ТРАНСПОРТИРОВКА БИТУМА
BITUMEN TRANSPORT

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к композиции для транспортировки битума, которая уменьшает количество разбавителя необходимого для транспортировки битума по трубопроводам.
Уровень техники
По определению, тяжелые нефти имеют относительную плотность согласно API меньше чем 20°. Сверхтяжелая нефть определяется как плотная нефть с относительной плотностью согласно API меньше чем 10°. Битум имеет относительную плотность согласно API меньше чем 10° и исключительно высокую вязкость. Битум отличается от сверхтяжелой нефти той степенью, до которой он деградирует из исходных отложений сырой под действием бактерий и эрозии. Часто битум присутствует как твердый продукт и не течет при температуре окружающей среды.
После добычи и извлечения битума, его нужно транспортировать от производителя на нефтеперерабатывающий завод для переработки. Транспортировка битума с помощью трубопроводов требует, чтобы вязкость была достаточно низкой, таким образом, чтобы размер трубопроводов и требования к прокачке были экономически оптимальными. Имеется несколько способов, известных специалистам в данной области, с помощью которых битум можно транспортировать по трубопроводам. Эти способы включают: нагрев; разбавление; образование эмульсии масло/вода; трубопровод с коаксиальным током; и частичное облагораживание на поле. Каждый способ имеет свои сильные и слабые стороны.
Разбавление представляет собой обычный способ, который используют производители для транспортировки битума. Разбавление требует больших количеств разбавителя (например, конденсата природного газа или нафты) для уменьшения вязкости и облегчения прокачки битума через трубопровод. На нефтеперерабатывающем заводе, разбавитель, как правило, отделяют от битума и закачивают обратно на место добычи через отдельные трубопроводы для повторного использования. Непрерывное рециклирование разбавителя приводит к ухудшению качества разбавителя, которое влияет на свойства смеси битума и разбавителя. Кроме того, разбавители становятся дорогостоящими, и их доступность является ограниченной.
Gateau, P., "Heavy Oil Dilution", Oil & Gas Science and Technology, volume 59, pages 503-509, 2004 демонстрирует, что вязкость венесуэльской тяжелой сырой нефти уменьшается, когда используют 15 процентов массовых смеси 50/50 (по объему) добавки 2-бутанона и разбавителя на основе нафты по сравнению с такой же тяжелой сырой нефтью, разбавленной только с помощью 15 процентов массовых нафты. Использование 15 процентов массовых смеси 50/50 2-бутанона и нафты соответствует приблизительно 8 процентам массовым 2-бутанона по отношению к препарату венесуэльской тяжелой сырой нефти, нафты и 2-бутанона, в целом. Преимущества уменьшения количества разбавителя на основе нафты не реализуются в этом примере, поскольку используют большое количество 2-бутанона для замены сходных количеств разбавителя на основе нафты. Было бы более желательным заменять разбавитель на основе нафты меньшими количествами добавки.
По сравнению с тяжелыми нефтями и сверхтяжелыми нефтями, в литературе имеется меньше примеров относительно способов улучшения транспортировки битума по трубопроводам. US 2010/0056408 демонстрирует улучшение протекания канадского битума, разбавленного 25-30 процентами объемными разбавителя на основе нафты, когда вводят 0,1-2 процента объемных препарата добавки. Препарат добавки состоит из 1-20 процентов массовых полимерной алкил-замещенной фенолформальдегидной антифрикционной смолы в растворителе.
Существует необходимость в улучшении возможностей транспортировки битума. Также необходима улучшенная композиция для транспортировки битума, требующая меньшего количества разбавителя и меньшего количества добавок.
Сущность изобретения
Настоящее изобретение представляет собой композицию для транспортировки битума, содержащую битум и разбавитель, присутствующий в количестве 24 процента массовых или меньше, и добавку, где добавка представляет собой одноатомный спирт, мононитрил, амин или их смеси.
Другой вариант осуществления настоящего изобретения представляет собой композицию для транспортировки битума, содержащую битум и разбавитель, присутствующий в количестве на 'x' процентов меньшем, чем количество разбавителя в смеси битума и разбавителя, которое соответствует техническим характеристикам трубопровода, где 'x' составляет 10 или больше и 20 или меньше, и добавку, где добавка представляет собой одноатомный спирт, мононитрил, амин или их смеси.
1
12
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения, добавка содержит одноатомный спирт, где спирт представляет собой C-C спирт и является разветвленным или неразветвленным.
1
6
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения, добавка содержит мононитрил, где нитрил представляет собой C-C нитрил и является алифатическим или ароматическим с группами, активирующими электроны.
1
6
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения, добавка содержит амин, где амин представляет собой C-C амин и является алифатическим или ароматическим с группами, активирующими электроны.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения, добавка представляет собой метанол, ацетонитрил, этанол, изопропанол, п-(N,N-диметиламино)анилин, бутанол, анилин, 2-этилгексанол, 1-пропанол, п-толуидин, гексанонитрил или их смеси.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения, добавка присутствует в количестве от 3 процентов массовых или меньше и до 500 миллионных долей (м.д.) или больше.
Другой вариант осуществления настоящего изобретения представляет собой способ приготовления композиции для транспортировки битума, способ включает формирование смеси, содержащей битум, разбавитель, присутствующий в количестве 24 процентов массовых или меньше, и добавку, где добавка представляет собой одноатомный спирт, мононитрил, амин или их смеси.
Другой вариант осуществления настоящего изобретения представляет собой способ транспортировки композиции для транспортировки битума с помощью канала, способ включает: A) формирование смеси, содержащей битум, разбавитель и добавку, где добавка представляет собой одноатомный спирт, мононитрил, амин или их смеси, и B) прокачку смеси через канал от первой точки до второй точки вдоль канала.
Подробное описание изобретения
Как используется в настоящем документе, следующие термины имеют обозначенные здесь определения, если только контекст не диктует четко иного.
Композиция для транспортировки битума по настоящему изобретению содержит битум, разбавитель и добавку. Битум представляет собой плотную и исключительно вязкую форму нефти, которая существует в битуминозных песках.
Битуминозные пески представляют собой сыпучий песок или частично уплотненный песчаник, содержащий природные смеси песка, глины и воды, насыщенные битумом. Большие запасы битума находятся в битуминозных песках в Канаде, Казахстане и России.
Канадский битум представляет собой битум, полученный из Канады. Предпочтительно, битум, используемый в композиции для транспортировки битума по настоящему изобретению, представляет собой канадский битум.
Предпочтительно, битум, используемый в композиции для транспортировки битума по настоящему изобретению, представляет собой канадский битум, полученный из битуминозных песков из Колд Лейк, Атабаска или Пис Ривер, которые расположены в северо-восточной Альберте, Канада. Наиболее предпочтительно, битум, используемый в композиции для транспортировки битума по настоящему изобретению, представляет собой канадский битум, полученный из битуминозных песков Атабаски.
Битум, используемый в композиции для транспортировки битума, имеет вязкость равную или большую чем 10000 сантипуаз, когда ее измеряют при температуре окружающей среды. Предпочтительно, битум, используемый в композиции для транспортировки битума, имеет вязкость от 500000 сантипуаз до 1000000000 сантипуаз, когда измеряют при температуре окружающей среды. Температура окружающей среды представляет собой температуру, которая может находиться в диапазоне от 15 градусов Цельсия до 28 градусов Цельсия. Предпочтительно, температурные условия окружающей среды представляет собой температуру в пределах от 18 градусов Цельсия до 22 градусов Цельсия.
Битум представляет собой сложную смесь насыщенных соединений, ароматических соединений, смол и асфальтенов. Насыщенные соединения представляют собой неполярный материал, включая неразветвленные, разветвленные и циклические насыщенные углеводороды. Ароматические соединения содержат одно или несколько ароматических колец и являются чуть более поляризуемыми, чем насыщенные соединения. Смолы и асфальтены имеют полярные заместители. Асфальтены являются нерастворимыми в избытке гептана (или пентана), в то время как смолы являются смешиваемыми с гептаном (или пентаном). Специалистам в данной области хорошо известно, что количество насыщенных соединений, ароматических соединений, смол и асфальтенов в битуме можно измерить с использованием лабораторного метода разделения дегазированной нефти на насыщенные углероды, ароматические соединения, смолы и асфальтены (SARA). Специалист в данной области заметит, что количества насыщенных соединений, асфальтенов, смол и ароматических соединений в битуме зависит от географического положения битума и от способа исследования, используемого для измерения количества насыщенных соединений, асфальтенов, смол и ароматических соединений.
Битум, используемый в композиции для транспортировки битума по настоящему изобретению, может содержать воду. Предпочтительное количество воды в битуме, используемое в композиции для транспортировки битума, меньше чем 1 процент объемный. Предпочтительно, количество воды в битуме, используемое в композиции для транспортировки битума, больше чем 0,001 процента объемного и меньше чем 0,9 процента объемного.
Как правило, чтобы транспортировка битума по трубопроводу была возможной, к битуму добавляют разбавитель для получения смеси битума и разбавителя. Разбавители представляют собой углеводородные растворители или смеси углеводородных растворителей, которые добавляют к битуму для улучшения перемещения битума через канал. Углеводородные растворители представляют собой растворители, которые содержат парафиновые, нафтеновые и ароматические составляющие в различных пропорциях. Пригодные для использования разбавители представляют собой конденсат природного газа, природный бензин, нафту, керосин, легкую сырую нефть, легкую синтетическую сырую нефть, другие легкие углеводородные фракции нефти, и тому подобное. Предпочтительные разбавители представляют собой конденсат природного газа или нафту. Канал представляет собой природный или искусственный канал, через который перемещается текучая среда. Канал может представлять собой трубу, проход, желоб или магистраль.
Соответствующее количество разбавителя добавляют к битуму для получения смеси битума и разбавителя, которое соответствует техническим характеристикам трубопровода. Смесь битума и разбавителя, которая соответствует техническим характеристикам трубопровода, представляет собой такую смесь, у которой вязкость составляет 350 сантистокс или меньше, когда ее измеряют при определяемой промышленностью эталонной температуре. Определяемая промышленностью эталонная температура может находиться в пределах от 7 градусов Цельсия до 19 градусов Цельсия. Соответствующее количество разбавителя в смеси битума и разбавителя, которое соответствует техническим характеристикам трубопровода, может находиться в пределах от 10 процентов массовых примерно до 50 процентов массовых, где процент массовый относится к общей массе битума и разбавителя. Желательно, чтобы количество разбавителя в смеси битума и разбавителя, которое соответствует техническим характеристикам трубопровода, было настолько малым, насколько это возможно, чтобы уменьшить объем разбавителя, необходимый для транспортировки по трубопроводу. Специалист в данной области должен заметить, что количество разбавителя, используемое в смеси битума и разбавителя, которое соответствует техническим характеристикам трубопровода, будет зависеть от места, в котором получают битум. Когда используют канадский битум, предпочтительное количество разбавителя в смеси битума и разбавителя, которая соответствует техническим характеристикам трубопровода, составляет 20 процентов массовых или больше и 26 процентов массовых или меньше. Предпочтительно, когда используют канадский битум, количество разбавителя в смеси битума и разбавителя, которая соответствует техническим характеристикам трубопровода, составляет 21 процент массовый или больше и 24 процента массового, или меньше. В частности, когда используют канадский битум, полезное количество разбавителя в смеси битума и разбавителя, которое соответствует техническим характеристикам трубопровода, составляет 23 процента массового.
Добавку добавляют к смеси битума и разбавителя для получения композиции для транспортировки битума. В настоящем изобретении, количество разбавителя в композиции для транспортировки битума составляет на 'x' процентов меньше чем количество разбавителя в смеси битума и разбавителя, которая соответствует техническим характеристикам трубопровода, где 'x' находится в пределах от 5 или больше и до 25 или меньше. Например, когда 'x' равен 10 и количество разбавителя в смеси битума и разбавителя, которая соответствует техническим характеристикам трубопровода, составляет 20 процентов массовых, количество разбавителя в композиции для транспортировки битума составляет 18 процентов массовых. В частности, пригодные для использования значения 'x' находятся в пределах от 10 или больше и до 20 или меньше.
1
12
1
6
1
6
Добавка представляет собой химическое соединение, которое добавляют в малых количествах для уменьшения вязкости композиции для транспортировки битума. Пригодные для использования добавки включают одноатомные спирты, мононитрилы, амины или их смеси. Одноатомный спирт представляет собой химическое соединение с одной гидроксильной группой. Одноатомный спирт может представлять собой C-C спирт и может быть разветвленным или неразветвленным. Пригодные для использования одноатомные спирты включают, но, не обязательно ограничиваясь этим, метанол, этанол, изопропанол, н-бутанол, 2-этилгексанол, и тому подобное, и их смеси. Предпочтительный одноатомный спирт представляет собой метанол. Мононитрил представляет собой химическое соединение с одной нитрильной группой. Мононитрил может представлять собой C-C мононитрил и может быть алифатическим или ароматическим. Пригодные для использования мононитрилы выбирают из ацетонитрила, гексанонитрила, и тому подобное, и их смесей. Предпочтительный мононитрил представляет собой ацетонитрил. Амины могут представлять собой C-C амины и могут быть алифатическими или ароматическими. Примеры пригодных для использования аминов представляют собой анилин, o-толуидин, м-толуидин, п-толуидин, п-(N,N-диметиламино)анилин, и тому подобное, и их смеси. В частности, ароматические мононитрилы и ароматические амины с группами, активирующими электроны, на ароматическом кольце являются пригодными для использования. Группа, активирующая электрон, представляет собой атом или функциональную группу, которая отдает некоторую часть своей электронной плотности в сопряженную пи-систему посредством резонансного или индуктивного удаления электрона. Примеры пригодных для использования групп, активирующих электроны, представляют собой неразветвленные алкилы и разветвленные алкилы.
Композиция для транспортировки битума по настоящему изобретению может содержать дополнительные компоненты, добавляемые произвольно или иным образом, такие как вода, основной осадок, поверхностно-активные вещества, детергенты и антифрикционные агенты. Другие химикалии могут добавляться к композиции для транспортировки битума для стабилизации асфальтенов в композиции для транспортировки битума. В данной области хорошо известно, что количество дополнительных компонентов, которые могут вводиться в композиции для транспортировки битума, будет зависеть от способов добычи, используемых для получения битума, и от географической области, в которой получают битум.
Как используется в настоящем документе, термин "процент уменьшения вязкости" представляет собой процент, на который понижается вязкость композиции для транспортировки битума, по сравнению с вязкостью контрольной композиции битума и разбавителя. Контрольная композиция битума и разбавителя представляет собой смесь, которая не содержит добавки и содержит такое же количество битума и разбавителя, как и композиция для транспортировки битума, с которой ее сравнивают. Процент уменьшения вязкости вычисляют как ((VisA-VisC)/VisC)x100, где VisA представляет собой вязкость композиции для транспортировки битума и VisC представляет собой вязкость контрольной композиции битума и разбавителя. Добавка может присутствовать в композиции для транспортировки битума в таком количестве, что процент уменьшения вязкости составляет пять процентов или больше. В другом варианте осуществления, добавка может присутствовать в композиции для транспортировки битума в таком количестве, что процент уменьшения вязкости составляет семь процентов или больше.
Соответствующие количества добавки основываются на количестве битума в композиции для транспортировки битума и предпочтительно составляют 50 миллионных долей или больше, более предпочтительно, 100 миллионных долей или больше, более предпочтительно, 500 миллионных долей или больше. В то же время, количество добавки в композиции для транспортировки битума предпочтительно составляет 3 процента массовых или меньше, более предпочтительно, 2 процента массовых или меньше, более предпочтительно, 1 процент массовый или меньше.
Специалист в данной области заметит, что оптимальное количество добавки будет зависеть от конкретной добавки в композиции для транспортировки битума и географического положения, из которого получают битум. Оптимальное количество добавки представляет собой такое количество добавки, которое дает в результате самый большой процент уменьшения вязкости.
Настоящее изобретение также охватывает способ приготовления композиции для транспортировки битума, композиция содержит битум, разбавитель и добавку. Способ включает смешивание битума, разбавителя и добавки, где добавка представляет собой одноатомный спирт, мононитрил, амин или их смеси.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения, способ приготовления композиции для транспортировки битума представляет собой: (a) добавление добавки к смеси битума и разбавителя с образованием композиции для транспортировки битума.
В другом варианте осуществления настоящего изобретения, способ получения композиции для транспортировки битума представляет собой: (A) добавление добавки к битуму с образованием смеси добавки и битума; (B) добавление разбавителя к смеси добавки и битума с образованием композиции для транспортировки битума.
Смеси на любой из стадий (a), (A) и (B) могут смешиваться с использованием любого способа перемешивания, включая роторно-статорный смеситель, высокосдвиговый смеситель, верхнеприводную мешалку, гомогенизатор, эмульгатор, лабораторный смеситель, пластину для смешивания, реактор высокого давления, и тому подобное. Скорость сдвига способа смешивания будет зависеть от используемого способа смешивания и может находиться в пределах от 10 обратных секунд до 100000 обратных секунд. Смеси на любой из стадий (a), (A) и (B) могут смешиваться в течение, по меньшей мере, от 30 секунд до 24 часов, в зависимости от способа смешивания.
Смеси могут нагреваться на любой из стадий (a), (A) и (B). При нагреве, является предпочтительным, чтобы температура смесей на стадии (a) и стадии (B) была, по меньшей мере, на 5 градусов Цельсия ниже температуры кипения разбавителя. Температура смеси на стадии (A) может находиться в пределах от 5 градусов Цельсия до 100 градусов Цельсия. Если смеси на любой из стадий (a), (A) и (B) находятся в реакторе высокого давления, температура смесей может находиться в пределах от 5 градусов Цельсия до 100 градусов Цельсия. Предпочтительно, температура на любой из стадий (a), (A) и (B) составляет, по меньшей мере, 20 градусов Цельсия.
Добавка может добавляться на стадии (a) и на стадии (A) как добавка сама по себе. Добавка сама по себе представляет собой добавку, которая не смешивается с другими веществами. Добавка сама по себе может быть твердой или жидкой. Твердая добавка сама по себе представляет собой добавку, которая является твердой при температуре окружающей среды. В другом варианте осуществления, твердая добавка сама по себе может добавляться на стадии (a) и на стадии (A) в виде раствора добавки. Раствор добавки представляет собой смесь твердой добавки самой по себе в растворителе. Растворитель представляет собой вещество, которое способно растворять или диспергировать одну или несколько добавок. Растворитель может быть водным или органическим. Предпочтительные растворители представляют собой растворители, которые способны растворить добавку. Предпочтительные растворители для твердых добавок самих по себе представляют собой изопропанол и метанол.
Настоящее изобретение также охватывает способ транспортировки композиции для транспортировки битума с помощью канала, способ включает формирование смеси битума, разбавителя и добавки, где добавка представляет собой одноатомный спирт, мононитрил, амин или их смеси, и прокачку смеси через канал от первой точки до второй точки вдоль канала.
Примеры
Теперь настоящее изобретение будет описываться по отношению к конкретным примерам, которые не предназначаются для ограничения рамок изобретения каким-либо образом, но для полного его освещения и иллюстрирования.
Процент уменьшения вязкости измеряют на нескольких композициях для транспортировки битума с использованием канадского битума. Количества насыщенных соединений, асфальтенов, смол и ароматических соединений в канадском битуме измеряют с использованием метода анализа SARA согласно ASTM D-2007. Количество насыщенных соединений для канадского битума находится в пределах от 30 процентов массовых до 36 процентов массовых по отношению к общей массе битума. Количество асфальтенов для канадского битума находится в пределах от 12 процентов массовых до 16 процентов массовых по отношению к общей массе битума. Количество смол для канадского битума находится в пределах от 15 процентов массовых до 26 процентов массовых по отношению к общей массе битума. Количество ароматических соединений для канадского битума находится в пределах от 29 процентов массовых до 36 процентов массовых по отношению к общей массе битума.
В качестве разбавителя используют конденсат природного газа. Добавки получают от Sigma-Aldrich или Fisher Scientific.
Вязкости измеряют с использованием вискозиметра Brookfield DV-I Prime с присоединенным адаптером для малых образцов (SSA, SC4-45Y), с камерой для образца SC4-13R и с ванночкой для циркуляции воды Brookfield TC-602. Вязкости, как правило, определяют при 20,0 градусах Цельсия с использованием шпинделя 31 при скорости шпинделя 5, 10, 20 или 50 оборотов в минуту. Образцы (8,3-8,4 грамма) выливают в камеру для образца, которую затем вставляют в SSA. Шпиндель помещают в камеру для образца, присоединяют к вискозиметру и включают его. Затем помещают колпачок для изолирования образца (SC4-53D) поверх отверстия камеры для образца. Образцу дают возможность для уравновешивания до 20,0 градусов Цельсия в течение пять минут до начала регистрации данных по вязкости. Образцы анализируют по три образца, каждый, (приготавливают по три отдельных образца вязкости для каждого препарата), и результат регистрируют как среднее значение.
Типичное приготовление образца для анализа вязкости с помощью Brookfield представляет собой следующее: канадский битум (400-500 грамм) нагревают до 100 градусов Цельсия в конвекционной печи в течение 1 часа. Приблизительно 15-20 граммов выливают в стеклянную банку на две унции и регистрируют ее массу. Конденсат природного газа (3-5 грамм) добавляют к канадскому битуму с получением смеси приблизительно 85-90 процентов массовых битума и 10-15 процентов массовых конденсата природного газа. Добавку (5000 миллионных долей по отношению к битуму) затем добавляют к канадскому битуму и конденсату природного газа в банке на две унции. Крышку плотно закрывают, обматывают изоляционной лентой для предотвращения случайного открывания и помещают в пластиковый мешок. Содержимое банок встряхивают в течение двух часов на механическом шейкере, поворачивая банку каждые 30 минут для обеспечения оптимального смешивания. После встряхивания, с банки снимают крышку, и 8,3-8,4 грамма полученного в результате раствора выливают в камеру для образца вискозиметра, которая вставлена в адаптер для малого образца. Например, в смеси 15,2 процента массового битума и разбавителя с 5000 миллионными долями метанола используют следующие количества материалов: канадский битум (16,40 грамма), конденсат природного газа (2,94 грамма) и метанол (0,0820 грамма).
Для каждого примера 1-13 в Таблице 1, вязкость композиции для транспортировки битума сравнивают с вязкостью контрольных композиций битума и разбавителя. Процент уменьшения вязкости также известен. Приготавливают композиции для транспортировки битума и контрольные композиции битума и разбавителя, показанные в Таблице 1, где количество разбавителя на 20 процентов меньше, чем количество разбавителя в смеси битума и разбавителя, которая соответствует техническим характеристикам трубопровода. Сравнительные примеры A, B и C также показаны в Таблице 1.
Кроме того, данные иллюстрируют, что уменьшение вязкости композиций для транспортировки битума не связано только с разбавлением, поскольку различные добавки уменьшают вязкость на различную величину, когда присутствуют при одинаковой концентрации. Кроме того, данные иллюстрируют, что это не является эффектом разбавления, поскольку композиции для транспортировки битума имеют процент уменьшения вязкости больше, чем процент уменьшения вязкости для композиции с 5000 миллионными долями разбавителя на основе конденсата природного газа.
Таблица 1
Пример/Срав-нительный пример
Добавка
Вязкость контрольной композиции битума и разбавителя (сантипуазы)
Вязкость композиции для транспортировки битума с 5000 м.д. добавки (сантипуазы)
Средний процент уменьшения вязкости (%)
1
Метанол
813
694
14,7
2
Ацетонитрил
739
635
14,1
3
Этанол
878
762
13,3
4
Изопропанол
878
785
10,6
5
п-(N,N-диметиламино) анилин
840
752
10,5
6
Бутанол
878
789
10,1
7
Анилин
840
759
9,6
8
Конденсат природного газа
824
768
6,9
9
2-Этилгексанол
878
809
7,9
10
1-Пропанол
824
757
8,2
11
п-Толуидин
840
778
7,4
12
Гексанонитрил
802
748
6,7
13
Толуол
779
736
5,5
A
Адипонитрил
802
811
-1,2
B
Глицерол
824
845
-2,5
C
1,3-Пропандиол
824
861
-4,5