CN112852471A - 一种低共熔溶剂辅助的油砂中沥青萃取方法 - Google Patents

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蒋雨如
马姗姗
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    • C10G1/04—Production of liquid hydrocarbon mixtures from oil-shale, oil-sand, or non-melting solid carbonaceous or similar materials, e.g. wood, coal by extraction
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Abstract

本发明公开了一种低共熔溶剂辅助的油砂中沥青萃取方法。采用的技术方案是：于容器中，依次加入含有沥青的油砂、低共熔溶剂和石油醚，常温常压下搅拌2‑5min，离心，分为三层，取上层混合液，干燥，得沥青。本发明采用低共熔溶剂，成本低，绿色安全无污染，避免了咪唑类离子液体价格昂贵的问题，避免了砂粒中残留的有机溶剂对环境造成的污染问题。本发明工艺简单，操作方便，可使沥青获得洁净分离并得到较高的萃取率，而且低共熔溶剂可循环使用，大大降低了油砂沥青提取的工业成本，既提高了经济效益又利于环保。

Description

一种低共熔溶剂辅助的油砂中沥青萃取方法
技术领域
本发明涉及一种低共熔溶剂辅助的油砂中沥青萃取方法，属于石油化工领域的产品分离技术。
背景技术
随着传统石油资源日益枯竭，能源危机不断加深，开发新能源迫在眉睫。油砂作为一种非常有潜力的石油替代产品，已经受到了世界各国的广泛关注。油砂亦称焦油砂，是由沥青、水、砂粒、黏土等组成的混合物。油砂中的沥青与石油稠油性质相似，经加氢等工艺处理后可成为高品质原油。所以，对油砂中沥青的萃取具有很大的研究意义。油砂中沥青的分离方法很多，其中，溶剂萃取法因其适用于油砂的高效分离受到研究者们的广泛关注。与传统水洗法相比，溶剂萃取法全过程未使用水，可消除乳化现象，且萃取在室温下即可进行，工艺条件温和，节约能耗。但溶剂萃取法工业化应用仍需面临几个重要挑战：(1)高效低毒溶剂的选取：沥青组成非常复杂，所包含的饱和烃、芳香烃、胶质和沥青质四组分在不同溶剂中具有不同的溶解度，苯、甲苯、氯仿等萃取剂虽然对沥青萃取效果较好，但具有易燃、毒性大等特点，对环境有不同程度的危害；(2)萃取后的砂粒中残留的有机溶剂可能会对环境造成二次污染；(3)溶剂可能夹带细砂和黏土，导致沥青不能洁净分离，溶剂的可循环利用次数降低。因此，需要寻找高效、经济的绿色友好型溶剂，并解决砂子表面有机溶剂残留以及溶剂细砂夹带问题。
近年来，离子液体作为辅助剂被广泛应用在油砂萃取分离过程中。离子液体的优势在于：(1)作为中间相，隔绝了沥青-有机溶剂层和砂子，解决了溶剂夹带细砂以及砂子表面有机溶剂残留的问题；(2)离子液体和砂粒表面能建立更强的静电引力，有利于削弱沥青-砂粒的胶着作用，提高沥青的提取率。然而离子液体价格昂贵，不利于该方法的工业化应用。低共熔溶剂是由一定计量比的氢键受体和氢键给体组成的低共熔化合物，其物理化学性质与离子液体相似，故又被称为类离子液体。低共熔溶剂在原料选择、合成方法、原子经济性等方面比离子液体更为优越，且无毒、可生物降解，是一种有望能够代替离子液体的绿色溶剂。
发明内容
本发明的目的是提出一种低共熔溶剂辅助的油砂中沥青萃取方法。本发明采用低共熔溶剂，成本低，绿色安全无污染，避免了咪唑类离子液体价格昂贵的问题，避免了砂粒中残留的有机溶剂对环境造成的污染问题。本发明工艺简单，操作方便，可使沥青获得洁净分离并得到较高的萃取率，而且低共熔溶剂可循环使用，有效降低了油砂沥青提取的工业成本，利于工业化应用。
本发明采用的技术方案如下：一种低共熔溶剂辅助的油砂中沥青萃取方法，包括如下步骤：于容器中，依次加入含有沥青的油砂、低共熔溶剂和石油醚，常温常压下搅拌2-5min，离心，分为三层，上层为沥青和石油醚的混合液，中间层为低共熔溶剂，最下层是黏土和细砂。取上层混合液，干燥，得沥青。
优选的，上述的一种低共熔溶剂辅助的油砂中沥青萃取方法，所述低共熔溶剂是由季铵盐类氢键受体和氢键给体经加热混合制成。
更优选的，上述的一种低共熔溶剂辅助的油砂中沥青萃取方法，所述季铵盐类氢键受体是氯化胆碱。
优选的，上述的一种低共熔溶剂辅助的油砂中沥青萃取方法，所述氢键给体是多元醇、多元酸或尿素。
更优选的，上述的一种低共熔溶剂辅助的油砂中沥青萃取方法，所述氢键给体是乙二醇、丙二酸或尿素。
更优选的，上述的一种低共熔溶剂辅助的油砂中沥青萃取方法，所述低共熔溶剂是，氯化胆碱与尿素的混合(ChCl-U)、氯化胆碱与乙二醇的混合(ChCl-EG)、或氯化胆碱与丙二酸(ChCl-PA)的混合。
优选的，上述的一种低共熔溶剂辅助的油砂中沥青萃取方法，按质量比，含有沥青的油砂:低共熔溶剂＝1:2。
优选的，上述的一种低共熔溶剂辅助的油砂中沥青萃取方法，油砂和低共熔溶剂的质量总和与石油醚的固液比为，2:1-5g/mL。
优选的，上述的一种低共熔溶剂辅助的油砂中沥青萃取方法，干燥温度为80℃。
本发明的有益效果是：
本发明，所用的低共熔溶剂，合成方法简单，原料价格低廉。
本发明，提取工艺简单，操作方便，沥青获得洁净分离并得到较高的萃取率，萃取后的砂子和黏土无有机溶剂残留，避免环境污染。
本发明，中间层的低共熔溶剂可直接回收，低共熔溶剂可回收循环使用，有效降低油砂分离的工业成本。
本发明，最下层的黏土和沙子相用少量水冲洗去除低共熔溶剂，湿砂直接排放；水洗下来的低共熔溶剂，经精馏分离除去水分，低共熔溶剂可回收再利用。
附图说明
图1为不同方法萃取得到的沥青效果对比图；
其中，1：石油醚；2：ChCl-U+石油醚；3：ChCl-EG+石油醚；4：ChCl-PA+石油醚。
图2为不同方法萃取得到的沥青红外光谱图。
图3为萃取后的残砂的红外光谱图。
图4为低共熔溶剂辅助的油砂中沥青萃取方法示意图。
具体实施方式
实施例1
一种低共熔溶剂辅助的油砂中沥青萃取方法，包括如下步骤：
1、将氯化胆碱和尿素，按照摩尔比1:2放置于圆底烧瓶中，于78℃下不断搅拌，制成均一、稳定的无色粘稠液体，停止搅拌，冷却静置，得到低共熔溶剂，记为ChCl-U。
2、在50mL离心管中，加入4g内蒙古油砂，8g ChCl-U，10mL石油醚，涡旋转速为1000rpm，温度为25℃的条件下搅拌2min，然后用离心机在转速5000rpm的条件下进行离心2min。体系清晰的分为三相，沥青和石油醚混合液在最上层，ChCl-U在中间层，最下层是黏土和细砂。
3、取出最上层的沥青和石油醚混合液，在真空干燥箱内，于80℃干燥至恒重，得精制沥青，称重为0.372克。
4、将中间层的ChCl-U相回收利用。
5、将离心管中的残砂用少量水洗，由于ChCl-U溶于水，因此残砂中不含ChCl-U，可直接排放。
6、水洗下来的ChCl-U，经精馏分离除去水分，对ChCl-U进行回收再利用。
经计算，用低共熔溶剂ChCl-U辅助石油醚萃取油砂中沥青，萃取率为93％。
实施例2
一种低共熔溶剂辅助的油砂中沥青萃取方法，包括如下步骤：
1、将氯化胆碱和乙二醇，按照摩尔比1:2放置于圆底烧瓶中，于80℃下不断搅拌，制成均一、稳定的无色粘稠液体，停止搅拌，冷却静置，得到低共熔溶剂，记为ChCl-EG。
2、在50mL离心管中，加入5g新疆油砂，10g ChCl-EG，15mL石油醚，涡旋转速为1000rpm，温度为25℃的条件下搅拌2min，然后用离心机在转速5000rpm的条件下进行离心2min。体系清晰的分为三相，沥青和石油醚混合液在最上层，ChCl-EG在中间层，最下层是黏土和细砂。
3、取出最上层的沥青和石油醚混合液，在真空干燥箱内，于80℃干燥至恒重，得精制沥青，称重为0.464克。
4、将中间层的ChCl-EG相回收利用。
5、将离心管中的残砂用少量水洗，由于ChCl-EG溶于水，因此残砂中不含ChCl-EG，可直接排放。
6、水洗下来的ChCl-EG，经精馏分离除去水分，对ChCl-EG进行回收再利用。
经计算，用低共熔溶剂ChCl-EG辅助石油醚萃取油砂中沥青，萃取率为92.8％。
实施例3
一种低共熔溶剂辅助的油砂中沥青萃取方法，包括如下步骤：
1、将氯化胆碱和丙二酸，按照摩尔比1:1放置于圆底烧瓶中，于60℃下不断搅拌，制成均一、稳定的无色粘稠液体，停止搅拌，冷却静置，得到低共熔溶剂，记为ChCl-PA。
2、在50mL离心管中，加入4g青海油砂，8g ChCl-PA，15mL石油醚，涡旋转速为1000rpm，温度为25℃的条件下搅拌2min，然后用离心机在转速5000rpm的条件下进行离心2min。体系清晰的分为三相，沥青和石油醚混合液在最上层，ChCl-PA在中间层，最下层是黏土和细砂。
3、取出最上层的沥青和石油醚混合液，在真空干燥箱内，于80℃干燥至恒重，得精制沥青，称重为0.374克。
4、将中间层的ChCl-PA相回收利用。
5、将离心管中的残砂用少量水洗，由于ChCl-PA溶于水，因此残砂中不含ChCl-PA，可直接排放。
6、水洗下来的ChCl-PA，经精馏分离除去水分，对ChCl-PA进行回收再利用。
经计算，用低共熔溶剂ChCl-PA辅助石油醚萃取油砂中沥青，萃取率为93.5％。
对比例1
不含低共熔溶剂辅助的油砂中沥青萃取方法，包括如下步骤：
1、在50mL离心管中，加入4g内蒙古油砂，10mL石油醚，涡旋转速为1000rpm，温度为25℃的条件下搅拌2min，然后用离心机在转速5000rpm的条件下进行离心2min。体系分为两相，上层为沥青和石油醚混合液，下层是黏土和细砂。
2、取出沥青和石油醚混合液，在真空干燥箱内，于80℃干燥至恒重，得精制沥青，称重为0.357克，萃取率为89.3％。
将实施例1、2、3和对比例1的沥青萃取效果进行对比，如图1所示。由图1可见，低共熔溶剂作为中间相可将沥青和石油醚的混合液与细砂分隔开。
图2和图3分别为萃取得到的沥青和萃取后残砂的红外光谱图。其中，2800-3000cm-1处的特征峰为沥青中芳香族和脂肪族化合物的C-H键振动吸收峰，1100cm-1处的特征峰为砂土的振动吸收峰。从结果来看，四种萃取体系的萃取物中均含有大量沥青。然而，在石油醚萃取得到的沥青中发现有砂土存在，而在三种低共熔溶剂参与的萃取体系中没有观察到沥青含有砂土。同样，对比残砂的红外光谱可知，石油醚萃取后的残砂有明显沥青存在，而在三种低共熔溶剂参与的萃取体系里残砂中只有微量沥青残留。上述结果表明，低共熔溶剂辅助的溶剂萃取法可以获得很高的沥青萃取率，并使沥青获得洁净分离。

Claims (8)

1.一种低共熔溶剂辅助的油砂中沥青萃取方法，其特征在于，包括如下步骤：于容器中，依次加入含有沥青的油砂、低共熔溶剂和石油醚，常温常压下搅拌2-5min，离心，分为三层，取上层混合液，干燥，得沥青。
2.根据权利要求1所述的一种低共熔溶剂辅助的油砂中沥青萃取方法，其特征在于，所述低共熔溶剂是由季铵盐类氢键受体和氢键给体经加热混合制成。
3.根据权利要求2所述的一种低共熔溶剂辅助的油砂中沥青萃取方法，其特征在于，所述季铵盐类氢键受体是氯化胆碱。
4.根据权利要求2所述的一种低共熔溶剂辅助的油砂中沥青萃取方法，其特征在于，所述氢键给体是多元醇、多元酸或尿素。
5.根据权利要求4所述的一种低共熔溶剂辅助的油砂中沥青萃取方法，其特征在于，所述氢键给体是乙二醇、丙二酸或尿素。
6.根据权利要求1所述的一种低共熔溶剂辅助的油砂中沥青萃取方法，其特征在于，按质量比，含有沥青的油砂:低共熔溶剂＝1:2。
7.根据权利要求1所述的一种低共熔溶剂辅助的油砂中沥青萃取方法，其特征在于，油砂和低共熔溶剂的质量总和与石油醚的固液比为，2:1-5g/mL。
8.根据权利要求1所述的一种低共熔溶剂辅助的油砂中沥青萃取方法，其特征在于，干燥温度为80℃。
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