Переработка асфальтеносодержащих хвостов
Изобретение относится к получению материалов из асфальтеносодержащих хвостов, полученных при переработке нефтеносного песка. Способ переработки асфальтеносодержащих хвостов включает введение газа в асфальтеносодержащие хвосты, выделение тяжелого минерального концентрата и легких хвостов, содержащих воду и асфальтены, из обогащенной асфальтеном пены или обогащенной асфальтеном суспензии, образованной из обогащенной асфальтеном пены, диспергирование средства для гидрофобной агломерации внутри легких хвостов для образования капель и выделение асфальтеносодержащих хвостов из легких хвостов в виде асфальтенового концентрата. Способ получения материалов из асфальтеносодержащих хвостов включает введение средства для гидрофобной агломерации в хвосты, содержащие воду, асфальтены и неорганические минералы, диспергирование средства для гидрофобной агломерации с образованием капель и выделение асфальтеносодержащих частиц из хвостов в виде асфальтенового концентрата. Способ выделения асфальтенов из других углеводородов включает получение битумной пены, содержащей битум, асфальтены, неорганические твердые вещества и воду, образование смеси, содержащей битумную пену и парафиновый углеводородный растворитель, разделение смеси на разбавленный битумный продукт и остаток, получение от более чем 0% до приблизительно 95% парафинового углеводородного растворителя, присутствующего в остатке, в агрегате для извлечения растворителя и выделение осажденных асфальтенов и неизвлеченного парафинового углеводородного растворителя из потока хвостов. Система для получения материалов из асфальтеносодержащих хвостов включает аппарат для флотации для разделения асфальтеносодержащих хвостов на обогащенную асфальтенами пену и обедненную асфальтенами водную фазу, аппарат гравитационной сепарации для разделения обогащенной асфальтенами пены или обогащенной асфальтенами суспензии и смесительный аппарат гидрофобной агломерации для диспергирования средства для гидрофобной агломерации в объеме легких хвостов. Система переработки асфальтеносодержащих хвостов включает средства для извлечения асфальтенового концентрата из асфальтеносодержащих хвостов и средства для извлечения кислородосодержащего минерального концентрата из асфальтеносодержащих хвостов. Технический результат - повышение эффективности переработки асфальтеносодержащих хвостов. 5 н. и 43 з.п. ф-лы, 2 ил., 4 табл.
Настоящее изобретение относится к получению энергии, материалов или того и другого из асфальтеносодержащих хвостов, таких как асфальтеносодержащие хвосты, полученные при переработке нефтеного песка.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Асфальтены представляют собой углеводороды с высоким молекулярным весом, имеющие химическую структуру, которая может включать множества конденсированных ароматических колец. Из-за их высокого молекулярного веса асфальтены могут быть обнаружены в наименее летучей фракции после перегонки сырой нефти. Асфальтены также могут быть обнаружены в нефтеном песке наряду с минералами и другими углеводородами. Нефтеной песок среди других углеводородов может включать бурый уголь и другие фазы угля низкой категории.
Нефтеной песок может быть переработан с целью извлечения углеводородов для их облагораживания в более ценные продукты, такие как нефть. Однако асфальтены не ведут себя так же как другие углеводороды в нефтеном песке, так что типичные процессы не могут быть использованы для их облагораживания. Таким образом, в определенных обычных процессах для извлечения углеводородов из нефтеного песка асфальтены чаще всего выделяют вместе с минералами, бурым углем и водой в потоке хвостов. Без дальнейшей обработки асфальтеносодержащие хвосты могут оказывать негативное воздействие на окружающую среду. При удалении асфальтеносодержащих хвостов они также могут нерационально расходоваться на получение потенциально энергии и ценных материалов.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретения, раскрытые в данной заявке, представляют собой воплощение способа и системы получения энергии, материалов или того и другого из асфальтеносодержащих хвостов, таких как асфальтеносодержащие хвосты, полученные при извлечении углеводородов из нефтеного песка. Воплощения этого способа могут включать отделение флотацией и гидрофобной агломерацией. В некоторых воплощениях необработанные материалы выделяют из асфальтеносодержащих хвостов перед дальнейшей обработкой. Это может быть достигнуто, например, тем, что асфальтеносодержащие хвосты подвергают циклонной сепарации, такой как циклонная сепарация при разбрызгивании газом. Необработанные материалы могут быть удалены с кубовым продуктом циклонной сепарации.
Сепарация флотацией может включать, например, введение газа в асфальтеносодержащие хвосты так, что асфальтены в асфальтеносодержащих хвостах поднимаются с пузырьками газа с образованием обогащенной асфальтенами пены над обедненной асфальтеном водной фазой. Обогащенная асфальтенами пена может включать воду, асфальтены, любой растворитель, остающийся от предыдущей обработки, и любые естественным образом всплывающие или активированные флотацией разновидности минерала, включая бурый уголь. Обедненная асфальтенами водная фаза может включать воду и невсплывающие минералы. После сепарации флотацией можно использовать процесс сгущения для превращения обогащенной асфальтенами пены в обогащенную асфальтенами суспензию. В некоторых воплощениях тепловую энергию получают из воды, удаленной из обогащенной асфальтенами пены или обогащенной асфальтенами суспензии. Вода и теплосодержащая энергия также могут быть получены из обедненной асфальтенами водной фазы.
Обогащенная асфальтенами пена или обогащенная асфальтенами суспензия могут быть разделены на тяжелый минеральный концентрат и легкие хвосты, например, методом гравитационной сепарации. Тяжелый минеральный концентрат может включать минералы, предназначенные для извлечения. Эти минералы, могут включать, например, кислородосодержащие минералы, такие как оксиды металлов группы 4В, особенно диоксид титана, диоксид циркония, железооксидные-титанооксидные минералы (например, ильменит) и их сочетания. Тяжелый минеральный концентрат также может включать минералы, которые должны быть исключены из отходов, образованных в общем процессе, такие как серосодержащие минералы (например, пирит, маркасит, сульфиды обычных металлов и т.д.). Легкие хвосты могут включать воду, асфальтены, бурый уголь и растворитель. В некоторых воплощениях необработанную фазу бурого угля выделяют из обогащенной асфальтенами пены или обогащенной асфальтенами суспензии. Эта сепарация может быть достигнута, например, физической обработкой, использующей разделение по размеру, такое как просеивание, гравитационной сепарацией, такой как в гидроциклоне, или экстракцией растворителем до частичного или полного растворения асфальтенов с оставлением нерастворимых углеводородов каменного и бурого угля, или их комбинацией.
Сепарация с гидрофобной агломерацией может быть проведена с легкими хвостами. Эта сепарация может включать диспергирование средства для гидрофобной агломерации внутри легких хвостов для образования капель. Капли могут агломерироваться с асфальтенами с образованием асфальтеносодержащих частиц, которые могут быть выделены в виде асфальтенового концентрата. В некоторых воплощениях асфальтеносодержащие частицы выделяют гравитационной сепарацией, фильтрацией или тем и другим. Средство для гидрофобной агломерации может включать в себя дизельное топливо, нефть, поверхностно-активное вещество, их сочетания или производные. Также могут быть добавлены диспегаторы или модификаторы. Некоторые воплощения включают сдвиговое смешение или ультразвуковое трение до гидрофобной агломерации. Помимо этого, некоторые воплощения включают введение в легкие хвосты окисляющего агента, подщелачивающего агента, обоих вместе или их смеси до диспергирования или при диспергировании средства для гидрофобной агломерации. Кроме того, некоторые воплощения включают выделение асфальтенов из одной или более фаз бурого угля.
В некоторых раскрытых воплощениях растворитель получают с асфальтеновым концентратом. При переработке нефтеного песка это может быть полезно для уменьшения необходимости прямого полного извлечения растворителя после выделения асфальтенов из других углеводородов. Например, некоторые воплощения раскрытого способа включают получение битумной пены, содержащей битум, асфальтены, неорганические твердые вещества и воду. Например, битумная пена может содержать от приблизительно 20% до приблизительно 80% битума, от приблизительно 10% до приблизительно 75% воды, от приблизительно 5% до приблизительно 45% неорганических твердых веществ и от приблизительно 1% до приблизительно 25% асфальтенов. Эта битумная пена может быть смешана с парафиновым углеводородным растворителем для образования смеси. Парафиновый углеводородный растворитель может иметь длину цепи от 5 до 8 атомов углерода. В некоторых воплощениях парафиновый углеводородный растворитель содержит около 50% по весу пентана и около 50% по весу гексана. Добавление парафинового углеводородного растворителя вызывает осаждение асфальтенов. Полученная смесь потом может быть разделена на разбавленный битумный продукт и остаток, причем разбавленный битумный продукт содержит битум и парафиновый углеводородный растворитель и имеет более низкую концентрацию осажденных асфальтенов, неорганических твердых веществ и воды, чем указанная смесь. Затем от более чем 0% до приблизительно 95% остающегося в остатке парафинового углеводородного растворителя может быть выделено в агрегате для извлечения растворителя. Агрегат для извлечения растворителя может создавать поток хвостов, содержащий воду, неорганические твердые вещества, осажденные асфальтены и неизвлеченный парафиновый углеводородный растворитель. Осажденные асфальтены и неизвлеченный парафиновый углеводородный растворитель далее могут быть выделены из потока хвостов такими методами, как флотация, гравитационная сепарация, гидрофобная агломерация или их сочетанием. Т.к. поток хвостов, который выходит из агрегата для извлечения растворителя, подвергают дальнейшей переработке, то процесс извлечения растворителя в агрегате для извлечения может быть менее полным и менее дорогим, чем упаривание потока. Например, флотация с использованием фазы инертного газа, гравитационная сепарация, упаривание в вакууме или их сочетание могут быть использованы в качестве процесса извлечения растворителя в агрегате для извлечения растворителя. В некоторых воплощениях поток хвостов выходит из агрегата для извлечения растворителя при температурах от приблизительно 20°С до приблизительно 65°С.
Некоторые воплощения включают выделение серосодержащих минералов из тяжелого минерального концентрата. Эта сепарация может включать, например, истирание концентрата тяжелого минерала до дезагломерата, притирку (обдирку) или чистку поверхностей образцов серосодержащих минералов. Аналогично сепарации асфальтенов сепарация серосодержащих минералов может быть достигнута флотацией. Газовые пузырьки могут быть введены в концентрат тяжелого минерала так, чтобы серосодержащие минералы поднимались вместе с газовыми пузырьками с образованием пены, обогащенной серой, над обедненной серой водной фазой. С этого момента серосодержащие минералы могут быть извлечены из пены, обогащенной серой, или из суспензии, обогащенной серой, полученной из пены, обогащенной серой, а кислородосодержащие минералы, такие как диоксид титана, диоксид циркония, ильменит, рудные минералы (например, гранат и ставролит) и их комбинации могут быть извлечены из водной фазы, обедненной серой.
Для того чтобы способствовать сепарациям, раскрытых в частных воплощения заявленного способа, может быть использовано большое количество разнообразных реагентов. Например, при каждой сепарации флотацией могут быть использованы пенообразующие и улавливающие реагенты. Эти реагенты могут быть введены до выделения газовых пузырьков. При сепарации флотацией, выполненной с асфальтеносодержащими хвостами, пенообразующий реагент может содержать алифатический спирт, циклический спирт, фенол, алкоксипарафин, полигликоль или их сочетания, или производные. Использованный при этой сепарации улавливающий реагент может содержать нефть, олеат натрия, жирную кислоту, ксантат, алкилсульфат, дитиофосфат, амин или их сочетания, или производные. В сепарации флотацией, выполненной на концентрате тяжелого минерала, пенообразующий реагент может содержать алифатический спирт, циклический спирт, фенол, алкоксипарафин, полигликоль или их сочетания, или производные. Использованный при этой сепарации улавливающий реагент может содержать нефть, олеат натрия, жирную кислоту, ксантат, соль алкилсульфокислоты, дитиофосфат, амин или их сочетания, или производные. Реагенты также могут быть использованы в связи с разделением обогащенной асфальтеном пены или обогащенной асфальтеном суспензии на тяжелый минеральный концентрат и легкие хвосты. Эти реагенты могут содержать, например, диспергатор, модификатор, поверхностно-активное вещество или их сочетания, или производные. В некоторых воплощениях диспергатор содержит силикат, фосфат, цитрат, лигносульфонат или их сочетания, или производные.
Воплощения раскрытой системы могут включать аппарат для разделения асфальтеносодержащих хвостов флотацией на обогащенную асфальтенами пену и обедненную асфальтенами водную фазу, аппарат гравитационной сепарации для разделения обогащенной асфальтенами пены или обогащенной асфальтенами суспензии на тяжелый минеральный концентрат и легкие хвосты и перемешивающий аппарат гидрофобной агломерации для диспергирования средства для гидрофобной агломерации внутри легких хвостов. Эти и другие воплощения также могут включать отстойник для выделения асфальтенового концентрата из легких хвостов. Чтобы выделить необработанные материалы из асфальтеносодержащих хвостов перед их введением в аппарат для флотации некоторые частные воплощения также включают аппарат циклонной сепарации.
Помимо аппарата для флотации, сконфигурированного для получения асфальтеносодержащих хвостов, некоторые воплощения раскрытой здесь системы включают аппарат для флотации, сконфигурированный для разделения тяжелого минерального концентрата на пену, обогащенную серой, и водную фазу, обедненную серой, которая может содержать, например, такие рудные минералы, как гранат и ставролит. Один или оба аппарата для сепарации могут быть связаны со сгустителем, сконфигурированным для сгущения обогащенной асфальтеном пены с образованием обогащенной асфальтеном суспензии.
Многие из устройств, использованных в частных воплощениях раскрытой здесь системы, выделяют воду из других веществ. Некоторые воплощения включают один или более трубопроводов для возврата этой воды на повторную переработку. Например, некоторые воплощения включают трубопровод для возврата на повторную переработку воды, которая выходит из одного или более аппаратов для флотации.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг.1 представляет собой схематическую диаграмму, изображающую способ и систему получения энергии, материалов или того и другого из асфальтеносодержащих хвостов.
Фиг.2 представляет собой схематическую диаграмму, изображающую способ и систему получения энергии, материалов или того и другого из асфальтеносодержащих хвостов, включая сепарацию асфальтеносодержащих хвостов перед флотацией.
ОПИСАНИЕ
Если не указано особо, все технические и научные термины, использованные в данной заявке, имеют значение, принятое специалистами в данной области, к которым относится это раскрытие предмета изобретения. Особые термины «а», «n» и «the», включают множественные обозначения, если в контексте ясно не указано иное. Аналогично, "или" подразумевает включение "и", если в контексте ясно не указано иное. Термин «включает» означает «содержит». Описанные в данной заявке такие стадии способа, как сепарация и перемешивание, могут протекать частично, практически полностью или полностью, если не указано особо. Все приведенные в данной заявке процентные содержания представляют собой процентные содержания сухого веса, если не указано особо.
Как использовано в данной заявке, термин «тяжелые минералы» относится к минералам, имеющим больший молекулярный вес, чем другие минералы в данном потоке или в данной части.
Как использовано в данной заявке, термин «бурый уголь» относится ко всем углям низкой категории, которые могут присутствовать в нефтеном песке, включая бурый уголь и внутрибитумный уголь. Этот уголь может, например, иметь содержание влаги свыше, приблизительно, 20%.
Как использовано в данной заявке, термин «необработанные материалы» относится к частицам материала, имеющим больший размер, чем другие частицы материала в данном потоке или в данной части, такой как размер, достаточный для обеспечения возможности сепарации необработанных материалов в виде кубового продукта, отводимого при циклонной сепарации.
Раскрытые в данной заявке сведения представляют собой воплощения способа и системы для получения энергии и/или материалов из асфальтеносодержащих хвостов. Асфальтеносодержащие хвосты часто вырабатывают в виде побочного продукта переработки нефтеного песка. Один пример переработки нефтеного песка можно найти в патенте США №6007709, который полностью включен в данную заявку в качестве ссылки. Переработка нефтеного песка может включать флотацию, приводящую к образованию пены, содержащей углеводороды, определенные минералы и внесенный песок. Например, пена может содержать около 60% битума, около 25% воды, около 10% органических твердых веществ и около 8% асфальтенов. Типичные интервалы для концентрации битума в пене составляют от приблизительно 20% до приблизительно 80% и от приблизительно 40% до приблизительно 70%. Типичные интервалы для концентрации воды в пене составляют от приблизительно 10% до приблизительно 75% и от приблизительно 15% до приблизительно 40%. Типичные интервалы для концентрации неорганических твердых веществ в пене составляют от приблизительно 5% до приблизительно 45% и от приблизительно 5% до приблизительно 20%. Типичные интервалы для концентрации асфальтенов в пене составляют от приблизительно 1% до приблизительно 25% и от приблизительно 5% до приблизительно 15%.
Для выделения асфальтенов из углеводородов, предназначенных для извлечения, пена может быть перемешана с растворителем и подвергнута одной или более стадий отстаивания. Растворителем может быть, например, парафиновый углеводородный растворитель, такой как парафиновый углеводородный растворитель, имеющий длину цепи от приблизительно 5 до приблизительно 8 атомов углерода. В отдельном примере растворитель содержит около 50% по весу пентана и около 50% по весу гексана. Растворитель, обычно используемый для осаждения асфальтенов, токсичен и был бы вреден для окружающей среды, если бы он был включен в поток отходов. Поэтому растворитель часто выделяют из других отходных материалов и возвращают на повторную переработку. Выделение растворителя может происходить, например, в агрегате для извлечения растворителя из хвостов (TSRU). Обычно хвосты, которые отводятся из указанного агрегата, освобождают от отходов производства.
Раскрытый способ и система могут быть использованы для получения дополнительных ценных продуктов из асфальтеносодержащих хвостов, таких как асфальтеносодержащие хвосты, которые отводятся из TSRU при получении углеводородов из нефтеного песка. Эти ценные продукты могут представлять собой продукты, например, получения энергии и/или материалов, таких как асфальтены, серосодержащие минералы, кислородосодержащие минералы и любой растворитель, не удаленный в TSRU. Полученные асфальтены могут быть, по меньшей мере, частично облагорожены до полезной нефти, таким способом как обжиговый процесс Тасиука (как показано, например, в патенте США №6589417, который включен сюда в качестве ссылки) или пиролизом по Тасиуку (как показано, например, в патенте США №5961786, который включен в сюда в качестве ссылки). Ценные минералы, которые могут быть получены из асфальтеносодержащих хвостов, включают, например, такие кислородосодержащие минералы как оксиды металлов группы 4В, особенно диоксид титана, диоксид циркония, минералы на основе оксида железа и оксида титана (например, ильменит) и их сочетания. Помимо получения энергии и/или материалов раскрытые способ и система дают возможность снижать неблагоприятные последствия для окружающей среды, связанные с непосредственным удалением асфальтеносодержащих хвостов.
Раскрытые способ и система также могут снижать издержки, связанные с удалением растворителя в TSRU. Обычно для удаления растворителя используют отгонку с паром. Отгонка с паром не всегда приводит к практически полной сепарации растворителя и может быть дорогостоящей из-за затрат энергии. Пар необходим не только для отгонки летучей органической фазы, но также для предварительного нагрева хвостов в TSRU и среды, подвергаемой отгонке. Объединение процесса сепарации с нисходящим из TRSU потоком имеет возможность существенно уменьшить необходимость практически полной сепарации растворителя в TSRU. Например, в частных воплощениях раскрытого способа хвосты, которые отводятся из TRSU, могут содержать немного растворителя. Этот растворитель может быть удален с асфальтенами путем различных сепараций, таких как флотация и/или сепарация с гидрофобной агломерацией. Исключив необходимость практически полной сепарации растворителя в TSRU, можно использовать менее дорогой процесс получения растворителя в TSRU, такой как отгонка в вакууме или флотация в колонне в атмосфере инертного газа (такого как азот). Эти процессы могут приводить к получению растворителя, например, с концентрацией свыше 0% до 99,9%, такого как с концентрацией свыше 0% до приблизительно 99% или от концентрации свыше 0% до приблизительно 95%. По сравнению с отгонкой с паром эти процессы обычно требуют намного меньше тепла, и могут быть осуществлены при температурах окружающей среды. Например, хвосты, которые отводятся из TSRU, могут иметь температуру от приблизительно 20°С до приблизительно 85°С, как, например, от приблизительно 20°С до приблизительно 65°С или от приблизительно 20°С до приблизительно 55°С.
Несколько различных типов сепарации могут быть использованы в воплощениях раскрытого способа, включая циклонную сепарацию (например, гидроциклонную сепарацию при разбрызгивании газом), сепарацию флотацией, гравитационную сепарацию, сепарацию с гидрофобной агломерацией и их сочетания. В некоторых выполнениях сепарации приведены в соответствие со специальными характеристиками перерабатываемых асфальтеносодержащих хвостов. Сепарации также могут быть приведены в соответствие со схемой переработки. Например, сепарации могут быть видоизменены для обеспечения непрерывной схемы переработки, периодической или полупериодической переработки.
Циклонная сепарация может быть использована, например, для удаления необработанного материала из асфальтеносодержащих хвостов до их дальнейшей переработки. Сепарация необработанных материалов на этой стадии может облегчить усовершенствованную эксплуатацию оборудования нисходящего потока. Циклонная сепарация может включать стимулирование или облегчение быстрого вращения асфальтеносодержащих хвостов в коническом сосуде. Результирующая центробежная сила вызывает суспендирование некоторых материалов в хвостах, чтобы собрать их в виде кубового продукта. После воздействия на хвосты TSRU от процесса получения углеводородов из нефтеного песка кубовый продукт, отводящийся из циклонного сепаратора, вероятно содержит необработанные минералы, тяжелые минералы и немного воды. Необработанные минералы могут быть выделены из воды, например, гравитационным отстаиванием. Затем вода может быть возвращена на повторную переработку назад в процесс. Перелив может быть направлен в бак-сборник для дальнейшей переработки.
Подобно другим процессам циклонной сепарации гидроциклонная сепарация с разбрызгиванием газом, как правило, включает использование центробежной силы. Гидроциклонная сепарация с разбрызгиванием газом, однако, также включает ввод мелких газовых пузырьков в асфальтеносодержащие хвосты при приложении центробежной силы. Например, пузырьки могут быть введены через мелкие отверстия в стенках конического сосуда, в котором асфальтеносодержащие хвосты заставляют быстро вращаться. Ввод этих пузырьков дополнительно способствует сепарации по принципам флотации, обсуждаемым ниже. Газ может представлять собой, например, воздух или другой инертный газ.
Как упомянуто выше, флотацию часто используют в процессах выделения углеводородов из нефтеного песка. Флотация также может быть использована для выделения асфальтенов и определенных заданных минералов из других материалов в асфальтеносодержащих хвостах. Заданные минералы могут включать ценные минералы, такие как диоксид титана, ильменит и диоксид циркония, также как и минералы, которые могут оказывать вредное воздействие на окружающую среду, такие как серосодержащие минералы. Флотация может быть проведена в течение одной или более стадий сепарации. Например, некоторые воплощения включают более грубую стадию, чтобы влиять на начальную или грубую сепарацию, направленную на высокую степень извлечения, стадию продувки для удаления любых остающихся асфальтенов или заданных минералов и стадию с использованием очистителя для очистки до высокой степени чистоты любого одного из продуктов с более грубой стадии или со стадии удаления примесей в виде асфальтенов или заданных минералов. Каждая удачная стадия может быть составлена и оптимизирована для извлечения уменьшающихся концентраций асфальтенов и заданных минералов. Также может быть включена рециркуляция, рецикл или повторная обработка некоторых потоков.
В некоторых раскрытых воплощениях разделение флотацией включает введение в асфальтеносодержащие хвосты газа, такого как воздух или азот. Как обсуждалось, для достижения одного или нескольких желаемых результатов также могут быть введены реагенты. Эти реагенты могут включать, например, пенообразующие реагенты. Некоторые воплощения включают использование пенообразующего реагента, чтобы способствовать образованию стабильных пузырьков, таких как те, которые притягивают асфальтены и/или заданные минералы. Полезные пенообразующие реагенты включают, например, алифатические спирты, циклические спирты, фенолы, алкоксипарафины, полигликоли и их сочетания, и производные. В некоторых воплощениях пенообразующие реагенты имеют полярную группу, такую как гидроксильная полярная группа, карбоксильная полярная группа, карбонильная полярная группа, полярная аминогруппа, полярная сульфогруппа или их сочетания. Пенообразующие реагенты могут быть введены в концентрации, подобранной для того, чтобы способствовать образованию стабильных пузырьков, таких как те, которые притягивают асфальтены и/или заданные минералы. Например, пенообразующие реагенты могут быть введены в концентрации от приблизительно 5 ppm (частей на миллион) до приблизительно 100 ppm, как, например, от приблизительно 15 ppm до приблизительно 35 ppm.
Некоторые воплощения включают использование улавливающих реагентов, выбранных для увеличения гидрофобности (т.е. краевого угла смачивания) асфальтенов и/или заданных минералов. Полезные улавливающие реагенты включают нефть, олеат натрия, жирные кислоты, ксантаты, соли алкилсульфокислоты, дитиофосфаты, амины и их сочетания, и производные. Улавливающие реагенты могут быть анионными или катионными. Улавливающие реагенты могут быть введены в концентрации, выбранной для увеличения гидрофобности асфальтенов и/или заданных минералов. Например, улавливающие реагенты могут быть введены в концентрации от приблизительно 5 ppm до приблизительно 500 ppm, как, например, от приблизительно 25 ppm до приблизительно 50 ppm.
Помимо образующих и улавливающих реагентов некоторые воплощения включают использование таких модификаторов, как депрессанты, диспергаторы, регуляторы и активаторы. Депрессанты могут быть использованы, например, для поверхностного покрытия определенных минералов, чтобы предотвратить гидрофобность и всплытие этих минералов. Депрессанты могут быть использованы в комбинации с улавливающими реагентами по отношению к избирательно всплывающим минералам. Этот процесс может быть использован, например, для выделения частиц в асфальтеносодержащих хвостах. Регуляторы могут быть использованы, например, для регулирования рН в асфальтеносодержащих хвостах. Активаторы могут быть использованы, например, для того чтобы способствовать взаимодействию между улавливающим реагентом и асфальтенами и/или заданными минералами.
Во время флотации асфальтены и заданные минералы притягиваются к газовым пузырькам и поднимаются с ними с образованием обогащенной асфальтенами пены, в то время как другие вещества остаются в водном растворе. Это происходит потому, что асфальтены и заданные минералы являются гидрофобными либо сами по себе, либо за счет действия улавливающего реагента. Минералы, которые остаются в водном растворе, это те минералы, которые являются гидрофильными либо сами по себе, либо под действием депрессанта. Помимо асфальтенов и заданных минералов обогащенная асфальтенами пена может включать естественным путем всплывающие минералы, минералы, попавшие в асфальтены и остаточный растворитель. После флотации оставшаяся водная фаза может быть возвращена на повторную обработку для получения или применения воды и тепла, а обогащенная асфальтеном пена может быть направлена на дальнейшую переработку.
После флотации для выделения асфальтенов и/или заданных минералов из других веществ в асфальтеносодержащих хвостах получающуюся в результате обогащенную асфальтеном пену можно сгустить, как, например, удалением, как минимум, части содержащейся в ней газовой фазы. Процесс сгущения также включает удаление, по меньшей мере, части воды. Сгущение может быть осуществлено, например, при использовании обезвоживающего циклона или обычного обезвоживания, процесса осветления, сгущения и/или фильтрации, дающего в результате осветленную воду и кубовый продукт. Избыток воды может быть получен при переливе. Кубовый продукт в виде слива может приобретать вид обогащенной асфальтеном суспензии или обогащенного асфальтеном осадка на фильтре, которые могут быть направлены на дальнейшую переработку.
Некоторые раскрытые воплощения включают один или более процессов гравитационной сепарации. Гравитационную сепарацию можно использовать, например, для разделения обогащенной асфальтеном пены или обогащенной асфальтеном сусупензии на легкие хвосты и тяжелый минеральный концентрат. Если гравитационную сепарацию проводят после другой стадии сепарации, такой как флотация, то тяжелый минеральный концентрат может включать высокое процентное содержание минералов, предназначенных для извлечения, как и ненужные минералы, которые должны отсеяться. Для усиления сепарации в двух фазах могут быть добавлены реагенты. Для очистки поверхности минералов, усиливающей таким образом сепарацию, может быть использована зачистка путем притирки. Реагенты, пригодные для использования в процессе гравитационной сепарации для разделения обогащенной асфальтеном пены или обогащенной асфальтеном суспензии на легкие хвосты и концентрат тяжелого минерала, включают, например, диспергаторы, поверхностно-активные вещества и растворители. Эти реагенты способствуют сепарации, например, за счет изменения поверхностного заряда и дисперсии. В некоторых воплощениях диспегатор содержит силикат, фосфат, цитрат, лигносульфонат или их сочетания, или производные. Флотационная и гравитационная сепарация могут быть объединены в одну стадию, такую как стадия гидроциклонной флотации при разбрызгивании газом (как раскрыто, например, в патенте США №4838434, который включен сюда в качестве ссылки).
Для получения асфальтенового концентрата некоторые воплощения включают сепарацию путем гидрофобной агломерации, которая может быть отнесена к сепарации путем гидрофобного хлопьеобразования, нефтяной агломерационной сепарации или сепарации нефти путем хлопьеобразования. Один пример такой сепарации раскрыт в патенте США №5162050, который включен сюда в качестве ссылки. Эта сепарация может быть выполнена, например, на легких хвостах, которые выходят с гравитационной сепарации, на обогащенной асфальтеном пене, которая выходит с сепарации флотацией, или на обогащенной асфальтеном суспензии, которая выходит со стадии сгущения. Гидрофобная агломерация, в общем, включает, использование средства для гидрофобной агломерации, которое образует хлопья из маленьких частиц вещества, которое должно быть в выделено в виде хлопьев большего размера. Селективность проистекает от различий в поверхностных свойствах материалов в растворе, особенно от различий в гидрофобности. Обычно средство для гидрофобной агломерации вводят в раствор и затем диспергируют для образования капель. Также средство для гидрофобной агломерации может быть введено и диспергировано одновременно. Капли сливаются с некоторыми веществами, а другие вещества остаются в растворе. Диспергирование средства для гидрофобной агломерации с образованием капель может быть достигнуто, например, перемешиванием раствора или распылением указанного средства через сопло. Поскольку агломерация произошла, то большие хлопья, включая вещество, которое должно быть выделено, могут быть удалены из раствора отстаиванием или фильтрованием.
В некоторых раскрытых воплощениях выделения асфальтенов использована гидрофобная агломерация. Например, гидрофобную агломерацию можно проводить после сепарации флотацией или гравитационной сепарации. Гидрофобную агломерацию часто выполняют в качестве конечной сепарации перед получением асфальтенового концентрата, поскольку это дает возможность для быстрого выделения асфальтенов из воды. Гидрофобная агломерация также может иметь высокую степень селективности, которая дает возможность для получения относительно чистого асфальтенового концентрата. После получения асфальтеновый концентрат может быть облагорожен в более ценный углеводородный продукт или сожжен, например, в качестве исходного сырья для газификатора. Любые минералы, находящиеся в оставшемся растворе, могут быть извлечены. В некоторых воплощениях оставшийся раствор комбинируют с такими предварительно выделенными минералами, как тяжелый минеральный концентрат, который выходит с гравитационной сепарации.
Процесс гидрофобной агломерации может быть конфигурирован для достижения максимальной селективности извлечения асфальтенов. Например, средство для гидрофобной агломерации может быть подобрано так, чтобы селективно слипаться с асфальтенами, в то время как другие вещества остаются в растворе. В некоторых воплощениях средство для гидрофобной агломерации содержит дизельное топливо, нефть, поверхностно-активное вещество или их сочетания, или производные. Средство для гидрофобной агломерации может быть введено в концентрации, подобранной для выделения асфальтенов из других компонентов в растворе. Например, средство для гидрофобной агломерации может быть введено в концентрации от приблизительно 5000 ppm до приблизительно 15000 ppm, как, например, от приблизительно 10000 ppm до приблизительно 12000 ppm.
В некоторых воплощениях гидрофобную агломерацию облегчают добавлением одного или нескольких таких окисляющих агентов, как кислород, или химического окисляющего агента, такого как пероксид, гидроксид, перманганат, реагент Фентона или их сочетания, или производные. Окисляющий агент, в случае его использования, может быть добавлен в количестве, которое способствует желаемому результату, как, например, в количестве от приблизительно 3500 ppm до приблизительно 10000 ppm, или в количестве от приблизительно 5000 ppm до приблизительно 7500 ppm. Окисляющие агенты могут быть использованы, например, для окисления поверхностей минералов, которые должны быть выделены из асфальтенов. Это может улучшить селективность за счет сокращения или значительного удаления гидрофобных соединений, присоединенных к этим поверхностям. Например, в некоторых воплощениях окисление используют для превращения и значительного удаления остаточного улавливающего реагента, приставшего к минералам во время предшествующей сепарации флотацией. Окисление также может быть полезно для удаления гидрофобных материалов, которые естественным путем сцепляются с поверхностью определенных минералов, таких как пирит. Другие реагенты, которые могут использоваться в связи с сепарацией путем гидрофобной агломерации, включают диспергирующие реагенты, модифицирующие реагенты и подщелачивающие агенты. Примеры потенциально полезных подщелачивающих агентов включают гидроксид натрия, гидроксид калия, известь и их сочетания.
Кроме сепараций, направленных на выделение асфальтенов, некоторые воплощения включают сепарации, направленные на выделение определенных материалов, таких как материалов типа бурого угля, серосодержащих минералов и/или кислородосодержащих минералов, особенно сульфидных минералов и/или оксидных минералов. В воплощениях, в которых растворитель выходит из TSRU с асфальтенами, может быть целесообразно произвести выделение, по меньшей мере, нескольких минералов выше по потоку, выходящему из TSRU. Это может быть полезным, например, для сохранения комбинированного потока растворитель/асфальтен с минимальным количеством неорганических соединений. В некоторых воплощениях тяжелый минеральный концентрат выделяют из асфальтеносодержащих хвостов, как, например, гравитационной сепарацией, и подвергают дальнейшей обработке. Дальнейшая обработка может начинаться со стадии притирки, которая может включать притирку до получения среза или циклонную обработку. Притирка, как и окисление, может быть полезна для очистки поверхностей минералов, как, например, для удаления остаточного улавливающего реагента, сцепившегося с минералами во время предшествующей сепарации флотацией. Затирка может включать помещение минералов в среду с высокой срезающей способностью либо во фрикционный скруббер, либо во фрикционную мельницу, где поверхности могут тереться вместе в режиме самоочистки.
Некоторые воплощения включают одну или более стадий выделения серососодержащих минералов из других минералов, которые должны быть получены. Хотя они, как правило, имеют меньшую коммерческую ценность или не имеют ее, серосодержащие минералы могут быть выделены вместе с другими заданными минералами для предотвращения их включения в хвосты, выходящие из общего процесса. Это уменьшает воздействие на окружающую среду при удалении хвостов, потому что серосодержащие минералы (например, пирит, марказит и т.д.) стремятся окислиться при хранении в бассейне для хвостов. Выделение серосодержащих минералов из других минералов, особенно от кислородосодержащих минералов, может быть достигнуто, например, флотацией. Для облегчения выделения могут быть использованы пенообразующие и улавливающие реагенты. Полезные пенообразующие реагенты включают, например, алифатические спирты, циклические спирты, фенолы, алкоксипарафины, полигликоли и их сочетания, и производные. В некоторых воплощениях пенообразующие реагенты имеют такую полярную группу, как гидроксильная, карбоксильная, карбонильная, полярная амино- или сульфогруппа или их сочетание. Пенообразующие реагенты могут быть введены в концентрации, подобранной для того, чтобы способствовать образованию стабильных пузырьков, которые притягивают серосодержащие минералы. Например, пенообразующий реагент может быть введен в концентрации от приблизительно 5 ppm до приблизительно 100 ppm, как, например, от приблизительно 10 ppm до приблизительно 25 ppm. Полезные улавливающие реагенты включают нефть, олеат натрия, жирные кислоты, ксантогенаты, соли алкилсульфокислоты, дитиофосфаты, амины или их сочетания, или производные. Улавливающие реагенты могут быть анионными или катионными. Эти реагенты могут быть введены в концентрации, подобранной для увеличения гидрофобности серосодержащих минералов. Например, улавливающие реагенты могут быть введены в концентрации, от приблизительно 5 ppm до приблизительно 100 ppm, как, например, от приблизительно 25 ppm до приблизительно 50 ppm.
Введение газовых пузырьков, таких как пузырьков воздуха, может привести к образованию пены, обогащенной серой над водной фазой, обедненной серой. Твердые серосодержащие минералы могут быть получены из пены, обогащенной серой, и накоплены в виде отходов производства или подвергнуты дальнейшей переработке для получения товарного продукта. Обедненная серой водная фаза может иметь высокую концентрацию минералов, предназначенных для извлечения. Эти минералы могут включать, например, кислородосодержащие минералы, такие как оксиды металлов группы 4В, особенно диоксид титана, ильменит и диоксид циркония, которые имеют значительную ценность. Полученные минералы могут быть проданы в качестве товара или облагорожены дальнейшей очисткой или химическим модифицированием. Полученная окись титана, например, может быть использована в производстве пигмента (как раскрыто, например, в патенте США №6375923, который включен сюда в качестве ссылки).
Конкретные воплощения раскрытого способа и системы могут быть использованы для получения энергии и асфальтенов, растворителя и минералов. Асфальтеносодержащие хвосты часто имеют избыток тепловой энергии относительно окружающей среды, потому что получение растворителя в процессах получения углеводородов из нефтеного песка обычно включает отгонку с паром. В некоторых раскрытых воплощениях водные потоки хвостов получают в несколько различных стадий сепарации. Тепло может быть получено из каждого из этих водных потоков хвостов. Водные потоки хвостов также можно уплотнить и объединить их в процессе получения энергии. Например, уплотненные потоки могут быть пропущены через один теплообменник. Теплообменник можно использовать, например, для нагрева воды в TSRU перед ее превращением в пар.
Помимо основных действующих элементов установки, таких как вышеописанные, воплощения раскрытого способа и системы могут включать вторичные действующие элементы, такие как насосы, приточные вентиляторы и регуляторы.
Некоторые воплощения раскрытого способа и системы для получения энергии и/или материалов из асфальтеносодержащих хвостов описаны со ссылкой на чертежи в следующих подразделах.
АСФАЛЬТЕНОСОДЕРЖАЩИЕ ХВОСТЫ
В некоторых раскрытых воплощениях асфальтеносодержащие хвосты 10 возникают при работе TSRU 12. Асфальтеносодержащие хвосты 10, которые выходят из TSRU 12, могут направляться непосредственно в аппарат 14 флотации, как показано на фиг.1. Кроме того, как показано на фиг.2, перед поступлением в аппарат 14 флотации асфальтеносодержащие хвосты 10 могут быть пропущены через сепаратор 16, такой как циклонный сепаратор. Сепаратор 16 может быть полезен, например, для выделения необработанных или тяжелых материалов из асфальтеносодержащих хвостов 10 перед их поступлением в аппарат 14 флотации. Кубовый продукт 18, содержащий необработанные или тяжелые материалы, может выходить из сепаратора 16 и направляться в сепаратор 20, который подробнее описан ниже. Верхний продукт через перелив может подаваться в аппарат 14 флотации.
Аппарат 14 флотации можно использовать для выделения асфальтенов и заданных минералов из других материалов в асфальтеносодержащих хвостах 10. Аппарат 14 флотации может включать одну флотационную ячейку или множество флотационных ячеек, как, например, поставленные флотационные ячейки, сконфигурированные как обдирающие, очищающие и/или продувающие ячейки. Реагенты, указанные как 22 на фиг.1 и 2, могут быть добавлены до или во время флотации, чтобы способствовать желаемому процессу. Реагенты 22 могут включать, например, пенообразующий реагент, улавливающий реагент, модификатор или их сочетания. В некоторых воплощениях реагенты 22 включают гидроксид натрия, нефть, гликолевый пенообразователь или их сочетания, или производные.
Процесс флотации в аппарате 14 флотации может включать ввод газа в асфальтеносодержащие хвосты 10. Аппарат 14 флотации может, например, включать обычную ячейку в виде емкости для перемешивания или колонную ячейку для механического перемешивания или перемешивания газом. Раствор можно механически перемешивать, чтобы способствовать образованию пузырьков газа и стимулировать взаимодействие между пузырьками и асфальтенами и/или заданными минералами. В некоторых воплощениях перемешивание вызывается размещенным вблизи кубовой части сосуда элементом с механическим приводом. Газовые пузырьки могут вводиться через трубопровод для подачи газа между находящимся под давлением источником газа и одним или более отверстиями внутри сосуда. В некоторых воплощениях газ подают вблизи элемента с механическим приводом, так, чтобы сильное перемешивание легко распределяло пузырьки в асфальтеносодержащих хвостах 10. Газовые пузырьки могут также подаваться через сопло или перфорированный трубопровод. Типичным образом газ представляет собой воздух, хотя в некоторых воплощениях это может быть инертный газ, как, например, азот.
Во время флотации в аппарате 14 флотации асфальтены и/или заданные минералы в асфальтеносодержащих хвостах 10 поднимаются вместе с газовыми пузырьками с образованием обогащенной асфальтенами пены 24 над обедненной асфальтенами водной фазой 26. Обедненная асфальтенами водная фаза 26, которая, как правило, включает воду и не всплывающие на поверхность минералы, может быть направлена в сепаратор 20, где она может быть разделена на твердые вещества 28 и воду 30. Сепаратор 20 может представлять собой любой сепаратор, способный отделять твердые вещества от воды. В некоторых воплощениях сепаратор 20 представляет собой циклон или сгуститель.
Твердые вещества 28, выходящие из сепаратора 20, могут включать минералы, предназначенные для удаления с асфальтенами во время флотации внутри аппарата 14 флотации. В некоторых воплощениях от твердых веществ 28, содержащих, главным образом, неорганические вещества (например, кремнистый песок), избавляются как от отходов производства. Для уменьшения пагубного воздействия на окружающую среду, связанного с удалением твердых веществ 28, некоторые воплощения включают сепарационное удаление потенциально вредных веществ из асфальтеносодержащих хвостов 10. Например, в некоторых воплощениях серосодержащие минералы, которые могут наносить ущерб окружающей среде, подлежат сепарации флотацией в аппарате 14 флотации, так чтобы свести к минимуму их концентрацию в твердых веществах 28. Серосодержащие минералы могут быть выделены, например, при использовании улавливающего реагента, который увеличивает гидрофобность этих минералов. При удалении серосодержащих минералов с обогащенной асфальтеном пеной 24, выходящей из аппарата 14 флотации, можно снизить концентрацию этих минералов в твердых веществах 28, например, от приблизительно 0,05% до приблизительно 0,8%, например, от приблизительно 0,1% до приблизительно 0,5% или от приблизительно 0,2% до приблизительно 0,3%.
Если асфальтеносодержащие хвосты 10 выходят из TSRU 12 при повышенной температуре, то вода 30, выходящая из сепаратора 20, вероятно, содержит избыток тепловой энергии относительно окружающей среды. В некоторых воплощениях воду 30 подают назад в TSRU 12 для превращения ее в пар или в другую часть процесса для повторного использования. Вода 30 также может быть произвольно направлена через теплообменник 32. Тепло от теплообменника 32 может быть использовано, например, для частичного нагрева воды перед ее превращением в пар для использования в TSRU 12. Вода 34, которая выходит из теплообменника 32, может быть возвращена на повторную переработку для использования в других отдельных операциях процессов извлечения нефтеного песка на установке.
После выхода из аппарата 14 флотации обогащенная асфальтенами пена может подаваться в сгуститель 36. Сгуститель 36 может быть сконфигурирован для сгущения обогащенной асфальтенами пены 24 в обогащенную асфальтенами суспензию 38 в виде кубового продукта сгустителя. Сгуститель 36 может работать, например, за счет удаления газа и воды из обогащенной асфальтенами пены 24. Удаленная вода 40 может быть подана в сепаратор 20, чтобы подвергнуться сепарации и быть возвращенной на повторную переработку с обедненной асфальтенами водной фазой 26. Обогащенная асфальтенами суспензия 38 в виде кубового продукта из сгустителя может подаваться в сепаратор 42, как, например, гравитационный сепаратор, для дальнейшей переработки.
Сепаратор 42 может использоваться для выделения минералов, удаленных с обогащенной асфальтеном пеной 24 из асфальтенов. Эти минералы могут включать ценные минералы, которые должны быть выделены при дальнейшей переработке, и минералы, удаленные для того, чтобы избежать их включения в твердые вещества 28. В качестве примера выделения на этой стадии сепарации может служить гравитационная сепарация. Гравитационная сепарация может быть достигнута при использовании нескольких различных методик. В некоторых воплощениях сепаратор 42 представляет собой вибростол. Вибростолы, как правило, обеспечивают перемешивание, которое вызывает движение более легких материалов на большие расстояния, чем движение более тяжелых материалов. На поверхности стола могут быть гребни (выступы) для дальнейшего замедления движения более тяжелых материалов с учетом возможности движения более легких материалов. Другие подходящие типы гравитационных сепараторов включают гидроциклоны, спиральные концентраторы, гидролизаторы с псевдоожиженным слоем и центробежные концентраторы. Для облегчения сепарации могут быть добавлены реагенты, обозначенные на фиг.1 и 2 как 44.
Обогащенный асфальтеном кубовый продукт в виде суспензии 38 из сгустителя после выхода из сепаратора 42 может быть разделен на легкие хвосты 46 и тяжелый минеральный концентрат 48. Эти потоки могут быть подвергнуты дальнейшей переработке.
ЛЕГКИЕ ХВОСТЫ
Легкие хвосты 46, которые выходят из сепаратора 42, могут быть обработаны для получения асфальтенового концентрата 50. В некоторых раскрытых воплощениях для получения асфальтенового концентрата 50 используют гидрофобную агломерацию. Например, легкие хвосты 46 могут быть направлены в смеситель 52 для проведения гидрофобной агломерации. Могут быть добавлены реагенты 54, включая средство для гидрофобной агломерации. Легкие хвосты 46 и средство для гидрофобной агломерации могут быть перемешаны в смесителе 52 для проведения гидрофобной агломерации для диспергирования средства для гидрофобной агломерации в виде капель. Потом эти капельки могут сливаться с асфальтенами в легких хвостах 46 с образованием асфальтеносодержащих частиц. Помимо средства для гидрофобной агломерации реагенты 54 могут включать окисляющий агент и/или подщелачивающий агент.
В некоторых раскрытых воплощениях получившуюся в результате смесь 56, включающую асфальтеносодержащие частицы, направляют из смесителя 52 для гидрофобной агломерации в сепаратор 58 для гидрофобной агломерации. В других воплощениях перемешивание и сепарация происходят в одном и том же устройстве. Внутри сепаратора 58 для гидрофобной агломерации асфальтеносодержащие частицы могут быть выделены из остатка 60, как, например, отстаиванием или фильтрацией. Фильтрация может быть выполнена, например, при использовании сита со средним размером пор от приблизительно 150 мкм до приблизительно 750 мкм, как, например, от приблизительно 250 мкм до приблизительно 500 мкм или от приблизительно 275 мкм до приблизительно 325 мкм. Остаток 60, который может включать воду и любые оставшиеся минеральные твердые вещества, может быть направлен в сепаратор 20 на повторную переработку или удаление.
Некоторые воплощения раскрытого способа дают асфальтеновый концентрат 50 высокой степени чистоты. Например, в некоторых воплощениях асфальтеновый концентрат 50 содержит приблизительно от 60% до приблизительно 95% асфальтенов, как, например, приблизительно от 70% до приблизительно 90% или приблизительно от 80% до приблизительно 90%. После получения асфальтеновый концентрат 50 может быть продан в качестве товара, такого как топливо, или подвергнут дальнейшей переработке, как, например, облагораживанию указанного концентрата в нефть или газ газификацией.
ТЯЖЕЛЫЙ МИНЕРАЛЬНЫЙ КОНЦЕНТРАТ
Тяжелый минеральный концентрат 48, который выходит из сепаратора 42, может быть направлен в притирочный аппарат 62. Процесс притирки внутри притирочного аппарата может включать перемалывание тяжелого минерального концентрата 48 для измельчения заполнителей и удаления любых покрытий, которые могут препятствовать последующей обработке. Притирочный аппарат 62 может представлять собой смеситель с высокой срезающей способностью, фрикционный скруббер или фрикционную мельницу.
После выхода из притирочного аппарата 62 зачищенные минералы 64 могут быть направлены для сепарации в аппарат 66 флотации. Аппарат 66 флотации может быть использован, например, для выделения серосодержащего минерала 68 из притертых (зачищенных) минералов 64. Выделение серосодержащих минералов в концентрированном виде может быть полезно для снижения воздействия на окружающую среду отходов производства, образованных общим процессом. Аппарат 66 флотации может быть сконфигурирован для выделения серосодержащих минералов, например, подбором реагентов 70. Аппарат 66 флотации может включать единственную флотационную ячейку или множество флотационных ячеек, как, например, поставленные флотационные ячейки, сконфигурированные как обдирающие, очищающие и/или продувающие ячейки. Наряду с реагентами 22, использованными в аппарате 14 флотации, реагенты 70 могут содержать, например, пенообразующий реагент и/или улавливающий реагент. Помимо пенообразующих и улавливающих реагентов реагенты 70 могут содержать такие модификаторы, как диспергаторы, регуляторы и активаторы.
Серосодержащий минеральный концентрат 68 может выходить из флотационного аппарата 66 с пеной. В некоторых воплощениях пену сгущают, а любую оставшуюся воду удаляют для отверждения серосодержащего минерального концентрата 68. Любые асфальтены, удаленные из указанного концентрата, могут быть смешаны с вышеописанными легкими хвостами 46. После выделения серосодержащего минерального концентрата 68 остающаяся и обедненная серой водная фаза 72 может содержать предназначенные для извлечения минералы, такие как промышленно-ценные минералы, включенные в нефтеной песок, из которого были выделены асфальтеносодержащие хвосты 10. Эти минералы могут включать, например, кислородосодержащие минералы, такие как оксиды металлов группы 4В, особенно диоксид титана, ильменит и диоксид циркония. В некоторых воплощениях обедненную серой водную фазу 72 после ее выхода из аппарата 66 флотации подают в сепаратор 74. Внутри сепаратора 74 остаток 76 можно выделить, оставляя кислородосодержащий минеральный концентрат 78. Остаток 76, который включает, главным образом, воду, может быть направлен в сепаратор 20 для повторной переработки или удаления.
Кислородосодержащий минеральный концентрат 78 может быть продан в виде товара или подвергнут дальнейшей переработке. Дальнейшая переработка может включать очистку для получения отдельных типов минералов (например, ильменита, лейкоксена, анатаза, рутила и диоксида циркония). Это может быть сделано, например, при использовании обычных магнитных и электростатических сепараций. Эти и другие процессы сепарации могут быть использованы для получения различных сортов продукта, включая сверхчистые концентраты промышленного сорта. В некоторых раскрытых воплощениях ильменитный минеральный концентрат или другие содержащие диоксид титана минеральные концентраты из кислородосодержащего минерального концентрата 78 облагорожены в пигмент.
ПРИМЕРЫ
Для иллюстрации определенных особых воплощений раскрытия изобретения приведены следующие примеры. Отдельные воплощения, не ограниченные особыми описанными свойствами, согласуются со следующими примерами.
Пример 1
Первоначальная флотация хвостов, отводимых из TSRU, была проведена во флотационной ячейке в виде колонны длиной 3 м. Флотация была проведена при температуре от 70 до 75°С. Пенообразующий реагент в виде гликолевого сложного эфира был добавлен в концентрации 25 грамм на тонну твердых веществ. После оптимизации условий флотации был получен концентрат (пена) высокой чистоты, содержащий асфальтены и тяжелые минералы. Силикатные и глиняные незаданные минералы были забракованы в виде продукта из хвостов. Уровни различных минералов в концентрате, хвостах и сырьевых потоках показаны в таблице 1 наряду с процентом извлечения минералов из концентрата и хвостов. Как показано в таблице 1, масса отходов из хвостов составляла 33,5% всего сырьевого потока. Извлекаемость заданных асфальтенов и тяжелых минералов была высокой. В лабораторных испытаниях хвосты от флотации были удачно сгущены при использовании промышленного полимерного флоккулянта. Из флоккулированных хвостов была получена чистая горячая вода, образовавшаяся сверху в результате отстаивания. Это иллюстрируется одним примером получения тепла и энергии.
| Таблица 1 | |||||||||
| Данные для пенной сепарации флотацией хвостов TSRU | |||||||||
| Уровень - % | |||||||||
| Вес % | Al2O3 | SiO2 | TiO2 | ZrO2 | Fe | S | С | LOI* | |
| Концентрат | 66,5 | 6,7 | 15,5 | 6,9 | 1,9 | 3,8 | 5,7 | 40,9 | 59,9 |
| Хвосты | 33,5 | 12,5 | 73,6 | 1,4 | 0,08 | 1,3 | 0,4 | 2,6 | 8,4 |
| Сырье | 100 | 8,6 | 35,0 | 5,0 | 1,3 | 3,0 | 3,9 | 28,1 | 42,6 |
| Извлечение - % | |||||||||
| Вес % | Al2O3 | SiO2 | TiO2 | ZrO2 | Fe | S | С | LOI* | |
| Концентрат | 66,5 | 51,5 | 29,4 | 91,0 | 98,0 | 85,6 | 97,0 | 96,8 | 93,4 |
| Хвосты | 33,5 | 48,5 | 70,6 | 9,0 | 2,0 | 14,4 | 3,0 | 3,2 | 6,6 |
| * = Потеря на обзоливание |
Пример 2
Пенный флотационный концентрат из примера 1 был подвергнут гравитационной сепарации для получения обогащенной асфальтеном фазы и тяжелой или обогащенной оксидным минералом фазы. Таблица 2 показывает экспериментальные данные для одиночной стадии процесса гравитационной сепарации. Результаты в дальнейшем можно улучшить при использовании последовательности гравитационных сепараторов с режимами обдирки, очистки и продувки.
| Таблица 2 | |||||||||
| Данные для первой стадии гравитационной сепарации пенного флотационного концентрата | |||||||||
| Уровень - % | |||||||||
| Вес % | Al2O3 | SiO2 | TiO2 | ZrO2 | Fe | S | С | LOI | |
| Тяжелый концентрат | 20,2 | 6,6 | 22,0 | 22,6 | 6,5 | 6,5 | 4,6 | 20,7 | 29,7 |
| Легкие асфальтеновые фракции | 79,8 | 5,8 | 13,0 | 3,6 | 0,5 | 3,4 | 5,9 | 51,5 | 71,8 |
| Сырье | 100,0 | 6,0 | 14,8 | 7,5 | 1,7 | 4,0 | 5,6 | 45,2 | 63,3 |
| Извлечение - % | |||||||||
| Вес % | Al2O3 | SiO2 | TiO2 | ZrO2 | Fe | S | С | LOI | |
| Тяжелый концентрат | 20,2 | 22,4 | 30,0 | 61,1 | 75,2 | 32,5 | 16,6 | 9,3 | 9,5 |
| Легкие асфальтеновые фракции | 79,8 | 77,6 | 70,0 | 38,9 | 24,8 | 67,5 | 83,4 | 90,7 | 90,5 |
Пример 3
Тяжелый минеральный концентрат из примера 2 был подвергнут дальнейшей очистке с использованием стадии обезжиривания. Эта стадия включала установление требуемого состава тяжелого минерального концентрата в гидроксиде натрия и пероксиде водорода для очистки поверхности частиц и предотвращения их всплытия. Дальнейшая стадия флотации была затем использована для уменьшения содержания асфальтена и выделения сульфидных минералов. Сульфидные минералы были активированы сульфатом меди. Также добавляли улавливающее средство ксантогенатного типа для объемной флотации. После флотации полученная пена содержала сульфидные минералы и остаточные углеводороды. В виде флотационных хвостов оставался более чистый продукт, содержащий тяжелый минерал. Уровни различных минералов в асфальтено-сульфидном концентрате, тяжелом минеральном продукте и сырьевых потоках показаны в таблице 3 наряду с процентом извлечения минералов из асфальтено-сульфидного концентрата и тяжелого минерального продукта.
| Таблица 3 | |||||||||
| Данные для пенной сепарации флотацией тяжелого минерального концентрата | |||||||||
| Уровень - % | |||||||||
| Вес % | Al2O3 | SiO2 | TiO2 | ZrO2 | Fe | S | С | LOI | |
| Асфальтено-сульфидный концентрат | 39,8 | 1,3 | 6,6 | 6,3 | 2,7 | 12,9 | 11,3 | 46,7 | 65,8 |
| Тяжелый минеральный продукт | 60,1 | 10,1 | 32,2 | 33,4 | 9,0 | 2,3 | 0,2 | 3,5 | 5,8 |
| Сырье | 100 | 6,6 | 22 | 22,6 | 6,5 | 6,5 | 4,6 | 20,7 | 29,7 |
| Извлечение - % | |||||||||
| Вес % | Al2O3 | SiO2 | TiO2 | ZrO2 | Fe | S | С | LOI | |
| Асфальтено-сульфидный концентрат | 39,9 | 7,8 | 11,9 | 11,1 | 16,5 | 79,0 | 97,8 | 89,8 | 88,2 |
| Тяжелый минеральный продукт | 60,1 | 92,0 | 88,0 | 88,8 | 83,2 | 21,3 | 2,6 | 10,2 | 11,7 |
Пример 4
Асфальтены из примера 2 были обработаны нефтяной агломерацией. Результаты этого процесса показаны в таблице 4. Процесс нефтяной агломерации включал обработку мокрого асфальтенового концентрата добавкой каустической соды. Полученная суспензия затем была подвергнута ультразвуковому приведению в нужное состояние за 30 минут и перемешана с дизельным топливом в высокоскоростном смесителе за 10 минут. Полученная суспензия была затем просеяна через сито с размером ячеек 50 меш (300 мкм). Шлам проходил сквозь сито, в то время как агломерированные асфальтены задерживались на сите. Агломерированные асфальтены были повторно суспендированы в высокоскоростном смесителе и повторно пропущены через сито для отсеивания дополнительного шлама. Асфальтеновый продукт, как было обнаружено, содержит 15% неорганических солей при извлечении углерода в избытке 95% по отношению к асфальтеновому концентрату. Было отсеяно около 70% Al2O3, 76% SiO2 и 36% S. Асфальтеновый концентрат имел содержание углерода около 63%, а потеря на обзоливание составляла около 86%. Теплотворная способность составляла около 12000 Btu (Британских тепловых единиц на фунт). Также было обнаружено, что асфальтеновый концентрат содержит остаточный углеводородный растворитель, который мог быть получен при дальнейшей переработке и превращен в более короткоцепочечные углеводороды. Асфальтеновый концентрат дает готовый источник топлива для генерирования тепла и энергии при переработке нефтеного песка.
| Таблица 4 | |||||||||
| Нефтяная агломерация асфальтенов | |||||||||
| Уровень (%) | |||||||||
| Вес % | Al2O3 | SiO2 | TiO2 | ZrO2 | Fe | S | С | LOI | |
| Асфальтен | 71,6 | 2,3 | 5,4 | 2,2 | 0,5 | 3,2 | 5,0 | 63,1 | 86 |
| Шлам I | 21,4 | 16,3 | 52,4 | 2,8 | 0,1 | 2,4 | 8,9 | 5,2 | 24 |
| Шлам II | 7,0 | 4,7 | 15,5 | 3,2 | 0,4 | 3,4 | 1,1 | 13,5 | 70 |
| Сырье | 100 | 5,5 | 16,2 | 2,4 | 0,4 | 3,0 | 5,6 | 47,2 | 71,6 |
| Распределение (%) | |||||||||
| Вес % | Al2O3 | SiO2 | TiO2 | ZrO2 | Fe | S | С | LOI | |
| Асфальтен | 71,59 | 30,1 | 23,9 | 65,7 | 87,9 | 75,3 | 64,4 | 95,6 | 86,0 |
| Шлам I | 21,43 | 63,8 | 69,4 | 25,0 | 5,3 | 16,9 | 34,2 | 2,4 | 7,2 |
| Шлам II | 6,98 | 6,0 | 6,7 | 9,3 | 6,9 | 7,8 | 1,4 | 2,0 | 6,8 |
Ввиду многих возможных воплощений, к которым могут быть применены принципы раскрытого изобретения, следует признать, что проиллюстрированные воплощения являются только примерами изобретения и не должны считаться ограничивающими объем изобретения. Объем изобретения определен следующими далее пунктами формулы изобретения.
1. Способ переработки асфальтеносодержащих хвостов, включающий в себя:
введение газа в асфальтеносодержащие хвосты, так чтобы асфальтены в асфальтеносодержащих хвостах поднимались вместе с пузырьками газа с образованием обогащенной асфальтеном пены над обедненной асфальтеном водной фазой, содержащей воду и невсплывающие минералы;
выделение тяжелого минерального концентрата и легких хвостов, содержащих воду и асфальтены, из обогащенной асфальтеном пены или обогащенной асфальтеном суспензии, образованной из обогащенной асфальтеном пены;
диспергирование средства для гидрофобной агломерации внутри легких хвостов для образования капель, в которых капли агломерируются с асфальтенами с образованием асфальтеносодержащих частиц; и
выделение асфальтеносодержащих хвостов из легких хвостов в виде асфальтенового концентрата.
2. Способ по п.1, в котором асфальтеносодержащие хвосты содержат хвосты от процесса получения углеводородов из нефтеного песка.
3. Способ по п.1, дополнительно включающий получение тепловой энергии из обедненной асфальтеном водной фазы.
4. Способ по п.1, в котором выделение асфальтеносодержащих частиц из легких хвостов включает выделение этих частиц из легких хвостов гравитационной сепарацией.
5. Способ по п.1, в котором выделение асфальтеносодержащих частиц из легких хвостов включает выделение этих частиц из легких хвостов фильтрацией.
6. Способ по п.1, в котором тяжелый минеральный концентрат содержит диоксид титана, ильменит, диоксид циркония или их сочетание.
7. Способ по п.1, в котором средство для гидрофобной агломерации содержит дизельное топливо, нефть, поверхностно-активное вещество, или их сочетания, или производные.
8. Способ по п.1, дополнительно включающий введение пенообразующего реагента, содержащего алифатический спирт, циклический спирт, фенол, алкоксипарафин, полигликоль, или их сочетания, или производные, в асфальтеносодержащие хвосты до или во время введения газа в асфальтеносодержащие хвосты.
9. Способ по п.1, дополнительно включающий введение улавливающего реагента, содержащего нефть, олеат натрия, жирную кислоту, ксантат, соль алкилсульфокислоты, дитиофосфат, амин, или их сочетания, или производные, в асфальтеносодержащие хвосты до или во время введения газа в асфальтеносодержащие хвосты.
10. Способ по п.1, дополнительно включающий введение диспергирующего реагента, содержащего силикат, фосфат, цитрат, лигносульфонат, или их сочетания, или производные, в обогащенную асфальтенами пену или обогащенную асфальтенами сусупензию до или во время разделения обогащенной асфальтенами пены или обогащенной асфальтенами сусупензии на тяжелый минеральный концентрат и легкие хвосты.
11. Способ по п.1, дополнительно включающий введение окисляющего агента в легкие хвосты до или во время диспергирования средства для гидрофобной агломерации.
12. Способ по п.1, дополнительно включающий введение подщелачивающего агента в легкие хвосты до или во время диспергирования средства для гидрофобной агломерации.
13. Способ по п.1, дополнительно включающий введение окисляющего агента и подщелачивающего агента или их смеси в легкие хвосты до или во время диспергирования средства для гидрофобной агломерации.
14. Способ по п.1, дополнительно включающий удаление воды из обогащенной асфальтенами пены или обогащенной асфальтенами суспензии и дополнительно включающий получение тепловой энергии из воды, удаленной из обогащенной асфальтенами пены или обогащенной асфальтенами суспензии.
15. Способ по п.1, дополнительно включающий выделение необработанных минералов из асфальтеносодержащих хвостов перед введением газа в асфальтеносодержащие хвосты.
16. Способ по п.15, в котором выделение из асфальтеносодержащих хвостов необработанных минералов включает подвергание асфальтеносодержащих хвостов процессу циклонной сепарации и удаление необработанных минералов с кубовым продуктом из процесса циклонной сепарации.
17. Способ по п.16, в котором процесс циклонной сепарации представляет собой процесс циклонной сепарации с разбрызгиванием газом.
18. Способ по п.1, дополнительно включающий выделение серосодержащих минералов из тяжелого минерального концентрата.
19. Способ по п.18. дополнительно включающий оттирку тяжелого минерального концентрата перед выделением из него серосодержащих минералов.
20. Способ по п.19, в котором оттирка тяжелого минерального концентрата включает оттирку для очистки поверхностей минерала.
21. Способ по п.18, в котором выделение серосодержащих минералов из тяжелого минерального концентрата включает:
введение газа в тяжелый минеральный концентрат, так чтобы серосодержащие минералы поднимались вместе с пузырьками газа с образованием пены, обогащенной серой, над обедненной серой водной фазой, содержащей воду и кислородосодержащие минералы; и
извлечение кислородосодержащих минералов из серосодержащей водной фазы.
22. Способ по п.21, дополнительно включающий извлечение серосодержащих минералов из пены, обогащенной серой, или обогащенной серой суспензии, образованной из пены, обогащенной серой.
23. Способ по п.21, в котором кислородосодержащие минералы включают диоксид титана, ильменит, диоксид циркония или их сочетание.
24. Способ по п.21, дополнительно включающий введение пенообразующего реагента, содержащего алифатический спирт, циклический спирт, фенол, алкоксипарафин, полигликоль, или их сочетания, или производные, в тяжелый минеральный концентрат до или во время введения газа в тяжелый минеральный концентрат.
25. Способ по п.21, дополнительно включающий введение улавливающего реагента, содержащего топливную нефть, олеат натрия, жирную кислоту, ксантат, соль алкилсульфокислоты, дитиофосфат, амин, или их сочетания, или производные, в тяжелый минеральный концентрат до или во время введения газа в тяжелый минеральный концентрат.
26. Способ по п.1, дополнительно включающий выделение концентрата бурого угля из обогащенной асфальтенами пены или из обогащенной асфальтенами суспензии, образованной из обогащенной асфальтенами пены.
27. Способ по п.26, в котором выделение концентрата бурого угля включает проведение процесса просеивания, процесса гравитационной сепарации, процесса экстракции растворителем или их сочетание.
28. Способ получения материалов из асфальтеносодержащих хвостов, включающий:
введение средства для гидрофобной агломерации в хвосты, содержащие воду, асфальтены и неорганические минералы;
диспергирование средства для гидрофобной агломерации с образованием капель, при котором капли агломерируются с асфальтенами с образованием асфальтеносодержащих частиц; и
выделение асфальтеносодержащих частиц из хвостов в виде асфальтенового концентрата.
29. Способ по п.28, в котором асфальтеносодержащие хвосты содержат хвосты от процесса получения углеводородов из нефтеного песка.
30. Способ по п.28, в котором средство для гидрофобной агломерации содержит дизельное топливо, нефть, поверхностно-активное вещество, или их сочетания, или производные.
31. Способ выделения асфальтенов из других углеводородов, которые должны быть извлечены из битумной пены, включающий:
получение битумной пены, содержащей битум, асфальтены, неорганические твердые вещества и воду;
образование смеси, содержащей битумную пену и парафиновый углеводородный растворитель так, чтобы осадить асфальтены в смеси;
разделение смеси на разбавленный битумный продукт и остаток, в которых разбавленный битумный продукт содержит битум и парафиновый углеводородный растворитель и имеет концентрацию осажденных асфальтенов, неорганических твердых веществ и воды ниже, чем в смеси;
получение от более чем 0% до приблизительно 95% парафинового углеводородного растворителя, присутствующего в остатке, в агрегате для извлечения растворителя, который дает поток хвостов, содержащий воду, неорганические твердые вещества, осажденные асфальтены и невыделенный парафиновый углеводородный растворитель; и
выделение осажденных асфальтенов и неизвлеченного парафинового углеводородного растворителя из потока хвостов.
32. Способ по п.31. в котором битумная пена взята из процесса выделения углеводородов из нефтеного песка.
33. Способ по п.31, в котором выделение осажденных асфальтенов и невыделенного парафинового углеводородного растворителя из потока хвостов включает выделение осажденных асфальтенов и невыделенного парафинового углеводородного растворителя флотацией, гравитационной сепарацией, гидрофобной агломерацией или их комбинацией.
34. Способ по п.31, в котором получение от более чем 0% до приблизительно 95% парафинового углеводородного растворителя из остатка включает извлечение от более чем 0% до приблизительно 95% парафинового углеводородного растворителя из остатка по процессу, отличному от отгонки с паром.
35. Способ по п.31, в котором получение от более чем 0% до приблизительно 95% парафинового углеводородного растворителя из остатка включает извлечение от более чем 0% до приблизительно 95% парафинового углеводородного растворителя из остатка флотацией, гравитационной сепарацией, отгонкой в вакууме или их комбинацией.
36. Способ по п.31, в котором битумная пена содержит от приблизительно 20% до приблизительно 80% битума, от приблизительно 10% до приблизительно 75% воды, от приблизительно 5% до приблизительно 45% неорганических твердых веществ и от приблизительно 1% до приблизительно 25% асфальтенов.
37. Способ по п.31, в котором парафиновый углеводородный растворитель имеет длину цепи от приблизительно 5 до приблизительно 8 атомов углерода.
38. Способ по п.31, в котором парафиновый углеводородный растворитель содержит около 50% по весу пентана и около 50% по весу гексана.
39. Способ по п.31, в котором поток хвостов выходит из агрегата для извлечения растворителя при температуре от приблизительно 20°С до приблизительно 65°С.
40. Система для получения материалов из асфальтеносодержащих хвостов, включающая:
аппарат для флотации для разделения асфальтеносодержащих хвостов на обогащенную асфальтенами пену и обедненную асфальтенами водную фазу;
аппарат гравитационной сепарации для разделения обогащенной асфальтенами пены или обогащенной асфальтенами суспензии, образованной из обогащенной асфальтенами пены, на тяжелый минеральный концентрат и легкие хвосты; и
смесительный аппарат гидрофобной агломерации для диспергирования средства для гидрофобной агломерации в объеме легких хвостов.
41. Система по п.40, дополнительно включающая отстойник для гидрофобной агломерации для выделения асфальтенового концентрата из легких хвостов.
42. Система по п.40, дополнительно включающая аппарат циклонной сепарации для выделения необработанных минералов из асфальтеносодержащих хвостов перед подачей асфальтеносодержащих хвостов в аппарат для флотации.
43. Система по п.40, дополнительно включающая трубопровод для возврата на повторную переработку воды, которая выходит из аппарата для флотации.
44. Система по п.40, в которой аппарат для флотации представляет собой первый аппарат для флотации и дополнительно включающая второй аппарат для флотации для разделения тяжелого минерального концентрата на обогащенную серой пену и обедненную серой водную фазу.
45. Система по п.40, дополнительно включающая сгуститель для сгущения обогащенной асфальтенами пены с образованием обогащенной асфальтенами суспензии.
46. Система переработки асфальтенсодержащих хвостов, включающая:
средства для извлечения асфальтенового концентрата из асфальтеносодержащих хвостов и
средства для извлечения кислородосодержащего минерального концентрата из асфальтеносодержащих хвостов.
47. Система по п.46, дополнительно включающая средства для извлечения серосодержащего минерального концентрата из асфальтеносодержащих хвостов.
48. Система по п.46, дополнительно включающая средства для получения тепловой энергии из асфальтеносодержащих хвостов.
