (ru) |
Families Citing this family (21)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA2732919C (en) | 2010-03-02 | 2018-12-04 | Meg Energy Corp. | Optimal asphaltene conversion and removal for heavy hydrocarbons |
| SG11201401623SA (en) * | 2011-10-19 | 2014-05-29 | Meg Energy Corp | Enhanced methods for solvent deasphalting of hydrocarbons |
| CA2783819C (en) | 2011-11-08 | 2014-04-29 | Imperial Oil Resources Limited | Dewatering oil sand tailings |
| US9200211B2 (en) | 2012-01-17 | 2015-12-01 | Meg Energy Corp. | Low complexity, high yield conversion of heavy hydrocarbons |
| WO2013185243A1 (en) * | 2012-06-15 | 2013-12-19 | 650438 Alberta Ltd. | Method and system for separation of suspensions |
| WO2014043404A1 (en) | 2012-09-12 | 2014-03-20 | The University Of Wyoming Research Corporation D/B/A Western Research Institute | Continuous destabilization of emulsions |
| US9227196B2 (en) | 2013-01-25 | 2016-01-05 | H R D Corporation | Method of high shear comminution of solids |
| RU2015140670A (ru) | 2013-02-25 | 2017-03-30 | Мег Энерджи Корп. | Усовершенствованное отделение твердых асфальтенов от тяжелых жидких углеводородов с использованием нового устройства и способа ("ias") |
| CA2812275C (en) | 2013-04-10 | 2019-01-08 | Imperial Oil Resources Limited | Systems and methods for separating mine tailings from water-absorbing polymers and regenerating the separated water-absorbing polymers |
| JP6248253B2 (ja) * | 2013-08-29 | 2017-12-20 | 国立大学法人秋田大学 | 溶液中の重質油回収方法及び回収システム |
| US10125306B2 (en) | 2014-10-02 | 2018-11-13 | Croda, Inc. | Asphaltene inhibition |
| WO2016081115A1 (en) * | 2014-11-18 | 2016-05-26 | Exxonmobil Upstream Research Company | Separation of asphaltenes using a flocculating agent |
| FR3036703B1 (fr) * | 2015-06-01 | 2017-05-26 | Ifp Energies Now | Procede de conversion de charges comprenant une etape d'hydrocraquage, une etape de precipitation et une etape de separation des sediments pour la production de fiouls |
| FR3036705B1 (fr) * | 2015-06-01 | 2017-06-02 | Ifp Energies Now | Procede de conversion de charges comprenant une etape d'hydrotraitement, une etape d'hydrocraquage, une etape de precipitation et une etape de separation des sediments pour la production de fiouls |
| AR107982A1 (es) * | 2016-03-28 | 2018-07-04 | Cargill Inc | Método para solubilizar sólidos biopoliméricos para aplicaciones de recuperación mejorada de petróleo |
| WO2017223028A1 (en) | 2016-06-24 | 2017-12-28 | Croda, Inc. | Method and compositon for asphaltene dispersion |
| FI127653B (en) * | 2016-06-30 | 2018-11-30 | Haarla Oy | A method for improving the separation of mineral particles |
| US11248174B2 (en) | 2019-12-27 | 2022-02-15 | Saudi Arabian Oil Company | Process to remove asphaltene from heavy oil by solvent |
| US11713420B2 (en) * | 2020-01-06 | 2023-08-01 | Petroteq Energy, Inc. | System and method for extracting liquid and solid hydrocarbons and their derivatives |
| US20210261871A1 (en) * | 2020-02-21 | 2021-08-26 | Macquarie Commodities Trading US, LLC | Liquid/liquid extraction of hydrocarbons in bulk storage tanks |
| US20230091750A1 (en) * | 2021-09-20 | 2023-03-23 | Crosswind Resources Inc. | Method of utilizing dispersant chemical combined with nanobubbles and agitation for accelerated dewatering and oil stripping of tailings |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4882035A (en) * | 1986-08-12 | 1989-11-21 | Compagnie De Raffinage Et De Distribution Total France | Process for improving the deshafting of a heavy hydrocarbon feedstock |
| US20020096453A1 (en) * | 2000-09-14 | 2002-07-25 | Zaki Nael Naguib | Methods of deresinating crude oils using carbon dioxide |
| US20020104799A1 (en) * | 2000-11-06 | 2002-08-08 | Geosol Technologies Inc. | Tar sands extraction process |
| US20070209971A1 (en) * | 2006-03-07 | 2007-09-13 | Western Oil Sands Usa, Inc. | Processing asphaltene-containing tailings |
| US7279017B2 (en) * | 2001-04-27 | 2007-10-09 | Colt Engineering Corporation | Method for converting heavy oil residuum to a useful fuel |
| WO2008136892A1 (en) * | 2007-05-03 | 2008-11-13 | Exxonmobil Upstream Research Company | An improved process for recovering solvent from asphaltene containing tailings resulting from a separation process |
| WO2009002960A1 (en) * | 2007-06-27 | 2008-12-31 | H R D Corporation | System and process for hydrodesulfurization, hydrodenitrogenation, or hydrofinishing |
Family Cites Families (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2196989A (en) * | 1938-07-11 | 1940-04-16 | Phillips Petroleum Co | Process for treating hydrocarbons |
| US3159571A (en) * | 1960-11-28 | 1964-12-01 | Shell Oil Co | Residual oil refining process |
| US3321394A (en) * | 1964-10-05 | 1967-05-23 | Phillips Petroleum Co | Method for rendering an asphalt or asphaltene product collected in the separation zone of a solvent extraction apparatus free flowing by dispersing an immiscible liquid therewith |
| US3764008A (en) * | 1972-04-27 | 1973-10-09 | Shell Oil Co | Well operation for recovering oil from produced sand |
| US3917529A (en) * | 1974-07-01 | 1975-11-04 | Nalco Chemical Co | Process for the destabilization and separation of ilmenite (FEO TIO2) tailings |
| US3900389A (en) * | 1974-08-12 | 1975-08-19 | Great Canadian Oil Sands | Method for upgrading bituminous froth |
| US4021335A (en) * | 1975-06-17 | 1977-05-03 | Standard Oil Company (Indiana) | Method for upgrading black oils |
| US4105537A (en) * | 1977-03-07 | 1978-08-08 | Her Majesty The Queen In Right Of Canada, As Represented By The Minister Of Energy, Mines And Resources | System for handling the underflow from a primary separation vessel in the tar sand hot water process |
| CA1146898A (en) * | 1980-07-28 | 1983-05-24 | Robert B. Roth | Recovery of bitumen from tar sands sludge using additional water |
| US5290433A (en) * | 1991-08-22 | 1994-03-01 | Alberta Energy Company Ltd. | Froth washer |
| US5538667A (en) * | 1993-10-28 | 1996-07-23 | Whitehill Oral Technologies, Inc. | Ultramulsions |
| US6241472B1 (en) * | 1999-03-22 | 2001-06-05 | Charles Ross & Son Company | High shear rotors and stators for mixers and emulsifiers |
| US7538237B2 (en) * | 1999-07-02 | 2009-05-26 | Kreido Laboratories | Process for high shear gas-liquid reactions |
| US6742774B2 (en) * | 1999-07-02 | 2004-06-01 | Holl Technologies Company | Process for high shear gas-liquid reactions |
| UA102990C2 (ru) * | 2006-10-06 | 2013-09-10 | ВЕЙРИ ПЕТРОКЕМ ЭлЭлСи | Разделяющие композиции и способы их применения |
| CA2594182A1 (en) * | 2007-07-16 | 2009-01-16 | Rj Oil Sands Inc. | Hydrocarbon recovery using a jet pump |
-
2010
- 2010-10-28 CA CA2778964A patent/CA2778964C/en not_active Expired - Fee Related
- 2010-10-28 WO PCT/US2010/054496 patent/WO2011062737A2/en active Application Filing
- 2010-10-28 EA EA201290234A patent/EA025489B1/ru not_active IP Right Cessation
- 2010-10-28 US US12/914,781 patent/US20110266198A1/en not_active Abandoned
-
2012
- 2012-03-29 US US13/434,288 patent/US20120241390A1/en not_active Abandoned
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4882035A (en) * | 1986-08-12 | 1989-11-21 | Compagnie De Raffinage Et De Distribution Total France | Process for improving the deshafting of a heavy hydrocarbon feedstock |
| US20020096453A1 (en) * | 2000-09-14 | 2002-07-25 | Zaki Nael Naguib | Methods of deresinating crude oils using carbon dioxide |
| US20020104799A1 (en) * | 2000-11-06 | 2002-08-08 | Geosol Technologies Inc. | Tar sands extraction process |
| US7279017B2 (en) * | 2001-04-27 | 2007-10-09 | Colt Engineering Corporation | Method for converting heavy oil residuum to a useful fuel |
| US20070209971A1 (en) * | 2006-03-07 | 2007-09-13 | Western Oil Sands Usa, Inc. | Processing asphaltene-containing tailings |
| WO2008136892A1 (en) * | 2007-05-03 | 2008-11-13 | Exxonmobil Upstream Research Company | An improved process for recovering solvent from asphaltene containing tailings resulting from a separation process |
| WO2009002960A1 (en) * | 2007-06-27 | 2008-12-31 | H R D Corporation | System and process for hydrodesulfurization, hydrodenitrogenation, or hydrofinishing |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ECKERMANN, Burkhard et al., Deasphaltization and Demetalling of Heavy Crude Oils and Distillation Residues with CO, Chem. Eng. Technol. 13 (1990) pp. 258-264 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CA2778964C (en) | 2019-02-19 |
| WO2011062737A3 (en) | 2011-07-28 |
| CA2778964A1 (en) | 2011-05-26 |
| US20110266198A1 (en) | 2011-11-03 |
| WO2011062737A2 (en) | 2011-05-26 |
| US20120241390A1 (en) | 2012-09-27 |
| EA201290234A1 (ru) | 2012-12-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EA025489B1 (ru) | Способ удаления асфальтенов из тяжелой нефти путем воздействия с высокой скоростью сдвига | |
| US9227196B2 (en) | Method of high shear comminution of solids | |
| CA2510099C (en) | Separation and recovery of bitumen oil from tar sands | |
| US6576145B2 (en) | Method of separating hydrocarbons from mineral substrates | |
| CA2709300C (en) | System and method of separating hydrocarbons | |
| RU2337938C1 (ru) | Установка и способ для выделения углеводородов из твердого источника | |
| CA2521248C (en) | Method for separating bitumen from an oil sand froth | |
| US20070131590A1 (en) | Separation and recovery of bitumen oil from tar sands | |
| CA2509783A1 (en) | Method and apparatus for using peroxide and alkali to recover bitumen from tar sands | |
| CA2262048A1 (en) | Method of reducing moisture and solid content of bitumen extracted from tar sand minerals | |
| CA2200899A1 (en) | Method for processing a diluted oil sand froth | |
| CA2661579A1 (en) | Helical conduit hydrocyclone methods | |
| CA2531007A1 (en) | Separation and recovery of bitumen oil from tar sands | |
| Zhao et al. | Study on the oil-sludge separation by thermochemical method in rotating packed bed | |
| AU2017260595B2 (en) | Methods and systems for processing a vapor stream from a thermal desorption process | |
| US20040129646A1 (en) | Method and apparatus for separating bitumen from particulate substrates | |
| CA2821783A1 (en) | Oil sands tailings handling system and method | |
| CA2457603A1 (en) | Method and apparatus for separating bitumen from particulate substrates | |
| CA2750402A1 (en) | Elevated temperature treatment of bitumen froth |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): AM AZ BY KG MD TJ TM |
|
| MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): KZ RU |