CN105885909A - 富含碳酸盐重质油矿的连续分离和转化的系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种富含碳酸盐重质油矿的连续分离和转化的系统和方法，含碳酸盐矿物质的重质油资源，如油砂、油页岩、落地油泥等，在一定情况下与所配置的溶液混合，发生反应，从而达到将重质油与矿物颗粒分离的目标。采用并联多个反应器与浮选器来实现连续化操作，分离过程最后获得重质油粗品、富含各种金属离子的水溶液以及用于建筑材料的矿物质。该技术不仅可以有效的将重质油从矿中提取出来，而且可以很大程度的回收重质油矿中的矿物质。极大的节约能源，实现常温萃取或回收重质油的节能生产的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种从富含碳酸盐重质油矿中分离出重质油的连续分离系统和方法，属于化工分离及反应工程技术领域，具体涉及采用酸溶液萃取分离重质油矿的方法。
背景技术
重质油矿(如，油砂、油页岩、落地油、油泥等)是一种由重质油(或沥青)、沙粒、粘土和少量水组成的复杂混合物。因其储量巨大，已逐渐成为一种后备的石油资源。以油砂为例，其探明储量约占现存石油资源总量的三分之一左右，现有技术可采储量约为6510亿桶，主要分布在加拿大、委内瑞拉、美国、俄罗斯、印尼和中国等地，是一种很有潜力的石油替代能源。
油砂的开采依据其自身理化性质及地质条件可以分为露天开采和原地开采。对于加拿大的水润型油砂，当矿产埋藏深度小于75米时，工业上主要采用热碱水洗工艺对油砂进行分离；而当油砂矿埋藏深度大于75米时，则采用原地开采方法，如向地底层注入热蒸汽、热溶剂等等。然而，对于油润性油砂，如美国犹他州油砂、印尼油砂及中国新疆油砂则无法有效的利用热碱水洗的工艺对油砂沥青进行分离。为此，诞生了不少其他新型技术，如溶剂萃取技术(CN 101274303A，CN 101544902A，CN102925190A，US 3117922(1964)，US 3392105(1968)，US 4046669(1969)，US 4046668(1977)，US 4036732(1977)，US 4347118(1982)，US 4498971(1984)，US 4929341(1990))、热裂解技术(CN103289715A，CN104087329A)、微生物发酵技术等等。这些技术都有各自的优点，比如，溶剂萃取技术具有萃取率高、萃取过程不需要水的参与、可常温下操作、溶剂可循环使用等优点；热裂解技术可以实现重质油萃取与炼油集成处理，减少了工艺过程；微生物发酵技术可以实现温和的提油过程等等。然而，它们又都伴随着各自的缺点，如溶剂萃取后残砂固体中的溶剂回收问题及溶剂泄露的环境问题，热裂解过程中能耗过高的问题，微生物发酵的稳定性及规模化问题，这些都使得上述技术在工业化过程当中遇到各种阻力，导致其最终未能在工业上实现规模化使用。
由此可见，运行成本及环境问题是目前重质油矿开采，尤其是油润性油砂，的关键技术问题。为此，本发明专利将主要针对上述问题，提出一种处理富含碳酸盐矿物质的重质油矿的连续分离系统和方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低成本、连续、高效、节能，可以用于处理富含碳酸盐矿物质的重质油矿，如油砂、页岩油、落地油、油泥等，的重质油矿分离系统和方法。
本发明实现目的的技术方案如下：
一种富含碳酸盐重质油矿的连续分离和转化的方法，富含碳酸盐重质油矿破碎后通过两个或多个相同的混合反应器并联、交替进行操作来实现，混合反应器内加入酸溶液，所述酸溶液为一元有机酸或无机酸的一种或者几种酸的混合液。
而且，所处理的重质油矿为富含碳酸盐矿物质(碳酸盐含量超过原矿中矿物质含量的10％)的重质油矿，如油砂、页岩油、落地油、油泥等。
而且，所述酸液为氢氟酸、乙酸、硝酸、盐酸、氢碘酸、氢溴酸、甲酸、氯酸中的至少一种，且酸溶液pH值小于1。
而且，所述的混合反应温度为5～55℃；混合方式为搅拌、超声、微波等。
而且，在并联操作中，它们之间轮流切换进行混合反应与静置分层、排料的操作，实现连续操作的目的。
一种富含碳酸盐重质油矿的连续分离和转化的系统，包括粉碎机、物料输送机、混合反应器、及液体输送设备，粉碎机出料口并联连接两个或多个混合反应器，各混合反应器分别制有气体出口管道，上层的重质油泡沫出口管道、盐溶液出口管道、底部的固体沉淀物出口管道，所述酸溶液为一元有机酸或无机酸的一种或者几种酸的混合液。
而且，上述两个混合反应器的对应功能相同的管道还汇聚成一个功能管道排出相关物质。
本发明的优点及效果如下：
1、本发明采用矿物分类的方法选择适当的分离技术对重质油矿物进行分离，不仅能有效降低分离难度，而且可以在能耗、环保方面得到有效改进和突破，降低成本。
2、本发明采用酸溶液与富含碳酸盐的重质油矿进行混合反应，原料方便易得，操作简单。
3、本发明采用超声、微波、搅拌等手段对重质油矿分离过程进行强化，可以有效的加速反应过程，提高萃取效率。
4、本发明采用串联反应器与浮选槽或者并联多个反应器的方式，有效的保证了生产操作的连续性，大大的提高了生产处理能力。
5、本发明对反应之后的产物分类回收处理，提高了经济效益，减少了环境污染。
附图说明
图1一种富含碳酸盐重质油矿的连续分离和转化的系统和方法的流程图；
物料编号：1.富含碳酸盐重质油矿；2.粉碎后的重质油矿小颗粒；3.新鲜酸溶液；4.气体混合物；5.重质油泡沫(沥青泡沫)；6.水溶液；7.残渣矿物质；
装置编号：A.粉碎机；B1.混合反应器；B2.另一混合反应器
具体实施方式
本发明提供了一种用于富含碳酸盐的重质油矿连续分离和转化的系统和方法，该分离方法使用酸溶液与重质油矿进行反应，来实现重质油分离提取的目的。连续系统通过并联操作来实现。该分离方法不仅成功的将重质油从矿物中连续的提取出来，还能回收矿物成分，实现了节能、环保、连续、高效的运行目的。
本发明所述的富含碳酸盐矿物质的重质油连续分离和转化的系统和方法按照并联操作，包括如下主要装置：粉碎机、物料输送机、混合反应器、及液体输送设备等。
其具体操作步骤如下：
⑴富含碳酸盐的重质油矿1经粉碎机A粉碎后，变成小于5厘米的粉碎后的重质油矿颗粒2，由物料输送机送至混合反应器B1中与新鲜酸溶液3进行混合反应；
⑵反应一定时间后，停止进出料进行静置分层，此时矿物物料转向输入B2反应器内进行与B1同样的混合反应操作；当反应器B1内静置分层结束后，将上层的重质油泡沫5(沥青泡沫)、盐溶液6、底部的固体沉淀物7分别排出处理；当物料排出结束后，在排出的物料反应器中进料，不断切换操作实现连续作业。
本发明采用的酸溶液为一元的有机或无机酸的一种酸或者几种酸的混合液，如氢氟酸、乙酸、硝酸、盐酸、氢碘酸、氢溴酸、甲酸、氯酸等等及相关混合液，且酸溶液pH值小于1。
本发明中所处理的重质油矿为富含碳酸盐矿物质的重质油矿(碳酸盐含量不低于矿物质总量的10％)，如油砂、页岩油、落地油、油泥等。
本发明中所采用的混合反应温度为5～55℃；混合反应时间为2小时以内；混合方式为搅拌、超声、微波等。
一种富含碳酸盐重质油矿的连续分离和转化的方法，步骤如下：
富含碳酸盐重质油矿的连续分离提取过程的核心系统是提供固-液接触并进行反应的场所，即混合-反应器。重质油矿按照技术指标被粉碎到一定的粒径，由输送机输送至混合-反应器中与酸溶液进行混合并反应。对多个反应器进行轮流切换式进料，每个反应器内反应结束后，静置分层，分层后的物料分别排出进行后续处理；待物料排出之后再向反应器中进料，如此往复，实现连续进出料的操作。
工艺实施的具体操作步骤：
来自矿区或矿物储备区(如油田、油田处理厂等)的重质油矿资源1先经过粉碎机A粉碎，粉碎后的重质油矿经过物料输送机送入混合反应器B1中与一定比例的酸溶液于5～95℃下，进行混合反应，然后静置分层，分层后的物料分别排出进行后续处理。在混合反应器B1进料结束之后，物料随即输入混合反应器B2内进行反应，混合反应器B2进行与混合反应器B1相同的操作，如此往复切换，实现连续进出料的操作，所用混合反应器B1或B2的个数由反应参数及生产规模决定。
下面，对本发明用以下实施例进行说明，但不限于以下实施例。
实施例1：
一种富含碳酸盐重质油矿的连续分离和转化的方法，步骤如下：
经过粉碎机A粉碎的油泥(矿物中碳酸盐含量33％，最大粒径5cm)以5kg/min的速度向混合-反应器B1输入50kg油砂矿，与浓度为2摩尔/升的氢氟酸与盐酸的混合物(按体积比为1：1混合)按照固液比为1：3(质量比)于35℃下充分混合，超声，总共反应40min，静置5min将上层沥青泡沫取出，同时分别排出中间的溶液相及底部的固体物质；当B1的进料结束后，向B2进料，B2与B1进行相同的操作，轮流切换，如图1所示。所得沥青泡沫的回收率达99.7％，泡沫中残留的固体砂粒及粘土小于泡沫总质量的40％，水含量小于泡沫总质量的35％，残渣中以硅酸盐粘土为主。
实施例2：
一种富含碳酸盐重质油矿的连续分离和转化的方法，步骤如下：
经过粉碎机A粉碎的油砂(矿物中碳酸盐含量10.2％，最大粒径0.5cm)以15kg/min的速度向混合-反应器B1输入50kg油砂矿，与浓度为2摩尔/升的氢氟酸与盐酸的混合物(按体积比为1：1混合)按照固液比为1：4(质量比)于35℃下充分混合，超声，总共反应40min，静置5min将上层沥青泡沫取出，同时分别排出中间的溶液相及底部的固体物质；当B1的进料结束后，向B2进料，B2与B1进行相同的操作，依次类推，分别向B3,B4,B5轮流切换，如图1所示。
所得沥青泡沫的回收率达99.5％，排出的溶液中金属离子浓度超过1g/kg,泡沫中残留的固体砂粒及粘土小于泡沫总质量的46％，水含量小于泡沫总质量的38％，残渣中以硅酸盐粘土为主。
实施例3：
一种富含碳酸盐重质油矿的连续分离和转化的方法，步骤如下：
经过粉碎机A粉碎的油泥(矿物中碳酸盐含量83.4％，最大粒径0.5cm)以15kg/min的速度向混合-反应器B1输入50kg油砂矿，与浓度为5摩尔/升的甲酸按照固液比为1：4(质量比)于5℃下充分混合，微波作用，总共反应40min，静置5min将上层沥青泡沫取出，同时分别排出中间的溶液相及底部的固体物质；当B1的进料结束后，向B2进料，B2与B1进行相同的操作，依次类推，分别向B3,B4,B5轮流切换，如图1所示。
所得沥青泡沫的回收率达99.5％，排出的溶液中金属离子浓度超过56g/kg,泡沫中残留的固体砂粒及粘土小于泡沫总质量的15％，水含量小于泡沫总质量的26％，残渣中以硅酸盐粘土为主。
实施例4：
一种富含碳酸盐重质油矿的连续分离和转化的方法，步骤如下：
经过粉碎机A粉碎的油页岩(矿物中碳酸盐含量74.9％，最大粒径1.5cm)以15kg/min的速度向混合-反应器B1输入50kg油砂矿，与浓度为5摩尔/升的硝酸按照固液比为1：4(质量比)于55℃下充分混合，搅拌(300r/min)，总共反应100min，静置5min将上层沥青泡沫取出，同时分别排出中间的溶液相及底部的固体物质；当B1的进料结束后，向B2进料，B2与B1进行相同的操作，依次类推，分别向B3,B4,B5轮流切换，如图1所示。
所得沥青泡沫的回收率达98.8％，排出的溶液中金属离子浓度超过50g/kg,泡沫中残留的固体砂粒及粘土小于泡沫总质量的15％，水含量小于泡沫总质量的25％，残渣中以硅酸盐粘土为主。
本发明提出的一种富含碳酸盐重质油矿连续分离的方法，已通过较佳实施例子进行了描述，相关技术人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的结构和技术方法进行改动或适当变更与组合，来实现本发明技术。特别需要指出的是，所有相类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，他们都被视为包括在本发明精神、范围和内容中。
Claims (7)
1.一种富含碳酸盐重质油矿的连续分离和转化的方法，其特征在于：富含碳酸盐重质油矿破碎后通过两个或多个相同的混合反应器并联、交替进行操作来实现，混合反应器内加入酸溶液，所述酸溶液为一元有机酸或无机酸的一种或者几种酸的混合液。
2.根据权利要求1所述的富含碳酸盐重质油矿的连续分离和转化的方法，其特征在于：所处理的重质油矿为富含碳酸盐矿物质(碳酸盐含量超过原矿中矿物质含量的10％)的重质油矿，如油砂、页岩油、落地油、油泥等。
3.根据权利要求1所述的富含碳酸盐重质油矿的连续分离和转化的方法，其特征在于：所述酸液为氢氟酸、乙酸、硝酸、盐酸、氢碘酸、氢溴酸、甲酸、氯酸中的至少一种，且酸溶液pH值小于1。
4.根据权利要求1所述的富含碳酸盐重质油矿的连续分离和转化的方法，其特征在于：所述的混合反应温度为5～55℃；混合方式为搅拌、超声、微波等。
5.根据权利要求1所述的富含碳酸盐重质油矿的连续分离和转化的方法，其特征在于：在并联操作中，它们之间轮流切换进行混合反应与静置分层、排料的操作，实现连续操作的目的。
6.一种富含碳酸盐重质油矿的连续分离和转化的系统，其特征在于：包括粉碎机、物料输送机、混合反应器、及液体输送设备，粉碎机出料口并联连接两个或多个混合反应器，各混合反应器分别制有气体出口管道，上层的重质油泡沫出口管道、盐溶液出口管道、底部的固体沉淀物出口管道，所述酸溶液为一元有机酸或无机酸的一种或者几种酸的混合液。
7.根据权利要求6所述的富含碳酸盐重质油矿的并联连续分离和转化的系统，其特征在于：上述两个或多个混合反应器的对应功能相同的管道还汇聚成一个功能管道排出相关物质。
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