CN104379701A - 处理沥青质砂的方法和进行这种方法的设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及处理沥青质砂的方法，旨在分离沥青与无机级分。所述方法包括下列步骤：使所述沥青质砂与以液态存在的分离流体在操作温度和操作压力下在容器中接触并混合，所述操作温度小于或等于所述沥青的玻璃化转变温度；随后，分离基本上包含砂的固相和基本上包含所述沥青和所述分离流体的液相；和最后提取包括在所述液相中的所述沥青。

Description

处理沥青质砂的方法和进行这种方法的设备

技术领域

本发明的领域是处理沥青质砂。本发明特别涉及在液体介质中处理沥青质砂的方法，在于分离相(无机物质、烃和水)，使得可能以最大收率回收沥青并因此获得脱烃的干净的砂。本发明还涉及进行这种方法的设备。

发明背景

沥青质砂，也称为焦油砂和油砂，是指由降解为沥青的重质油和砂的混合物组成的烃储备物。通常，平均沥青含量是无机物质的5重量％至20重量％。开采这些储备物的常规方法是在露天矿中提取：挖掘沥青质砂，和然后通过洗涤分离沥青和砂。这些洗涤操作具有高耗水量，尽管进行了大量的水回收操作，这也具有可观的生态影响，由于将废水排放并进行尾矿池中的曝气(lagooning)，意欲在将水释放到环境之前纯化它。使用了已添加氢氧化钠和添加剂的大量热水。这些常规技术提出严重的环境问题。例如，目前对于来自加拿大阿尔伯塔省(Alberta)的沥青提取装置的废水进行大量曝气。在主要是由非政府组织引起的争论之后，这些排放入几平方公里的巨大人工池的废水已经是针对加拿大的第一环境指令的主题(指令074由阿尔伯塔省能源资源节约委员会于2009年2月3日批准)。因此，水资源、废水大量曝气和总体上生物多样性退化的问题对根据常规的露天采矿生产技术开采沥青质砂提出质疑。

已知使用很少水或不使用水的可替代技术。

因此，沥青质砂的低温提取是安大略省(Ontario)伦敦市UWO的研究人员(Welmers等⁽¹⁾)的一项古老研究的主题。使用的技术基于已知物理原理：矿石的沥青级分在低于沥青的玻璃化转变温度(Tg)的温度下变脆。沥青的玻璃化转变温度在-15℃至-40℃，并惯常处于约-20℃。当暴露于其玻璃化转变温度或更低温度时，沥青质砂的沥青级分然后分裂成细颗粒，其随后被回收。通常将该方法称为低温提取。低温提取可以与机械研磨步骤结合。然后通常将该方法称为低温研磨。

Welmers等进行的一种特定的低温研磨技术(A.Welmers,M.A.Bergougnou,G.J.Baker,“Cryogenic recovery of tar from athabasca tarsands”,Canadian Journal of Chemical Engineering,vol.56,pages99–102,1978)来自以下的组合：使用球磨机研磨冷冻的沥青质砂，其中的球刮擦流化栅格的表面，和由流化床产生的摩擦(淘析)，在所述流化床中，将沥青质砂连续引入并用冷却的气态氮流化。冷却通过气态氮与液态氮的热交换得到。Welmers等开发的技术的一个主要缺点是提取结果在性能上的限制，尽管沥青回收率为约90％。具体地，从含有14％沥青和86％无机物质的100吨干沥青质砂中，根据Welmers等的技术仅能够获得21吨富集产物，其依然含有40％无机物质和60％沥青。尽管是沥青富集的，但最终提取产物因此含有一部分无机物质，所述无机物质依然过多而使得该技术无法成为通过洗涤提取的令人满意的替代方案。

已提出其他也基于低温处理和机械处理的组合的低温研磨方法。同样，问题是将沥青质砂的沥青级分减小为细颗粒，以便于促进沥青级分和无机级分之间的分离。

因此专利申请WO 2011/097735描述了低温研磨方法，其包括以下顺序的单元操作：

●根据常规辊磨机技术，在多孔板上通过凝集沥青质砂产生小球；

●通过利用穿过逆流流动的冷气的落差将所述小球冷却并保持在低温，以防止其任何凝集；

●用冷气将所述小球输送至低温研磨器械；

●利用常规技术如球磨机、锤磨机、撞击式磨机等在低温下研磨所述小球；

●通过旋流沉淀、过滤器或静电沉淀器分离细颗粒。

为分离细颗粒的该步骤而描述的一种可能的替代方案是在乙二醇的存在下研磨，所述乙二醇在该方法的温度下依然为液体并且其密度是在沥青和砂之间。然而，无论研磨在干燥状态还是在乙二醇的存在下进行，在该专利申请中描述的技术都在于首先凝集沥青质砂，然后研磨所获得的凝集物，其构成两个单元操作，其目的彼此相反，二者在能源和设备方面都很昂贵。因此该方法的实际优点受到限制。

加拿大专利申请CA 2738011中还描述了另一种低温研磨方法。该方法也旨在通过促进沥青与无机物质的粘合失效而在低温下粉碎沥青质砂的沥青级分。根据该方法还进行了现有技术公知的全部在低温下进行的一系列单元操作。该方法开始于两个研磨步骤，其结束于生成不同尺寸的两种颗粒流的常规筛分：一个细颗粒流和一个粗颗粒流。然后将所述粗颗粒流进行进一步的研磨，其产生补充量的细颗粒，所述补充量的细颗粒添加到细颗粒的主要初始流中。因为后者依然含有大量无机物质，所以直径通常小于5或10μm的该颗粒流进行两个粉末工业惯常采用的机械分离操作，使用锯齿形撞击器和强制涡流分离器，所使用的设备在最后用静电沉淀器补充。

申请WO 2011/097735中公开的方法也是这样，根据CA 2738011的方法是完全的机械过程，其中通过冷气的永久循环保持低温。这种方法的特征在于高度复杂性，其不可避免地是各种故障的来源，因此在实施方面涉及高成本，例如涉及高能耗，和操作可靠性上可能的缺陷。此外，操作干燥和可燃的粉末从工业安全性的角度构成了严重风险。

尽管上述低温研磨技术导致产生相对于初始沥青质砂的富集级分，然而使得无法以相对于原材料的令人满意的物质收率和令人满意的能源效率来提取沥青，并且此外对所处理的沥青质砂的性质非常敏感。事实上，由于与采矿地点和使用的采矿条件有关的待处理的矿源物质的变化，尤其是组成和机械、流变或物化行为上的变化，这些技术具有非常有限的可靠性。

已知其他从沥青质砂中提取沥青级分的基于组合使用溶剂和冷加工的技术。

专利US 3993555描述了一种技术，其结合了使源自露天采矿的沥青质砂与冷却的甲苯接触，使得混合物的温度低于-19℃。这种接触步骤或通过使用混合器-沉降器的级联系统或通过简单的浸出进行。在该操作期间，冷甲苯用于溶解沥青，其使得可能获得下游处理的液体/固体悬浮液，其中所述液体是沥青和甲苯的溶液，并且其中所述固相由砂和冰组成。然后使依然保持在低温下的该悬浮液进行简单离心或在沉降器离心机中处理。将包含沥青和甲苯的所述液相回收，然后再加热并进行常规蒸馏，以便分离沥青和甲苯，沥青留在塔的底部。然后将甲苯送回提取管线的上游，以便再一次与沥青质砂混合。尽管复杂，该方法具有有限的性能，因为根据专利US 3993555，回收率仅为89％。此外，由于使用大量甲苯(其涉及使用的甲苯溶剂/沥青比率是6.5的水平)，该方法的能耗是可观的。此外，它的主要缺点是使用潜在有害和生态毒性的有机溶剂，其极大限制了该方法的优点。

专利US 4498971公开了另一种从沥青质砂中提取沥青的方法，结合了利用溶剂低温研磨来分离沥青和砂。该方法在于将沥青质砂冷却至-60℃的温度(极低的温度，其因此在能源上昂贵)，和使它进行研磨，结合用150μm的网状物筛分生成的固体，然后利用溶剂处理生成的颗粒。一经筛分，研磨的沥青质砂就以分别小于和大于150μm的两种粒径类别的形式存在。这两种类别进行两种不同的处理方法。粒径大于150μm的重质级分与正己烷混合而导致获得沥青，其可能是脱沥青(de-asphalted)的，同时通过过滤分离为沥青质(pitch)。粒径小于150μm的轻质级分本身也与正己烷混合。与沥青质混合的砂产生于沉降器的底部，而液体在所述沉降器的顶部浓缩，有必要过滤所述液体以便分离由“极性烃”和沥青质组成的混合物与由脱沥青的油和正己烷组成的液体。然后将所述脱沥青的油/正己烷液体进行蒸馏，以便回收源自处理所述轻质级分的正己烷溶剂，以完成其再循环。在这些对重质和轻质级分的具体处理的下游，将所述两种脱沥青的沥青级分在管线中混合并进行最后利用第二溶剂(其为正戊烷)进行的脱沥青操作。这样的方法无疑是复杂的：后者方法的全部都是在低温下进行，包括三个脱沥青装置、大型低温研磨机、筛分步骤、和具有至少三个大容量过滤器的过滤步骤，并使用两种必须回收和再循环的链烷烃溶剂。其结果是该方法在财政投资和能源上都非常昂贵，以及该方法关于来自沥青质砂的沥青的碳收率方面的性能不能令人满意。

上述用于从沥青质砂提取沥青的技术并不导致令人满意的结果，无论是在沥青的回收率方面，还是在方法的成本和复杂性方面。

发明概述

因此，似乎依然需要提供克服上述现存技术的缺点的处理沥青质砂的方法。

特别地，本发明旨在提供处理沥青质砂的方法，其容易实施，不需要使用在能源方面昂贵和难以采用的技术，例如利用重质溶剂脱沥青的方法、精细研磨和筛分、或离心。

本发明还旨在满足至少一个下述目的：

●提供使用很少水或不使用水的方法，其不使用氢氧化钠或污染性添加剂，和其使得可以避免曝气；

●提供易于工业化的方法，该方法的开采与所预期的高生产能力和采矿装置的通用操作条件相匹配；

●提供高回收率的方法，其使得可以排放可以在分离后重新并入矿井土壤中的干净的砂；

●提供一种方法，其中施加的压力温和，和低温容易通过简单的操作压力调节来控制；

●提供产生很少废料或不产生废料的方法；

●提供一种方法，其使得易于分离和易于再循环用于从砂中提取沥青的液体溶剂；

●提供使用时不危险的方法，尤其关于所处理的物质的可燃性(溶剂、可燃粉末，等)。

为了实现这些目的中的至少一个，根据第一方面，本发明提出处理沥青质砂的方法，包括下列步骤：

(1)使所述沥青质砂与以液态存在的分离流体在操作温度和操作压力下在容器中接触并混合，所述操作温度低于或等于所述沥青的玻璃化转变温度；

(2)分离基本上包含无机相(尤其砂)的固相和基本上包含所述沥青和所述分离流体的液相；

(3)提取包括在所述液相中的所述沥青。

本发明方法的第一步骤中，使沥青质砂与分离流体接触，所述分离流体的特征在于在操作温度和操作压力下为液体。该第一步骤在低于或等于所述沥青的玻璃化转变温度的操作温度下进行。因此，使沥青质砂与分离流体接触可以将所述沥青质砂冷却至低于或等于所述沥青的玻璃化转变温度的温度。

当暴露于低于或等于其玻璃化转变温度的温度时，沥青质砂可进行两种类型的物理化学作用。一方面，公知沥青的热膨胀系数高于无机物质例如砂或粘土的热膨胀系数。因此沥青质砂的冷却可以导致沥青级分和砂之间的现存粘结力降低。此外，由于沥青变得比砂更脆，然后可以将其分裂成细颗粒，随后可以将其回收。另一方面，公认沥青质砂，尤其是源自加拿大的沥青质砂，可以由被水膜包围的无机物质、特别是砂粒组成，其自身涂布有沥青的薄层。然后沥青质砂的冷却伴随有所述水膜向冰薄层的转化，其可促进剥落现象和所述沥青的释放。

本发明方法的第一步骤还包括混合已经接触的沥青质砂和分离流体。该混合有利地使得可以向沥青质砂传递足够的机械能，以便该能量结合冷却使得可以破碎沥青和无机物质的粘合，并因此分离沥青层和无机物质。该混合还使得可以解凝集可能凝集的沥青质砂颗粒。有利地，该混合提供的机械能还可以使得沥青本身能够崩解，其促进沥青被分离流体夹带。

在本发明的处理方法中，冷却沥青质砂和提供机械能的操作与供应分离流体同时进行。由于其物理化学性质，特别是其溶解能力，所述分离流体使得可以显著改进沥青的回收率。

在优选的实施方式中，所述操作温度为-20℃至-65℃和所述操作压力为5巴至25巴，优选5巴至15巴。所述操作温度和压力可以在本发明处理方法的整个步骤期间保持。

在优选的实施方式中，所述分离流体是二氧化碳。使用二氧化碳(CO₂)作为分离流体是有利的，因为它是以高纯度和极低成本可非常广泛获得的产品。二氧化碳，例如，可获自石油化学平台(例如氨的生产)或精炼平台(例如通过蒸气重整生产氢的装置)，获自天然沉积物或者获自天然气的纯化(例如碳酸盐去除装置)。二氧化碳对于本发明的另一个优点与其热力学性质有关。事实上，当压力大于5.18巴时，二氧化碳可以很容易地以液态使用，但当温度达到-78.5℃时，也可以在大气压力下以固态使用。因此，在实践中，液态二氧化碳可在低温下(＜-20℃)和中等压力下(例如5至18巴)储存和运输。

在一个可替代实施方式中，所述分离流体是属于制冷剂家族的纯化合物或化合物的混合物，所述制冷剂通常称为“氟利昂”并且可以是CFC(氯氟碳)、HCFC(氢氯氟碳)或者HFC(氢氟碳)。HFC在很多国家中依然批准使用，因为它们对平流臭氧层的危害小于CFC或HCFC。

可替代地，所述分离流体可以选自液化石油气(LPG)如丁烷或丙烷，以纯净物或作为混合物使用，并且其可包含一定可变比例的具有等价碳数的烯烃或二烯烃化合物。

在优选的实施方式中，所述分离流体对所述沥青比对所述砂具有更大的亲和力。

在优选的实施方式中，分离液相和固相的步骤(2)是在位于容器的下游的沉降器中进行的重力分离步骤。在这种情况下，所述分离流体选自所述沥青至少部分不溶于其中的液体，并且所述液体的密度大于所述沥青的密度但小于所述砂的密度。所述分离流体的密度大于所述沥青的密度，这一事实有利地使得可以防止所述沥青与所述固相的再混合。

在一个具体实施方式中，当该流体是加压流体时，沥青级分通过蒸发所述分离流体，优选通过膨胀所述流体从上层液相提取。

在一个具体实施方式中，所述上层液相是非均匀的，并且包含含有大部分所述沥青的表面层和含有基本上以液态存在的分离流体的透明液相。然后沥青的提取通过机械撇蒸所述非均匀液相进行。沥青的提取也可以通过在工业设备中实践的用于沥青的初级分离的溢流进行。还可以使用水力旋流方法来进行该提取。

在一个具体实施方式中，所述接触步骤(1)和所述分离步骤(2)使用同一个设备进行，所述设备可以配备有加热和减压装置。

在一个具体实施方式中，所述方法进一步包括优选通过减压和/或加热所述上层液相来回收所述分离流体的步骤。

本发明将通过下述说明书和实施例证实其显而易见的优点，所述说明书和实施例没有隐含的限制。

附图描述

图1是说明本发明的第一个实施方式的图解。

图2是说明本发明的一个可替代实施方式的图解。

图3是说明本发明的另一个实施方式的图解。

图4是说明本发明的另一个实施方式的图解。

图5是说明本发明的另一个实施方式的图解。

发明详述

在下述本发明的说明书和本发明的具体实施例中，参考附图。

本发明处理沥青质砂的方法可以包括预备步骤，所述预备步骤在于通过粗略分选和/或分级来调理沥青质砂。

图1示意性说明了本发明方法的一个实施方式。将例如通过输送机从采矿地点运输，和任选预先脱去其中可能夹带的外来物质的沥青质砂引入容器10，并在后者内与液态二氧化碳溶液混合。该接触操作进行的方式是，所述二氧化碳在所述接触步骤发生的温度和压力条件下保留在液相中。因此混合优选在-15℃至-40℃的温度和中等压力下，优选在约5至25巴进行。在该接触步骤期间施加的温度低于或等于包含在沥青质砂中的沥青的玻璃化转变温度，视为-20℃。这使得无机级分/沥青级分系统的粘结的冷脆化，所述两个级分具有非常不同的热膨胀系数。因此，有利于所述沥青的分离和夹带。

容器10优选配备有使所述沥青质砂与所述液态二氧化碳接触并混合的装置20，以便促进热交换即热传递，和不同级分之间的物质传递。简单的搅拌器，例如螺旋式搅拌器，使得可以提供所需最小的机械能。该接触步骤期间的热交换效率使得可以防止沥青质砂颗粒保持相互结合，并因此限制形成表面/体积比不利于所述液态二氧化碳中沥青的夹带的大型凝集物。使用液态二氧化碳作为分离流体使得可以确保对于沥青砂的良好的冷传递系数。该系数明显大于用冷气将会获得的系数。此外，它使得可以在容易通过简单的压力调节控制的低温下操作。

根据本发明的一个实施方式，容器10是连续流固体/液体接触器，例如搅拌槽，具有例如锥形底，或者带有内螺钉(其也可以是斜轴螺钉)、有或没有导管的槽。然而可以使用其他容器。本领域普通技术人员将特别参考下述出版物中描述的设备：

-Agitation et mélange[Stirring and mixing](搅拌和混合),C.Xuereb,M.Poux,J.Bertrand,DUNOD出版,巴黎2006–ISBN 2100497006，

-Perry’s Chemical Engineers’Handbook(Perry的化学工程师手册),D.Green,R.Perry,Mac Grow Hill,第八版。

所述接触步骤优选具有两分钟至五小时，优选从两分钟至两小时的持续时间。

本发明的方法还包括在所述接触步骤之后的分离步骤，优选重力分离步骤，利用容器10下游的重力沉降器进行(未示出)。所述重力沉降器具有例如两相或三相分离器的形式，例如石油工业中常用的那些。所述沉降器优选配备有加热和减压装置。在一个具体实施方式中，所述接触和沉降功能通过同一个设备，通常是化学工程领域公知的混合器-沉降器来提供。

在所述重力分离步骤的最后，在所述设备底部获得固相40，其上为上层液相70。固相40主要包含不含烃的砂和粘土。几乎均匀的液相70包含：

-液态二氧化碳，

-与无机相分离的沥青，

-源自固化初始存在于所述沥青质砂中的水固化的冰。

然后从液相中提取沥青级分。该步骤在供应有液相70的圆底烧瓶中进行。将所述二氧化碳通过解压缩去除，其使得可以以极好的收率回收沥青。在一个具体实施方式中，将另一个加热设备与减压设备相连。

有利地，由此回收的沥青随后通过石油工业的公知技术进行脱水和脱盐，所述技术位于对将沥青转化为常规质量油必不可少的改进步骤的上游。

图2示出了与图1相似的另一个实施方式。在该实施方式中，在接触步骤之后，非均匀液相80与固相40共存。该液相80包含其中主要存在沥青的上层液相60，而剩余的液相50包含水合的液态二氧化碳。在该实施方式中，上层液相60例如通过机械撇蒸与液体50分离，以便在减压更清的液相50之前回收沥青，旨在回收气态二氧化碳。

读者将容易理解，由图1和2描述的实施方式的不同之处在于，在图2示出的情况下，沥青至少部分不溶于分离流体，而它在图1示出的情况下是完全溶解的。

在本发明所有的实施方式中，优选再循环二氧化碳：将气态二氧化碳在分离沥青之后收集，传送至纯化区，然后再压缩以便成为所述方法中最大含量的再生液体。

在上述实施方式中，使用了液态二氧化碳。然而，可以使用任何其他的分离流体，只要它在操作温度和操作压力下以液态存在，所述操作温度低于或等于所述沥青的玻璃化转变温度。优选地，将选择具有一种或多种下述性质的分离流体：

●所述液体在约-15℃至-40℃为液态。在这些条件下，具有加压液体是有利的，因为它将能够通过简单的解压缩与所述沥青分离并通过再压缩进行再循环；

●所述流体有利地对所述沥青比对所述砂具有更大的亲和力；

●所述流体，当它为加压液态时，具有的密度使得它可以容易地通过重力分离与所述沥青质砂的无机级分分离；

●所述流体有利地是无毒的；

●所述流体有利地具有良好价值，特别是如果它源自邻近所述沥青质砂资源的天然来源；

●所述流体可以有利地在所述方法期间再循环，最小化所述方法的操作环的压降。

制冷剂，例如氟利昂或其他类型的氟碳溶剂，可以用作用于从沥青质砂中分离沥青的流体。

本发明的方法有利地包括有限数量的单元步骤，避免任何总是棘手的对干燥粉末状固体和高强度机械研磨的处理。此外，所提出的方法使得能够使用混合器-沉降器类型的简单装置，其为石油和采矿工业公知并因此更易于工业化。

本发明的方法还具有不采取补给水的优点，因此极大地最小化了现存的废水处理和曝气、以及相关的能耗的问题。

图3、4和5说明了本发明方法的实施方式。这些图尤其示出可以连续操作的工艺的框图，其有利于处理只能通过采矿类型方法改进的大量沥青质砂。

在图3示出的实施方式中，将待处理的沥青质砂101引入进料斗102中。阀103的驱动使得可以将所述沥青质砂引入固体/液体接触器104内。这可以非常具体地是混凝土混合器类型的具有旋转倾斜滚筒的机械搅拌的固体/液体接触器。接触器104由电机105转动。在该接触器104中，使所述沥青质砂与通过管线116引入的分离流体接触并混合。所述沥青质砂/分离流体混合物在管线106中的接触器104的出口处回收，以便引入沉降器分离器107内。该设备使得可以通过溢流分离基本上包含无机物质(尤其砂)的固相、基本上包含所述沥青和所述分离流体的液相和基本上包含气态分离流体的气相。所述固相通过管线108回收。所述液相在管线109中的沉降器分离器107的出口处回收，以便引入液体/气体分离器110内。包含在所述液相中的沥青通过在配备有通过压力调节器111控制的控制阀112的液体/气体分离器110中解压缩获得。沥青通过管线113回收，同时将气态形式的分离流体传送至管线114。沉降器分离器107的气相通过管线121经由通过压力调节器123控制的阀122回收。所述基本上包含气态分离流体的气相与来自管线114、源自液体/气体分离器110的气态形式的分离流体混合。将所述气态形式的分离流体传送至压缩器115的入口，在其出口侧所述分离流体以液态形式回收，其通过管线116重新引入固体/液体接触器104内。

图3示出的该实施方式非常适合于其中所述沥青完全溶解于所述分离流体的情况。

图4示出的实施方式与图3示出的相同，除了沉降器之外。事实上，在图4示出的实施方式中，在接触器104的出口处回收的沥青质砂/分离流体混合物经由管线106引入多相沉降器分离器117内。该设备117使得可以经由溢流分离：

-基本上包含无机物质、尤其砂的固相；

-基本上包含分离流体的第一液相；

-基本上包含沥青和分离流体的第二液相；和

-基本上包含气态分离流体的气相。

所述固相(尤其砂)通过管线108回收。所述第一液相在管线118中的多相沉降器分离器117的出口处回收。然后它利用泵119泵送并经由管线120直接重新引入液体/固体接触器104内。通过水位调节器125控制的阀124使得可以经由管线109回收包含所述沥青和分离流体的所述第二液相，以便引入液体/气体分离器110内。最后，所述气相通过管线121回收，如图3示出的实施方式中描述的那样。

图4示出的该实施方式非常适合于其中所述沥青至少部分不溶于所述分离流体的情况。与图3示出的实施方式相比，由组件118-119-120组成的系统有利地使得可以节省CO₂再压缩能源，和改进沥青的回收率。

在图5示出的实施方式中，将待处理的沥青质砂101引入进料斗102中。阀103的驱动使得可以将所述沥青质砂引入锥形底槽130内。该槽130利用通过电机132旋转的刮擦设备131进行机械搅拌。在该槽130中，使所述沥青质砂与通过管线116引入的液态分离流体接触并混合。此外，该槽130使得可以通过重力分离基本上包含无机物质(尤其砂)的固相和基本上包含所述沥青和所述分离流体的液相。所述固相通过管线133回收。上层液相在管线134中的锥形底槽130的出口处回收，以便引入液体/气体分离器110内。包括在所述液相中的沥青在配备有通过压力调节器111控制的控制阀112的液体/气体分离器110中通过解压缩回收。所述沥青通过管线113回收。气态形式的分离流体通过管线114传送至压缩器115，并且在该压缩器115的出口处所述分离流体以液态形式回收，其通过管线116重新引入固体/液体接触器104内。

图5示出的实施方式与图3和图4示出的实施方式的不同之处仅在于沥青质砂和分离流体之间的接触技术。该接触方法的下游处，可以选择类似于图3或4示出的分离工艺，取决于所述沥青是否至少部分不溶于所述分离流体。在图5示出的情况下，所述沥青完全溶于所述分离流体。

具体实施方式

实施例1：不加入分离流体的低温研磨和筛分的情况

本实施例使得可以证实不加入分离流体的低温研磨和筛分仅仅产生性能受限的处理方法。

使用包含0.4％的水和在干燥之后包含11重量％的沥青和89％的无机物质的沥青质砂。使该沥青质砂的各种样品进行低温研磨和筛分操作。为了实现这些，在-25℃空调室内进行实验，并且进行实验期间使用的所有仪器-研磨机、筛、夹具、刮刀等-都预先用液氮冷却。

使用的研磨机是由Fritsch公司制造的“Pulverisette 14.702”型的旋转撞击型。该研磨机的旋转速度保持在15000rpm。

一进行低温研磨，经研磨和回收的产物就通过堆叠的筛而进行分离，所述筛对应于等于下述值的目径：250μm，160μm，100μm和50μm。

每个测试利用初始重量为156g的干燥沥青质砂进行，由物质的该初始重量使得可以回收五种级分，对应于粒径区间(0-50)，(50-100)，(100-160)，(160-250)和250+μm。

该测试的结果示于表1：

表1

阅读此表表明，低温研磨-筛分方法对获得富集最细粒径级分的某些沥青是值得考虑的，但该富集只能在接受处理依然包含沥青的可观部分原材料时才可以采用。事实上观察到，例如从156吨包含11％沥青的沥青质砂开始，产生24吨粒径为0-100μm并平均包含34.5％沥青(因此比原材料富集)的砂似乎是有利的，但这需要处理132吨包含4.8％沥青的砂。如果终究期望通过该技术继续沥青的分离，将必须预期将富集的级分再循环至新的操作，并且在每一阶段，将必须处理依然包含沥青的可观部分的砂。放大到改进沥青质砂的工业需要时，这样的方法因此很难预期，既由于其沥青收率低，也由于后者的操作困难和高成本。

在试图将该同样的技术应用于另一质量的沥青质砂时(砂只包含5％的沥青和10％的水的情况)，应注意，所观察到的富集细粒径(0-100μm)的级分是更加受限的。

实施例2：根据本发明处理沥青质砂

如下述表2所描述测试了三种包含不同沥青含量的沥青质砂样品：

样品	％沥青	％水	％无机物质
				SB1	12.4	5.5	82.0
SB2	9.1	5.8	85.1
				SB3	5.9	11.3	82.8

表2

该设备是由蓝宝石(耐高压)制成的高度为100mm和内径为25mm的管状池，保持在恒温控制室中。该室通过控制加入和液态CO₂膨胀在低温下调节。

将每种沥青质砂的样品初始沉积在所述池的底部，并且在与其接触时，将具有与所述池的尺寸和形状相容的尺寸和形状的机械搅拌器(未优化)置于垂直旋转轴端。

当所述室的温度达到-40℃时，将液态CO₂注入所述池，从而填满了后者一半的高度。将补给的液态CO₂连续加入该系统，以便补偿可能的损失和保持压力和因此保持温度。然后设置机械搅拌40分钟。

从搅拌开始，观察到初始无色的液态CO₂变成褐色，表明沥青从所述无机物质传送到所述液体。

在该接触和搅拌时间的最后，降低压力并使温度回到环境温度。褐色环保持粘附在管壁，提供烃相已从所述沥青质砂中提取和分离的事实的进一步证明。

留在所述池底部的无机物质的残余烃含量的测量值系统性低于在初始沥青质砂中所测定的。

所得结果示于表3：

样品	估算的沥青提取率
		SB1	12％
SB2	18％
		SB3	26％

表3

所获得的这些提取率可能被低估，特别是由于在所述池中包含的CO₂的排放期间，烃相在砂上不可避免的再沉积。可以合理地假设，利用该优化的方法可获得的提取率可以明显更高。

尽管有这种低估，但观察到，该处理方法，其因此包括同时冷却至低于所述沥青的玻璃化转变温度Tg的温度，向所述系统提供机械能和引入分离流体，使得可以从沥青质砂中提取显著程度的沥青质级分。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.处理包含无机级分和沥青级分的沥青质砂的方法，包括下列步骤：

(1)使所述沥青质砂与以液态存在的分离流体在操作温度和操作压力下在容器中接触并混合，所述操作温度低于或等于所述沥青为-15℃至-40℃的玻璃化转变温度；

(2)分离基本上包含所述无机级分的固相和基本上包含所述沥青和所述分离流体的液相；

(3)提取包括在所述液相中的所述沥青。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述操作温度为-20℃至-65℃和所述操作压力为5巴至25巴。

3.根据前述权利要求任一项所述的方法，其中所述分离流体是二氧化碳。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述分离流体是属于制冷剂家族的纯化合物或化合物的混合物。

5.根据前述权利要求任一项所述的方法，其中所述分离流体对所述沥青比对所述砂具有更大的亲和力。

6.根据前述权利要求任一项所述的方法，其中所述分离所述液相和所述固相的步骤是在沉降器中进行的重力分离步骤。

7.根据权利要求6所述的方法，其中所述分离流体的密度选择为大于所述沥青的密度但小于所述砂的密度。

8.根据前述权利要求任一项所述的方法，其中在所述提取步骤中，包括在所述液相中的所述沥青通过蒸发所述分离流体提取。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述接触步骤在压力下进行，和其中所述提取步骤通过膨胀所述分离流体进行。

10.根据前述权利要求任一项所述的方法，其中在所述分离步骤结束时获得的上层液相是非均匀的，并且包含含有大部分所述沥青的表面层和含有基本上以液态存在的分离流体的透明液相。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述提取步骤通过机械撇蒸进行。

12.根据前述权利要求任一项所述的方法，其中所述接触步骤和所述分离步骤使用相同设备进行。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述设备配备有加热和减压装置。

14.根据前述权利要求任一项所述的方法，进一步包括回收所述分离流体的步骤。

15.根据权利要求14所述的方法，其中所述分离流体通过减压和/或加热所述上层液相回收。

Claims (15)

1.处理包含无机级分和沥青级分的沥青质砂的方法，包括下列步骤：

(1)使所述沥青质砂与以液态存在的分离流体在操作温度和操作压力下在容器中接触并混合，所述操作温度低于或等于所述沥青的玻璃化转变温度；

(2)分离基本上包含所述无机级分的固相和基本上包含所述沥青和所述分离流体的液相；

(3)提取包括在所述液相中的所述沥青。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述操作温度为-20℃至-65℃和所述操作压力为5巴至25巴。

3.根据前述权利要求任一项所述的方法，其中所述分离流体是二氧化碳。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述分离流体是属于制冷剂家族的纯化合物或化合物的混合物。

5.根据前述权利要求任一项所述的方法，其中所述分离流体对所述沥青比对所述砂具有更大的亲和力。

6.根据前述权利要求任一项所述的方法，其中所述分离所述液相和所述固相的步骤是在沉降器中进行的重力分离步骤。

7.根据权利要求6所述的方法，其中所述分离流体的密度选择为大于所述沥青的密度但小于所述砂的密度。

8.根据前述权利要求任一项所述的方法，其中在所述提取步骤中，包括在所述液相中的所述沥青通过蒸发所述分离流体提取。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述接触步骤在压力下进行，和其中所述提取步骤通过膨胀所述分离流体进行。

10.根据前述权利要求任一项所述的方法，其中在所述分离步骤结束时获得的上层液相是非均匀的，并且包含含有大部分所述沥青的表面层和含有基本上以液态存在的分离流体的透明液相。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述提取步骤通过机械撇蒸进行。

12.根据前述权利要求任一项所述的方法，其中所述接触步骤和所述分离步骤使用相同设备进行。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述设备配备有加热和减压装置。

14.根据前述权利要求任一项所述的方法，进一步包括回收所述分离流体的步骤。

15.根据权利要求14所述的方法，其中所述分离流体通过减压和/或加热所述上层液相回收。