Способ экстракции и восстановления битума из битумной пены и применяемый для этого способ противоточной декантации

 

Использование: нефтепереработка. Сущность: проводят способ экстракции битума из отходов обработки битумной пены, полученной из битуминозных песков. В соответствии с этим способом производят экстракцию битумной пены из битуминозных песков с использованием водного процесса, для осуществления которого не требуется применение каустической соды. Для удаления осажденных асфальтенов, воды и твердых веществ из битумной пены производят обработку битумной пены парафиновым растворителем в контуре противоточной декантации. Получают разведенный битумный продукт, который имеет конечное содержание воды и твердых веществ ориентировочно от 0,01 до 1 вес.%. Это позволяет непосредственно подавать указанный разведенный битумный продукт на гидрокрекинг. Преимуществом предложенного способа является то, что он позволяет избежать образования отходов шлама за счет диспергирования глины. Описывается также способ биообработки отходов обработки битумной пены, позволяющий снизить объем отходов и побочных продуктов. 2 с. и 34 з.п. ф-лы, 4 табл., 1 ил.

Изобретение имеет отношение к созданию способа экстракции, а в частности способа противоточной декантации (CCD), применяемого для экстракции битума из битумной пены, получаемой из битуминозных песков, с использованием водного процесса в сочетании с биообработкой получаемых отходов обработки битумной пены (далее в описании - "хвосты битумной пены").

Во всем мире значительные нефтяные резервы локализованы в виде битуминозных песков. Например, расположенные в северо-восточной Канаде в провинции Alberta залежи битуминозных песков Athabasca являются самыми крупными из четырех основных месторождений этой провинции и содержат резервы нефти, которые превышают 150 биллионов баррелей, на общей территории 32000 квадратных километров. Другие запасы таких битуминозных песков имеются в Треугольнике Битуминозных Песков, который представляет собой зону треугольной формы между реками Dirty Devil River и Colorado River в юго-восточном штате Utah. Залежи резервов нефти в Треугольнике Битуминозных Песков превышают 12-16 биллионов баррелей, на общей территории около 518 квадратных километров. Однако к сожалению нефть в этих залежах присутствует в виде битума, который сильно перемешан с песком, водой и песчанистым алевритом (песчаным илом), что сильно осложняет проблему извлечения нефти и снижает эффективность этого процесса.

Уже были предложены различные способы выделения битума из битуминозных песков в виде единственного компонента. В соответствии с одним из таких способов, отделенный от песка битум подвергают коксованию для получения коксовой фракции, которая позднее может быть подвергнута очистке в соответствии с обычной практикой рафинирования.

В соответствии с альтернативным вариантом необработанные битуминозные пески обрабатывают в автоклаве с подвижным или псевдоожиженным слоем для получения коксовой фракции, из которой выжигают покрывающий песок кокс (нагар) для получения технологической теплоты.

Однако недостатком известных способов является то, что в ходе коксования происходит крекинг коксовой фракции. Несмотря на то, что указанный крекинг может быть желателен для повышения экономичности, обычно он сопровождается некоторым ухудшением качества коксовой фракции.

В патенте США N2871180 уже была сделана попытка преодоления этого недостатка. В указанном патенте описан способ отделения сырой нефти от битуминозных песков в обогащенном гудронированной нефтью слое и в обогащенном асфальтеном слое, который позволяет получать водную суспензию (пульпу) песка в вертикальной зоне экстракции. После этого парафиновый углеводород с низким молекулярным весом (пропан) вводят в зону экстракции, на уровне ниже точки введения водной суспензии битуминозного песка.

Парафиновый углеводород с низким молекулярным весом главным образом течет вверх через зону экстракции, в то время как более тяжелая водная суспензия битуминозного песка течет вниз. За счет указанных имеющих противоположное направление потоков формируются фаза дегудронированной нефти и растворителя (то есть фаза продукта), а также фаза асфальтенов, растворенная в меньшем количестве растворителя, водная фаза и главным образом не содержащая нефти песчаная фаза, причем указанные фазы имеют увеличивающийся удельный вес в приведенном порядке следования. Затем полученные фазы подвергают дальнейшей обработке. Однако указанный процесс имеет множество экономических недостатков, которые ограничивают возможность его использования в промышленных масштабах.

Для восстановления битума из песка и других материалов, с которыми он связан, обычно используют процесс экстракции с горячей водой, который позволяет устранить некоторые из недостатков перечисленных здесь ранее способов. После восстановления битума его подвергают обработке для получения из него нефтяных продуктов. Один из примеров такого процесса описан в патенте США N5626743.

В соответствии с указанным патентом проводят процесс водной экстракции, в котором сначала осуществляют кондиционирование (приведение к требуемым характеристикам) битуминозных песков в больших баках для кондиционирования или в опрокидывающихся барабанах, с добавкой каустической соды (NaOH) и воды при температуре около 85^oС. В указанных барабанах предусмотрены средства для введения пара и приложения физического воздействия для интенсивного перемешивания полученной суспензии, что заставляет битум отделяться и аэрироваться с образованием битумной пены.

Суспензию из барабанов затем пропускают через сито (просеивают) для отделения крупных остатков и пропускают через разделительную ячейку, в которой она отстаивается для разделения. При отстаивании суспензии битумная пена всплывает на поверхность, а частицы песка и осадок падают на дно. Отметим, что слой шлама средней вязкости, который содержит диспергированные частицы глины и некоторое количество захваченного битума, не может подняться на поверхность по причине своей высокой вязкости. После отстаивания суспензии пену снимают для дальнейшей обработки, а слой осадка отправляют в пруд-хвостохранилище. Слой шлама средней вязкости часто отправляют на ступень вторичной флотации для дополнительного восстановления битумной пены.

В патенте США N5626743 раскрыт модифицированный способ горячей водной экстракции с применением так называемой системы гидротранспортирования. В этой системе битуминозные пески перемешивают с водой и каустической содой у местоположения рудника и полученную суспензию по большой трубе транспортируют к установке для экстракции. В ходе гидротранспортирования битуминозные пески кондиционируются (доводятся до кондиции) и битум аэрируется с образованием пены. Такая система заменяет ручную или механическую транспортировку битуминозных песков и позволяет в результате исключить применение опрокидывающихся барабанов. Полученная при протекании любого из указанных процессов битумная пена содержит битум, твердые вещества и захваченную воду. Содержащиеся в пене твердые вещества имеют вид глины, ила и некоторого количества песка. Пена содержит около 60% по весу битума, который сам содержит ориентировочно от 10 до 20% по весу асфальтенов, около 30% по весу воды и около 10% по весу твердых веществ. Пену из разделительной ячейки пропускают в резервуар деаэрации и устранения пены, в котором пена нагревается и разрывается с выходом воздуха. Обычно после этого добавляют нафту для сольвации битума, в результате чего плотность битума снижается и облегчается разделение битума от воды и твердых веществ при последующей обработке в центрифуге. Полученный после обработки в центрифуге битум обычно содержит около 5 вес.% воды и твердых веществ и может быть направлен на очистку для повышения качества (обогащения) и последующего гидрокрекинга. Воду и твердые вещества, которые отделяют в ходе обработки в центрифуге, спускают в пруд-хвостохранилище.

Собственная природа битума делает указанный процесс сложным для осуществления, так как битум является комплексной смесью различных органических соединений и содержит около 44 вес.% светлых масел, около 22 вес.% смол, около 17 вес.% темной нефти и около 17 вес.% асфальтена (смотри публикацию Bowman, C.W. "Molecular and Interfacial Properties of Athabasca Tar Sands". (Proceedings of the 7th World Petroleum Congress. Vol. 3 Elsevier Publishing Co. 1967).

При обработке битума с использованием обычного процесса растворения в нафте и экстракции в центрифуге возникают существенные проблемы, для чего существуют две причины. Прежде всего, растворенный в нафте битумный продукт может содержать до 5 вес.% воды и твердых веществ. Во-вторых, растворение в нафте приводит к сольватированию не только битума, но и нежелательных и загрязненных асфальтенов, которые содержатся в битумной пене. Так как для проведения гидрокрекинга требуется однородный исходный материал с весьма малым содержанием твердых веществ и воды, то растворенный в нафте битумный продукт не может быть непосредственно подан на гидрокрекинг. Для использования разбавленного нафтой битумного продукта его прежде всего следует превратить в кокс для удаления нафтового растворителя и вывода асфальтенов и твердых веществ. К сожалению повышение качества кокса требует огромных капиталовложений и приводит также к потерям 10-15% битума, первоначально имеющегося для гидрокрекинга.

Одним из путей, позволяющих решить проблемы, возникающие при растворении битума в нафте, является использование другого растворителя, такого как парафиновый углеводород. Однако использование парафинового (углеводородного) растворителя приводит к осаждению части асфальтенов из разведенного битума. Поэтому при подводе разбавленного парафинами битума в систему с центрифугой осаждение асфальтена может приводить к закупорке (засору) центрифуги, что повышает расходы по эксплуатации, так как связано с необходимостью останова системы и проведения чистки загрязненной центрифуги. Повышенная стоимость эксплуатации центрифуги снижает производительность и экономические показатели системы. Более того, системы с центрифугами имеют высокую собственную стоимость и высокую стоимость эксплуатации, даже при их нормальной работе.

Полученные при обычном процессе экстракции хвосты создают дополнительные проблемы. Эти хвосты в шламовых прудах-хвостохранилищах главным образом содержат глину, мелкий песок, воду и немного битума. В течение первых лет нахождения в пруду имеет место некоторое осаждение в нижнем слое, в результате чего выделяется некоторое количество захваченной воды. Полученная вода может быть использована повторно в процессе водной обработки битуминозных песков. Однако основная часть хвостов остается в виде шлама неопределенно долгое время. Этот шлам содержит некоторое количество битума и имеет высокий процент твердых веществ, главным образом в виде взвешенных ила и глины.

Пруды-хвостохранилища дорого рыть и эксплуатировать, причем размер таких прудов и их состояние с наличием каустической соды могу создавать серьезные проблемы для окружающей среды. Кроме того, серьезные проблемы создает необходимость использования большого количества воды для проведения экстракции битума, которая остается замкнутой в прудах-хвостохранилищах (исключается из обращения).

Известно, что в ходе первоначального кондиционирования битуминозных песков при помощи каустической соды образуется шлам, так как каустическая сода воздействует на частицы глины. Каустическая сода вызывает разбухание глин, таких как монтмориллонитные глины, и их диспергирование с образованием пластинок, которые удерживаются в суспензии и образуют похожий на гель шлам (пульпу). Так как такой шлам препятствует флотации битумной пены в процессе экстракции, то нижние градации битуминозных песков, которые содержат большие количества разбухающих глин, не могут быть удовлетворительно обработаны с использованием обычного водного процесса с использованием каустической соды.

Следовательно, существует необходимость в создании процесса экстракции, для осуществления которого при кондиционировании битуминозных песков не требуется использование каустической соды, за счет чего снижено образование шлама и поэтому повышено содержание имеющейся для повторного использования воды, что, в свою очередь, уменьшает объем хвостов, которые должны храниться в прудах-хвостохранилищах. Кроме того, крайне желательно также исключить необходимость использования растворителей на основе нафты для экстракции битума, чтобы избежать необходимости повышения качества кокса битумного продукта до проведения гидрокрекинга. Крайне желательно также исключить необходимость использования центрифуг для обработки разведенного парафином битума и снизить тенденцию засора центрифуг асфальтенами. Указанное может быть достигнуто за счет применения менее дорогостоящего способа эффективной обработки разведенного битума, содержащего осажденные асфальтены, что одновременно позволяет поддерживать высокую производительность при низких эксплуатационных расходах, что в результате повышает экономичность процесса. Наконец, желательно создать способ обработки хвостов битумной пены из процесса экстракции битуминозных песков с получением из них. полезного продукта.

Следует иметь в виду, что в соответствии с патентами США N4120777 и N5626743 уже были предложены процессы с использованием альтернативных реагентов кондиционирования, отличающихся от каустической соды. В соответствии с первым из указанных патентов предложено использовать вместо каустической соды растворимые бикарбонаты металлов, в то время как в соответствии со вторым из указанных патентов предложено использовать смеси бикарбонатов натрия и калия в присутствии источников ионов кальция и магния. Задачей обоих указанных патентов является исключение использования каустической соды в процессе кондиционирования битуминозных песков горячей водой, для того, чтобы снизить дисперсию глины и последующее образование шлама.

В соответствии с патентом США N4349633 исключено использование реагентов кондиционирования в процессе кондиционирования битуминозных песков и вместо этого предложено использовать суспензию синтезирующих оксидазу метаболизирующих углеводород микроорганизмов для облегчения разделения или освобождения битума от песка, глины и воды в битуминозных песках. Недостатком указанного патента является конверсия и потребление части углеводорода с высоким молекулярным весом.

Однако такие процессы не получили промышленного внедрения по той причине, что они существенно повышают стоимость экстракции битума из битуминозных песков, а также по причине высокой стоимости использованных реагентов. Более того, такие процессы часто приводят к снижению скоростей кондиционирования битуминозных песков и снижают объем выпуска продукции. Наконец, несмотря на то, что такие процессы позволяют избежать образования шлама и связанных с ним проблем, ни в одном из предложенных процессов не решена проблема необходимости повышения качества кокса разбавленного нафтой битума или дополнительная проблема засора центрифуг при использовании разбавленного парафином битума. Кроме того, ни в одном из предложенных процессов не решена проблема биохимической обработки хвостов битумной пены.

На приложенном чертеже приведена блок-схема нового способа в соответствии с настоящим изобретением.

В соответствии с настоящим изобретением предлагается уникальный эффективный новый способ экстракции битума из битумной пены, полученной из битуминозных песков. В соответствии с этим способом прежде всего производят экстракцию битумной пены из битуминозных песков с использованием теплой воды. Затем производят обработку битумной пены в контуре декантации в противотоке с использованием парафинового (предельного) углеводорода в качестве растворителя для удаления осажденных асфальтенов, воды и твердых веществ из битумной пены с получением разведенного битумного продукта. Полученные при экстракции битумной пены осажденные асфальтены, вода и твердые вещества затем подвергают биохимической обработке для снижения количества отходов и для получения в качестве продукта биораствора, который может быть использован в исходном процессе кондиционирования битуминозных песков, а также при разработке залежей битуминозных песков.

Удивительным образом настоящее изобретение позволяет получать готовый разведенный битумный продукт, который имеет содержание твердых веществ и воды главным образом менее 5% и в основном ориентировочно от 0,01 до 1,00% по весу, и который может быть непосредственно подан на гидрокрекинг. Для получения указанного продукта применяют усовершенствованный способ, отличающийся от обычного способа разбавления битума нафтой с исключением дорогостоящей операции повышения качества кокса, которую необходимо было проводить перед гидрокрекингом битума.

В соответствии с настоящим изобретением предлагается также альтернативный способ экстракции битума, позволяющий исключить засор центрифуг, который происходит при обработке разведенного парафином битума. В соответствии с настоящим изобретением преимущественно не требуется использование каустической соды для проведения кондиционирования битуминозных песков, что позволяет избежать диспергирования глины и сопутствующего формирования шлама. Более того, при обработке битуминозных песков могут быть использованы температуры намного ниже обычно используемой для обработки битуминозных песков температуры 85^oС. Обычно операцию кондиционирования битуминозных песков в соответствии с настоящим изобретением проводят в диапазоне температур ориентировочно от 25^oС до 55^oС, а преимущественно при температуре около 35^oС. Снижение температуры кондиционирования битуминозных песков в соответствии с настоящим изобретением приводит к снижению энергозатрат и повышает экономичность процесса.

Настоящее изобретение направлено на создание способа, в котором хвосты битумной пены, полученные из контура декантации в противотоке (CCD), подвергают биохимической обработке с использованием смешанной бактериальной культуры, имеющейся в битуминозных песках или полученной из неприродного источника. Использование операции биообработки не только приводит к снижению объема отходов за счет расхода асфальтенов, но и позволяет получать биораствор, который может быть использован в исходном процессе кондиционирования битуминозных песков, а также при разработке залежей битуминозных песков и при добыче битума и нефти из нефтяных пластов.

В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения, предлагается способ экстракции битума из битумной пены, полученной из процесса кондиционирования битуминозных песков с использованием воды и без использования каустической соды.

Предложенный способ включает в себя следующие операции: a) обработка концентрата битумной пены углеводородным растворителем в системе декантации в противотоке с получением битумного продукта с существенно сниженным содержанием воды, твердых веществ и осажденных асфальтенов, а также хвостов битумной пены или остатка, которые содержат, изолированно или в хорошо перемешанном состоянии, остаточный битум, растворитель, воду, твердые вещества и осажденные асфальтены; b) проведение первой операции гравитационного разделения хвостов битумной пены, которые содержат сильно разведенный битум, растворитель, воду, твердые вещества и осажденные асфальтены с получением фазы разведенного битума, перемешанной фазы разведенного битума, осажденных асфальтенов и воды, а также фазы воды и твердых веществ; c) рециркуляция указанной фазы разведенного битума, полученной в результате первой операции гравитационного разделения, в систему декантации в противотоке; d) биохимическая обработка фазы растворителя, осажденных асфальтенов и воды, полученной в результате проведения операции b), путем выделения из нее смешанной бактериальной культуры и инокуляции этой бактериальной культуры питательной средой, способствующей росту бактериальной культуры, причем часть указанной фазы растворителя, осажденных асфальтенов и воды образуют инокулят; e) инкубация указанного инокулята с постоянным перемешиванием в изотермической среде в течение времени, достаточного для получения смеси твердых веществ с жидкостью, заключающей в себе фазу биораствора, содержащую биологические поверхностно-активные вещества, растворитель и воду, и содержащей фазу твердых веществ, которая включает в себя пониженное количество осажденных асфальтенов и биомассу; f) разделение указанной смеси твердых веществ с жидкостью, полученной при проведении операции е), с получением отдельного продукта в виде биораствора и хвостов твердого остатка; g) использование части указанного продукта в виде биораствора для проведения исходного кондиционирования битуминозных песков; h) использование части указанного продукта в виде биораствора для проведения разделения асфальтенов; i) использование части указанного продукта в виде биораствора при разработке залежей битуминозных песков за счет прямой накачки биораствора в месторождение битуминозных песков; и
j) фильтрация указанной фазы воды и твердых веществ, полученной при проведении операции b), с получением отфильтрованных твердых веществ, которые удаляют в отходы в виде хвостов, и фильтрата воды, который рециркулирует в процесс обработки битуминозных песков.

В соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения предлагается способ экстракции битума из битумной пены, полученной из процесса водного кондиционирования битуминозных песков, в системе декантации в противотоке, который проводят с использованием парафинового углеводорода в качестве растворителя для разбавления битума, из которого в основном удаляют воду, твердые вещества и осажденные асфальтены.

В соответствии с дополнительным аспектом настоящего изобретения предлагается способ экстракции битума из битумной пены, полученной из процесса водного кондиционирования битуминозных песков, с использованием такого парафинового углеводородного растворителя в системе декантации в противотоке (CCD), который имеет в цепи от 4 до 8 атомов углерода.

В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения предлагается способ экстракции битума из битумной пены, полученной из содержащих воду битуминозных песков, с использованием такого растворителя, большую часть которого составляет парафиновый углеводород, хорошо перемешанный с меньшей частью такого ароматического растворителя, как циклогексан. Количество ароматического растворителя может достигать ориентировочно до 30 вес. %.

В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения предлагается способ экстракции битума из битумной пены, полученной из водного процесса кондиционирования битуминозных песков, с использованием такого парафинового углеводородного растворителя в системе декантации в противотоке, который содержит смесь пентана и гексана.

В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения предлагается способ экстракции битума из битумной пены, полученной из водного процесса кондиционирования битуминозных песков, с использованием такого парафинового углеводородного растворителя в системе декантации в противотоке, который содержит смесь ориентировочно 50 вес.% пентана и 50 вес.% гексана.

В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения предлагается способ биохимической обработки хвостов битумной пены, полученных при экстракции битума из битумной пены за счет CCD, при котором смешанная бактериальная культура, исходно присутствующая в хвостах битумной пены, дополнительно культивируется при помощи питательного вещества для получения популяции микроорганизмов, полезной для разложения асфальтенов и для сопутствующего получения биораствора, предназначенного для использования при исходном кондиционировании битуминозных песков и при разработке залежей битуминозных песков.

Так как в соответствии с настоящим изобретением не требуется использование каустической соды в процессе исходного кондиционирования битуминозных песков и применяют контур CCD вместо центрифугирования для восстановления битума из концентрата пены, то битум эффективно экстрагируется из битуминозных песков без получения шлама с диспергированной глиной и без необходимости использования центрифуг, которые подвержены засору осажденными асфальтенами после разбавления. Так как в соответствии с настоящим изобретением используют парафиновый углеводород в качестве растворителя для битума, то получают исключительно чистый разведенный битумный продукт, который содержит ориентировочно от 0,01 до 1,0 вес.% воды и твердых веществ и может быть непосредственно подан на гидрокрекинг, что позволяет исключить необходимость проведения перед гидрокрекингом повышения качества битума при помощи обычного процесса коксования. Так как в соответствии с настоящим изобретением используют ряд стадий гравитационного разделения с последующими несколькими операциями рециркуляции материала в сочетании с процессом биообработки отходов с осажденными асфальтенами, то получают более эффективный и приемлемый для окружающей среды способ обработки битуминозных песков.

Указанные ранее и другие характеристики и преимущества настоящего изобретения будут более ясны из последующего детального описания, не имеющего ограничительного характера и приведенного со ссылкой на сопроводительный чертеж и примеры осуществления изобретения.

На чертеже показана блок-схема способа в соответствии с настоящим изобретением.

Основной задачей настоящего изобретения является получение разбавленного парафином битумного продукта, полученного с использованием системы декантации в противотоке, в котором содержание воды и твердых веществ составляет менее 5 вес.% и главным образом от 0,01 до 1,0 вес.%. Таким образом, разведенный битумный продукт может быть непосредственно подан на гидрокрекинг без промежуточного повышения качества битума (обогащения). Как уже было упомянуто здесь ранее, задачей настоящего изобретения является экстракция битума из битумной пены, полученной из водного процесса кондиционирования битуминозных песков, в котором не требуется использование каустической соды, применяемой в соответствии с известными ранее техническими решениями. Настоящее изобретение позволяет существенно снизить количество хвостовых отходов, если не исключить их полностью, а именно хвостов в виде дипергированной глины. В-третьих, использование ряда стадий гравитационного разделения, в сочетании с новым процессом биообработки и с последующими несколькими операциями рециркуляции материала, для обработки отходов с осажденными асфальтенами, позволяет существенно снизить объем получаемых отходов по сравнению с обычными процессами обработки битуминозных песков и получить полезный продукт в виде биораствора, который может быть использован в исходном процессе кондиционирования битуминозных песков и при разработке залежей битуминозных песков. Однако следует иметь в виду, что настоящее изобретение может быть использовано также для экстракция битума и для обработки хвостов битумной пены, полученных при помощи любого известного способа обработки битумной пены.

В последующем описании настоящего изобретения применен термин "парафиновый углеводород", который означает легкий парафиновый углеводород, используемый для экстракция битума из битумной пены.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения, легкий парафиновый углеводород, используемый в процессе декантации в противотоке, имеет цепь, которая содержит от 4 до 8 атомов углерода. В соответствии с альтернативным вариантом используемый в процессе декантации в противотоке растворитель имеет большую пропорцию парафинового растворителя, хорошо перемешанного с меньшей пропорцией ароматического растворителя, например циклогексана. В соответствии с предпочтительным вариантом, как уже было упомянуто здесь ранее, легкий парафиновый углеводород, используемый в процессе декантации в противотоке, содержит смесь пентана и гексана, а преимущественно смесь 50 вес.% пентана и 50 вес.% гексана.

Обратимся теперь к рассмотрению чертежа, на котором показана блок-схема способа в соответствии с настоящим изобретением. Необработанные битуминозные пески из залежей битуминозных песков поступают по трубопроводу 2 на смеситель 3 для кондиционирования битуминозных песков, в котором необработанные битуминозные пески перемешиваются с технологической водой, поступающей на смеситель по трубопроводу 1, а также с водой рециркуляции 4. Перемешивание протекает при температуре ориентировочно между 25 и 55^oС, а преимущественно при температуре около 35^oС. Пониженная температура кондиционирования по сравнению с обычной температурой кондиционирования, составляющей около 85^oС, приводит к снижению потерь энергии и повышению экономичности процесса. Более того, так как для проведения кондиционирования битуминозных песков в смесителе 3 не требуется применения каустической соды, то это позволяет существенно снизить, если не исключить полностью, получение шлама за счет диспергирования глины.

После периода времени, достаточного для механического разделения, за счет перемешивания, битума от содержащихся в битуминозных песках твердых веществ и воды, водная суспензия битуминозных песков 5 транспортируется к флотационной камере 6. Воздух, который подается во флотационную камеру по трубопроводу 7, осуществляет аэрацию водной суспензии битуминозных песков с получением битумной пены 9 и хвостов битуминозных песков, которые транспортируются по соответствующему трубопроводу в пруд-хвостохранилище.

Битумная пена 9 с выхода флотационной камеры 6 транспортируется по соответствующему трубопроводу 10 в деаэратор 11, в котором пена нагревается для освобождения из нее захваченного воздуха. Преимущественно деаэрированная битумная пена содержит около 60 вес.% битума, который сам содержит ориентировочно от 10 до 20 вес.% асфальтенов, около 30 вес.% воды и около 10 вес. % твердых веществ. Деаэрированная битумная пена 12 с выхода деаэратора 11 подается на первый смеситель 13, где она перемешивается с полученным от вторичного отстойника 22 вторичным верхним продуктом, который подается на первый смеситель 13 по соответствующему трубопроводу 15. В этот момент может быть полезно объяснить общую концепцию осуществления противоточной декантации (декантации в противотоке) и ее связь с настоящим изобретением.

Первичным способом разделения раствора с наполнителем (то есть разбавленного битума) от пустой породы (то есть от осажденных асфальтенов, воды и твердых веществ, которые суммарно могут быть названы отстоем), в соответствии с настоящим изобретением является противоточная декантация (CCD). Задачей, осуществляемой за счет использования CCD гравитационной седиментации, является увеличение концентрации пустой породы и ее отделение от раствора с наполнителем (Dahlstrohm, D.A. and Emmet, Jr., R.C. "Solid-Liquid Separations". SME Mineral Processing Handbook, Vol. 2, pp.13-26 to 13-33. Society of Mining Engineers. 1985). Однако концентрация нижнего продукта в виде растворенных твердых веществ или отстоя в суспензии обычно лежит в диапазоне от 20 до 60 вес.%, причем отстой содержит большое количество раствора. Поэтому указанную суспензию вновь подвергают растворению и осаждению для выделения дополнительных растворенных веществ. Так как задачей этого в основном гидрометаллургического контура является восстановление 95-99,5% конечного раствора с наполнителем, то эту операцию следует проводить несколько раз. Если при проведении каждой операции разделения используют разбавляющий растворитель, то объем раствора с наполнителем становится достаточно большим, что приводит к увеличению стоимости восстановления и большому расходу химикатов. Поэтому используют способ с противотоком, в котором при проведении множества стадий процесса твердые вещества и жидкость движутся в противоположном направлении. В последней одной или двух стадиях разделения добавляют растворитель. В соответствии с настоящим изобретением растворитель добавляют в одной последней стадии. При прохождении последней стадии разделения повышается концентрация растворенных ценных веществ, в то время как концентрация твердых веществ снижается. Таким образом, разделение достигается за счет разбавления и осаждения твердых веществ при помощи седиментации на каждой стадии.

Если сравнить применение CCD контура в соответствии с настоящим изобретением с проведенным объяснением, то можно сказать, что его функцией является увеличение концентрации осажденных асфальтенов, твердых веществ и воды при одновременной промывке битума за счет разведения растворителем осажденных асфальтенов, твердых веществ и воды, которые содержатся в битумной пене. Однако настоящее изобретение отличается от проведенного объяснения в том, что каждая ступень разделения (или отстойник) объединена со смесителем. Это сделано для того, чтобы обеспечить надлежащую промывку и разделение разведенного битума от имеющих высокую вязкость осажденных асфальтенов и управление кинетикой осаждения асфальтенов (в том числе рециркуляцией присадки асфальтена), нижнего продукта или отстоя в каждом отстойнике, которые должны перемешиваться в последующих смесителях (кроме хвостов битумной пены с третичного отстойника 27).

Вновь обратимся к рассмотрению блок-схемы. Как уже было упомянуто здесь ранее, деаэрированная битумная пена 12 с выхода деаэратора 11 подается на первичный смеситель 13, где она перемешивается с подаваемым по трубопроводу 15 вторичным верхним продуктом, полученным от вторичного отстойника 22 и содержащим большую пропорцию разведенного битума и растворителя. В ходе перемешивания в первичном смесителе 13 верхний продукт вторичного отстойника 22, который содержит разведенный битум и растворитель, сольватирует часть содержащегося в битумной пене битума и осаждает часть содержащихся в ней асфальтенов. Полученная смесь затем по трубопроводу 14 поступает в первичный отстойник 16, в котором пустая порода, которая содержит некоторое количество битума, осажденных асфальтенов, воды и твердых веществ, отделяется от разведенного битума, который по трубопроводу 17 выдается в виде разведенного битумного продукта.

Удивительным образом обнаружили, что разведенный битумный продукт содержит ориентировочно от 0,01 до 1 вес.% твердых веществ и воды, что позволяет подавать его непосредственно на гидрокрекинг, минуя дорогостоящую операцию обогащения за счет коксования.

Как правило, разведенный битумный продукт главным образом не имеет (существенного количества) воды, твердых веществ и осажденных асфальтенов и содержит ориентировочно от 500 до 10 000 частей на миллион
твердых веществ, а преимущественно от 500 до 1000 частей на миллион твердых веществ.

Следует также указать, что разведенный битумный продукт имеет отношение растворителя к битуму около 2 к 1. За счет изменения отношения растворителя к битуму в нижнем продукте в диапазоне от 1:1 до 100:1 можно управлять осаждением асфальтенов таким образом, чтобы основной объем грязных асфальтенов осаждался и удалялся из разведенного битумного продукта, в то время как асфальтены с более низким молекулярным весом, которые повышают ценность битума, сохраняются в разведенном битумном продукте, что способствует полному восстановлению нефти из битуминозных песков.

Предложенный механизм разведения битума и осаждения асфальтенов легко может быть понят, если принять во внимание тот факт, что битум представляет собой тяжелое углеводородное сырье. Битум главным образом представляет собой смесь растворителя, образованного легкими углеводородами и ароматическими веществами, и тяжелых углеводородов, содержащих асфальтены, которые удерживаются в растворе с легкими углеводородами за счет ароматических веществ. При добавлении легкого парафинового углеводорода, такого как пентан или гексан, который имеет низкую растворяющую способность для асфальтовых материалов, снижается растворяющая способность содержащихся в битуме легких углеводородов. В самом деле, добавленный легкий парафиновый углеводородный разбавитель растворяется в битуме, а это изменяет упомянутое отношение растворителя к битуму. При продолжении добавления легкого парафинового углеводородного разбавителя, когда теряется пептизирующее действие ароматических веществ в сырье, асфальтовые материалы начинают выпадать из раствора в осадок. Легкий парафиновый углеводородный разбавитель главным образом действует как антирастворитель, выбрасывая асфальтовые материалы из битума. Было обнаружено, что осаждение асфальтенов с самым высоким молекулярным весом начинается при отношении разбавителя к битуму, составляющем ориентировочно 0,7 к 1, в том случае, когда гексан использован в качестве легкого парафинового углеводородного разбавителя.

При дальнейшем добавлении углеводородного разбавителя происходит дополнительное осаждение асфальтенов. Однако непрерывное увеличение количества добавленного разбавителя приводит к повторному растворению некоторых ранее осажденных материалов с более низким молекулярным весом, что происходит потому, что легкий парафиновый углеводородный разбавитель представляет собой антирастворитель. Однако он имеет некоторую растворяющую способность для тяжелого углеводородного материала и при избытке углеводородного разбавителя он начинает растворять больше осажденных тяжелых углеводородов, пока не произойдет его насыщение. Точка, в которой происходит переключение легкого парафинового углеводородного разбавителя от действия в качестве антирастворителя к действию в качестве растворителя, соответствует отношению разбавителя к битуму, составляющему ориентировочно 2 к 1.

Так как в соответствии с настоящим изобретением используют феномены осаждения асфальтенов, которые случаются при низком отношении разбавителя к битуму, выбранном для обеспечения эффективной экстракции битума, то снижают количество вводимого в систему и в конечном случае восстанавливаемого разбавителя. Это является определенным преимуществом настоящего изобретения, так как низкое потребление разбавителя позволяет уменьшить размеры блоков промышленной установки и снизить объем капиталовложений. Более того, как уже было упомянуто здесь ранее, осаждение самых тяжелых и грязных асфальтенов позволяет получать разведенный битумный продукт, который может быть непосредственно подан на гидрокрекинг.

Вновь обратимся к блок-схеме, где показан первичный отстойник 16, из которого вытекает разведенный битумный продукт 17. Нижний продукт первичного отстойника транспортируется по трубопроводу 18 во вторичный смеситель 19. При поступлении во вторичный смеситель 19 нижний продукт твердых веществ из первичного отстойника 16 перемешивается с верхним продуктом из третичного отстойника 27 и по трубопроводу 20 поступает во вторичный отстойник 22. Во вторичном смесителе 19 обеспечивают эффективное отношение разбавителя к битуму, составляющее ориентировочно 20 к 1. Верхний продукт третичного отстойника с высоким содержанием разбавителя растворяет (за счет объясненного здесь выше механизма) большую пропорцию углеводородов, которые содержатся в нижнем продукте первичного отстойника.

Полученная во вторичном смесителе 19 смесь по трубопроводу 20 поступает во вторичный отстойник 22 для нового разделения на разведенный битум и фазу разбавителя и на фазу твердых веществ. Разведенный битум и фаза разбавителя выходят из вторичного отстойника 22 по трубопроводу 15 и поступают в первичный смеситель 13 для перемешивания с деаэрированной битумной пеной 12. Нижний продукт из вторичного отстойника 22 по трубопроводу 23 поступает в третичный смеситель 24.

При поступлении в третичный смеситель 24 нижний продукт твердых веществ из вторичного отстойника 22 перемешивается со свежим растворителем, который поступает в третичный смеситель по трубопроводу 26. В третичном смесителе 24 обеспечивают эффективное отношение разбавителя к битуму, составляющее ориентировочно 70 к 1. Это чрезвычайно высокое отношение разбавителя к битуму способствует отделению нижнего продукта твердых веществ вторичного отстойника 22 за счет растворения основной пропорции содержащихся в нем углеводородов, но и за счет исключения самых грязных и тяжелых осажденных асфальтенов. За счет этого происходит экстракция всех ценных содержащихся в битуме углеводородов, за исключением только самых грязных и тяжелых углеводородов, которые могли бы в результате их экстракции сделать разведенный битумный продукт непригодным для непосредственной подачи на гидрокрекинг.

После перемешивания в третичном смесителе 24 смесь по трубопроводу 25 поступает на третичный отстойник 27, в котором разведенный битум и фаза разбавителя отделяются от фазы твердых веществ, которая содержит самые грязные и тяжелые асфальтены, песок, глину, ил, воду, остаточный битум и разбавитель. Верхний продукт из третичного отстойника 27 по трубопроводу 21 поступает во вторичный смеситель 19, где он перемешивается с нижним продуктом из первичного отстойника 16.

Нижний продукт или отстой из третичного отстойника 27, который теперь именуют хвостами битумной пены 28, подается на первичную ступень гравитационного разделения 30, где хвосты битумной пены 28 разделяются на три отдельные фазы, а именно на фазу очень разведенного битума 31, фазу смеси очень разведенного битума с осажденными асфальтенами и водой 32 и фазу воды и твердых веществ 33. С первичной ступени гравитационного разделения 30 фаза очень разведенного битума 31 выходит по трубопроводу 34, сливается с деаэрированной битумной пеной 12 и поступает на первичный смеситель 13 контура CCD. Фаза смеси очень разведенного битума с осажденными асфальтенами и водой 32 по трубопроводу 35 поступает на процесс отделения асфальтенов и культивирования бактерий, причем фаза воды и твердых веществ 33 выходит с первичной ступени гравитационного разделения 30 по трубопроводу 58 и поступает на фильтр 59.

Поступающая на фильтр 59 фаза воды и твердых веществ 33 подвергается фильтрации с получением хвостов твердых веществ, которые содержат песок, глину и ил, а также водный фильтрат. Хвосты твердых веществ с фильтра 59 по трубопроводу 60 удаляют в пруд-хвостохранилище. Водный фильтрат с фильтра 59 по трубопроводу 61 подают в трубопровод 4 рециркуляции для возврата в смеситель 3 обработки битуминозных песков.

Фаза смеси очень разведенного битума с осажденными асфальтенами и водой 32, которая подается по трубопроводу 35, разделяется далее на два потока, а именно на поток 36 и поток 37, причем поток 36 поступает на смеситель 38 для разделения асфальтенов, а поток 37 поступает на смеситель 48 для культивирования бактерий.

Всплывшая фаза асфальтенов 40 удаляется по трубопроводу 43 в хвосты асфальтенов и/или повторно используется в контуре СCD и подается на первичный смеситель 13 при помощи по меньшей мере одного вентиля и соответствующего трубопровода (не показаны). Рециркулируемая порция асфальтенов может быть использована в качестве затравки для управления кинетикой осаждения асфальтенов.

Входящий в смеситель 48 поток 37 перемешивается с питательной средой или с питательным веществом 47А для получения бактериального инокулята (посевного материала), который выходит из смесителя 48 по трубопроводу 49 и поступает в инкубатор 50. Функцией инкубатора 50 является увеличение популяции смешанной бактериальной культуры, исходно присутствующей в фазе смеси очень разведенного битума с осажденными асфальтенами и водой, за счет инкубации бактерий в присутствии питательного вещества 47А, при постоянной температуре и в течение промежутка времени, достаточного для получения биораствора, содержащего повышенную концентрацию или популяцию микроорганизмов, а также остатка, который в основном содержит пониженное количество асфальтенов.

Способ разложения асфальтенов и получения биологического поверхностно-активного вещества в соответствии с настоящим изобретением включает в себя три основные операции: развитие смешанной бактериальной популяции, разложение асфальтенов за счет метаболизации углеводорода с полученной смешанной бактериальной культурой и последующее получение биологического поверхностно-активного вещества, которое содержит в виде побочного продукта биораствор.

Используемые в указанном способе микроорганизмы именуются "смешанной бактериальной культурой", так как они существуют в виде консорциума различных разновидностей микроорганизмов. Тип и относительное количество каждой из разновидностей микроорганизмов в "смешанной бактериальной культуре" зависит как от происхождения битуминозных песков и их общего состава, так и от процедур инкубации бактерий. Обычно микроорганизмами, которые образуют смешанную бактериальную культуру, являются такие микроорганизмы, которые в природных условиях присутствуют в битуминозных песках.

Однако следует иметь в виду, что в процесс могут быть введены и другие микроорганизмы метаболизации углеводорода, обеспечивающие разложение асфальтенов, в чистом виде или в виде подмешанной культуры от другого источника, отличающегося от собственно битуминозных песков, например от неприродного источника. Таким образом, микроорганизмы в соответствии с настоящим изобретением могут быть использованы как в виде чистой культуры, так и в виде смешанных культур, чтобы получать оптимальные результаты при разложении асфальтенов и при выработке поверхностно-активного вещества для битуминозных песков, полученных из любого конкретного геологического местоположения.

В Таблице 1 перечислены идентифицированные и выделенные микроорганизмы, которые в соответствии с настоящим изобретением могут быть использованы в качестве микроорганизмов метаболизации углеводорода.

Идентифицированные микроорганизмы могут быть культивированы в водной питательной среде или в среде, которая содержит требующееся количество питательных веществ, таких как азот, фосфаты, соли щелочных металлов, следы элементов и т.п.

В качестве предпочтительных питательных веществ можно привести Na₂SO₄, MgSO₄•7Н₂О, КСl, FeSO₄•7H₂O и К₂НРО₄. Преимущественно в 1 литре воды содержится следующее количество указанных питательных веществ: 3,0 грамма Na₂SO₄, около 0,5 грамма MgSO₄•7Н₂О, около 0,5 грамма КСl, около 0,01 FeSO₄ и около 1,0 грамма K₂НРO₄. Однако следует иметь в виду, что в питательной среде может содержаться также любое полезное питательное вещество в таком количестве, которое обеспечивает эффективный рост и поддержание микроорганизмов.

Однако необходимо иметь в виду, что в самой питательной среде нет источника углерода, который необходим для надлежащего роста и поддержания клеток. Источником углерода, используемым при инкубации микроорганизмов, в действительности являются осажденные асфальтены, которые содержатся в хвостах битумной пены. Эти асфальтены отделяют и добавляют в питательную среду для ускорения культивирования бактерий. Следует также иметь в виду, что осажденные асфальтены, которые указаны в связанных с бактериями операциях, содержат некоторое количество весьма разбавленного пентаном или гексаном битума. Так как пентан и гексан представляют собой алканы с низким молекулярным весом, то они являются легко усваиваемым микроорганизмами источником углерода. Сразу после метаболизации этих углеводородов с низким молекулярным весом микроорганизмы начинают использовать осажденные асфальтены в качестве источника углерода. Это приводит к росту популяции микроорганизмов и одновременно снижает количество осажденных асфальтенов.

После инокуляции питательной среды культурой микроорганизмов, которая содержится в фазе смеси очень разведенного битума с осажденными асфальтенами и водой 32, производят операцию первичного гравитационного разделения 30, в течение промежутка времени, достаточного для обеспечения роста микроорганизмов. Культивирование микроорганизмов может продолжаться до получения высокой концентрации с образованием маточного раствора или только до получения желательной концентрации или популяции микроорганизмов.

После проведения культивирования биораствор и остаток смеси, полученные в инкубаторе 50, переводят по трубопроводу 51 в отстойник 52 для получения осветленного готового биораствора 53 и нижнего потока остатка, который выпускают по трубопроводу 57 в качестве хвостов остатка.

Полученная суспензия культуры микроорганизмов, которую именуют "биораствором", может быть использована при исходном процессе кондиционирования битуминозных песков, из которых получают битумную пену для CCD экстракции битума, или может быть использована при обработке битуминозных песков за счет прямой накачки биораствора в месторождение битуминозных песков перед их добычей.

Биораствор вводят при кондиционировании битуминозных песков и перед добычей в месторождение битуминозных песков потому, что он содержит ряд биохимически полученных поверхностно-активных веществ (биологических поверхностно-активных веществ), которые повышают эффективность разделения содержащегося в битуминозных песках битума от глины и твердых веществ.

Готовый биораствор из отстойника 52 выпускают по трубопроводу 53 и затем разделяют на 3 потока при помощи трубопроводов 54, 55 и 56. Биораствор по трубопроводу 55 подают для непосредственной накачки в месторождение битуминозных песков. Этот биораствор позволяет получить битуминозные пески, до их добычи, с лучшими характеристиками обработки за счет отделения битума от содержащихся в нем глины и песка.

Биораствор, подводимый по трубопроводу 56, перемешивают с водой рециркуляции и используют в процессе исходной обработки битуминозных песков. Как уже упоминалась здесь ранее, содержащиеся в биорастворе биологические поверхностно-активные вещества позволяют повысить эффективность разделения битума, содержащегося в битуминозных песках, от твердых веществ (глины и песка), которые также содержатся в битуминозных песках. При этом операцию первоначальной обработки битуминозных песков, в результате которой получают битумную пену, можно проводить при низких температурах без применения каустической соды. За счет этого полученные во флотационной камере 6 хвосты битуминозных песков не будут содержать диспергированной глины, которая затрудняет осаждение твердых веществ в прудах-хвостохранилищах хвостов битуминозных песков. Более того, использование биораствора в процессе исходной обработки битуминозных песков снижает потери битума в хвостах и повышает выход битумной пены.

Так как биораствор получают непосредственно за счет разложения асфальтенов, при котором смесь бактерий использует асфальтены в качестве источника энергии, то количество полученных асфальтеновых отходов снижается или полностью исключается за счет выработки биораствора. Поэтому биораствор по трубопроводу 54 подают на процесс разделения асфальтенов, в котором он перемешивается в смесителе 38 с частью 36 фазы смеси очень разведенного битума с осажденными асфальтенами и водой. После перемешивания в смесителе 38 смесь, которая содержит пониженное количество асфальтенов, биораствор и твердые вещества, такие как глина и песок, направляется по трубопроводу 39 на операцию гравитационного разделения, после которой получают плавучую фазу асфальтенов 40, фазу биораствора 41 и фазу перемешанных твердых веществ (песка и глины) 42.

По самой природе содержащихся в биорастворе биологических поверхностно-активных веществ изменяется химия поверхности осажденных асфальтенов, которые имеются в поступающем в смеситель 38 потоке 36, что приводит к всплыванию осажденных асфальтенов. Более того, за счет изменения химии поверхности часть осажденных асфальтенов поглощается, что снижает количество осажденных асфальтенов, которые поэтому легче отделить от смеси. Всплывшая фаза асфальтенов 40, полученная в ходе гравитационного разделения, затем по трубопроводу 43 в виде хвостов асфальтенов выгружается в пруд-хвостохранилище или вновь направляется в смеситель 38 для увеличения производства биораствора.

Полученная в ходе гравитационного разделения фаза готового биораствора 41 выходит по трубопроводу 44, причем часть этого биораствора используется в качестве биораствора, подаваемого повторно по трубопроводу 46 в смеситель 38 для обработки асфальтенов, а другая часть биораствора из потока 44 по трубопроводу 47 подается для исходной обработки битуминозных песков.

Смесь глины и песка в фазе твердых веществ 42, полученная в ходе гравитационного разделения, по трубопроводу 45 удаляется в хвосты.

Способ в соответствии с настоящим изобретением дополнительно поясняется при помощи приведенных ниже примеров, не имеющих ограничительного характера.

ПРИМЕР 1
В этом примере описано получение потоков продукта в соответствии с настоящим изобретением. Деаэрированная битумная пена, которая использована в данном примере в качестве сырья, получена из пробы битуминозных песков Athabasca, обработанной без использования каустической соды. Использованный в этом примере в качестве растворителя парафиновый углеводород в трехступенчатом процессе противоточной декантации содержит смесь ориентировочно 50 вес. % пентана и 50 вес.% гексана, причем экстракцию проводили при температуре около 25^oС.

После проведения экстракции производили определение содержания С₅ асфальтенов в исходной битумной пене, в разведенном битумном продукте и в хвостах битумной пены путем растворения каждого из указанных компонентов в избыточном количестве пентана. Количество асфальтенов, осажденных из каждого из указанных компонентов, отделяли и взвешивали, что позволило получить относительное содержание С₅ асфальтенов в каждом из потоков.

Содержание битума, воды и твердых веществ в исходной битумной пене, в разведенном битумном продукте и в хвостах битумной пены определяли с использованием метода Dean Stark. Распределение масс растворителя, битума, воды, твердых веществ и С₅ асфальтенов в исходном растворителе, в исходной битумной пене, в разведенном битумном продукте и в хвостах битумной пены приведено в Таблице 2.

Из рассмотрения Таблицы 2 можно сделать вывод о том, что большая часть битума, содержащегося в битумной пене, переходит в разведенный битумный продукт, в то время как вода и твердые вещества из исходного материала переходят в хвосты битумной пены. Весовое процентное распределение каждого из компонентов, содержащегося в разведенном битумном продукте и в хвостах битумной пены, приведено в Таблице 3.

Таблица 3 - Весовое процентное распределение компонентов
Из рассмотрения Таблицы 3 можно сделать вывод о том, что весовое процентное содержание воды и твердых веществ в разведенном битумном продукте является чрезвычайно низким, что позволяет непосредственно использовать этот продукт для гидрокрекинга. Следует иметь в виду, что настоящее изобретение позволяет производить высококачественный весьма чистый битумный продукт и хвосты битумной пены, которые в основном содержат все загрязнители в виде воды и твердых веществ, присутствующие ранее в исходной битумной пене.

ПРИМЕР 2
В этом примере описано получение биораствора за счет разложения асфальтенов и воздействие этого биораствора на получение битумной пены в ходе кондиционирования битуминозных песков. Для получения биораствора, предназначенного для использования в экспериментах кондиционирования битуминозных песков, некоторое количество осажденных асфальтенов инокулируют при помощи ранее выделенной культуры микроорганизмов. После инкубации и разложения асфальтенов биораствор отделяют от культуры и сохраняют.

Эффективность восстановления битума из битуминозных песков при помощи биораствора определяют с использованием дозировочного блока экстракции. Дозировочный блок экстракции (BEU) главным образом представляет собой изотермический реактор с мешалкой в виде крыльчатки, надетой на полый вал, через который вводится воздух. Используют следующий метод определения эффективности восстановления битума при помощи BEU.

a) Нагрев резервуара кондиционирования до желательной температуры с использованием водяной бани.

b) Взвешивание 500±0,5 г гомогенизированного битуминозного песка. Запись веса.

c) Взвешивание 150±0,5 г жидкости кондиционирования, например, водопроводной воды, биораствора или их смеси, и запись веса.

d) Нагревание жидкости кондиционирования до желательной температуры с использованием нагрева резервуара.

e) Подъем резервуара и фиксация его в самом верхнем положении. Включение крыльчатки и задание скорости вращения 600 об/мин.

f) Добавка взвешенного битуминозного песка.

g) Включение источника воздуха и задание воздушного потока 150 мл/мин.

h) Перемешивание в течение 30 мин (операция кондиционирования) и выключение подачи воздуха.

i) Взвешивание 900 г водопроводной воды при желательной температуре, запись веса и добавление в суспензию после кондиционирования.

j) Перемешивание в течение 10 мин (первичная флотация).

k) Останов крыльчатки и съем с поверхности первичной пены в предварительно взвешенный широкогорлый сосуд (банку). Запись веса.

l) Установка газового потока 50 мл/мин и скорости вращения крыльчатки 800 об/мин.

m) Перемешивание в течение 5 мин (вторичная флотация).

n) Выключение газа и останов крыльчатки.

о) Съем с поверхности вторичной пены в предварительно взвешенный широкогорлый сосуд. Запись веса.

р) Открывание пробки на дне и выпуск содержимого резервуара в заранее взвешенный 2-х литровый химический стакан из нержавеющей стали.

q) Смыв песка при помощи деионизированной воды из заранее взвешенной промывной бутыли. Расчет и запись использованной воды промывки. Выдержка ориентировочно 1 минута для осаждения песка. Сливание с осадка водного слоя во второй заранее взвешенный 2-х литровый химический стакан из нержавеющей стали (вторичные хвосты). Взвешивание второго стакана и запись результатов.

r) Взвешивание первого стакана и запись результатов (первичные хвосты).

s) Удаление резервуара и крыльчатки со стенда BEU.

t) Промывка резервуара, донной пробки и крыльчатки смесью толуола и изопропанола (63% к 37%) в вытяжном шкафу. Сбор жидкости промывки и слив ее в бак для органических отходов.

u) Проверка того факта, что ни одно из воздушных отверстий барботажа в крыльчатке не забито. При необходимости чистка крыльчатки изнутри.

После проведения разделения проводят сравнение отделенного битума с битумом, который исходно содержался в битуминозных песках, откуда определяют процент восстановления битума. В этом примере провели сравнение эффективности биораствора с обычной водопроводной водой при различных температурах. Результаты приведены в Таблице 4.

Из рассмотрения Таблицы 4 можно сделать вывод о том, что нет существенной разницы между экстракцией битума при помощи водопроводной воды и экстракцией битума при помощи смеси 1:1 водопроводной воды с биораствором при температуре свыше 25^oС. Однако при температуре 25^oС смесь 1:1 водопроводной воды с биораствором позволяет почти удвоить экстракцию битума в сравнении с экстракцией при помощи одной водопроводной воды.

Таким образом, проведенные эксперименты показывают, что процесс кондиционирования битуминозных песков следует проводить при температуре окружающей среды, то есть при 25^oС, с использованием биораствора, полученного при разложении асфальтенов, что повышает экстракцию битума ориентировочно до 90%. Так как процесс кондиционирования битуминозных песков может быть проведен при низких температурах с сохранением энергии и без обычного применения каустической соды, то существенно снижается стоимость производства битумной пены и исключается получение диспергированной глины, которая создавала ранее большие проблемы в обычном процессе кондиционирования битуминозных песков с горячей водой и каустической содой.

В соответствии с настоящим изобретением в контуре CCD используют три блока смесителя-отстойника, однако следует иметь в виду, что может быть использовано любое количество пар смеситель-отстойник, в зависимости от сложности экстракции битума из исходной конкретной деаэрированной битумной пены. При этом, если обработка деаэрированной битумной пены является достаточно простой, то вместо трех ступеней могут быть использованы только две. Наоборот, если обработка деаэрированной битумной пены является очень сложной, то для эффективной экстракции битума может потребоваться более трех ступеней.

Следует иметь в виду, что вместо описанных здесь первой и второй ступеней гравитационного разделения для обработки хвостов битумной пены, полученных из контура CCD, могут быть использованы другие методы разделения, такие как флотация. Следует также иметь в виду, что другие методы разделения, такие как флотация, могут быть использованы вместо описанного здесь первичного гравитационного разделения для получения чистого асфальтенового продукта и отделенных твердых отходов.

В заключение можно сказать, что противоточный процесс декантации, примененный для экстракции и восстановления битума из битуминозных песков, осуществляют за счет применения ряда взаимосвязанных ступеней, в том числе первой и последней ступеней и по меньшей мере одной промежуточной ступени, в каждой из которых предусмотрен смеситель. Этот процесс предусматривает подачу воды и необработанных битуминозных песков на смеситель для формирования главным образом однородной водной смеси битуминозных песков, после чего эту смесь битуминозных песков подают на камеру флотации.

В камеру флотации подают воздух, в результате чего образуется битумная пена, которую подают на деаэратор для получения деаэрированной битумной пены. Деаэрированную битумную пену подают на первичный смеситель для формирования главным образом однородной смеси, которая поступает на первичный отстойник для создания верхнего продукта разведенного (разбавленного) битума, который снимают и накапливают, и нижнего продукта, который содержит твердые вещества, асфальтены и остаточный битум.

Нижний продукт с первичного отстойника подают на вторичный смеситель для формирования однородной смеси, которая затем поступает на вторичный отстойник для создания содержащего битум верхнего продукта, который вновь подают на первичный смеситель для дополнительного восстановления, а также для получения нижнего продукта, который подают на третичный смеситель. В третичный смеситель добавляют растворитель для формирования смеси с нижним продуктом от вторичного отстойника. Полученную смесь затем направляют на третичный отстойник для создания содержащего битум верхнего продукта, который подают на вторичный смеситель, и нижнего продукта, который подают на первичную ступень гравитационного разделения нижнего продукта на несколько слоев, в том числе на (1) верхний слой разведенного битума, (2) промежуточный слой, который содержит разведенный битум, осажденные асфальтены и воду, и (3) нижний слой, который содержит фазу воды и твердых веществ, из которой после фильтрации твердые вещества отправляют в отходы хвостов.

Содержащий разведенный битум верхний слой направляют на указанный первичный смеситель для восстановления из него битума. Промежуточный слой разделяют на два потока, один из которых подают на вторичную ступень гравитационного разделения, а другой направляют на выработку биорастора, предназначенного для рециркуляции в процесс противоточной декантации. На вторичной ступени гравитационного разделения получают первый слой всплывших асфальтенов, которые направляют в хвосты асфальтенов, второй слой фазы биораствора, который рециркулируют на операцию разделения асфальтенов, и нижний слой глины и песка, который удаляют в виде хвостов.

Несмотря на то, что были описаны предпочтительные варианты осуществления изобретения, совершенно ясно, что в него специалистами в данной области могут быть внесены изменения и дополнения, которые не выходят однако за рамки приведенной далее формулы изобретения.

Формула изобретения

1. Способ экстракции и восстановления битума из битумной пены, полученной из битуминозных песков, с получением разведенного битумного продукта, который в основном не содержит воды, твердых веществ и осажденных асфальтенов, и отходов обработки битумной пены, отличающийся тем, что включает в себя следующие операции: a) использование водного концентрата битумной пены, полученного из битуминозных песков; b) обработку указанного концентрата битумной пены в системе противоточной декантации с использованием органического растворителя, с получением разведенного битумного продукта с существенно сниженным содержанием воды, твердых веществ и осажденных асфальтенов, а также отходов обработки битумной пены, которые содержат, изолированно или в перемешанном состоянии, остаточный битум, растворитель, воду, твердые вещества и осажденные асфальтены; c) проведение операции гравитационного разделения отходов обработки битумной пены с получением фазы остаточного битума, фазы растворителя, осажденных асфальтенов и воды, а также фазы воды и твердых веществ; d) обработку указанной фазы остаточного битума, полученной в результате проведения операции с), путем ее рециркуляции в системе противоточной декантации; e) биохимическую обработку фазы растворителя, осажденных асфальтенов и воды, полученной в результате проведения операции с), путем выделения из нее или из не природного источника смешанной бактериальной культуры, и инокуляции этой бактериальной культуры питательной средой, способствующей росту бактериальной культуры, причем часть растворителя, осажденных асфальтенов и фазы воды образует инокулят; f) инкубацию указанного инокулята в изотермической среде, в течение времени, достаточного для получения смеси твердых веществ с жидкостью, заключающей в себе фазу биораствора, содержащую биологические поверхностно-активные вещества, растворитель и воду, и содержащей фазу твердых веществ, которая включает в себя пониженное количество осажденных асфальтенов и биомассу; g) разделение указанной смеси твердых веществ с жидкостью, полученной при проведении операции f), с получением отдельного продукта в виде биораствора и отходов разделения, содержащих твердый остаток; h) фильтрацию фазы воды и твердых веществ, полученной при проведении операции с), с получением отфильтрованных твердых веществ, которые удаляют в качестве отходов, и фильтрата воды, который рециркулируют в процесс обработки битуминозных песков.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанный разведенный битумный продукт с существенно сниженным содержанием воды, твердых веществ и осажденных асфальтенов, содержит ориентировочно от 500 до 10000 ч. на миллион твердых веществ.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанный разведенный битумный продукт с существенно сниженным содержанием воды, твердых веществ и осажденных асфальтенов, содержит ориентировочно от 500 до 1000 ч. на миллион твердых веществ.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанный разведенный битумный продукт с существенно сниженным содержанием воды, твердых веществ и осажденных асфальтенов содержит ориентировочно 500 ч. на миллион твердых веществ.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанный продукт в виде биораствора используют для подачи в нефтяной пласт для осуществления восстановления из него битума и нефти.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что указанный нефтяной пласт является частично выработанным.

7. Способ по одному из пп.2-4, отличающийся тем, что указанный разведенный битумный продукт с существенно сниженным содержанием воды, твердых веществ и осажденных асфальтенов, который содержит ориентировочно от 500 до 1000 ч. на миллион твердых веществ, не требует дополнительной обработки и может быть непосредственно подан на гидрокрекинг.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанные отходы обработки битумной пены получают из содержащих воду битуминозных песков.

9. Способ по п.8, отличающийся тем, что процесс обработки содержащих воду битуминозных песков проводят при температуре в диапазоне ориентировочно от 35 до 65^oС.

10. Способ по п.8, отличающийся тем, что указанный концентрат битумной пены, который получен в результате обработки содержащих воду битуминозных песков, содержит ориентировочно 60 вес.% битума, ориентировочно 30 вес.% воды и ориентировочно 10 вес.% твердых веществ.

11. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве растворителя в системе противоточной декантации используют парафиновый углеводород, который разбавляет битум и выводит из него воду, твердые вещества и осажденные асфальтены.

12. Способ по п.11, отличающийся тем, что указанный парафиновый растворитель имеет длину цепи от 4 до 8 атомов углерода.

13. Способ по п. 11, отличающийся тем, что указанный растворитель содержит большую пропорцию парафинового растворителя, хорошо перемешанного с меньшей пропорцией ароматического растворителя.

14. Способ по п.12, отличающийся тем, что указанный парафиновый растворитель содержит смесь пентана и гексана.

15. Способ по п.14, отличающийся тем, что указанный парафиновый растворитель содержит смесь ориентировочно 50 вес.% пентана и ориентировочно 50 вес.% гексана.

16. Способ по п.7, отличающийся тем, что в качестве растворителя в системе противоточной декантации используют парафиновый углеводород, который разбавляет битум и выводит из него воду, твердые вещества и осажденные асфальтены.

17. Способ по п.16, отличающийся тем, что указанный парафиновый растворитель имеет длину цепи от 4 до 8 атомов углерода.

18. Способ по п. 16, отличающийся тем, что указанный растворитель содержит большую пропорцию парафинового растворителя, хорошо перемешанного с меньшей пропорцией ароматического углеводорода.

19. Способ по п.17, отличающийся тем, что указанный парафиновый растворитель содержит смесь пентана и гексана.

20. Способ по п.19, отличающийся тем, что указанный парафиновый растворитель содержит смесь ориентировочно 50 вес.% пентана и ориентировочно 50 вес.% гексана.

21. Способ по п.1, отличающийся тем, что полученный при проведении операции (g) продукт в виде биораствора вновь подвергают инокуляции частью указанных отходов обработки битумной пены, с использованием питательной среды для роста бактерий, для образования второго инокулята, с последующей инкубацией и разделением в соответствии с операциями (f) и (g), для образования второго продукта в виде биораствора и второго отхода разделения, содержащего твердый остаток.

22. Способ по п.21, отличающийся тем, что указанный полученный второй продукт в виде биораствора подвергают указанным операциям третий и четвертый раз, для образования соответственно третьего продукта в виде биораствора и третьего отхода разделения, содержащего твердый остаток, и четвертого продукта в виде биораствора и четвертого отхода разделения, содержащего твердый остаток.

23. Способ по одному из пп.1, 21 и 22, отличающийся тем, что указанный продукт в виде биораствора используют для накачки в месторождение битуминозных песков для восстановления битума из битуминозных песков, причем указанное месторождение битуминозных песков залегает на такой глубине, что обычные процессы восстановления битуминозных песков становятся экономически невыгодными.

24. Способ по одному из пп.1, 21 и 22, отличающийся тем, что указанный продукт в виде биораствора используют в операции разделения асфальтенов путем его перемешивания с частью отходов обработки битумной пены в течение времени и при температуре, достаточных для образования трехфазной смеси, которая содержит всплывшую фазу твердых асфальтенов, фазу биораствора, который содержит растворитель и воду, и фазу смеси глины и остатка песка.

25. Способ по п.24, отличающийся тем, что производят разделение указанной трехфазной смеси с получением отходов разделения, содержащих твердые асфальтены, продукта в виде биораствора и смеси глины и остатка песка.

26. Способ по п.25, отличающийся тем, что указанную смесь глины и остатка песка перемешивают с отходами обработки битуминозных песков для окончательного захоронения.

27. Способ по п.26, отличающийся тем, что указанный продукт в виде биораствора рециркулируют в процесс обработки битуминозных песков для получения битумной пены.

28. Способ по п.27, отличающийся тем, что указанную операцию разделения асфальтенов проводят при температуре окружающей среды в течение приблизительно 30 мин.

29. Способ по п.28, отличающийся тем, что процесс обработки содержащих воду битуминозных песков проводят при температуре в диапазоне ориентировочно от 25 до 55^oС.

30. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанное питательное вещество представляет собой жидкую минеральную соль.

31. Способ по п.30, отличающийся тем, что указанная жидкая минеральная соль главным образом не содержит материалов с органическим углеродом.

32. Способ по п.31, отличающийся тем, что указанный питательный раствор содержит ориентировочно на литр раствора 3,0 г Na₂SO₄, около 0,5 г MgSO₄ • 7Н₂О, около 0,5 г КС1, около 0,01 г FeSO₄ и около 1,0 г К₂НРО₄.

33. Способ по п.1, отличающийся тем, что бактериальную культуру выбирают из группы, в которую входят Pseudomonas sp., Corynebacterium sp., Flavobacterium sp. , Nocardia sp., Arthrobacter sp., Micrococcus sp., Mycobacterium sp., Streptomyces sp. и Achromobacter sp.

34. Способ по п.1, отличающийся тем, что бактериальной культурой является Rhodococcus rhodochrous.

35. Способ по п.1, отличающийся тем, что бактериальной культурой является Bacillus sphaericus.

36. Способ противоточной декантации, применяемый для экстракции и восстановления битума из битуминозных песков, отличающийся тем, что он включает в себя следующие операции: применение ряда взаимосвязанных ступеней, в том числе первой и последней ступеней и по меньшей мере одной промежуточной ступени, в каждой из которых предусмотрен смеситель; подачу воды и необработанных битуминозных песков на смеситель для формирования главным образом однородной водной смеси битуминозных песков; подачу указанной смеси битуминозных песков на камеру флотации; подачу воздуха в камеру флотации, в результате чего образуется битумная пена; съем с поверхности битумной пены и ее подачу на деаэратор для получения деаэрированной битумной пены; подачу деаэрированной битумной пены на первичный смеситель для формирования главным образом однородной смеси, которую подают на первичный отстойник для создания верхнего продукта разведенного битума, который снимают и накапливают, и нижнего продукта, который содержит твердые вещества, асфальтены и остаточный битум; подачу нижнего продукта с первичного отстойника на вторичный смеситель для формирования однородной смеси, которую подают на вторичный отстойник для создания содержащего битум верхнего продукта, который вновь подают на первичный смеситель для дополнительного восстановления, а также для получения нижнего продукта, который подают на третичный смеситель; добавление в третичный смеситель растворителя для формирования смеси с нижним продуктом от вторичного отстойника и подачу затем полученной смеси на третичный отстойник для создания содержащего битум верхнего продукта, который подают на вторичный смеситель, и нижнего продукта, который подают на первичную ступень гравитационного разделения нижнего продукта на несколько слоев, в том числе на (1) верхний слой разведенного битума, (2) промежуточный слой, который содержит разведенный битум, осажденные асфальтены и воду, и (3) нижний слой, который содержит фазу воды и твердых веществ, из которой после фильтрации твердые вещества направляют в отходы подачу содержащего разведенный битум верхнего слоя на указанный первичный смеситель для восстановления из него битума; разделение промежуточного слоя на два потока, один из которых подают на вторичную ступень гравитационного разделения, а другой направляют на биохимическую обработку для выработки биораствора, предназначенного для рециркуляции в процесс противоточной декантации; получение на вторичной ступени гравитационного разделения первого слоя всплывших асфальтенов, который направляют в отходы разделения, содержащие асфальтены, второго слоя фазы биораствора, который рециркулируют на операцию разделения асфальтенов, и нижнего слоя глины и песка, который удаляют в виде отходов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6