CN105885917B - 一种含碳酸盐重质油泡沫的高效处理方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种含碳酸盐重质油泡沫的高效处理方法和系统，含碳酸盐矿物质的重质油泡沫，如沥青泡沫、油页岩重油泡沫、落地油泡沫等，与溶剂混合，经过两类固液分离操作分为油相和水‑固混合相；水‑固混合相在一定情况下与所配置的溶液混合，发生反应，分离回收其中的有机物组分。于此同时，获得溶有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泡沫进行液固分离，而且可以很大程度的回收重质油泡沫中的矿物质。节约了能源，减少了环境污染。

Description

一种含碳酸盐重质油泡沫的高效处理方法和系统
技术领域
本发明涉及一种从富含碳酸盐重质油泡沫的高效处理方法和系统，属于化工分离及反应工程技术领域，具体涉及先后采用有机溶剂与酸溶液处理重质油泡沫的系统和方法及相关产品回收工艺。
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。然而，由于重质油在开采后因时常伴有矿物颗粒及水乳液，需要经过一些预处理的工序才能送往炼厂进行炼制。
以油砂沥青开采为例，油砂沥青与砂粒分离之后形成沥青泡沫，同时里面还含有一定量的矿物质(主要是细小颗粒物)及一些水分。这些矿物质及水分如果不经过处理，有些会对后续的炼油产生较大的影响，如腐蚀设备、毒害催化剂、结焦等等，同时也会造成能源的浪费，增加了经济成本。为此，对沥青泡沫进行预处理是及其必要的操作，该步骤效果的好坏直接制约着重质油矿的开采速度及规模。
目前已有的沥青泡沫处理工艺主要针对硅酸盐类型的重质油矿泡沫的处理，主要采用溶剂稀释和沉淀进行油-水-固三相分离的。比如，US20140346088(2014)采用超临界流体将沥青从加拿大油砂沥青泡沫中分离出来；US20100089800(2010)、US20120279824(2012)、US20140048380(2014)采用脂肪烃对加拿大油砂沥青进行稀释后沉降分离等。然而，对于含碳酸盐矿物质的重质油泡沫却未见相关报道，主要是由于大部分含碳酸盐重质油矿为油润性矿。为此，如何高效、环保、节能的处理碳酸盐类重质油泡沫是发展和开采含碳酸盐重质油矿的关键技术步骤和基础。
本发明专利将主要针对上述问题，提出一种处理含碳酸盐矿物质的重质油泡沫的系统和方法，同时分类回收其中的矿物质，实现不同物质的综合利用。
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，可以用于处理含碳酸盐矿物质的重质油泡沫，如沥青泡沫、油页岩重油泡沫、落地油泡沫等，的重质油泡沫处理的高效方法和系统。
本发明通过如下设备和技术方案实现的：
一种含碳酸盐重质油泡沫的高效处理方法，向重质油泡沫中加入有机溶剂使得其得以稀释，稀释后的重质油泡沫经过固液分离装置分为油相和固体-水相两部分，油相输送至溶剂回收装置进行分离以获得重质油产品，同时回收溶剂；而固体-水相部分由酸溶液处理，回收其中的有用成分，对溶解的固体矿物质进行加工处理回收。
而且，所述酸溶液为一元、二元、三元有机酸或无机酸的一种或者几种酸的混合液，且酸溶液pH值小于1。
而且，所述酸溶液为氢氟酸、乙酸、硝酸、盐酸、氢碘酸、氢溴酸、甲酸、氯酸、硫酸、草酸、磷酸中的至少一种。
而且，向重质油泡沫中加入的有机溶剂为芳烃类或石油副产品有机溶剂的一种或几种的混合物，用量相当于泡沫中重质油重量的0.2～5倍。
而且，所述有机溶剂甲苯、苯系物、石油醚、石脑油、汽油、柴油中的至少一种或两种以上的混合物。
而且，泡沫处理过程的固液分离装置包括初级固液分离装置和二次固液分离装置；初级固液分离装置由1～3级重力沉降操作完成，而二次固液分离装置则由1～3级离心或者悬液分离操作完成。
而且，由固体-水相处理的酸洗装置得到的溶剂-油有机物组分返回固液分离装置处理，而水溶液及固体沉淀物则进行后续资源化回收利用和处理。
而且，所处理的含碳酸盐重质油泡沫包括，油砂沥青泡沫、页岩油泡沫、落地油泡沫、油泥沥青泡沫，碳酸盐含量占矿物质总量不低于10％。
而且，所述的酸洗温度为5～75℃；混合方式为搅拌、超声、微波等。
而且，在含碳酸盐的重质油泡沫加入溶剂的同时添加破乳剂。
本发明的独特之处有如下几点：
1、本发明采用芳烃烃类有机溶剂对含碳酸盐的重质油泡沫进行稀释，可以有效的降低油品中的固体和水分含量，降低了对后续炼油系统的腐蚀和毒害作用；
2、本发明采用酸溶液对固液分离系统出来的固体及乳液物料进行处理，不仅解决了溶剂和残留油回收的问题，而且可以有效的回收有用的矿物质，原料方便易得、操作简单，增加了经济效益。
附图说明
图1为本发明一种含碳酸盐重质油泡沫的高效处理方法和系统流程图
物料编号：1.富含碳酸盐矿物质的重质油泡沫；2.溶剂；3.稀释后的重质油泡沫；4.固体沉淀-乳液混合物；5.溶剂重质油清液Ⅰ；6.溶剂重质油清液Ⅱ；7.固体残渣及水溶液；8.重质油初产品；9.回收的溶剂；10.酸溶液；11.回收的溶剂-重质油；12.气体；13.固体残渣及溶液。
装置编号：A.初级液固分离装置；B.二次液固分离装置；C.溶剂回收装置；D.酸洗装置。
具体实施方式
本发明提供了一种用于含碳酸盐的重质油泡沫的高效处理方法和系统，该方法使用芳烃类有机溶剂对重质油泡沫进行稀释并进行固液分离，所得固体沉淀物及乳液采用酸洗的方法分别回收有机物组分及矿物组分，从而实现节能减排的处理含碳酸盐重质油泡沫的高效处理的目的。为了强化处理效果，在使用有机溶剂对含碳酸盐的重质油泡沫进行稀释时，向溶剂中事先加入一定量的破乳剂，使得固液分离速度加快。
本发明所述的含碳酸盐矿物质的重质油泡沫处理系统和方法包括如下主要装置：沉降槽、离心式液固分离器、酸洗槽、蒸馏塔及各种液固输送设备。
其具体操作步骤如下：
⑴含碳酸盐的重质油泡沫1与溶剂2混合后形成稀释后的重质油泡沫3，输送至初级液固分离装置A中进行液固初次分离，分为上层溶剂重质油清液5、下层固体沉淀-乳液混合物4；
⑵从初级液固分离装置A中沉淀出的固体沉淀-乳液混合物4，送往酸洗装置D与酸溶液10进行反应，反应后浮于溶液上层的回收的溶剂-重质油循环回初级液固分离装置A中；
⑶初级液固分离装置A中得到的上层溶剂重质油清液输入到二次液固分离装置B中，经过二次分离出的输送至溶剂回收系统C进行分离操作，回收溶剂9，同时获得重质油初产品8，重质油初产品8再经过精炼获得各种油品；
⑷从二次液固分离装置B中分离出来的固体水则输送至酸洗系统D中进行反应，从酸洗系统D中出来的固体残渣及溶液13进行分批处理或集中处理，回收有用成分，环保排放，气体12进行收集或排放。
⑸当酸溶液为一元的有机酸或无机酸的一种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，固体残渣及溶液13的成分包括：溶液为钙盐溶液，固体残渣为沙粒，不溶解于酸的固体颗粒等，还包括一部分重金属盐溶液。
⑹当酸溶液为二元、三元的有机酸或无机酸的一种或者几种酸的混合液，如硫酸、草酸、磷酸等等及相关混合液，且酸溶液pH值小于1。固体残渣及溶液13的成分包括：钙盐沉淀、沙粒、少量重金属盐溶液以及水。
本发明采用的有机溶剂为甲苯、苯系物、石油醚、石脑油、汽油、柴油等芳烃类或石油副产品有机溶剂的一种或几种的混合物，用量相当于泡沫中重质油重量的0.2～5倍。
在含碳酸盐的重质油泡沫加入溶剂的同时添加破乳剂，如：环氧乙烷-环氧丙烷的聚合物、乙基纤维素、有机磺酸盐等的一种或多种加入泡沫重量的1-10％。
本发明中所所处理的含碳酸盐(碳酸盐含量占矿物质总量不低于10％)重质油泡沫包括，油砂沥青泡沫、页岩油泡沫、落地油泡沫、油泥沥青泡沫等。
本发明采用的本发明中的固液分离系统包括初级固液分离系统和二次固液分离系统；初级固液分离系统由1～3级重力沉降操作完成，而二次固液分离系统则由1～3级离心或者悬液分离操作完成。
本发明所述的酸洗温度为5～75℃；混合方式为搅拌、超声、微波等。
含碳酸盐重质油泡沫的处理过程由四大主要装置组成：溶剂-油混合装置、固-液分离装置、酸洗装置、溶剂回收装置。由萃取过程得到的含碳酸盐重质油泡沫先经过溶剂-油混合装置与溶剂混合，降低泡沫的粘度和密度，与固体/水形成密度差；稀释后的泡沫混合物输送至固-液分离装置，依靠密度差，分成清液油相、乳液相和固体相；其中，油相送往溶剂回收装置将溶剂与重质油进行分离，回收溶剂循环利用；而乳液相和固体相则由酸洗装置进行处理，分别回收其中的有机物和无机矿物质。
工艺实施的具体操作步骤：
由萃取过程得到的含碳酸盐重质油泡沫采用相当于泡沫中重质油质量0.2～5倍的芳烃溶剂于～60℃进行稀释混合，降低泡沫的粘度和密度，与固体/水形成密度差；稀释后的泡沫混合物输送至初级固-液分离装置A，依靠密度差，分成清液油相、乳液相和固体相；其中，油相送往二次固液分离装置B中进行再次分离，B中上层油输送至溶剂回收装置C中进行分离回收溶剂，同时获得重质油产品；从A和B中分离出的乳液和固体相则送入酸洗装置D中于5～75℃进行反应，分别回收其中的有机物和无机矿物质，有机物循环回固液分离装置。
上述含碳酸盐重质油泡沫的处理过程，A装置是一个由1～3级沉降槽组成的装置，沉降槽可以是垂直式沉降槽或者斜板式沉降槽；B装置是一个1～3级由具有离心功能的固液分离装置组成的分离装置，可以是离心机组合或者是悬液分离器组合体；为了强化固液分离，尤其是乳液的破乳过程，在加入溶剂对重质油泡沫稀释的同时可一并加入一定量的破乳剂，包括阴离子型破乳剂或者非离子型破乳剂。
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：
一种含碳酸盐重质油泡沫的高效处理方法和系统，操作步骤如下：
⑴来自印尼油砂萃取分离所得的沥青泡沫(沥青：矿物颗粒：水分＝4：3.5：2.5，质量比，其中碳酸盐含量为矿物质总含量的55％)与甲苯按照1：5(质量比)于5℃下进行均匀混合向A中(一级沉降)进料。
⑵初级液固分离装置A中所得上层清液由上出口排出进入离心分离器进行离心(一级离心)，离心速度600转/分。
⑶离心所得油相进入溶剂回收塔C进行蒸馏回收溶剂，同时获得沥青油产品。
⑷上述初级固液分离装置A和二次固液分离装置B中所得固体及乳液进入酸洗槽D中与5摩尔/升的硝酸于5℃进行超声反应，反应结束后所得溶液及固体物质一并送往后续处理，而D所得的有机相则循环至初级固液分离装置A中。
该过程进入溶剂回收塔的溶剂-重质油混合物中矿物固体含量小于1.5％，水含量小于3.5％，最终所得重质油产品的重质油回收率达99.2％，酸洗装置获得的固体沉淀中有机物含量小于0.01％。
实施例2：
一种含碳酸盐重质油泡沫的高效处理方法和系统，操作步骤如下：
⑴来自油泥萃取分离所得的重油泡沫(沥青：矿物颗粒：水分＝6：1：3，质量比，其中碳酸盐含量为矿物质总含量的36％)与石脑油按照1：0.2(质量比)于60℃下进行均匀混合向初级固液分离装置A中(三级级沉降，每一级补充进料量0.1倍的溶剂进行混合)进料。
⑵初级液固分离装置A中上层清液由上出口排出进入溶剂回收塔，中间层乳液由三级离心分别以100g、1500g、3000g的离心力进行离心。
⑶离心所得油相进入溶剂回收塔C进行蒸馏回收溶剂，同时获得沥青油产品。
⑷上述A中所得固体及乳液进入酸洗槽中与5摩尔/升的盐酸与氢氟酸(按1：1体积比混合)混合液于35℃进行搅拌、反应，离心所得的固体及水相也一并送至酸洗槽处理。酸洗槽反应结束后所得溶液及固体物质一并送往后续处理，而由酸洗槽中所得的有机相则循环至初级固-液分离装置A中。
该过程进入溶剂回收塔的溶剂-重质油混合物中矿物固体含量小于4.5％，水含量小于3.5％，最终所得重质油产品的重质油回收率达97.5％，酸洗装置获得的固体沉淀中有机物含量小于0.01％。
实施例3：
一种含碳酸盐重质油泡沫的高效处理方法和系统，操作步骤如下：
⑴来自印尼油砂萃取分离所得的沥青泡沫(沥青：矿物颗粒：水分＝5：3：2，质量比，其中碳酸盐含量为矿物质总含量的85％)与煤油(混有0.1％的乙基纤维素)按照1：3(质量比)于60℃下进行均匀混合向A中(一级沉降)进料，上层清液由上出口排出后由两级离心B装置分别以1000-g、3000-g的离心力进行离心。
⑵离心所得油相进入溶剂回收塔进行蒸馏回收溶剂，获得重质油产品。
⑶上述固液分离装置A和B中所得固体及乳液进入酸洗槽中与0.1摩尔/升的甲酸于45℃进行超声反应。
⑷酸洗槽反应结束后所得溶液及固体物质一并送往后续处理，而酸洗槽中所得的有机相则返回至初级固液分离装置A中。
该过程进入溶剂回收塔的溶剂-重质油混合物中矿物固体含量小于1.5％，水含量小于3.5％，最终所得重质油产品的重质油回收率达99％，溶液为富含甲酸根及各种钙、铁、铜、镁、锰等金属离子的溶液，沉淀中有机物含量小于0.01％。
实施例4：
一种含碳酸盐重质油泡沫的高效处理方法和系统，操作步骤如下：
⑴来自页岩油萃取分离所得的沥青泡沫(沥青：矿物颗粒：水分＝3：5：2，质量比，其中碳酸盐含量为矿物质总含量的15％)与汽油按照1：5(质量比)于35℃下进行均匀混合向A中(二级沉降)进料并分离，上层清液由上出口排出进入两级悬液分离器B中进行悬液分离，悬液分离所得油相进入溶剂回收塔进行蒸馏回收溶剂。
⑵上述A和B中所得固体及乳液进入酸洗槽中与5摩尔/升的盐酸于45℃搅拌，进行反应。
⑶酸洗槽反应结束后所得溶液及固体物质一并送往后续处理，而所得的有机相则返回至初级固液分离装置。
该过程进入溶剂回收塔的溶剂-重质油混合物中矿物固体含量小于2.5％，水含量小于3.5％，最终所得重质油产品中固体含量小于5％，重质油回收率达99.5％，溶液富含各种钙、铁、铜、镁、锰等金属离子，沉淀中有机物含量小于0.01％。
实施例5：
一种含碳酸盐重质油泡沫的高效处理方法和系统，操作步骤如下：
⑴来自油泥萃取分离所得的重油泡沫(沥青：矿物颗粒：水分＝6：1：3，质量比，其中碳酸盐含量为矿物质总含量的10.1％)与石脑油(混有0.1％的环氧乙烷-环氧丙烷聚合物)按照1：0.5(质量比)于60℃下进行均匀混合向A中(一级沉降)进料并沉降分离。
⑵初级固液分离器上层清液由上出口排出进入离心机B进行分离，离心分离所得溶剂-沥青油中矿物固体含量小于3.5％，水含量小于2.5％，该混合物油进入溶剂回收塔C进行蒸馏回收溶剂，所产出的沥青油中固体无机物含量小于5％。
⑶上述A和B中所得固体及乳液进入酸洗槽中与3摩尔/升的乙酸于45℃进行微波强化反应。酸洗槽反应结束后所得溶液及固体物质一并送往后续处理，而酸洗槽中所得的有机相则返回至固液分离装置A中。该过程最终所得重质油产品的重质油回收率达97.8％，酸洗后溶液富含各种钙、铁、铜、镁、锰等金属离子，沉淀中有机物含量小于0.01％。
实施例6：
一种含碳酸盐重质油泡沫的高效处理方法和系统，操作步骤如下：
⑴来自印尼油砂萃取分离所得的沥青泡沫(沥青：矿物颗粒：水分＝4：3.5：2.5，质量比，其中碳酸盐含量为矿物质总含量的57％)与甲苯按照1：5(质量比，甲苯中溶有0.01％的乙基纤维素)于常温下进行均匀混合向A中(一级沉降)进料。
⑵上层清液由上出口排出进入离心分离器进行离心(1800r/min)，离心所得油相中矿物固体含量小于1.5％，水含量小于3.5％，该混合物进入溶剂回收塔C进行蒸馏回收溶剂，同时获得沥青油产品，重质油回收率大99.2％。
⑶上述A和B中所得固体及乳液进入酸洗槽D中与5摩尔/升的硫酸于75℃进行超声反应，反应结束后所得溶液及固体物质一并送往后续处理，而D所得的有机相则循环至固液分离装置。酸洗槽底部固体沉淀中硫酸盐含量约65％。
实施例7：
一种含碳酸盐重质油泡沫的高效处理方法和系统，操作步骤如下：
⑴来自印尼油砂萃取分离所得的沥青泡沫(沥青：矿物颗粒：水分＝5：3：2，质量比，其中碳酸盐含量为矿物质总含量的55％)与煤油(混有0.1％的乙基纤维素)按照1：3(质量比)于35℃下进行均匀混合向A中(一级沉降)进料，上层清液由上出口排出后由两级离心B装置分别以1000-g、3000-g的离心力进行离心。
⑵离心所得油相中矿物固体含量小于1.5％，水含量小于3.5％，该油相进入溶剂回收塔进行蒸馏回收溶剂，获得重质油产品，重质油回收率达99％。
⑶上述A和B中所得固体及乳液进入酸洗槽中与0.1摩尔/升的硫酸于45℃进行反应。酸洗槽反应结束后所得溶液及固体物质一并送往后续处理，而酸洗槽中所得的有机相则返回至固液分离装置。酸洗槽底部固体沉淀中硫酸盐含量达65％。
实施例8：
一种含碳酸盐重质油泡沫的高效处理方法和系统，操作步骤如下：
⑴来自油泥萃取分离所得的重油泡沫(沥青：矿物颗粒：水分＝6：1：3，质量比，其中碳酸盐含量为矿物质总含量的25％)与石脑油(混有0.1％的环氧乙烷-环氧丙烷聚合物)按照1：0.5(质量比)于40℃下进行均匀混合向A中(一级沉降)进料并沉降分离，上层清液由上出口排出进入离心机B进行分离，离心分离所得油中矿物固体含量小于3.5％，水含量小于2.5％，该油相进入溶剂回收塔C进行蒸馏回收溶剂，同时获得沥青产品，沥青回收率达97.8％。上述A和B中所得固体及乳液进入酸洗槽中与3摩尔/升的磷酸于45℃进行超声反应。酸洗槽反应结束后所得溶液及固体物质一并送往后续处理，而酸洗槽中所得的有机相则返回至固液分离系统A中。酸洗槽底部固体沉淀中磷酸盐含量不低于65％。
本发明提出的一种含碳酸盐重质油泡沫处理系统和方法，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 (3)

1.一种含碳酸盐重质油泡沫的高效处理方法，其特征在于：向重质油泡沫中加入有机溶剂使得其得以稀释，稀释后的重质油泡沫经过固液分离系统分为油相和固体-水相两部分，油相输送至溶剂回收装置进行分离以获得重质油产品，同时回收溶剂；而固体-水相部分由酸溶液处理，回收其中的有用成分，对溶解的固体矿物质进行加工处理回收；所述酸溶液为一元、二元、三元有机酸或无机酸的一种或者几种酸的混合液，且酸溶液pH值小于1；向重质油泡沫中加入的有机溶剂为芳烃类或石油副产品有机溶剂的一种或几种的混合物，用量相当于泡沫中重质油重量的0.2～5倍；所述有机溶剂为苯系物、石油醚、石脑油、汽油、柴油中的至少一种或两种以上的混合物；所处理的含碳酸盐重质油泡沫包括，油砂沥青泡沫、页岩油泡沫、落地油泡沫、油泥沥青泡沫，碳酸盐含量占矿物质总量不低于10％；所述酸溶液为氢氟酸、乙酸、硝酸、盐酸、氢碘酸、氢溴酸、甲酸、氯酸、硫酸、草酸、磷酸中的至少一种；酸洗温度为5～75℃；混合方式为搅拌、超声、微波；在含碳酸盐的重质油泡沫加入溶剂的同时添加破乳剂。
2.根据权利要求1所述的含碳酸盐重质油泡沫的高效处理方法，其特征在于：泡沫处理过程的固液分离装置包括初级固液分离装置和二次固液分离装置；初级固液分离装置由1～3级重力沉降操作完成，而二次固液分离装置则由1～3级离心或者悬液分离操作完成。
3.根据权利要求1所述的含碳酸盐重质油泡沫的高效处理方法，其特征在于：由固体-水相处理的酸洗装置得到的溶剂-油有机物组分返回固液分离装置处理，而水溶液及固体沉淀物则进行后续资源化回收利用和处理。
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