Пенная обработка (нефтеносные пески Атабаски)
Обработка битумной пеной — это процесс, используемый в из нефтеносных песков Атабаски (AOS) операциях по извлечению битума для удаления мелких неорганических веществ — воды и минеральных частиц — из битумной пены путем разбавления битума легким углеводородным растворителем — нафтеновым или парафиновым — для снижения вязкости пены и для удаления загрязнений, которые не были удалены на предыдущих этапах гравитационного восстановления на водной основе. [ 1 ] Битум с высокой вязкостью или со слишком большим количеством примесей не пригоден для транспортировки по трубопроводам или переработки. В оригинальной и традиционной обработке нафтеновой пеной (NFT) используется нафтовый растворитель с добавлением химикатов. Пенная обработка парафиновым растворителем (PSFT), которая впервые была коммерчески использована в Альбийских песках в начале 2000-х годов, приводит к получению более чистого битума с более низким уровнем примесей, таких как вода и минеральные твердые вещества. [ 2 ] После пенной обработки битум можно дополнительно улучшить с помощью «нагревания для производства синтетической сырой нефти с помощью установки коксования». [ 2 ]
Фон
[ редактировать ]Нефтяной песок состоит из матрицы твердого минерального материала — кварцевого песка и глины, воды и углеводорода — битума , который является самой тяжелой формой нефти. [ 3 ] По данным Учебного и научно-исследовательского института ООН битума , нормальная вязкость превышает 10 мПа·с, а его плотность превышает 1000 кг/м. 3 . Нефтеносные пески перед обработкой состоят из мелких частиц ила и глины размером 44 микрона и менее, а также крупных частиц песка и камня размером более 44 микронов. Каждое зерно кварцевого песка, чрезвычайно абразивного и имеющего угловатую форму, «полностью окутано битумом». [ 4 ] Каждая песчинка окружена тонкой пленкой воды, а битум покрывает водный слой и угловатую песчинку. [ 4 ] Покрытые битумом и водой зерна кварцевого песка прилипают друг к другу. Без обработки высокоабразивные нефтеносные пески могут повредить трубопроводы, грузовики и все оборудование, используемое в горнодобывающей промышленности. Кроме того, вязкость битума меняется в зависимости от тепла и холода. В тепле оно похоже на патоку, а в холодное замерзает. [ 4 ] Битум, как углеводород, считается ценным энергетическим ресурсом. Чем больше битума в месторождении нефтеносных песков, тем оно ценнее. Если месторождение содержит менее 6% битума, добывать его нецелесообразно. Месторождение нефтеносных песков должно содержать не менее 18% битума, чтобы быть экономически выгодным. [ 4 ]
производство битума в 2004 году включало шесть взаимосвязанных и интегрированных процессов или подразделений - добычу полезных ископаемых, коммунальные услуги, добычу, пенную обработку, управление водными ресурсами, хвостохранилища нефтеносных песков Согласно статье 2004 года в Канадском журнале химической инженерии (CJCE), и модернизацию. . [ 5 ] Пенообразование является частью комплексного процесса. [ 5 ]
Из-за высокой вязкости тяжелую нефть гораздо сложнее добывать и транспортировать. [ 6 ] Вязкость — «внутреннее сопротивление потоку жидкости» — физическое свойство сырой нефти и важный параметр при разработке и проектировании трубопроводов для окончательной добычи нефти и эффективного потока жидкости. [ 7 ] [ 8 ] Вязкость является одним из свойств давления, объема и температуры (PVT), которое оценивается на различных этапах разведки, добычи, добычи и транспортировки нефти. [ 7 ] [ 6 ]
В битуме асфальтены , которые часто определяют как фракцию, не растворяющуюся в н-гептане , [ 9 ] негативно влияют на добычу нефтеносных песков — они «придают сырой нефти высокую вязкость» и могут вызвать «множество производственных проблем». [ 10 ] Асфальтены — это молекулярные вещества, обнаруженные в сырой нефти вместе с насыщенными углеводородами, такими как алканы , ароматические углеводороды и смолы , известные как (SARA) . [ 11 ]
Первой стадией процесса добычи, используемой операторами нефтеносных песков в коммерческих операциях, является модифицированный процесс экстракции горячей водой Кларка (CHWE), который был разработан Карлом Адольфом Кларком (1888–1966) в 1920-х годах. [ 5 ] Согласно статье журнала Oil Sands Magazine за 2017 год , после отделения битумной пены с помощью первой стадии процесса восстановления битума — гравитационного разделения на водной основе — раствор содержит в среднем «60% битума, 30% воды и 10% мелких твердых частиц. " [ 12 ] Емкость гравитационного разделения — камера первичной сепарации (PSC), емкость первичной сепарации (PSV) или SepCell — извлекает 90% битума. [ 13 ] В ходе этого процесса образуется битумная пена. Пена сильно аэрирована (полна пузырьков воздуха) и требует деаэрации, прежде чем ее можно будет перекачивать в резервуар для хранения пены. [ 13 ]
Второй этап – пенная обработка. [ 3 ] Качество битумной пены перед вспениванием (обработка гравитационным разделением на основе растворителей) «слишком низкое, чтобы ее можно было обрабатывать на заводе по модернизации или нефтепереработке». [ 13 ] Гравитационное разделение на водной основе само по себе не может удалить оставшиеся загрязнения, которые составляют от 10 до 15% твердых частиц и до 40% воды. [ 13 ]
При обработке пеной используется легкий углеводород для снижения вязкости битума, высвобождая мелкие частицы и воду, в результате чего поток разбавленного битума становится более чистым.
Неорганические минеральные примеси микронного размера в битумной пене после первой стадии обработки состоят из мелкого ила и глины, а также «капель водно-нефтяной эмульсии». Эти капли, образующиеся в процессе экстракции битума на водной основе, удалить труднее всего. [ 1 ] : 7199
Эти эмульгированные капли воды дополнительно стабилизируются микрочастицами кварцевого песка. Эмульсии вода в масле «легко дестабилизируются» при удалении мелких минеральных частиц. [ 1 ] : 7199 В ходе эффективного процесса удаления пенной обработки мелкие (микроразмерные) минеральные частицы образуют более крупные агрегаты, что способствует дестабилизации эмульгированных капель воды. [ 1 ] : 7199
Во время комплексной пенной обработки в пену добавляется легкий углеводород - нафтеновый или парафиновый битума растворитель - для снижения вязкости и удаления мелких неорганических частиц с помощью более «эффективного гравитационного разделения». [ 12 ]
В 2013 году Американское химическое общество (ACS) описало обработку битумной пеной как «комплексный технологический этап в операциях по извлечению битума из нефтеносных песков Атабаски. Его цель состоит в том, чтобы отделить минеральные твердые вещества и воду от битумной пены. Битумную пену разбавляют нафтеновыми или парафиновые растворители для снижения вязкости и облегчения разделения. Обработка битумной пеной представляет собой «удаление неорганических веществ (минеральных частиц и капель воды) из раствора битума в органических растворителях». [ 1 ] : 7199
Соотношение растворитель/битум (S/B) изменяет динамику водоразбавленных битумно- дилбитовых эмульсий. [ 14 ]
К 2006 году в провинции Альберта существовало два коммерциализированных процесса обработки пеной. В то время их называли «Процесс Синкруд», который включал «разбавление ароматическим растворителем с последующим центрифугированием» и «Процесс Альбиана», который включал «разбавление парафиновым растворителем с последующим гравитационным осаждением». [ 15 ] [ 16 ]
После процесса вспенивания битум может потребовать дополнительной обработки, прежде чем его можно будет транспортировать по трубопроводам. Переработчики, использующие новейшую технологию обработки пенной парафиновой сольвентной обработкой (PSFT), которая находится в коммерческом использовании с 2002 года, больше не требуют этого этапа модернизации, что представляет собой значительное снижение стоимости переработки. Оригинальная и более традиционная обработка нафтеновой пеной (NFT) требует использования устройства для сортировки.
Для получения товарной синтетической нефти из битумов нефтеносных песков тяжелую нефть можно перерабатывать только на специальных нефтеперерабатывающих заводах, включающих в себя комплексную установку переработки тяжелой нефти с установкой коксования . [ 17 ] В Канаде в Регине, Саскачеван, ранее кооперативный нефтеперерабатывающий комплекс называвшийся Consumers Co-operative Refinery Limited (CCRL), имеет облагораживания на заводе секцию тяжелой нефти с необходимой установкой коксования, способной перерабатывать продукт из нефтеносных песков, например Тяжелая нефть Lloydminster, которая является компонентом Western Canadian Select (WCS). [ Примечания 1 ] [ 17 ] [ 2 ] [ Примечания 2 ]
Обработка нафтеновой пеной (NFT)
[ редактировать ]В оригинальной и традиционной обработке пеной используется нафтовый растворитель с добавлением химикатов для дестабилизации эмульсии. [ 2 ] В течение тридцати лет, с 1970-х по начало 2000-х годов, единственной технологией извлечения битума, доступной в нефтеносной промышленности, была обработка нафтеновой пеной (NFT). [ 12 ]
В статье, опубликованной в 2002 году в журнале ChemSphere , которую цитировали более 100 раз, авторы заявили, что нафтеновые кислоты присутствуют в нефтеносных песков Атабаски (AOL воде хвостохранилища ) в расчетной концентрации 81 мг/л. ., что является слишком низким уровнем, чтобы TPW можно было считать жизнеспособным источником коммерческого восстановления. [ 18 ] Они изучили лабораторную процедуру на основе растворителей, разработанную для «эффективного извлечения нафтеновых кислот из больших объемов воды хвостохранилища нефтеносных песков Атабаски (TPW)». [ 18 ] Те же авторы опубликовали в 2001 году часто цитируемую статью в Обществе токсикологии Общества токсикологических наук , в которой заявили, что «нафтеновые кислоты являются наиболее значительными загрязнителями окружающей среды, образующимися в результате добычи нефти из месторождений нефтеносных песков». Они обнаружили, что «при наихудших условиях воздействия острая токсичность маловероятна у диких млекопитающих, подвергшихся воздействию нафтеновых кислот» в воде хвостохранилища [нефтяных песков Атабаски] (AOS), «но повторное воздействие может иметь неблагоприятные последствия для здоровья». [ 19 ]
Парафиновая пенная обработка (PFT)
[ редактировать ]В 1990 году на основе исследований CanmetENERGY была разработана пенная обработка парафиновым растворителем (PSFT). [ 2 ] Syncrude запатентовала этот процесс в 1994 году и «предоставила права на использование всем членам консорциума по обработке нефтеносных песков Froth Treatment, что позволило внедрить этот процесс на других предприятиях по добыче нефтеносных песков». [ 12 ]
PFT снижает «вязкость битума, позволяя удалять воду и твердые частицы путем гравитационного разделения». Он также осаждает асфальтены , которые связываются с водой и твердыми веществами», в результате чего получается более чистый битум, «практически свободный от примесей». Это создает более чистый битум с более низким уровнем водных и минеральных примесей. [ 2 ]
В 2011 году SNC Lavalin заключила контракт стоимостью 650 миллионов канадских долларов на строительство завода PSFT в районе нефтеносных песков Атабаски в 2012 году, первого в канадской промышленности нефтеносных песков. [ 20 ]
Первая коммерциализация парафиновой пенной обработки (PFT) была предпринята в рамках проекта нефтеносных песков Атабаски (AOSP) в региональном муниципалитете Вуд-Буффало в начале 2000-х годов. [ 10 ] [ 12 ] AOSP, также известная как Albian Sands , — это совместное предприятие Canadian Natural Resources (CNRL) (70%), Chevron Canada (20%) и Shell Canada (10%). [ 21 ] В состав AOSP входят рудники Маскег-Ривер, рудники Джек-Пайн и предприятие по модернизации Скотфорда. [ 21 ] CNRL приобрела акции Shell в 2017 году. [ 22 ] [ 23 ]
Технология PSFT также используется на месторождении Imperial Oil . Kearl Oil Sands компании [ 24 ] и предприятие Teck Resources по добыче нефтеносных песков открытым способом в Форт-Хиллз. [ 25 ] Teck планирует использовать его на предлагаемой крупной открытой добыче нефтеносных песков Frontier. [ 25 ] По словам Тека, технология PSFT, которая исключает использование освежителя, имеет «меньшую интенсивность выбросов парниковых газов, чем примерно половина нефти, перерабатываемой в настоящее время в США». [ 25 ]
К 2011 году прогнозируемые затраты на «мега-рудник» Керл компании Imperial Oil увеличились до «10,9 миллиардов канадских долларов по сравнению с первоначальной оценкой в 8 миллиардов канадских долларов». [ 20 ] Компания Imperial сократила расходы, применив технологию вспенивания «вместо строительства установки для переработки сырого битума». [ 20 ]
Существует ряд исследовательских проектов по совершенствованию и оценке инноваций в области пенной обработки. [ 14 ] [ 26 ] [ 27 ] [ 28 ] [ 29 ] [ 30 ] [ 31 ]
Правила
[ редактировать ]Финансируемое промышленностью и уполномоченное правительством провинции Управление по регулированию энергетики Альберты (AER) регулирует добычу битума в провинции. Директива AER 082: «Эксплуатационные критерии – требования к восстановлению ресурсов для предприятий по добыче и переработке нефтеносных песков» устанавливает минимальные нормы извлечения для всех операций по добыче нефтеносных песков в провинции. Месторождения нефтеносных песков имеют различные сорта руды, некоторые из которых имеют более высокое содержание битума, чем другие. [ 13 ]
Примечания
[ редактировать ]- ^ Western Canadian Select (WCS) — один из нефтепродуктов из осадочного бассейна Западной Канады нефтеносных песков . WCS, представляющая собой тяжелую смешанную сырую нефть , состоит в основном из битума , смешанного с разбавителями конденсата , а также традиционной и нетрадиционной нефти. WCS была запущена в 2004 году компаниями EnCana (теперь Cenovus ), Canadian Natural Resources Limited , Petro-Canada (теперь Suncor ) и Talisman Energy Inc. (ныне Repsol Oil & Gas Canada Inc.) и стала эталоном для очень тяжелой сырой нефти.
- ^ «Нефтеперерабатывающие заводы США импортируют большие объемы сырой нефти из Канады, Мексики, Колумбии и Венесуэлы, и в 1990-х годах они начали строить мощности по коксованию и производству серы, чтобы приспособиться к росту этой средне- и тяжелой высокосернистой нефти, одновременно отвечая экологическим требованиям и потребительским требованиям. «Хотя нефтеперерабатывающие заводы США вложили значительные средства в комплексное нефтеперерабатывающее оборудование, которое обеспечивает переработку более тяжелой и серой нефти в бензин и дистилляты, аналогичные инвестиции за пределами США осуществляются менее агрессивно. Средняя и тяжелая сырая нефть составляют 50% поставок сырой нефти в США, и США продолжают расширять свои мощности по переработке тяжелой нефти». обработать WCS». см. в статье « Выбор Западной Канады» . Дополнительные ссылки
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б с д и Рао, Фэн; Лю, Ци (19 декабря 2013 г.). «Пенная обработка в процессе восстановления битума из нефтеносных песков Атабаски: обзор». Энергия и топливо . 27 (12): 7199–7207. дои : 10.1021/ef4016697 . ISSN 0887-0624 .
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж «Пенная обработка» . CanmetENERGY через NRCan . Девон, Альберта. 19 января 2016 года . Проверено 29 января 2020 г.
- ^ Перейти обратно: а б Линь, Фэн; Пан, Чхонджун Джон (1 января 2020 г.). «Влияние процесса экстракции гибридного битума на дестабилизацию получаемой битумной пенной эмульсии, разбавленной гептаном». Минеральное машиностроение . 145 : 106069. doi : 10.1016/j.mineng.2019.106069 . ISSN 0892-6875 .
- ^ Перейти обратно: а б с д «Состав нефтеносных песков» . Энергетическое наследие Альберты . Нефтяные пески . Проверено 30 января 2020 г.
- ^ Перейти обратно: а б с Маслия, Джейкоб; Чжоу, Чжан Джо; Сюй, Чжэнхэ; Чарнецкий, Ян; Хамза, Хасан (2004). «Понимание экстракции битума на водной основе из нефтеносных песков Атабаски». Канадский журнал химической инженерии . 82 (4): 628–654. doi : 10.1002/cjce.5450820403 . ISSN 1939-019Х .
- ^ Перейти обратно: а б Хоссейн, М.С.; Сарица, К.; Чжан, штаб-квартира; Райн, Л.; Гринхилл, КЛ (1 января 2005 г.). Оценка и разработка корреляций вязкости тяжелой нефти . Международный симпозиум SPE по термическим операциям и тяжелой нефти. Общество инженеров-нефтяников. дои : 10.2118/97907-MS . ISBN 978-1-61399-005-6 . Проверено 1 февраля 2020 г.
- ^ Перейти обратно: а б Олосо, Мунирудин А.; Хасан, Мохамед Г.; Бадер-Эль-Ден, Мохамед Б.; Бьюик, Джеймс М. (1 июня 2017 г.). «Ансамбль СВМ для характеристики вязкости сырой нефти» . Журнал разведки и технологии добычи нефти . 8 (2): 531–546. дои : 10.1007/s13202-017-0355-x .
- ^ Хоссейн М.С., Сарика С., штаб-квартира Чжана и др. (2005) Оценка и разработка корреляций вязкости тяжелой нефти. В: Международный симпозиум SPE по термическим операциям и тяжелой нефти, SPE, Калгари, Альберта, Канада, 1–3 ноября 2005 г.
- ^ Ределиус, П. (2009), Асфальтены в битуме, что они собой представляют и чем не являются , том. 10, стр. 25–43 , получено 1 февраля 2020 г. дои : 10.1080/14680629.2009.9690234
- ^ Перейти обратно: а б Вернюк, Джейн (1 октября 2003 г.). «По следам динозавров» . Канадский горный журнал . Проверено 1 февраля 2020 г.
- ^ Ашури, Сиаваш; Шарифи, Мехди; Масуми, Мохаммед; Мохаммад Салехи, Мехди (1 марта 2017 г.). «Взаимосвязь между фракциями SARA и стабильностью сырой нефти» . Египетский нефтяной журнал . 26 (1): 209–213. дои : 10.1016/j.ejpe.2016.04.002 . ISSN 1110-0621 .
- ^ Перейти обратно: а б с д и «Обработка парафиновой пеной» . Журнал «Нефтяные пески» . 2017 . Проверено 30 января 2020 г.
- ^ Перейти обратно: а б с д и «Объяснения по добыче битума» . Журнал «Нефтяные пески» . Проверено 1 февраля 2020 г.
- ^ Перейти обратно: а б Сачин Гоэл, Нияти Джоши, Мухаммад Сирадж Уддин, Самсон Нг, Эдгар Акоста, Арун Рамачандран. Межфазное натяжение водоразбавленной границы битума при высоких концентрациях битума, измеренное микрофлюидным методом. Ленгмюр 2019, 35 (48), 15710-15722. doi : 10.1021/acs.langmuir.9b02253
- ^ Романова, Ю.Г.; Валина, М.; Стасюк, Е.Н.; Яррантон, HW; Шрамм, LL; Шелфантук, МЫ (сентябрь 2006 г.). «Влияние условий экстракции битума из нефтеносных песков на эффективность обработки пеной» (PDF) . Журнал канадских нефтяных технологий . 45 (9): 36–45. дои : 10.2118/06-09-03 . Проверено 1 февраля 2020 г.
- ^ «Исследовательские проекты» . Исследования асфальтенов и эмульсий (AER) . Проверено 1 февраля 2020 г.
- ^ Перейти обратно: а б Уэлш, Эдвард; Харви, Кристина (11 февраля 2013 г.), Потребительский кооператив закрывает коксовую установку на заводе в Саскачеване после пожара , Bloomberg
- ^ Перейти обратно: а б Винсент В. Роджерс; Карстен Либер и Майкл Д. Маккиннон (август 2002 г.). «Выделение и характеристика нафтеновых кислот из воды хвостохранилища нефтеносных песков Атабаски». Хемосфера . 48 (5): 519–527. Бибкод : 2002Chmsp..48..519R . дои : 10.1016/S0045-6535(02)00133-9 . ПМИД 12146630 .
- ^ Роджерс, Винсент В.; Викстром, Марк Л.; Либер, Карстен; Маккиннон, Майкл Д. (2001). «Острая и субхроническая токсичность нафтеновых кислот из хвостохранилищ нефтеносных песков для млекопитающих». Токсикологические науки . 66 (2): 347–355. дои : 10.1093/toxsci/66.2.347 . ПМИД 11896302 .
- ^ Перейти обратно: а б с Льюис, Джефф (8 ноября 2011 г.). «SNC-Lavalin построит установку по очистке пены стоимостью 650 миллионов долларов: клиент не разглашается, но сообщается, что это CNRL» . Масло Альберты . Архивировано из оригинала 27 марта 2015 года . Проверено 29 января 2020 г.
- ^ Перейти обратно: а б "О нас" . Проект нефтеносных песков Атабаски. 2008. Архивировано из оригинала 7 февраля 2008 года . Проверено 7 февраля 2008 г.
- ^ «Canadian Natural Resources Limited объявляет о приобретении рабочей доли в проекте нефтеносных песков Атабаски и других активах нефтеносных песков» (пресс-релиз). Маркетпроводной . 9 марта 2017 г.
- ^ Пульсинелли, Оливия (8 мая 2018 г.). «Shell продает всю долю Canadian Natural Resources за 3,3 миллиарда долларов» . Американские городские деловые журналы .
- ^ «Империал Ойл — обзор Керла» . www.mperialoil.ca . Проверено 19 мая 2016 г.
- ^ Перейти обратно: а б с Беннетт, Дебора; Яремко, Джим; Бентейн, Нельсон (6 ноября 2018 г.). «На границе: Тек продвигает новую веху по добыче нефти и песка в новую эпоху развития энергетики» . JWN Энергия . Нефтяные пески и тяжелая нефть . Проверено 30 января 2020 г.
- ^ Амир Гаюр, Эдгар Акоста. Характеристика нефтеподобного и поверхностно-активного поведения полярных нефтей. Ленгмюр 2019, 35 (47), 15038-15050. doi : 10.1021/acs.langmuir.9b02732
- ^ Я. Касас, Дж. А. Дюран, Ф. Ф. Шёггл, Х. В. Яррантон. Осаждение асфальтеновых агрегатов в разбавленном н-алканом битуме. Энергетика и топливо 2019, 33 (11), 10687-10703. doi : 10.1021/acs.energyfuels.9b02571
- ^ Цян Чен, Ци Лю. Битумное покрытие на нефтеносных песках, глинистых минералах: обзор. Энергия и топливо 2019, 33 (7), 5933-5943. doi : 10.1021/acs.energyfuels.9b00852
- ^ Колин Сарака, Рунчжи Сюй, Маркус Б. Мачадо, Суджит Бхаттачарья, Самсон Нг, Сюзанна Крест. Обезвоживание битумной пены низкого качества: время индукции и эффекты смешивания. Энергетика и топливо 2018, 32(9). doi : 10.1021/acs.energyfuels.8b01613
- ^ Доминик Косиор, Эдвина Нго, Юмин Сюй. Агрегаты в парафиновой пенной обработке: осаждающиеся свойства и структура. Энергия и топливо 2018, 32 (8), 8268-8276. doi : 10.1021/acs.energyfuels.8b01656
- ^ Фэн Линь, Станислав Р. Стоянов и Юмин Сюй. Последние достижения в области неводной добычи битума из добываемых нефтеносных песков: обзор. Исследования и разработки в области органических процессов, 2017, 21 (4), 492-510. дои : 10.1021/acs.oprd.6b00357