CN106566573A - 油砂分离工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种油砂分离工艺，包括预处理、稀油浸出、水洗、油水分离、油砂油精制和砂的分级六段处理过程。预处理段包括干式粉碎和筛分；稀油浸出段包括湿碎、萃取、固液分离I、搅拌I和固液分离II；水洗段包括搅拌II、三相分离和旋流洗砂；油水分离段包括油罐沉降切水和油污水除油；油砂矿经本工艺处理后，油砂中得油率高于95％，得砂率高于90％，所得砂中含油低于1％。工艺流程中的水可循环使用，实现零排放。该工艺操作压力和温度低，只要在原油的熔点以上即可，可以节能；采用稀油浸出和水洗相结合的工艺，尽可能地减少油水混合物，以减少油水分离负荷；采用重力沉降分离和超重力沉降分离相结合的手段，提高处理效果和能力。

Description

油砂分离工艺

技术领域

本发明属于油砂分离工艺，具体涉及一种采用粉碎、筛分、螺旋压榨、螺旋卸料离心分离、旋流分离和重力沉降组合的方式对油砂矿中油和砂进行分离的一种工艺。

背景技术

随着油气资源的日益紧缺，油页岩、重质原油、油砂及超重原油等被IEA(国际能源机构)认为可对未来世界能源的安全提供有力保障。而我国近些年的原油进口量占总需求总量的比例逐年上升，油砂资源的开发及油砂油的有效提取符合国家的能源政策。我国的油砂矿主要分布在东北、西北、内蒙古等地区，一般含油量在10％～15％左右。我国南方一些企业所进口的印尼油砂，一般含油量在20％～30％。

目前，已探明的世界油砂资源中95％集中在加拿大，位于Alberta省Athabasca矿区的Suncor公司和Syncrude公司对油砂的开采和分离形成了分离体系，包括设备和工艺技术。我国的油砂资源位居世界第五，储量丰富，从对油砂分离的研究及工业投产来看取得了一定研究成果。

2004年唐景维的发明专利“连续油砂分离方法和设备(CN 1583958A)”公开了主要利用化学制剂的方法进行油砂油提取的工艺方法。

2015年李晓鸥、李东胜等的发明专利“水洗法油砂分离方法(CN 104342185A)”、“油砂的水洗法分离方法及系统(CN 104342186A)”公开了主要采用水洗分离剂等化工产品进行油砂分离的工艺方法。

2015年中国石油天然气公司的王强等申请了实用新型专利“一种从油砂中提取沥青的系统”(申请号：201520184579.1)，依靠高温蒸汽从油砂中提取沥青。

油砂热水洗法是我国地面油砂开发最为成熟的分离技术，经中国石油大学、国家能源页岩气研发(实验)中心及中国石油集团非常规油气重点实验室研究，已有中试装置投入运行，其油砂分离方法主要依赖化学分离药剂(方朝合，黄志龙，郑德温等.中国油砂分离工艺技术研究进展[J].广州化工，2013.12，41(24)：34-36)。

综合以上科研人员的一些相关研究成果发现，现有油砂分离技术存在如下一些问题：一是研究重点均集中在化学药剂的性能分析上；二是在设备技术、原料成本、环境要求等因素的综合考虑尚有不足，距离油砂分离的工业化还需要大量的研究工作。

发明内容

本发明是一种以物理和化学手段相结合的油砂分离方法，目的在于克服现有技术的不足，提供一种分离效率高、占地面积小、易于控制，生产成本低，更适合工业化生产的工艺流程。

众所周知，根据被分离物质的性质，分离过程可分为物理分离法、化学分离法以及物理化学分离法。在后两种方法中主要按照被分离组分的化学和物理化学性质差异进行分离，而本发明提出的方法为物理-化学分离方法，使得本发明得以实施的基本依据是油砂矿中石油和砂的密度不同，因而可以采用离心分离的方法实现分离。为使得说明书叙述方便、准确，称油砂矿为油砂，进入离心分离设备的混合液称为该设备的来液，混合液是相对于本设备来说的，离心分离设备两出口中主要含轻质相的出口为溢流，主要含重质相的出口为底流。另需要说明的是本发明中出现的浓度和温度范围均包括临界值。

本发明的油砂处理工艺包括预处理段、稀油浸出段、水洗段、油水分离段、油砂油精制段和砂的分级段共六段处理过程。

所述预处理包括干碎和筛分，干碎即干式粉碎，其目的是破碎油砂团或油砂块。所述干式粉碎采用粉碎机，但不仅限于粉碎机，干碎包括粗碎和细碎，粗碎采用颚式粉碎机，细碎采用锤式粉碎机。所述筛分采用振动筛，但不仅限于振动筛，筛分将符合粒度要求的油砂干料进行分离，得到不符合粒度要求的粗料，粗料返回至干碎工艺进行再次粉碎。

所述稀油浸出段包括湿碎萃取、固液分离I、搅拌I和固液分离II。

所述湿碎萃取是湿碎与萃取两个过程合二为一，在一个设备内完成，其中湿碎指湿式粉碎。所述萃取的萃取剂为稀油，如汽油或煤油，但不仅限于这些。所述湿式粉碎的特征在于用稀油作为介质，采用固定间隙的齿牙盘粉碎机、制浆机或制浆泵等机械方法或超声波方法中的一种或多种进行油砂块或油砂粒的进一步粉碎或分散，但不仅限于上述方法。并加热混合液使温度范围在30℃～90℃之间。

所述固液分离I采用螺旋压榨的方法，来液含砂浓度在35％～55％，温度在40℃～90℃，其溢流为混合油进入油砂油精制段的混合油罐中，底流为油砂进入搅拌I工艺段。

所述搅拌I为在搅拌罐I内强力搅拌使油与砂充分相互释放，并用稀油作为浸出介质对固液分离I得到的渣进一步萃取，其来液含砂浓度在35％～75％，温度在40℃～90℃。

所述固液分离II为采用卧式螺旋卸料离心机，完成油和砂的两相分离，得到混合油和砂，其中卧式螺旋卸料离心机具体为卧式螺旋卸料两相分离离心机，其来液含砂不高于55％，温度在40℃～90℃，其溢流为混合油进入油砂油精制段的混合油罐中，底流为经过再次提取原油的油砂进入搅拌II工艺段。

所述水洗段包括搅拌II、三相分离和洗砂三个工艺。

所述搅拌II在搅拌罐II内进行，加入洗涤水和表面活性剂，进行搅拌洗砂，其来料的含砂浓度在70％～85％，温度在40℃～90℃，搅拌II中用的洗涤水可以采用油水分离段中油污水罐中的罐内底水作为循环水加入到搅拌罐II内，使洗涤水得到循环利用，提高利用率。

所述三相分离采用重力三相沉降池、三相旋流分离器或卧式螺旋卸料三相分离离心机等三相分离器，完成砂、水、油三相分离，其来液含油浓度在2％～6％，含砂浓度在10％～30％，温度在40℃～90℃。

所述洗砂采用一级或多级旋流洗砂器，加入水和表面活性剂进一步洗砂，其来液的含砂浓度在35％～55％，加入水和表面活性剂后混合液的含砂浓度在10％～30％，温度在30℃～90℃。

所述油水分离段包括油污水除油和含水油沉降分层并进行水的补充，补充用水可以直接采用含水油进行沉降分层后的含水油罐底部的水。

所述油污水除油采用旋流除油器。根据油污水的乳化程度确定采用一级或多级除油，加入破乳剂，温度在20℃～90℃，所得溢油的含水率不高于90％，进入含水油罐。

所述含水油沉降分层可以采用重力沉降分层或离心沉降分层，所得混合油去油砂油精制段精制，其来液温度在20℃-90℃，其中，离心沉降分层包括离心机分层和旋流除油器。

所述油砂油精制段采用蒸馏等方法，混合油罐中的混合油进入油砂油精制段，用常压或减压蒸馏塔将混合油中的稀油和原油分离，并分别进入稀油罐和原油罐中，其来液温度在50℃～90℃。

所述砂的分级段采用一级或多级旋流分级器进行砂的分级，在洗砂得到的砂内加入清水，通过旋流分级器分级以得到不同粒度范围的砂产品，砂产品包括细砂和粗砂，其来液加入清水后获得的混合液的含砂浓度在30％以下。干燥后所得砂可直接外输，所得水进入系统循环。本发明工艺流程中逐渐降低油砂的含油浓度，并将难于分离的油砂最终变为油水分离和砂水分离，通过控制各级含油浓度和含砂浓度，最终实现了油砂中的石油和砂的分离。本发明解决了现有工艺在高含油、含砂浓度下进行石油和砂的分离难度高的问题，混合液在各级分离设备中停留时间缩短。实施本工艺所涉及的设备包括搅拌罐、湿碎机、螺旋压榨机、旋流卸料离心机、固液旋流分离器及液液旋流分离器等均占地面积较小，普通技术人员可通过控制几个简单的参数就能够达到很好的处理效果。

本发明主要采用机械分离技术，包括螺旋压榨(挤压)、螺旋卸料离心(重力分离)及旋流离心(重力分离)的分离技术，与现有技术相比具有如下优点：与热解、裂解相比，温度低得多，除稀油浸出段和油砂油精致段温度要求稍高外，其他工艺阶段均可在常温下进行，这对节能有利，而且没有燃烧，系统安全；

本发明工艺中主要采用物理分离的方法，工艺中加入的化学有机溶剂有限，降低了溶剂循环利用所带来提取问题以及分离产品对环境的污染；

在水洗前，用稀油萃取，并采用螺旋压榨的方式进行油砂分离，这样可以减少后道油水分离的负荷、节省稀油及稀油的回收负荷；

本发明中采用旋流分离技术进行砂的分离、洗涤及分级，避免砂对设备的磨损、堵塞等；采用旋流除油器进行油水两相分离，避免了采用常规的沉降方法，缩短处理时间，且效果显著；

本发明工艺中水可循环使用，避免了废水的排放；

本发明工艺易于控制，制备周期短、生产成本低、整个系统能耗小，无环境污染，可根据油砂矿的物性进行操作参数控制以及结构参数调整，方便灵活，效率高。采用螺旋挤压及螺旋卸料离心机与旋流分离器组合，可使含固物料的处理连续、高效进行。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明最佳实施例的工艺流程简图。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作详细的说明。此图为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

实施例1：

如图1所示，本发明的一种稀油浸出和水洗相结合的油砂分离工艺，按照工艺方案，其步骤如下：

(1)将含油量为25％的油砂矿1000kg，通过选矿，去除石块、金属等杂质，在预处理段经过干碎和粗筛获得粗料和一定粒度以下的油砂干料，粗料返回干碎进行再次处理，油砂干料进入稀油浸出段。

(2)将预处理段粉碎所得到的较大颗粒油砂干料加入500kg稀油，在机械破碎机内进行稀释并进一步破碎，磨细至粒度要求直径范围，并将混合液加热到75℃。

(3)固液分离I采用卧螺离心机，经螺旋压榨后(液路排出比控制在42％～46％范围内)，获得混合油进入油砂油精制段的混合油罐中；获得的低含油砂(含砂浓度为85％～87％)进入搅拌I。

(4)在搅拌I中继续加入800kg稀油，不进行破碎，搅拌均匀后进入固液分离II，采用卧式螺旋卸料两相分离离心机进一步浸出油砂油(液路排出比控制在42％～46％范围内)，所获得混合油进入油砂油精制段的混合油罐中；所获得低含油砂(含砂浓度为83％～85％)进入水洗段的搅拌II。

(5)在搅拌II中加入表面活性剂(可市场购买)降低油表面活性利于油与砂和水的分离，同时加入来自下游的循环水2023kg～2025kg(来自于油水分离段的油污水罐底水)，搅拌均匀后进入三相分离器。

(6)采用旋流分离器进行三相分离，液路排出比控制在40％～42％范围内，其中油路排出比控制在液路总量的40％～45％，含油浓度约为30％～35％；排出低含油水进入油污水罐；排出砂浓度为40％～43％，进入下一级旋流洗砂。

(7)三相分离所得高含油砂混合物进入旋流洗砂器，由于含固量较高，需加入水1000kg左右以降低含固量，加入的水来自于油水分离段水罐，含固量控制在25％～28％，同时加入表面活性剂，液路排出比控制在50％左右，所得含油污水进入油水分离段的油污水罐；所得干净的油砂进入砂的分级段。

(8)油水分离段进行油的进一步提取，含水油罐来液来自于水洗段的三相分离油路约310kg(含油浓度约为45％～47％)和除油旋流器的溢流约290kg(含油浓度约为10％～11％)，重力沉降后，罐内浮油进入油砂油精制段的混合油罐与上游所得的混合油一起进入稀油回收和油砂油的提取；罐内底水进入油污水罐以备后续循环水使用和混合油的提取。

(9)油污水罐来液来自于水洗段中三相分离器的水路约677kg和洗砂的液路1383kg以及含水油罐补充的330kg罐内底水，同时加入破乳剂(可市场购买)，其罐顶水含油浓度较高，进入除油旋流器进一步提取油，罐底沉降水含油浓度较低，作为循环水提供给水洗段的搅拌II。

(10)油水分离段的除油旋流器来液来自于油污水罐约860kg，油路排出比控制在19％～22％左右，提取出的高含油水(浓度约为17％～18％)进入含水油罐，其低含油水进入油水分离段内的水罐。

(11)步骤(7)所得高含砂混合液进入砂分的级段，加入清水降低含固量后，采用旋流分离器进行分级，所得粗砂和细砂经干燥后可进行再利用，水进行回收利用。

本实施例中上述各个步骤的加热温度控制在75℃，按照上述工艺方法实现油砂处理，其中，砂的回收率为97.11％，油砂油的去除率为95.4％，旋流分级后砂中含油0.51％。

实施例2：

本实施例的工艺流程和采用的油砂原料与实例1基本相同，其不同之处在于，各个步骤的加热温度控制在50℃左右，所得分离结果与实例1基本一致。砂的回收率为96.64％，油砂油的去除率为94.12％，旋流分级后砂中含油0.42％。

由实施例1和实施例2分析可知，根据油砂油的物性特点，温度越高越利于分离，实施例1的分离结果应高于实施例2，但是根据油砂矿的物性特点，温度越高，该物质变粘，越不利于分离，因此综合所得分离结果，实施例1与实施例2的分离结果相接近。上述实施例中涉及到的比率均为质量比率。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关的工作人员完全可以在不偏离本发明的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (10)

1.一种油砂分离工艺，其特征在于：包括预处理段，原料油砂先经过预处理段的干碎和筛分得到一定粒度以下的油砂干料；

稀油浸出段，油砂干料进入稀油浸出段，向预处理段获得的油砂干料中加入稀油，进入湿碎萃取工艺，用稀油作为介质萃取的同时使砂粒相互之间充分释放，并在稀油的溶解作用以及机械或超声的粉碎作用下砂粒释放原油，湿碎萃取后的来液进入固液分离I工艺，得到稀油和原油的混合油，完成一次原油的提取，再继续对油砂进行搅拌I和固液分离II工艺处理，又得到稀油和原油的混合油，完成又一次原油的提取，上述工艺处理中得到的混合油进入油砂油精制段的混合油罐内等待后续处理；

水洗段，经过稀油浸出段得到的油砂进入水洗段，在油砂中加入水和表面活性剂在搅拌II工艺处进行搅拌洗砂，得到油、水和砂的三相混合物，三相混合物在三相分离工艺处经过三相分离器进行分离，得到油污水、含水油和沉砂三种产物，油污水和含水油分别进入油水分离段的油污水罐和含水油罐中，沉砂进入洗砂工艺的洗砂器内并再次加入水和表面活性剂进行进一步洗砂，洗净后的砂进入砂的分级段，洗砂得到的油污水进入油水分离段的油污水罐中；

油水分离段，含水油罐中的含水油进行沉降分层，上层的混合油进入油砂油精制段的混合油罐内，下层的罐内底水进入油污水罐中以备后续循环水使用和混合油的提取，向油污水罐的油污水中加入破乳剂进行除油，将油污水中的油提取出来，提取出来的油为含水油，进入含水油罐中，罐底沉降水作为循环水提供给水洗段的搅拌II；

油砂油精制段，混合油罐中的混合油进入油砂油精制段，用常压或减压蒸馏塔将混合油中的稀油和原油分离，并分别进入稀油罐和原油罐中；

砂的分级段，洗砂工艺洗净的砂进入砂的分级段，向砂中加入清水，在砂的分级工艺采用旋流分级器进行分级，并进行干燥处理得到不同粒级的砂产品。

2.如权利要求1所述的油砂分离工艺，其特征在于：所述预处理段中，筛分将符合粒度要求的油砂干料进行分离，得到不符合粒度要求的粗料，所述粗料返回至干碎工艺进行粉碎。

3.如权利要求2所述的油砂分离工艺，其特征在于：所述干碎包括粗碎和细碎，所述粗碎采用颚式粉碎机，所述细碎采用锤式粉碎机。

4.如权利要求1所述的油砂分离工艺，其特征在于：所述稀油浸出段中，湿碎萃取工艺中的湿碎指湿式粉碎，在用稀油作为介质萃取的同时采用机械方法和/或超声波方法进行大油砂颗粒的分散，所述机械方法包括采用固定间隙的齿牙盘粉碎机、制浆机和制浆泵中的一种或多种进行大油砂颗粒的分散的方法，并加热混合液使温度范围在30℃-90℃之间。

5.如权利要求1所述的油砂分离工艺，其特征在于：所述稀油浸出段中，固液分离I工艺采用螺旋压榨的方法，其来液含沙浓度在35％-55％，温度在40℃-90℃。

6.如权利要求1所述的油砂分离工艺，其特征在于：所述稀油浸出段中，搅拌I工艺进一步用稀油作为浸出介质，并通过强力搅拌使油与砂充分相互释放，其来液含砂浓度在35％-75％，温度在40℃-90℃。

7.如权利要求1所述的油砂分离工艺，其特征在于：所述稀油浸出段中，固液分离II工艺采用卧式螺旋卸料离心机进行固-液两相分离，得到混合油和砂，其来液含砂浓度不高于55％，温度在40℃-90℃。

8.如权利要求1所述的油砂分离工艺，其特征在于：所述水洗段中，在搅拌II工艺中用水和表面活性剂进一步释放砂粒上的原油，其来料的含砂浓度在70％-85％，温度在40℃-90℃。

9.如权利要求1所述的油砂分离工艺，其特征在于：所述水洗段中，三相分离工艺采用重力三相沉降池、三相旋流分离器或卧式螺旋卸料三相分离离心机将油、水和砂相互分离，其来液含油浓度在2％～6％，含砂浓度在10％-30％，温度在40℃-90℃；

所述水洗段中，洗砂工艺采用一级或多级旋流洗砂器，加入水和表面活性剂，进一步将砂粒上的油洗干净，其来液含砂浓度在35％-55％，温度在30℃-90℃。

10.如权利要求1所述的油砂分离工艺，其特征在于：所述油水分离段中，除油工艺采用重力沉降或旋流除油器将油污水中的提取出来，其来液温度在20℃-90℃；

所述油水分离段中，含水油沉降分层采用重力沉降分层或离心沉降分层，所述离心沉降分层包括离心机分层和旋流除油器，其来液温度在20℃-90℃；

所述水罐中的水作为循环水，为洗砂工艺提供洗涤水；

所述稀油罐中的稀油可循环使用，作为萃取介质进入湿碎萃取和搅拌I工艺。