EA026296B1

EA026296B1 - Способ извлечения битума из нефтеносного песка

Info

Publication number: EA026296B1
Application number: EA201490763A
Authority: EA
Inventors: Мария Андреи; Гаудио Лючилла Дель; Джулиа Луиза Элеонора Боццано; Андреа Слипцевич
Original assignee: Эни С.П.А.
Priority date: 2011-10-31
Filing date: 2012-10-24
Publication date: 2017-03-31
Also published as: CA2851414C; TN2014000140A1; ITMI20111977A1; CN104169397B; CN104169397A; CA2851414A1; US20140238904A1; EA201490763A1; US9550944B2; WO2013064940A1

Abstract

Изобретение относится к способу извлечения битума из нефтеносного песка, включающему следующие последовательные стадии: (а) смешивание нефтеносного песка с разбавителем, способным снижать вязкость и плотность битума, содержащегося в указанном нефтеносном песке, с получением первой смеси (суспензии), включающей разбавленный битум; (b) смешивание указанной суспензии с основным водным раствором (ОВР), возможно, содержащим соль для увеличения ионной силы, способным выделять указанный разбавленный битум из указанного нефтеносного песка с получением второй смеси (ОВР-суспензии), которая может быть разделена на (I) жидкую фазу, включающую указанный разбавленный битум, часть нефтеносного песка, свободную от выделенного битума, и воду; (II) осадок, включающий остальную часть указанного нефтеносного песка, свободную от выделенного битума, воду и остаточные углеводороды, которые могут быть удалены последующими промывками; (с) отделение жидкой фазы, включающей указанный выделенный разбавленный битум, из указанной ОВР-суспензионной смеси; (d) извлечение из указанной жидкой фазы, отделенной на стадии (с), выделенного разбавленного битума, содержащегося в ней.

Description

Настоящее изобретение относится к способу извлечения битума из нефтеносного песка.

В частности, настоящее изобретение относится к способу извлечения битума из нефтеносного песка, добываемого горной промышленностью, причем указанный способ, в частности, подходит для извлечения битумов, имеющих высокую вязкость и низкий градус ΑΡΙ (по шкале Американского института нефти).

Известно, что многие доступные в настоящее время запасы углеводородов состоят из смачиваемых водой или смачиваемых нефтью нефтеносных песков, нефтесодержащих пород, горючих сланцев, содержащих так называемые нетрадиционные нефти (или их предшественники, как и в случае горючих сланцев), т.е. сверхтяжелые нефти или битумы. Эти нетрадиционные нефти имеют чрезвычайно высокую плотность, как правило, ниже чем 15° ΑΡΙ, и чрезвычайно высокую кинематическую вязкость, как правило, выше чем 10000 сСт, причем указанную кинематическую вязкость измеряют при исходной температуре пласта, при атмосферном давлении, при отсутствии газа: следовательно, указанные нетрадиционные нефти не могут течь самопроизвольно в условиях пласта.

Нефтеносные пески, как правило, характеризуются своей минералогией, а также жидкой средой, которая находится в контакте с минеральными частицами указанных нефтеносных песков.

Смачиваемые водой нефтеносные пески, например, содержат минеральные частицы, окруженные слоем воды, обычно известной как реликтовая вода. Нефти, содержащиеся в этих смачиваемых водой нефтеносных песках, как правило, находятся не в непосредственном контакте с минеральными частицами, а образуют непрерывную матрицу вокруг гранул. Относительно тонкий слой воды охватывает эти минеральные частицы.

Смачиваемые нефтью нефтеносные пески, с другой стороны, могут включать небольшие количества воды, но минеральные частицы, как правило, не окружены указанной водой, и нефти, содержащиеся в них, находятся в непосредственном контакте с указанными минеральными частицами. В случае смачиваемых нефтью нефтеносных песков добыча нефти, следовательно, будет более трудна по отношению к добыче нефти из смачиваемых водой нефтеносных песков.

Как смачиваемые водой, так и смачиваемые нефтью нефтеносные пески обычно содержат высокий процент минеральных частиц (примерно 90%) (преимущественно кварц), имеющих средний размер от 0,1 до 6 мм, а также эти нефтеносные пески могут быть чрезвычайно кислыми (например, имеют рН ниже 4), в зависимости от минералогии этих нефтеносных песков.

Существуют также нефтеносные пески со смешанной смачиваемостью, имеющие промежуточные характеристики смачиваемости между смачиваемыми водой и смачиваемыми нефтью нефтеносными песками.

Известны различные технологии в уровне техники при использовании нефтеносных песков для извлечения битума, содержащегося в них.

Способ извлечения битума из нефтеносных песков, добываемых горной промышленностью, известный как способ извлечения горячей водой по Кларку (СИГВК), является наиболее широко используемым способом в Канаде среди прочих, используемых в настоящее время.

Канадские пески региона Атабаска, как правило, представляют собой смачиваемые водой пески.

В способе СИГВК добытый нефтеносный песок сначала подвергают стадии предварительной обработки, в результате чего происходит интенсивное перемешивание нефтеносного песка с водой в присутствии ΝαΟΗ при рН примерно от 9 до 10.

После смешивания, которое, как правило, осуществляют при температуре от 50 до 85°С, получают суспензию, которая обычно имеет объемное соотношение компонентов битум/вода/неорганические твердые вещества, равное примерно 60/30/10.

Затем суспензию подают в сепаратор, где она отстаивается с образованием трех наложенных друг на друга слоев (фаз).

Первый слой состоит из пены, содержащей почти весь битум, первоначально присутствующий в нефтеносном песке. Этот слой может быть отделен с поверхности суспензии путем снятия верхнего слоя.

Второй слой состоит из песка, который располагается в нижней части сепаратора.

Третий слой, который следует отделить, является промежуточным вязким слоем (промежуточный продукт), содержащим дисперсные частицы глины и захваченный битум. Этот слой обычно подают на стадию флотации для дальнейшего извлечения битума.

Пену, содержащую битум, часть твердых частиц (глина, песок и пылевые частицы грунта) и захваченную воду, направляют на второй блок очистки для извлечения битума (обработка пены или удаление пены). В этом втором блоке пену нагревают для удаления захваченного воздуха и обрабатывают органическим растворителем, чтобы уменьшить плотность битума и облегчить его отделение от воды на последующей стадии центрифугирования.

Битум отделяют или путем разбавления лигроином, или используя парафиновый растворитель. Выбор типа растворителя зависит от качества получаемого битума; концентрация неорганических остатков и воды в извлеченном битуме зависит, по сути, от типа используемой обработки пены.

В случае обработки лигроинами пену разбавляют последними для уменьшения плотности и вязкости битума в целях содействия коалесценции воды в эмульсии. Отделения битума достигают путем цен- 1 026296 трифугирования.

Битум, полученный обработкой лигроином, является низкокачественным, поскольку он содержит высокие концентрации твердых веществ и не может быть переработан непосредственно на нефтеперерабатывающих заводах. Перед улучшением качества он должен быть обработан для удаления остаточного лигроина, асфальтенов и твердых веществ, что приводит к значительной потере битума (до 10-15% от массы исходного битума). Обработка лигроином, однако, имеет преимущества с точки зрения выхода битума (он выше, чем при парафиновой обработке) и инвестиционных расходов. Однако требуются большие объемы воды.

В случае обработки парафиновым растворителем разбавление растворителем (как правило, гексаном) снижает плотность и вязкость битума и вызывает флокуляцию воды в эмульсии и взвешенных твердых частиц; разделение затем осуществляют путем декантации.

При определенной концентрации в парафиновом растворителе также происходит частичное осаждение асфальтенов, присутствующих в битуме, происходит захват воды и твердых веществ с образованием агрегатов, которые могут быть легко отделены.

Продукт, полученный обработкой парафиновым растворителем (деасфальтизированный битум), имеет более высокое качество, чем продукт, полученный обработкой лигроином, и может быть представлен на рынке.

Обработку парафиновым растворителем используют также для получения битума с такими характеристиками, которые позволяют перерабатывать его на нефтеперерабатывающих заводах (гидрокрекинг с кипящим слоем).

Хотя способ СИГВК для извлечения битума из канадских нефтеносных песков обладает множеством преимуществ, существуют также различные его недостатки. Основными недостатками способа СИГВК являются потребление больших количеств воды (2,5-4 единиц на единицу битума); образование большого количества хвостов (1-2 м³ на 1 м³ получаемого битума); образование больших количеств СО₂, хотя и меньших, чем при способах извлечения ίη δίΐιι.

Еще одним важным критическим аспектом способа СИГВК являются хвостохранилища (т.е. искусственные озера, где накапливаются отходы после обработки песка), в которые отправляют водные растворы, содержащие захваченные твердые частицы и углеводороды, поступающие с процесса экстракции. В хвостохранилищах на разделение (осаждение) воды и битума из взвешенных твердых частиц требуются годы, иногда десятилетия, тем самым создается серьезная экологическая проблема. Канадские пески характеризуется высоким содержанием глины (20-30 мас.%).

Еще один критический аспект состоит в том, что сточные воды способа СИГВК содержат большое количество углеводорода, который является токсичным, невыделяемым и с высоким значением ХПК (химическое потребление кислорода); в результате хвостохранилища становятся сильно бескислородными, и они не в состоянии поддерживать животный и растительный мир.

Указанные недостатки, очевидно, делают способ СИГВК чрезвычайно дорогим, и он пагубно воздействует на окружающую среду.

Способ СИГВК также имеет существенные недостатки по отношению к гибкости использования. Этот способ, фактически, может быть технически применен только для извлечения битума из смачиваемых водой нефтеносных песков и/или для извлечения битума, имеющего относительно низкую вязкость и ΑΡΙ выше 8°.

В случае смачиваемых нефтью песков или песков со смешанной смачиваемостью и содержащих битум, имеющий высокую вязкость и пониженный градус ΑΡΙ, наоборот, способ СИГВК трудно реализовать, если только не применяют значительные технологические различия в способе предварительной обработки для улучшения отделения битума (например, увеличение рН и повышение температуры при извлечении).

Учитывая эти трудности, были специально разработаны способы извлечения битума, известные в данной области техники, для обработки нефтеносных песков, когда способ СИГВК не обеспечивал хорошие результаты.

Эти способы, альтернативные способу СИГВК, основаны на использовании смесей водарастворитель и/или разбавитель; также известны способы извлечения одним растворителем.

В способах известного уровня техники, однако, выход битума при извлечении не всегда удовлетворителен или, как в случае способов с одним растворителем, требуются технологические схемы/проектные решения, способные гарантировать почти полное извлечение растворителя и контроль энергетических затрат; оба фактора создают угрозу коммерческому применению способа. На сегодняшний день нет никаких работающих коммерческих установок, использующих только способы с одним растворителем, а лишь известны небольшие пилотные/демонстрационные установки. Целью настоящего изобретения является устранение недостатков известного уровня техники.

В частности, целью настоящего изобретения является нахождение способа извлечения битума из нефтеносных песков, для которых традиционный процесс СИГВК не эффективен.

- 2 026296

Настоящее изобретение относится к способу извлечения битума из нефтеносного песка, включающему следующие последовательные стадии:

(a) смешивание нефтеносного песка с разбавителем, способным снижать вязкость и плотность битума, содержащегося в указанном нефтеносном песке, с получением первой смеси (суспензии), включающей разбавленный битум;

(b) смешивание указанной суспензии с основным водным раствором (ОВР), возможно, содержащим соль для увеличения его ионной силы, способным выделять указанный разбавленный битум из указанного содержащего его нефтеносного песка с получением второй смеси (ОВР-суспензии), которая может быть разделена:

(ί) на жидкую фазу, включающую указанный разбавленный битум, часть нефтеносного песка, свободную от выделенного битума, и воду;

(ίί) на осадок, включающий остальную часть указанного нефтеносного песка, свободную от выделенного битума, воду и остаточные углеводороды, которые могут быть удалены последующими промывками;

(c) отделение жидкой фазы, включающей указанный выделенный разбавленный битум, из указанной ОВР-суспензионной смеси;

(ά) извлечение из указанной жидкой фазы, отделенной на стадии (с), выделенного разбавленного битума, содержащегося в ней.

Часть нефтеносного песка, свободная от указанного выделенного битума, присутствующая в вышеуказанной жидкой фазе (ί), является лишь минимальной частью обрабатываемого нефтеносного песка. Большая часть этого песка, по сути, образует осадок (ίί).

Способ, объект настоящего изобретения, может быть использован для обработки нефтеносных песков различной литологической природы, содержащих битумы различной химической природы и при различной концентрации.

Способ, объект настоящего изобретения, особенно подходит для извлечения битума из нефтеносных песков, для которых способ СИГВК не эффективен (например, из-за характеристик смачиваемости песка и/или особенно высокой вязкости извлекаемого битума).

Способ, объект настоящего изобретения, подходит, например, для извлечения битума из смачиваемых нефтью нефтеносных песков, нефтеносных песков, имеющих смешанную смачиваемость, и консолидированных песков, имеющих большой размер частиц, например песков, содержащих высокий процент кварца (выше 85 мас.%) и низкий процент глины (менее 5 мас.%). Способ по настоящему изобретению, однако, также может быть преимущественно применен к смачиваемым водой нефтеносным пескам, например канадским пескам, в которых глины присутствуют в количестве примерно 20-30 мас.%.

В рамках настоящего изобретения термин битумы относится как к битумам, так и к сверхтяжелым нефтям, присутствующим в твердой матрице нефтеносных песков. Битумы и тяжелые нефти обычно называют нетрадиционными нефтями.

Содержание битума в нефтеносных песках, которые могут быть обработаны способом по настоящему изобретению, обычно составляет от 3 до 15% от массы обрабатываемого нефтеносного песка.

С помощью способа по настоящему изобретению из нефтеносных песков могут быть извлечены битумы, имеющие высокую вязкость, как правило, в диапазоне от 10000 до 36000 мПа-с (измеренная при 120°С, скорость сдвига 100 с^-1) и высокую плотность, как правило, в диапазоне от 4 до 7° ΑΡΙ. Эти битумы характеризуются высоким содержанием асфальтенов (от 15 до 40 мас.%) и высокой кислотностью (кислотное число от 3 до 14 мг КОН/г).

Способ по настоящему изобретению основан на снижении вязкости и плотности битума, удерживаемого нефтеносным песком, и его последующим перемещении с поверхности зерен песчаной матрицы.

Снижения вязкости битума достигают смешиванием нефтеносного песка с подходящим разбавителем при непрерывном перемешивании (стадия предварительной обработки (а)).

Перемещения битума из нефтепесчаной матрицы (стадия экстракции (Ь)), в свою очередь, достигают путем добавления горячего щелочного водного раствора к смеси (суспензии) песок/разбавитель, полученной на стадии предварительной обработки.

Перед стадией (а) предварительной обработки нефтеносного песка его предпочтительно подвергают измельчению.

Для лучшего понимания особенностей настоящего изобретения приведена ссылка в нижеследующем описании на фигуре, на которой показана блок-схема способа в соответствии с настоящим изобретением.

Со ссылкой на фигуру, порцию нефтеносного песка 1 подвергают сначала грубому дроблению (блок МО), получая гранулы размерами порядка 1-2 см.

Поток грубо дробленого песка 2, полученный при первом дроблении, подвергают второму дроблению (блок ЭГБ-МР, показанный на фигуре), дополнительно уменьшая размер зерен до порядка 5-10 мм (мелкое дробление, стадия (а)).

Стадия (а') грубого дробления и стадия (а) мелкого дробления могут быть осуществлены с помощью оборудования, известного в данной области, такого как, например, молотковые дробилки, ножевые

- 3 026296 мельницы и т.п.

В особенно предпочтительном воплощении стадию (а) мелкого дробления реализуют одновременно со стадией (а) предварительной обработки.

Было замечено, что, фактически, присутствие разбавителя во время мелкого дробления способствует дезагрегации грубых фрагментов и формированию однородной многофазной системы.

В качестве разбавителей на стадии предварительной обработки могут быть использованы отдельные углеводородные соединения или их смеси, такие как толуол, ксилолы, керосин, дизельное топливо, лигроин или их смеси.

Разбавитель, используемый на стадии (а), имеет начальную температуру кипения выше 60°С и конечную температуру кипения ниже 300°С.

Предпочтительными разбавителями являются керосин и дизельные топлива, поскольку они содержат ароматические фракции, которые позволяют избежать осаждения асфальтенов из предварительно обработанного битума. Эти разбавители, кроме того, производят на тех же нефтеперерабатывающих заводах, на которых будут перерабатывать извлеченный битум.

Кроме того, керосин является особенно предпочтительным разбавителем ввиду его более низкой плотности, что облегчает отделение битума.

На стадии (а) предварительной обработки нефтеносный песок смешивают с разбавителем в подходящих массовых соотношениях.

Количество разбавителя, смешиваемого с обрабатываемым песком, должно быть достаточным для смачивания песка и разбавления битума, удерживаемого песком с тем, чтобы снизить его вязкость и плотность и способствуя его высвобождению.

К тому же, количество используемого разбавителя зависит от вязкости битума и температуры, при которой осуществляют перемешивание.

Разбавитель обычно добавляют к нефтеносному песку в соотношении П/Р (песок/разбавитель) от 10:1 до 15:1 (по массе).

Как правило, для битумов, имеющих вязкость выше 10000 мПа-с, соотношение П/Р между битумом, присутствующим в нефтеносном песке, и растворителем, добавленным на стадии (а), составляет от 2:1 до 1:2 (по массе).

Разбавитель, используемый на стадии (а) предварительной обработки, преимущественно, по меньшей мере частично, состоит из углеводородной фракции, извлекаемой в конце стадии (с) (поток 4), которая содержит извлеченный битум, смешанный с разбавителем, используемым на стадии (а). Оставшаяся часть разбавителя, необходимая для стадии (а), с другой стороны, состоит из свежего разбавителя (поток 3).

Смешивание нефтеносного песка с разбавителем осуществляют при температуре от 60 до 80°С, также в зависимости от количества используемого разбавителя.

На стадии предварительной обработки разбавитель преимущественно служит для удаления газов, захваченных пустотами песчаной матрицы, что положительно влияет на качество битума, извлекаемого из процесса, как известно в данной области; газ, если он присутствует на последующей стадии экстракции, при высвобождении может увлекать капли воды, песок и т.д. в разбавленный продукт.

Смешивание на стадии (а) осуществляют на оборудовании, известном специалистам в данной области, или на специально предназначенном для этой операции.

В предпочтительном воплощении способа на стадии предварительной подготовки (а) к разбавленному нефтеносному песку добавляют чистый повторно используемый песок, смоченный водой (поток 11), перед подачей на стадию выделения с водой (стадия (Ь)). Повторно используемый чистый песок (поток 11) представляет собой часть чистого песка, обработанную на выходе процесса экстракции битума (поток 12).

Суспензию 5, полученную на стадии (а) предварительной обработки, подают на последующую стадию (Ь) экстракции (блок ΌΙΟ-8Ρ).

На стадии (Ь) основной водный раствор (ОВР) (поток 6) добавляют к суспензии для облегчения высвобождения капель битума и разбавителя из песчаной матрицы. Действие горячего ОВР вызывает постепенное смещение органической фазы от песчаной матрицы и ее замену водной фазой.

Стадию (Ь) экстракции осуществляют в смесителе, известном специалистам в данной области или специально предназначенном для этой операции, при поддержании непрерывного перемешивания песка.

Степень высвобождения битума из песка после выделения, вызванного добавлением горячей воды, зависит от различных факторов, среди которых вязкость разбавленного битума (степень высвобождения меньше, если температура не является оптимальной), разница в плотности между разбавленным битумом и ОВР и поверхностное натяжение смесей битум-песок и вода-песок. В свою очередь, рН и ионная сила ОВР оказывают влияние на угол смачивания смеси песок-нефть-вода и поверхностное натяжение.

На стадии (Ь) экстракции воду используют при соотношении вода/песок (В/П), составляющем от 0,4:1 до 6:1 по массе.

ОВР получают путем растворения в воде основания, такого как, например, гидроксид, карбонат или бикарбонат щелочного или щелочно-земельного металла (например, ΝαΟΗ, Ыа₂СО₃, ЫаНСО₃).

- 4 026296

На стадии (Ь) экстракции добавляемый к суспензии ОВР имеет температуру от 60 до 90°С.

Значение рН ОВР должно быть достаточно высоким, чтобы нейтрализовать кислотность песков и битума, но в то же время нужно избегать образования стабильных эмульсий, которому способствует высокое значение рН. Предпочтительно значение рН ОВР составляет от 9 до 10,5.

Другим фактором, который влияет на выход в способе экстракции, является ионная сила ОВР. Было обнаружено, что присутствие высоких концентраций ионов в ОВР уменьшает образование как взвешенных твердых частиц, так и эмульгированного битума в смеси суспензия-ОВР.

Когда ОВР имеет высокую ионную силу, то смесь суспензия-ОВР гораздо более прозрачна и отделение твердой фазы (осадок) от остальной жидкой фазы происходит легче.

Кроме того, при использовании ОВР с высокой ионной силой, разница в плотности между осадком и жидкой фазой увеличивается.

ОВР предпочтительно имеет ионную силу в интервале от 0,5 до 1.

Дополнительные факторы, влияющие на выход битума при экстракции, включают в себя скорость перемешивания и продолжительность (время контакта) стадии (Ь) экстракции.

Скорость перемешивания должна способствовать контакту между водной фазой и органической фазой, окружающей песок, чтобы позволить воде заменить битум, связанный с песком. Перемешивание осуществляют предпочтительно медленно, т.е. его осуществляют с периферийной скоростью перемешивания от 0,5 до 1 м/мин. Перемешивание должно обеспечить вхождение всей массы песка в тесный контакт с разбавителем на стадии предварительной подготовки и с основным водным раствором ОВР на стадии экстракции. Медленное перемешивание на этих двух стадиях не только поддерживает низкий расход энергии, но также позволяет избежать образования пены или эмульсий, которые затрудняют обработку с целью отделения органической фазы. Кроме того, при указанных выше скоростях перемешивания снижаются высвобождение и захват мелких твердых частиц.

Время контакта зависит от типа обрабатываемого нефтеносного песка и от времени, необходимого воде, чтобы заместить разбавленный битум на зернах песка. Время контакта больше для смачиваемого нефтью песка и песков со смешанной смачиваемостью, причем оно меньше для смачиваемых водой песков. Время контакта обычно составляет от 15 до 120 мин.

Для смачиваемых нефтью песков указанное время также характеризуется индукционным периодом, связанным с перфорацией пленки разбавленного битума на части воды, чтобы обеспечить его замещение на частицах песка. Это время может быть значительно снижено путем добавления чистого повторно используемого и смоченного водой песка. Смесь суспензия-ОВР, полученная на стадии (Ь), представляет собой смесь, которая может быть разделена на различные фазы. Если ее оставить оседать при отсутствии перемешивания, то смесь суспензия-ОВР разделяется на две фазы (ί) и (и):

(ί) представляет собой жидкую фазу 7, состоящую, в свою очередь, из двух несмешивающихся фаз: первой нефтяной фазы, содержащей битум, выделенный на стадии (Ь), разбавитель, небольшую часть нефтеносного песка, свободного от выделенного битума (который состоит из мельчайших твердых частиц);

второй водной фазы, по существу, состоящей из слоя воды;

(ίί) представляет собой осадок 10, включающий большую часть обработанного нефтеносного песка, свободного от разбавленного битума, выделенного на стадии (Ь) экстракции, воду и остаточные углеводороды, которые могут быть извлечены с помощью последовательных промывок.

При декантации (блок ИЕС) жидкой фазы 7 она, в свою очередь, разделяется на надосадочную углеводородную фазу 8, включающую разбавитель и выделенный битум, и промежуточную водную фазу 9, включающую, в виде дисперсии, тонкую фракцию обработанного нефтеносного песка (свободного от выделенного битума). Надосадочная углеводородная фаза 8 может быть извлечена методами, известными специалистам в этой области. Надосадочную углеводородную фазу предпочтительно извлекают путем декантации.

И, наконец, как уже упоминалось, надосадочная углеводородная фаза 8 может быть, по меньшей мере частично, рециркулирована на стадию (а) предварительной обработки (поток 4) и, возможно, на стадию дробления (стадии (а) и (а)) для уменьшения концентрации и, следовательно, общего потребления разбавителя.

Общее количество разбавленного битума, которое может быть рециркулировано на стадии (а) и (а) способа, составляет 0,5-10 кратное количество от массы битума, содержащегося в обрабатываемом нефтеносном песке.

Промежуточную водную фазу 9 и осадок 10, отделенные на стадии (Ь) способа, подвергают традиционным процессам разделения и очистки (блок ЗЕР-РИК) для того, чтобы уменьшить концентрацию углеводородов и мелких твердых частиц в водной фазе;

удалить углеводороды, присутствующие в осадке, чтобы выполнить требования по удалению отходов для безопасности окружающей среды.

В конце процесса экстракции и последующих стадий разделения и очистки (ЗЕР-РИК) получают чистый песок, свободный от битума, первоначально содержащегося в нем, и воду, очищенную от углеводородов и остаточных мелких твердых частиц.

- 5 026296

Чистый песок (поток 12) и очищенную воду (поток 13) непрерывно выводят из процесса.

Чистый песок 12, возможно, без повторно используемой части 11 направляют на реконструкцию участка, из которого он был извлечен, или на утилизацию.

В случае повторного использования чистый песок (поток 11), пропитанный водой, может быть добавлен к разбавленному нефтеносному песку (суспензия 5) перед стадией (Ь) способа. Повторно используемый чистый песок (поток 11) представляет собой небольшую часть нефтеносного песка, который непрерывно выгружают из процесса (поток 12).

В предпочтительном воплощении способа по настоящему изобретению часть очищенной воды, поступающей после разделения и очистки фаз (δΕΡ-ΡυΚ), рециркулируют обратно в процесс экстракции (поток 14), где ее используют для приготовления ОВР, используемого на стадии (Ь) (блок ΌΙΟ-δΡ). Очищенная вода также может быть преимущественно использована для промывания песка после экстракции битума.

Способ по настоящему изобретению имеет различные преимущества по сравнению со способами, известными в уровне техники для экстракции битума из нефтеносных песков. В частности, по сравнению с канадским способом СИГВК, способ по настоящему изобретению имеет следующие преимущества:

более эффективные и быстрые способы удаления воды, улучшение качества битума, уменьшение количества твердых/мелкозернистых осадков в извлеченном битуме, уменьшение потерь битума, уменьшение потребления энергии, высокая рециркуляция водной фазы и отсутствие хвостохранилищ.

Следующие примеры осуществления изобретения представлены только для иллюстративных целей настоящего изобретения и не должны рассматриваться как ограничивающие защищаемый объем, определенный в прилагаемой формуле изобретения.

Примеры

Эффективность способа по настоящему изобретению была подтверждена при извлечении битума из двух различных типов нефтеносного песка.

Физико-химические характеристики испытуемых нефтеносных песков указаны в табл. 1.

Таблица 1

	Песок А	Песок В
Битум
Процентное содержание битума по массе	12,5	12
Вязкость битума при 140°С (скорость сдвига 100 с'¹)	5375	155
°АР1 битума	5,5	10,5
Р-значение (уровень пептизиции)	4,1	6,7
Кислотное число, мг КОН/г	7-9
Песок
Кварц (мас.%)	90-100	85
Ортоклаз (мас.%)	0-5	15
Глины (мас.%)	<5	0

Способ в соответствии с настоящим изобретением был применен с использованием керосина в качестве разбавителя. На стадии (Ь) ΟΒΡ был добавлен в соотношении В/П (вода/песок), равном примерно 4/1.

Экспериментальные испытания проводили в стеклянном реакторе, имеющем емкость объемом 1,5 л, оснащенном мешалкой с наклонными лопастями для перемещения песка на дне сосуда.

Испытание по извлечению.

В табл. 2 показаны рабочие условия испытания по извлечению, осуществленные для двух различных типов нефтеносного песка.

Испытания проводили на образцах песка массой 150 г, температура при экстракции составляла 90°С и скорость перемешивания 4 об/мин. Результаты испытания по извлечению, с точки зрения выхода экстрагированного битума, показаны в табл. 2.

- 6 026296

Таблица 2

Испытание	Песок	ОВР рН	Соотношение П/Р	1 контакта (мин)	Выход* (%)
1	В	9,5 (ΝδΟΗ)	150/20	60	6
2	В	10,0 (№ОН)	150/20	60	16
3	В	10,5 (ΝθΟΗ)	150/20	60	90
4	В	11 (Ν3₂00₃)	150/15	60	77
5	А	11 (ИагСОз)	150/15	30	84

* Процент извлеченного битума по отношению к общему количеству битума, содержащегося в песке.

Испытания с рециркуляцией разбавителя.

Испытания проводили для проверки эффективности повторного использования части смеси разбавитель-битум, полученной в конце стадии (с), с тем, чтобы уменьшить потребление свежего разбавителя.

Для этого была приготовлена синтетическая смесь, состоящая из битума (60 мас.%) и керосина (40 мас.%), которая была использована в качестве разбавителя на стадии (а) способа.

Конкретные используемые рабочие условия и выход битума при экстракции приведены в табл. 3. Испытания проводились на образцах песка массой 150 г, температура обработки (при экстракции) 90°С.

Таблица 3

Испы- тание	Песок	рН	Песок, г	Свежий разбавитель, г	РС, г	РС по сравнению с битумом, %	Об/мин	ί, мин	Выход, %
6	В	11,2	150	6	33,3	178	2	60	74
7	В	11	150	5	15	80	4	60	69
8	В	11	150	8	7	37	4	120	87

РС = рециркулируемая смесь.

Из табл. 3 можно сделать вывод, что наилучшие результаты с точки зрения выхода извлеченного битума получены при проценте рециркуляции порядка 40 мас.% (в расчете на массу рециркулируемой смеси по отношению к массе извлекаемого битума).

Испытания, проведенные только при использовании рециркулируемой смеси, наоборот, показали низкий выход битума.

Испытания в присутствии соли.

Эффективность процесса экстракции была также проверена при изменении ионной силы ОВР. Ионная сила ОВР, по сути, влияет на смачиваемость песка и, следовательно, выход битума при извлечении.

Конкретные используемые рабочие условия и выходы битума при экстракции указаны в табл. 4. Испытания проводили на образцах песка массой 150 г, температура обработки песка (при экстракции) 90°С. Ионная сила водной среды, модифицированной добавлением ΝαΟ. была равна 0,6 (типичное значение для морской воды).

Таблица 4

Испы- тание	Песок	РН	Соотношение П/Р	Об/мин	ΐ, мин	Выход, %	% мелких частиц в водной фазе*	% битума*
9	В	10 (ЫаОН)	150/20	4	60	16
3	В	10,5 (ΝβΟΗ)	150/20	4	60	90	0,3	0,8
10	в	10 (ЫаОН + ЫаС1)	150/20	4	60	82	0,08	0,03
11	в	10 (Ν3₂ΟΟ₃)	150/20	4	60	18
12	в	10 (Ν3₂ΟΟ₃+ ЫаС1)	150/20	4	60	88
13	А	10 (ЫаОН + ЫаС!)	150/15	4	60	87

Испытания показали, что присутствие ΝαΟ позволяет повысить выход при извлечении (>80%) при более низких значениях рН (10, а не 10,5) по сравнению с испытаниями, проведенными без соли.

- 7 026296

Дополнительным положительным эффектом присутствия соли является снижение количества взвешенных веществ (мелкодисперсные продукты) и эмульгированного битума в водном растворе, который становится гораздо более прозрачным и его легко отделить от битума. Соленость воды также способствует разделению, поскольку это увеличивает разницу в плотности между фазами.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ извлечения битума из нефтеносного песка, включающий следующие последовательные стадии:

(a) смешивание нефтеносного песка с разбавителем, способным снижать вязкость и плотность битума, содержащегося в указанном нефтеносном песке, с получением первой смеси (суспензии), включающей разбавленный битум;

(b) смешивание указанной полученной суспензии с основным водным раствором (ОВР), имеющим ионную силу основного водного раствора от 0,5 до 1, способным выделять указанный разбавленный битум из указанного содержащего его нефтеносного песка с получением второй смеси (ОВРсуспензионной смеси), которая может быть разделена:

(т) на жидкую фазу, включающую указанный разбавленный битум, часть нефтеносного песка, освобожденного от выделенного битума, и воду;

(тт) на осадок, включающий остальную часть указанного нефтеносного песка, освобожденного от выделенного битума, воду и остаточные углеводороды, которые могут быть удалены последующими промывками;

(c) отделение жидкой фазы, включающей указанный выделенный разбавленный битум, из указанной ОВР-суспензионной смеси;

(6) извлечение из указанной жидкой фазы, отделенной на стадии (с), выделенного разбавленного битума, содержащегося в ней.
2. Способ по п.1, включающий перед стадией (а) стадию грубого дробления (а') и, возможно, стадию мелкого дробления (а) указанного нефтеносного песка.
3. Способ по п.2, в котором указанную стадию мелкого дробления (а) осуществляют одновременно с указанной стадией смешивания (а).
4. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором часть указанной жидкой фазы, содержащей указанный выделенный разбавленный битум, отделенной на стадии (с), возвращают на указанную стадию (а) и/или на указанную стадию (а).
5. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором указанный разбавитель выбран из углеводородных соединений или смесей углеводородных соединений, имеющих начальную температуру кипения выше 60°С и конечную температуру кипения ниже 300°С.
6. Способ по п.5, в котором указанный разбавитель выбран из толуола, ксилолов, керосина, дизельного топлива, лигроина или их смесей.
7. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором указанная жидкая фаза, получаемая на стадии (Ь), образуется при одном или более из следующих условий:

температура от 60 до 90°С;

рН основного водного раствора от 9 до 10,5;

смешивание с периферической скоростью от 0,5 до 1 м/мин.
8. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором массовое соотношение песок/разбавитель (П/Р) составляет от 10:1 до 15:1.
9. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором массовое соотношение битум/разбавитель (Б/Р) составляет от 2:1 до 1:2.
10. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором массовое соотношение вода/нефтеносный песок (В/П) составляет от 0,4:1 до 6:1.
11. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором время контакта между указанным разбавителем, ОВР и указанным нефтеносным песком составляет от 15 до 120 мин.
12. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором добавляют полученный освобожденный от выделенного битума песок к первой смеси, включающей разбавленный битум, перед подачей на указанную стадию (Ь) выделения с водой.
13. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором воду из указанной жидкой фазы, остающуюся в конце отделения указанного разбавленного битума, выделенного на указанной стадии (6), по меньшей мере частично, рециркулируют на указанную стадию (Ь) и используют для получения указанного ОВР.
14. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором извлекаемый битум имеет вязкость от 10000 до 36000 мПа-с, измеренную при 120°С и скорости сдвига 100 с^-1, и плотность от 4 до 7° ΑΡΙ.
15. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором указанный нефтеносный песок является смачиваемым нефтью, смачиваемым водой или нефтеносным песком со смешанной смачиваемостью.