CN112088202A - 油料的内源性沥青质封装 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种通过诱导液体中的内源性沥青质在一份沥青液体上形成弹性外层来对油液进行造粒的方法。

Description

油料的内源性沥青质封装

技术领域

本发明涉及材料成形方法领域，尤其涉及一种通过以物理和化学方式处理粘性油料和/或重油和/或沥青液体以形成离散的固体形状的方法。

背景技术

高粘度和高密度的石油材料通常分为两类：“重油”和“沥青”(沥青有时称为超重油)。重油通常定义为质量密度在大约920千克/立方米(或大约26°API比重)和1000千克/立方米(或大约10°API比重)之间的石油，而沥青是在室温和大气压力下在无气基础上测得的质量密度大于大约1000千克/立方米(或大约10°API比重)且粘度大于10000厘泊(cP或10帕·秒)的石油。减压渣油是从减压蒸馏产生的物质，它在室温下通常具有高粘度，其粘度在室温下通常大于一百万厘泊，因此类似于固体。虽然在整个石油行业中都使用这些术语，但是重油、沥青和减压渣油的提法仅表示一种方便的分类，油料在重油和沥青之间是连续的。因此，在此提到的重油和/或沥青包括这些物质的连续体，并不意味着这两种物质之间存在某种固定且普遍认可的边界。尤其是，术语“重油”在其范围内包括所有“沥青”，包括以半固体或固体形式存在的烃类，例如减压渣油。类似地，“沥青”材料是包含沥青组分的材料，因为该组分是广义的。

沥青液体通常含有沥青质。沥青质例如可以纳米胶体的形式悬浮或者分散在沥青液体中。沥青质实际上可按溶解度差异来定义，例如，沥青材料的组分不溶于正烷烃(例如正戊烷或正庚烷)，但溶于甲苯或苯或者其他芳族溶剂。从分子上说，沥青质通常以复杂混合物的形式存在，这种复杂混合物包含高分子量的多环芳香族碳环单元，带有氧、氮和硫杂原子、以及烷烃链和环烷烃。在本文中所用的术语“沥青质”包括各种不同定义的材料，并且“沥青质”材料是包含沥青质组分的材料，因为该组分是广义的。

在某些情况下，沥青中的沥青质的存在被认为是潜在的生产或运输问题。例如，在生产期间，沥青质的沉淀和沉积是可能由压力、温度、化学成分和剪切速率变化导致的公认风险。相反，在一些沥青中，较高的沥青质浓度似乎以稳定的粘弹性网络的形式存在(Yang和Czarnecki，2005年，《能源与燃料》第19卷第6期第2455-2459页)。例如，在运输的背景下，现有文献已说明了一种在运输之前从沥青中除去沥青质的方法(例如参见美国专利公告20170002275)，这可称为沥青的部分改质。由于这些原因和其他原因，已知有多种从石油液体中除去沥青质的方法，例如在原油精炼厂或沥青改质厂的脱沥青装置(例如溶剂脱沥青装置)中使用的方法，这种装置利用轻质烃类(例如丙烷、丁烷或戊烷)溶解脂肪族化合物但不溶解沥青质的特点来分离沥青质。

重油和沥青的上述特性导致了与液态或其他形式的运输、搬运和储存相关的多种风险和挑战。因此，目前需要改进运输和搬运重油和沥青的技术。

发明内容

根据本发明的第一个主要方面，提供了一种形成烃颗粒的方法，该方法包括以下步骤：

提供烃源；

将等分成份的烃转移到限定三维形状的模具中；

对至少一个模具中的每份烃进行加热，至少使每份烃的外表面固化；并且

使模具内的烃脱模，成为基本上按照模具形状成形的颗粒。

根据本发明的第二个主要方面，提供了一种将重油或沥青液体分离为离散形状的固体状单元的方法。

根据本发明的第三个主要方面，提供了一种将重油和沥青以及其他油类(例如机油、废机油、润滑油、植物油、废植物油、焦油、焦油沥青、柏油和动物脂肪)的混合物分离为离散形状的固体状单元的方法。

在本发明的一些示例性实施例中，提供了一种材料处理机构，该材料处理机构包括图案化的带，所述图案化的带具有凹坑，每个凹坑容纳一份成形沥青液体，其中对图案化的带进行加热，以对每份沥青液体加热，从而处理每份成形沥青液体的外部，以从成形沥青液体中沉淀出沥青质材料的外膜。加热的图案化的带可保持在大约300℃和500℃之间的温度。优选地，加热的图案化的带保持在大约350℃和450℃之间。

在使用图案化的带的示例性实施例中，可使用端辊从图案化的带分离油颗粒，以产生固体状油的弹性成形单元。该带可由疏油衬底制成。

在使用图案化的带的示例性实施例中，可在端辊的位置处使用气体或液体的射流来冷却油颗粒，并从带上去除油颗粒。在使用气体射流的情况下，优选地，该气体是二氧化碳或氮气。在使用液体射流的情况下，优选地，该液体是水。

在本发明的一些示例性实施例中，施加到加热带上的油可与溶剂混合，该溶剂诱导每份成形油液的外部以沉淀出沥青质材料的外膜。

可对图案化的带中的油料施加超声波。优选地，超声波频率在大约20和40千赫之间。

优选地，形成的弹性沥青质覆层的厚度小于2毫米。

在本发明的一些示例性实施例中，在制粒过程中，捕集从重油或沥青中释出的轻馏分，作为单独的产品。

可使用倾斜的外壳通过使轻馏分凝聚在外壳的冷表面上来收集轻馏分。

在本发明的一个方面中，提供了一种利用如下认识的工艺：沥青液体中的内源性沥青质可被诱导聚结或聚集在一份或一团沥青液体的表面上从而形成坚固的固体状层，该固体状层坚固到足以将其余沥青液体保持为离散形状的形式。作为该工艺的一部分，在沥青形状的外表面转化为固体状层期间，在该工艺中通过沥青的化学或物理转化产生的轻质油组分从沥青中释出。或者，该工艺可产生一种固体碳产品，在该固体碳产品中，所有或几乎所有的沥青都被转化，并且对轻馏分进行收集。实际上，沥青液体中的内源性沥青质在沥青液体的成形单元上转化为弹性固化表面层。然后，可使用适合于颗粒固体的物料搬运技术来搬运这些沥青颗粒或胶囊。

因此，提供了一种用于将沥青液体分离为离散的成形单元的方法，可选地同时收集轻馏分材料。在一种通常应用于受热沥青的连续工艺中，可在移动带上将沥青液体分为多份或多团成形液体，每份或每团成形液体具有由包含该份或该团成形液体的材料处理机构限定的离散形状。例如，可将沥青施加在表面带有图案或凹坑的带上。在另一个示例中，可将沥青以液滴的形式施加到带上，例如在移动的带的表面上形成截断泪滴状的多份沥青。对带上的沥青进行加热，以形成固体形状，然后将这些成形固体从带排出，例如在带绕着端辊旋转时或者在从带表面刮除这些成形固体时排出。对每份或每团成形固体的外表面相应地进行热处理。可使用感应加热系统来实现加热，在该系统中可完成各份或各团沥青的集中加热。也可使用微波和超声波处理从成形的沥青液体形成沥青材料的外层。可使用加热气体来辅助在成团沥青上产生沥青材料的外层。通过这种方式，每份或每团成形沥青被封装在弹性沥青覆层内。在将每份或每团沥青从材料处理机构排出时，沥青质外层已具有足以保持每份或每团成形沥青的离散形状的弹性。

例如，可利用辊的紧凑旋转半径以及冷却气体或液体射流将每份或每团成形沥青从图案化的转筒排出到衬底上。排出到衬底上的各份或各团成形沥青形成封装在沥青质外膜中的弹性成形沥青液体单元，可在衬底上对这些弹性成形沥青液体单元进行冷却，然后例如使用刮刀从衬底上刮除这些弹性成形沥青液体单元，从而产生沥青液体粒料。

在另一个示例中，可将沥青液体粒料投入液浴中或使其通过冷却液体，该冷却液体降低粒料的温度，从而产生进一步固化的粒料。

在其他方面中，通过本发明的工艺生产的沥青液体单元的密度是可调的，例如通过在粒料中加入药剂(例如发泡剂、催化剂或溶剂)来调节。在一些实施例中，可相应地将粒料设计为在水中是漂浮的，这在释放到环境中或溢出等情况下有助于粒料的回收。如果粒料的密度小于液浴中的液体的密度，那么它们会漂浮在液体表面上。

附图说明

图1A示例性地示出了本文所说明的用于将重油或沥青处理成颗粒形式的方法的一个实施方案。图1B示出了一个替代实施例；

图2A示例性地示出了本文所说明的用于将重油或沥青处理成颗粒形式的方法的另一个实施方案。图2B示出了一个替代实施例；

图3A示例性地示出了本文所说明的用于将重油或沥青处理成颗粒形式的方法的另一个实施方案。图3B示出了一个替代实施例；

图4A示例性地示出了本文所说明的用于将重油或沥青处理成颗粒形式的方法的另一个实施方案。图4B示出了一个适于将加热的重油或沥青放到图案化的带上的替代实施例；

图5A示出了从图案化的带获得的不同颗粒形状，所述图案化的带用于将重油或沥青转化为颗粒形式，以收集从该工艺产生的轻馏分。图5B示出了另一个实施例，该实施例适于将加热的重油或沥青放到图案化的带上，并适于使用加热气体和冷凝系统加热重油或沥青，以收集从该工艺获得的轻馏分。图5C示出了另一个实施例，该实施例适于将加热的重油或沥青液滴放到带上，并适于使用加热气体和冷凝系统加热重油或沥青，以收集从该工艺获得的轻馏分；

图6示出了在本文中教导的本发明的另一个实施例，其中示出了轻馏分的捕集；

图7示出了在本文中教导的本发明的另一个实施例，其中示出了轻馏分的捕集；

图8示出了可通过该工艺形成的各种形状的示例；

图9中的两个图像示出了球形和立方形沥青粒料；

图10是列出沥青和粒料表皮的特性的表格。

具体实施方式

本发明提供一种对多种重油和沥青以及减压渣油进行造粒的方法，这些油料例如包括来自改质和精炼厂的渣油馏分。在一些实施方案中，提供了一种连续高速方法，如图1至6所示。可生产出多种不同规格和密度的沥青材料单元或颗粒。

所述的方法对重油和沥青以及其他油类的混合物进行造粒，例如机油、废机油、润滑油、植物油、废植物油、焦油、焦油沥青、柏油和动物脂肪。相应地，在本文中提到的油类包括这些物质的连续体。

在选择的方法中，在移动的加热带上的图案或凹坑中涂覆一层加热的油。可使用刀片来确保将油置于图案内，而不是位于图案的几何形状上方。对该带进行持续加热。该带足够长，确保图案中的油在化学或物理作用下在图案中的油液的外边缘处转化为固体层。所述加热可通过从皮带下方和透过皮带加热来实现，例如通过感应加热实现。也可通过将加热气体注入到油的覆层上方的区域中来从该层的上方实现加热。在带下面放置较多的辊以支撑带。然后，使带围绕端辊旋转，其中油颗粒被从带上剥离，并被收集为粒料。可在端辊上使用气体或水的射流来将颗粒从带分离。在选择的实施例中，颗粒的尺寸例如可在数毫米至数十厘米的范围内，一些优选尺寸实施例在数厘米的量级。

图1A和1B示出了本发明的用于处理重油或沥青或油料混合物的方法的实施方案。在这种方法中，对油进行加热，并使其从输送装置流到图案化的带上，可使用感应加热来对该带进行加热。然后，使用刀片将沉积在带上的油的厚度限制在图案的高度，从而迫使油进入带上的图案中。在将油放到带上之前对油进行加热，使得油的粘度下降，以便于在带图案的带上进行处理。在选择的实施例中，这种加热的温度范围例如可在大约150℃和250℃之间。在选择的实施例中，在此阶段，可将温度限制在大约250℃以下，以最大限度地减少在重油或沥青中发生反应。例如，可通过多种方法传递热量，包括伴热带、蒸汽加热和电加热。

如图1A和1B所示，加热带中的图案充满热油。加热带例如可保持在大约300℃和500℃之间，最优选保持在350℃和450℃之间，例如利用感应加热来保持。

图案化的带的表面例如可由疏油材料构成。这样，带上的凹陷图案中的油可沉积在疏油衬底上。然后，利用辊和气体(例如空气或氮气)或液体(例如水)的射流冷却带的衬底上的油图案，并使其脱离带的衬底，以便随后运输或处理。可调整该机构，使得沥青颗粒的外表面上的反应在带上发生。通过这种方式，图案化的带的热量引起导致在沥青颗粒表面上形成一层很薄的固体层的反应。例如，可能发生热裂解(热解)反应，这种反应在颗粒表面产生粘性覆层，并且还可能以有助于增强颗粒表面覆层的方式发生沥青质沉淀。

图2A和2B示出了一些示例性实施例，在这些实施例中，受控材料处理环境例如可包括用于对颗粒施加附加的表面处理的机构，例如使用化学试剂和/或超声波和/或微波刺激和/或流过图案化的带中的油层的表面的加热气体(例如在100℃和500℃之间或350℃和450℃之间)处理颗粒的外部。例如，可进行这些附加的表面处理来提高外覆层的期望质量。例如，可使沥青液体与化学试剂(例如二氧化碳、丙烷、戊烷或庚烷)接触。此外，除了加热之外，还可进行物理处理，例如超声波和/或微波处理。或者，该表面处理可以使用气体进行，包括空气、氮气、二氧化碳或甲烷、或者它们的混合物。在沥青的情况下，可选择使用不含氧气的惰性气体，这样就不会在图案化的带上的油层的上表面上发生氧化反应。在减压渣油的情况下，该气体可选地可以是空气或其他气体。

为了在油颗粒的外表面上形成覆层，在重油或沥青颗粒的外表面上发生的化学或物理变化例如可包括沥青质沉淀和热裂解(热解--将较大的烃链分裂为较小链的化合物)。尤其是，在向带上涂覆之前，可引入溶剂以促进沥青质在颗粒表面上的形成。

例如，可进行超声刺激，以使声化学反应发生，例如引起导致沥青增粘的反应。在选择的实施例中，超声刺激的操作频率例如可在大约20和40千赫之间。

图3A和3B示出了其他示例性实施例。在图3A中，使用狭缝式涂覆装置将油涂覆在加热带上。在图3B中，在使用液浴从带上移除颗粒之后，对颗粒进行冷却。可对该液浴进行冷却，以将颗粒的温度降低到低于40℃，优选低于20℃。随后收集颗粒以便进一步处理或销售。

图4A示出了所述方法的另一个实施例，其中使用狭缝式涂覆装置将油涂覆在加热带上，并且使用超声波和/或微波刺激来提供附加热量。图4B示出了在图案化的带上涂覆油层的方法的其他实施例，包括狭缝式涂覆装置或辊式涂覆装置。

图5A示出了另一个示例性实施例，其中油涂覆器下游的带区域包括冷却表面，以冷凝从在颗粒的外表面上产生固体状层的反应产生的轻馏分。图5B示出了另一个示例性实施例，其中在油涂覆器的下游区域中引入加热气体，以将涂覆的油层的上表面加热到100℃和500℃之间，加热到350℃和450℃之间，并且加热气体区下游的第二区域包括冷却表面，以冷凝从在颗粒的外表面上产生固体状层的反应产生的轻馏分。在这样的实施例中，可选择工艺条件，以便在油液的颗粒留存在图案中时进一步使沥青质在油颗粒的外表面上沉淀。图5C示出了另一个示例性实施例，其中将独立的油滴放置到加热带上，这些油滴发生反应，以产生油颗粒，并使用刮刀或空气射流或液体射流将油颗粒从带上刮下。随后在液浴中对颗粒进一步冷却。可对该液浴进行冷却，以将颗粒的温度降低到低于40℃，优选低于20℃。随后收集颗粒以便进一步处理或销售。

图6和图7示出了轻馏分收集系统的一个实施例，在该系统中，从图案化的带内的油颗粒产生的气相轻馏分冷凝在冷固体表面上，该表面是倾斜的，冷凝的液体轻馏分在该表面上向下流动，以便收集并从该装置导走。

如图1至7所示，在选择的实施例中，在图案化的带装置的下游可对颗粒进行冷却，例如冷却至环境条件或冷却条件。通过这种方式，在颗粒从装置中出来后，对颗粒进行冷却，以便于从背衬网(衬底)分离颗粒。

在一些实施例中，在图案化的带装置之前，可将油与其他材料混合，以产生具有其他功能的颗粒。例如，可使油部分地发泡，使得其在液体中具有气体，这会改变油的总密度，产生漂浮在水上的颗粒。例如，如图1A和1B所示，可在油进入带上的图案之前使油发泡，从而形成发泡颗粒。用于产生泡沫的气体例如可以是氮气或二氧化碳。可控制颗粒中的气体量，以控制沥青粒料的总密度。在所述方法的另一个实施方案中，可将封装的溶剂添加到重油或沥青中，以产生包含溶剂的颗粒，当对颗粒进行处理时，该溶剂可用作产品的一部分。类似地，在另一个替代实施例中，可将一种或多种催化剂布散在油颗粒内，例如以利于油颗粒的将来处理。

在一些替代实施例中，可改变图案化的带装置中的处理时间和条件，以在颗粒上提供更厚的覆层。通过这种方式，可根据具体需要调整颗粒的整体化学成分。例如，可提高沥青质含量，从而使粒料更适合针对道路建设的沥青处理。

图8示出了可在带上使用的图案形状的例子。

图9示出了使用在本文中说明的方法之一产生的粒料的例子。图9的第一个图像示出了球形油粒料。图9的第二个图像示出了立方体形的油粒料。

图10列出了示例性沥青粒料的内部沥青和外部表皮的分析数据。原始沥青是一种粘度大约为100万厘泊的液体。在处理后，外皮是固体，并具有0.1GPa杨氏模量。原始沥青和外皮的沥青质含量分别为18％和35％(重量百分率)。粒料中的封装的沥青具有与原始沥青基本相同的性质。数据表明外皮较薄且较硬。

在本文所述的方法的替代实施例中，例如可使用固体沥青质或焦炭或聚合物涂覆油颗粒。例如，施加这种覆层能增强粒料的机械性能。

在另一个实施方案中，在颗粒上形成表皮期间，可使重油或沥青的轻馏分释出，并随后捕集，作为单独的产品。

虽然在本文中公开了本发明的多个实施例，但是根据本领域技术人员的公知常识，可在本发明的范围内做出许多变化和修改。这种修改包括替换本发明的任何方面的已知等同元素，以便以基本相同的方式获得相同的结果。数字范围包括限定范围的数字。词语“包括”在本文中用作开放式术语，基本上等同于短语“包括但不限于”，并且该词语的变化形式具有相应的含义。除非在上下文中另行明确规定，否则在本文中使用的单数形式“一”、“一个”和“所述”包括复数指代。因此，例如，“一个事物”的引用包括不止一个这样的事物。在本文中对参考文献的引用并不意味着承认这些参考文献对于本发明是现有技术。在本说明书中引用的任何优先权文件和所有出版物(包括但不限于专利和专利申请)通过引用结合在此，如同具体并单独地指明每个出版物通过引用结合在此并在此全面阐述。本发明包括基本上如上文所述并参照示例和附图的所有实施例和变化形式。

Claims (32)

1.一种用于将沥青液体分离为离散的成形单元的方法，包括：

将所述沥青液体连续分为等份的成形液体，每份具有由材料处理机构限定的离散体积，该材料处理机构将每份成形液体分为限定的体积；

处理每份成形液体的外部以从分配的沥青液体沉淀出沥青质材料的外膜，从而用弹性沥青质覆层封装每份成形液体，在从所述材料处理机构排出每份成形液体时，所述弹性沥青质覆层保持分配的每份成形液体的离散体积，以形成封装在沥青质外膜中的沥青液体的弹性成形单元。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述沥青液体的初始密度大于1克/立方厘米，并且沥青液体的所述弹性成形单元的密度小于1克/立方厘米。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述材料处理机构包括图案化的带，所述图案化的带在其中具有凹坑，所述凹坑支撑每份成形沥青液体，其中通过感应加热对所述图案化的带进行加热，以对每份沥青液体加热，从而处理每份成形沥青液体的外部，以从成形沥青液体中沉淀出沥青质材料的外膜。

4.根据权利要求3所述的方法，其中所加热的图案化的带保持在约300℃和500℃之间的温度。

5.根据权利要求3所述的方法，其中所加热的图案化的带保持在约350℃和450℃之间。

6.根据权利要求3、4或5中任一项所述的方法，其中端辊连续地使所述带变形，以从所述材料处理机构排出各份成形液体。

7.根据权利要求3至6中任一项所述的方法，其中所述带在其与所分配的各份成形液体接触的表面上包括疏油衬底。

8.根据权利要求7所述的方法，其中在所述疏油衬底上通过冷却气体或液体的射流对沥青液体的所述弹性成形单元进行冷却。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述冷却气体是二氧化碳或氮气；或者，所述冷却液体是水。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中处理每份成形液体的外部以沉淀出沥青质材料的外膜包括使每份成形液体的外部暴露在加热气体中。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述加热气体包括空气、氮气、二氧化碳、甲烷、或它们的混合物。

12.根据权利要求10或11所述的方法，其中所述加热气体在约100℃和500℃之间，或者在约350℃和450℃之间。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的方法，其中当将每份成形液体从所述材料处理机构排出时，使用冷却介质对每份成形液体进行冷却。

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述冷却介质包括液浴。

15.根据权利要求14所述的方法，其中所述冷却介质保持在约40℃以下或约20℃以下的温度。

16.根据权利要求1至15中任一项所述的方法，其中所述弹性沥青质覆层的厚度小于2毫米。

17.根据权利要求1至16中任一项所述的方法，其中所述沥青液体的原始粘度至少为100万厘泊。

18.根据权利要求1至17中任一项所述的方法，其中所述弹性沥青质覆层具有至少0.1GPa的杨氏模量。

19.根据权利要求1至18中任一项所述的方法，其中所述沥青液体的沥青质含量为15至20重量％。

20.根据权利要求1至19中任一项所述的方法，其中所述弹性沥青质覆层的沥青质含量为30至40重量％。

21.根据权利要求1至20中任一项所述的方法，其中在制粒期间，从重油或沥青中释出轻烃馏分，并收集所述轻烃馏分。

22.根据权利要求1至20中任一项所述的方法，其中处理每份成形液体的外部还包括产生并收集所述沥青液体的轻烃馏分。

23.根据权利要求21或22所述的方法，其中通过在冷却表面上冷凝来收集所述轻烃馏分。

24.根据权利要求23所述的方法，其中所述冷却表面是倾斜的，以便通过使冷凝的轻烃馏分在重力作用下沿着所述冷却表面位移来对其进行收集。

25.根据权利要求21至24中任一项所述的方法，其中通过将所述沥青质外膜与封装的沥青液体混合来从封装在所述沥青质外膜中的所述沥青液体回收重油产品，以提供混合烃产品，并且其中使所述轻质烃馏分与所述混合烃产品重新结合，以提供所述重油产品。

26.根据权利要求25所述的方法，还包括对所述混合烃产品进行研磨。

27.根据权利要求25或26所述的方法，还包括对所述混合烃产品进行加热。

28.根据权利要求21至24中任一项所述的方法，其中通过从封装在所述沥青质外膜中的所述沥青液体除去所述沥青质外膜来回收重油产品，并且其中使所述轻烃馏分与所述重油产品重新结合。

29.根据权利要求1至28中任一项所述的方法，其中所述沥青液体包括机油、废机油、润滑油、植物油、废植物油、焦油、沥青、柏油、减压渣油或动物脂肪中的一种或多种。

30.根据权利要求1至29中任一项所述的方法，其中所述材料处理机构包括适于将每份成形液体分配为限定体积的涂油器。

31.根据权利要求30所述的方法，其中所述涂油器包括涂覆装置。

32.根据权利要求31所述的方法，其中所述涂覆装置是刮刀式涂覆器、狭缝式涂覆器或辊式涂覆器。

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