СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ УГЛЕВОДОРОДОВ ИЗ НЕФТЕНОСНЫХ ПЕСКОВ И ГОРЮЧИХ СЛАНЦЕВ
METHOD OF HYDROCARBONS RECOVERY FROM OIL-BEARING SANDS AND OIL SHALES

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).
3
3
3
Эти процессы являются «энергетически интенсивными» и требуют от 8,5 м (300 куб футов) (н.у.) до 36,8 м (1300 куб футов) (н.у.) природного газа на 0,159 м (1 баррель) извлеченного битума в зависимости от применяемой технологии (разработка месторождения или in-situ термическое извлечение).
3
3
Экстракция горячей водой требует огромного количества воды (0,3 -0,7 м на 0,159 м (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.
2
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 СО 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.