Способ извлечения углеводородов из нефтеносных песков и горючих сланцев

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

 

Данное изобретение относится к способу извлечения углеводородов, содержащихся в нефтеносных песках и горючих сланцах, с использованием тепловой энергии от солнечного источника.

В уровне техники известны технологии извлечения, применяющие горячую воду и/или высокотемпературные углеводородные растворители, соответствующим образом нагретые с использованием ископаемого топлива (обычно природного газа или нефтяного кокса).

Эти процессы являются «энергетически интенсивными» и требуют от 8,5 м³ (300 куб футов) (н.у.) до 36,8 м³ (1300 куб футов) (н.у.) природного газа на 0,159 м³ (1 баррель) извлеченного битума в зависимости от применяемой технологии (разработка месторождения или in-situ термическое извлечение).

Экстракция горячей водой требует огромного количества воды (0,3 -0,7 м³ на 0,159 м³ (1 баррель) битума), а также создает проблему отделения неорганических частиц материала микронного размера (мелкие порошки), которая предполагает применение отстойников для хвостовых фракций, что оказывает значительное воздействие на окружающую среду.

Теперь обнаружен способ, который позволяет путем непосредственного использования солнечной энергии сэкономить энергию от ископаемых источников (с получением выгод как экономических, так и в отношении охраны окружающей среды) и может позволить использование текучих сред-переносчиков, оказывающих меньшее воздействие на окружающую среду (органический растворитель, сверхкритический СО₂ и т.д.).

Являющийся объектом данного изобретения способ извлечения углеводородов, содержащихся в нефтеносных песках и горючих сланцах, включает подачу указанных нефтеносных песков или горючих сланцев в соответствующее устройство, такое как реактор, или экстракционная колонна, или шнековый конвейер, в котором их нагревают непосредственно и/или посредством соответствующей текучей среды-переносчика, с использованием солнечной энергии, собранной посредством оптических концентрирующих систем.

В случае нефтеносных песков их можно направить в экстракционную колонну, в которую противотоком направляют поток текучей среды-переносчика, предварительно нагретый на стадии нагревания с использованием солнечной энергии, собранной с помощью оптической концентрирующей системы, и действующий как горячая экстрагирующая текучая среда, отделяя, таким образом, песок в нижней части, по существу не содержащий органических компонентов, от верхнего потока, состоящего по существу из выделенного из песка органического компонента совместно с горячей экстрагирующей текучей средой, который подвергают стадии разделения, для отделения органического компонента от холодной экстрагирующей текучей среды, которую подают рециклом на стадию нагревания.

В качестве альтернативы нефтеносные пески можно также подавать в верхнюю часть экстракционной колонны, в которую прямотоком подают поток текучей среды-переносчика, предварительно нагретый на стадии нагревания с использованием солнечной энергии, собранной с помощью оптических концентрирующих систем, и действующий как поток горячей экстрагирующей текучей среды, с получением:

- нижнего потока, состоящего по существу из выделенного из песка органического компонента совместно с горячей экстрагирующей текучей средой, который подвергают стадии разделения, для отделения органического компонента от холодной экстрагирующей текучей среды, которую подают рециклом на стадию нагревания;

- и песка, по существу не содержащего органического компонента, впоследствии выгружаемого из реактора.

Стадия разделения предпочтительно может представлять собой отгонку.

Текучую среду-переносчик, действующую как текучий экстрагент, предпочтительно выбирают из воды, содержащей щелочные агенты, и/или органических текучих сред на основе нафтена и/или ароматических соединений.

Вода, которая входит в состав текучей среды или образует текучую среду, предпочтительно имеет рН>7.

Экстрагирующую текучую среду можно использовать в сверхкритической фазе, и в этом случае разделение органического компонента и экстрагирующей текучей среды можно осуществить путем изменения условий по температуре и давлению, приводя указанные текучую среду в докритические условия.

В случае горючих сланцев их можно подавать в реактор пиролиза, работающий при температурах выше 350°С, чтобы получить в верхней части газообразные продукты, образованные при пиролизе, а в нижней части - неорганические компоненты указанного горючего сланца.

Нагревание горючего сланца позволяет провести крекинг керосина, содержащегося в породе, с последующим отделением газов и жидких углеводородов от неорганических компонентов.

Тепло для проведения реакции пиролиза можно непосредственно подавать в реактор пиролиза посредством солнечной энергии, уловленной оптическими концентрирующими системами, или тепло можно обеспечить косвенным образом, с помощью текучей среды-переносчика, предварительно нагретой на стадии нагревания с использованием солнечной энергии, собранной оптическими концентрирующими системами, до высокой температуры, предпочтительно выше чем 350°С.

Высокотемпературная текучая среда-переносчик может быть выбрана из расплавленных солей, более предпочтительно из смесей нитрата натрия и нитрата калия.

В обоих случаях, и для песков, и для горючего сланца, предварительно нагретую текучую среду-переносчик можно накапливать в теплоаккумулирующей емкости, из которой ее удаляют в ходе осуществления процесса.

Существуют три основных типа оптических концентрирующих систем для улавливания солнечной энергии:

- параболоцилиндр;

- энергоустановка со сферическим гелиоконцентратором;

- гелиоэнергетическая установка башенного типа.

В системе параболоцилиндра прямое солнечное излучение концентрируют посредством линейных параболических отражающих систем на прямой трубке приемника, расположенной в фокусе параболы. Эту энергию используют для нагревания теплоносителя, который циркулирует внутри трубки приемника.

Энергоустановки со сферическим гелиоконцентратором применяют параболические диски, которые отражают солнечный свет, падающий на приемник, расположенный в точке фокуса. Эти концентраторы собирают на структуре, которая вращается вокруг двух осей, чтобы следовать за движением солнца.

Гелиоэнергетические установки башенного типа работают с многочисленными зеркалами (гелиостатами), способными следовать за движением солнца посредством соответствующего перемещения по двум осям, чтобы концентрировать солнечный свет на одном приемнике, расположенном на вершине башни. Тепло, собранное приемником, используют в термодинамическом энергетическом цикле, который, в свою очередь, производит электроэнергию в традиционной системе турбина-генератор.

Дополнительные подробности можно найти в публикации EPRI-Solar Thermal Electric Technology: 2006- December 6, 2006 (с. с 2-1 по 2-10).

Далее с помощью прилагаемых чертежей описаны три воплощения данного изобретения, которые, однако, не следует рассматривать как ограничивающие объем самого изобретения.

Фиг.1 приводит схему воплощения способа, являющегося объектом данного изобретения, в случае нефтеносных песков.

Нефтеносные пески подают в экстракционную колонну (Е) сверху, а горячую экстрагирующую текучую среду (1) - снизу, с получением песка (S), по существу не содержащего органических компонентов (битума), в нижней части колонны, а в верхней части колонны - потока (2), состоящего по существу из экстрагированного органического компонента совместно с горячей экстрагирующей текучей средой, который подают на стадию разделения посредством отгонки (F), с отделением органического вещества, битума в нижней части и холодной экстрагирующей текучей среды (3) - в верхней части.

Холодную экстрагирующую текучую среду (3) подают рециклом и нагревают на стадии нагревания с использованием солнечной энергии посредством оптических концентрирующих систем (С) и накапливают в теплоаккумулирующей емкости (Т) для последующего удаления.

Фиг.2 приводит схему другого воплощения способа - объекта данного изобретения для случая нефтеносных песков.

Нефтеносные пески и затем находящуюся под давлением горячую экстрагирующую текучую среду (1) загружают прямотоком в верхнюю часть реактора (R) с неподвижным слоем. Поток (2), состоящий из битума и горячей экстрагирующей текучей среды, отбирают из нижней части реактора. Песок впоследствии выгружают из реактора. Выходящий поток (2) направляют в сепаратор (G), из верхней части которого извлекают холодную текучую среду, которую подают рециклом (3), нагревают на стадии нагревания с использованием солнечной энергии посредством оптических концентрирующих систем (С) и накапливают в теплоаккумулирующей емкости (Т) для последующего удаления. Битум отбирают из нижней части сепаратора (G).

Фиг.3 приводит схему воплощения способа - объекта данного изобретения в случае горючих сланцев.

Горючий сланец направляют в реактор (Р) пиролиза, работающий при температурах выше 350°С, с получением пиролизованного органического компонента из упомянутого горючего сланца (пиролизованный нефтепродукт) из верхней части и неорганического компонента сланца (I) из нижней части.

Тепло для пиролиза подают в реактор посредством солнечной энергии, собранной оптическими концентрирующими системами, или непосредственно, или опосредованно, из высокотемпературной среды-переносчика (4), нагретой посредством упомянутых оптических концентрирующих систем (С) и аккумулированной в теплоаккумулирующей емкости (Т) для последующего удаления.

Текучую среду-переносчик (5), выходящую из реактора, подают рециклом на стадию нагревания.

1. Способ извлечения углеводородов, содержащихся в нефтеносных песках, включающий подачу нефтеносных песков в устройство для нагревания и нагревание нефтеносных песков в устройстве для нагревания, где устройство для нагревания представляет собой экстракционную колонну, где нагревание обеспечивают посредством соответствующей текучей среды-переносчика, нагретой от солнечной энергии, собранной посредством оптических концентрирующих систем, образуя нагретую текучую среду-переносчик, которая действует как горячая экстрагирующая текучая среда, и где указанная экстрагирующая текучая среда находится в сверхкритической фазе, и извлечение можно осуществлять путем модификации условий по температуре и давлению для достижения докритических условий.

2. Способ по п. 1, в котором нефтеносные пески подают в экстракционную колонну, в которую противотоком подают поток текучей среды-переносчика, предварительно нагретый на стадии нагревания с использованием солнечной энергии, собранной посредством оптических концентрирующих систем, действующий как горячая экстрагирующая текучая среда, отделяя таким образом песок, по существу не содержащий органических компонентов, из нижней части от потока из верхней части, состоящего по существу из органического компонента песка совместно с горячей экстрагирующей текучей средой, который подвергают стадии разделения, для отделения органического компонента от холодной экстрагирующей текучей среды, которую подают рециклом на стадию нагревания.

3. Способ по п. 1, в котором нефтеносные пески подают в верхнюю часть экстракционной колонны, в которую прямотоком направляют предварительно нагретую текучую среду-переносчик, при этом нагревание осуществляют в ходе стадии нагревания с использованием солнечной энергии, собранной с применением оптических концентрирующих систем, и эта текучая среда действует как горячая экстрагирующая среда; с получением:
- потока из нижней части устройства, состоящего по существу из органического компонента песка, совместно с горячей экстрагирующей текучей средой, который подвергают стадии разделения для отделения органического компонента от холодной экстрагирующей текучей среды, которую подают рециклом на стадию нагревания;
- и песка, по существу не содержащего органического компонента, впоследствии выгружаемого из реактора.

4. Способ по п. 2 или 3, в котором стадия разделения представляет собой стадию отгонки.

5. Способ по п. 2 или 3, в котором текучую среду-переносчик, действующую как экстрагирующая текучая среда, выбирают из воды, содержащей щелочные агенты, и/или органических текучих сред на основе нафтена и/или ароматических соединений.

6. Способ по п. 5, в котором вода имеет pH>7.

7. Способ по п. 2 или 3, в котором предварительно нагретую текучую среду-переносчик аккумулируют в теплоаккумулирующей емкости, из которой ее отбирают.