CN104560096B - 一种油砂连续分离工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种油砂连续分离工艺。露天开采出的油砂经过粉碎，筛分后，经过输送机送入蒸汽萃取塔/炉内，经过蒸汽加热，油砂内的油，沥青等和砂子分离，蒸汽和少量轻油由塔顶排出，经换热器换热，进入油水分离器，分出凝结水和轻油，重油和砂子由塔底排出，进入离心机/过滤机，离心机/过滤机将重油和砂子分离，砂子表面还残留部分重油，经输送机进入锅炉燃烧，燃烧后的砂子在锅炉底部排出，高温烟气经炉管产生过热蒸汽，用做蒸汽萃取塔/炉的过热蒸汽来源。与现有技术相比，本发明减少了水洗萃取法，溶剂萃取法带来的后续分离过程，减少了环境污染。通过锅炉燃烧蒸汽萃取后的残留重油，为蒸汽萃取提供热能，降低了整个过程的能耗。

Description

一种油砂连续分离工艺

技术领域

本发明属于油砂分离领域，具体说涉及一种采用蒸汽萃取-离心分离-锅炉燃烧的分离工艺。

背景技术

据估计，我国原油对外依存度在2020年将达到67.7％，约需年进口石油4.8亿吨；天然气需求50％以上也将依赖进口。这意味着我国油气资源供需存在着巨大的缺口，油气资源稳定供应成为影响我国经济持续健康发展的一大核心问题。

世界上油砂资源十分丰富，其探明储量换算成油砂油，远大于世界石油的探明储量。过去由于廉价原油的开采及油砂分离成本较高等因素制约下，油砂油产量增长及研究进展缓慢。我国油砂分布广、资源潜力大。开发油砂分离新技术，降低油砂分离的能耗和环境污染，增加油砂油的产量，对降低我国的原油对外依存度及能源安全具有重大意义。

油砂开发有两种方法：对于地下深埋的油砂矿，通常是向地下注入蒸汽或热空气、甚或溶剂，使油砂稠油降低粘度、具有流动性，可以从砂砾(固体矿物颗粒)分离出来，再用泵送至地面，此为油砂的地下就地提取稠油工艺。接近地表的油砂矿通常是露天开采出油砂，再在地面采用油砂分离技术将稠油和砂砾分离。

目前开采到地面的油砂分离技术有以下几种：1.水洗分离技术，水洗分离主要是通过热水、表面活性剂的作用，改变砂子表面的润湿性，使砂子表面更加亲水，实现砂与吸附在上面的稠油分离，分离后的稠油上浮进入碱液，砂则沉降在下部，以达到分离的目的。该种方法对水润型油砂比较适合，对油润型油砂效果欠佳，同时废水处理量较大，容易造成水污染。2.溶剂抽提技术，根据相似相溶原理，利用有机溶剂萃取油砂的稠油，和砂子分离后再进行蒸馏分离溶剂和稠油。缺点是抽提处理后的尾砂容易带有残留的溶剂，造成环境污染。3.超声波分离技术，利用超声波的空化作用使稠油和砂子分离。由于大型超声波装置制造困难，目前仅停留在实验室阶段。4.热解干馏技术，将油砂升值高温，对稠油裂解成裂解气再回收。热解的温度一般在500-550度，所需的温度较高，能耗较大。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术的不足，提供一种油砂连续分离工艺，能够简化油砂分离流程，降低环境污染，减低能耗。

本发明的技术方案是这样实现的：一种油砂连续分离工艺，是按照下述方式进行的：露天开采出的油砂经过粉碎机粉碎、筛分后，经过进料器送入蒸汽萃取塔或蒸汽萃取炉内，经过蒸汽加热后，油砂内的油、沥青和砂子分离，蒸汽和少量轻油由塔顶排出、经换热器换热，进入油水分离器，分出凝结水和轻油；重油和砂子由塔底排出，进入离心机或过滤机，离心机或过滤机将重油和砂子分离，分离出来的砂子表面还残留部分重油，砂子经输送机送入锅炉燃烧，燃烧后的砂子在锅炉底部排出，锅炉排放的高温烟气经炉管产生蒸汽，蒸汽通入蒸汽萃取塔。

所述粉碎机是颚式、反击式或锤式粉碎机，粉碎后筛分出的颗粒粒径在0-15mm之间。

所述进料器是螺旋进料器或星型进料器，进料器上设有用于防止蒸汽萃取塔顶的蒸汽和轻油外泄的机构。

所述蒸汽萃取塔为垂直直立的圆柱形塔形式或者水平放置的回转炉结构，垂直直立的圆柱形塔或水平放置的回转炉的高径比在4∶1至12∶1之间。

所述蒸汽萃取塔或蒸汽萃取炉的操作温度为100～300℃，蒸汽萃取塔或蒸汽萃取炉的蒸汽入口和出口之间的温度梯度是50～150℃。

蒸汽萃取塔或蒸汽萃取炉的底部或出口设蒸汽分布器，蒸汽萃取塔内蒸汽和油砂逆向流动萃取，蒸汽萃取塔出口设有出料器。

所述出料器是螺旋出料器或星型出料器，出料器上设有用于防止蒸汽萃取塔顶的蒸汽和轻油蒸汽外泄的机构。

所述锅炉为层燃锅炉、室燃锅炉、沸腾锅炉或流化床锅炉。

锅炉上设有煤仓。

与现有技术相比，本发明易于工业推广，减少了水洗萃取法、溶剂萃取法带来的后续分离过程，减少了环境污染。另外，通过锅炉燃烧蒸汽萃取后的砂子中残留的重油，为蒸汽萃取提供热能、降低了整个过程的能耗。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种实施装置的的结构示意图。

图2为本发明另一种实施装置的结构示意图。

其中：1、粉碎机，2、第一存砂池，3、提升机，4、进料仓，5、第一进料器，6、蒸汽萃取塔，7、第一出料器，8、离心机，9、油砂油储罐，10、换热器，11、油水分离器，12、水储罐，13、油储罐，14、第二存砂池，15、输送机，16、砂仓，17、第二进料器，18、煤仓，19、第三进料器，20、第二出料器，21、尾砂箱，22、锅炉，23、旋风分离器，24、水泵，25、风机，26、除尘器，27、换热装置，28.烟囱。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明所述的油砂连续分离工艺是采用蒸汽萃取-离心分离-燃烧的油砂连续分离工艺，是按照下述方式进行的：露天开采出的油砂经过粉碎机粉碎、筛分后，经过进料器送入蒸汽萃取塔或蒸汽萃取炉内，经过蒸汽加热后，油砂内的油、沥青和砂子分离，蒸汽和少量轻油由塔顶或炉顶排出、经换热器换热，进入油水分离器，分出凝结水和轻油；重油和砂子由塔底或炉底排出，进入离心机或过滤机，离心机或过滤机将重油和砂子分离，分离出来的砂子表面还残留部分重油，砂子经输送机送入锅炉燃烧，燃烧后的砂子在锅炉底部排出，锅炉排放的高温烟气经炉管产生蒸汽，蒸汽通入蒸汽萃取塔。

本发明充分利用高温烟气的热量，能够节省能源，充分利用砂子上附着的重油，也可以减少对环境的污染。

所述粉碎机是颚式、反击式或锤式粉碎机或其他形式的粉碎机，粉碎后筛分出的颗粒粒径在0-15mm之间。

所述进料器是螺旋进料器或星型进料器，进料器上设有用于防止蒸汽萃取塔顶的蒸汽和轻油外泄的机构。防止蒸汽和轻油蒸汽从进料器溢出的机构可以是料封，也可以是采用吹入一定量惰性气体，如氮气、蒸汽的方式。通入的气体压力稍大于蒸汽萃取塔内的压力，同样起到气封的作用。

所述蒸汽萃取塔为垂直直立的圆柱形塔(图1)或者水平放置的回转塔(图2)。采用垂直直立的圆柱形塔结构，高径比需要在一定范围内，过高塔内压降过大，过低蒸汽热能利用率不够，其高径比在4∶1至12∶1之间最优，可以是空塔结构，也可以在内部适当安装内构件，用于防止产生蒸汽沟流现象，但以空塔结构为佳。采用水平放置的回转塔结构，整个塔可以有一定的水平倾角，塔内应设有一定的内件、挡板。蒸汽萃取塔的操作温度根据油砂油的性质不同有所区别，操作温度过高，能耗大，操作温度低，稠油的流动性不好、分离困难，操作温度范围在100～300°之间最佳。蒸汽萃取塔的蒸汽入口和出口之间应有一定的温度梯度，目的是充分利用蒸汽的热能，温度梯度在50～150°之间为佳，蒸汽萃取塔所使用的蒸汽以过热蒸汽为佳。

蒸汽萃取塔的塔底或出口设蒸汽分布器，蒸汽萃取塔内蒸汽和油砂逆向流动萃取，蒸汽萃取塔出口设有出料器。所述出料器是螺旋出料器或星型出料器，出料器上设有用于防止蒸汽萃取塔顶的蒸汽和轻油蒸汽外泄的机构。防止蒸汽和轻油蒸汽从进料器溢出的机构可以是料封，也可以是采用吹入一定量惰性气体，如氮气、蒸汽的方式。通入的气体压力稍大于蒸汽萃取塔内的压力，同样起到气封的作用。

所述锅炉为层燃锅炉、室燃锅炉、沸腾锅炉或流化床锅炉或者其它燃烧形式的锅炉。锅炉的燃料采用已脱出稠油的砂子，这类砂子表面仍残留一些稠油，设置锅炉的目的是烧掉砂子表面的稠油，以利于尾砂的排放和环保要求。燃烧后的砂子从锅炉的底部排放，高温烟气通过锅炉炉管后加热产生蒸汽，产生的蒸汽为蒸汽萃取塔提供加热用的蒸汽源。锅炉应同时设有煤仓，一旦离心机或过滤机分离出的油砂表面含油量较少，可以为锅炉增加辅助燃料。

锅炉上设有煤仓。当分离后的油砂表面油砂油含量较少时，可以通过煤仓为锅炉提供辅助燃料。

如图1和图2所示，本申请所采用的油砂分离装置包括粉碎机1，粉碎机1的输出端与第一存沙池2相连，第一存沙池2通过提升机3与进料仓4相连，进料仓4的下料端与第一进料器5相连，第一进料器5与蒸汽萃取塔6相连，蒸汽萃取塔6的塔顶与换热器10相连，换热器10与油水分离器11相连，油水分离器11的出料端分别与水储罐12、油储罐13相连，蒸汽萃取塔6的塔底与第一出料器7相连，第一出料器7与离心机8或过滤机相连，离心机/过滤机还与油砂油储罐9、第二存沙池14相连，第二存沙池14通过输送机15与沙仓16相连，沙仓16的出料口设有第二进料器17，第二进料器17与锅炉22相连，锅炉22的底部连有第二出料器20，第二出料器20与尾砂箱21相连。锅炉22的上部与旋风分离器23相连，旋风分离器23的上端出口与换热装置27相连，旋风分离器23下端出口与锅炉22下部相连，换热装置27与水泵24、风机25相连，换热装置27还与蒸汽萃取塔6、除尘器26相连，除尘器26与烟囱28相连。

所述分离装置工作过程如下：露天开采出的油砂经过粉碎机1粉碎、筛分后存入第一存砂池2，粉碎机可以是颚式、反击式、锤式等多种形式，筛分后的颗粒直径为0～15mm为佳。再由提升机3送入进料仓4。第一进料器5将油砂定量送入蒸汽萃取塔6内，经过蒸汽加热，油砂内的油、沥青等和砂子分离，蒸汽和少量轻油由塔顶排出，经换热器10换热，进入油水分离器11中，分出凝结水和轻油。蒸汽萃取塔6实际上是移动床萃取塔，塔内的油砂缓慢向下流动，重油和砂子在蒸汽的作用下逐渐分离，并由塔底第一出料器7排出，进入离心机/过滤机，离心机/过滤机将重油和砂子分离，重油流入油砂油储罐9。砂子表面还残留部分重油，先排入第二存砂池14、经输送机15送至砂仓16，再经第二进料器17送至锅炉22燃烧，燃烧后的砂子在锅炉底部经第二出料器20排出至尾砂箱21。尾砂箱21内的高温尾砂可以用直接通入水产生蒸汽或采用间接换热通入水产生蒸汽的方法取热。高温烟气经炉管产生蒸汽，用做蒸汽萃取塔的蒸汽来源。低温烟气经除尘器26除尘后排至烟囱27排放。

所述锅炉22还可以与第三进料器19相连，第三进料器19设置在煤仓18下方。当离心/过滤分离后的油砂表面油砂油含量较少时，可以通过煤仓18为锅炉提供辅助燃料。

换热装置27与蒸汽萃取塔6底部的蒸汽分布器相连。同时蒸汽萃取塔6设油砂和分离油的出口，使蒸汽和油砂逆向流动萃取。

本发明中，所述的离心机/过滤机可以采用不同的结构形式，如离心机可以采用沉降式，过滤式等形式，过滤机可采用转鼓式、板框式、带式等多种形式。保证经离心机/过滤机分离的砂子表面稠油的含量较少，同时保证分离后的油中含有较少的砂子和泥土等其它杂质即可。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1.简化了水洗分离技术、溶剂抽提技术所需的繁琐的抽提、后分离过程，流程简单。

2.由于流程简单，可以大大减少油砂分离装置建设的投资额。

3.由于流程简单，可以大大减少原有技术后续分离不彻底带来的环境污染。

4.引入锅炉燃烧技术，可以将离心分离后砂子表面的残余稠油燃烧干净。在减轻环保排放压力的同时，燃烧产生的蒸汽还可以作为蒸汽萃取塔的热能，使得整个装置的能耗降低。

5.本发明先进合理，工艺简单，投资少，操作方便，装置能耗低。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种油砂连续分离工艺，其特征在于，是按照下述方式进行的：露天开采出的油砂经过粉碎机粉碎、筛分后，经过进料器送入蒸汽萃取塔或蒸汽萃取炉内，经过蒸汽加热后，油砂内的油、沥青和砂子分离，蒸汽和少量轻油由塔顶排出、经换热器换热，进入油水分离器，分出凝结水和轻油；重油和砂子由塔底排出，进入离心机或过滤机，离心机或过滤机将重油和砂子分离，分离出来的砂子表面还残留部分重油，砂子经输送机送入锅炉燃烧，燃烧后的砂子在锅炉底部排出，锅炉排放的高温烟气经炉管产生蒸汽，蒸汽通入蒸汽萃取塔。

2.按照权利要求1所述的油砂连续分离工艺，其特征在于：所述粉碎机是颗式、反击式或锤式粉碎机，粉碎后筛分出的颗粒粒径在0-15mm之间。

3.按照权利要求1所述的油砂连续分离工艺，其特征在于：所述进料器是螺旋进料器或星型进料器，进料器上设有用于防止蒸汽萃取塔顶的蒸汽和轻油外泄的机构。

4.按照权利要求1所述的油砂连续分离工艺，其特征在于：所述蒸汽萃取塔为垂直直立的圆柱形塔形式或者水平放置的回转炉结构，垂直直立的圆柱形塔或水平放置的回转炉的高径比在4∶1至12∶1之间。

5.根据权利要求4所述的油砂连续分离工艺，其特征在于：所述蒸汽萃取塔或蒸汽萃取炉的操作温度为100-300℃。

6.按照权利要求1所述的油砂连续分离工艺，其特征在于：蒸汽萃取塔或蒸汽萃取炉的底部或出口设蒸汽分布器，蒸汽萃取塔内蒸汽和油砂逆向流动萃取，蒸汽萃取塔出口设有出料器。

7.根据权利要求6所述的油砂连续分离工艺，其特征在于：所述出料器是螺旋出料器或星型出料器，出料器上设有用于防止蒸汽萃取塔底的蒸汽和轻油蒸汽外泄的机构。

8.按照权利要求1所述的油砂连续分离工艺，其特征在于：所述锅炉为层燃锅炉、室燃锅炉、沸腾锅炉或流化床锅炉。

9.按照权利要求8所述的油砂连续分离工艺，其特征在于：锅炉上设有煤仓。