DE19632659A1

DE19632659A1 - Verfahren zum Extrahieren von Bitumen aus Teersand

Info

Publication number: DE19632659A1
Application number: DE19632659A
Authority: DE
Inventors: Robert Michael Davis; James Mark Paul
Original assignee: Mobil Oil Corp
Current assignee: ExxonMobil Oil Corp
Priority date: 1996-05-15
Filing date: 1996-08-13
Publication date: 1997-11-20
Also published as: CA2179948A1; GB9616745D0; AU6194296A; GB2313130A; ID16915A; RU2163619C2; CA2179948C; US6110359A; AR004716A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Extrahieren von Bitumen aus abgebauten Teersanden bzw. Ölsanden unter Ver wendung eines Lösungsmittels und Schallenergie im Nieder frequenzbereich von 5×10² bis 20×10² s^-1 (0,5 bis 2,0 kHz).

Die Erfindung befaßt sich mit der Extraktion von Bitumen aus Teersanden.

Dem Abbau sind etwa 47,7×10¹¹ l (30 billion barrels) Teersandbitumen in Athabasca (von 99,3×10¹² l (625 bil lion barrel) in Alberta) und ein Teil der 41,3×10¹¹ l (26 billion barrel in Utah) zugänglich. Teersande sind im we sentlichen siliciumhaltige Materialien, wie Sand, Sand stein oder Kieselerdablagerungen, die mit etwa 5 bis 20 Gew.-% dichtem, viskosem Bitumen mit geringem Gewicht im prägniert sind. Die abgebauten Sandmaterialien werden jetzt kommerziell nach dem "Clark Hot Water"-Verfahren zur Bitumengewinnung behandelt. Schätzungsweise können im At habasca-Gebiet höchstens zwei zusätzliche Anlagen mit ei ner Größenordnung von 19,8×10⁶ l/Tag (125000 bpd) dieses Gewinnungsverfahren anwenden; diese Einschränkung ergibt sich durch strenge Umweltvorschriften, z. B. beim hohen Wasser- und Energieverbrauch und der Entsorgung der Abfäl le. Es wurden zwei alternative Verfahren zur Gewinnung von Bitumen verfolgt: die Wärmebehandlung (z. B. Retortenbe handlung) und die Extraktion mit Lösungsmitteln. Beide ha ben einen hohen Energiebedarf; das erste zeigt eine gerin ge Gewinnung der ungebundenen Wärme und verbrennt einen Teil der Ressourcen, das zweite beinhaltet die Trennung von Lösungsmittel/Bitumen und einen Lösungsmittelverlust durch unvollständiges Strippen mit Dampf. Die Nachteile dieser Versuche werden durch das erfindungsgemäße Verfah ren minimiert. Schließlich können durch dieses Verfahren sowohl Teersand aus Utah als auch abbaubare Ressourcen im Athabaska-Gebiet gewonnen werden.

Bisher wurden verschiedene Arten thermischer Verfahren (Pyrolyseverfahren) und Lösungsmittelextraktionsverfahren angewendet, um synthetisches Rohöl aus Teersand zu extra hieren. Einige gegenwärtig bekannte thermische Verfahren beinhalten die Verwendung einer Anzahl waagerechter oder senkrechter Retorten- bzw. Reaktorgefäße oder Regenerier öfen für die Retorte. Das Lurgi-Rhurgas-Verfahren verwen det eine Retorte vom Mischschnecken-Typ, und das Tacuik- Verfahren wendet eine Retorte vom Drehofentyp an. Einige gegenwärtig bekannte Lösungsmittelextraktionsverfahren sind die in US Patenten Nr. 4 054 505 und Nr. 4 054 506 beschriebenen "Western Tar Sand" -Verfahren, die die Anwendung von Ultraschallenergie beinhalten, das CAG- Verfahren (Charles-Adams-Garbett-Verfahren) mit einer Ex traktion auf Wasserbasis und das Randall-Verfahren mit heißem Wasser. Bisher wurde in der Praxis im allgemeinen entweder ein thermisches Verfahren oder ein Lösungsmitte lextraktionsverfahren angewendet.

Die gleichzeitig anhängige Anmeldung des Anmelders, Mobil Docket Nr. 7757 mit dem Titel "Method For Extracting Oil From Oil-Contaminated Soil", die gemeinsam abgetreten wur de, offenbart ein dem erfindungsgemäßen Verfahren ähnli ches Verfahren zum Extrahieren von Öl aus mit Öl verunrei nigtem Boden mit einem Lösungsmittel und Schallenergie im Niederfrequenzbereich von 5×10² bis 20×10² s^-1 (0,5 bis 2,0 kHz).

US Patent Nr. 2 973 312 offenbart ein Verfahren zum Ent fernen von Öl aus Sand, Ton und dergleichen, das die An wendung von Ultraschallschwingungen und Lösungsmittel be inhaltet.

US Patente Nr. 4 054 505 und 4 054 506 offenbaren ein Ver fahren zum Entfernen von Bitumen aus Teersand mit Ultra schallenergie.

US Patent Nr. 4 151 067 beschreibt ein Verfahren zum Ent fernen von Öl aus Schiefer, bei dem eine Aufschlämmung von Schiefer und Wasser Ultraschallenergie ausgesetzt wird.

US Patent Nr. 4 304 656 offenbart ein Verfahren zum Extra hieren von Öl aus Schiefer durch Anwendung von Ultraschal lenergie.

US Patent Nr. 4 376 034 offenbart ein Verfahren zur Gewin nung von Öl aus Schiefer durch Anwendung von Ultraschall energie mit einer Frequenz zwischen 3×10⁸ und 30×10⁸ s^-1 (300 und 3000 MHz).

US Patent Nr. 4 443 322 offenbart ein Verfahren zum Ab trennen von Kohlenwasserstoffen von Erdpartikeln und Sand unter Anwendung von Ultraschallenergie im Frequenzbereich von 18×10³ bis 27×10³ s^-1 (18 bis 27 kHz).

In US Patent Nr. 4 495 057 wird eine Kombination aus einem thermischen Extraktionsverfahren und einem Lösungsmitte lextraktionsverfahren offenbart, wobei das thermische Ex traktionsverfahren und das Lösungsmittelextraktionsverfah ren parallel angeordnet sind, das die Anwendung von Ultra schallenergie beinhaltet.

US Patente Nr. 4 765 885 und 5 017 281 offenbaren Verfah ren zur Gewinnung von Öl aus Teersanden unter Verwendung von Ultraschallenergie im Frequenzbereich von 5×10³ bis 10×10⁴ s^-1 (5 bis 100 kHz) bzw. 25×10³ bis 40×10³ s^-1 (25 bis 40 kHz).

US Patent Nr. 4 891 131 offenbart ein Verfahren zur Gewin nung von Öl aus Teersanden unter Verwendung von Ultra schallenergie im Frequenzbereich von 5×10³ bis 10×10⁴ sei (5 bis 100 kHz).

Im Gegensatz zum Stand der Technik werden beim erfindungs gemäßen Verfahren abgebaute bitumenhaltige Teersande mit einem Lösungsmittel gemischt, wodurch eine Aufschlämmung aus Teersand/Lösungsmittel entsteht, die nach oben flie ßende Lösungsmittelaufschlämmung wird von oben in eine senkrecht angeordnete Schallkammer eingeführt, und in die Unterseite der Schallkammer wird frisches Lösungsmittel eingesprüht, das mit einer geregelten Rate bzw. Geschwin digkeit nach oben strömt, wobei die Teersandpartikel auf grund der Schwerkraft durch das Lösungsmittel nach unten fallen und Schallenergie im Niederfrequenzbereich von 5×10² bis 20×10 s^-1 (0,5 bis 2,0 kHz) ausgesetzt werden, wodurch das Bitumen vom Teersand entfernt und im nach oben strömenden Lösungsmittel gelöst wird, ohne daß eine Hohl raumbildung des Lösungsmittels auftritt.

Das Verfahren zur Gewinnung von Bitumen aus abgebautem Teersand umfaßt:

(a) Mischen der abgebauten bitumenhaltigen Sande, wodurch eine Aufschlämmung aus im Lösungsmittel suspendierten Teersandpartikeln entsteht;
(b) Einsprühen der Aufschlämmung in das obere Ende einer senkrecht angeordneten, hohlen Kammer mit gleichmäßi gem Querschnitt;
(c) im wesentlichen gleichzeitig mit dem Schritt (b) Ein sprühen eines frischen Lösungsmittels in das untere Ende der hohlen Kammer mit gleichmäßigem Querschnitt in einer zum Strom der Aufschlämmung entgegengesetz ten Richtung;
(d) Regelung der Strömungsrate des frischen Lösungsmit tels, so daß die abgebauten Sandpartikel aufgrund der Schwerkraft durch das frische Lösungsmittel fallen;
(e) Anwendung von Schallenergie im Frequenzbereich von 5×10² bis 20×10² s^-1 (0,5 bis 2,0 kHz) auf die Auf schlämmung und das Lösungsmittel ohne Hohlraumbildung des Lösungsmittels in der hohlen Kammer, wodurch das Bitumen auf die Sandpartikeln extrahiert und im Lö sungsmittel gelöst wird;
(f) Gewinnen der Teersandpartikel vom Boden der hohlen Kammer;
(g) Gewinnen des bitumenhaltigen Lösungsmittels vom obe ren Ende der hohlen Kammer; und
(h) Gewinnen des Bitumens vom Lösungsmittel.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der wirksameren Ent fernung von Bitumen aus Teersanden durch Erzeugen einer Aufschlämmung der Teersande in einem Lösungsmittel, Ein sprühen der Aufschlämmung in die Oberseite einer Schall kammer, Einsprühen von frischem Lösungsmittel in den Boden der Schallkammer, das mit einer geregelten Geschwindigkeit nach oben strömt, wodurch die Teersandpartikel aufgrund der Schwerkraft durch das Lösungsmittel fallen, und Ein wirken einer Schallenergie im Frequenzbereich von 5×10² bis 20×10² s^-1 (0,5 bis 2,0 kHz) auf die Teersandpartikel, wodurch das Bitumen vom Teersand entfernt und ohne Hohl raumbildung des Lösungsmittels im nach oben strömenden Lö sungsmittel gelöst wird. Der Vorteil der vorliegenden Er findung besteht in der Anwendung von Schallenergie im Nie derfrequenzbereich von 5×10 bis 20×10² s^-1 (0,5 bis 2,0 kHz) und der Form der Schallkammer in Verbindung mit der entgegengesetzten Strömung von Teersandpartikeln und Lö sungsmittel, wodurch das Bitumen wirksamer von den Teer sanden entfernt werden kann.

Die beigefügten Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine erläuternde schematische Darstellung eines Beispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ge winnung von Bitumen aus Teersanden; und

Fig. 2 eine schematische Darstellung der bei der vorlie genden Erfindung verwendeten Laborvorrichtung.

Nach der vorliegenden Erfindung werden abgebaute bitumen haltige Teersande in einem Lösungsmittel suspendiert, wo durch eine Aufschlämmung der Teersandpartikel im Lösungs mittel entsteht, und die Teersandpartikel werden in einer senkrecht angeordneten Schallkammer mit gleichmäßigem Querschnitt und rechtwinkeliger Form Schallenergie im Nie derfrequenzbereich von 5×10 bis 20×10² s^-1 (0,5 bis 2,0 kHz) ausgesetzt.

Wie in Fig. 1 gezeigt, wird das Lösungsmittel, das ein leichtes Rohöl oder eine Mischung leichter Rohöle sein kann, die von einem nahen Ölfeld oder Reservoir erhalten werden, durch die Leitung 10 in den Behälter 12 einge führt, dort wird es mit dem durch die Leitung 14 aufgenom menen, abgebauten und zerkleinerten Teersand gemischt. Das Verhältnis von abgebauten Teersanden zum Lösungsmittel hängt von den Eigenschaften des Teersandes ab. Gewöhnlich beträgt das Verhältnis von abgebauten Teersanden zum Lö sungsmittel etwa 0,3 bis 15 Vol.-%, vorzugsweise etwa 8 bis 10 Vol.-%. Das Lösungsmittel und das Bitumen im Teer sand sind miteinander mischbar. Der abgebaute Teersand wird zerkleinert, gewöhnlich auf eine bestimmte Partikel größe von nicht mehr als 6,35 mm (1/4 inch), wodurch eine Aufschlämmung aus Teersand/Lösungsmittel bereitgestellt wird, die direkt in die Schallkammer eingeführt und Schall energie ausgesetzt werden kann. Es ist bevorzugt, wenn die Teersandmaterialien auf eine Sand vergleichbare Parti kelgröße zerkleinert werden; eine Korngröße die vielen Teersanden eigen ist. Die Mischung aus Teersanden und Lö sungsmittel wird durch die Leitung 16 zum Aufschlämmungs mischer 18 geleitet, worin die Teersande und das Lösungs mittel gründlich zu einer Aufschlämmung aus im Lösungsmit tel suspendierten Teersanden gemischt werden. Beim Mischen von Teersanden und Lösungsmittel wird ein Teil des Bitu mens in den Teersanden im Lösungsmittel gelöst, und ein Teil des Lösungsmittels wird in Bitumen gelöst, das in den Teersanden verbleibt. Die Teersandaufschlämmung wird dann von oben in die senkrecht angeordnete, im wesentlichen rechtwinkelige Schallkammer 20 mit gleichmäßigem Quer schnitt eingeführt. Frisches Lösungsmittel wird durch die Leitung 24 von unten in die Schallkammer 20 eingeleitet, es strömt durch die Schallkammer nach oben. Das frische Lösungsmittel wird mit einer geregelten Rate bzw. Ge schwindigkeit von unten in die Schallkammer 20 eingeführt, wobei diese Geschwindigkeit ausreichend gering ist, damit die Teersandkörner in der Aufschlämmung aufgrund der Schwerkraft durch das nach oben strömende Lösungsmittel fallen. Die Teersandpartikel und das Lösungsmittel werden Schallenergie im Niederfrequenzbereich von 5×10² bis 20×10² s^-1 (0,5 bis 2,0 kHz), vorzugsweise 12,5×10² s^-1 (1,25 kHz) ausgesetzt, wodurch das Bitumen von den Teer sandkörnern getrennt und vom nach oben strömenden Lösungs mittel gelöst wird, ohne daß eine Hohlraumbildung des Lö sungsmittels auftritt. Die nach oben strömende Mischung aus Lösungsmittel/Bitumen verläßt die Oberseite der Schallkammer 20 durch die Leitung 24 und wird in einer Pipeline zu einer entfernten Raffinerie geleitet.

Die Sandkörner, aus denen Bitumen extrahiert worden ist, fallen aufgrund der Schwerkraft durch die Schallkammer 20 nach unten und in einen Absetzbehälter 26, der durch die Leitung 28 eingeführtes Wasser enthält. Die Mischung aus Wasser und Sand, aus dem Bitumen extrahiert worden ist, wird dem Absetzbehälter 26 durch die Leitung 30 entnommen. Der Sand, aus dem Bitumen extrahiert worden ist, kann nach der Entfernung aus dem Absetzbehälter 26 weggekippt oder zur Schallkammer 20 rezirkuliert werden.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden die vom Boden der Schallkammer gewonnenen Sandpartikel, aus den Bitumen extrahiert worden ist, zur Oberseite der Schallkammer zurückgeführt. Während dieser Rückführung wird das Einsprühen der Teersandaufschlämmung unterbro chen. Die zurückgeführten Sandpartikel, aus denen Bitumen extrahiert worden ist, fallen durch das nach oben strömen de Lösungsmittel und werden einer Schallenergie im Fre quenzbereich von 5,4×10² bis 20×10² s^-1 (0,54 bis 2,0 kHz) ausgesetzt, so daß weiteres Bitumen verdrängt und vom Lö sungsmittel gelöst wird. Danach wird das Bitumen vom Lö sungsmittel gewonnen. Die Sandpartikel, aus denen Bitumen extrahiert worden ist, können mehrere Zyklen lang zurück geführt werden, bis die gewonnene Bitumenmenge unvorteil haft ist oder die Sandpartikel im wesentlichen bitumenfrei sind.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung können die vom Boden der Schallkammer gewonnenen Sandpartikel, aus denen Bitumen extrahiert worden ist, in eine zweite Schallkammer geleitet werden, die bei den gleichen Bedin gungen wie die erste Schallkammer arbeitet, wodurch weite res Bitumen gewonnen wird. Der Sand, aus dem Öl extrahiert worden ist, wird direkt in die zweite Schallkammer gelei tet, ohne daß vorher eine Aufschlämmung erzeugt wird. Die rezirkulierten Sandpartikel, aus denen Bitumen extrahiert worden ist, fallen aufgrund der Schwerkraft durch das nach oben strömende Lösungsmittel, dabei werden sie Schallener gie im Frequenzbereich von 5×10² bis 20×10² s^-1 (0,5 bis 2,0 kHz) unterzogen, ohne daß eine Hohlraumbildung des Lö sungsmittels auftritt, so daß das nicht extrahierte Bitu men auf den Teersandpartikeln verdrängt und im Lösungsmit tel gelöst wird. Das Lösungsmittel wird der Oberseite der zweiten Schallkammer entnommen, und das gelöste Bitumen wird vom Lösungsmittel gewonnen.

Die Schallenergie wird in der Schallkammer 20 von Wandlern 32 und 34 erzeugt, die im mittleren Abschnitt der Außen oberfläche einer der breitesten Seiten der Schallkammer angebracht sind. Die Wandler 32 und 34 sind magnetostrik tive Wandler, die von Sonic Research Corporation, Moline, Illinois unter der Marke "T"-Motor® hergestellt werden. Zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung geeignete Wandler werden in US Patent Nr. 4 907 209 von Sewall et al. beschrieben, das am 6. März 1990 veröffentlicht wurde. Die Wandler werden von einem Standard-Frequenzgenerator und einem Leistungsverstärker betrieben. In Abhändigkeit von der Resonanzfrequenz der Schallwandler kann die erfor derliche Frequenz im Bereich von 5×10² bis 20×10 s^-1 (0,5 bis 2,0 kHz) liegen. Es ist erwünscht, wenn mit der Reso nanzfrequenz der Schallquelle gearbeitet wird, da bei die ser Frequenz die maximale Amplitude oder Leistung erhalten bleibt. Diese Frequenz liegt bei dieser geforderten Anla ge typischerweise bei 5×10² bis 20×10² s^-1 (0,5 bis 2,0 kHz), vorzugsweise bei 12,5×10² s^-1 (1,25 kHz).

Die Schallkammer 16 besteht aus einer senkrecht angeordne ten, im wesentlichen rechtwinkligen, hohlen Kammer mit gleichmäßigem Querschnitt. Die Schallkammer 16 ist vor zugsweise eine senkrecht angeordnete, rechtwinklige, hohle Kammer, mit gleichmäßigem Querschnitt und einem ersten Paar im wesentlichen ebener paralleler Seiten und einem zweiten Paar ebener paralleler Seiten, wobei das erste Paar der ebenen parallelen Seiten wesentlich breiter als das zweite Paar der ebenen parallelen Seiten ist. Die für die Erzeugung der Schallenergie verwendeten Wandler werden vorzugsweise im mittleren Abschnitt der Außenoberfläche einer dieser breitesten Seiten der Schallkammer ange bracht. Die Form der Schallkammer und die Anordnung der Wandler ermöglichen es, daß die Schallenergie mit Nieder frequenz mit der höchsten Amplitude oder Leistung übertra gen wird, ohne daß eine Hohlraumbildung des Lösungsmittels auftritt, die möglicherweise das Absetzen der Teersandkör ner aufgrund der Schwerkraft durch das nach oben strömende Lösungsmittel stören würde. Außerdem durchdringt die Schallenergie im Niederfrequenzbereich ohne Hohlraumbil dung des Lösungsmittels die Grenze von Bitumen/Sandkorn wirksamer und führt zum Los lösen des Bitumens von den Sandkörnern, das Bitumen wird anschließend im nach oben strömenden Lösungsmittels gelöst. Die Schallkammer 16 weist ein Volumen auf, das der Größe und der Leistungsab gabe der Schallwandler proportional ist.

Das Lösungsmittel kann jeder flüssige Kohlenwasserstoff sein, der mit dem Bitumen im Teersand mischbar ist. Geeig nete Lösungsmittel umfassen Benzin, leichtes Rohöl, Kon densat, Rohbenzin, Kerosin, Hexan und Toluol. Das leichte Rohöl oder eine Mischung aus leichten Rohölen oder Konden sat kann von einem naheliegenden Ölfeld oder Reservoir er halten werden. Bei Athabasca-Teersanden aus Alberta, Kana da kann das Lösungsmittel z. B. der Seitenstrom des Konden sats, das aus der Harmatten-Gasanlage gewonnen wird, oder leichtes Rohöl sein, das vom Pembina Feld oder dem Carson Creek-Reservoir erhalten wird (Beaver Hill Lake Field, N.W. Edmonton, als noch leichteres Rohöl).

Fig. 2 zeigt die Laborvorrichtung für die Lösungsmittelex traktion. Eine Teersandprobe mit 500 g, die 10 bis 12 Gew.-% Bitumen enthielt, wurde 5 min mit 250 ml des Lö sungsmittels Toluol oder Kerosin zu einer Aufschlämmung gemischt. Wie in Fig. 2 gezeigt, wird die Aufschlämmung aus im Lösungsmittel suspendiertem Teersand von oben in die Schallkammer eingeleitet. Frisches Lösungsmittel wird durch die Leitung 38 von unten in die Schallkammer 36 ein geführt und strömt mit einer geregelten, ausreichend ge ringen Geschwindigkeit nach oben durch die Schallkammer, damit die Teersandpartikel in der Aufschlämmung aufgrund der Schwerkraft durch das nach oben strömende frische Lö sungsmittel fallen. Die Teersandpartikel und das Lösungs mittel in der Schallkammer 36 werden ohne Hohlraumbildung des Lösungsmittels Schallenergie mit einer Frequenz von 1,25×10² s^-1 (1,25 kHz) und einem Leistungswert von 6,5 ausgesetzt. Die Schallenergie entsteht durch den Wandler 40′ der an der Außenoberfläche der Schallkammer 36 ange bracht ist. Die Schallkammer 36 besteht aus einer senk recht diagonalen, im wesentlichen rechtwinkligen, hohlen Kammer mit gleichmäßigem Querschnitt. Die Niederfrequenz- Schallenergie entfernt das Bitumen aus den Teersandparti keln, das Bitumen wird ohne Hohlraumbildung des Lösungs mittels vom nach oben strömenden Lösungsmittel gelöst. Lö sungsmittel plus Bitumen gelangen durch die Leitung 42 aus der Oberseite der Schallkammer 36. Die Sandpartikel, aus denen Bitumen entfernt worden ist, setzen sich aufgrund der Schwerkraft im Kolben 44 ab, der Wasser enthält, wo durch eine Aufschlämmung der in Wasser suspendierten Sand partikel entsteht, aus denen Öl extrahiert worden ist. Die Aufschlämmung aus Wasser/Sand wird durch die Leitung 46 aus dem Kolben 44 entfernt und filtriert, damit das Wasser entfernt wird. Das restliche Bitumen wird in einer Sox hlet-Extraktionsvorrichtung mit Toluol aus dem Sand aufge fangen. Alternativ wird der Sand über Nacht etwa bei Umge bungstemperatur luftgetrocknet, bevor die Soxhlet- Extraktion zur Entfernung des restlichen Lösungsmittels vorgenommen wird. Es erfolgten auch Testversuche ohne Schallenergie und direkte Zufuhr der Teersande in die Schallkammer, ohne daß zuerst eine Aufschlämmung erzeugt wird.

Die Verfahrensbedingungen und Ergebnisse der Lösungsmit telextraktionen mit der in Fig. 2 gezeigten Vorrichtung sind in den Tabellen 1 bis 4 gezeigt.

Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse der Testversuche 2A, 2B, 2 und 3 mit einer Aufschlämmung und dem Lösungsmittel Toluol und bei Schallenergie mit einer Frequenz von 10×10² und 12,5×10² s^-1 (1,0 und 1,25 kHz) und ohne Schallenergie.

Tabelle 1

(POWERSONICS, verbessert)

Lösungsmittelextraktion von Teersand im Gegenstrom

Ölgehalt des Teersandes = 10 bis 12 Gew.-%

Von den oben aufgeführten Ergebnissen zeigt Versuch 2 die gewonnene Ölmenge unter Verwendung einer Aufschlämmung und des Lösungsmittels Toluol bei einer Schallenergie mit ei ner Frequenz von 12,5×10² s^-1 (1,25 kHz), und Versuch 3 zeigt die Ergebnisse bei den gleichen Bedingungen ohne Schallenergie. Die Ergebnisse zeigen, daß die mit Schall energie gewonnene Ölmenge größer als die ohne Schallenergie gewonnene ist. Die Ergebnisse zeigen auch, daß Toluol ein sehr wirksames Lösungsmittel ist, Toluol ist jedoch für die kommerzielle Anwendung zu teuer. Versuch 1A war der bleiche wie Versuch 2, außer daß die Frequenz beim Versuch 1A 10×10² s^-1 (1,0 kHz) und die Frequenz beim Versuch 2 12,5×10² s^-1 (1,25 kHz) betrugen. Die Frequenz mit 12,5×10² s^-1 (1,25 kHz) war die Resonanzfrequenz des Wandlers, sie stellt die bevorzugte Frequenz dar. Diese Ergebnisse zei gen, daß eine Änderung der Frequenz von 10×10² s^-1 (1,0 kHz) auf die Resonanzfrequenz von 12,5×10² s^-1 (1,25 kHz) die Ölgewinnung von 92,7 auf 98,2 Gew.-% verbessert. Beim Versuch 1B wurden die vom Versuch 1A gewonnenen Sandparti kel, aus denen Öl extrahiert worden war, ohne Erzeugung einer Aufschlämmung zur Schallkammer zurückgeführt und den gleichen Bedingungen wie im Versuch IA unterzogen, wobei eine Frequenz von 10×10² s^-1 (1,0 kHz) angewendet wurde. Versuch 1B zeigt, daß das Rezirkulieren der Sandpartikel, aus denen Öl extrahiert worden ist, zur Schallkammer, die gewonnene Ölmenge von 92,7 auf 93,9 Gew.-% erhöht.

Tabelle 2 zeigt die Ergebnisse der Testversuche 4 und 5 mit einer Aufschlämmung und dem Lösungsmittel Kerosin bei einer Schallenergie mit einer Frequenz von 12,5×10² s^-1 (1,25 kHz) und ohne Schallenergie.

Tabelle 2

(POWERSONICS, verbessert)

Lösungsmittelextraktion von Teersand im Gegenstrom

Ölgehalt des Teersandes = 10 bis 12 Gew.-%

Die Ergebnisse in Tabelle 2 zeigen, daß die Anwendung von Schallenergie die Ölgewinnung von 50 auf 60,1 Gew.-% ver bessert, dies ist eine 20%ige Zunahme der Ölgewinnung. Auf der Basis der heutigen Produktion von Rohöl aus Teersanden durch Syncrude, dem größten Komplex der Welt zum Abbau und zur Veredelung von Teersand, ergibt eine 20%ige Zunahme der Produktion weitere 238×10⁶ l (1,5 million barrel) Roh öl pro Jahr. Die Ergebnisse in Tabelle 2 zeigen auch, daß Kerosin kein so wirksames Lösungsmittel wie Toluol ist, Toluol ist jedoch wie oben festgestellt für die kommer zielle Verwendung zu teuer.

Tabelle 3 zeigt die Ergebnisse der Testversuche 6 und 7 mit dem Lösungsmittel Kerosin und mit Schallenergie mit einer Frequenz von 12,5×10² s^-1 (1,25 kHz) und ohne Schal lenergie, jedoch ohne daß zuerst eine Aufschlämmung er zeugt wurde.

Tabelle 3

(POWERSONICS, verbessert)

Lösungsmittelextraktion von Teersand im Gegenstrom

Ölgehalt des Teersandes = 10 bis 12 Gew.-%

Versuch 6 zeigt die mit dem Lösungsmittel Kerosin und mit Schallenergie mit einer Frequenz von 12,5×10² s^-1 (1,25 kHz) jedoch ohne vorherige Erzeugung einer Aufschlämmung gewonnene Ölmenge. Versuch 7 zeigt die Ergebnisse bei den gleichen Bedingungen ohne Schallenergie. Die Ergebnisse zeigen, daß ohne Erzeugung einer Aufschlämmung die gewon nene Ölmenge geringer als die gewonnene Ölmenge ist, wenn zuerst eine Aufschlämmung erzeugt wird (wie es in Tabelle 2 gezeigt ist), die mit Schallenergie gewonnene Ölmenge war jedoch größer als die ohne Schallenergie.

Die folgende Tabelle 4 zeigt die Ergebnisse des Testver suchs mit einer Aufschlämmung und dem Lösungsmittel Kero sin und Schallenergie mit einer Frequenz von 12,5×10² s^-1 (1,25 kHz). Nachdem 250 ml der Aufschlämmung durch die Schallkammer geleitet worden waren, wurden die Sandparti kel, aus denen Öl extrahiert worden war, gewonnen und ein zweites Mal durch die Schallkammer geleitet.

Tabelle 4

(POWERSONICS, verbessert)

Lösungsmittelextraktion von Teersand im Gegenstrom

Ölgehalt des Teersandes = 10 bis 12 Gew.-%

Die Ergebnisse der vorstehenden Tabelle 4 zeigen, daß die gewonnene Ölmenge 88,2% betrug, wenn Teersande, aus denen Öl extrahiert worden ist, vom Boden der Schallkammer ge wonnen und zur Schallkammer zurückgeleitet werden, nachdem 250 ml der Aufschlämmung behandelt worden sind. Im Ver gleich mit dem vorstehenden Versuch 4 mit Kerosin und bei den gleichen Bedingungen und nur einem Durchlauf durch die Schallkammer verbesserte das Rezirkulieren der Sandparti kel, aus denen Öl extrahiert worden war, die Ölgewinnung von 60,1 auf 88,2%. Die gewonnenen Sandpartikel, aus denen Öl extrahiert worden ist, können wiederholt rezirkuliert werden, bis die gewonnene Ölmenge unvorteilhaft ist.

Die folgende Tabelle 5 zeigt die Ergebnisse des Testver suchs 9 mit einer Aufschlämmung und dem Lösungsmittel Ke rosin bei Ultraschallenergie mit einer Frequenz von 20×10³ s^-1 (20 kHz).

Tabelle 5

(POWERSONICS, verbessert)

Lösungsmittelextraktion von Teersand im Gegenstrom

Ölgehalt des Teersandes = 10 bis 12 Gew.-%

Die Ergebnisse der vorstehenden Tabelle 5 zeigen, daß die Ölmenge, die mit einer Aufschlämmung und dem Lösungsmittel Kerosin bei einer Ultraschallfrequenz von 20×10³ s^-1 (20 kHz) gewonnen wird, nur 54,1% beträgt, dies ist 10% weni ger als die Ölmenge, die bei den gleichen Bedingungen nach der vorliegenden Erfindung mit Schallenergie mit einer Frequenz von 12,5×10² s^-1 (1,25 kHz) gewonnen wurde, siehe Testversuch 4 in Tabelle 2. Die Ergebnisse zeigen deut lich, daß die geringere Schallfrequenz bei der vorliegen den Erfindung (12,5×10² s^-1 (1,25 kHz)) wirksamer als die im Stand der Technik beschriebene Ultraschallfrequenz von 20×10³ s^-1 (20 kHz) ist.

Claims

1. Verfahren zur Gewinnung von Bitumen aus abgebauten Teersandpartikeln, gekennzeichnet durch:

(a) Mischen der abgebauten bitumenhaltigen Teersandparti kel in einem Lösungsmittel, wodurch eine Aufschläm mung aus im Lösungsmittel suspendierten Teersandpar tikeln entsteht;
(b) Einsprühen der Teersandaufschlämmung in das obere En de einer senkrecht angeordneten, hohlen Kammer mit gleichmäßigem Querschnitt;
(c) im wesentlichen gleichzeitig mit dem Schritt (b) Ein sprühen eines frischen Lösungsmittels in das untere Ende der hohlen Kammer in einer zum Strom der Auf schlämmung entgegengesetzten Richtung;
(d) Regelung der Strömungsrate des frischen Lösungsmit tels, so daß die Teersandpartikel aufgrund der Schwerkraft durch das nach oben strömende frische Lö sungsmittel fallen;
(e) Anwendung von Schallenergie im Frequenzbereich von 5×10² bis 20×10² s^-1 (0,5 bis 2,0 kHz) auf die Auf schlämmung und das Lösungsmittel ohne Hohlraumbildung des Lösungsmittels in der hohlen Kammer, wodurch das Bitumen auf den Teersandpartikeln verdrängt und im Lösungsmittel gelöst wird;
(f) Gewinnen der Teersandpartikel, aus denen Bitumen ex trahiert worden ist, vom Boden der hohlen Kammer;
(g) Gewinnen des bitumenhaltigen Lösungsmittels vom obe ren Ende der hohlen Kammer; und
(h) Gewinnen des Bitumens vom Lösungsmittel.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lösungsmittel aus Benzin, leichtem Rohöl, Kondensat, Rohbenzin, Kerosin und Toluol oder Mi schungen davon ausgewählt ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Frequenz im Schritt (e) 12,5×10² s^-1 (1,25 kHz) beträgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Schritt (a) das Verhältnis der gemischten Teersande zum Lösungsmittel etwa 0,3 bis 15 Vol.-% beträgt.

5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß die abgebauten Teersande auf eine Partikelgröße von nicht mehr als 6,35 mm (1/4 inch) zerkleinert werden, bevor sie im Schritt (a) mit dem Lösungsmittel gemischt werden.

6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß nach der Unterbrechung des Einsprühens der Aufschlämmung die vom Schritt (f) ge wonnenen Teersandpartikel zur Oberseite der hohlen Kammer zurückgeführt und die Schritte (c) bis (h) wiederholt werden.

7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß die vom Schritt (f) gewon nenen Teersandpartikel, aus denen Bitumen extrahiert worden ist, in die Oberseite einer zweiten senkrecht angeordneten, hohlen Kammer mit gleichmäßigem Quer schnitt geleitet und die Schritte (c) bis (h) wieder holt werden.

8. Verfahren zur Gewinnung von Bitumen aus abgebauten Teersandpartikeln, gekennzeichnet durch:

(a) Einsprühen der abgebauten, bitumenhaltigen Teersand partikel in das obere Ende einer senkrecht angeordne ten, hohlen Kammer mit gleichmäßigem Querschnitt;
(b) im wesentlichen gleichzeitig mit dem Schritt (a) Ein sprühen eines Lösungsmittels in das untere Ende der hohlen Kammer in einer zur Strömung der Teersandpar tikel entgegengesetzten Richtung;
(c) Regelung der Strömungsrate des Lösungsmittels, so daß die Teersandpartikel aufgrund der Schwerkraft durch das nach oben strömende Lösungsmittel fallen;
(d) Anwendung von Schallenergie im Frequenzbereich von 5×10² bis 20¹⁰×10² s^-1 (0.5 bis 2,0 kHz) auf die Teer sandpartikel und das Lösungsmittel ohne Hohlraumbil dung des Lösungsmittels in der hohlen Kammer, wodurch das Bitumen auf den Teersandpartikeln verdrängt und vom Lösungsmittel gelöst werden;
(e) Gewinnen der Teersandpartikel, aus denen Bitumen ex trahiert worden ist, vom Boden der hohlen Kammer;
(f) Gewinnung des bitumenhaltigen Lösungsmittels von der Oberseite der hohlen Kammer; und
(g) Gewinnung des Bitumens vom Lösungsmittel.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Lösungsmittel aus Benzin, leichtem Rohöl, Kondensat, Rohbenzin, Kerosin und Toluol oder Mi schungen davon ausgewählt ist.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekenn zeichnet, daß die Frequenz im Schritt (d) 12,5×10² s^-1 (1,25 kHz) beträgt.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß im Schritt (a) das Verhältnis der abgebauten Teersande zum Lösungsmittel etwa 0,3 bis 15 Vol.-% beträgt.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die abgebauten Teersande bis zu einer Partikelgröße von nicht mehr als 6,35 mm (1/4 inch) zerkleinert werden, bevor sie im Schritt (a) mit dem Lösungsmittel gemischt werden.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß nach Unterbrechung des Einsprü hens der Teersandpartikel der vom Schritt (e) gewon nene Sand, aus dem Bitumen extrahiert worden ist, zum oberen Ende der hohlen Kammer zurückgeleitet wird und die Schritte (b) bis (g) wiederholt werden.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Schritt (e) gewonnenen Teersandpartikel, aus denen Bitumen extrahiert worden ist, in das obere Ende einer zweiten, senkrecht ange ordneten hohlen Kammer mit gleichmäßigem Querschnitt eingeleitet und die Schritte (c) bis (h) wiederholt werden.

15. Vorrichtung zur Gewinnung von Bitumen aus abgebauten Teersanden, gekennzeichnet durch:

(a) eine Einrichtung zum Kontakt der abgebauten Teersande mit einem Lösungsmittel, wodurch eine Aufschlämmung erzeugt wird;
(b) eine im wesentlichen rechtwinklige, hohle Schallkam mer (36) mit einheitlichem Querschnitt, die ein obe res Ende und ein unteres Ende aufweist, und senkrecht angeordnet ist;
(c) eine Einrichtung zum Einsprühen der Aufschlämmung in das obere Ende der hohlen Schallkammer (36);
(d) eine Einrichtung (38) zum Einsprühen von frischem Lö sungsmittel mit nach oben gerichteter Strömung in das untere Ende der hohlen Schallkammer (36);
(e) eine Einrichtung zur Regelung der Einsprührate des frischen Lösungsmittels, so daß die Teersandpartikel aufgrund der Schwerkraft durch das frische Lösungs mittel fallen;
(f) eine erste Leitung (42), die mit der hohlen Schall kammer verbunden ist und dem Entfernen des nach oben strömenden Lösungsmittels dient;
(g) eine zweite Leitung (46), die mit der hohlen Schall kammer verbunden ist und dem Entfernen der Teersand partikel vom unteren Ende der hohlen Schallkammer dient;
(h) einen Schallwandler (40), der auf einer Außenoberflä che der hohlen Schallkammer angeordnet ist und Schal lenergie im Frequenzbereich von 5×10² bis 20×10² s^-1 (0,5 bis 2,0 kHz) erzeugen kann, wodurch das Bitumen ohne Hohlraumbildung des Lösungsmittels aus den ge mischten Teersanden verdrängt wird; und
(i) eine Einrichtung zur Gewinnung des Bitumens aus dem Lösungsmittel.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Gewinnung der Teersandpartikel vom unteren Ende der hohlen Schallkammer (36) und zum Rezirkulieren der Teersandpartikel in das obere Ende der hohlen Schallkammer.

17. Vorrichtung zur Gewinnung von Bitumen aus abgebauten Teersanden, gekennzeichnet durch:

(a) eine im wesentlichen rechtwinklige, hohle Schallkam mer (36) mit gleichmäßigem Querschnitt und einem obe ren und einem unteren Ende, die senkrecht angeordnet ist;
(b) eine Einrichtung zum Einsprühen der gemischten Teer sande in das obere Ende der hohlen Schallkammer (36);
(c) eine Einrichtung (38) zum Einsprühen von frischem Lö sungsmittel mit nach oben gerichteter Strömung in das untere Ende der hohlen Schallkammer (36);
(d) eine Einrichtung zur Regelung der Einsprührate des frischen Lösungsmittels, so daß die Teersandpartikel aufgrund der Schwerkraft durch das frische Lösungs mittel fallen;
(e) eine erste Leitung (42), die mit der hohlen Schall kammer verbunden ist und dem Entfernen des nach oben strömenden Lösungsmittels dient;
(f) eine zweite Leitung (46), die mit der hohlen Schall kammer verbunden ist und dem Entfernen der Teersand partikel vom unteren Ende der hohlen Schallkammer dient;
(g) einen Schallwandler (40), der auf einer Außenoberflä che an der hohlen Schallkammer angeordnet ist und Schallenergie im Frequenzbereich von 5×10² bis 20×10² s^-1 (0,5 bis 2,0 kHz) erzeugen kann, wodurch das Bitu men ohne Hohlraumbildung des Lösungsmittels von dem gemischten Teersanden entfernt wird; und
(h) eine Einrichtung zur Gewinnung des Bitumens aus dem Lösungsmittel.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Gewinnung der Teersandpartikel vom unteren Ende der hohlen Schallkammer (36) und zum Rezirkulieren der Teersandpartikel in das obere Ende der hohlen Schallkammer.