Термический крекинг битумоносных пород тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 02.00.13, кандидат технических наук Старшов, Игнат Михайлович

• Старшов, Игнат Михайлович
• кандидат технических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат технических наук Старшов, Игнат Михайлович

Введение.

Глава 1. Аналитический обзор.

1.1 Общие сведения о природных битумах.

1.1.1 Понятие "битум".

1.1.2 Местоположение природных битумов среди горючих ископаемых и их состав.

1.1.3 Классификация природных битумов.

1.2 Битумоносные породы.

1.3 Основные регионы залегания природных битумов в мире.

1.3.1 Месторождения и запасы природных битумов в мире.

1.3.2 Месторождения и запасы природных битумов Республики Татарстан.

1.4 Методы разработки месторождений природных битумов.

1.5 Методы извлечения природного битума из битумоносных пород.

Глава 2. Экспериментальная часть.

2.1 Лабораторная установка и методика проведения эксперимента.

2.2 Объекты и методы исследования.

2.3 Экспериментальные данные.

Глава 3. Обсуждение результатов термического крекинга битумоносных пород.

3.1 Термический крекинг битумоносного песчаника.

3.2 Термический крекинг битумоносного доломита.

3.3 Варианты термического крекинга битумоносных пород.

3.3.1 Термический крекинг битумоносного песчаника с добавкой каменного угля.

3.3.2 Термический крекинг битумоносного песчаника с металлосодержащими добавками.

3.3.3 Термический крекинг битумоносного песчаника с добавкой битумоносного доломита.

3.4 Экономический расчет.

Глава 4. Схема комплексного использования и технологическая схема термического крекинга битумоносных пород Республики Татарстан.

Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Термический крекинг битумоносных пород»

Актуальность темы. В связи с увеличением объема промышленного производства, развитием химии и нефтехимии растет потребность в различных ресурсах, в том числе и энергетических. В настоящее время общая мировая добыча нефти и газа способна обеспечить этот спрос. Но, учитывая ограниченность и невосполнимость ресурсов нефти и газа, а также в связи с истощением запасов нефти во многих добывающих регионах, значительным увеличением доли тяжелых, высокосернистых, трудноизвлекаемых запасов нефти, что обусловлено переходом их разработки в позднюю стадию, необходимо разрабатывать новые альтернативные источники углеводородного сырья. К ним, прежде всего, относятся запасы природных битумов, которые по некоторым оценкам значительно превышают разведанные запасы нефти.

На территории Республики Татарстан к настоящему времени по различным данным выявлено от 430 до 450 залежей природных битумов. Наиболее реальной считается оценка запасов природных битумов в 1,4 млрд. т. Эти запасы выявлены в основном в пермских отложениях и залегают на глубинах до 400 м. Методы разработки месторождений природных битумов зависят от их геолого-литологических характеристик и физико-химических свойств углеводородной массы. Около 10 % месторождений природных битумов Республики Татарстан могут разрабатываться только рудничными методами с подъемом породы на дневную поверхность.

Извлечение природных битумов из добытой битумоносной породы может осуществляться тремя методами: применением водных растворов, экстракцией углеводородными растворителями и термическими методами. Современные нефтеперерабатывающие заводы не ориентированы на применение данных технологий. Поэтому актуальной проблемой является разработка битумоперераба-тывающих комплексов и перспективных технологий извлечения природных битумов с учетом их физико-химических свойств. Решение этих проблем позволит вовлечь в разработку значительные запасы природных битумов Республики

Татарстан, расширить сырьевую базу нефтепереработки и нефтехимии, а также дорожно-строительной индустрии.

Цель работы — исследование термического крекинга битумоносных пород Республики Татарстан добытых на дневную поверхность рудничными методами. В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:

1. разработка технологии термического крекинга битумоносных песчаников;

2. разработка технологии термического крекинга битумоносных доломитов;

3. исследование влияния различных органосодержащих добавок на процесс термического крекинга битумоносных пород.

Научная новизна:

- выявлен синергетический эффект при термическом крекинге су-гушлинского битумоносного песчаника с добавкой каменного угля, выражающийся в увеличении выхода жидких углеводородов за счет перераспределения водорода;

- установлено каталитическое влияние металлов (V, N1), содержащихся в самом природном битуме, на процесс термического крекинга, приводящее к увеличению выхода жидких углеводородов; показано снижение содержания сероводорода в газообразных продуктах при термическом крекинге сугушлинского битумоносного песчаника с добавкой горского битумоносного доломита за счет его связывания оксидами кальция и магния; разработана конструкция двухпоточного гравитационного пневматического классификатора сыпучих смесей, позволяющая разделять на фракции отработанную породу после процесса термического крекинга.

Практическая ценность. Разработана технология термического крекинга битумоносных песчаников и доломитов Республики Татарстан по двум вариантам: с получением максимального выхода газообразных или жидких продуктов. Определены оптимальные параметры проведения процессов. Показана возможность увеличения выхода газообразных и жидких продуктов при проведении процесса в атмосфере водорода в кварцевом реакторе.

Результаты экспериментальных работ по термическому крекингу биту-моносных пород Республики Татарстан могут быть использованы в лаборатории РНТЦ ОАО ВНИИнефть (г. Бугульма) при выполнении научно исследовательских работ.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на:

- конкурсе студенческих научно-исследовательских работ (Казань, ЮТУ, 2004);

- конференции "Нетрадиционные коллекторы нефти, газа и природных битумов. Проблемы их освоения" (Казань, КГУ, 2005);

- научно-практической конференции "Высшая школа в период модернизации образования" (Бугульма, БФ КГТУ, 2006);

- научной сессии Бугульминского филиала ГОУ ВПО КГТУ (Бугульма, БФ КГТУ, 2008).

На защиту выносится:

- технология термического крекинга битумоносного песчаника;

- технология термического крекинга битумоносного доломита;

- варианты технологий термического крекинга битумоносных пород с органосодержащими добавками;

- принципиальная схема комплексного использования и принципиальная технологическая схема термического крекинга битумоносных пород.

Публикации. По результатам диссертационной работы публикаций — 9, в том числе статей - 4 (из списка, рекомендованного ВАК - 2), тезисов докладов — 4. Получен 1 патент РФ на изобретение.

Работа выполнена в лабораториях кафедры Общей химической технологии ГОУ ВПО КГТУ и кафедры Химии и технологии органических материалов БФ ГОУ ВПО КГТУ.

Заключение диссертации по теме «Нефтехимия», Старшов, Игнат Михайлович

118 Выводы

1. Максимальный выход газообразных продуктов при термическом крекинге битумоносного песчаника Сугушлинского месторождения достигается при температуре 850 °С в кварцевом реакторе в атмосфере водорода. Проведение процесса при этих условиях позволяет получить до 40 % газообразных продуктов на природный битум, из которых до 18 % приходится на низкомолекулярные алкены (этилен и пропилен).

2. Определен оптимальный температурный режим термического крекинга битумоносного песчаника Сугушлинского месторождения для получения максимального выхода жидких продуктов в атмосфере водорода — 450 °С. Выход жидких продуктов от материала реактора не зависит. Оптимальный температурный режим позволяет получить до 70 % жидких продуктов на природный битум, светлые фракции которых содержат от 60 до 95 % ароматических углеводородов.

3. Битумоносный доломит Горского месторождения можно подвергать термическому крекингу только с целью получения максимального выхода жидких продуктов, так как при более высоких температурах происходит разложение минеральной основы сырья. Определена оптимальная температура термического крекинга битумоносного доломита Горского месторождения — 480 °С. При этой температуре выход жидких продуктов составляет около 66 % на природный битум.

4. Определен фракционный и компонентный составы жидких продуктов термического крекинга битумоносного доломита. Показано, что их фракционный состав практически идентичен фракционному составу жидких продуктов термического крекинга сугушлинского битумоносного песчаника. Но при этом содержание низших алканов и алкенов в светлых фракциях приблизительно на 30 % ниже за счет увеличенного содержания ароматических углеводородов.

5. Выход жидких продуктов при совместной термическом крекинге битумоносного песчаника и каменного угля оказывается больше, чем расчетный выход жидких продуктов, основанный на экспериментальных данных, при идентичном соотношении битумоносный песчаник : каменный уголь. Это указывает на то, что проявляется синергетический эффект при совместном термическом крекинге. Максимальный синергетический эффект наблюдается при содержании каменного угля 10 %. Синергетический эффект связан с перераспределением водорода в процессе термического крекинга смеси битумоносного песчаника и каменного угля.

6. При термическом крекинге сугушлинского битумоносного песчаника с добавкой гудрона с повышенным содержанием металлов (V, Ni) наблюдается увеличение (приблизительно на 6 %) выхода жидких продуктов по сравнению с термическим крекингом с добавкой гудрона, не увеличивающего начальное содержание металлов. Таким образом, экспериментально показано каталитическое влияние металлов (V, Ni), содержащихся в самом природном битуме, на процесс термического крекинга, приводящее к увеличению выхода жидких продуктов.

7. При термическом крекинге сугушлинского битумоносного песчаника добавка горского битумоносного доломита приводит к снижению концентрации сероводорода в газообразных продуктах в среднем на 20% за счет его связывания оксидами кальция и магния.

8. Разработана принципиальная технологическая схема термического крекинга битумоносных пород с получением жидких и газообразных углеводородов, а также отработанных пород, фракционное разделение которых производится с помощью разработанного и запатентованного нами двухпоточного гравитационного пневматического классификатора сыпучих смесей.

120

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Старшов, Игнат Михайлович, 2009 год

1. Мингареев, Р. Ш. Эксплуатация месторождений битумов и горючих сланцев / Р. Ш. Мингареев, И. И. Тучков. — М.: Недра, 1980. — 572 с.: ил.

2. Гольдберг, И. С. Основные закономерности размещения битумов на территории СССР / И. С. Гольдберг // Закономерности формирования и размещения скоплений природных битумов: Тр. ВНИГРИ. — Л.: ВНИГРИ, 1979. -С. 52-96.

3. Вассоевич, А. Л. NAO0A. Древняя история термина /

4. A. Л. Вассоевич, Н. Б. Вассоевич // Накопление и преобразование седикахитов. -М., 1979.-С. 195-208.

5. Халимов, Э. М. Месторождения природных битумов / Э. М: Халимов, И. М. Акишев, П. С. Жабрева, Г. Т. Юдин, И. С. Гольдберг, И. М. Гисматуллин. — М.: Недра, 1983. — 192 с.

6. Свободная энциклопедия Википедия Электронный ресурс. — Режим доступа: http://ru.wikipedia.org/wiki, свободный. — Загл. с экрана. — Яз. рус., англ.

7. Надиров, Н. К. Нефтебитуминозные породы Казахстана : проблемы и перспективы / Н. К. Надиров, А. Б. Браун, М. С. Трохименко, Г. А. Мусаев,

8. B. Я. Стрельников ; под. общ. ред. Н1 С. Наметкина. — Алма-Ата : Наука, 1985. — 376 с.

9. Радченко, О. А. Генетические типы битумов и условия их образования / О. А. Радченко, В. А. Успенский // Закономерности формирования и размещения скоплений природных битумов. — Л., 1979. — С. 32—51.

10. Словарь по геологии нефти и газа / под ред. К.А. Черникова. Л. : Недра, 1988. - 679 с.: ил.

11. Губкин, И. М. Учение о нефти / И. М. Губкин. М.-Л. : ОНТИ, 1937.-460 с.

12. Вигдергауз, M. С. Продукты термического воздействия на битуминозный пласт / М. С. Вигдергауз. — Саратов : Изд-во Саратовского университета, 1986. 104 с. : ил.

13. Старшов, И. М. Комплексная переработка битумоносных пород Татарии : дис. канд. техн. наук : 05.17.07 : защищена 30.06.1983 / Старшов Михаил Иванович. — JL, 1983. — 188 с. — Библиогр.: с. 112—134.

14. Каюкова, Г. П. Химия и геохимия пермских битумов Татарстана / Г. П. Каюкова, Г. В. Романов, P. X. Муслимов, Н. П. Лебедев, Г. А. Петров. — M : Наука, 1999. 304 с. : ил.

15. Муратов, В. Н. Геология каустобиолитов / В. Н. Муратов. — М. : Высш. шк., 1970.-359 с.

16. Дияшев, Р. Н. О классификации и определениях нафтидов // Проблемы комплексного освоения трудноизвлекаемых запасов нефти и природных битумов: (Добыча и переработка): Тр. Междунар. конф., 4-8 окт. 1994 г. — Казань, 1994.-T. 1.-С. 86-112.

17. Клубов, Б. А. Природные битумы Севера / Б. А. Клубов. — М.: Наука, 1983.-С. 10-26.

18. Муслимов, P. X. Повышение эффективности освоения нефтяных месторождений Татарии. Казань : Татарское кн. изд-во, 1985. — 176 с. : ил.

19. Чайкин, В. Г. Оценка и перспективы освоения месторождений природных битумов / В. Г. Чайкин, Ю. П. Журавлев, М. Я. Боровский,

20. Б. В. Успенский // Природные битумы и тяжелые нефти : сб. мат-в. Междунар. науч.-практ. конф.; под ред. чл.-корр. РАН БелонинаМ. Д. СПб.: Недра, 2006. -С. 410-419.

21. Вопросы промышленного освоения месторождений природных битумов Урало-Поволжья : сб. науч. тр. / Всеросс. нефтегаз. науч.-исслед. ин-т. — Вып. 119. М. : Всеросс. нефтегаз. науч.-исслед. ин-т. — 2001. - ISSN 01329243.

22. Галлеев, Р. Г. Повышение выработки трудноизвлекаемых запасов углеводородного сырья / Монография — М.: КУбК-а, 1997. — 352 с.: ил.

23. Использование битуминозных пород и тяжелых нефтей для получения битумов : тематический обзор / А. М. Зенинский, Г. А. Берг, М. П. Кононова, Л. И. Дорина. -М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1978.

24. Основные достижения и перспективы разработки нефтеносных сланцев и битуминозных песчаников : обзор зарубежной литературы / В. Н. Мартос. Мин. нефт. пром-ти -М.: ВНИИОЭНГ, 1976.

25. Pamentez, С. В. Oil sands shales spar for markets / С. B. Pamentez // Canadian petroleum. 1967. - № 9. - С. 11-14.

26. Пат. US5626743, МПК7 С 10 G 1/04, С 10 G 1/00. Tar sands extraction process / Humphreys Reginald D; заявитель и патентообладатель Geopetrol Equipment Ltd.-№ US 19950467667 19950606; заявл. 06.06.1995; опубл. 06.05.1997.

27. Пат. CA2177018, МПК7 В 03 В 9/02, В 03 В 9/00. Method of separating oil and bitumen from sand / Gingras Earl, Belanger Paul; заявитель и патентообладатель Gingras Earl, Belanger Paul. № CA19962177018 19960521; заявл. 21.05.1996; опубл. 22.11.1997.

28. Пат. US2008169222, МПК7 С 10 G 1/04, С 10 G 1/00. Removal Of Hydrocarbons From Particulate Solids / Ophus Kevin; заявитель и патентообладатель Ophus Kevin. № US20070574530 20071025; заявл. 25.10.2007; опубл. 17.07.2008.

29. Пат. US4966685, МПК7 С 10 G 1/04, С 10 G 1/00. Process for extracting oil from tar sands / Hall Jerry B, Russo Anthony; заявитель и патентообладатель Hall Jerry В, Russo Anthony. № US19880248996 19880923; заявл. 23.09.1988; опубл. 30.10.1990.

30. Гробштейн, С. Р. Испытание метода отмыва нефти из битуминозных песков горы Кирмаку на пилотной установке НГДУ "Лениннефть" / С. Р. Гробштейн, Д. А. Рагимов // Вопросы техники и технологии добычи нефти / АзНИПИнефть. 1977. - Вып. 44. - С. 82-85.

31. Пат. US2008060978, МПК7 С 10 G 1/04, С 10 G 1/00. Handling and extracting hydrocarbons from tar sands / Wenger Paul; заявитель и патентообладатель Wenger Paul. № US20070761773 20070612; заявл. 12.06.2007; опубл. 13.03.2008.

32. Venkatesan, V. N. Процесс термического пиролиза для добычи жидких углеводородов из битуминозных песчаников в штате Юта / Venkatesan, V. N. // AlChE Symp. Ser. 1982. -№ 216. - С. 42-55.

33. Kaminski, W. Пиролиз битуминозного песка и нефтяного сланца в псевдоожиженном слое / Kaminski W., Lohse Н., Sinn Н., Vymer J. // Chem.-Ing.-Techn. 1983. -№ 1. - С. 56-57.

34. Мустафаева, Р. М. Пиролиз нефтебитуминозной породы в солнечной печи / Р. М. Мустафаева // Матер. 3 Респ. конф. мол. ученых-химиков, по-свящ. 80-летию акад. М. Ф. Нагиева. Баку, 1988. - С. 127.

35. Свободная энциклопедия Википедия Электронный ресурс. — Режим доступа: http://en.wMpedia.org/wiki/AlbertaTaciukProcess, свободный. — Загл. с экрана. Яз. англ.

36. New process mooted for oil sands which would eliminate tailing ponds // Oilweek. -1975. № 36. - C. 14-16.

37. Пат. 2131903 Российская Федерация, МПК7 С 10 G 47/30. Способ термомеханического крекинга и гидрогенизации углеводородов / Олав Эллинг-сен; заявитель и патентообладатель Термтек А/С. — №97105846/04; заявл. 08.09.1995; опубл. 20.06.1999.

38. Пат. СА2021185, МПК7 В 03 В 9/02. Способ выделения углеводородов из битуминозных песков / Tipmar Robert N., Sankey Bruce M.; заявитель и патентообладатель Oslo Alberta Ltd.; заявл. 13.07.1990; опубл. 15.09.1998.

39. Криогенное выделение битумов из песков // Canad. Chem. Ynd. — 1978.-№1.-С. 99-102.

40. Combon, Y. Z. Микроволновая обработка битумосодержащих песков / Combon Y. Z., Klvana D m др. // Canad. Chem. Ynd. 1978. - № 6. - С. 735742.

41. Пат. 93056062 Российская Федерация, МПК7 С 10 G 1/04. Способ разделения нефтесодержащих пород / Булавцев В. В., Варфоломеев Б. Г., Гри-горов С. И., Ильиничев А. И., Краснощекое Ю. И., Кабаев В. М., Кулаков И. И.,

42. Старшов, М. И. Физико-химические свойства^ вязких нефтей и природных битумов Татарии / М. И. Старшов, В. Н. Напалков, И. М. Старшов, Б. В. Успенский // Нефтегазовая геология'и геофизика. — 1981. — № 3. — С. 15— 18.

43. Старшов, И. М. Термический способ переработки битумосодержа-щих пород / И. М. Старшов, М. И: Старшов, X. Э. Харлампиди // Вестн. Каз. Технол. ун-та. 2009. - № 5. - С. 339-342. - Библиогр.: с. 342.

44. Старшов, И. М. Двухпоточный гравитационный пневматический классификатор сыпучих смесей / И. М. Старшов, М. И. Старшов, X. Э. Харлампиди // Вестн. Каз. Технол. ун-та. — 2009. — № 5. — С. 327—332. -Библиогр.: с. 332.i