способ разделения нефтесодержащих пород

Формула изобретения

1. СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ НЕФТЕСОДЕРЖАЩИХ ПОРОД путем их измельчения и смешения твердой фазы с десорбирующей жидкостью, ввода полученной суспензии в разделительную колонну ниже уровня воды, подаваемой в последнюю, вывода с верха колонны нефтесодержащих продуктов, вывода продукта низа колонны и разделения его на твердую и жидкую фазы, отличающийся тем, что измельчение исходного сырья и смешение твердой фазы с десорбирующей жидкостью проводят в роторно-пульсационном аппарате при акустическом воздействии в диапазоне частот 1,0-10,0 кГц и соотношении десорбирующая жидкость твердая фаза 2-4:1, полученную суспензию вводят в среднюю часть колонны, разделение продукта низа колонны проводят в одном или нескольких гидроциклонах с возвратом жидкой фазы в разделительную колонну.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве десорбирующей жидкости используют сырую нефть, газовый конденсат, фракции перегонки нефти, воду, водные растворы карбоната натрия, щелочей, поверхностно-активных веществ.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, может использоваться для добычи нефтепродуктов из нефтесодержащих пород (например, из битуминозных песков, выделение нефти из титановых пород и пр.), а также для экологической очистки грунтов (песков) от нефтепродуктов после аварий скважин, трубопроводов, емкостей или очистки морских и речных побережий после аварий транспортных средств.

Известен способ переработки битуминозных песков путем перемешивания их с сырой нефтью в соотношении 1:(1-2) при нагревании и последующем смешении полученной суспензии (нефть-твердая фаза) с водой в весовом соотношении нефть-вода, равном (1-2):1. Полученная смесь (твердая фаза-нефть-вода) подается в гидравлический контур, где происходит разделение фаз (твердой, водной и органической) [1]

Недостатком способа [1] является периодичность процесса разделения, так как процесс осуществляется постадийно: перемешивание смеси песок-нефть в течение 20 мин, затем перемешивание нагретой смеси песок-нефть в течение 10 мин с добавлением воды. Периодичность процесса обусловливает ограничение производительности для производительности по исходному твердому продукту в 20 тн/ч потребуется по данной технологии рабочий объем экстрактора не менее 10 м³, в котором достаточно сложно обеспечить по всему объему рекомендованный [1] турбулентный режим. Кроме того, соответствующее увеличение рабочих объемов остального вспомогательного оборудования препятствует созданию мобильных установок для промышленных производительностей.

Известен способ переработки нефтебитуминозных пород (песков) с использованием агрегата, состоящего из трех барабанов с загрузочными приспособлениями и механическими приводами [2] Каждый барабан оборудован подводом воды, щелочи, эмульгаторов, трубопроводами для слива эмульсии и подачи воздуха. Барабаны соединены последовательно; для измельчения породы внутрь барабанов загружают раздавливающие металлические стержни. В каждом из барабанов периодически происходит обработка породы, а эмульсия перетекает из одного барабана в другой, постепенно насыщаясь нефтепродуктами, отработанная порода из каждого барабана периодически выгружается.

Основными недостатками способа [2] являются: использование перекрестной схемы выщелачивания по фазе растворителя, что приводит к недостаточной степени извлечения целевого компонента во втором и третьем барабане; периодичность процесса, громоздкость и металлоемкость оборудования.

Известен способ извлечения нефти из нефтеносных пород с использованием экстракционной колонны [3] По этому способу водная суспензия, состоящая из нефтесодержащей твердой фазы (содержание нефти в породе достигает 30-35% в расчете на условно сухую массу) и воды, подается в верхнюю часть экстракционной колонны. В среднюю часть этой колонны вводят растворитель бензин. В нижнюю часть колонны подается горячая вода с температурой 50-80^оС; сам процесс экстрагирования осуществляют при температуре 35-40^оС. В качестве экстракта получают эмульсию вода-бензин с растворенной нефтью; в качестве нижнего продукта водную суспензию. После отжима последней выделившуюся воду возвращают в цикл. Экстракт разделяют на водную фазу (возвращается в цикл) и органическую фазу, после разгонки которой возвращают бензин на стадию экстракции и получают жидкую нефть в качестве конечного продукта.

Недостатком способа [3] является зависимость кинетики процесса от размеров частиц твердой породы, значительное увеличение габаритов экстрактора (диаметра) при уменьшении размеров частиц (явление уноса), небольшая удельная производительность экстракционной колонны, а также использование растворителя (бензина) и тем самым введение в технологическую схему энергоемкой стадии регенерации растворителя.

Известен способ извлечения битума из битуминозных песков [4] заключающийся в смешении последних с углеводородом, служащим растворителем, и водой при объемном соотношении водной фазы к песку 4:1. Полученную суспензию подвергают обработке во вращающемся барабане и направляют в сепаратор, в верхнюю и нижнюю части которого подают воду. Далее суспензию направляют в разделительную колонну, из нижней части которой удаляют песок, а из верхней жидкую фазу, направляемую для отделения углеводородной фазы от водной. Последнюю возвращают в цикл, подавая ее в нижнюю часть сепаратора.

Недостатком способа [4] является относительно низкая степень очистки песка, а также необходимость использования углеводородного растворителя.

Наиболее близким к предложенному способу является способ [5] извлечения битума из битуминозных пород, заключающийся в предварительном измельчении породы, смешении ее с растворителем при соотношении песок-растворитель, равном 2-3:1, введении полученной суспензии в верхнюю часть разделительной колонны под уровнем подаваемой в колонну воды. Из нижней части колонны удаляют песок, из которого отделяют воду. Верхний слой жидкой фазы, представляющий собой смесь извлеченного нефтепродукта, растворителя и незначительного количества твердой фазы, направляют в центрифугу для окончательного отделения жидкой фазы от твердой. Жидкую фазу подвергают разделению на собственно нефтепродукт и растворитель, возвращаемый в цикл. В способе [5] предусмотрена возможность использования деэмульгатора.

Недостатком способа [5] является большой расход воды для проведения процесса, вызванный отсутствием рецикла.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание способа разделения нефтесодержащих пород, обеспечивающего замкнутое водопользование, применение доступных, дешевых и безопасных растворителей при высокой степени разделения.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе разделения нефтесодержащих пород измельчение и смешение породы с десорбирующей жидкостью осуществляют в роторно-пульсационном аппарате при максимальном акустическом воздействии в диапазоне частот 1-10 кГц и соотношении десорбирующей жидкости и твердой фазы, равном (2-4):1, полученную суспензию подают в среднюю часть разделительной колонны, из нижней части которой выделенную влажную породу направляют на дополнительное отделение от воды в один или несколько гидроциклонов с возвращением жидкой фазы в разделительную колонну.

Впервые при разделении нефтесодержащих пород предложено использование роторно-пульсационного аппарата (РПА), применявшегося ранее в химической промышленности [6] При работе РПА возникает мощное акустическое поле, под действием которого появляются и захлопываются кавитационные полости и создается пульсирующее поле давления, способствующее выходу нефтепродуктов из мелких пор и трещин породы в десорбирующую жидкость. Для увеличения степени извлечения нефтепродуктов за счет многократного воздействия турбулентных пульсаций на твердые частицы РПА снабжается циркуляционным контуром.

В качестве растворителя или, с учетом происходящих физико-химических процессов, в общем случае десорбирующей жидкости возможно использование как органической (углеводородной) фазы: сырой нефти, газового конденсата, фракции перегонки нефти и т. п. так и, что особенно важно, водной фазы: воды, водных растворов карбоната натрия или щелочей, возможно использование в качестве добавок поверхностно-активных веществ. Использование в качестве десорбирующей жидкости воды или водных растворов указанных веществ позволяет сделать процесс более экономичным и экологически чистым.

После измельчения породы и смешения ее с десорбирующей жидкостью в РПА при частоте акустических колебаний 1-10 кГц, обусловливающей максимальную эффективность процесса, суспензия из циркуляционного контура подается в разделительную колонну, в которой происходит отделение нефтепродуктов и промывка водой твердой породы. Из нижней части колонны песковым насосом водная суспензия (с остаточным содержанием нефтепродуктов) подается на разделение в один или несколько гидроциклов. Сгущенная порода из гидроциклонов поступает в отстойник-разделитель, а осветленная жидкость в верхнюю часть колонны. Из верхней части разделительной колонны производится отбор нефтепродуктов, часть которых возвращается в РПА для достижения требуемой степени извлечения нефтепродуктов из исходной смеси.

Очищенная от нефтепродуктов влажная порода (грунт, песок) выгружается из отстойника-разделителя, а жидкая фаза закачивается в расходную емкость. Таким образом, обеспечивается практически полностью замкнутая система водоснабжения: подпитка воды компенсирует только потери воды с уходящим из установки грунтом или песком.

Способ иллюстрируется принципиальной схемой, приведенной на чертеже.

Нефтесодержащая порода питателем 1 подается в приемный бункер 2 роторно-пульсационного аппарата 3, туда же поступает десорбирующая жидкость. Полученная суспензия породы в десорбирующей жидкости многократно проходит через аппарат 3 по циркуляционному контуру. Соотношение порода-десорбирующая жидкость в циркуляционном контуре равно 1:(2-4). В результате высокоинтенсивного гидродина- мического воздействия пульсаций внутри аппарата 3 происходит экстракционное выделение нефтепродуктов из породы. Одновременный размол породы в аппарате 3 также повышает степень извлечения нефтепродуктов.

Часть суспензии из циркуляционного контура аппарата 3 в количестве, равном производительности установки, за счет насосного эффекта РПА подается на разделение и отмывку в колонну 4, заполненную первоначально водой или водными растворами. Разделение фаз в колонне 4 происходит за счет разности плотностей фаз. Нефтепродукты поднимаются вверх по разделительной колонне 4 и собираются в ее верхнем отстойнике, откуда направляются в сборник 5, из которого часть нефтепродуктов используется в качестве растворителя (как частного случая десорбирующей жидкости), то есть направляется в бункер 2, а остаток нефтепродуктов в качестве конечного продукта направляется на дальнейшую технологическую переработку.

Твердая фаза исходной суспензии в разделительной колонне 4 двигается вниз, дополнительно отмываясь от нефтепродуктов по мере своего движения. Полученная водная суспензия, содержащая незначительное количество нефтепродуктов, из нижней части колонны 4 песковым насосом 6 поступает в гидроциклон 7. За счет гидродинамического воздействия на суспензию в песковом насосе 6 происходит дополнительная очистка породы от нефтепродуктов, что ранее отмечалось [7]

Водная фаза с незначительным количеством нефтепродуктов отводится из гидроциклонов 7 и направляется в колонну 4. Сгущенная суспензия из гидроциклонов 7 поступает в отстойник-разделитель 8, откуда осажденная твердая фаза отводится с помощью шнека 9. Длина транспортного участка шнека 9 обеспечивает отделение воды.

Водная фаза из отстойника-разделителя 8, содержащая незначительное количество нефтепродуктов, насосом 10 подается в напорную емкость 11, из которой происходит питание колонны 4 водой. Подпитка водой емкости 11 происходит в количестве, равном количеству воды, уходящей из установки с влажной породой.

П р и м е р 1. В качестве нефтеносной породы использовали загрязненный проливами мазута песок с содержанием нефтепродуктов 20-22% В качестве десорбирующей жидкости применяли отработанный керосин.

В результате обработки породы при частоте пульсаций в РПА 1-10 кГц и соотношениях нефтеносная порода:десорбирующая жидкость, равных 1:2, 1:3, 1:4, получен влажный песок (влажность 30%), содержащий 0,1; 0,05 и 0,02% нефтепродуктов соответственно. Производительность установки 30 кг/час по исходному твердому материалу, температура процесса 20^оС.

П р и м е р 2. В условиях примера 1 провели извлечение нефтепродуктов. В качестве десорбирующей жидкости использовали 1% водный раствор гидроксида натрия при соотношении твердая фаза: десорбирующая жидкость, равном 1:3. Подпитка по схеме разделительная колонна 4-сборник 5-приемный бункер 2 не проводилась. Получен очищенный песок с содержанием нефтепродуктов, равным 0,02% Поступившие в сборник 5 нефтепродукты могут быть направлены на дальнейшую переработку.

Как видно из приведенных примеров, предложенный способ обеспечивает высокую степень очистки нефтесодержащей породы от нефтепродуктов, позволяет использовать в качестве десорбирующей жидкости широкий спектр доступных и безопасных веществ, что при замкнутом водоснабжении делает способ более дешевым и экологически выгодным. Возможность создания мобильной установки непрерывного действия для реализации способа, отсутствие необходимости использования повышенных температур и давлений позволяет использовать предложенный способ в различных климатических условиях и при аварийных ситуациях разлива нефти.