Extraktionsvorrichtung für Ölsand

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Gewinnung von Schweröl aus ölhaltigen körnigen Sedimenten.

Der Begriff „körnig“ wird deshalb gewählt, weil auf Grund der Art des Verfahrens zumindest ein Teil des Feststoffes einen körnigen (sandigen) Charakter aufweisen muß. Mit zunehmendem Schluffanteil vermindern sich die angestrebten Vorteile, bei reinem Lehm ist das Verfahren praktisch nicht mehr anwendbar. Die Gründe werden in der Beschreibung des Verfahrensschemas dargestellt.

In letzter Zeit hat die Förderung von Erdöl aus Lagerstätten an Bedeutung gewonnen, aus denen das Öl nicht durch einfaches Anbohren, sondern durch bergmännischen Abbau und anschließende Extraktion gewonnen werden muß.

Als Beispiel werden die umfangreichen Vorkommen in der kanadischen Provinz Alberta genannt.

Die dort bisher im größeren Umfang angewendeten Verfahren beruhen auf Extraktion mittels wässriger alkalischer Medien.

Bei diesen Verfahren fallen größere Mengen umweltschädlicher Abwässer an.

Es gibt daher Vorschläge, andere Verfahren einzusetzen. Eine Möglichkeit ist der Einsatz von Lösungsmitteln, in denen das im Sediment enthaltene Öl physikalisch löslich ist.

Als typische Ausführung des Standes der Technik wird ein Verfahren nach dem kanadischen Patent CA 2147943 benannt.

Bei diesem Verfahren wird der Ölsand in einem Rührgefäß mit einem lösungsmittelhaltigen Verdünnungsöl gemischt. Das Gemisch wird in einem Separator in 2 Phasen, Produktöl und ölhaltigen Sand, aufgetrennt. Der Sand wird in einem Gegenstromapparat (Transportschnecke) mit Lösungsmittel gewaschen, der lösungsmittelfeuchte Sand wird in einem Tellertrockner unter Inertgasstrom getrocknet, bevor er die Anlage verlässt.

Das Inertgas wird in einem Kreislauf geführt, Kühlung und Entfernung des Lösungsmittels erfolgen in einem Waschturm mit Hilfe eines rückgeführten Teilstroms von Produktöl.

Der flüssige Ablauf des Waschturms wird in eine wässrige und eine ölige Phase aufgetrennt.Die flüssige Phase bildet das o. g. Verdünnungsöl, das zum Anmischen des Rohsandes dient.Die wässrige Phase wird auf geeignete Weise entsorgt.

Das Verfahren weist jedoch den Nachteil auf, dass der Sand in einem wesentlichen Verfahrenschritt in einer Transportschnecke mechanisch bewegt werden muß . Diese Apparate sind durch die mechanische Agitation  des Feststoffs erfahrungsgemäß einem hohen Verschleiß unterworfen. Des weiteren enthält das erzeugte Produktöl noch wesentliche Anteile des eingesetzten Lösungsmittels und größere Anteile an Feinkorn, die die weitere Verarbeitung erschweren.

Der Nachteil der mechanischen Agitation des Feststoffs wird bei zwei Verfahren umgangen, die zur Reinigung von kontaminierten Böden entwickelt wurden (US-Pat 5 507 953 und DE-OS 19757149). Das erstgenannte Verfahren nach US-Patent weist jedoch den Nachteil auf, dass ein kompliziertes gekapseltes Bandfilter eingesetzt wird und die Lösungsmittelrückgewinnung für kleine Produktmengen, wie sie bei Reinigungsverfahren anfallen, konzipiert ist. Beim zweiten Verfahren nach DE-OS 19757149 wird nicht auf die Aufbereitung der flüssigen Medien eingegangen, offensichtlich ebenfalls wegen der geringen Mengen anfallenden Öls.

Mit der nachfolgend beschriebenen Erfindung wird das Ziel verfolgt, die in bisher bekannten  Verfahren existierenden Nachteile zu vermindern.

Im erfindungsgemäßen Verfahren werden insgesamt folgende Verbesserungen angestrebt:

Verbesserung des Umweltschutzes durch Verringerung von Emissionen

Verringerung des Energieverbrauchs

Erhöhung der Ausbeute durch vollkommenere Entfernung der organischen Phase aus dem Einsatzprodukt

Erhöhung der Standzeit der Apparate durch weitgehende Vermeidung von

mechanischer Agitation des Einsatzproduktes.

Die gestellten Ziele werden beim erfindungsgemäßen Verfahren durch das Zusammenwirken von 4 Verfahrensstufen erreicht:

Extraktive Behandlung in einer Gegenstromkolonne, in der der eingesetzte Feststoff nur unter der Wirkung der Schwerkraft und/oder durch strömende Flüssigkeiten bewegt wird,

Abtrennung des Feststoffs durch einen kontinuierlichen Filterapparat, wobei die Zuführung zum Filter ebenfalls nur unter Wirkung der Schwerkraft und/oder durch strömende Flüssigkeiten erfolgt,

Abtrennung des gewonnenen Öls aus dem Extrakt durch einen Verdampfungsprozeß

Rückgewinnung des Lösungsmittel durch einen Verdampfungsprozeß.

Ausführungsbeispiel

Der Aufbau einer entsprechenden Anlage und das Zusammenwirken der Apparate wird an folgendem Schema Fig.1 beschrieben. Dargestellt sind wesentliche Apparate entsprechend einem basic design. Auf 

Zusatzapparate wie Behälter, Dosierpumpen, Ventile etc. wurde verzichtet.

Extraktionsstufe

Der Extraktionsbereich (1) besteht aus 2 Gegenstromapparaten: Apparat (1.1) ist der eigentliche Extraktor, in dem der Feststoff mit Lösungsmittel gewaschen wird, Apparat (1.2) dient dem Verdrängen des Lösungsmittels mittels Wasser und wird im Folgenden als Waschstufe bezeichnet.

Der zuvor zerkleinerte Feststoff wird in den Extraktor eingefüllt und bewegt sich in dem Maße nach unten, wie er über Leitung L1 aus dem unteren Ende des Apparates abgezogen wird.

Ihm entgegen bewegt sich Lösungsmittel, das über Leitung L2 eingespeist wird, dabei nimmt es die Öl- und Bitumenanteile des Feststoffes auf. Der damit entstandene Extrakt wird über Leitung L3 abgezogen.

Als Lösungsmittel dient ein Stoff oder ein Stoffgemisch, das möglichst alle Bitumen- und Ölanteile lösen kann, mit Wasser mischbar ist und destillativ zurückgewonnen werden kann, vorzugsweise Aceton.

Die Bewegungsrichtungen  im Apparat werden durch Pfeile gekennzeichnet: Durchgehend für Feststoff, gestrichelt für Flüssigkeit.

Die drei im oberen Apparateteil vor dem Anschluß der Leitung L3 eingezeichneten Abscheidebleche sollen symbolisieren, dass es sich um einen Abscheidebereich handelt. Die Dimensionierung dieses Apparateteils bestimmt im Zusammenhang mit den Flüssigkeits- und Feststoffdurchsätzen, wieviel Feinkorn zusammen mit dem Extrakt ausgetragen wird.

Angestrebt werden so geringe Geschwindigkeiten, dass sich möglichst viel Feinkorn absetzt und sich zusammen mit den gröberen Bestandteilen nach unten bewegt.

Im unteren Teil des Apparates wird über Leitung  L4 Flüssigkeit eingespeist, die den Feststoff mitreißt und über Leitung L1 in die Waschstufe (1.2) transportiert.

Im oberen Teil der Waschstufe trennen sich Transportflüssigeit und Feststoff durch Sedimentation, die Flüssigkeit fließt über Pumpe (1.3) und Leitung L4 zurück in den

Extraktor (1.1). Der Feststoff bewegt sich nach unten, wobei ihm aus den Leitungen L6 und L7 Wasser entgegenströmt. Dabei verdrängt das Wasser das im Feststoff enthaltene Lösungsmittel und wird über Leitung L8 abgezogen.      

Das unteren Ende der Waschstufe ist offen und wird durch das Filtermedium eines darunter angeordneten kontinuierlichen Filters verschlossen, dargestellt ist hier ein Bandfilter. Bei stillstehendem Filter ist die Waschstufe durch den ausgebildeten Feststoffpfropf verschlossen, Feststoff kann nicht austreten und der Flüssigkeitsaustritt ist durch die Mengen begrenzt, die durch das Zwischenkornvolumen strömen können. Im Betrieb wird vom Filter ständig Feststoff weggeführt und durch die Geschwindigkeit des Filtermediums und die Breite des eingestellten Spaltes der Feststoffdurchsatz bestimmt.Die Funktion dieses hydraulischen Verschlusses setzt einen Mindestanteil von körnigem Material im Feststoff voraus. Daher ist das Verfahren z. B. für reinen Lehm nicht anwendbar.

Wo die Grenzen liegen, kann durch einfache Sedimentations- und Ausfließversuche im Labor ermittelt werden.

Zum Anfahren der Anlage muß der untere Teil der Waschstufe mit Sand gefüllt werden.

Der vom Öl und Bitumen gereinigte wasserfeuchte Feststoff  wird als Produktstrom (6) vom Filter abgeworfen.

Das vom Filter ablaufende Wasser wird über Pumpe (2.2) und Leitung L7 in die Waschstufe zurückgeführt.

Aufbereitung der flüssigen Produkte

Der Extrakt, abgezogen über Leitung L3 aus dem Extraktor (1.1), tritt in die Kolonne (3) ein.

Im unteren Teil der Kolonne wird das Gemisch mittels eines geeigneten Wärmeträgers (z.B. Dampf) aufgeheizt. Dadurch wird das Lösungsmittel ausgetrieben und der Wasseranteil verringert.

Bitumen bzw. Öl werden als Produktstrom (7) abgezogen.

Der Dampf aus Lösungsmittel und Wasser passiert den Dephlegmator (3.1) und tritt in Kolonne (4) ein.

Der Dephlegmator vermindert das Mitreißen von Bitumen und hilft mit seinem Rücklauf, die Kolonneneinbauten sauber zu halten.

Die Dämpfe aus Leitung L9 werden in Kolonne (4) mittels der Flüssigkeit gestrippt, die über Leitung L8 aus der Waschstufe zugeführt wird.

Am Kopf der Kolonne werden Lösungsmitteldämpfe abgezogen, am Sumpf heißes Wasser.

Das heiße Wasser fließt über Leitung L10 zum Extraktor und wird dort dem eintretenden Feststoff zugesetzt. Zum Ausgleich von Verlusten (durch den wasserfeuchten Feststoff und das abgeführte Bitumen) kann Wasser zugeführt werden, das als Produktstrom (9) gekennzeichnet ist.

Die Lösungsmitteldämpfe werden im Kondensator (4.1) verflüssigt und fließen über Leitung L2 zum Extraktor. Lösungsmittelverluste können durch den Produktstrom (8) ergänzt werden.

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zu Extraktion von Bitumen und Öl aus Sedimenten, bestehend aus einem Extraktionsteil zur Gegenstromwäsche des zerkleinerten Sediments mittels Lösungsmittel, einer Waschstufe zur Entfernung des Lösungsmittels aus dem behandelten Sediment, einem Filter zur Abtrennung der Waschflüssigkeit aus dem gewaschenen Sediment, einem Destillationsapparat zur Auftrennung des gewonnenen Extraktes in Produkt (Bitumen/Öl) und Rücklauf aus Lösungsmittel und Wasser und einem Destillationsapparat zur Trennung von Lösungsmittel und Wasser,

gekennzeichnet dadurch, dass

innerhalb der Anlage bis zur Filterstufe der Feststoff nur durch Schwerkraft und strömende Flüssigkeiten bewegt wird und dadurch der mechanischen Verschleiß von Apparateteilen vermindert wird.  

 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass als Lösungsmittel ein Stoff oder Stoffgemisch eingesetzt wird, das mit Wasser mischbar ist und dadurch mit Wasser aus dem behandelten Feststoff ausgewaschen werden kann.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, dass das genannte Lösungsmittel Aceton oder ein Lösungsmittelgemisch ist, das mindestens 50 % Alkohole und/oder Ketone enthält.  

4.Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass innerhalb der Vorrichtung Wasser und Lösungsmittel destillativ getrennt werden und das als Sumpfprodukt anfallende heiße Wasser dem zu behandelnden Feststoff zugemischt wird.