CN104449796B - 一种采用复合萃取剂处理油砂的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种油砂的萃取处理方法，特别是使用一种复合萃取剂，萃取处理天然油砂。本发明是将油砂破碎后在不同的温度条件下，进行两次萃取，对萃取后的物料进行离心分离，分离出的液相进行溶剂再生，同时采出稠油产品，分离出的固相在一定温度条件下进行干馏，干馏出的气相经过冷凝后作为萃取剂使用，干馏后残渣中的石油类物质含量低于0.3%，实现达标排放。本发明的主要特点在于，萃取效率高、装置流程短，设备投资低。

Description

一种采用复合萃取剂处理油砂的方法

技术领域

本发明涉及油砂的一种萃取处理方法，油砂经过萃取处理后，实现油砂的资源化利用。

背景技术

2008年，全球探明石油储量1708亿吨，按目前的生产速度，全球探明石油储量可开采42年，常规石油资源已经不能满足石油需求的快速增长，于是把目光转向非常规石油资源。油砂作为一种非常规的石油资源，其资源量约占世界石油储量的30%，若全部被开采利用，按照现在世界能源的需求水平，可供全世界消费上百年，油砂的开发利用成为新的经济增长点。据油砂主要资源国统计，目前世界探明的油砂资源量约为3.8万亿桶。主要分布在加拿大、委内瑞拉和美国，世界上大部分油砂资源集中在加拿大阿尔伯塔省北部Athabasca流域、和平湖和阿尔伯塔省与萨斯喀彻温省交界处的冷湖地区。油砂的发展使加拿大的石油储量仅次于沙特位居全球第二，让国际社会进一步意识到油砂的价值。在我国也发现了大量的油砂资源，主要集中在以准噶尔、柴达木、鄂尔多斯和松辽等地。我国全国油气资源调查中，也将油砂资源首次纳人评价体系，经过评价，我国油砂的含油率在10%～20%，具有良好的经济开发价值和前景。

目前，世界上油砂的开采、分离还处于起步阶段，油砂具有粘度大、密度高、分离的稠油含有大量微小沙粒和矿物质，在油砂沥青的分离、加工中尚存在许多技术难题，油砂开采应用一直受到制约。

CN200810010999.2发明公开了一种从油砂中提取沥青的分离剂，包含的组份及重量百分比为：氢氧化钠(或钾)0.1％～0.5％；磷酸类钠(或钾)盐0.5％～2％；硅酸类钠(或钾)盐1％～5.5％；碳酸类钠(或钾)盐0.5％～1％；氯化钠0.1％～0.5％；油溶剂3％～7％；表面活性剂0.1％～0.5％；水85％～94％。该技术沥青回收率可达到94％以上，但处理过程中会产生大量的含油、含悬浮物的废水，难以达标处理，环境隐患突出，且油砂中沥青萃取效果有限。

CN201120164933.6提出一种从油砂、油页岩中提取烃油的装置，主要包括干燥炉、干馏炉、冷却器、储油罐装置，其中，干燥炉、干馏炉、冷却器、储油罐装置依次串联连接。该过程中采用干燥、干馏、冷却，能量消耗大。

CN200910011078.2提出一种油砂分离萃取工艺，包括如下步骤：将油砂粉碎，放入预混器，放入萃取剂，混合后得到混合物，萃取剂为轻石脑油与乙酸异戊酯、戊烷按重量比20∶1∶1的混合物，油砂与萃取剂的重量比是1∶0.2；混合物依次放入一、二、三级萃取罐，控制温度50℃，搅拌，得到的稠油及萃取剂的混合物，换热后的温度达到150℃，放入一级闪蒸塔，然后换热后稠油及萃取剂的混合物的温度达到200℃，放入二级闪蒸塔，部分萃取剂分离除去，稠油及萃取剂的混合物放入稠油汽提塔，将得到的稠油冷却。该方法萃取和闪蒸次数多，工艺流程长，萃取温度高，能耗较大。

CN102925190A提出一种油砂萃取处理工艺，所使用的萃取剂为石脑油、汽油、柴油、重整汽油的一种或多种混合。这些溶剂对油砂的萃取具有一定的作用，但是溶剂沸程太宽，其中包含低沸程（如低于80℃）的轻质油品，该部分轻质烃类在溶剂萃取、再生和循环使用过程中更易于挥发，造成溶剂损失率上升，同时大量易挥发的可燃气体存在，为装置生产过程带来较大的安全隐患；溶剂中同时包含沸程较高（如高于200℃）的烃类物质，在溶剂再生过程中需要的温度较高，增加了装置能耗，同时也增加了再生过程中的不安全因素。另外，还有部分专利文献也分别涉及油砂的处理，但是这些专利文献所涉及的油砂处理技术存在着能量消耗高、工艺流程复杂、操作条件苛刻或油砂处理不够彻底等方面的不足之处。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种采用复合萃取剂处理油砂的方法，该工艺流程短，操作温度低，能量消耗低，实现油砂无害资源化利用。

本发明提供了一种采用复合萃取剂处理油砂的方法，包括在30～60℃下，将复合萃取剂与油砂按照质量比为（200～1）:1混合萃取20～60min，然后分离出萃取后物料中的固体，按照复合萃取剂与萃取后物料中的固体质量比为（200～1）:1投加复合萃取剂，在60～90℃下第二次萃取，萃取时间为20～60min。

本发明中第一次萃取后的物料送入离心分离设备，分离后的液相进入溶剂再生塔，在温度为170～210℃下，实现溶剂再生和稠油的分离。

本发明油砂进行第一次萃取前，最好将油砂粉碎成粒径1～10mm的小块。

本发明中第二次萃取后的物料也送入离心分离设备进行固液分离，分离出的固相进入旋转式干馏设备，在温度为160～210℃，压力为40～100KPa（绝压）下干馏20～60min，干馏出的气相经过冷凝后作为萃取剂循环使用，干馏后到固体废渣石油类含量低于0.3wt%。

适宜的工艺条件和萃取剂是油砂处理技术的关键。本发明油砂处理过程中优选的操作范围如下：第一次萃取处理时的温度为35～45℃，萃取时间为25～45min，第二次萃取时的温度为70～80℃，复合萃取剂与油砂的质量比为（20～1）:1。

本发明所述复合萃取剂，以复合萃取剂的总体积为100%计，包含：

主剂A，沸程为80～130℃的馏分油，占50%～90%(v/v)；

副剂B，沸程为160～210℃的馏分油，占10～50%(v/v)；

本发明所述的馏分油为石脑油、轻质油等。

本发明所述的主剂A优选为沸程为90～120℃的馏分油。

本发明所述的助剂B优选为沸程为170～200℃的馏分油。

本发明的主要特点在于，针对萃取油砂并回收溶剂工艺，选择石油产品80～130℃的馏分油作为油砂萃取的主溶剂，原因是：①石油产品馏分油与油砂中的油分一样含有多种相类似且同源的石油类物质，相似相容效果较好，因此所选的馏分油对油砂中分子量分布较宽的油分有优越的溶解能力；②使用沸程较低的石油产品，其分子半径小，渗透性好，对油砂中多种石油类物质溶剂能力强；溶剂油沸程较低，易于再生，再生时能量消耗少；③但沸程低于80℃的轻质石脑油馏分，在萃取过程中易于挥发，使设备空间内石油气的蒸汽压上升，增大石油产品使用过程中的危险性，因此，为减少石脑油挥发损失，降低设备空间内石油气的蒸汽压，本发明只选取沸程高于80℃的石脑油；④萃取过程大部分在较低温度（30～80℃）下进行，大量使用沸程较低的油分可以在主溶剂中形成局部的溶液错动，使萃取过程中物料的流动更顺畅。

本发明另一特点在于在主溶剂中加入少量的沸程较高的副剂B，油砂中总会有部分重油组分很难被萃取出来，少量沸程较高的副剂B的加入会使溶剂对油砂中的沥青质和重油成分的溶解能力有所加强。

本发明的油砂复合萃取剂具有高效、快速、使用量少、使用范围广等特点，在第一次萃取时，油砂与溶剂质量比1～（1:200）的范围内都有优良的萃取效果，优选1:（1～25）。

本发明中主剂A，成分占50%～90%(v/v)，优选60～85%(v/v)；

本发明中副剂B，占10～50%(v/v)，优选15～40%(v/v)。

本发明所述的油砂，包括新疆各油砂矿的油砂也包括加拿大各油砂矿所产生的油砂。

本发明所述将破碎后的油砂直接加入萃取罐，萃取罐上部安装有搅拌器，萃取剂进入萃取罐内，启动搅拌器进行搅拌混合萃取，物料混合均匀后停止搅拌，将混合物料由罐底部打入固液分离设备，分离出的液体直接进入溶剂再生系统。

本发明所述的萃取罐，采用间壁式加热，加热介质一般采用饱和蒸汽，也可以采用导热油、烟道气加热。

本发明所述的固液分离采用沉降分离或离心分离。

本发明所述的萃取罐可以是釜式间歇操作，也可以使塔式连续操作。

本发明所述的油砂干馏设备最好为间壁式传热处理设备，包括旋转窑、各种旋转式蒸发加热器、浆叶式设备干燥机等，加热介质包括高、低压蒸气、导热油、烟道气等。

本发明中经萃取后的固相进入旋转蒸发器，干馏后的最终固体废渣的石油类物质含量更低。

本发明采用“萃取-干馏”的联合处理方法。其优点在于：①采用复合萃取剂，对于复杂的油砂体系相容性更好，萃取更彻底；②对萃取后的砂土采用低温干馏处理，装置能耗低，同时干馏后的砂土中的石油类物质含量低于0.3%，满足排放要求，还可以回收部分萃取剂；③整套油砂萃取装置，能耗低，工艺流程短，处理效果好。

具体实施方式

实施例和对比例所述的“%(v/v)”指体积百分含量，其余没标注的“%”为质量百分含量。

从油砂中通过萃取分离出来的油分的质量的测定方法。萃取前后油砂质量的差值减去等量油砂的含水量既是萃取出的油分量。

油砂中可萃出油分的测定方法。一定量的油砂在大量萃取剂的条件下，多次萃取，直到某次萃取前后干油砂的质量差小于原质量的0.1%为止。

萃出油分占油砂中总可萃油分的比例（可萃油分回收率P%）：

实施例1：

溶剂配方为：主剂选用沸程石脑油80～130℃沸程的馏分油，占90%（v/v），副剂选用沸程为160～210℃的馏分油，占10%（v/v），组成复合萃取剂。取1kg油砂粉碎后与混合溶剂按质量比为1:8混合萃取30min，萃取温度为30℃，待萃取结束后，将固液混合物送入离心分离器，分离出的固体进行二次萃取，油砂与混合溶剂按质量比为1:8混合萃取30min，萃取温度为60℃，待萃取结束后，将固液混合物送入离心分离器，分离出的液相进入溶剂再生塔，溶剂再生后循环使用，塔底采出稠油产品；分离出的固相进入干馏设备，在温度为210℃，压力为60kpa（绝压）下，干馏25min后得到固体废渣，将此废渣中石油类含量低于0.3%。该过程油砂中的石油类物质经过萃取后，回收率为96.1%。

对比例1：

其它工艺条件都与实施例1相同，不同之处在于萃取剂为全馏分石脑油，沸程60～210℃。即：取1kg油砂粉碎后与混合溶剂按质量比为1:8混合萃取30min，萃取温度为30℃，待萃取结束后，将固液混合物送入离心分离器，分离出的固体进行二次萃取，油砂与混合溶剂按质量比为1:8混合萃取30min，萃取温度为60℃，待萃取结束后，将固液混合物送入离心分离器，分离出的液相进入溶剂再生塔，溶剂再生后循环使用，塔底采出稠油产品；分离出的固相进入干馏设备，在温度为210℃，压力为60kpa（绝压）下，干馏25min后得到固体废渣，将此废渣中石油类含量高于0.3%。该过程油砂中的石油类物质经过萃取后，回收率为91.1%。

实施例2：

溶剂配方为：主剂选用沸程石脑油90～120℃沸程的馏分油，占80%（v/v），副剂选用沸程为170～200℃的馏分油，占20%（v/v），组成复合萃取剂。取1kg油砂粉碎后与混合溶剂按质量比为1:5混合萃取30min，萃取温度为40℃，待萃取结束后，将固液混合物送入离心分离器，分离出的固体进行二次萃取，油砂与混合溶剂按质量比为1:10混合萃取30min，萃取温度为70℃，待萃取结束后，将固液混合物送入离心分离器，分离出的液相进入溶剂再生塔，溶剂再生后循环使用，塔底采出稠油产品；分离出的固相进入干馏设备，在温度为210℃，压力为60kpa（绝压）下，干馏30min后得到固体废渣，将此废渣中石油类含量低于0.3%。该过程油砂中的石油类物质经过萃取后，回收率为98.9%。

对比例2：

其它工艺条件都与实施例2相同，不同之处在于采用120号溶剂油作为萃取剂，即：取1kg油砂粉碎后与混合溶剂按质量比为1:5混合萃取30min，萃取温度为40℃，待萃取结束后，将固液混合物送入离心分离器，分离出的固体进行二次萃取，油砂与混合溶剂按质量比为1:10混合萃取30min，萃取温度为70℃，待萃取结束后，将固液混合物送入离心分离器，分离出的液相进入溶剂再生塔，溶剂再生后循环使用，塔底采出稠油产品；分离出的固相进入干馏设备，在温度为210℃，压力为60kpa（绝压）下，干馏30min后得到固体废渣，将此废渣中石油类含量高于0.3%。该过程油砂中的石油类物质经过萃取后，回收率为91.8%。

实施例3：

溶剂配方为：主剂选用沸程石脑油90～120℃沸程的馏分油，占70%（v/v），副剂选用沸程为170～200℃的馏分油，占30%（v/v），组成复合萃取剂。取1kg油砂粉碎后与混合溶剂按质量比为1:2混合萃取30min，萃取温度为40℃，待萃取结束后，将固液混合物送入离心分离器，分离出的固体进行二次萃取，油砂与混合溶剂按质量比为1:1混合萃取40min，萃取温度为70℃，待萃取结束后，将固液混合物送入离心分离器，分离出的液相进入溶剂再生塔，溶剂再生后循环使用，塔底采出稠油产品；分离出的固相进入干馏设备，在温度为210℃，压力为60kpa（绝压）下，干馏30min后得到固体废渣，将此废渣中石油类含量低于0.3%。该过程油砂中的石油类物质经过萃取后，回收率为96.7%。

对比例3：

其它工艺条件都与实施例3相同，不同之处在于更换萃取剂的组成。主剂选用沸程石脑油90～120℃沸程的馏分油，占40%（v/v），副剂选用沸程为170～200℃的馏分油，占60%（v/v），组成复合萃取剂。即取1kg油砂粉碎后与混合溶剂按质量比为1:2混合萃取30min，萃取温度为40℃，待萃取结束后，将固液混合物送入离心分离器，分离出的固体进行二次萃取，油砂与混合溶剂按质量比为1:1混合萃取40min，萃取温度为70℃，待萃取结束后，将固液混合物送入离心分离器，分离出的液相进入溶剂再生塔，溶剂再生后循环使用，塔底采出稠油产品；分离出的固相进入干馏设备，在温度为210℃，压力为60kpa（绝压）下，干馏30min后得到固体废渣，将此废渣中石油类含量高于0.3%。该过程油砂中的石油类物质经过萃取后，回收率为93.7%。

实施例4：

溶剂配方为：主剂选用沸程石脑油90～120℃沸程的馏分油，占60%（v/v），副剂选用沸程为170～200℃的馏分油，占40%（v/v），组成复合萃取剂。取1kg油砂粉碎后与混合溶剂按质量比为1:20混合萃取50min，萃取温度为40℃，待萃取结束后，将固液混合物送入离心分离器，分离出的固体进行二次萃取，油砂与混合溶剂按质量比为1:30混合萃取60min，萃取温度为70℃，待萃取结束后，将固液混合物送入离心分离器，分离出的液相进入溶剂再生塔，溶剂再生后循环使用，塔底采出稠油产品；分离出的固相进入干馏设备，在温度为210℃，压力为60kpa（绝压）下，干馏60min后得到固体废渣，将此废渣中石油类含量低于0.3%。该过程油砂中的石油类物质经过萃取后，回收率为99.1%。

对比例4：

其它工艺条件都与实施例4相同，不同之处改变萃取剂组成。即溶剂配方为：萃取剂为轻石脑油与乙酸异戊酯、戊烷按重量比20∶1∶1的混合物组成复合萃取剂。取1kg油砂粉碎后与混合溶剂按质量比为1:20混合萃取50min，萃取温度为40℃，待萃取结束后，将固液混合物送入离心分离器，分离出的固体进行二次萃取，油砂与混合溶剂按质量比为1:30混合萃取60min，萃取温度为70℃，待萃取结束后，将固液混合物送入离心分离器，分离出的液相进入溶剂再生塔，溶剂再生后循环使用，塔底采出稠油产品；分离出的固相进入干馏设备，在温度为210℃，压力为60kpa（绝压）下，干馏60min后得到固体废渣，将此废渣中石油类含量高于0.3%。该过程油砂中的石油类物质经过萃取后，回收率为93.0%。

对比例5：

其它工艺条件都与实施例4相同，不同之处改变萃取剂组成。即溶剂全部采用戊烷。取1kg油砂粉碎后与混合溶剂按质量比为1:20混合萃取50min，萃取温度为40℃，待萃取结束后，将固液混合物送入离心分离器，分离出的固体进行二次萃取，油砂与混合溶剂按质量比为1:30混合萃取60min，萃取温度为70℃，待萃取结束后，将固液混合物送入离心分离器，分离出的液相进入溶剂再生塔，溶剂再生后循环使用，塔底采出稠油产品；分离出的固相进入干馏设备，在温度为210℃，压力为60kpa（绝压）下，干馏60min后得到固体废渣，将此废渣中石油类含量高于0.3%。该过程油砂中的石油类物质经过萃取后，回收率为90.2%。

Claims (13)

1.一种采用复合萃取剂处理油砂的方法，其特征在于包括：在30～60℃下，将复合萃取剂与油砂按照质量比为(200～1):1混合萃取20～60min，然后分离出萃取后物料中的固体，按照复合萃取剂与萃取后物料中的固体质量比为(200～1):1投加复合萃取剂，在60～90℃下第二次萃取，萃取时间为20～60min；所述的复合萃取剂，以复合萃取剂的总体积为100％计，包含：

主剂A，沸程为80～130℃的馏分油，占50％～90％(v/v)；

副剂B，沸程为160～210℃的馏分油，占10～50％(v/v)。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述的馏分油为石脑油、轻质油。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述的主剂A为沸程为90～120℃的馏分油。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述的副剂B为沸程为170～200℃的馏分油。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于第一次萃取后的物料送入离心分离设备，分离后的液相进入溶剂再生塔，在温度为170～210℃下，实现溶剂再生和稠油的分离。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于油砂进行第一次萃取前，将油砂粉碎成粒径1～10mm的小块。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于第二次萃取后的物料送入离心分离设备进行固液分离。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于固液分离出的固相进入旋转式干馏设备，在温度为160～210℃，压力为40～100KPa下干馏20～60min。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于第一次萃取处理时的温度为35～45℃，萃取时间为25～45min。

10.如权利要求1所述的方法，其特征在于第二次萃取时的温度为70～80℃。

11.如权利要求1所述的方法，其特征在于第二次萃取时复合萃取剂与油砂的质量比为(20～1):1。

12.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述的主剂A占60～85％(v/v)。

13.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述的副剂B占15～40％(v/v)。