CN113004926A - 使用溶剂萃取含油物质中的油并回收溶剂的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

一种使用溶剂萃取含油物质中的油并回收溶剂的方法，包括(a)将含油物质与溶剂混合，并分离得到包含溶剂和油的液态混合物，以及其它物质；(b)将所述液态混合物与水混合，得到第一含水混合物；(c)将所述第一含水混合物进行闪蒸，得到气相油类和第二含水混合物；(d)将所述第二含水混合物进行第一液液分离，得到液相油类和第三含水混合物；以及(e)将所述第三含水混合物进行第二液液分离，得到回收的水和回收的溶剂。本发明还涉及相应的装置。

Description

使用溶剂萃取含油物质中的油并回收溶剂的方法及装置
技术领域
本发明涉及混合物的分离技术领域，具体涉及一种使用溶剂萃取含油物质中的油并回收溶剂的方法和装置。
背景技术
将含油物质中的油分离出来，化学溶剂萃取法是一种常见的方法。具体地，萃取法的过程包括：采用一种与油互溶的化学溶剂，将该化学溶剂与含油物质充分混合，含油物质中的油与该化学溶剂结合得到含油溶剂，然后将含油溶剂与萃取后剩余物质分离，再将含油溶剂中的油和溶剂进行分离，得到回收的溶剂(或再生的溶剂)和回收的油，其中，回收的溶剂可以再次用于萃取过程。
化学溶剂萃取法可以用于处理各类形式的含油物质，例如以固态、浆态、粘稠液体、悬浮物、或液态形式存在。含油物质的示例包括：市政污泥，污水处理厂污泥，原油开采、存储、运输、以及加工等过程中产生的含油物质(包括钻井岩屑、水基钻井泥浆、油基钻井泥浆、地面溢油、落地油泥、油田采出水、罐底油泥、清罐油泥、炼厂“三泥”、被油污染的土壤等)，油砂，油砂尾矿，机械加工过程中使用的切削液废液，餐饮废弃物(也称餐厨垃圾)，动植物体(例如花生等坚果、果皮、花瓣、肉类、藻类)，微生物体。
溶剂萃取法已广泛用于油类的分离或提取。在将含油溶剂中的油和溶剂进行分离的步骤中，通常按照油与溶剂沸点的差别，采用蒸发或精馏的方式，得到回收的溶剂和回收的油。但当所萃取出的油类与溶剂的沸点差别不大时，往往常规的蒸发或精馏操作不能有效地分离油类和溶剂。若将油类含量较高的回收溶剂回用于萃取操作，也会影响萃取效率。因此针对上述问题，需要一种解决方案，在使用溶剂萃取含油物质中的油以后，能够有效分离沸点相近的溶剂和油类，得到纯度较高的回收溶剂。
发明内容
本发明提供一种使用溶剂萃取含油物质中的油并回收溶剂的方法和相应装置，选用特种有机溶剂，能够将沸点相近的溶剂与油分离开来，得到高纯度的回收溶剂。
本发明的方法包括以下步骤：
(a)将含油物质与溶剂混合，并分离得到包含溶剂和油的液态混合物，以及其它物质，其中所述溶剂与水的互溶性随温度升高而降低；
(b)将所述液态混合物与水混合，得到第一含水混合物，其中所述水与所述液态混合物中的溶剂的重量比在以2:1至10:1范围内；
(c)在0℃到45℃范围内，将所述第一含水混合物进行闪蒸，得到气相油类和第二含水混合物；
(d)在0℃到45℃范围内，将所述第二含水混合物进行第一液液分离，得到液相油类和第三含水混合物；以及
(e)在50℃到85℃范围内，将所述第三含水混合物进行第二液液分离，得到回收的水和回收的溶剂。
本发明的装置用于进行前述使用溶剂萃取含油物质中的油并回收溶剂的方法，所述装置包括：萃取单元，包括含油物质入口、溶剂入口、液态混合物出口和其它物质出口，所述液态混合物出口用于排出包含溶剂和油的液态混合物，其中所述溶剂与水的互溶性随温度升高而降低；混合单元，与所述萃取单元的液态混合物出口相连接，接收所述液态混合物，用于将所述液态混合物与水混合，得到第一含水混合物，其中所述水与所述液态混合物中的溶剂的重量比在2:1至10:1范围内；闪蒸单元，与所述混合单元相连接，接收所述第一含水混合物，用于将所述第一含水混合物在0℃到45℃范围内进行闪蒸，得到气相油类和第二含水混合物；第一液液分离单元，与所述闪蒸单元相连接，接收所述第二含水混合物，用于在0℃到45℃范围内，将所述第二含水混合物进行液液分离，得到液相油类和第三含水混合物；以及第二液液分离单元，与所述第一液液分离单元相连接，接收所述第三含水混合物，用于在50℃到85℃范围内，将所述第三含水混合物进行第二液液分离，得到回收的水和回收的溶剂。
本发明的技术方案针对有机溶剂萃取油类或有机物过程中，因所萃取的物质与溶剂沸点相近而难于分离，回收的溶剂纯度较低的问题，创造性地通过对溶剂进行选择，对分离流程进行设计，能够有效分离溶剂与所萃取的油类，得到较高纯度的回收溶剂，从而将回收溶剂再次利用于萃取过程。本发明的技术方案中所使用的溶剂具有与水的互溶性随温度升高而降低的特点，这样，通过改变温度，改变溶剂与水的互溶性，通过液液分离操作即可实现油、水、溶剂三者的分离。本发明技术方案操作简便，分离能耗低，不需要复杂的设备，投资成本低。
附图说明
附图以及下面的详细描述用于帮助理解本发明的特征和优点，图1所示为依据本发明一个实施例的使用溶剂萃取含油物质中的油并回收溶剂的装置示意图，其中箭头方向代表物料流动方向。
具体实施方式
除非本申请中清楚地另行定义，所用到的科学和技术术语的含义为本申请所述技术领域的技术人员通常所理解的含义。本申请中使用的“包括”、“包含”、“具有”或“含有”以及类似的词语是指除了列于其后的项目及其等同物外，其他的项目也可在范围以内。
本申请中的近似用语用来修饰数量，表示本发明并不限定于所述具体数量，还包括与所述数量接近的、可接受的、不会导致相关基本功能的改变的修正的部分。相应的，用“大约”、“约”、“左右”等修饰一个数值，意为本发明不限于所述精确数值。在某些实施例中，近似用语可能对应于测量数值的仪器的精度。本发明中的数值范围可以合并及/或互换，除非另行清楚说明，数值范围包括其所涵盖的所有数值子范围。
在说明书和权利要求中，除非清楚地另行指出，所有项目的单复数不加以限制。本申请说明书及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的材料或实施例等。
除非上下文另外清楚地说明，术语“或”、“或者”并不意味着排他，而是指存在提及项目(例如成分)中的至少一个，并且包括提及项目的组合可以存在的情况。
本说明书中提及“一些实施例”等，表示所述与本发明相关的一种特定要素(例如特征、结构和/或特点)被包含在本说明书所述的至少一个实施例中，可能或不可能出现于其它实施例中。另外，需要理解的是，所述发明要素可以以任何适当的方式结合。
本申请提及的“油”或“油类”指常温下为液体的憎水性物质，可以泛指所有不溶于水的有机化合物，不限于碳氢化合物。在一些实施例中，存在于含油物质中的油可以是一种或多种，包括但不限于：石油、沥青、动物油、植物油、硅油或润滑油中的任意一种或多种。
本申请提及的“含油物质”或类似用语是指含有油及其它物质(例如水、固体等)的物质，以固态、浆态、粘稠液体、悬浮物、或液态形式存在，其中的油的含量一般以重量百分比计，例如，含油量大于1％的物质。在一些实施例中，含油物质包括原油生产、储存、运输、加工以及使用等过程中产生的钻井岩屑、水基钻井泥浆、油基钻井泥浆、地面溢油、落地油泥、油田采出水、罐底油泥、清罐油泥、炼厂“三泥”、被油污染的土壤等，其中，炼厂“三泥”包括隔油池底泥，浮选池浮渣和剩余活性污泥。在一些实施例中，含油含水物质包括自然界中富含天然沥青的沉积砂，称为油砂或沥青砂，本发明的处理含油物质的方法和装置能够用于油砂开采或油砂尾矿的处理。在一些实施例中，含油物质包括金属加工过程中产生的切削液废液。在另外一些实施例中，含油物质包括餐饮废弃物、市政污泥、动植物体、微生物体等，其中，动植物体可以包括肉类、毛皮、坚果、含香料作物、中药、藻类等，萃取微生物体的示例包括从细菌中提取抗生素。
以下结合附图说明本发明的实施方式。图1所示为依据本发明一个实施例的使用溶剂萃取含油物质中的油并回收溶剂的装置示意图。该装置主要包括：萃取单元101、精馏单元103、混合单元105、闪蒸单元107、第一液液分离单元109和第二液液分离单元111，以及一些连接管道和物质储罐。以下具体阐述每个装置单元的构造、连接方式以及它们的作用。
萃取单元101，包括含油物质入口、溶剂入口、液态混合物出口和其它物质出口，所述液态混合物出口用于排出包含溶剂和油的液态混合物。其中，含油物质入口与溶剂入口可以为同一入口。萃取单元101具有混合和分离两个功能，因此，在某些实施例中，萃取单元101包括混合元件(例如搅拌棒)和分离元件(例如离心设备、压滤设备、抽滤设备、沉降设备等)等，这些元件可以独立存在相互连接，也可以集成为一个整体。
精馏单元103，与萃取单元101通过管道连接，接收来自萃取单元101的液态混合物。精馏单元103包括常见的精馏设备，对包含溶剂和油的液态混合物进行加热，将其按照沸点不同分离成至少两个组分，其中将溶剂含量较高的组分(即含油溶剂，包括溶剂以及与溶剂沸点相近的油类)通入后续混合单元105，其它组分可进入油类储罐104。在某些实施例中，精馏单元103可以被蒸发单元与冷凝单元所替代，蒸发单元与冷凝单元通过管道相连通，例如，当液态混合物中含有沸点较高的重油时，此时沸点较低的轻烃和溶剂一同蒸发进入冷凝单元，得到轻烃和溶剂的混合物(即含油溶剂)。
混合单元105，与精馏单元103通过管道相连接，接收来自精馏单元103的含油溶剂。向混合单元105中通入水，使含油溶剂与水混合，得到第一含水混合物。
闪蒸单元107，与混合单元105通过管道相连接，接收来自混合单元105的第一含水混合物。在闪蒸单元107中，将第一含水混合物在0℃到45℃范围内进行闪蒸，得到气相油类和第二含水混合物，其中气相油类储存在气相油类储罐108中。
第一液液分离单元109，与闪蒸单元107通过管道相连接，接收来自闪蒸单元的第二含水混合物。在第一液液分离单元109中，控制温度在0℃到45℃范围内，将第二含水混合物进行液液分离，得到液相油类和第三含水混合物。
第二液液分离单元111，与第一液液分离单元109通过管道相连接，接收来自第一液液分离单元109的第三含水混合物。在第二液液分离单元111中，控制温度在50℃到85℃范围内，将第三含水混合物进行第二液液分离，得到回收的水和回收的溶剂。其中，可将回收的水通过回流管道121回流至混合单元105中再利用。还可以将回收的溶剂通过回流管道123回流至萃取单元101中再利用。
其中，第一液液分离单元109和第二液液分离单元111可独立地选取本领域技术人员熟知的各种液液分离设备。
在本发明某些实施例中，在萃取单元101中，溶剂所萃取出的油类的沸点均与所用溶剂的沸点相接近，此时，对于来自萃取单元101的液态混合物，若仍然采用精馏单元103进行精馏，基本上无法对其进行分离，在这种情况下，可以将液态混合物直接通入混合单元105，而不经过精馏单元103。因此，在某些实施例中，本发明使用溶剂萃取含油物质中的油并回收溶剂的装置不包括精馏装置。
通过上述实施例的描述，可知本发明实施例的使用溶剂萃取含油物质中的油并回收溶剂的方法大致包括以下步骤：
(a)将含油物质与溶剂混合，并分离得到包含溶剂和油的液态混合物，以及其它物质；
(f)对所述液态混合物进行蒸发或精馏，得到至少一种回收的油和含油溶剂，所述含油溶剂包括沸点与所述溶剂沸点相近和/或更低的油类；
(b)将所述含油溶剂与水混合，得到第一含水混合物；
(c)在0℃到45℃范围内，将所述第一含水混合物进行闪蒸，得到气相油类和第二含水混合物；
(d)在0℃到45℃范围内，将所述第二含水混合物进行第一液液分离，得到液相油类和第三含水混合物；
(e)在50℃到85℃范围内，将所述第三含水混合物进行第二液液分离，得到回收的水和回收的溶剂；
(g)将所述回收的水回流至所述步骤(b)中与所述液态混合物进行混合；以及
(h)将所述回收的溶剂回流至所述步骤(a)中与所述含油物质进行混合。
其中，上述步骤(a)(b)(c)(d)(e)为必需步骤，而步骤(f)(g)(h)为可选步骤。
本发明技术方案能够得以实现回收高纯度溶剂的重要关键点之一在于所采用的溶剂具有与水的互溶性随温度升高而降低的特点，因此在分离溶剂和与溶剂沸点相近的油类时，可以通过加入水，改变温度，通过液液分离而实现。关于步骤(b)中所加入水的量，与液态混合物或含油溶剂中的溶剂的量有关，即所加入的水需要足以将其中的溶剂带出来。在本发明的实施例中，所加入的水的量需要满足：水与液态混合物或含油溶剂中的溶剂的重量比在以2:1至10:1范围内，优选在2:1至6:1范围内。本发明实施例的溶剂包括胺类溶剂，例如二异丙胺或三乙胺。
步骤(c)中的闪蒸在较低的温度下进行，主要目的是分离出沸点较低的油类。可以调节闪蒸的温度和压力，以较低的能耗进行闪蒸。闪蒸的温度一般在0℃到45℃范围内，优选在0℃到30℃范围内。
步骤(d)中的第一液液分离在较低的温度下进行，一般在0℃到45℃范围内，优选在0℃到20℃范围内。第二含水混合物中含有水、油、溶剂三种成分，由于溶剂在低温下与水的互溶性较高，溶剂与水混合物为一相，油为一相，通过第一液液分离得到液相油类和第三含水混合物。
步骤(e)中的第二液液分离在较高的温度下进行，一般在50℃到85℃范围内，优选在70℃到75℃范围内。第三含水混合物中含有水、溶剂两种成分，由于溶剂在高温下与水的互溶性较低，分为两相，通过第二液液分离得到液相油类和第三含水混合物。
在本发明实施例中，通过上述方法回收的溶剂的纯度大于90％，优选大于92％。
实验示例
本实验示例中，采用二异丙胺作为溶剂，二异丙胺的沸点为84℃，采用沸点范围为60℃到120℃的石脑油作为萃取的油类物质，将两者以一定比例混合，作为待分离含油溶剂。采用本发明所提出的技术方案，按照加水混合、闪蒸、第一液液分离和第二液液分离四个步骤进行分离处理。
示例1：含油溶剂组成为50wt％石脑油+50wt％二异丙胺，数据及结果如表1中所示。
表1
Figure BDA0002326555070000081
示例2：含油溶剂组成为40wt％石脑油+60wt％二异丙胺，数据及结果如表2中所示。
表2
Figure BDA0002326555070000091
示例3：含油溶剂组成为30wt％石脑油+70wt％二异丙胺，数据及结果如表3中所示。
表3
Figure BDA0002326555070000101
以上三个示例分别针对含油量50wt％,40wt％和30wt％的三种含石脑油二异丙胺进行分离，最终回收的溶剂纯度为90％以上，远高于传统精馏的分离效率，且能耗也较低。
以上的处理含油含水物质的装置及方法仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种使用溶剂萃取含油物质中的油并回收溶剂的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(a)将含油物质与溶剂混合，并分离得到包含溶剂和油的液态混合物，以及其它物质，其中所述溶剂与水的互溶性随温度升高而降低；
(b)将所述液态混合物与水混合，得到第一含水混合物，其中所述水与所述液态混合物中的溶剂的重量比在以2:1至10:1范围内；
(c)在0℃到45℃范围内，将所述第一含水混合物进行闪蒸，得到气相油类和第二含水混合物；
(d)在0℃到45℃范围内，将所述第二含水混合物进行第一液液分离，得到液相油类和第三含水混合物；以及
(e)在50℃到85℃范围内，将所述第三含水混合物进行第二液液分离，得到回收的水和回收的溶剂。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法还包括步骤(f)，位于步骤(a)与(b)之间：
(f)对所述液态混合物进行蒸发或精馏，得到至少一种回收的油和含油溶剂，所述含油溶剂包括沸点与所述溶剂沸点相近和/或更低的油类，这样，步骤(b)中是将所述含油溶剂与水混合。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法还包括步骤(g)：
(g)将所述回收的水回流至所述步骤(b)中与所述液态混合物进行混合。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述溶剂包括二异丙胺或三乙胺。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述回收的溶剂的纯度大于90％。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤(c)的操作温度在0℃到30℃范围内，步骤(d)的操作温度在0℃到20℃范围内，步骤(e)的操作温度在70℃到75℃范围内。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述含油物质包括选自市政污泥、污水处理厂污泥、钻井岩屑、水基钻井泥浆、油基钻井泥浆、地面溢油、落地油泥、油田采出水、罐底油泥、清罐油泥、炼厂“三泥”、被油污染的土壤、油砂、油砂尾矿、机械加工过程中使用的切削液废液、餐饮废弃物、动植物体、微生物体中的一种或多种。
8.一种使用溶剂萃取含油物质中的油并回收溶剂的装置，用于进行如权利要求1-7中任一项所述的方法，其特征在于，所述装置包括：
萃取单元，包括含油物质入口、溶剂入口、液态混合物出口和其它物质出口，所述液态混合物出口用于排出包含溶剂和油的液态混合物，其中所述溶剂与水的互溶性随温度升高而降低；
混合单元，与所述萃取单元的液态混合物出口相连接，接收所述液态混合物，用于将所述液态混合物与水混合，得到第一含水混合物，其中所述水与所述液态混合物中的溶剂的重量比在以2:1至10:1范围内；
闪蒸单元，与所述混合单元相连接，接收所述第一含水混合物，用于将所述第一含水混合物在0℃到45℃范围内进行闪蒸，得到气相油类和第二含水混合物；
第一液液分离单元，与所述闪蒸单元相连接，接收所述第二含水混合物，用于在0℃到45℃范围内，将所述第二含水混合物进行液液分离，得到液相油类和第三含水混合物；以及
第二液液分离单元，与所述第一液液分离单元相连接，接收所述第三含水混合物，用于在50℃到85℃范围内，将所述第三含水混合物进行第二液液分离，得到回收的水和回收的溶剂。
9.根据权利要求8所述的装置，其中，所述装置还包括蒸发或精馏单元，连接在所述萃取单元与所述混合单元之间，接收所述液态混合物，用于对所述液态混合物进行蒸发或精馏，得到至少一种回收的油和含油溶剂，所述含油溶剂包括沸点与所述溶剂沸点相近或更低的油类，所述闪蒸单元接收所述含油溶剂。
10.根据权利要求8所述的装置，其中，所述装置还包括第一回流单元，包括连接所述第二液液分离单元与所述萃取单元的管道，用于将所述回收的溶剂回流至所述萃取单元。
11.根据权利要求8所述的装置，其中，所述装置还包括第二回流单元，包括连接所述第二液液分离单元与所述混合单元的管道，用于将所述回收的水回流至所述混合单元。
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