Способ извлечения углеводородов и углеродсодержащего сырья диоксидом углерода

Изобретение относится к нефтехимической и углеперерабатывающей промышленности. Описан способ экстракции углеводородов из углеродсодержащего сырья, такого как угли, богхеды, горючие сланцы, нефтеносные песчаные породы, природные битумы, битуминозные породы, остаточные нефтепродукты, заключающийся в том, что указанное сырье приводят в контакт с диоксидом углерода, периодически меняя режимы сверхкритического и предкритического состояний СО2, благодаря чему процесс экстракции протекает при более низких давлениях в диапазоне 55-90 атм и температурах в диапазоне 20-40°С и характеризуется более высокой избирательностью по отношению к растворению углеводородов. Технический результат - возможность перерабатывания сырья с невысоким содержанием углеводородов и повышение эффективности комплексной переработки углеродсодержащего сырья. 2 табл., 1 ил.

 

Изобретение относится к способу переработки углеродсодержащего сырья, такого как угли, богхеды, горючие сланцы, нефтеносные песчаные породы, природные битумы, битуминозные породы, остаточные нефтепродукты, и может найти применение в нефтехимической и углеперерабатывающей промышленности.

Основным источником углеводородов в настоящее время является нефть. Наряду с этим есть и другое углеродсодержащее сырье с невысоким содержанием углеводородов, извлечение из которого фракции углеводородов приведет к более эффективному и комплексному его использованию. К такому виду сырья можно отнести угли, богхеды, горючие сланцы, нефтеносные песчаные породы, природные битумы, битуминозные породы и остаточные нефтепродукты.

Хорошо известен способ экстракции углеводородов с использованием органических растворителей, таких как хлороформ, гексан, бензол и др. [Руководство по анализу битумов и рассеянного органического вещества горных пород / Под ред. В.А.Успенского. Л.: Недра, 1966. 315 с]. Использование хлороформа, спирто-бензольных смесей приводит к достаточно полному извлечению углеводородов, однако наряду с ними экстрагируются смолы и асфальтены. Гексан в меньшей степени растворяет гетероорганические соединения. Однако высокая стоимость самих растворителей, их токсичность, затраты на их регенерацию обусловили использование данного метода в основном в геохимических исследованиях для извлечения битумоидов, а также в области нефтяной экологии.

Известен способ переработки битуминозных песков путем экстракции измельченного песка сжиженным углеводородным газом - пропанобутановой фракцией с добавлением полиизобутилена [Алиев Е.М., Багиров М.К., Рзаев А.Т., Асадуллаев И.Н., Рагиев Д.А. Способ переработки битуминозных песков. Патент СССР №1008236, бюл. №12, 1983]. Применение этой смеси обеспечивает полное растворение масляных (углеводородных) фракций и эфирных смол. Однако использование органических растворителей для процессов экстракции при повышенных давлениях или в условиях сверхкритики повышает риск взрывоопасности и пожароопасности.

Наиболее близким аналогом (прототипом) к предлагаемому изобретению является способ получения углеводородных фракций из углеродсодержащего сырья путем введения в контакт исходного сырья с водой при повышенных температурах 315-482°C и давлениях 211-1055 атм в присутствии дополнительно вводимого катализатора (прототип: [Джон Дэвид Макколам, Леонард Майкл Квик. Способ получения углеводородных фракций из углеродсодержащего сырья. Патент СССР, №1029830, бюл. №25 1983]). Следует отметить, что при достижении указанных давлений и температур вода переходит в сверхкритическое или находится в околокритическом состоянии и обладает высокой способностью растворять не только жидкие, но и твердые углеводороды. Высокие температуры экстракции сопровождаются процессами крекирования. Конечными продуктами экстракции являются масляная и битумная фракции. Использование катализаторов позволяет увеличить выход масляной фракции относительно битумной. При использовании в качестве исходного сырья угля, последний контактирует с водой, содержащей добавку органического растворителя. Добавление органического соединения позволяет расширить пределы растворимости углеводородов в плотной фазе. Органическое вещество также служит источником водорода в процессах гидрирования.

Использование в качестве растворителя диоксида углерода позволяет значительно снизить температуру и давление экстракционных процессов, т.к. сверхкритические параметры для CO2 составляют: tкрит 31,3°C и Pкрит 75,2 атм (в сравнении с водой: tкрит 374,2°C и Pкрит 221 атм), вследствие чего процессы крекинга практически отсутствуют. Кроме того, сверхкритический диоксид углерода обладает избирательной способностью экстрагировать углеводороды из углеродсодержащего сырья и лишь в незначительных количествах - смолы и асфальтены [Лифшиц С.Х., Чалая О.Н., Хлебный Е.С., Шеин А.А. Изучение возможности переноса компонентов нефти в среде сверхкритического флюида // Наука и образование, 2009, №2. С.13-15].

Техническим эффектом предлагаемого изобретения является извлечения углеводородов из углеродсодержащего сырья, такого как угли, богхеды, горючие сланцы, нефтеносные песчаные породы, природные битумы, битуминозные породы, остаточные нефтепродукты, диоксидом углерода, находящимся в сверхкритическом и предкритическом состоянии. Эффект достигается тем, что в указанных состояниях диоксид углерода обладает высокой избирательной способностью растворять именно углеводородные соединения, а не смолы и асфальтены, при этом он не горюч и не взрывоопасен. Использование сверхкритического CO2 в сравнении со сжатой водой позволяет снизить температуру и давление экстракционных процессов, предотвратить процессы крекинга углеводородов, ведущие к образованию смолистых компонентов. При переходе вещества в сверхкритическое состояние плотность его несколько падает. Поэтому способность к растворению максимальна у флюида, находящегося в предкритическом состоянии. Сверхкритический флюид характеризуется сверхтекучестью, что позволяет ему пронизывать мельчайшие поры и трещины твердого вещества. Комбинация условий сверхкритического и предкритического состояний повышает эффективность экстракции. Кроме того, в указанных условиях смолы и асфальтены в CO2 практически не растворяются, хотя содержание их в составе битумоидов углеродсодержащего сырья может составлять до 80% и выше. Таким образом, осуществляется высокая избирательность процессов свеохкритической экстракции (табл.1).

Таблица 1
Групповой состав битумоидов в зависимости от способа экстракции
№ п/п Способ экстракции Сырье Групповой состав, %
Углевод. Бенз. смолы Сп./бенз. смолы Асфальтены
1 Хлороформ. уголь 12,4 6,6 57,3 23,6
2 CO2-сверхкрт. уголь 80,3 4,3 13,9 1,5
3 Хлороформ. богхед 15,5 6,8 66,8 11,0
4 CO2-сверхкрт. богхед 80,7 4,4 14,8 0,2
5 Хлороформ. битумин. известняк 52,0 8,4 27,6 12,0
6 CO2-сверхкрт. битумин. известняк 97,9 0,2 1,3 0,7
7 Хлороформ. мазут 61,8 12,8 18,0 7,4
8 CO2-сверхкрт. мазут 75,7 8,5 15,1 0,6
Условные обозначения: углевод. - углеводороды, бенз. смолы - бензольные смолы, сп./бенз. смолы - спирто-бензольные смолы.

Из данных, приведенных в таблице, следует, что сверхкритический CO2 обладает способностью фракционировать углеводороды. Экстрагированная фракция углеводородов может применяться, например, в производстве масел. При этом вредные для товарных масел компоненты, такие как асфальтены, практически не переходят в экстракт. В экстракте также незначительно содержание смол, особенно спирто-бензольных, относящихся к полиароматическим гетероорганическим соединениям, которые рекомендуется удалять из состава масел. Предварительное извлечение углеводородов из углей, предназначенных для использования в энергетических целях, позволяет комплексно и рационально перерабатывать угольное сырье. Экстракция диоксидом углерода не приводит к дополнительному раскрошиванию и увлажнению угля, что важно для дальнейшей его переработки.

Сущность изобретения состоит в том, что раздробленное углеродсодержащее сырье помещают в экстрактор, через который пропускают поток СО2 в сверхкритическом и предкритическом состояниях. В экстракторе флюид обогащается углеводородами и, попадая далее в приемник, разгружается с выделением фазы растворенных углеводородов и фазы газообразного диоксида углерода. В конденсаторе газообразный диоксид углерода конденсируют до сверхкритического состояния и вновь направляют в экстрактор, вследствие чего реализуется проточный режим процесса экстракции.

Изобретение может быть реализовано следующим образом (на примере использования лабораторной установки для сверхкритической и предкритической экстракции диоксидом углерода).

Принципиальная схема установки представлена на чертеже.

Через вентиль высокого давления (8) установку соединяют с баллоном (1) со сжиженным диоксидом углерода, который после заполнения установки СО2 перекрывают. По металлическим трубкам СО2 попадает в экстрактор (2), куда предварительно загружают раздробленное углеродсодержащее сырье, и далее через систему металлических труб с вентилями в приемник (3). Приемник нагревают подогреваемой в термостате (4) водой, вследствие чего диоксид углерода испаряется. Газ поднимается вверх и попадает в конденсатор (5), снабженный змеевиком, по которому пропускается холодная водопроводная вода ((9) и (10) - вентили для подачи и слива воды соответственно). В результате охлаждения газообразный СО2 при давлении выше 73 атм конденсируется и переходит в сверхкритическое состояние, что визуально наблюдается в смотровом окошке (6). Минуя смотровое окошко, сверхкритический флюид опускается в экстрактор, где и осуществляется процесс сверхкритической экстракции. Далее флюид попадает в приемник, в результате нагрева которого диокид углерода испаряется. То есть флюид переходит в двухфазное состояние с образованием газообразного СО2 и выделением в приемнике экстрагируемых веществ. В системе поддерживается давление 85÷90 атм. Температура в экстракторе составляет 35-40°С. Экстракцию проводят в проточном режиме и в режиме настаивания. Для осуществления режима настаивания запорные вентили (11) и (12) перекрывают. При этом отключают нагрев приемника и охлаждение конденсатора.

Для более полной экстракции углеводородов процесс проводят в условиях сверхкритического и предкритического состояний CO2.

Предкритическое состояние CO2 достигается путем уменьшения нагрева приемника. Для этого снижают температуру термостата. В результате давление в системе начинает падать и в экстракторе устанавливаются следующие условия: температура 20-25°C и давление 55-60 атм.

Процесс экстракции ведут, периодически меняя режимы сверхкритического и предкритического состояний CO2, для чего то увеличивают, то уменьшают температуру термостата. В результате процесс экстракции углеводородов из углеродсодержащего сырья осуществляется в диапазоне температур от 20 до 40°C и давлений от 55 до 90 атм.

Наличие смесителя (7) позволяет вводить в экстрагируемое вещество такие добавки, как воду и другие растворители, которые могут влиять на эффективность и избирательность экстракции.

Известно, что полиароматические углеводороды нежелательны в составе масел, т.к. усиливают их коксуемость [Ахметов С.А., Ишмияров М.Х., Кауфман А.А. Технология переработки нефти, газа и твердых горючих ископаемых. СПб.: Недра, 2009. 827 с.]. Добавка воды в сверхкритический диоксид углерода в количествах 5-10% от веса сырья, как видно из таблицы 2, позволяет повысить селективность растворения в отношении ароматических углеводородов. Полиароматические углеводороды практически не попадают в экстракт.

Пример 1. В экстрактор загружают дробленое углеродсодержащее вещество из группы: уголь, богхед, битуминозная порода или песок, битум, и процесс ведут, например, каждые 8 часов меняя режимы сверхкритического и предкритического состояний CO2 (табл.2, п/п 1).

Пример 2. Процесс по п.1, отличающийся тем, что в экстрактор добавляют воду в количествах 5-10% от массы углеродсодержащего сырья (табл.2, п/п 2 и 3).

Пример 3. Процесс по п.1, отличающийся тем, что в экстрактор загружают высокомолекулярные фракции нефти, например мазут (табл.1, п/п 8).

Способ экстракции углеводородов из углеродсодержащего сырья, такого как угли, богхеды, горючие сланцы, нефтеносные песчаные породы, природные битумы, битуминозные породы, остаточные нефтепродукты, отличающийся тем, что указанное сырье приводят в контакт с диоксидом углерода, периодически меняя режимы сверхкритического и предкритического состояний СО2, благодаря чему процесс экстракции протекает при более низких давлениях в диапазоне 55-90 атм и температурах в диапазоне 20-40°С и характеризуется более высокой избирательностью по отношению к растворению углеводородов.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу получения тяжелой нефти, включающему смешивание материала, содержащего тяжелую нефть, с растворителем, включающим биодизель, для формирования смеси и разделение смеси на фазу растворителя, обогащенного тяжелой нефтью, и остаточную фазу песка.

Изобретение относится к области переработки угля путем его ожижения в органических растворителях. .

Изобретение относится к области получения жидких углехимических продуктов и может быть использовано при получении кислородсодержащих растворимых органических соединений из бурого угля.

Изобретение относится к способу получения жидких продуктов термическим сжижением углей, что может быть использовано в углехимии. .

Изобретение относится к установке и способу извлечения битума из пород, глины и добытого битуминозного песка. .
Изобретение относится к комплексной термохимической переработке углеродсодержащего сырья, например угля и горючих сланцев, с получением жидких углеводородных продуктов различного состава, использующихся в качестве различных топлив (сырье для гидрогенизации, беззольные высококипящие экстракты для сжигания и т.д.), а также для получения продукции для других целей, например битума для дорожного строительства, сырья для электродного кокса.

Изобретение относится к вариантам способа гидроэкстракции керогена в сверхкритических условиях и к устройству для его осуществления. .
Изобретение относится к области переработки горючих ископаемых для получения продуктов переработки нетопливного использования - битума, горного воска, безбалластных гуминовых препаратов, гуминовых кислот, и может быть использовано в угольной и химической промышленности.

Изобретение относится к способу получения высококачественного кокса замедленным коксованием. .
Изобретение относится к области добычи полезных ископаемых, а именно к способам получения углеводородов из содержащего их песка

Изобретение относится к устройству ля извлечения нефти из песка

Изобретение относится к способу удаления тяжелых углеводородов из потока растворителя, включающему: а) подачу первой партии смеси, содержащей тяжелые углеводороды, растворенные по меньшей мере в одном растворителе; б) экстракцию первой партии смеси путем промывки легкими углеводородами; в) промывку первой партии смеси с помощью первой промывки водой. При этом в результате промывки легкими углеводородами и первой промывки водой получают поток растворителя, обедненного тяжелыми углеводородами, и поток тяжелых углеводородов, растворенных в легких углеводородах. Далее следуют стадии г) удаления потока растворителя, обедненного тяжелыми углеводородами, д) промывки потока тяжелых углеводородов, растворенных в легких углеводородах, с помощью второй промывки водой, е) удаления воды после второй промывки и ж) выделения выходящего потока, содержащего тяжелые углеводороды, растворенные в легких углеводородах, причем поток растворителя включает замкнутый поток растворителя. Также изобретение относится к двум вариантам устройства. Использование настоящего изобретения позволяет сделать процесс переработки более эффективным, а также получать тяжелые углеводороды в форме, применимой для дальнейшей переработки. 3 н. и 11 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к вариантам способа переработки угля и/или углеродсодержащих отходов в жидкое топливо, заключающийся в том, что в реактор для электроимпульсного измельчения подают уголь и/или углеродсодержащие отходы, органический растворитель при соотношении уголь и/или углеродсодержащие отходы : органический растворитель 1:2 и воду не менее 5 мас.% от угля и/или углеродсодержащих отходов, воздействуют на находящиеся в реакторе для электроимпульсного измельчения уголь и/или углеродсодержащие отходы, органический растворитель и воду электрическим высоковольтным разрядом, измельчают уголь и/или углеродсодержащие отходы в среде органического растворителя и воды, получая водоугольную органическую смесь, подают ее в реактор для электроимпульсного измельчения, повторно измельчают уголь и/или углеродсодержащие отходы в водоугольной органической смеси и выделяют ожиженное топливо из смеси с повторно измельченным углем или углеродсодержащими отходами, при этом водоугольную органическую смесь пропускают через приеморазделительный блок и золоотделитель. Используют различные виды электрического высоковольтного разряда: электрический высоковольтный разряд высокой частоты, электрический высоковольтный разряд прямоугольной формы, электрический высоковольтный разряд постоянного напряжения, электрический высоковольтный биполярный разряд, электрический высоковольтный биполярный разряд прямоугольной формы. В нескольких вариантах осуществления способа проводится дополнительно их гидродинамическая обработка. Технический результат - получение более высокой степени конверсии угля и/или углеродсодержащих отходов. 7 н.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к способу извлечения углеводородов, содержащихся в нефтеносных песках. Способ включает подачу нефтеносных песков в устройство для нагревания и нагревание нефтеносных песков в устройстве для нагревания, где устройство для нагревания представляет собой экстракционную колонну, где нагревание обеспечивают посредством соответствующей текучей среды-переносчика, нагретой от солнечной энергии, собранной посредством оптических концентрирующих систем, образуя нагретую текучую среду-переносчик, которая действует как горячая экстрагирующая текучая среда. Причем указанная экстрагирующая текучая среда находится в сверхкритической фазе, и извлечение можно осуществлять путем модификации условий по температуре и давлению для достижения докритических условий. Способ позволяет сэкономить энергию от ископаемых источников и снизить вредное воздействие на окружающую среду. 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к системам извлечения битума из нефтеносных песков. Система для экстрагирования битума из нефтеносных песков содержит: экстракторный бак, имеющий верхний край и нижний край, при этом экстракторный бак включает в себя реакционную камеру; входное отверстие, расположенное у верхнего края экстракторного бака для введения нефтеносного песка в реакционную камеру, при этом нефтеносный песок содержит битум и песок; множество форсуночных входов, расположенных в заранее определенных местоположениях вокруг нижнего края экстракторного бака; источник жидкого экстрагента, при этом жидкий экстрагент содержит жидкий гидрофобный компонент и жидкий гидрофильный компонент, которые объединяются с образованием композиции, при этом жидкий гидрофильный компонент выбирают из группы, включающей спирты, сложные эфиры и кетоны; насос для создания давления и перемещения жидкого экстрагента от его источника через множество форсуночных входов для инжекции в реакционную камеру с целью суспендирования нефтеносного песка в виде псевдоожиженного слоя в реакционной камере, где реакция нефтеносного песка с экстрагентом выделяет экстракт из песка, и экстракт включает в себя экстрагент и битум; выпускное отверстие, расположенное у нижнего края экстракторного бака для удаления песка из реакционной камеры; средство сепарации, соединенное с нижним выпускным отверстием экстракторного бака, для приема песка из экстракторного бака и удаления остаточного экстрагента из песка; испаритель для приема экстракта из реакционной камеры и для испарения экстрагента из экстракта; и дистилляционную колонну, соединенную с испарителем, для отделения пара экстрагента от битума. Заявлена также система для создания псевдоожиженного слоя для отделения битума от нефтеносного песка. Технический результат - создание простых в применении и рентабельных систем для осуществления экстракции битума из нефтеносных песков. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к извлечению нефти из твердой материнской породы. Способ извлечения нефти из твердой материнской породы включает: измельчение указанной породы с получением частиц размером не более 5 мм, денсиметрическое разделение указанных частиц, включающее: смешивание их частиц с водой и по меньшей мере одним дефлокулянтом с получением первой смеси твердое вещество-жидкость, разделение ее с получением надосадочной жидкости, обогащенной нефтью, и осажденного остатка, обедненного нефтью, экстракцию надосадочной жидкости смешиванием ее по меньшей мере с одним органическим растворителем с температурой кипения не выше 160°C при температуре 5- 40°C и при атмосферном давлении 0,1 МПа (1 атм) с получением второй смеси твердое вещество-жидкость, разделение ее с получением жидкой фазы, содержащей указанную нефть и указанный органический растворитель, и твердой фазы, содержащей остаток указанной породы, извлечение указанного растворителя из указанной жидкой фазы. Изобретение развито в зависимых пунктах формулы. Технический результат - повышение эффективности извлечения. 16 з.п. ф-лы, 4 ил., 6 табл., 7 пр.
Изобретение относится к выделению углеводородов из содержащего их грунта, может быть использовано для добычи нефтяных углеводородов из нефтесодержащих пород, а также для отмывки загрязненного углеводородами грунта. Способ получения углеводородов из содержащего их грунта включает перемешивание грунта с жидким экстрагентом углеводородов с образованием суспензии, содержащей экстрагент, извлеченные из грунта углеводороды и частицы грунта, разделение указанной суспензии на органическую фазу, включающую углеводороды, жидкую фазу, включающую экстрагент, и твердую фазу, включающую частицы грунта, путем гравитационного отстоя, а также отбор органической фазы в качестве целевого продукта. В качестве жидкого экстрагента используют водный раствор сульфата натрия с концентрацией от 0,5% до 20,0 мас. % в количестве не менее 1 м3 на 1 м3 грунта. Технический результат - упрощение способа получения углеводородов из содержащего их грунта с обеспечением практически полного фазового разделения суспензии, полученной после обработки грунта жидким экстрагентом. При этом отделенные твердая фаза и жидкая фаза, содержащая экстрагент, практически не содержат углеводородов. 3 з.п. ф-лы, 5 пр.

Изобретение относится к экстракции легких фракций нефти и/или топлива из природного битума из нефтеносного сланца и/или нефтеносных песков. В способе природный битум экстрагируют путем водной сепарации из нефтеносного сланца и/или нефтеносных песков при образовании твердого остатка, летучие углеводороды отгоняют из природного битума перегонкой, при этом остается нерастворимый нефтяной кокс, включающий до 10% серы, газообразные углеводороды от перегонки разделяют путем фракционной конденсации на легкие фракции нефти, сырую нефть и различные топлива. Способ отличается тем, что твердые остатки из водной сепарации и/или нефтяной кокс используют термически, при этом их превращают путем субстехиометрического окисления кислородсодержащим газом (26) в противоточном газификаторе (19), взаимодействующим с подвижным слоем сыпучего материала (21), при добавлении щелочных веществ при температурах <1800°C в газообразные продукты расщепления с низким содержанием серы, эти продукты расщепления затем преобразуются путем субстехиометрического окисления в физическое тепло, которое применяют для генерирования нагретой водной технологической среды для физического измельчения нефтеносных песков и/или нефтеносного сланца (А) и/или для отделения природного битума из массива горных пород и/или в качестве технологического тепла для тепловой разбивки природного битума, и путем добавления щелочных веществ при восстановительных условиях, газообразные серосодержащие соединения, появляющиеся в противоточном газификаторе (19), преобразуются при температурах выше 400°C из ингредиентов углерод- и серосодержащих остатков путем химической реакции с щелочными веществами в твердые серосодержащие соединения, и эти твердые серосодержащие соединения, по меньшей мере, частично обрабатывают с газообразными продуктами реакции и удаляют из газовой фазы посредством отделения мелкозернистых материалов при температурах выше 300°C. Технический результат - улучшение энергетического баланса, преодоление угрозы окружающей среде. 12 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к способу конверсии сланцевого масла или смеси сланцевых масел, имеющих содержание азота по меньшей мере 0.1 мас. %, содержащему следующие стадии: a) сырье подвергается удалению загрязнений с получением остатка и масла, очищенного от загрязнений, b) масло, очищенное от загрязнений, вводится в часть для гироконверсии в присутствии водорода, причем указанная часть содержит по меньшей мере один реактор с кипящим слоем, работающий в режиме газообразного и жидкого восходящего потока и содержащий по меньшей мере один катализатор гидроконверсии на подложке, c) выходящий поток, полученный на стадии b), вводится по меньшей мере частично в зону фракционирования, из которой, посредством атмосферной дистилляции, выходят газообразная фракция, фракция лигроина, фракция газойля и фракция, более тяжелая, чем газойль, d) указанная фракция лигроина обрабатывается по меньшей мере частично в другой части для гидрообработки в присутствии водорода, причем указанная часть содержит по меньшей мере один реактор с фиксированным слоем, содержащий по меньшей мере один катализатор гидрообработки, и e) указанная фракция газойля обрабатывается по меньшей мере частично в части для гидрообработки в присутствии водорода, причем указанная часть содержит по меньшей мере один реактор с фиксированным слоем, содержащий по меньшей мере один катализатор гидрообработки. Изобретение также относится к установке для обработки сланцевого масла вышеуказанным способом. Изобретение способствует максимизации выхода топливной базы. 2 н. и 23 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 табл., 1 пр.
Наверх