Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ И УСТАНОВКА ПЕРЕРАБОТКИ БИТУМИНОЗНЫХ ПЕСКОВ

Группа изобретений относится к способам и установкам переработки битуминозных песков для получения битума и может быть использована в нефтеперерабатывающей промышленности.

Известен способ переработки битуминозных песков, включающий измельчение исходного сырья, контактирование его с экстрагентом - водным раствором поверхностно-активных веществ и водяным паром при медленном поступательно-вращательном движении с последующим разделением полученной суспензии под действием гравитационных и центробежных сил на нефтепродукт, растворитель и песок. Известный способ реализован на установке переработки битума из битуминозных песков, содержащей дробилку для мелкого дробления, подающий конвейер, вращающийся барабан-экстрактор, виброгрохот, отстойники, насосы, гидроциклоны, бункер, емкости для водных растворов ПАВ и битума, сепаратор (Газизуллин Р.Г. Технологические основы рудничной разработки и комплексной переработки битуминозных песков. Казань: «Издательство Плутон», 2002, с.262).

Недостатками известного способа и установки переработки битуминозных песков являются сложность разделения водонефтяной эмульсии, полученной в результате прямого контакта частиц битуминозного песка, воды, ПАВ и водяного пара, а также необходимость использования большого количества воды для проведения экстракции битума, при этом отделенная вода остается в прудах-хвостохранилищах и исключается из обращения.

Известен способ переработки битуминозных песков, включающий измельчение исходного сырья, контактирование его с экстрагентом - органическим растворителем при медленном поступательно-вращательном движении с разделением полученной суспензии под действием механических и гравитационных сил на жидкую и твердую фазы с последующим разделением жидкого продукта на нефтепродукт и растворитель при однократном испарении с возвратом последнего в цикл, контактную сушку экстрагированного песка с последующим возвратом растворителя в цикл и термическую обработку осушенного песка.

Известна установка переработки битуминозных песков, на которой реализован вышеуказанный способ, включающая дробилку, подающий конвейер, емкость для органического растворителя, насосы, вращающийся барабан-экстрактор, обезвоживающий классификатор, выполненный в виде элеватора ковшового с герметизированным корпусом, фильтр, отстойник, регенерационную колонну, сепаратор, емкость для битумной нефти, холодильник-конденсатор, промежуточный бункер, сушильный барабан контактного типа, вращающуюся обжиговую печь, бункер со змеевиком, узел очистки дымовых газов (Газизуллин Р.Г. Технологические основы рудничной разработки и комплексной переработки битуминозных песков. Казань: «Издательство Плутон», 2002, с.256).

Недостатком известного способа и установки переработки битуминозных песков является низкая эффективность отделения нефтепродукта от песков при низких скоростях вращения в барабане-экстракторе и разделения образовавшейся суспензии с использованием механических сил в классификаторе, выполненном в виде ковшового элеватора, и гравитационных сил в промежуточном бункере, что приводит к снижению выхода нефтепродукта из битуминозных песков.

Еще одним недостатком являются потери органического растворителя после его регенерации в колонне, так как одностадийное испарение в регенерационной колонне не позволяет полностью отделить органический растворитель из нефтепродукта, выделенного из битуминозных песков.

Кроме того, в регенерационной колонне не предусмотрено выделение из рециркулирующего органического растворителя промежуточной дизельной фракции, что приводит при использовании ароматического растворителя к ухудшению его растворяющей способности, а термическая обработка экстрагированной породы в обжиговой печи требует дополнительного расхода топлива (мазут или газ).

Задачей изобретения является достижение выхода нефтепродукта - органической массы до его потенциального содержания в битуминозном песке, повышение качества получаемого битума с одновременным извлечением дизельной фракции.

Эта задача решается тем, что в известном способе переработки битуминозных песков, включающем измельчение исходного сырья, экстракцию путем его контактирования с органическим растворителем в экстракторе, разделение полученной смеси на жидкую и твердую фазы и разделение жидкой фазы путем фильтрации и регенерации с получением целевого продукта - битума и регенерируемого растворителя, контактную осушку твердой фазы с последующим возвратом регенерируемого растворителя в процесс и вывод осушенной твердой фазы, согласно изобретению контактирование в экстракторе проводят во взвешенном состоянии измельченного битуминозного песка в органическом растворителе с последующей подачей полученной суспендированной среды на центрифугирование с разделением на жидкую и твердую фазы, причем процесс экстракции проводят циклически, а центрифугирование - непрерывно, при этом разделение жидкой фазы на целевой продукт - битум и регенерируемый растворитель проводят путем двухстадийного испарения с отделением от них на второй стадии - ректификации дизельной фракции, при этом осушенную твердую фазу песка направляют на брикетирование связующим.

В качестве органического растворителя может использоваться смесь углеводородов С₇-С₉.

Соотношение между битуминозным песком и органическим растворителем может составить 1:2,5.

Целесообразно процесс экстракции проводить при температуре 80-90°С и давлении 0,15 МПа.

Целесообразно вторую стадию двухстадийного испарения - ректификацию с отделением дизельной фракции проводить в ректификационной колонне при температуре 285°С и давлении 0,25 МПа.

Целесообразно контактную осушку твердой фазы проводить под вакуумом при 150-250 мм рт.ст.

Целесообразно измерять плотность жидкой фазы перед фильтрацией и при превышении в ней предельных концентраций мехпримесей возвращать на доочистку в центрифугу.

Контактирование с растворителем равномерно распределенных в нем раздробленных частиц битуминозного песка, находящихся во взвешенном состоянии, позволяет значительно увеличить глубину отбора органической массы, содержащейся в песке, а подача полученной суспендированной среды на центрифугирование обеспечивает высокую эффективность их отделения от жидкой фазы (фугата) с содержанием в последнем до 1% твердых частиц, при этом содержание жидкого продукта (растворителя) в твердом продукте (кеке) составит не более 30%.

Двухстадийное последовательное разделение жидкой фазы на остаточный нефтепродукт - битум и растворитель с отделением от них на второй стадии - ректификации дизельной фракции, позволяет сохранить достаточно высокое качество получаемого битума и растворяющую способность регенерируемого растворителя.

Брикетирование осушенного экстрагированного песка с использованием связующего, например цемента или жидкого стекла, позволяет получить товарный строительный материал.

Определение содержания мехпримесей в фугате перед подачей его на фильтры позволяет повысить качество доочищенного жидкого продукта.

Также указанная задача решается установкой переработки битуминозного песка, включающей последовательно соединенные приемный бункер, дробилку, ленточные конвейеры, распределительные бункеры, два циклически работающих экстрактора, выполненные в виде вертикального аппарата с пропеллерным перемешивающим устройством, размещенным в диффузоре, высота которого соответствует уровню суспендированной среды в нем, соединенные с классификатором, выполненным в виде одной непрерывно работающей двухфазной центрифуги, в которой происходит разделение на жидкую и твердую фазы, промежуточную емкость для жидкой фазы, соединенную с двумя фильтрами для удаления мехпримесей, соединенных через промежуточную емкость, насос, теплообменники с регенерационной колонной, перед которой установлена печь для нагрева жидкой фазы с растворителем, а после нее - печь нагрева жидкой фазы с остаточным растворителем и ректификационная колонна, оборудованная выводом целевого продукта - битума и регенерируемого растворителя и также оборудованная отпарной колонной для вывода дизельной фракции; сушильный барабан контактного типа для твердой фазы, связанный через шнековый конвейер, промежуточные бункер и холодильник с узлом брикетирования осушенного экстрагированного песка связующим.

Целесообразно установку оборудовать еще одним фильтром для отделения мехпримесей от жидкой фазы.

Целесообразно сушильный барабан контактного типа оборудовать вакуумным блоком.

Целесообразно после центрифуги установить плотномеры, соединенные с последней и фильтрами.

Целесообразно центрифугу подсоединить к фильтру и сушильному барабану.

Применение экстрактора в виде вертикального аппарата с пропеллерным механическим перемешивающим устройством, размещенным в диффузоре и имеющим высоту, соответствующую уровню суспендированной среды в нем, позволяет равномерно распределить частицы битуминозного песка в объеме растворителя и обеспечить постоянство их концентрации в суспензии, подаваемой на двухфазную центрифугу.

Использование на установке печей первичного и вторичного нагрева, ректификационной и отпарной колонн, позволяет четко выделить промежуточную дизельную фракцию (товарный продукт) и, как следствие, повысить качество получаемого остаточного нефтепродукта - битума и растворяющую способность регенерируемого растворителя.

Применение вакуумсоздающего узла на сушильных барабанах контактного типа обеспечивает исчерпывающий отбор растворителя из кека (экстрагированного песка) на стадии осушки, а брикетирование мелкодисперсного осушенного экстрагированного песка позволит использовать его в качестве строительного материала.

Использование плотномеров с функциональным блоком позволяет путем регулирования потоков жидкого продукта (фугата) улучшить работу фильтров и, как следствие, качество фугата.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом. Битуминозный песок после дробления подают в экстрактор, уже заполненный предварительно нагретым растворителем - смесью углеводородов плотностью 860-870 кг/м³, где происходит перемешивание песка с растворителем. Из экстрактора суспензия песка с растворителем поступает в двухфазную центрифугу, где происходит разделение на твердую фазу (кек) и жидкую (фугат). Жидкую фазу после фильтрации направляют на подогрев в печь и далее в регенерационную колонну, остаток которой после подогрева в печи подают в ректификационную колонну. Из ректификационной колонны выводят остаточный нефтепродукт - битум и дизельную фракцию. Пары растворителя с верха регенерационной и ректификационной колонн направляют в теплообменники и в емкость для растворителя и далее растворитель возвращают в процесс.

Твердую фазу из центрифуги подают в сушильный барабан контактного типа, высушенный песок - в барабанный охладитель и далее на узел брикетирования. Пары растворителя из сушильных барабанов направляют в узел конденсации паров и далее в емкость для растворителя.

Принципиальная схема проведения способа и установка переработки битуминозного песка представлены на фиг.1.

На фиг.2 приведена схема материальных потоков переработки битуминозного песка.

В прилагаемой таблице приведены технологические показатели осуществления способа, качества сырья и получаемых продуктов.

Установка по переработке битуминозного песка включает приемный бункер 1, дробилку 2, ленточные конвейеры 3, 4, 5, распределительные бункеры 6, 7, экстракторы 8, 9, выполненные в виде вертикальных аппаратов с пропеллерными механическими перемешивающими устройствами, расположенными в диффузорах, высота которых соответствует уровню суспензии в них, классификатор 10, выполненный в виде двухфазной центрифуги, сушильный барабан 11, выполненный в виде термодесорбера, промежуточную емкость 12 для сбора фугата, насос 13 для прокачки фугата, плотномеры 14 и 15, определяющие содержание мехпримесей в фугате и установленные соответственно перед периодически действующими фильтрами 16, 17, выполненными в виде вертикальных аппаратов, снабженных листовыми фильтрующими элементами и установленными на одной отметке с экстракторами 8 и 9, промежуточную емкость 18 для сбора доочищенного фугата, насос 19 для прокачки доочищенного фугата через теплообменники 20, 21 для предварительного нагрева доочищенного фугата, печь 22 первичного нагрева, регенерационную колонну 23, печь 24 вторичного нагрева, ректификационную колонну 25, насос 26 для откачки остаточного нефтепродукта - битума, отпарную колонну 27, насос 28 для откачки дизельной фракции, теплообменник 29, холодильник-конденсатор 30 для охлаждения паров из регенерационной колонны 23, промежуточную емкость 31 для сбора регенерированного растворителя из регенерационной колонны 23, насос 32 для откачки растворителя из промежуточной емкости 31 в основную емкость растворителя 33, холодильник-конденсатор 34 и теплообменник 35 для охлаждения паров с верха ректификационной колонны 25, промежуточную емкость 36 для сбора регенерируемого растворителя из ректификационной колонны 25, насос 37 для откачки растворителя из промежуточной емкости 36 в основную емкость растворителя 33 и подачи острого орошения в регенерационную 23 и ректификационную 25 колонны регенерируемым растворителем. Сушильный барабан 11, выполненный в виде термодесорбера, через рукавный фильтр 38 соединен с вакуумсоздающим узлом 39, снабженным вентилятором 40, печью дожига 41, промежуточной емкостью 42 и насосом 43 для откачки регенерированного растворителя через теплообменник 44 в основную емкость растворителя 33. Сушильный барабан 11 и рукавный фильтр 38 соединены через шнековый конвейер 45 и промежуточный бункер 46 с барабанным холодильником 47. Барабанный холодильник 47 через шнековые конвейеры 48,49 и промежуточный бункер 50 соединен с узлом брикетирования 51 экстрагированного песка со связующим, например цементом, для получением твердого продукта. Подача растворителя из основной емкости растворителя 33 в экстракторы 8, 9 осуществляется насосом 52. Для подогрева экстрагентов до рабочей температуры используется система с циркуляцией теплоносителя - АМТ-300, емкость 53 и насос 54 для его подачи после нагрева в теплообменнике 29 в рубашки экстракторов 8, 9 и сушильного барабана 11.

Предлагаемые способ и установка работают следующим образом.

Битуминозный песок подается через приемный бункер 1 в дробилку 2. Измельченный в дробилке 2 битуминозный песок системой ленточных конвейеров 3, 4, 5 поочередно загружается через распределительные бункеры 6, 7 в экстракторы 8, 9. Смесь свежего и регенерированного органического растворителя (состав показан в таблице) из основной емкости 33 насосом 52 подается в экстрактор 8. После загрузки экстрактора 8 подогретым органическим растворителем он отключается от основной емкости 33, после чего приводится во вращение пропеллерное механическое перемешивающее устройство, размещенное в диффузоре. Затем в экстрактор 8 самотеком из распределительного бункера 6 в межтрубное пространство поступает раздробленный битуминозный песок (фракция 0-3 мм). После загрузки экстрактора 8 раздробленным битуминозным песком он отключается от распределительного бункера 6. В экстракторе 8 раздробленные частицы битуминозного песка при частоте вращения пропеллерного механического устройства 180 об/мин приводятся во взвешенное состояние и начинают вращаться вокруг диффузора, равномерно распределяясь в органическом растворителе. Процесс экстракции нефтепродукта из битуминозного песка проводится в экстракторе 8 в течение 30-40 мин. Из экстрактора 8 суспензия: смесь растворителя, нефтепродукта и песка во взвешенном состоянии, направляется в двухфазную центрифугу 10, твердая фаза - песок с абсорбированными остатками растворителя, из нее направляется в термодесорбер 11, а жидкая фаза - смесь растворителя с нефтепродуктом, поступает через промежуточную емкость 12 на прием насоса 1, 3 и далее подается через плотномер 14 в емкостной вертикальный листовой фильтр 16. После заполнения фильтра 16 фугатом фильтруемый поток автоматически переводится через плотномер 15 в фильтр 17. При этом в фильтре 16 под давлением происходят фильтрация фугата и последующий слив доочищенного фугата в промежуточную емкость 18, а сгущенный остаток по мере накопления в конической части фильтра 16 периодически сбрасывается в двухфазную центрифугу 10. После заполнения фильтра 17 фугатом фильтруемый поток автоматически переключается обратно через плотномер 14 на фильтр 16. В случае превышения мехпримесей в фугате выше нормативных показателей работы фильтров 16 и 17 плотномеры 14 и 15 автоматически переводят его на центрифугу 10 для доочистки. В период работы (один час) центрифуги 10 происходит загрузка подогретым органическим растворителем и раздробленным битуминозным песком экстрактора 9 и их суспендирование в нем. Затем экстрактор 8 отключают от центрифуги 10 и к ней подключают экстрактор 9. Из промежуточной емкости 18 насосом 19 доочищенный фугат через теплообменники 20 и 21 поступает в печь первичного нагрева 22, откуда нагретое сырье поступает в регенерационную колонну 23. В регенерационной колонне 23 основная часть растворителя отделяется от нефтепродукта и через теплообменник 29 и конденсатор-холодильник 30 отводится в промежуточную емкость 31, откуда насосом 32 откачивается в основную емкость 33 для сбора растворителя, а нефтепродукт с остатками растворителя через печь 24 вторичного нагрева поступает в ректификационную колонну 25. В ректификационной колонне 25 после отпарки водяным паром жидкая часть стекает в низ колонны, образуя остаточный нефтепродукт - битум, который выводится из колонны насосом 26 через теплообменник 44. Из зоны питания ректификационной колонны 25 парообразные продукты поднимаются вверх - в укрепляющую часть колонны, оборудованную тарелками, сбоку ректификационной колонны 25 в отпарную колонну 27 выводится дизельная фракция и насосом 28 откачивается как товарный продукт. С верха ректификационной колонны 25 пары растворителя и воды через теплообменник 20 и 35, холодильник-конденсатор 34 поступают в сепаратор 36. Из сепаратора 36 водный конденсат направляется на заводские очистные сооружения, часть растворителя насосом 37 подается в качестве острого орошения для регулирования температуры верха регенерационной 23 и ректификационной 25 колонн, а остаток регенерируемого растворителя направляется в основную емкость 33.

Песок с абсорбированными остатками растворителя из центрифуги 10 самотеком поступает в сушильный барабан 11 контактного типа, выполненный в виде вращающегося термодесорбера, при этом в качестве теплоносителя для нагрева термодесорбера 11 и экстракторов 8, 9 используется органический растворитель - масло АМТ-300, подогретое в теплообменнике 29 парами, выходящими из регенерационной колонны 23, до температуры 170°С. Высушенный песок из термодесорбера 11 подается шнековым конвейером 45 через промежуточный бункер 46 в барабанный холодильник 47, откуда шнековыми конвейерами 48, 49 подается через промежуточный бункер 50 на брикетный узел 51, откуда сбрикетированный твердый продукт отгружается как строительный материал - искусственный гравий. Пары растворителя из термодесорбера 11 через рукавный фильтр 38, поступают на вакуумный узел 39, откуда несконденсированные остатки паров через вентилятор 40 поступают в печь дожига 41, а жидкий растворитель - в промежуточную емкость 42, откуда насосом 43 откачивается через теплообменник 44 в основную емкость растворителя 33. Песок из рукавного фильтра 38 конвейером 45 подается в промежуточный бункер 46.

Из приведенной таблицы видно, что полученный остаточный нефтепродукт - битум имеет достаточно высокие значения плотности и молекулярной массы, величины которых соответствуют стандарту на дорожные битумы. Технические анализы образца полученного остаточного нефтепродукта показали его соответствие стандарту на дорожные битумы: пенетрация П₂₅ - 100 дм, температура размягчения - 43,6°С, растяжимость Д₂₅ - более 100 см, температура хрупкости - минус 20°С, температура вспышки - 245°С. Кроме того, при потенциальном содержании органической массы в исходном битуминозном песке 100% в виде остаточного нефтепродукта - битума извлекается 93,75%, а в виде дизельной фракции - 5,5%.

Таким образом, предлагаемые изобретения позволяют максимально извлечь органическую массу из битуминозного песка и получить целевой продукт - битум, соответствующий стандарту на дорожные битумы.

Кроме того, изобретение дает возможность извлечь из органической массы битуминозного песка дизельную фракцию - товарный продукт и получить строительный материал - искусственный гравий.