СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ УГЛЕВОДОРОДОВ ИЗ СОДЕРЖАЩЕГО ИХ ГРУНТА
HYDROCARBON PRODUCTION METHOD FROM HYDROCARBON-CONTAINING GROUND

Изобретение относится к области выделения углеводородов из содержащего их грунта и может быть использовано для добычи нефтяных углеводородов из нефтесодержащих пород, в том числе из глинистых нефтеносных песков, а также для отмывки загрязненного углеводородами грунта.
Известен целый ряд способов получения углеводородов из содержащего их грунта, основанных на извлечении указанных углеводородов с помощью жидкофазных экстрагентов.
Так, в частности, известны способы получения углеводородов из нефтеносного грунта, в которых для их извлечения используются низкокипящие малополярные органические растворители (см., например, RU 2408652, RU 96115462, US 2008169222, WO 2011/098889).
Согласно указанным способам осуществляют обработку грунта органическим растворителем, в ходе которой происходит переход углеводородов в состав органического растворителя. После отделения от грунта жидкофазного продукта, содержащего органический растворитель и извлеченные из грунта углеводороды, осуществляют отгонку органического растворителя из вышеуказанного жидкофазного продукта с получением в остатке целевого продукта - нефтяных углеводородов.
Необходимость осуществления операции отгонки органического растворителя обуславливает сложность рассматриваемых способов и приводит к дополнительным затратам энергии на операцию отгонки. Кроме того, недостатком указанных способов является то, что используемые в них органические растворители являются взрыво- и пожароопасными веществами.
Известен способ получения углеводородов из нефтесодержащего грунта, который выбран в качестве ближайшего аналога [RU 2337938].
Данный способ включает перемешивание грунта с жидким экстрагентом углеводородов - водой с образованием суспензии, содержащей воду, извлеченные из грунта углеводороды и частицы грунта. Далее осуществляют разделение указанной суспензии путем гравитационного отстоя на органическую фазу, включающую углеводороды, жидкую фазу, включающую воду, и твердую фазу, включающую частицы грунта, и последующий отбор органической фазы в качестве целевого продукта.
В рассматриваемом способе в качестве жидкого экстрагента углеводородов используют воду, а процесс разделения суспензии и отбора органической фазы осуществляют в две стадии. На первой стадии в резервуаре первичного разделения в результате гравитационного отстоя происходит фазовое разделение суспензии, при этом от суспензии отделяют органическую фазу, содержащую целевой продукт - углеводороды. Затем перемещают суспензию в резервуар вторичного разделения, где в результате гравитационного отстоя происходит ее дальнейшее фазовое разделение с выделением органической фазы, содержащей оставшуюся часть углеводородов, воды и твердой фазы. Углеводороды из резервуаров первичного и вторичного разделения отводят в сборник целевого продукта.
Воду после отделения твердой фазы из резервуара вторичного разделения направляют в резервуар первичного разделения для повторного использования в качестве экстрагента.
Достоинством данного способа является то, что в нем в качестве экстрагента углеводородов используют воду, которая не является пожаро- или взрывоопасным химическим реагентом, таким как органические растворители.
Однако необходимость осуществления процесса фазового разделения суспензии с получением целевого продукта в две стадии усложняет данный способ. При этом только на второй стадии происходит окончательное разделение суспензии на твердую фазу и водную фазу, которую повторно используют для экстракции углеводородов.
Задачей заявляемого изобретения является упрощение способа получения углеводородов из содержащего их грунта с обеспечением практически полного фазового разделения суспензии, полученной после обработки грунта жидким экстрагентом.
3
3
Сущность изобретения заключается в том, что в способе получения углеводородов из содержащего их грунта, включающем перемешивание грунта с жидким экстрагентом углеводородов с образованием суспензии, содержащей экстрагент, извлеченные из грунта углеводороды и частицы грунта, разделение указанной суспензии на органическую фазу, включающую углеводороды, жидкую фазу, включающую экстрагент, и твердую фазу, включающую частицы грунта, путем гравитационного отстоя, а также отбор органической фазы в качестве целевого продукта, согласно изобретению в качестве жидкого экстрагента используют водный раствор сульфата натрия с концентрацией от 0,5% до 20,0 масс. % в количестве не менее 1 м на 1 м грунта.
3
3
3
В частном случае изобретения водный раствор сульфата натрия берут в количестве от 1 м до 3 м на 1 м грунта.
В частном случае изобретения используют водный раствор сульфата натрия с температурой от 60°C до 90°C.
3
3
Принципиально важным в заявляемом способе является то, что для извлечения углеводородов из содержащего их грунта используют водный раствор сульфата натрия с концентрацией от 0,5% до 20,0 масс. %, который берут в количестве не менее 1 м на 1 м грунта.
Как показали экспериментальные исследования, благодаря использованию в качестве экстрагента водного раствора сульфата натрия с указанным выше его содержанием от 0,5% до 20,0 масс. %, оказывается возможным в процессе гравитационного отстоя добиться в одну стадию практически полного фазового разделения суспензии с выделением целевого продукта - углеводородов и разделением твердой и жидкой фаз. При содержании сульфата натрия в водном растворе менее 0,5 масс. % не достигается полного фазового разделения суспензии. Верхний предел содержания сульфата натрия в водном растворе ограничен его растворимостью в воде.
При этом отделенный от суспензии экстрагент можно повторно использовать для выделения углеводородов, либо утилизировать без ущерба для окружающей среды.
Особенно актуальным является применение заявленного способа для получения углеводородов из глинистых грунтов.
Как показывает практика, при получении углеводородов из глинистых грунтов с использованием в качестве экстрагента воды (в частности, в способе, выбранном в качестве ближайшего аналога) водная и твердая фазы после отделения углеводородов образуют взвесь, практически не разрушаемую в процессе гравитационного отстоя. Для разделения указанной взвеси на водную и твердую фазы требуется применение специальных приемов и технологий.
Причем, как известно из практики, вышеуказанные взвеси не подвергаются дальнейшей переработке, а накапливаются в прудах - отстойниках, что наносит вред окружающей среде.
Между тем, как показали исследования авторов, при обработке даже глинистых грунтов водным раствором сульфата натрия с концентрацией, лежащей в указанных выше пределах, взятым в указанных выше количествах, образуется суспензия, легко разделяемая в результате гравитационного отстоя на твердую и жидкую фазы, при этом твердая фаза (в том числе частицы глины) практически полностью выпадает в осадок.
3
3
3
Указанное выше количество водного раствора сульфата натрия не менее 1 м на 1 м грунта в расчете на 1,0 м грунта было подобрано авторами экспериментально. При использовании меньшего количества экстрагента не обеспечивается достаточно полное извлечение углеводородов из грунта.
Таким образом, техническим результатом, достигаемым при реализации заявляемого изобретения, является упрощение способа получения углеводородов из содержащего их грунта с обеспечением практически полного фазового разделения суспензии, полученной после обработки грунта жидким экстрагентом.
Это обусловлено тем, что способ осуществляют в одну стадию с достижением достаточно полного извлечения углеводородов из грунта без образования трудно разрушаемой суспензии.
Кроме того, заявляемый способ не оказывает вредного влияния на окружающую среду, поскольку в нем не используются токсичные химические вещества и не образуются трудно утилизируемые отходы.
3
3
3
Использование водного раствора сульфата натрия в количестве от 1 м до 3 м на 1 м грунта позволяет достаточно полно извлечь углеводороды из грунта и при этом является экономически целесообразным.
Как показали исследования, использование горячего водного раствора сульфата натрия с температурой от 60°C до 90°C позволяет более полно и быстро извлечь углеводороды из грунта, а также ускорить процесс фазового разделение суспензии.
В случае когда извлекаемая из грунта нефть содержит асфальтены, целесообразным является осуществлять перемешивание грунта с водным раствором сульфата натрия путем барботирования, в частности, воздуха. В этом случае ускоряется выделение органической фазы из суспензии.
Заявляемый способ реализуется следующим образом.
Для получения нефтяных углеводородов из содержащего их грунта готовят водный раствор сульфата натрия с концентрацией от 0.5% до 20,0 масс. %.
3
3
Помещают в емкость нефтесодержащий грунт и приготовленный раствор сульфата натрия в количестве не менее 1 м на 1 м грунта.
Температура водного раствора сульфата натрия составляет от 20°C до 90°C, при этом предпочтительным является использование горячего раствора с температурой от 60°C до 90°C.
Перемешивают грунт с указанным водным раствором известными способами, в частности, с помощью механической мешалки или барботированием с использованием газа, в частности воздуха. Время перемешивания составляет от 10 до 30 минут.
В результате перемешивания получают суспензию, содержащую экстрагент (водный раствор сульфата натрия), извлеченные из грунта углеводороды и частицы грунта.
Осуществляют разделение суспензии путем гравитационного отстоя. В результате флотации в верхней части емкости собирается пена, содержащая извлеченные из грунта нефтяные углеводороды. Под слоем пены в емкости образуется слой водного раствора сульфата натрия, а на дне емкости образуется осадок, содержащий частицы грунта.
Длительность указанного процесса зависит от температуры экстрагента и составляет, в частности, от 2 до 20 минут при температуре экстрагента больше или равной 60°C и от 10 до 15 часов при температуре ниже 60°C.
В результате гравитационного отстоя достигается практически полное фазовое разделение суспензии.
Верхний слой углеводородов отводят из емкости, например, путем его декантации, и направляют в сборник целевого продукта.
Оставшийся в емкости водный раствор сульфата натрия отделяют от твердой фазы, например, путем откачки. Указанный раствор может быть повторно использован для получения углеводородов из другой порции грунта.
Твердую фазу периодически извлекают из донной части емкости и направляют в отвал.
Возможность реализации способа показана в примерах конкретного выполнения.
Пример 1
Получали углеводороды из битуминозного песка без примеси глины, в котором содержание нефти составляло 16 масс. %.
В качестве экстрагента использовали водный раствор сульфата натрия с концентрацией 0,5 масс. %.
3
3
В емкость помещали 1 м песка и 2,0 м указанного водного раствора, температура которого составляла 22°C. С помощью механической мешалки перемешивали содержимое емкости в течение 20 мин с образованием суспензии.
Осуществляли фазовое разделение образовавшейся после перемешивания суспензии путем ее гравитационного отстоя в течение 10 часов.
В результате гравитационного отстоя произошло фазовое разделение суспензии с образованием органической, водной и твердой фаз.
Полученный после гравитационного отстоя верхний слой, представляющий собой органическую фазу, содержащую извлеченные из битуминозного песка углеводороды, отводили из емкости в сборник целевого продукта путем декантации.
Количество полученных углеводородов составило 155 кг.
Водную фазу, содержащую водный раствор сульфата натрия, отделяли от осевшей на дно емкости твердой фазы путем откачки.
Твердую фазу извлекали из емкости.
Содержание углеводородов в указанной водной фазе составляло величину менее 0,01 масс. %, а в твердой фазе - менее 0,5 масс. %.
Пример 2
Получали углеводороды из битуминозного песка без примеси глины, в котором содержание нефти составляло 16 масс. %.
В качестве экстрагента использовали водный раствор сульфата натрия с концентрацией 2,0 масс. %.
3
3
В емкость помещали 1 м песка и 1,0 м указанного водного раствора, температура которого составляла 60°C. С помощью механической мешалки перемешивали содержимое емкости в течение 20 мин с образованием суспензии.
Осуществляли фазовое разделение образовавшейся после перемешивания суспензии путем ее гравитационного отстоя в течение 20 мин.
В результате гравитационного отстоя произошло фазовое разделение суспензии с образованием органической, водной и твердой фаз.
Полученный после гравитационного отстоя верхний слой, представляющий собой органическую фазу, содержащую извлеченные из битуминозного песка углеводороды, отводили из емкости в сборник целевого продукта путем декантации.
Количество полученных углеводородов составило 158 кг.
Водную фазу, содержащую водный раствор сульфата натрия, отделяли от осевшей на дно емкости твердой фазы путем откачки.
Твердую фазу извлекали из емкости.
Содержание углеводородов в указанной водной фазе составляло величину менее 0,01 масс. %, а в твердой фазе - менее 0,4 масс. %.
Пример 3
Получали углеводороды из битуминозного песка с примесью глины, в котором содержание нефти составляло 14 масс. %.
В качестве экстрагента использовали водный раствор сульфата натрия с концентрацией 5,0 масс. %.
3
3
В емкость помещали 1 м песка и 3,0 м указанного водного раствора, температура которого составляла 90°C. С помощью механической мешалки перемешивали содержимое емкости в течение 15 мин с образованием суспензии.
Осуществляли фазовое разделение образовавшейся после перемешивания суспензии путем ее гравитационного отстоя в течение 15 мин.
В результате гравитационного отстоя произошло фазовое разделение суспензии с образованием органической, водной и твердой фаз.
Полученный после гравитационного отстоя верхний слой, представляющий собой органическую фазу, содержащую извлеченные из битуминозного песка углеводороды, отводили из емкости в сборник целевого продукта путем декантации.
Количество полученных углеводородов составило 135 кг.
Водную фазу, содержащую водный раствор сульфата натрия, отделяли от осевшей на дно емкости твердой фазы путем откачки.
Твердую фазу извлекали из емкости.
Содержание углеводородов в указанной водной фазе составляло величину менее 0,01 масс. %, а в твердой фазе - менее 0,5 масс. %.
Пример 4
Получали углеводороды из битуминозного песка без примеси глины, в котором содержание нефти составляло 16 масс. %.
В качестве экстрагента использовали водный раствор сульфата натрия с концентрацией 10 масс. %.
3
3
В емкость помещали 1 м песка и 3,0 м указанного водного раствора, температура которого составляла 85°C. С помощью механической мешалки перемешивали содержимое емкости в течение 15 мин с образованием суспензии.
Осуществляли фазовое разделение образовавшейся после перемешивания суспензии путем ее гравитационного отстоя в течение 2 мин.
В результате гравитационного отстоя произошло фазовое разделение суспензии с образованием органической, водной и твердой фаз.
Полученный после гравитационного отстоя верхний слой, представляющий собой органическую фазу, содержащую извлеченные из битуминозного песка углеводороды, отводили из емкости в сборник целевого продукта путем декантации.
Количество полученных углеводородов составило 157 кг.
Водную фазу, содержащую водный раствор сульфата натрия, отделяли от осевшей на дно емкости твердой фазы путем откачки.
Твердую фазу извлекали из емкости.
Содержание углеводородов в указанной водной фазе составляло величину менее 0,01 масс. %, а в твердой фазе - менее 0,4 масс. %.
Пример 5
Получали углеводороды из битуминозного песка с примесью глины, в котором содержание нефти составляло 16 масс. %, при этом в состав нефти входили асфальтены.
В качестве экстрагента использовали водный раствор сульфата натрия с концентрацией 20 масс. %.
3
3
В емкость помещали 1 м песка и 3,0 м указанного водного раствора, температура которого составляла 90°C.
Осуществляли перемешивание содержимого емкости с помощью барботажа в течение 25 мин с образованием суспензии.
Осуществляли фазовое разделение образовавшейся после перемешивания суспензии путем ее гравитационного отстоя в течение 5 мин.
В результате гравитационного отстоя произошло фазовое разделение суспензии с образованием органической, водной и твердой фаз.
Полученный после гравитационного отстоя верхний слой, представляющий собой органическую фазу, содержащую извлеченные из битуминозного песка углеводороды, отводили из емкости в сборник целевого продукта путем декантации.
Количество полученных углеводородов составило 155 кг.
Водную фазу, содержащую водный раствор сульфата натрия, отделяли от осевшей на дно емкости твердой фазы путем откачки.
Твердую фазу извлекали из емкости.
Содержание углеводородов в указанной водной фазе составляло величину менее 0,02 масс. %, а в твердой фазе - менее 0,5 масс. %.