CN105349166A - 溶剂分离油砂的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种溶剂分离油砂的方法，包括如下步骤：（1）将油砂与有机溶剂Ⅰ混合，获得混合浆液，有机溶剂Ⅰ为烷烃与醇类或醛类中的一种以上的混合物；（2）混合浆液一次固液分离，提取相送入精炼工序提取出沥青；（3）将上一步中提余相与有机溶剂Ⅱ混合，经二次提取，获得有机溶剂Ⅰ、有机溶剂Ⅱ和含残砂的混合浆液，二次固液分离，收集分离的清液；（4）将残留粗颗粒固体经过干燥脱溶剂后，送至后续生产工序，本发明的方法，油砂沥青的提率可达到100%，残砂全部得到利用。本发明降低了成本且对环境无污染，所有有机添加溶剂均可回收利用，稳定性好，提高了生产效率，可以用于油砂矿开采现场的完整油砂分离。

Description

溶剂分离油砂的方法

技术领域

本发明涉及分离油砂中沥青的方法。

背景技术

天然油砂是石油的转化物，石油原油渗透到地面而形成，其中轻质组分被蒸发，进而在日光照射下被空气中的氧气氧化，再经聚合而成为沥青矿物，主要由沥青质、树脂等胶质，以及少量的金属和非金属等其它矿产物杂质组成，天然油砂又称焦油砂、重油砂、沥青砂。

目前，天然油砂占据了世界石油储量的66%，主要分布在加拿大，目前加拿大估计可采量还有3150亿桶原油，仅次于沙特阿拉伯，其它地区分布在美国、俄罗斯、委内瑞拉、印度尼西亚、法国、瑞士、意大利、特立尼达和多巴哥、阿尔巴尼亚、蒙古，中国的天然油砂矿主要分布在四川、内蒙古、新疆、辽宁等地区。

目前，就开采而言，主要有热碱水洗工艺、溶剂提取工艺、热裂解工艺等几种，目前工业上使用比较成熟的是热碱水洗法，该技术先将油砂粉碎，再送入热碱液中混合搅拌，然后向混合浆液中通入气体使沥青浮选上来，收集沥青并加入烷烃稀释以降低其粘度后，送往炼厂进行精炼获得各种油产品。这种方式操作简单，但存在以下问题：能耗高、耗水量大、对环境污染严重，受到世界各国政府和人民的反对。寻找环保、经济、可持续发展的油砂分离方法迫在眉睫。

采用溶剂提取技术，分离油砂中沥青的方法，具备如下优点：分离效率高，提取过程不需要水的参与，既节约水资源，也避免了后续的水处理问题；常温下操作，能耗低，操作成本低；溶剂循环使用，利用效率高；另外提取过程和沥青油的输送可以很好耦合，减少了中间添加稀释剂的环节，进一步降低操作成本。但是，传统的溶剂提取技术也存在一些有待解决的技术问题：高效、经济的溶剂不易于获得；残留于固体沙粒中的溶剂回收难度较大等。

中国专利CN101274303A报道了一种使用酯类等作为溶剂对油砂进行提取的方法，采用滤干机和离心机对提取液进行液固分离，固相直接回填，溶剂循环使用，过程简单，但关于固体处理等关键问题没有很好的解决，若应用于大批量的工业生产中，将会导致环境二次污染问题；

CN101544902A公开的技术，采用石脑油、乙酸异戊酯、戊烷按照20:1:1进行混合的混合溶剂对油砂进行提取，提取分为三级，各级提取温度均控制在50℃，溶剂循环利用，该技术可获得较高提取率，但同样关于提取后残留固体的处理，以及整个工艺的经济、环保运行等问题没有提出解决办法；在20世纪六七十年代，美国专利US3117922（1964），US3392105（1968）；

US4046669（1969），US4046668（1977）等提出使用有机溶剂如甲苯、石脑油等对油砂进行提取，采用离心等方法对提取液进行液固分离；

US4036732（1977）指出采用C5~C9的脂肪烃对油砂进行提取，使用一定量的水对提取后的沙粒进行洗涤，而悬浮于提取液中的细颗粒采用离心的方法进行分离；US3553099也指出采用有机溶剂先提取油砂，然后用水洗的方法处理残砂；US4139450（1979）指出采用热甲苯对油砂进行处理，同时采用两级离心的方法对提取液进行液固分离；US4347118（1982）中指出采用戊烷为溶剂对油砂进行提取，然后采用两级流化床对残留沙粒进行干燥，没有对细颗粒的处理；Williams等（US4108760，1978）采用超临界温度在200℃以内的有机物作为溶剂，于370℃至450℃对油砂进行提取，获得较好的效果；Angelov，G.等（US4498971，1984）则提出采用液氮对油砂进行冷冻破碎来对其进行分离，提取其中的沥青；

US4929341（1990）报道了硫酸铵、丙酮、硫酸等可以促进有机溶剂（四氯乙烯、四氯化碳、石油醚、甲苯、苯等）对油砂的提取效果，但此技术需进行4小时左右方可取得较好效果。

综合前人关于使用溶剂提取技术对油砂进行分离的专利技术，所遇到的一个共性问题就是关于提取后残砂和提取液中悬浮微颗粒的处理问题，有的技术能达到较高的提取效率，但无法解决残留物中溶剂回收的问题，有的可以解决残留物中溶剂回收问题，但经济代价太高，无法工业化实施，这些也是为什么溶剂提取技术至今为止一直无法真正投入工业使用的原因；因此，溶剂提取法要获得工业化运用，必须解决残留于固体中溶剂和沥青有机物的回收问题，以及整个工艺经济、环保的运作等综合问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种溶剂分离油砂的方法，以克服现有技术存在的上述缺陷。

本发明所述的溶剂分离油砂的方法，包括如下步骤：

（1）将油砂与有机溶剂Ⅰ混合，40~120℃提取10~15min，获得有机溶剂Ⅰ与油砂的混合浆液；

有机溶剂Ⅰ与油砂的重量比为2~3:1；

优选的，将经由螺旋滚筒高温水破碎除砂器破碎后的油砂颗粒与有机溶剂Ⅰ（14）混合；

所述的有机溶剂Ⅰ为烷烃与醇类或醛类中的一种以上的混合物；

醇类或醛类与烷烃的体积比为：醇类或醛类∶烷烃=4～8∶1；

所述烷烃优选含有8~12个碳原子的烷烃；

所述醇类优选正丁醇、异丁醇或新戊醇；

所述醛类优选异丁醛。

所述油砂是指富含天然沥青的沉积砂，因此也称为“沥青砂”。油砂实质上是一种沥青、沙、富矿粘土和水的混合物，其中：

沥青重量含量为20～30%；

二氧化硅重量含量为10～15%，

碳酸钙重量含量为55～65%，

氧化镁、三氧化二铝等其他物质重量含量为2～4%；

（2）将步骤（1）获得的混合浆液，进行一次固液分离，分别收集提取相和提余相，所述提取相为沥青与有机溶剂Ⅰ的混合物，所述提余相为一次残砂与有机溶剂Ⅰ的混合物；

收集的提取相，送入后续的精炼工序，经由精炼工序提取出沥青，回收的有机溶剂Ⅰ可以返回循环使用；

（3）将步骤（2）收集的提余相与有机溶剂Ⅱ混合，进行二次提取，40~120℃提取10~15min，获得有机溶剂Ⅰ、有机溶剂Ⅱ和含残砂的混合浆液，然后进行二次固液分离，收集二次固液分离的清液，为有机溶剂Ⅰ，可循环使用；

所述的有机溶剂Ⅱ选自烷烃与石脑油、汽油或重整汽油的混合物；

烷烃与石脑油、汽油或重整汽油的体积比为：烷烃∶石脑油、汽油或重整汽油=4～8∶1；

所述烷烃优选含有8~12个碳原子的烷烃；

提余相与机溶剂Ⅱ体的积比为2~3∶1；

（4）将二次固液分离获得的残留粗颗粒固体与有机溶剂Ⅱ的混合物，干燥脱溶剂，优选的，在螺旋式干燥器中干燥脱溶剂，干燥温度为100~120℃，含有机溶剂Ⅱ的气体混合物，在温度为10~25℃的环境中冷凝，收集冷凝后的有机溶剂Ⅱ，可循环使用，分离出来的含粘土、细沙粒的固体残砂送至后续生产工序，如砖厂，用于生产环保抗震结构砖。

采用本发明的方法，所得油砂沥青的提取率为100%，溶剂回收率为100%；粗残砂中含溶剂量为0、含沥青量为0，残砂全部得到利用。

本发明是对油砂提取率高、操作连续、节能降耗、操作方便、废弃物无排放，解决了提取后残砂中的溶剂回收问题，环境污染小，溶剂来源于石油炼制的产品，方便易得，且溶剂完全循环使用，降低了成本，不需额外添加稀释剂将沥青进行稀释，直接将提取液输送至后续精炼设备，然后分离出溶剂再利用，减少了中间环节，节约了中间操作成本；可操作连续，降低了成本并减少环境污染，稳定性好，保证了生产的连续性，提高了生产效率，为可用于油砂矿开采现场的完整油砂分离方法。

附图说明

图1为本发明的流程图。

具体实施方式

参见图1，用于实现本发明的方法的装置，包括：

第一搅拌槽3，所述第一搅拌槽3的上部设有有机溶剂Ⅰ入口301；

与所述的搅拌槽3的底部通过管线相连接的一次分离机4，所述一次分离机4上部设有提取相出口402，所述提取相出口402通过管线与后续的精炼工序24相连通，所述一次分离机4优选为悬液分离器；术语“悬液分离器”的结构为常规的，在相关的化学工程手册上有详细的描述；

与所述的一次分离机4的底部通过管线相连接的第二搅拌槽5，所述第二搅拌槽5的上部设有有机溶剂Ⅱ入口501；

与所述的第二搅拌槽5的底部通过管线相连接的二次分离机6，所述二次分离机6的上部设有有机溶剂Ⅰ出口，优选的，所述有机溶剂Ⅰ出口通过管线与第一搅拌槽3相连通，二次分离机6优选为悬液分离器；

与所述二次分离机6的底部通过管线相连接的螺旋式干燥器7，连接处位于螺旋式干燥器7的下部；

与所述的螺旋式干燥器7的物料出口通过管线相连接的冷凝器8，所述冷凝器8设有冷凝液出口，优选的，所述冷凝液出口通过管线与所述的第二搅拌槽5相连接；

采用上述装置，实现本发明的方法，包括如下步骤：

（1）将油砂与有机溶剂Ⅰ送入第一搅拌槽3混合提取，获得有机溶剂Ⅰ与油砂的混合浆液；

（2）将步骤（1）获得的混合浆液，送入一次分离机4，进行一次固液分离，分别收集提取相和提余相，所述提取相为沥青与有机溶剂Ⅰ的混合物，所述提余相为一次残砂与有机溶剂Ⅰ的混合物；

收集的提取相，送入后续的精炼工序24精炼提取出沥青，回收的有机溶剂Ⅰ可以返回循环使用；

（3）将步骤（2）收集的提余相与有机溶剂Ⅱ送入第二搅拌槽5，进行二次提取；

（4）二次固液分离获得的残留粗颗粒固体与机溶剂Ⅱ的混合物，送入螺旋式干燥器7的下部，对残留粗颗粒固体进行干燥脱溶剂；

所述螺旋式干燥器为本领域通用的设备，具体结构可参见化学工程手册。

含有机溶剂Ⅱ的气体混合物，由螺旋式干燥器7的上部流出，在冷凝器8中冷凝，收集冷凝后的有机溶剂Ⅱ，可循环使用；

螺旋式干燥器7底部分离出来的分离出来的含粘土、细沙粒的固体残砂送至砖厂，用于生产环保抗震结构砖。

实施例1

采用图1的流程，采用溶剂分离油砂，油砂中，沥青的重量含量为20%

将经由螺旋滚筒高温水破碎除砂器破碎至大小为20mm的油砂颗粒5kg，送入一次搅拌槽3与有机溶剂Ⅰ于25℃下混合，搅拌10min，然后送入一次悬液分离器4，进行液固分离；

所述有机溶剂Ⅰ为正辛烷与异丁醛的混合物，体积比为正辛烷：异丁醛=1:5；

有机溶剂Ⅰ与油砂的质量比为2:1；

分离出的提取相送往后续的精炼工序24，分离出沥青和有机溶剂Ⅰ，有机溶剂Ⅰ循环使用；

分离出的提余相，送入二次搅拌槽5中，同时加入有机溶剂Ⅱ，提余相与机溶剂Ⅱ体的积比为：提余相：有机溶剂Ⅱ=2∶1；

于25℃下洗涤提取10min，获得有机溶剂Ⅰ、有机溶剂Ⅱ和含残砂的混合浆液，然后送入二次旋液分离器6，进行液固分离，分离出的液相为有机溶剂Ⅰ，可循环使用；

所述的有机溶剂Ⅱ为正辛烷与石脑油的混合物，正辛烷∶石脑油=5∶1；

分离出的残留粗颗粒固体，送入螺旋式干燥器7，进行脱溶剂处理；

螺旋式干燥器7加热至100℃后，含有溶剂蒸汽的气体混合物送入冷凝器8进行冷凝，分离出有机溶剂Ⅱ。螺旋式干燥器7获得的含粘土、细沙粒的固体残砂送至砖厂，用于生产环保抗震结构砖。

所得油砂沥青的提取率为100%，溶剂回收率为100%；粗残砂中含溶剂量为0、含沥青量为0，残砂全部得到利用。

实施例2

采用图1的装置，采用溶剂分离油砂，油砂中，沥青的重量含量为30%

将经由螺旋滚筒高温水破碎除砂器破碎至大小为20mm油砂颗粒5kg，送入一次搅拌槽3与有机溶剂Ⅰ于20℃下混合，搅拌提取15min，然后送入一次悬液分离器4，进行液固分离；

所述有机溶剂Ⅰ为正辛烷与异丁醛的混合物，体积比为正辛烷：异丁醛=1:8；

有机溶剂Ⅰ与油砂的质量比为3:1；

分离出的提取相送往后续的精炼工序24，分离出沥青和有机溶剂Ⅰ，有机溶剂Ⅰ循环使用；

分离出的提余相，送入二次搅拌槽5中，同时加入有机溶剂Ⅱ，提余相与机溶剂Ⅱ体的积比为：提余相∶机溶剂Ⅱ=3:1；

所述的有机溶剂Ⅱ为正辛烷与汽油的混合物，正辛烷∶汽油=8∶1；

于20℃下洗涤提取15min，获得有机溶剂Ⅰ、有机溶剂Ⅱ和处理残砂的混合浆液，然后送入二次旋液分离器6，进行液固分离，分离出的液相为有机溶剂Ⅰ，可循环使用；

分离出的残留粗颗粒固体，送入螺旋式干燥器7，进行脱溶剂处理；

螺旋式干燥器7加热至100℃后，含有溶剂蒸汽的气体混合物送入冷凝器8进行冷凝，分离出有机溶剂Ⅱ。螺旋式干燥器7获得的含粘土、细沙粒的固体残砂送至砖厂，用于生产环保抗震结构砖；

所得油砂沥青的提取率为100%，溶剂回收率为100%；粗残砂中含溶剂量为0、含沥青量为0，残砂得到全部利用。

Claims (10)

1.溶剂分离油砂的方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）将油砂与有机溶剂Ⅰ混合，获得有机溶剂Ⅰ与油砂的混合浆液；

所述的有机溶剂Ⅰ为烷烃、醇类或醛类中的一种以上的混合物；

（2）将步骤（1）获得的混合浆液，进行一次固液分离，分别收集提取相和提余相，所述提取相为沥青与有机溶剂Ⅰ的混合物，所述提余相为一次残砂与有机溶剂Ⅰ的混合物；

收集的提取相，送入后续的精炼工序，经由精炼工序提取出沥青，分离出的有机溶剂I回收再利用；

（3）将步骤（2）收集的提余相与有机溶剂Ⅱ混合，进行二次提取，获得有机溶剂Ⅰ、有机溶剂Ⅱ和处理残砂的混合浆液，然后进行二次固液分离，收集二次固液分离的清液；

（4）将二次固液分离获得的残留粗颗粒固体与机溶剂Ⅱ的混合物，在干燥器中进行干燥，分离出来的含有粘土、细沙粒的固体残砂送至后续生产工序。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（1）中，将油砂与有机溶剂Ⅰ混合后，40~120℃提取10~15min。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（1）中，有机溶剂Ⅰ与油砂的质量比为2~3∶1。

4.根据权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，步骤（1）中：

醇类、醛类与烷烃的体积比为：醇类、醛类∶烷烃=4~8∶1；

所述烷烃为含有8～12个碳原子的烷烃，所述醇类为正丁醇、异丁醇或新戊醇，所述醛类为异丁醛。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（2）中，收集的提取相，送入后续的精炼工序，经由精炼工序提取出沥青，回收的有机溶剂Ⅰ返回循环使用。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（3）中，将步骤（2）收集的提余相与有机溶剂Ⅱ混合，进行二次提取，40~120℃提取10~15min。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（3）中，收集二次固液分离的清液，为有机溶剂Ⅰ，循环使用。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（3）中，所述的有机溶剂Ⅱ选自烷烃与石脑油、汽油或重整汽油的混合物；

烷烃与石脑油、汽油或重整汽油的体积比为：烷烃∶石脑油、汽油或重整汽油=4~8∶1；

所述烷烃优选含有8~12个碳原子的烷烃；

提余相与机溶剂Ⅱ体的积比为2~3∶1。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（4）中，干燥脱溶剂温度为40~120℃，含有机溶剂Ⅱ的气体混合物，在温度为10~25℃的环境中冷凝。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，收集冷凝后的有机溶剂Ⅱ可循环使用。