BR132012004147E2

BR132012004147E2 - mÉtodo

Info

Publication number: BR132012004147E2
Application number: BRBR132012004147-1A
Authority: BR
Inventors: Paul Painter; Phil Williams; Ehren Mannebach; Aron Lupinsky
Original assignee: Penn State Res Found
Priority date: 2009-08-24
Filing date: 2012-02-24
Publication date: 2013-08-06
Also published as: CA2764578C; BR112012003951B1; EP2470620A4; BR112012003951A2; RU2012111196A; CA2764578A1; US8603326B2; US20110042318A1; WO2011025659A1; EP2470620A1

Abstract

SISTEMAS, MÉTODOS E COMPOSIÇÕES PARA A SEPARAÇçO E RECUPERAÇçO DE HIDROCARBONETOS A PARTIR DE MATERIAL PARTICULADO SçO AQUI DESCRITOS. DE ACORDO COM UMA FORMA DE REALIZAÇçO, UM MÉTODO INCLUI CONTATAR O MATERIAL PARTICULADO COM PELO MENOS UM LÍQUIDO IâNICO ANÁLOGO. O MATERIAL PARTICULADO CONTÉM PELO MENOS UM HIDROCARBONETO E PELO MENOS UM PARTICULADO SàLIDO. QUANDO O MATERIAL PARTICULADO É CONTATADO COM O LÍQUIDO IâNICO ANÁLOGO, O HIDROCARBONETO DISSOCIA DO PARTICULADO SàLIDO PARA FORMAR UM SISTEMA MULTIFÁSICO.

Description

I “MÉTODO”

Certificado de Adição de Invenção do BRl 12012003951-2, depositado em 23/02/2012

CAMPO DE TECNOLOGIA O presente pedido é dirigido a sistemas, métodos e

composições para a separação e recuperação de hidrocarbonetos a partir de material particulado. Mais especificamente, o presente pedido é dirigido a líquidos iônicos análogos para a separação e recuperação de hidrocarbonetos a partir de material particulado.

FUNDAMENTOS

Areias de petróleo, também referidas como areias betuminosas, contêm uma significante quantidade de reservas de petróleo conhecidas do mundo. Grandes depósitos de areias de petróleo são encontrados no Canadá, Venezuela e nos Estados Unidos em Utah oriental. 15 Areias de petróleo são uma mistura complexa de areias, argilas, água e compostos hidrocarbonetos viscosos, conhecidos como betume. Tipicamente, a extração e separação de betume a partir das areias de petróleo envolvem o uso de quantidades significantes de energia e água aquecida. Aproximadamente 19 barris de água são requeridos para cada barril de 20 petróleo produzido. Água, hidróxido de sódio (NaOH) e outros aditivos são misturados com as areias de petróleo para formar uma suspensão. O NaOH libera tensoativos das areias de petróleo e melhora a recuperação de betume. A suspensão é condicionada misturando e/ou cisalhando a suspensão para destacar betume das partículas de areias de petróleo. Betume é separado de 25 água por aeração para formar um petróleo contendo espuma que pode ser escumada da superfície da água. A água de processo restante é uma mistura complexa de água alcalina, sais dissolvidos, minerais, betume residual, tensoativos liberados do betume e outros materiais usados em processamento. Processamento adicional da água é requerido para remover betume residual. A água de processo é por fim armazenada em tanques de resíduos e é agudamente tóxica para vida aquática. A água de processo reciclada de tanques de resíduos causa problemas de incrustação e corrosão que frequentemente adversamente afetam a recuperação ótima de betume. Além disso, partículas muito finas de mineral tais como argila são coextraídas com o betume e devem ser removidas em subsequentes etapas de processamento que por fim reduzem o rendimento de betume. Embora, uma grande proporção da água usada no processo (cerca de 16 barris) seja agora reciclada a partir de tanques de resíduos, a produção de cada barril de petróleo ainda requer importar um adicional de 3 barris de água fresca. A necessidade de grandes quantidades de água tem impedido a recuperação de depósitos de betume a partir das areias de petróleo em áreas áridas tais como Utah.

Vários outros cenários relacionados requerem a remoção de petróleo de areia ou partículas sólidas em operações de petróleo e gás. Por exemplo, óleo peso (por exemplo, entre densidade API IO0 e 20°) é também encontrado em depósitos de areia, particularmente em Venezuela e Canadá. A recuperação de óleo pesado de areia tipicamente envolve métodos térmicos caros, como injeção de vapor. Uma técnica amplamente usada no Canadá chamada produção de óleo pesado a frio com areia (CHOPS) também foi usada para separar óleo pesado de areia. CHOPS envolve a produção contínua de areia e óleo, que apresenta restrições de separação e descarte.

Durante as operações de perfuração, fluidos de perfuração usados para resfriar e limpar a broca de perfuração se tomam contaminados com cortes de formação. Os cortes de formação devem ser removidos do fluido de perfuração antes de reuso do fluido de perfuração. Durante as operações de produção, óleo cru produzido a partir de formações não consolidadas também pode conter areia incluindo misturas de várias minerais e lodo que requerem remoção antes do processamento do óleo. A areia revestida com petróleo também deve ser limpa antes do descarte ou redeposição.

Um aumento em operações de perfuração em alto mar também aumentou o risco de comunidades costeiras e praias serem expostas a petróleo produzido de plataformas de petróleo em alto mar. Como descrito acima, 5 métodos correntes para a remoção de petróleo de areia requerem grandes quantidades de água e energia. Métodos físicos para remover petróleo de areia de praia incluindo o uso de escavadeiras, garfos de limpeza e sistemas de elevação e triagem requerem grandes quantidades de mão-de-obra e não removem eficientemente todo o descontaminado da areia.

Em vista do precedente, há uma necessidade no campo da arte

para sistemas, métodos e composições melhorados para a separação e a recuperação de hidrocarbonetos a partir de material particulado.

SUMÁRIO

Sistemas, métodos e composições para a separação e 15 recuperação de hidrocarbonetos a partir de material particulado são aqui descritos. De acordo com uma forma de realização, um método inclui contatar material particulado com pelo menos um líquido iônico análogo. O material particulado contém pelo menos um hidrocarboneto e pelo menos um particulado sólido. Quando o material particulado é contatado com o líquido 20 iônico análogo, o hidrocarboneto dissocia-se do particulado sólido para formar um sistema multifásico.

Os precedentes e outros objetos, características e vantagens da presente descrição se tomarão mais prontamente evidentes a partir da descrição detalhada seguinte de formas de realização exemplares como descrito aqui.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

Formas de realização do presente pedido são descritas, a título de exemplo apenas, com referência às Figuras anexas, em que:

Figura 1 ilustra um sistema exemplar para recuperar betume de areias de petróleo de acordo com uma forma de realização; Figura 2 ilustra um fluxograma de um processo exemplar para recuperar betume de areias de petróleo de acordo com uma forma de realização;

Figura 3 ilustra um sistema exemplar para recuperar betume de areias de petróleo de acordo com outra forma de realização;

Figura 4 ilustra um fluxograma de um processo exemplar para recuperar betume de areias de petróleo de acordo com outra forma de realização;

Figura 5 ilustra um sistema exemplar para recuperar betume de areias de petróleo de acordo com outra forma de realização;

Figura 6 ilustra um fluxograma de um processo exemplar para recuperar betume de areias de petróleo de acordo com outra forma de realização;

Figura 7 ilustra um sistema de três fases exemplar formado de misturar areias de petróleo e líquido iônico de acordo com uma forma de realização;

Figura 8 ilustra um exemplo comparativo de minerais incrustados com betume;

Figura 9 ilustra sistemas de três fases exemplares formados de misturar areias de petróleo, líquido iônico e solvente orgânico de acordo com uma forma de realização;

Figura 10 ilustra espectros infravermelhos exemplares de areias de petróleo canadenses de grau médio e partes de componente destas antes e após separação de betume;

Figura 11 ilustra espectros infravermelhos exemplares de areias de petróleo de grau baixo e areias de petróleo de grau médio após separação de betume;

Figura 12 ilustra sistemas de três fases exemplares formados de misturar uma composição de separação exemplar e tolueno com areias de petróleo de baixo grau e grau médio de acordo com uma forma de realização;

Figura 13 ilustra os espectros infravermelhos de betume extraído e areia residual obtida na separação de areias de petróleo de grau baixo usando uma composição de separação exemplar de acordo com uma forma de realização;

Figura 14 ilustra um sistema de três fases exemplar formado de misturar líquido iônico, solvente orgânico e areia contaminada de acordo com uma forma de realização; e

Figura 15 ilustra os espectros infravermelhos de cortes contaminados de perfuração e partes de componente destes antes e após separação de petróleo;

Figura 16 ilustra sistemas multifásicos exemplares e comparativos formados a partir de misturar soluções de separação exemplares e comparativas com bolas de alcatrão de acordo com uma forma de realização;

Figura 17 ilustra areia contaminada com alcatrão antes da separação e areia livre de contaminação com alcatrão após separação com o uso de um líquido iônico exemplar;

Figura 18 ilustra sistemas comparativos formados de misturar areias betuminosas canadenses com soluções de aditivos comparativas;

Figura 19 ilustra sistemas comparativos formados de misturar areias betuminosas canadenses com soluções de aditivos comparativas;

Figura 20 ilustra um sistema comparativo formado a partir de misturar areias betuminosas canadenses com outra solução de aditivo comparativa;

Figura 21 ilustra um sistema multifásico exemplar formado de misturar areias betuminosas canadenses com um líquido iônico análogo exemplar de acordo com uma forma de realização; Figura 22 ilustra um sistema multifásico exemplar formado de misturar areias betuminosas canadenses com um líquido iônico análogo exemplar de acordo com uma forma de realização;

Figura 23 ilustra sistemas de três fases exemplares formados de centrifugar componentes do sistema multifásico exemplar mostrado na figura 22;

Figura 24 ilustra espectros infravermelhos da fase de topo de hidrocarboneto e a fase de fundo de mineral do sistema multifásico exemplar mostrado na figura 23;

Figura 25 ilustra material de tanque de resíduos antes e após separação com o uso de um líquido iônico exemplar de acordo com uma forma de realização;

Figura 26 ilustra material de tanque de resíduos antes e após separação com o uso de líquidos iônicos análogos exemplares de acordo com uma forma de realização;

Figura 27 ilustra material de tanque de resíduos concentrado antes e após separação com o uso de líquido iônico análogo exemplar de acordo com outra forma de realização;

Figura 28 ilustra um sistema de três fases exemplar formado de misturar um líquido iônico análogo exemplar com areias betuminosas canadenses e material de tanque de resíduos de acordo com uma forma de realização;

Figura 29 ilustra um sistema de três fases exemplar formado de misturar um líquido iônico análogo exemplar com areias betuminosas canadenses de acordo com uma forma de realização; e

Figura 30 ilustra um sistema exemplar para recuperar hidrocarbonetos a partir de material particulado com o uso dos líquidos iônicos exemplares ou líquidos iônicos análogos de acordo com uma forma de realização. DESCRIÇÃO DETALHADA Será apreciado que para simplicidade e clareza de ilustração, onde considerado apropriado, números de referência podem ser repetidos dentre as figuras para indicar elementos correspondentes ou análogos. Além disso, numerosos detalhes específicos são estabelecidos a fim de prover um entendimento completo das formas de realização de exemplo descritas aqui. No entanto, será entendido pelos versados na técnica que as formas de realização de exemplo descritas aqui podem ser praticadas sem esses detalhes específicos. Em outros exemplos, métodos, procedimentos e componentes não foram descritos em detalhes de modo a não obscurecer as formas de realização descritas aqui. Os termos areias de petróleo e areias betuminosas são usados de modo interpermutável em toda esta descrição.

Sistemas, métodos e composições para a separação e recuperação de hidrocarbonetos a partir de material particulado são aqui descritos. Um ou mais líquidos iônicos ou líquidos iônicos análogos aqui descritos podem ser misturados com ou de outra forma colocados em contato com material particulado compreendendo pelo menos um hidrocarboneto e pelo menos um particulado sólido. Quando contatado com um líquido iônico ou líquido iônico análogo, o hidrocarboneto separa ou dissocia-se do particulado sólido. O material particulado pode incluir, mas não é limitada ao seguinte: areias de petróleo, fluido de perfuração contendo cortes de perfuração, material de tanque de resíduos, areia contendo petróleo cru, areia de praia contaminada com petróleo, sedimento de petróleo, qualquer areia, terra, rocha, lodo, argila ou outro particulado sólido contendo hidrocarboneto ou qualquer hidrocarboneto contido dentro de areia, terra, rocha, lodo, argila ou outro particulado sólido.

Os líquidos iônicos descritos aqui são termicamente estáveis, quimicamente estáveis, têm pressão de vapor negligenciável, e são solúveis em água e insolúveis em solventes orgânicos, tais como solventes de hidrocarboneto não polares. Os líquidos iônicos substancialmente degradam em um aminoácido correspondente em temperatura ambiente quando reagidos com peróxido de hidrogênio e íons, tais como íons ferro. Portanto, os líquidos iônicos podem estar contidos ou reagidos em aminoácidos inócuos se eles são inadvertidamente ou deliberadamente liberados no ambiente. Os líquidos iônicos podem incluir pelo menos um composto formado de cátions imidazólio e pelo menos um ânion. Os líquidos iônicos podem incluir pelo menos um composto incluindo, mas não limitado a: borotetrafluoreto de 1- butil-2,3-dimetil-imidazólio; trifluoro-metanossulfonato de l-butil-2,3- dimetil-imidazólio; trifluorometanossulfonato de l-butil-3-metil-imidazólio; cloreto de l-butil-3-metil-imidazólio; cloreto de l-etil-3-metil-imidazólio; sais de tetraalquilamônia; sais à base de pirrolidínio ou qualquer outro líquido iônico que é solúvel em água e insolúvel em solventes orgânicos não polares.

Os líquidos iônicos descritos aqui são usados para separar material particulado em temperaturas relativamente baixas de abaixo de IOO0C, preferivelmente abaixo de 50°C e mais preferivelmente 25°C e inferior. Opcionalmente, a temperatura de separação pode ser elevada para baixar a viscosidade do hidrocarboneto sendo separado e auxiliar em separação de material particulado. A temperatura de separação pode ser elevada por quaisquer meios de aquecimento incluindo meios de aquecimento elétricos, meios de aquecimento eletromagnéticos, meios de aquecimento por micro-ondas ou outros meios de aquecimento.

Um ou mais líquidos iônicos análogos aqui descritos pode ser também misturado com ou de outra forma colocado em contato com material particulado compreendendo pelo menos um hidrocarboneto e pelo menos um particulado sólido para efetuar separação do hidrocarboneto do particulado sólido. Quando contatado com os líquidos iônicos análogos, o hidrocarboneto separa ou dissocia do particulado sólido. Esta separação é promovida pela presença de um solvente orgânico, particularmente se o hidrocarboneto a ser separado é altamente viscoso. Exemplos de tais hidrocarbonetos viscosos são betume e alcatrão. O material particulado pode incluir, mas não é limitada ao seguinte: areias de petróleo, fluido de perfuração contendo cortes de perfuração, material de tanque de resíduos, areia contendo petróleo cru, areia de praia contaminada com petróleo, sedimento de petróleo, qualquer areia, terra, rocha, lodo, argila ou outro particulado sólido contendo hidrocarboneto ou qualquer hidrocarboneto contido dentro de areia, terra, rocha, lodo, argila ou outro particulado sólido.

Líquidos iônicos análogos aqui descritos são relativamente não tóxicos e biodegradáveis. Os líquidos iônicos análogos aqui descritos incluem pelo menos dois componentes. Os líquidos iônicos análogos tem temperaturas de fusão que são significativamente menores do que a temperatura de fusão dos componentes que completam os líquidos iônicos análogos. Os líquidos iônicos análogos podem incluir, mas não são limitados a pelo menos dois componentes selecionados dentre os seguintes componentes: sais de tetraalquil amônio, uréia, ácidos carboxílicos, glicerol, sais de metal, água, frutose, sacarose, glicose, sais de halogeneto orgânico e doadores de ligação hidrogênio.

Os sais de tetraalquil amônio podem incluir, mas não são limitados a cloreto de 2-hidroxietil(trimetil) amônio (cloreto de colina), brometo de 2-hidroxietil (trimetil)amônio, cloreto de 2-hidroxietil(trietil) amônio, tetrafluoroborato de 2-hidroxietil(trimetil)amônio.

Os sais de halogeneto orgânicos podem incluir, mas não são limitados a brometo de metil trifenil fosfônio.

Os doadores de ligação de hidrogênio orgânico podem incluir, mas não são limitados a glicerol, etileno glicol ou trietileno glicol.

Um solvente orgânico e/ou água podem também ser adicionados a ou misturados com o líquido iônico ou o líquido iônico análogo e o material particulado para obter separação ótima de hidrocarboneto do particulado sólido. O solvente orgânico abaixa a viscosidade do hidrocarboneto e auxilia na separação do particulado sólido. Os solventes orgânicos aqui descritos dissolvem hidrocarbonetos não polares tais como betume, petróleo ou fluido de perfuração e são imiscíveis com os líquidos iônicos descritos acima. O solvente orgânico pode incluir, mas não é limitado a pelo menos um dentre os seguintes compostos: tolueno, nafta, hexano, querosene, solventes parafínicos ou qualquer outro solvente de hidrocarboneto não polar que dissolve o hidrocarboneto e é imiscível com o líquido iônico.

Figura 1 ilustra um sistema exemplar para recuperar betume a partir de areias de petróleo 102 de acordo com uma forma de realização. Areias de petróleo 102 podem incluir areia, argila, outros minerais, e betume. As areias de petróleo 102 são misturadas com um solvente orgânico 104 e um líquido iônico 106 em um vaso de mistura principal 100. O vaso de mistura principal 100 pode ser qualquer vaso conhecido na técnica para misturar ou conter líquidos, sólidos ou pastas fluidas. Quando misturados com o solvente orgânico 104 e o líquido iônico 106, o betume é separado das areias de petróleo 102 e um sistema de três fases incluindo uma fase de topo, fase de meio e fase de fundo é formado.

A fase de fundo 110 consiste de líquido iônico 106 com areia e argila em suspensão. A fase de meio 109 consiste de líquido iônico 106 com pequenas quantidades de partículas de betume dissolvidas ou em suspensão e finos de minerais. A fase de topo 108 consiste de solvente orgânico 104 e betume. A fase de fundo 110, a fase de meio 109 e a fase de topo 108 podem ser drenadas do vaso de mistura principal 100 para outro processamento e/ou reciclagem através do sistema.

O betume na fase de topo 108 pode ser recuperado após separar ou evaporar o solvente orgânico 104 do betume em um separador primário 122. O separador primário 122 pode ser um decantador, coluna de destilação, separador de pressão, centrífuga, tanque aberto, hidroclone, câmara de assentamento ou outro separador conhecido na técnica para separar misturas. O solvente orgânico 104 pode ser condensado, reciclado ao vaso de mistura principal 100 e misturado com areias adicionais de petróleo 102, solvente orgânico 104 e líquido iônico 106 para obter uma separação de três fases.

A fase de meio 109 e substancialmente todo o líquido iônico 106 introduzido no sistema podem ser retidos no vaso de mistura 100. Dessa forma, o líquido iônico 106 na fase de meio 109 não é movido ao longo de todo o sistema. Se removido para processamento adicional, a fase de meio 109 pode ser reciclada ao vaso de mistura principal 100 e misturada com areias adicionais de petróleo 102, solvente orgânico 104 e líquido iônico 106 para conseguir uma separação de três fases. A concentração de betume dentro da fase de meio 109 é esperada para conseguir equilíbrio e, assim, não irá se acumular. Se necessário, solvente orgânico 104 pode ser adicionado à fase de meio 109 em uma etapa de processamento adicional para separar qualquer betume arrastado ou em suspensão do líquido iônico 106 antes do líquido iônico 106 ser reciclado ao vaso de mistura principal 100.

A fase de fundo 110 consistindo de líquido iônico 106 com areia e argila em suspensão pode ser alimentada em um vaso de mistura secundário 118 e misturada com água para formar uma solução de líquido iônico 106, água, e partículas de areia e argila em suspensão. O vaso de mistura 118 pode ser qualquer vaso conhecido na técnica para misturar ou conter líquidos, sólidos ou pastas fluidas. A areia e argila podem ser filtradas do líquido iônico e água. O líquido iônico 106 pode ser recuperado após separar ou evaporar a água em um separador secundário 120. O separador 120 pode ser um decantador, coluna de destilação, separador de pressão, centrífuga, tanque aberto ou outro separador conhecido na técnica para separar misturas. Após separação e/ou evaporação, a água pode ser condensada antes de ser reciclada ao vaso de mistura secundário 118. O líquido iônico 106 pode ser reciclado ao vaso de mistura principal 100 e misturas com areias adicionais de petróleo 102, solvente orgânico 104 e líquido iônico 106 para obter uma separação de três fases.

5 O sistema exemplar para recuperar betume a partir de areias de

petróleo ilustrado em Figura 1 pode também ser usado para separar outro material particulado incluindo, mas não limitado aos seguintes: areias de petróleo, fluido de perfuração contendo cortes de perfuração, areia contendo petróleo cru, areia de praia contaminada com petróleo, sedimento de petróleo, 10 qualquer areia, terra, rocha, lodo, argila ou outro particulado sólido contendo hidrocarboneto ou qualquer hidrocarboneto contido dentro de areia, terra, rocha, lodo, argila ou outro particulado sólido. O líquido iônico 106 e solvente orgânico 104 podem ser misturados com ou de outra forma colocados em contato com o material particulado para separar ou dissociar o 15 hidrocarboneto do particulado sólido e recuperar o hidrocarboneto como descrito acima.

Figura 2 ilustra um fluxograma de um processo exemplar para recuperar betume de areias de petróleo de acordo com uma forma de realização. As areias de petróleo são misturadas com um solvente orgânico e 20 um líquido iônico em etapa 201 para formar um sistema de três fases incluindo uma fase de topo, fase de meio e fase de fundo. A fase de topo consiste de solvente orgânico e betume. A fase de meio consiste de líquido iônico com pequenas quantidades de dissolvidas partículas de betume e finos de minerais. A fase de fundo consiste de líquido iônico com areia e argila em 25 suspensão. A fase de topo, fase de meio e fase de fundo podem ser separadas em etapa 202 para outro processamento ou reciclagem de volta através do processo.

Em etapa 203, o betume e o solvente orgânico na fase de topo são separados através de decantação, destilação, evaporação ou centrifugação e o betume é recuperado. O solvente orgânico pode ser condensado, reciclado e misturado com areias adicionais de petróleo, solvente orgânico e líquido iônico para conseguir separação de três fases.

Em etapa 204, a fase de meio é reciclada e misturada com solvente orgânico adicional, líquido iônico e areias de petróleo para conseguir separação de três fases. Opcionalmente, a fase de meio e/ou substancialmente todo o líquido iônico podem ser retidos em um vaso de mistura principal dentro de que as areias de petróleo originais, o solvente orgânico e o líquido iônico são misturados.

Em etapa 205, água é adicionada à fase de fundo para formar uma solução de água, líquido iônico e partículas de argila e areia em suspensão. A areia e argila são removidas da suspensão em etapa 206 através de filtração. Em etapa 207, a água é separada do líquido iônico através de decantação, destilação, evaporação ou centrifugação e o líquido iônico é recuperado. Em etapa 208, o líquido iônico é reciclado e misturado com solvente orgânico adicional, líquido iônico e areias de petróleo para conseguir separação de três fases. A água pode ser condensada, reciclada e misturada com a fase de fundo em etapa 209 para separar líquido iônico adicional de areia e argila.

O processo exemplar para recuperar betume de areias de petróleo ilustrado em Figura 2 pode também ser usado para separar outro material particulado incluindo, mas não limitado aos seguintes: areias de petróleo, fluido de perfuração contendo cortes de perfuração, areia contendo petróleo cru, areia de praia contaminada com petróleo, sedimento de petróleo ou qualquer areia, terra, rocha, lodo, argila ou outro particulado sólido contendo hidrocarboneto ou qualquer hidrocarboneto contido dentro de areia, terra, rocha, lodo, argila ou outro particulado sólido. O líquido iônico e solvente orgânico podem ser misturados com ou de outra forma colocados em contato com o material particulado para separar o hidrocarboneto do particulado sólido e recuperar o hidrocarboneto como descrito acima.

Figura 3 ilustra um sistema exemplar para recuperar betume de areias de petróleo 302 de acordo com outra forma de realização. Areias de petróleo 302 podem incluir areia, argila, outros minerais, e betume. As areias de petróleo 302 são misturadas com um líquido iônico 306 em um vaso de mistura principal 300. O vaso de mistura principal 300 pode ser qualquer vaso conhecido na técnica para misturar ou conter líquidos, sólidos ou pastas fluidas. Quando misturado com o líquido iônico 306, o betume é separado das areias de petróleo 302 e um sistema de três fases incluindo uma fase de topo, fase de meio e fase de fundo é formado. A fase de fundo 310 consiste de líquido iônico 306, areia e argila em suspensão. A fase de meio 309 consiste de líquido iônico 306, com algum betume e minerais. A fase de topo 308 consiste de betume. A fase de fundo 310, a fase de meio 309 e a fase de topo 308 podem ser drenadas do vaso de mistura principal 300 e o betume pode ser recuperado.

A fase de meio 309 e substancialmente todo o líquido iônico 306 introduzido no sistema podem ser retidos em massa no vaso de mistura 300. Dessa forma, o líquido iônico 306 na fase de meio 309 não é movido do início ao fim do sistema. Se removida para processamento adicional, a fase de 20 meio 309 pode ser reciclada ao vaso de mistura principal 300 e misturada com areias adicionais de petróleo 302 e líquido iônico 306 para conseguir separação de três fases. O betume dentro da fase reciclada de meio 309 é esperado conseguir equilíbrio e, assim, não irá se acumular.

A fase de fundo 310 contendo líquido iônico 106, areia e argila 25 em suspensão pode ser alimentada em um vaso de mistura secundário 318 e misturada com água para formar uma solução de líquido iônico 306, água, e partículas de argila e areia em suspensão. O vaso de mistura 318 pode ser qualquer vaso conhecido na técnica para misturar ou conter líquidos, sólidos ou pastas fluidas. A areia e argila podem ser filtradas do líquido iônico e água. O líquido iônico 306 pode ser recuperado separando e/ou evaporando a água em um separador secundário 320. O separador 320 pode ser um decantador, coluna de destilação, separador de pressão, centrífuga, tanque aberto hidroclone, câmara de assentamento ou outro separador conhecido na técnica para separar misturas. Após separação e/ou evaporação, a água pode ser condensada antes de ser reciclada para o vaso de mistura secundário 318. O líquido iônico 306 pode ser reciclado ao vaso de mistura principal 300 e misturado com areias adicionais de petróleo 302 e líquido iônico 306 para conseguir separação de três fases.

O sistema exemplar para recuperar betume de areias de petróleo ilustrado em Figura 3 pode também ser usado para separar outro material particulado incluindo, mas não limitado aos seguintes: areias de petróleo, fluido de perfuração contendo cortes de perfuração, areia contendo petróleo cru, areia de praia contaminada com petróleo, sedimento de petróleo, qualquer areia, terra, rocha, lodo, argila ou outro particulado sólido contendo hidrocarboneto ou qualquer hidrocarboneto contido dentro de areia, terra, rocha, lodo, argila ou outro particulado sólido. O líquido iônico 306 pode ser misturado com ou de outra forma colocado em contato com o material particulado para separar ou dissociar o hidrocarboneto do particulado sólido e recuperar o hidrocarboneto como descrito acima.

Figura 4 ilustra um fluxograma de um processo exemplar para recuperar betume de areias de petróleo de acordo com outra forma de realização. As areias de petróleo são misturadas com um líquido iônico em etapa 401 para formar um sistema de três fases incluindo uma fase de topo, fase de meio e fase de fundo. A fase de topo consiste de betume. A fase de meio consiste de líquido iônico, com algum betume e minerais. A fase de fundo é líquido iônico, areia e argila em suspensão. A fase de topo, fase de meio e fase de fundo podem ser separadas em etapa 402 para outro processamento ou reciclar de volta através do processo. Em etapa 403, a fase de meio é reciclada e misturada com líquido iônico adicional e areias de petróleo para conseguir separação de três fases. Opcionalmente, a fase de meio e/ou substancialmente todo o líquido iônico podem ser retidos em um vaso de mistura principal dentro de que as areias de petróleo e líquido iônico originais são misturados.

Em etapa 404, água é adicionada à fase de fundo para formar uma solução de água, líquido iônico e partículas de argila e areia em suspensão. A areia e argila são removidas da solução em etapa 405 através de filtração. Em etapa 406, a água é separada do líquido iônico através de 10 decantação, destilação, evaporação ou centrifugação e o líquido iônico é recuperado. Em etapa 407, o líquido iônico é reciclado e misturado com líquido iônico adicional e areias de petróleo para conseguir separação de três fases. A água pode ser condensada, reciclada e misturada com a fase de fundo em etapa 408 para separar líquido iônico adicional de areia e argila.

O processo exemplar para recuperar betume de areias de

petróleo ilustrado em Figura 4 pode também ser usado para separar outro material particulado incluindo, mas não limitado aos seguintes: areias de petróleo, fluido de perfuração contendo cortes de perfuração, areia contendo petróleo cru, areia de praia contaminada com petróleo, sedimento de petróleo, 20 qualquer areia, terra, rocha, lodo, argila ou outro particulado sólido contendo hidrocarboneto ou hidrocarboneto contido dentro de areia, terra, rocha, lodo, argila ou outro particulado sólido. O líquido iônico pode ser misturado com ou de outra forma colocado em contato com o material particulado para separar ou dissociar o hidrocarboneto do particulado sólido e recuperar o 25 hidrocarboneto como descrito acima.

Figura 5 ilustra um sistema exemplar para recuperar betume de areias de petróleo de acordo com outra forma de realização. Areias de petróleo 502 podem incluir areia, argila, outros minerais, e betume. As areias de petróleo 502 são misturadas com ou de outra forma colocadas em contato com um líquido iônico 506, água e opcionalmente um solvente orgânico 504 em um vaso de mistura principal 500 ou outro vaso de separação ou coluna. O vaso de mistura principal 500 pode ser qualquer vaso conhecido na técnica para misturar ou conter líquidos, sólidos ou pastas fluidas.

A água pode estar presente dentro das areias de petróleo a fim

de economicamente transportar ou bombear as areias de petróleo à instalação de processo. Água pode também ser adicionada ao sistema para diluir o líquido iônico e reduzir custo. Quando misturado com o solvente orgânico 504, o líquido iônico 506 e água, o betume é separado das areias de petróleo 10 502 e um sistema de três fases incluindo uma fase de topo, fase de meio e fase de fundo é formado. A fase de fundo 510 consiste de líquido iônico 506, água e areia e argila em suspensão. A fase de meio 509 consiste de líquido iônico 506, água e pequenas quantidades de partículas dissolvidas ou em suspensão de betume e finos de minerais. A fase de topo 508 consiste de solvente 15 orgânico 504 e betume. A fase de fundo 510, a fase de meio 509 e a fase de topo 508 podem ser drenadas do vaso de mistura principal 500 para outro processamento e/ou reciclar através do sistema.

O betume na fase de topo 508 pode ser recuperado após separar ou evaporar o solvente orgânico 504 do betume em um separador 20 primário 522. O separador primário 522 pode ser um decantador, coluna de destilação, separador de pressão, centrífuga, tanque aberto, hidroclone, câmara de assentamento ou outro separador conhecido na técnica para separar misturas. O solvente orgânico 504 pode ser condensado, reciclado para o vaso de mistura principal 500 e misturado com areias adicionais de petróleo 502, 25 solvente orgânico 504 e líquido iônico 506 para conseguir separação de três fases.

A fase de meio 509 e substancialmente todo o líquido iônico 506 introduzido no sistema podem ser retidos no vaso de mistura 500. Dessa forma, o líquido iônico 506 na fase de meio 509 não é movido do início ao fim do sistema. Se removido para processamento adicional, a fase de meio 509 pode ser reciclada ao vaso de mistura principal 500 e misturada com areias adicionais de petróleo 502, solvente orgânico 504 e líquido iônico 506 para conseguir separação de três fases. A concentração de betume dentro da 5 fase de meio 509 é esperada conseguir equilíbrio e, portanto, não irá se acumular. Se necessário, solvente orgânico 504 pode ser adicionado à fase de meio 509 em uma etapa de processamento adicional para separar qualquer betume arrastado ou em suspensão do líquido iônico 506 antes do líquido iônico 506 ser processado e/ou reciclado para o vaso de mistura principal 500. 10 A fase de fundo 510 consistindo de líquido iônico 506, água e

areia e argila em suspensão pode ser alimentada em um vaso de mistura secundário 518 e misturada com água adicional (se necessário) para formar uma solução de líquido iônico 506, água, e partículas de argila e areia em suspensão. O vaso de mistura 518 pode ser qualquer vaso conhecido na técnica para misturar ou conter líquidos, sólidos ou pastas fluidas. A areia e argila podem ser filtradas do líquido iônico e água. O líquido iônico 506 pode ser recuperado após separar ou evaporar a água em um separador secundário 520. O separador 520 pode ser um decantador, coluna de destilação, separador de pressão, centrífuga, tanque aberto ou outro separador conhecido na técnica para separar misturas. Após separação e/ou evaporação, a água pode ser condensada antes de ser reciclada para o vaso de mistura secundário 518 ou vaso de mistura principal 500. O líquido iônico 506 pode ser reciclado ao vaso de mistura principal 500 e misturada com areias adicionais de petróleo 502, solvente orgânico 504 e líquido iônico 506 para conseguir separação de três fases.

O sistema exemplar para recuperar betume de areias de petróleo ilustrado em Figura 5 pode também ser usado para separar outro material particulado incluindo, mas não limitado aos seguintes: areias de petróleo, fluido de perfuração contendo cortes de perfuração, areia contendo petróleo cru, areia de praia contaminada com petróleo, sedimento de petróleo, qualquer areia, terra, rocha, lodo, argila ou outro particulado sólido contendo hidrocarboneto ou qualquer hidrocarboneto contido dentro de areia, terra, rocha, lodo, argila ou outro particulado sólido. O líquido iônico 506, água e opcionalmente solvente orgânico 504 podem ser misturados com ou de outra forma colocados em contato com o material particulado para separar ou dissociar o hidrocarboneto do particulado sólido e recuperar o hidrocarboneto como descrito acima.

Figura 6 ilustra um fluxograma de um processo exemplar para recuperar betume de areias de petróleo de acordo com uma forma de realização. As areias de petróleo são misturadas com um solvente orgânico, um líquido iônico e água em etapa 601 para formar um sistema de três fases incluindo uma fase de topo, fase de meio e fase de fundo. A fase de topo consiste de solvente orgânico e betume. A fase de meio consiste de líquido iônico, água e pequenas quantidades de partículas de betume dissolvidas e finos de minerais. A fase de fundo consiste de água, líquido iônico e areia e argila em suspensão. A fase de topo, fase de meio e fase de fundo podem ser separadas em etapa 602 para outro processamento ou reciclagem de volta através do processo.

Em etapa 603, o betume e o solvente orgânico na fase de topo são separados através de decantação, destilação, evaporação ou centrifugação e o betume é recuperado. O solvente orgânico pode ser condensado, reciclado e misturado com areias adicionais de petróleo, solvente orgânico e líquido iônico para conseguir separação de três fases.

Em etapa 604, a fase de meio é reciclada e misturada com solvente orgânico adicional, líquido iônico e areias de petróleo para conseguir separação de três fases. Opcionalmente, a fase de meio e/ou substancialmente todo o líquido iônico podem ser retidos em um vaso de mistura principal dentro de que as areias de petróleo originais, solvente orgânico, líquido iônico e água são misturados.

Em etapa 605, água é adicionada à fase de fuindo para formar uma solução de água, líquido iônico e partículas de argila e areia em suspensão. A areia e argila são removidas de suspensão em etapa 606 através 5 de filtração. Em etapa 607, a água é separada do líquido iônico através de decantação, destilação, evaporação ou centrifugação e o líquido iônico é recuperado. Em etapa 608 o líquido iônico é reciclado e misturado com solvente orgânico adicional, líquido iônico e areias de petróleo para conseguir separação de três fases. A água pode ser condensada, reciclada e misturada 10 com a fase de fundo em etapa 609 para separar líquido iônico adicional de areia e argila.

O processo exemplar para recuperar betume de areias de petróleo ilustrado em Figura 6 pode também ser usado para separar outro material particulado incluindo, mas não limitado aos seguintes: areias de 15 petróleo, fluido de perfuração contendo cortes de perfuração, areia contendo petróleo cru, areia de praia contaminada com petróleo, sedimento de petróleo, qualquer areia, terra, rocha, lodo, argila ou outro particulado sólido contendo hidrocarboneto ou qualquer hidrocarboneto contido dentro de areia, terra, rocha, lodo, argila ou outro particulado sólido. O líquido iônico, água e 20 opcionalmente solvente orgânico podem ser misturados com ou de outra forma colocados em contato com material particulado para separar ou dissociar o hidrocarboneto do particulado sólido e recuperar o hidrocarboneto como descrito acima.

Um ou mais líquidos iônicos análogos aqui descritos também 25 podem ser misturados com ou de outra forma colocados em contato com material particulado compreendendo pelo menos um hidrocarboneto e pelo menos um particulado sólido para efetuar separação do hidrocarboneto do particulado sólido. Quando contatado com líquidos iônicos análogos, o hidrocarboneto separa ou dissocia do particulado sólido. Esta separação é promovida pela presença de um solvente orgânico, particularmente se o hidrocarboneto a ser separado é altamente viscoso. Os exemplos de tais hidrocarbonetos viscosos são betume e alcatrão. O material particulado pode incluir, mas não é limitado aos seguintes: areias de petróleo, fluido de 5 perfuração contendo cortes de perfuração, material de tanque de resíduos, areia contendo petróleo cru, areia de praia contaminada com petróleo, sedimento de petróleo, qualquer areia, terra, rocha, lodo, argila ou outro particulado sólido contendo hidrocarboneto ou qualquer hidrocarboneto contido dentro de areia, terra, rocha, lodo, argila ou outro particulado sólido. 10 Os líquidos iônicos análogos aqui descritos incluem pelo

menos dois componentes. Os líquidos iônicos análogos tem temperaturas de fusão que são significativamente menores do que a temperatura de fusão dos componentes que completam os líquidos iônicos análogos. Os líquidos iônicos análogos podem incluir, mas não são limitados a pelo menos dois 15 componentes selecionados dentre os seguintes componentes: sais de tetralquil amônio, uréia, ácidos carboxílicos, glicerol, sais de metal, água, frutose, sacarose, glicose, sais de halogeneto orgânico, e doadores de ligação de hidrogênio orgânicos.

Os doadores de ligação de hidrogênio orgânico podem incluir,

mas não são limitados a glicerol, etileno glicol ou trietileno glicol.

Em uma forma de realização exemplar, o líquido iônico análogo inclui cloreto de colina e uréia. Em outra forma de realização exemplar, o líquido iônico análogo inclui uréia e cloreto de colina presentes em uma relação molar de 2:1 uréia para cloreto de colina.

Em ainda outra forma de realização exemplar, o liquido iônico análogo inclui uma solução concentrada de cloreto de colina em água. Em ainda outra forma de realização exemplar, o líquido iônico análogo inclui uma 5 mistura a 80% de cloreto de colina com 20% água, em peso.

O líquido iônico análogo aqui descrito pode ser usado em vez de ou em combinação com os líquidos iônicos aqui descritos em qualquer um dos sistemas exemplares ou processos descritos com relação às figuras 1-6. O líquido iônico análogo também pode ser usado para separar outro material particulado incluindo, mas não limitado aos seguintes: areias de petróleo, fluido de perfuração contendo cortes de perfuração, material de tanque de resíduos, areia contendo petróleo cru, areia de praia contaminada com petróleo, sedimento de petróleo, qualquer areia, terra, rocha, lodo, argila ou outro particulado sólido contendo hidrocarboneto ou qualquer hidrocarboneto contido dentro de areia, terra, rocha, lodo, argila ou outro particulado sólido. O líquido iônico análogo, água e opcionalmente solvente orgânico também podem ser misturados com ou de outra forma colocados em contato com o material particulado para separar ou dissociar um ou mais hidrocarbonetos de particulado sólido para recuperação, como descrito com relação às figuras 1- 6.

EXEMPLOS

Os seguintes exemplos são providos para ilustrar os métodos exemplares para recuperar hidrocarbonetos a partir de material particulado como descrito aqui. Os exemplos não são destinados a limitar o escopo da presente descrição e eles não devem ser assim interpretado.

Nos exemplos 1-5 e exemplo comparativo 1, areias de petróleo canadense de grau médio, compreendendo 10 % em peso de betume foram adquiridas do Alberta Research Council e usadas em experimentos de separação descritos abaixo. Exemplo I

O líquido iônico borotetrafluoreto de l-butil-2,3-dimetilimidazólio foi misturado com areias de petróleo a 50°C. Foram formadas três fases. A fase de topo consistia de betume. A fase de meio consistia de 5 borotetrafluoreto de l-butil-2,3-dimetil-imidazólio, minerais em suspensão e betume. A fase de fundo consistia de uma suspensão de borotetrafluoreto de l-butil-2,3-dimetil-imidazólio, areia e argila.

Figura 7 ilustra o sistema de três fases formado de misturar borotetrafluoreto de l-butil-2,3-dimetil-imidazólio com areias de petróleo a 10 5O0C. É um resultado surpreendente e inesperado que um líquido iônico altamente polar que é imiscível com hidrocarbonetos não polares, tais como betume, tolueno e nafta seria adequado para separar betume de areia. E também inesperado que borotetrafluoreto de l-butil~2,3-dimetil-imidazólio separaria betume de areia em uma temperatura baixa de 50°C ou menos. Foi 15 também observado que uma mistura de duas fases incluindo uma camada de topo viscosa e camada de fundo é formada quando quantidades relativamente pequenas de líquido iônico são usadas. A camada de topo viscosa do sistema de duas fases consistia de betume e a camada de fundo consistia de líquido iônico, partículas de mineral em suspensão e betume residual.

Exemplo comparativo 1

O líquido iônico trifluoro-metanossulfonato de l-butil-3-metil imidazólio foi misturado com areias de petróleo. O líquido iônico não separou betume das areias de petróleo, mas ao invés disso resultou na formação de bolas negras aglomeradas esféricas de minerais incrustados com betume 25 ilustrado em Figura 8. No entanto, como ilustrado em Exemplos 2-5, quando um solvente orgânico é adicionado em combinação com trifluorometanossulfonato de l-butil-3-metil imidazólio uma separação limpa de betume a partir das areias de petróleo é inesperadamente conseguida.

Exemplo 2 Uma composição de 50 % em peso do líquido iônico borotetrafluoreto de l-butil-2,3-dimetil-imidazólio, 33,3 % em peso de tolueno e 16,7 % em peso de areias de petróleo foi misturada em temperaturas entre 50°C e 60°C. Um sistema de três fases foi formado e uma separação 5 limpa de betume a partir das areias de petróleo foi inesperadamente conseguida. A fase de topo consistia de tolueno e betume. A fase de meio consistia de borotetrafluoreto de l-butil-2,3-dimetil-imidazólio com pequenas quantidades de partículas dissolvidas e/ou em suspensão de betume e finos de minerais. A fase de fundo consistia de borotetrafluoreto de l-butil-2,3- 10 dimetil-imidazólio com areia e argila em suspensão. Figura 9 ilustra o sistema de três fases (no frasco à direita) formado de misturar 50 % em peso de borotetrafluoreto de l-butil-2,3-dimetil-imidazólio, 33,3 % em peso de tolueno e 16,7 % em peso de areias de petróleo.

A fase de topo foi removida usando uma pipeta. O tolueno foi 15 evaporado da fase de topo. Em evaporação do tolueno da fase de topo, uma quantidade residual de borotetrafluoreto de l-butil-2,3-dimetil-imidazólio que foi arrastada durante o processo de separação permaneceu no frasco abaixo da fase de betume. Tolueno foi adicionado ao frasco contendo o borotetrafluoreto de l-butil-2,3-dimetil-imidazólio e betume e a fase de 20 tolueno/betume resultante foi decantada. Devido à sua elevada viscosidade, o borotetrafluoreto de l-butil-2,3-dimetil-imidazólio permaneceu no fundo do frasco enquanto derramando a fase de tolueno/betume em um novo frasco para conseguir uma separação limpa. O betume foi recuperado após evaporar o tolueno. O betume recuperado compreendeu cerca de 12-13 % em peso das 25 areias de petróleo originais. O borotetrafluoreto de l-butil-2,3-dimetilimidazólio na fase de meio foi separado da areia e argila adicionando água à fase de meio e filtrando. A água é facilmente removida da solução de líquido iônico/água por evaporação ou qualquer outro método padrão de separação líquido-líquido. Exemplo 3 Uma composição de 50 % em peso do líquido iônico trifluorometanossulfonato de l-butil-2,3-dimetil-imidazólio, 33,3 % em peso de tolueno e 16,7 % em peso de areias de petróleo foi misturada em temperaturas entre 50°C e 60°C. Um sistema de três fases foi formado e uma separação limpa de betume a partir das areias de petróleo foi inesperadamente conseguida. A fase de topo consistia de tolueno e betume. A fase de meio consistia de trifluoro- metanossulfonato de l-butil-2,3-dimetil-imidazólio com pequenas quantidades de partículas dissolvidas e/ou em suspensão de betume e finos de minerais. A fase de fundo consistia de trifluoro-metanossulfonato de l-butil-2,3-dimetil-imidazólio com areia e argila em suspensão. Figura 9 ilustra o sistema de três fases (no frasco de meio) formado de misturar 50 % em peso do líquido iônico trifluoro-metanossulfonato de l-butil-2,3-dimetilimidazólio, 33,3 % em peso de tolueno e 16,7 % em peso de areias de petróleo.

A fase de topo foi removida usando uma pipeta. O tolueno foi evaporado da fase de topo. Em evaporação do tolueno da fase de topo, uma quantidade residual de trifluoro-metanossulfonato de l-butil-2,3-dimetilimidazólio que foi arrastada durante o processo de separação permaneceu no frasco abaixo do betume fase. Tolueno foi adicionado ao frasco contendo o trifluoro-metanossulfonato de l-butil-2,3-dimetil-imidazólio e betume e a fase de tolueno/betume resultante foi decantada. Devido à sua elevada viscosidade, o trifluoro-metanossulfonato de l-butil-2,3-dimetil-imidazólio permaneceu no fundo do frasco enquanto derramando a fase de tolueno/betume em um novo frasco para conseguir uma separação limpa. O betume foi recuperado após evaporar o tolueno. O betume recuperado compreendeu cerca de 12-13 % em peso das areias de petróleo originais. O trifluoro-metanossulfonato de 1-butil2,3-dimetil-imidazólio na fase de meio foi separado da areia e argila adicionando água à fase de meio e filtrando. A água é facilmente removida da solução de líquido iônico/água por evaporação ou qualquer outro método padrão de separação líquido-líquido.

Exemplo 4

Uma composição de 50 % em peso de líquido iônico trifluorometanossulfonato de l-butil-3-metil-imidazólio, 33,3 % em peso de tolueno e 16,7 % em peso de areias de petróleo foi misturadas em temperaturas entre 50°C e 60°C. Um sistema de três fases foi formado e uma separação limpa de betume a partir das areias de petróleo foi inesperadamente conseguida. A fase de topo consistia de tolueno e betume. A fase de meio consistia de trifluorometanossulfonato de l-butil-3-metil-imidazólio com pequenas quantidades de partículas dissolvidas e/ou em suspensão de betume e finos de minerais. A fase de fundo consistia de trifluorometanossulfonato de l-butil-3-metil-imidazólio com areia e argila em suspensão. Figura 9 ilustra o sistema de três fases (no frasco à esquerda) formado de misturar 50 % em peso do líquido iônico trifluorometanossulfonato de l-butil-3-metilimidazólio, 33,3 % em peso de tolueno e 16,7 % em peso de areias de petróleo.

A fase de topo foi removida usando uma pipeta. O tolueno foi evaporado da fase de topo. Em evaporação do tolueno da fase de topo, uma quantidade residual de trifluorometanossulfonato de l-butil-3-metilimidazólio que foi arrastada durante o processo de separação permaneceu no frasco abaixo da fase de betume. Tolueno foi adicionado ao frasco contendo trifluorometanossulfonato de l-butil-3-metil-imidazólio e betume e a fase de tolueno/betume resultante foi decantada. Devido à sua elevada viscosidade, o trifluorometanossulfonato de l-butil-3-metil-imidazólio permaneceu no fundo do frasco enquanto derramando uma fase de tolueno/betume em um novo frasco para conseguir uma separação limpa. O betume foi recuperado após evaporar o tolueno. O betume recuperado compreendeu cerca de 12-13 % em peso das areias de petróleo originais. O trifluorometanossulfonato de 1-butil3-metil-imidazólio na fase de meio foi separado da areia e argila adicionando água à fase de meio e filtrando. A água é facilmente removida da solução de líquido iônico/água por evaporação ou qualquer outro método padrão de separação líquido-líquido.

Figura 10 ilustra espectros infravermelhos de areias de petróleo canadense de grau médio e partes de componente das mesmas antes e após separação de betume. Em evaporação da segunda adição de tolueno em Exemplos 2-4, a amostra de areias de petróleo originais, o betume recuperado e a areia/argila separada foram analisadas usando espectrometria de infravermelho. Bandas devido a grupos metileno e metila próximos a 1450 cm'1 e 1370 cm'1 são proeminentes no espectro do betume, e parecem com intensidade muito fraca no espectro das areias de petróleo. As bandas de mineral (predominantemente quartzo e argila) próximo a 1100 cm'1, 800 cm'1 e 500 cm'1 absorvem muito fortemente nas bandas infravermelho e de máscara devido a grupos orgânicos. No entanto, esses modos de absorção de hidrocarboneto são essencialmente não detectáveis no espectro da mistura de areia/argila recuperada da fase de fundo, mesmo em espectros expandidos em escala. Similarmente, as bandas de mineral são ausentes do espectro do betume. Isso é mais facilmente visto examinando a extremidade à direita dos gráficos, próximo a 500 cm"1. Isso demonstra que o betume foi separado das areias de petróleo sem carregar partículas finas, ao contrário dos processos com água quente ou aquecida presentemente usados na técnica anterior. Em Exemplos 1-4, um rendimento de betume em excesso de 90 % foi alcançado. Exemplo 5

A composição de 50% em peso do líquido iônico borotetrafluoreto de l-butil-2,3-dimetil-imidazólio, 33,3 % em peso de tolueno e 16,7 % em peso de areias de petróleo foi misturada em temperaturas de 25°C. Um sistema de três fases foi formado e uma separação limpa de betume a partir das areias de petróleo foi inesperadamente conseguida. A fase de topo consistia de tolueno e betume. A fase de meio consistia de borotetrafluoreto de l-butil-2,3-dimetil-imidazólio com pequenas quantidades de partículas dissolvidas e/ou em suspensão de betume e finos de minerais. A fase de fundo consistia de borotetrafluoreto de l-butil-2,3-dimetil-imidazólio com areia e argila em suspensão.

A fase de topo foi removida usando uma pipeta. O tolueno foi evaporado da fase de topo. Em evaporação do tolueno da fase de topo, uma quantidade residual de borotetrafluoreto de l-butil-2,3-dimetil-imidazólio que foi arrastada durante o processo de separação permaneceu no frasco abaixo da fase de betume. Tolueno foi adicionado ao frasco contendo o borotetrafluoreto de l-butil-2,3-dimetil-imidazólio e betume e a fase de tolueno/betume resultante foi decantada. Devido à sua elevada viscosidade, o borotetrafluoreto de l-butil-2,3-dimetil-imidazólio permaneceu no fundo do frasco enquanto derramando uma fase de tolueno/betume em um novo frasco para conseguir uma separação limpa. O betume foi recuperado após evaporar o tolueno. O betume recuperado compreendeu cerca de 12-13 % em peso das areias de petróleo originais. O borotetrafluoreto de l-butil-2,3-dimetilimidazólio na fase de meio foi separado da areia e argila adicionando água à fase de meio e filtrando. A água é facilmente removida do solução de líquido iônico/água por evaporação ou qualquer outro método padrão de separação líquido-líquido.

Exemplos 1-5 envolvem a separação de betume a partir das areias de petróleo de grau médio. Finos de minerais não detectáveis foram recuperados com o betume em Exemplos 1-5. Betume em carga de alimentação de areia de petróleo de grau baixo é mais difícil de recuperar livre de finos de minerais. Os processos de separação de água aquecida de técnica anterior deixam uma significante quantidade de finos de minerais no betume separado e recuperado, que conduz a subsequentes problemas de processamento e reduz a viabilidade econômica do processo. A separação e recuperação de betume com o uso dos sistemas exemplares, métodos e líquidos iônicos aqui descritos deixaram nenhuns finos de minerais detectáveis em temperaturas de separação abaixo de 100°C, preferivelmente abaixo de 50°C e mais preferivelmente em temperaturas de 25°C e inferiores. Exemplo 6

Exemplos 1-5 foram também conduzidos em razões de mistura de 25 % em peso de líquido iônico, 50 % em peso de solvente orgânico e 25 % em peso de areias de petróleo de grau baixo em uma temperatura de 25°C e inferior. Uma separação de três fases de areias de petróleo de baixo grau e rendimentos de betume em excesso de 90 % foram inesperadamente alcançados.

Figura 11 ilustra os espectros infravermelhos de areias de petróleo de grau baixo e areias de petróleo de grau médio após separação de betume a 25°C usando a razão de mistura de Exemplo 6. Bandas de absorção de infravermelho fortes devido a minerais próximos de 1000 cm'1 não podem ser detectadas nos espectros de areias de petróleo de baixo grau ou nos espectros de areias de petróleo de grau médio. Foi surpreendentemente verificado que areias de petróleo de grau baixo podem ser separadas para produzir betume livre de finos de minerais em temperaturas baixas (por exemplo, 25°C e inferior) usando os sistemas, métodos e líquidos iônicos aqui descritos.

Em Exemplos 1-6, uma separação de betume de areias de petróleo tanto de grau médio como de grau baixo foi alcançada sem o uso de água na etapa de separação primária. Um pouco de água foi usado em Exemplos 1-6 para remover líquido iônico de areia, mas como descrito aqui, a água pode ser separada e reciclada através do sistema com substancialmente nenhuma perda. Em algumas circunstâncias, o material particulado incluindo hidrocarbonetos e particulado sólido é misturado com quantidades significantes de água para transportar ou bombear o material particulado. Por exemplo, em algumas operações de mineração de areias de petróleo, água é usada para transportar a mistura como suspensão para uma planta de processamento. Com o uso dos sistemas, métodos e composições aqui descritos a água não precisa ser removida antes da separação de hidrocarboneto do particulado sólido.

Exemplos 7-8 são providos para ilustrar métodos exemplares para recuperar betume de areias de petróleos canadenses de grau baixo e grau médio com o uso de água na etapa de separação primária. Os exemplos não são destinados a limitar o escopo da presente descrição e eles não devem assim ser interpretados.

Exemplo 7

Uma composição de separação de 50 % em peso do líquido iônico borotetrafluoreto de 1 -butil -2,3 -dimetil-imidazólio e 50 % em peso de água foi criada. 2 gramas da composição de separação e 3 gramas de 15 tolueno foram misturados respectivamente com 1 grama de areias de petróleo de grau baixo e 1 grama de areias de petróleo de grau médio em dois experimentos separados em uma temperatura de 25°C. A composição de separação criou um sistema de três fases quando misturado com areias de petróleo de grau baixo e areias de petróleo de grau médio.

Figura 12 ilustra sistemas de três fases exemplares formados

de misturar a composição de separação de Exemplo 7 e tolueno com areias de petróleo de baixo grau e grau médio. O frasco à esquerda na Figura 12 ilustra um sistema de três fases formado de separar areias de petróleo de grau baixo e o frasco à direita ilustra um sistema de três fases formado de separar areias de 25 petróleo de grau médio. A fase de fundo 706 dos frascos contém uma suspensão de líquido iônico, água e areia. A fase de meio 704 dos frascos contém líquido iônico, água e pequenas quantidades de finos de minerais. A fase de topo 702 dos frascos contém uma camada orgânica escura de betume dissolvida em tolueno. A fase de topo dos frascos foi separada usando uma pipeta. Tolueno foi então evaporado do betume na fase de topo em um forno a vácuo. Um rendimento de 3,6 % de betume foi conseguido em areia de petróleo de baixo grau usando a composição de separação de Exemplo 7. Um rendimento de 14,6 % de betume foi conseguido em areia de petróleo de médio grau usando a composição de separação de Exemplo 7.

Exemplo 8

Uma composição de separação de 25 % em peso do líquido iônico borotetrafluoreto de l-butil-2,3-dimetil-imidazólio e 75 % em peso de água foi criada.. 2 gramas da composição de separação foram misturados com 3 gramas de tolueno e 1 grama de areias de petróleo de grau baixo em uma temperatura de 25°C. A composição de separação criou um sistema de três fases quando misturado com areias de petróleo de grau baixo. A fase de fundo continha uma suspensão de líquido iônico, água e areia. A fase de meio continha líquido iônico, água e pequenas quantidades de finos de minerais. A fase de topo continha uma camada orgânica escura de betume dissolvida em tolueno. A fase de topo foi separada usando uma pipeta. Tolueno foi então evaporado do betume na fase de topo em um forno a vácuo. Um rendimento de 5,1 % de betume foi conseguido em areia de petróleo de baixo grau usando a composição de separação de Exemplo 8.

Figura 13 ilustra os espectros infravermelhos de betume e areia residual extraídos obtidos na separação de areias de petróleo de grau baixo usando a composição de separação de Exemplo 8. Foi surpreendentemente verificado que bandas de betume entre 2800 cm'1 e 3000 cm'1 estão ausentes no espectro dos materiais residuais e bandas de mineral entre 1000 cm'1 e 800 cm'1 estão ausentes no espectro de betume. Portanto, uma separação limpa de areias de petróleo de grau baixo sem areia residual em betume separado e sem betume residual em areia separada foi conseguida.

As areias de petróleo canadense que foram separadas em Exemplos 1-8 foram amostras não consolidadas de areias de petróleo. Areias de petróleo de Utah são formações de tipo rocha consolidada que não podem ser processadas diretamente com os processos de água aquecida de técnica anterior presentemente usados para areias de petróleo não consolidadas. Exemplo 9 é provido para ilustrar a efetividade dos sistemas, métodos e 5 composições aqui descritos em separar areias de petróleo de Utah consolidadas. O exemplo não é destinado a limitar o escopo da presente descrição e não deve ser assim interpretado.

Exemplo 9

Uma composição de 33,3 % em peso do líquido iônico borotetrafluoreto de l-butil-2,3-dimetil-imidazólio, 50,0 % em peso de tolueno e 16,7 % em peso de areias de petróleo de Utah consolidadas foi misturada em temperaturas de 25°C. Um sistema de três fases foi formado e uma separação limpa de betume a partir das areias de petróleo foi inesperadamente conseguida. A fase de topo consistia de tolueno e betume. A fase de meio consistia de borotetrafluoreto de l-butil-2,3-dimetil-imidazólio com pequenas quantidades de partículas dissolvidas e/ou em suspensão de betume e finos de minerais. A fase de fundo consistia de borotetrafluoreto de l-butil-2,3-dimetil-imidazólio com areia e argila em suspensão. A fase de topo foi removida usando uma pipeta. O tolueno foi evaporado da fase de topo. O betume foi recuperado após evaporar o tolueno. Um rendimento de mais do que 90 % de betume da amostra original de areias de petróleo foi obtido sem finos de minerais detectáveis no betume.

Exemplo 10

Nesse exemplo, o líquido iônico borotetrafluoreto de 1-butil25 2,3-dimetil-imidazólio, e tolueno foram usados para separar petróleo de areia em uma amostra de areia contaminada. O líquido iônico borotetrafluoreto de l-butil-2,3-dimetil-imidazólio, o tolueno e a amostra de areia contaminada foram misturados nas proporções 1:2:3 por peso em 25°C para conseguir a separação de três fases. Outras proporções podem também ser usadas para conseguir separação de três fases. Figura 14 ilustra um sistema de três fases exemplar formado de misturar líquido iônico (por exemplo, borotetrafluoreto de l-butil-2,3- dimetil-imidazólio), solvente orgânico (por exemplo, tolueno) e areia contaminada de acordo com Exemplo 10. A fase de topo 802 continha petróleo e tolueno. A fase de meio 804 continha líquido iônico, montagens residuais de petróleo e finos de minerais. A fase de fundo 806 continha líquido iônico e areia.

As três fases são facilmente separadas no laboratório usando uma pipeta como descrito nos exemplos anteriores. Qualquer arrastamento descuidado de uma fase em outra pode ser minorado lavando a fase com água ou um solvente não polar (por exemplo, tolueno) dependendo da fase que requer purificação. O tolueno é prontamente removido da fase de topo através de destilação. É importante notar que a fase de topo contendo petróleo e tolueno não continha finos de minerais detectáveis. O líquido iônico na fase de fundo foi removido lavando com água. A areia na fase de fundo não continha contaminação detectável de tolueno ou petróleo depois que o líquido iônico foi removido.

Exemplo 11

Nesse exemplo, líquido iônico borotetrafluoreto de l-butil-2,3- dimetil-imidazólio, e tolueno foram usados para separar petróleo de cortes de perfuração em uma amostra de cortes contaminados de perfuração. O líquido iônico borotetrafluoreto de l-butil-2,3-dimetil-imidazólio, o tolueno e os cortes contaminados de perfuração foram misturados a 25°C para conseguir separação de três fases. A fase de topo continha petróleo e tolueno. A fase de meio continha líquido iônico, montagens residuais de petróleo, finos de minerais residuais e cortes de perfuração residuais. A fase de fundo continha líquido iônico e cortes de perfuração.

As três fases são prontamente separadas no laboratório usando uma pipeta como descrito nos exemplos anteriores. Qualquer arrastamento descuidado de uma fase em outra pode ser minorado lavando a fase com água ou um solvente não polar (por exemplo, tolueno) dependendo da fase. O tolueno na fase de topo é removido através de destilação. O líquido iônico na fase de fundo foi removido lavando com água.

Figura 15 ilustra espectros infravermelhos dos cortes de perfuração contaminados originais, petróleo após separação e material após remoção de petróleo no exemplo 11. O espectro dos cortes de perfuração originais é dominado por absorção de silicato (areia) entre 1000 e 1100 cm'1. Há também uma forte absorção devido a carbonatos próximos a 1450 cm'1, similar àquela observada no espectro de giz. Minerais absorvem radiação infravermelha muito mais fortemente que petróleo, mas apenas modos de absorção fracos entre 2800 e 3000 cm'1 são observados. Um inserto expandido em escala de absorção, que revela as bandas devido ao petróleo no espectro dos cortes de perfuração, é também ilustrado em Figura 15. No entanto, essas absorções estão ausentes do espectro dos materiais residuais após remoção do petróleo. Portanto, os materiais residuais incluindo cortes de perfuração são livres de contaminação de petróleo. Pode também ser visto, a partir do espectro de petróleo, que o petróleo foi recuperado livre de minerais e cortes de perfuração.

Exemplo 12

Neste exemplo, amostras na forma de bolas de alcatrão foram obtidas de uma praia no Golfo do México após o derramamento de petróleo Horizon em águas profundas. As amostras de bolas de alcatrão foram misturadas com várias soluções de separação para efetuar a separação. Uma solução de separação exemplar continha o líquido iônico cloreto de l-etil-3- metil-imidazólio, água e tolueno. Uma solução de separação comparativa incluía água e tolueno apenas. Nas experiências onde líquido iônico e água foram usados na solução de separação, 1 parte em peso de bolas de alcatrão foram misturadas com 2 partes em peso de cloreto de l-etil-3-metilimidazólio e água e 1 parte em peso de tolueno. Ambas as soluções de separação foram misturadas com bolas de alcatrão e agitadas em uma temperatura de 20°C. O grau de separação de fase fortemente dependeu da concentração do fluido iônico cloreto de l-etil-3-metil-imidazólio na solução de separação.

A figura 16 ilustra sistemas multifásicos exemplares e comparativos formados da mistura de soluções de separação com bolas de alcatrão de acordo com o exemplo 12. O frasco mais à esquerda ilustrado na figura 16 é um sistema de quatro fases formado a partir de bolas de alcatrão com a solução de separação comparativa contendo água e tolueno. Os outros três frascos ilustrados na figura 16 são sistemas multifásicos formados a partir de mistura de bolas de alcatrão com solução de separação exemplar contendo % em peso de cloreto de l-etil-3-metil-imidazólio, 50 % em peso de cloreto de l-etil-3-metil-imidazólio e 75% em peso de cloreto de l-etil-3- metil-imidazólio da esquerda para a direita.

O sistema de quatro fases (frasco mais à esquerda da figura 16) formado a partir da mistura de bolas de alcatrão com a solução de separação comparativa incluía uma fase de hidrocarboneto de topo aparecendo mais leve do que a fase de topo em outros sistemas de múltiplas fases. A fase hidrocarboneto de topo mais leve é devido a partículas de areia em suspensão na fase de topo do frasco mais à esquerda. Similarmente, a fase de água do meio do frasco mais à esquerda é de aparência obscura devido à presença de areia na forma de partículas finas. Uma fase branca fina de material separando a fase hidrocarboneto e a fase água também está presente. Um espectro de infravermelho da fase branca fina mostrou que a fase contém algumas proteínas e polissacarídeos potencialmente de algas marinhas e/ou outro material biológico da água do mar.

O sistema de quatro fases exemplar (2o. frasco da esquerda da figura 16) formado a partir da mistura de bolas de alcatrão com solução se separação contendo 15% em peso de cloreto de l-etil-3-metil-imidazólio produziu uma separação melhor. A fase de hidrocarboneto de topo foi muito mais escura do que o frasco mais à esquerda indicando um maior grau de separação de alcatrão. A fase de hidrocarboneto de topo continha uma quantidade pequena de areia. A fase de meio contendo cloreto de l-etil-3- metil-imidazólio e água permanece obscura devido à presença de minerais em suspensão. Permaneceu uma camada branca fina contendo biopolímeros separando a fase de hidrocarboneto de topo da fase do meio contendo cloreto de l-etil-3-metil-imidazólio e água.

O sistema de três fases exemplar (3o. frasco da esquerda e frasco mais à direita da figura 16) formado a partir de mistura de bolas de alcatrão com soluções de separação contendo 50% e 75% em peso de cloreto de l-etil-3-metil-imidazólio produziram uma separação de fase ainda mais pronunciada. A fase de meio do líquido iônico e água nos frascos era límpida e substancialmente isenta de areia. O exame visual da fase de areia de fundo também indica uma separação de fase mais pronunciada substancialmente isenta de alcatrão quando as soluções de separação contendo mais do que ou igual a 50% em peso de cloreto de l-etil-3-metil-imidazólio foram usadas. Além disso, sistemas de três fases (por exemplo, 3o. frasco da esquerda e mais à direita da figura 16) formado a partir da mistura de bolas de alcatrão com soluções de separação contendo mais do que ou igual a 50% em peso de cloreto de l-etil-3-metil-imidazólio não mais continham uma fase de biomaterial separando a fase de hidrocarboneto de topo da fase do meio de líquido iônico e água. A espectroscopia de infravermelho indicou que a fase de areia de fundo não continha alcatrão residual detectável e o alcatrão recuperado da fase de topo continha somente quantidades de traço de minerais. Assim, concentrações maiores de líquido iônico são necessárias para uma separação de fase suficiente no exemplo 12. Figura 17 ilustra areia contaminada com alcatrão antes da separação e livre de areia de contaminação com alcatrão após separação com o uso de um líquido iônico exemplar de acordo com o exemplo 12. A areia não contaminada parece limpa após separação de hidrocarbonetos como alcatrão quando os líquidos iônicos exemplares do exemplo 12 são usados para efetuar a separação.

Exemplo comparativo 2

Neste exemplo, aditivos comparativos e um processo de separação comparativo foram usados para separar betume de areias betuminosas canadenses. As soluções de aditivos contendo 0%, 25%, 50% e 75% em peso de copolímero acrilamida/ acrilato ácido de sódio (poliacrilamida hidrolisada) em água foram preparadas. 2 partes em peso de solução de aditivo foram misturadas com 1 parte em peso de tolueno e 1 parte em peso de areias betuminosas canadenses em temperatura ambiente. Polímeros ou copolímeros de peso molecular elevado como, poliacrilamida hidrolisada, formam géis viscosos, espessos, em concentrações elevadas em solução devido a emaranhados de urdumes. Como mostrado na figura 18, soluções aquosas do copolímero de poliacrilamida não foram exceção.

Figura 18 ilustra sistemas comparativos formados a partir de mistura de areias betuminosas canadenses com soluções de aditivos e tolueno de acordo com o exemplo comparativo 2. As soluções de aditivo contendo 0%, 25%, 50%, e 75% em peso de copolímero acrilamida/ acrilato ácido de sódio (poliacrilamida hidrolisada) em água foram usadas nos frascos na figura 18 da esquerda para a direita, respectivamente. Diferente dos resultados obtidos com líquidos iônicos, segregação em fases facilmente separadas não ocorreu em qualquer concentração. Os copolímeros de poliacrilamida não resultaram no tipo de separações de fase fáceis observadas com líquidos iônicos.

Exemplo comparativo 3 Neste exemplo, aditivos comparativos e um processo de separação comparativo foram usados para separar betume de areias betuminosas canadenses. As soluções de aditivos contendo 0%, 25%, 50% e 75% em peso de ácido poliacrílico em água foram preparadas. 2 partes em peso de solução de aditivo foram misturadas com 1 parte em peso de tolueno e 1 parte em peso de areias betuminosas canadenses em temperatura ambiente.

Figura 19 ilustra sistemas comparativos formados a partir de mistura de areias betuminosas canadenses com soluções de aditivos e tolueno de acordo com o exemplo comparativo 3. As soluções de aditivo contendo 0%, 25%, 50%, e 75% em peso de ácido poliacrílico em água foram usadas nos frascos na figura 19 da esquerda para a direita, respectivamente. Conglomerações de gel polímero foram observadas nos lados dos frascos. Diferente dos resultados obtidos com líquidos iônicos, segregação em fases facilmente separadas não ocorreu em qualquer concentração.

Exemplo comparativo 4

Neste exemplo, um aditivo comparativo e um processo de separação foram usados para separar betume de areias betuminosas canadenses. Uma solução de aditivos contendo 75% em peso de ácido cítrico em água foi preparada. 2 partes em peso de solução de aditivo foram misturadas com 1 parte em peso de tolueno e 1 parte em peso de areias betuminosas canadenses em temperatura ambiente.

Figura 20 ilustra um sistema comparativo formado a partir de mistura de areias betuminosas canadenses com uma solução de aditivo e tolueno, de acordo com o exemplo comparativo 3. O frasco à esquerda mostrado na figura 20 ilustra a solução de aditivo contendo 75% em peso de ácido cítrico em água. As soluções aquosas concentradas de aditivos de baixo peso molecular como ácido cítrico não gelificam do mesmo modo que polímeros, mas em concentrações elevadas, o ácido cítrico não dissolve completamente em água. O frasco à direita na figura 20 ilustra o sistema formado a partir da mistura de 2 partes em peso de solução de aditivo (contendo 75% em peso de ácido cítrico em água) com 1 parte em peso de tolueno e 1 parte em peso de areias betuminosas canadenses em temperatura ambiente. Concentrações elevadas de ácido cítrico (acima de ou igual a 25% em peso em água) não resultam no tipo de separações fáceis observadas com o uso de soluções concentradas de líquido iônico.

Em baixas concentrações (partes por milhão), ácido cítrico, poliacrilamida e outros aditivos descritos aqui auxiliam a separação por seqüestro de íons presentes em areias betuminosas que atuam para fixar os finos minerais ao betume. As separações de fase surpreendentes observadas quando usando soluções de separação de líquidos iônicos concentrados descritos aqui são facilitadas por uma redução significante em adesão entre sílica (areia) ou outras partículas de mineral e o hidrocarboneto a ser separado.

Exemplo 13

Neste exemplo, um líquido iônico de cloreto de colina e uréia foi preparado por mistura de uréia e cloreto de colina na relação em peso de 1,2 a 1,4, respectivamente (relação molar 2:1). Esta mistura de pós foi colocada em um frasco e aquecida a cerca de 80°C, quando então um líquido foi formado. Ao resfriar em temperatura ambiente, a mistura permaneceu um líquido, mas era muito viscosa. O líquido (1 parte em peso) foi misturado com areias betuminosas canadenses (1 parte em peso) e tolueno 91 parte em peso) e agitado em um frasco de laboratório em temperatura ambiente. Apesar de um grau de separação de fase ocorrer após alguns minutos, com uma fase de hidrocarboneto de topo presente no frasco, uma separação em fases facilmente distinguíveis não foi obtida sob estas condições.

Figura 21 ilustra um sistema multifásico exemplar formado a partir da mistura de areias betuminosas canadenses com um líquido iônico análogo exemplar de acordo com o exemplo 13. Como mostrado no frasco à direita na figura 21, o frasco aparece quase uniformemente preto devido à natureza viscosa do líquido iônico análogo. A alta viscosidade impediu a separação sob a ação de diferenças de densidade e gravidade apenas. Uma separação foi obtida após centrifugação. Alternativamente, quando uma mistura do líquido iônico análogo exemplar do exemplo 13 foi diluída com água (1:1 em peso) para abaixar a viscosidade da mistura, uma separação em três fases foi obtida mostrada no frasco à esquerda da figura 21. Este resultado foi surpreendente, porque, como demonstrado no exemplo comparativo 2, soluções concentradas de outros sais comuns ou materiais em processos de extração correntes não resultam em uma separação.

Exemplo 14

Neste exemplo, um líquido iônico análogo de cloreto de colina e uréia foi preparado por mistura de uréia e cloreto de colina na relação em peso de 1,2 a 1,4 (relação molar 2:1) e diluindo com 0,33 partes em peso de água. O líquido iônico análogo e água foram misturadas com 1 parte em peso de areias betuminosas canadenses e 1 parte em peso de tolueno. A mistura foi agitada durante cerca de 1 min e deixada permanecer durante 15 min.

A figura 22 ilustra um sistema multifásico exemplar formado a partir da mistura de areias betuminosas canadenses com um líquido iônico análogo exemplar de acordo com o exemplo 14. Uma separação parcial em três fases foi obtida sob a ação de diferenças de densidade e gravidade apenas. Para acelerar o processo, a fase de topo e cerca de metade da fase do meio (turva) foi decantada e colocada em um tubo de centrífuga. A fase mineral de fundo junto com a outra metade da fase do meio foi colocada em um segundo tubo de centrífuga. Os líquidos foram centrifugados durante 15 min a 3000 rpm.

Figura 23 ilustra sistemas de três fases exemplares formados a partir da centrifugação de componentes do sistema multifásico exemplar da figura 22. A centrifugação da fase de topo com 1A fase do meio (frasco à esquerda) e a fase de fundo com 1A fase do meio (frasco à direita) resultou em uma separação de três fases pronunciada tendo uma fase de hidrocarboneto de topo, uma fase de líquido iônico análogo com água e uma fase de mineral de fundo mostradas na figura 23. A fase de hidrocarboneto foi removida usando uma pipeta e uma película foi moldada para análise de infravermelho. A fase mineral foi lavada com água para remover qualquer líquido iônico análogo arrastado e uma quantidade pequena da amostra seca foi também analisada por espectroscopia de infravermelho.

A figura 24 ilustra espectros de infravermelho da fase de hidrocarboneto de topo e da fase mineral de fundo dos sistemas de três fases exemplares na figura 23. O espectro da fase de hidrocarboneto de topo mostra bandas de absorção fortes características entre 2800 e 3000 cm'1. Estas absorções estão ausentes no espectro da fase mineral de fundo, indicando que dentro dos limites de detecção da espectroscopia de infravermelho, essencialmente todo o betume foi removido da areia. Similarmente, bandas fortes devido à sílica observada próximo de 1100 cm'1, 800 cm'1 e 500 cm'1 estão ausentes no espectro da fase de hidrocarboneto de topo, indicando que dentro dos limites de detecção de espectroscopia de infravermelho, o betume recuperado não estava contaminado com partículas finas de areia. As bandas fracas próximas de 1030 cm'1 indicam que somente quantidades de traço das partículas finas de argila estão presentes na fase de hidrocarboneto de topo. O teor de cinzas desta amostra foi determinado como sendo de 0,3% em peso. Exemplo 15

Neste exemplo, água usada nos processos de água quente da técnica anterior e armazenados em tanques de material residual é processada com os sistemas, métodos e composições descritos aqui. O processo de extração de água quente atualmente usado para separar betume de areias betuminosas no Canadá gera grandes quantidades de água de processo misturadas com hidrocarbonetos, areia extraída e minerais. Ela é agora armazenada em tanques grandes. A água nestes tanques é contaminada com hidrocarbonetos residuais (por exemplo betume) e os produtos químicos usados no processamento. Ela é tóxica para a vida aquática e tem resultado na 5 morte de um grande número de patos. Areia grosseira rapidamente afunda para o fundo destes tanques, enquanto água e algum betume residual permanecem na superfície do tanque. Uma camada dos restos finos de fluidos e cerca de 6% de contaminação de betume assentam entre estas duas camadas onde água é aprisionada em uma sopa espessa de finos de minerais 10 (principalmente argilas). Os líquidos iônicos e líquidos iônicos análogos aqui descritos também podem ser usados para extrair hidrocarbonetos como betume a partir do material de tanque de resíduos resultando em uma floculação ou assentamento rápido de finos de minerais.

Figura 25 ilustra material de tanque de resíduos antes e após 15 separação com o uso de um líquido iônico exemplar. O recipiente mais à esquerda na figura 25 ilustra uma suspensão diluída mas turva de finos de minerais e sólidos assentados obtidos a partir da camada de líquido de topo em um tambor de líquidos do tanque de resíduos. Os recipientes à direita da figura 25 ilustram a camada de líquido de topo antes (recipiente do meio) e 20 após (recipiente mais à direita) de adição do líquido iônico cloreto de l-etil-3- metil imidazólio. O líquido iônico cloreto de l-etil-3-metil imidazólio foi adicionado como um sólido para obter uma concentração de 50% em peso na camada de líquido de topo (outras concentrações são também efetivas). Quando da agitação, a suspensão se toma límpida em segundos. O líquido 25 ficou amarelo devido à cor amarela e pureza menor (95%) do líquido iônico usado. As partículas de mineral aglomeradas ou floculadas podem ser observadas no fundo do recipiente mais à direita mostrado na figura 25. Os finos de minerais em tanques de resíduos podem levar anos para assentar. Assim, foi surpreendente obter um assentamento tão rapidamente com o uso de líquidos iônicos exemplares. Exemplo 16

Neste exemplo, o material de tanque de resíduos foi processado com o uso de líquidos iônicos análogos. Os líquidos iônicos análogos aqui descritos também podem ser usados para extrair hidrocarbonetos (por exemplo, betume) de material de tanque de resíduos resultando em floculação ou assentamento rápido dos finos de minerais. Uma suspensão diluída mas turva de finos de minerais e sólidos assentados obtidos a partir da camada de líquido de topo em um tambor de líquidos de tanque de resíduos foi usada como material particulado neste exemplo. Um líquido iônico análogo de cloreto de colina e uréia combinados nas proporções de 1,4 a 1,2 em peso foi misturado com o material de tanque de resíduos para produzir uma concentração de 50% em peso de líquido iônico análogo no material de tanque de resíduos. Separadamente, outro líquido iônico análogo exemplar foi formado por mistura do cloreto de colina e material de tanque de resíduos em uma concentração de 80% em peso de cloreto de colina em 20% em peso de água.

Figura 26 ilustra material de tanque de resíduos antes e após separação com o uso de líquidos iônicos análogos exemplares. Este recipiente mais à esquerda de figura 26 ilustra uma suspensão diluída mas turva de finos de minerais e sólidos assentados obtidos a partir da camada de líquido de topo em um tambor de líquidos de tanque de resíduos. O recipiente do meio de figura 26 ilustra o material de tanque de resíduos após mistura com o líquido iônico análogo de acordo com o exemplo 16. O recipiente mais à direita de figura 26 ilustra uma suspensão de tanque de resíduos após adição de suficiente líquido iônico análogo para levar a concentração do líquido iônico análogo a 80% em peso em material de tanque de resíduos.

Todos os recipientes da figura 26 foram agitados para dissolver o líquido iônico análogo. Após ser deixado permanecer durante a noite durante 16 h, as camadas de líquido nos recipientes da figura 26 pareceram límpidas. O material de tanque de resíduos no recipiente mais à esquerda da figura 26 não contendo líquido iônico análogo foi também deixado assentar durante a mesma quantidade de tempo como os recipientes do meio e mais à direita. As partículas de mineral aglomeradas e floculadas podem ser observadas no fundo do recipiente do meio e mais à direita da figura 26.

Exemplo 17

Neste exemplo, material de tanque de resíduos concentrado é processado com o uso de um líquido iônico análogo exemplar. Figura 27 ilustra material de tanque de resíduos concentrado antes e após separação com o uso de um líquido iônico análogo exemplar. O recipiente mais à direita da figura 27 ilustra uma suspensão a 30% em peso de sólidos de minerais nos líquidos do tanque de resíduos. Um líquido iônico análogo de 50% em peso de cloreto de colina e uréia em água foi produzido. O líquido iônico análogo e um solvente orgânico foram misturados com o material de tanque de resíduos durante cerca de 1 minuto e centrifugados a 800 rpm. Com mostrado no recipiente de meio da figura 27, uma separação de fase aguda foi obtida e uma fase de hidrocarboneto de topo e uma fase de mineral de fundo foram formadas. A fase de mineral de fundo foi secada e solvente orgânico foi removido da fase de hidrocarboneto de topo para produzir uma amostra de betume e areia nos recipientes à direita da figura 27. Resultados similares foram obtidos usando líquidos iônicos de imidazólio como cloreto de l-etil-3- metil imidazólio.

Exemplo 18

Neste exemplo, material de tanque de resíduos e areias betuminosas canadenses foram processados com o uso de um líquido iônico análogo exemplar. Um líquido iônico análogo foi produzido misturando 75% em peso de cloreto de colina e uréia em água em uma proporção de 1,4 partes em peso de cloreto de colina e 1,2 partes em peso de uréia. 1 parte em peso de areias betuminosas canadenses foi misturada com o líquido iônico análogo, 2 partes em peso de material de tanque de resíduos e 1 parte em peso de tolueno. Após agitar alguns minutos em temperaturas ambientes (cerca de 20°C), frascos contendo as amostras foram deixados permanecer. A separação de fase ocorreu após um período de cerca de uma hora devido à imiscibilidade e diferenças de densidade do hidrocarboneto e fases de líquido iônico análogo.

Figura 28 ilustra um sistema de três fases exemplar formado de mistura de um líquido iônico análogo exemplar com areias betuminosas canadenses e material de tanque de resíduos de acordo com exemplo 18. As camadas separadas em fase são mostradas em figura 28, que ilustra uma fase de betume de topo, uma fase do meio contendo líquido iônico análogo e água e uma fase de areia de fundo. A fase de areia de fundo não continha betume detectável, e a fase de betume de topo mostrou somente quantidades de traço de argilas, como determinado por espectroscopia de infravermelho. As intensidades das bandas de argila foram equivalentes às de amostras de betume tendo um teor de cinza de 0,3 % em peso.

Exemplo 19

Neste exemplo, areias betuminosas canadenses foram processadas usando líquido iônico análogo exemplar. O líquido iônico análogo foi produzido misturando 80% em peso de cloreto de colina com 20% em peso de água. 1 parte em peso de areias betuminosas canadenses foi misturada com 1 parte em peso de líquido iônico análogo em água e 1 parte em peso de tolueno e agitados em um recipiente em temperatura ambiente. A mistura foi deixada permanecer durante 1 h. Quando da centrifugação a 3000 rpm durante 15 min, uma separação de fase em três fases distintas ocorreu.

Figura 29 ilustra um sistema de três fases exemplar formado de mistura de um líquido iônico análogo exemplar com areias betuminosas canadenses de acordo com exemplo 19. Uma separação em três fases foi obtida. A fase de hidrocarboneto de topo consistia de uma solução de betume em tolueno, com quantidades de traço de argilas. A fase de mineral de fundo continha quantidades detectáveis porém pequenas de betume. A fase do meio consistia de líquido iônico análogo em água.

Figura 30 ilustra um sistema exemplar para recuperar hidrocarbonetos a partir de material particulado com o uso de líquidos iônicos exemplares ou líquidos iônicos análogos de acordo com uma forma de realização. Os líquidos iônicos e líquidos iônicos análogos aqui descritos podem ser usados no sistema ilustrado na figura 30 para separar hidrocarbonetos de material particulado incluindo mas não limitados a areias de petróleo, fluido de perfuração contendo cortes de perfuração, material de tanque de resíduos, areia contendo petróleo bruto, areia de praia contaminada com petróleo, sedimento de petróleo, e qualquer areia, terra, rocha, lodo, argila e outro particulado sólido contendo hidrocarboneto ou qualquer hidrocarboneto contido dentro da areia, terra, rocha, lodo, argila ou outro particulado sólido.

O sistema inclui um vaso de mistura 902 em que uma corrente de alimentação 900 de material particulado, líquido iônico ou líquido iônico análogo e opcionalmente um solvente orgânico, água ou combinações da mesma, são alimentados e misturados. A corrente de alimentação 900 também pode ser dividida em uma ou mais correntes contendo uma ou mais correntes de material particulado, líquido iônico, líquido iônico análogo, solvente orgânico, água ou combinações dos mesmos.

A corrente de alimentação permanece no vaso de mistura 902 por um tempo de residência predeterminado ou médio suficiente para permitir a separação de fase e romper as partículas maiores de minerais/hidrocarbonetos (por exemplo, bolas de areias betuminosas). A separação é acelerada pela aplicação de forças de cisalhamento. Assim, a corrente de alimentação pode ser colocada em forma de suspensão e também ser alimentada através de um misturador de alto cisalhamento 904 para assegurar destacamento dos hidrocarbonetos da areia ou outros minerais.

Um separador de placa inclinado 906 pode ser usado para separar líquido iônico ou líquido iônico análogo, hidrocarbonetos líquidos ou solvente orgânico de particulado sólido como sílica, areia, argila, outros minerais ou frações de perfuração. O separador 906 pode ser uma centrífuga, hidrociclone, câmara de assentamento ou outro separador conhecido na parte para separar particulados de líquidos. Uma corrente de produto particulado sólido 912 pode ser provida para recuperar particulado sólido livre de hidrocarbonetos gerados no separador de placa inclinada 906. O particulado sólido pode ser lavado com água para remover qualquer líquido iônico ou líquido iônico análogo ou solvente orgânico usado durante o processamento. No entanto, porque quantidades pequenas de líquido iônico análogo aqui descritas não são tóxicas, biodegradáveis e realmente suportam o crescimento da planta, a lavagem é opcional quando usando líquido iônico análogo.

Um separador de fase líquida 908 pode ser usado para separar líquidos de processo imiscíveis. Por exemplo, o separador de fase líquida pode ser usado para separar líquido iônico ou líquido iônico análogo do petróleo ou betume ou solvente hidrocarboneto orgânico. O separador de fase liquida 908 pode ser um separador coalescente contínuo ou outra unidade conhecida na arte para separar líquidos. O separador de fase líquida 908 pode simultaneamente permitir a separação de quaisquer finos que foram transportados sobre de outras correntes ou unidades de processo. O separador de fase líquida 908 pode operar em temperatura ambiente (por exemplo, cerca de 20°C). Se necessário, maiores temperaturas podem ser usadas durante a separação. Uma corrente de produto de finos minerais 214 pode ser provida para recuperar quaisquer finos minerais gerados no separador de fase líquida 908. Uma corrente de produto hidrocarboneto 910 pode ser provida para recuperar hidrocarbonetos livres de particulado sólido gerado no separador de fase líquida 908.

Qualquer líquido iônico ou líquido iônico análogo recuperado do separador de fase líquida 908 pode ser reciclado em uma corrente de reciclo 916 e misturado com os componentes da corrente de alimentação adicional 900 no vaso de mistura 902.

Formas de realização exemplares foram descritas aqui acima com relação a sistemas, métodos e composições melhorados para a separação e a recuperação de hidrocarbonetos a partir de material particulado. Os sistemas, métodos e composições aqui descritos requerem significantemente menos água e menos energia para recuperar hidrocarbonetos em processos tais como a recuperação de betume a partir das areias de petróleo. Várias modificações e desvios das formas de realização exemplares descritas ocorrerão aos versados na técnica. O assunto que se destina a estar dentro do espírito dessa descrição é especificado nas seguintes reivindicações.

Claims

1. Método, caracterizado pelo fato de compreender: contatar um material particulado com pelo menos um líquido iônico análogo, em que o material particulado compreende pelo menos um hidrocarboneto e pelo menos um particulado sólido; e permitir o pelo menos um hidrocarboneto dissociar de pelo menos um particulado sólido para formar um sistema multifásico.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de ainda compreender separar o pelo menos um hidrocarboneto do particulado sólido e recuperar o pelo menos um hidrocarboneto.

3. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de ainda compreender recuperar o pelo menos um particulado sólido.

4. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o material particulado compreende contatar o material particulado com o pelo menos um líquido iônico análogo e pelo menos um solvente orgânico.

5. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que contatar o material particulado compreende contatar o material particulado com o pelo menos um líquido iônico análogo e água.

6. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o material particulado compreende contatar o material particulado a uma temperatura de menos do que ou igual a IOO0C.

7. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que contatar o material particulado compreende contatar o material particulado a uma temperatura de menos do que ou igual a 5 O0C.

8. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que separar o pelo menos um hidrocarboneto compreende pelo menos uma etapa de separação selecionada dentre o grupo consistindo de: decantar pelo menos uma porção do sistema multifásico, evaporar pelo menos uma porção do sistema multifásico, destilar pelo menos uma porção do sistema multifásico, centrifugar pelo menos uma porção do sistema multifásico e filtrar pelo menos uma porção do sistema multifásico.

9. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos um hidrocarboneto compreende pelo menos um hidrocarboneto selecionado dentre o grupo consistindo de: betume, petróleo e fluido de perfuração.

10. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos um particulado sólido compreende pelo menos um particulado sólido selecionado dentre o grupo consistindo de: areia, terra, lodo, argila, rocha, minerais e cortes de perfuração.

11. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o pelo menos um líquido iônico análogo é formado de pelo menos dois componentes selecionados dentre o grupo consistindo de: sais de tetraalquil amônio, uréia, ácidos carboxílicos, glicerol, sais de metal, água, frutose, sacarose, glicose, sais de halogeneto orgânicos e doadores de ligação de hidrogênio orgânico.

12. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sistema multifásico compreende três fases.

13. Método de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o pelo menos um solvente orgânico é pelo menos um solvente orgânico selecionado dentre o grupo consistindo de: tolueno, nafta, hexano, querosene e solventes parafínicos.