Способ извлечения углеводородов при помощи перекиси водорода и ультразвуковых колебаний

(51) 03 9/00 (2006.01) 10 1/00 (2006.01) МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ реакции, поскольку во время реакции начинается изменяться их удельный вес из-за того, что кислород химически соединяется с молекулами углеводорода. Это достигается тем, что способ извлечения углеводородов,включающий нагрев и перемешивание суспензии из воды и субстрата с последующей обработкой звуковыми колебаниями,согласно изобретению,) получают суспензию путем смешивания субстрата и воды при соотношении от 12 до 11 включительно,) нагревают и перемешивают суспензию из воды и субстрата при температуре 50-90 С,) добавляют окислитель в суспензию из воды и субстрата в количестве 0,1-10 от массы воды суспензии,) обрабатывают суспензию из воды, субстрата и окислителя звуковыми колебаниями в реакторетрубопроводе,оснащенного ультразвуковыми преобразователями, с последующим добавлением дистиллятного нефтепродукта,) сепарируют окисленную суспензию в сепараторе с последующим извлечением слоя углеводородов.(54) СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ УГЛЕВОДОРОДОВ ПРИ ПОМОЩИ ПЕРЕКИСИ ВОДОРОДА И УЛЬТРАЗВУКОВЫХ КОЛЕБАНИЙ(57) Изобретение относится к области нефтегазовой промышленности и может быть применено для извлечения углеводородов из рудных месторождений и продуктивных пластов(нефтеносные сланцы,нефтеносные пески,битуминозные песчаники, нефтезагрязненный грунт,отходы нефтепереработки и другие материалы,загрязненные органическими веществами). Техническим результатом является высокая степень извлечения углеводородов (более 90),которые электростатически привязаны к поверхности субстрата,предотвращение преждевременного уноса мелкодисперсных частиц минерального субстрата с налипшими молекулами углеводородов от окислителя до завершения Изобретение относится к области нефтегазовой промышленности и может быть применено для извлечения углеводородов из рудных месторождений и продуктивных пластов(нефтеносные сланцы,нефтеносные пески,битуминозные песчаники, нефтезагрязненный грунт,отходы нефтепереработки и другие материалы,загрязненные органическими веществами). Известен способ термической обработки углеводородов и экстракции растворителем, при котором операции термической обработки и экстракции растворителем осуществляются параллельно с использованием ультразвуковой энергии / 4495057 А, 22.01.1985 г./. Недостатками данного аналога являются недостаточно высокая степень извлечения углеводородов, обеспечивающий извлечение менее 90 углеводородов, содержащихся в минеральном скелете горной породы. Известен способ извлечения углеводородов, а именно экстракции битума из частиц битуминозного песка, включающий нагрев и перемешивание суспензии из воды и субстрата (битуминозный песок) с последующей обработкой звуковыми колебаниями, в котором добытый битуминозный песок смешивают с растворителем для получения суспензии песка и подают в верхнюю часть расположенной вертикально акустической камеры, а свежий растворитель впрыскивают в нижнюю часть акустической камеры, и он течет вверх с регулируемой скоростью, за счет чего частицы битуминозного песка под действием силы тяжести падают через растворитель и подвергаются воздействию звуковой энергии в диапазоне низких частот 0,5-2,0 кГц, за счет чего битум удаляется из растворителя без кавитации последнего / 2163619 С 2, 27.02.2001 г./. Недостатками данного аналога являются недостаточно высокая степень извлечения углеводородов,которые электростатически привязаны к поверхности субстрата и тяжело отделяются при помощи данного способа. Задачей изобретения является разработка способа извлечения углеводородов (сжиженных нефтепродуктов) при помощи перекиси водорода и ультразвуковых колебаний. Техническим результатом является высокая степень извлечения углеводородов (более 90),которые электростатически привязаны к поверхности субстрата,предотвращение преждевременного уноса мелкодисперсных частиц минерального субстрата с налипшими молекулами углеводородов от окислителя до завершения реакции, поскольку во время реакции начинается изменяться их удельный вес из-за того, что кислород химически соединяется с молекулами углеводорода. Это достигается тем, что способ извлечения углеводородов,включающий нагрев и перемешивание суспензии из воды и субстрата с последующей обработкой звуковыми колебаниями,согласно изобретению, 2) получают суспензию путем смешивания субстрата и воды при соотношении от 12 до 11 включительно,) нагревают и перемешивают суспензию из воды и субстрата при температуре 50-90 С,) добавляют окислитель в суспензию из воды и субстрата в количестве 0,1-10 от массы воды суспензии,) обрабатывают суспензию из воды, субстрата и окислителя звуковыми колебаниями в реакторетрубопроводе,оснащенного ультразвуковыми преобразователями, с последующим добавлением дистиллятного нефтепродукта,) сепарируют окисленную суспензию в сепараторе с последующим извлечением слоя углеводородов. На стадии ) предварительно регулируюти температуру суспензии из воды и субстрата при массовых соотношениях субстрата к воде от 12 до 11 включительно. На стадии с) в качестве окислителя используют,по меньшей мере, один окислитель, выбранный из группы перекись водорода, пероксид натрия,перманганат калия. На стадии ) в качестве звуковых колебаний используют поперечные волновые колебания. После стадии е) дополнительно смешивают извлеченные углеводороды с дистиллятным нефтепродуктом при соотношении 11 с последующим извлечением слоя углеводородов. Заявленное изобретение описывает способ извлечения углеводородов, основанный на явлении межфазной сепарации, которое представляет собой прилипание молекул углеводородов с длинной цепью к мелким частицам субстрата горных пород. Частицы минерального субстрата с налипшими молекулами углеводородов удерживаются во взвешенном состоянии в водной суспензии,содержащей окислитель (например, перекись водорода), транспортируются через волнистый реактор-трубопровод,оснащенный ультразвуковыми преобразователями,где ультразвуковые волны усиливают контакт окислителя с покрытием углеводородных частиц. В реактор-трубопроводе происходит смешивание звуковыми колебаниями и предотвращение преждевременного уноса мелкодисперсных частиц минерального субстрата с налипшими молекулами углеводоров от окислителя до завершения реакции,ввиду того, что кислород химически соединяется с молекулами углеводорода. Кроме того реакция окисления происходит на границе раздела субстрата поверхности частиц, охватываемые углеводородами,что приводит к разделению углеводородов из частиц субстрата для получения частиц субстрата, которые по существу не содержат углеводородов в качестве побочного продукта. В процессе окислительной реакции на границе раздела фаз окислителя и поверхности частиц субстрата из горных пород происходит расщепление длинных молекул углеводородов на более короткие, которые за счет низкого молекулярного веса гравитационно отделяются от частиц субстрата с получением воды, 30092 твердых отходов, приемлемых с экологической точки зрения для захоронения на полигонах и практически полного извлечения углеводородов из различных углеводородсодержащих субстратов. Электростатические силы адгезии из длинной цепи молекулы углеводорода, связанного с более мелкими частицами основной породы изменяются путем расщепления молекул с длинной цепью на более короткие фрагменты, которые впоследствии могут быть высвобождены из частиц субстрата,отделенных гравитационным методом, стремясь к вершине слоя, так как является нефтью, в то время как очищенные частицы опускаются на дно,например песок. Молекулы углеводорода,держащиеся за частицы минерального субстрата,проходят в виде суспензии (в водной суспензии),содержащей окислитель (например, перекись водорода). На фиг.1 изображена схема технологической линии извлечения углеводородов из рудных месторождений с применением перекиси водорода,ультразвуковых преобразователей и реактортрубопровода, где происходит смешивание флюида звуковыми колебаниями,для извлечения углеводородов из рудных месторождений. На фиг.2 изображено поперечное сечение реактор-трубопровода, где происходит смешивание звуковыми колебаниями, и приведена конфигурация турбулизатора потока и ультразвукового преобразователя, предназначенная для увеличения турбулентного движения с целью улучшения смешивания. На фиг.1 приведены следующие обозначения 100 - субстрат из рудного сырья 102 - вода 104 - бак реактора 106 - водная суспензия 107 - реагент для регулировки 108, 109, 110 - резервуары 111 - окисляющий реагент 112 - дозировочный насос 114 - реактор-трубопровод 116 - ультразвуковые преобразователи 118 - сборник отходящих газов 120 - сепаратор 122 - слой углеводородов (органическая фаза) 124 - оборотная вода 126 - отходящие газы 128 - газовые котлы для переработки отходящих газов 130 - дистилятный нефтепродукт 134 - промышленная центрифуга 136 - извлеченные углеводороды (органическая фаза) 138 - песок. Изобретение осуществляется следующим образом. Настоящее изобретение поясняется конкретным примером, который наглядно демонстрирует возможность достижения приведенной совокупностью признаков требуемого технического результата, однако не является единственно возможным. Пример. Субстрат (добытый битум и/или кероген) измельчается до 2 мм в диаметре (размер песка) смешивается с водой и удерживаются во взвешенном состоянии в водной суспензии,содержащей окислитель, а именно перекись водорода, и транспортируются через волнистый реактор-трубопровод,который оснащен ультразвуковыми преобразователями,где происходит смешивание звуковыми колебаниями и далее отделение углеводородов от частиц субстрата при помощи окислительной реакции. На фиг.1 показано,что различные углеводородсодержащие субстраты, которые были добыты, раздроблены, размолоты, измельчены,просеяны для удаления больших кусков и обломков породы с целью производства субстрата из рудного сырья (100) с частицами, размер которых желательно меньше 2 мм в диаметре (размер песка),смешиваются с водой (102) в баке реактора (104) для образования водной суспензии(106) с соотношением субстрата к воде в диапазоне от 12 до 11 по весу, которая затем перекачивается насосом в резервуары (108, 109, 110) доведения до требуемых показателей температуры и . Водная суспензия (106) нагревается до температуры в диапазоне значений от 50 С до 90 С и обрабатывается реагентом для регулировки(107) при необходимости с целью высвобождения несвязанных углеводородов,расплавления парафинистых твердых углеводородов, снижения вязкости партии сырья,снижения плотности углеводородных фракций в партии сырья для начала разрушения механического прилипания к поверхности любых углеводородных соединений, привязанных к поверхности субстрата. Несвязанные углеводороды,которые высвобождаются во время этого процесса,определяются как углеводородные остатки первого порядка. Раствор окисляющего реагента (111), чье содержание окислителя эквивалентно процентному содержанию перекиси водорода от 0,1 до 10 по весу в водной фазе, закачивается дозировочным насосом (112) в водную суспензию (106),предварительно обработанную до требуемых параметров (температуры и ) и транспортируется через реактор-трубопровод (114), оснащенный ультразвуковыми преобразователями (116), где происходит смешивание со звуковыми колебаниями для ускорения реакции сепарации углеводородов. Ряд общедоступных окислителей, таких как перманганат калия и пероксид натрия, могут выполнять окислительную функцию в рассматриваемом способе. Но предпочтительным окислителем является перекись водорода, поскольку она полностью разлагается на воду и кислород и не оставляет никаких неразложимых или минеральных остатков в отходах и технологической воде. Реактор-трубопровод,оснащенный ультразвуковыми преобразователями,служит турбулизатором потока в качестве реактора,который поддерживает контакт частиц минерального субстрата с налипшими молекулами 3 углеводородов с суспензией,содержащей окислитель, на протяжении полного времени реакции. Отличие реактор-трубопровода от ранее применявшихся реакторов с открытыми резервуарами состоит в том, что он предотвращает преждевременный унос мелкодисперсных частиц минерального субстрата с налипшими молекулами углеводородов от окислителя до завершения реакции, поскольку во время реакции начинается изменяться их удельный вес из-за того, что кислород химически соединяется с молекулами углеводорода(фиг.2). Электростатически связанные углеводороды отсоединяются от поверхности более крупных частиц субстрата,и в особенности,от тонкодисперсных частиц минерального субстрата с налипшими молекулами углеводорода в присутствии горячего окислителя. Результирующий выброс связанных углеводородов по причине расщепляющей окислительной реакции определяется как углеводородные остатки второго порядка. Функцией горячего окислителя является окисление аллила и других углеводородных веществ до более легких нефтяных фракций при помощи хорошо известной реакции Фентона. Перекись водорода вступает в реакцию с повсеместно распространенными ионами железа с образованием гидроксильного радикала в подкисленной водной среде. Н 222 ОНОН-3(1) Образовавшиеся свободные гидроксильные радикалы (ОН) представляют собой чрезвычайно сильный окислитель, который постепенно вступает в реакцию с органическими соединениями посредством ряда реакций окисления. Во время протекания данного процесса реакции окисления продолжают разрушать органические компоненты с молекулами с длинной цепью (счислом атомов углерода) на большее количество молекул(с) с менее сложной и более короткой углеродной цепью (-а) Н 22 СНХН 2(с)С-Нх 2(2) При избытке окислителя весь органический углерод может образовать молекулы С 2 в соответствии с химической формулой (3) (не уравновешенной) Н 22 СНХН 2 С 2(3) Время реакции, температуру и количество окислителя в заявленном способе можно регулировать при помощи программируемых контроллеров. Управление этими параметрами ограничивает протекание реакции Фентона до разрушения относительно малого числа ковалентных связей, что, фактически, будет достаточным только для снижения среднего молекулярного веса битуминозных и/или керогеновых углеводородов с длинной цепью, у которых очень большой молекулярный вес, в начальной точке процесса до среднего веса углеводородов с более короткой цепью, которые обнаруживаются в углеводородных остатках первого и второго порядка. При объединении эти 4 углеводородные остатки первого и второго порядка могут характеризоваться с химической точки зрения, как вещество схожее и приблизительно аналогичное сырой нефти, добываемой из традиционных углеводородных месторождений, как нефтяные скважины. На фиг.1 показано, что для достижения оптимальной эффективности способа резервуары(108, 109, 110) последовательно заполняются и сливаются,формируя,таким образом,полунепрерывный или скользящий способ обработки партиями,чтобы бесперебойная обработка следующей партии сырья могла быть начата в реактор-трубопроводе (114) с достижением окончательного эффекта непрерывной выгрузки продукции. При перекачке водной суспензии содержащей окислитель,через реактор-трубопровод для смешивания звуковыми колебаниями в секцию реактор-трубопровода(116),образуются отходящие газы (126) внутри суспензии,которые собираются по достижении сборника отходящих газов(118). Затем суспензия перекачивается насосом в сепаратор (120), где происходит отделение органической фазы(углеводородов) от водной фазы благодаря разнице в относительной плотности веществ и выпаданием тяжелой твердой фазы под действием силы тяжести. Очищенная твердая фаза оседает на дне и удаляется для захоронения на полигоне, водный слой возвращается обратно в технологический процесс для повторного применения в качестве технологической воды, углеводороды отделяются от водного слоя, поскольку они слипаются и всплывают наверх, где они извлекаются для возврата на НПЗ. Сепаратор (120) обеспечивает разделение окисленной суспензии на водный слой, очищенную твердую фазу и оседающую на дне углеводороды,которые отделяются от водного слоя, поскольку они слипаются и всплывают наверх,образуя органическую фазу. Слой углеводородов (122) перетекает в сборный лоток. Из сепаратора (120) оборотная вода (124) возвращается обратно в технологическую систему. Выделяющийся извлекаемый отходящий газ (126) обогащается кислородом и образует полностью сгорающее котельное топливо для нагрева процесса. Возможный возврат отходящих газов в котлы (128) может обеспечить нагрев процесса и предотвратить нежелательный с экологической точки зрения выброс или сжигание в факеле отходящих газов с последующим выбросом в атмосферу, а также снизить потребление внешней энергии. Для дальнейшего удаления воды и мелкодисперсных частиц из органической фазы возможно смешение окисленного и неокисленного битума и/или керогена, содержащего пену,предпочтительно в соотношении 11 с так называемым дистиллятным нефтепродуктом(130), обычно представляющим собой дизельное топливо либо нафту, для разбавления и повышения растворимости битума или керогена. Это приводит к дальнейшему разделению пены на вторую водную фазу, содержащую мелкодисперсные частицы, и органическую фазу, содержащую углеводороды. Это разделение может при желании проводиться путем отвода смешанной пены через промышленную центрифугу (134), из которой твердые хвосты из водной фазы могут непосредственно сбрасываться для захоронения на полигоне. Содержание углеводородов в хвостах (отходах) обычно составляет менее 1,что соответствует стандартным государственным нормативным требованиям к захоронению отходов. Извлеченная органическая фаза (136) может быть подвергнута перегонке для отделения и извлечения дистиллятного нефтепродукта (130) с целью его повторного применения в процессе. Частично окисленный битум и кероген, извлеченный из фазы(136) во время рассматриваемого способа, по существу, не содержит остаточной воды и мелкодисперсных частиц, которые характеризуются содержанием углеводородных остатков,вырабатываемых во время ранее известных и применявшихся способов на известном уровне техники, и могут транспортироваться для дальнейшей переработки на другом объекте, таком как НПЗ. Заявленное изобретение способствует добыче нефти из нетрадиционных месторождений, при этом стоимость барреля нефти является конкурентоспособной в сравнении со стоимостью сырой нефти, добытой из традиционных ресурсов и более рентабелен при работе на базе объеме добытой продукции (в баррелях) по сравнению с большинством способов извлечения углеводородов,существующих в настоящее время. Заявленное изобретение также обеспечивает отделение углеводородов от частиц для производства твердых остатков, которые являются приемлемыми с экологической точки зрения, для утилизации на свалках,обеспечивает нейтрализациюпромышленных сточных вод, не содержащей экологических загрязнений и добычу не связанных и связанных углеводородных соединений из различных искусственных (техногенных) и природных углеводородных субстратов и материалов, с достижением более 90 степенью извлечения углеводородов, содержащихся в них. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ извлечения углеводородов,включающий нагрев и перемешивание суспензии из воды и субстрата с последующей обработкой звуковыми колебаниями, отличающийся тем, что) получают суспензию путем смешивания субстрата и воды при соотношении от 12 до 11 включительно,) нагревают и перемешивают суспензию из воды и субстрата при температуре 50-90 С,) добавляют окислитель в суспензию из воды и субстрата в количестве 0,1-10 от массы воды суспензии,) обрабатывают суспензию из воды, субстрата и окислителя звуковыми колебаниями в реакторетрубопроводе,оснащенного ультразвуковыми преобразователями, с последующим добавлением дистиллятного нефтепродукта,) сепарируют окисленную суспензию в сепараторе с последующим извлечением слоя углеводородов. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что на стадии ) предварительно регулируют рН и температуру суспензии из воды и субстрата при массовых соотношениях субстрата к воде от 12 до 11 включительно. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что на стадии с) в качестве окислителя используют, по меньшей мере, один окислитель, выбранный из группы перекись водорода, пероксид натрия,перманганат калия. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что на стадии ) в качестве звуковых колебаний используют поперечные волновые колебания. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что после стадии е) дополнительно смешивают извлеченные углеводороды с дистиллятным нефтепродуктом при соотношении 11 с последующим извлечением слоя углеводородов.