CN205287697U - 一种亲水性可逆助剂辅助有机溶剂分离油砂的系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种亲水性可逆助剂辅助有机溶剂分离油砂的系统，包括存储罐类装置：亲水性可逆助剂回收罐、水回收罐、循环溶剂罐、溶剂/沥青油储罐，包括反应釜类装置：亲水性可逆助剂反应釜、一级萃取釜、水洗釜以及亲水性可逆助剂再生釜，还包括静置槽和沥青精制单元。本实用新型通过设计合理的流程工艺，使亲水性可逆助剂与水在整个过程中可以实现循环使用，且操作条件温和，极大地节约成本。

Description

一种亲水性可逆助剂辅助有机溶剂分离油砂的系统

技术领域

本实用新型属于化工分离技术领域，具体涉及一种亲水性可逆助剂辅助有机溶剂分离油砂的系统。

背景技术

油砂是一种由砂粒、沥青、水、黏土和少量矿物组成的天然矿物，外观呈黑色或黑褐色。1902年在加拿大的阿尔伯塔省首次发现，是一种非常规能源，全世界的油砂资源量约为3.74×10¹²桶。

加拿大含有全球75％以上的油砂资源，在世界各国中率先进行油砂的开采与研究，目前拥有全球最成熟的技术。中国的油砂资源主要分布在新疆塔里木以及贵州等地，目前尚未实现工业化生产。油砂开采的方法主要有露天开采和原地开采，前者适用于油砂矿埋藏深度小于75米的油砂矿开采，后者用于油砂矿埋藏深度大于75米的油砂矿的开采。就露天开采而言，主要有热碱水洗工艺、溶剂萃取工艺、热裂解工艺等几种，目前工业上使用比较成熟的是热碱水洗法，该技术先将油砂粉碎，再送入热碱液中混合搅拌，然后向混合浆液中通入气体使沥青浮选上来，收集沥青并加入烷烃稀释以降低其粘度后，送往炼厂进行精炼获得各种油产品。该技术操作简单，但存在如下缺点和技术瓶颈：耗水量大、能耗高、尾矿处理极其困难、对环境污染严重，已经受到世界各地，尤其是矿区当地居民的重视和质疑。寻找环保、经济、可持续发展的油砂分离方法迫在眉睫。

溶剂萃取法由于其适用于亲油性和亲水性油砂的分离，而且能在一定程度上消除乳化现象，减少对环境的污染，得到了广泛的重视。与传统的水洗法相比，采用溶剂进行萃取得到的油中不含砂土，且全过程中没有用到水，降低了能耗，提高了萃取效率，减少了对环境的污染。传统的溶剂萃取技术也存在一些有待解决的技术问题：高效、经济的溶剂不易于获得；残留于固体沙粒中的溶剂回收难度较大等。

目前已有许多专家学者致力于研究使用添加剂辅助溶剂萃取，从而达到提高油砂沥青萃取率、减少沥青中的细砂夹带和减少残砂中溶剂残留的目的。CN102391185A(2012)报道了采用离子液体作为溶剂萃取油砂沥青的添加剂，可以提高沥青萃取率，但由于离子液体造价昂贵，虽然可以通过蒸发水分的方式进行回收，但其在过程中的损失仍限制了它的工业应用。US4929341(1990)报道了硫酸铵、丙酮、硫酸等可以促进有机溶剂(四氯乙烯、四氯化碳、石油醚、甲苯、苯等)对油砂的萃取效果，但此技术需萃取4小时左右方可取得较好效果。综合前人关于使用添加剂辅助溶剂萃取技术对油砂进行分离的专利技术，所遇到的一个共性问题就是关于萃取后残砂和萃取液中悬浮微颗粒的处理问题，有的技术能达到较高的萃取效率，但无法解决残留物中溶剂回收的问题，有的可以解决残留物中溶剂回收问题，但经济代价太高，无法工业化实施，这些也是为什么溶剂萃取技术至今为止一直无法真正投入工业使用的原因；因此，溶剂萃取法要获得工业化运用，必须解决残留于固体中溶剂和沥青有机物的回收和添加剂回收问题，以及整个工艺经济、环保的运作等综合问题。

亲水性可逆助剂是近年来出现的一种新型智能溶剂。这种叔胺能够在水和二氧化碳存在条件下通过生成叔胺碳酸氢盐而溶解在水中，而在加热或通入氮气等惰性气体的条件下可释放出二氧化碳，与水分层，从而还原为疏水性的叔胺，实现了亲水性可逆的过程。基于目前研究，在传统的有机溶剂中引入亲水性可逆助剂辅助萃取，分离的效果更佳，同时使用的有机溶剂和叔胺更易回收和再利用，工业应用前景非常广阔。

实用新型内容

本实用新型的目的是研究一种对环境影响较小、能耗低、耗水少、简单易行并高效萃取油砂中沥青组分的亲水性可逆助剂辅助有机溶剂分离油砂的系统。该系统采取亲水性可逆助剂盐溶液辅助有机溶剂分离油砂中的沥青组分，通过配合相应工艺，可以在15-60℃的温度，常压下将油砂中的沥青组分有效地分离。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种亲水性可逆助剂辅助有机溶剂分离油砂的系统，包括存储罐类装置：亲水性可逆助剂回收罐、水回收罐、循环溶剂罐、溶剂/沥青油储罐，包括反应釜类装置：亲水性可逆助剂反应釜、一级萃取釜、水洗釜以及亲水性可逆助剂再生釜，还包括静置槽和沥青精制单元，具体链接关系如下：亲水性可逆助剂回收罐、水回收罐的出料口连接亲水性可逆助剂反应釜进料口，亲水性可逆助剂反应釜制有二氧化碳进气口，亲水性可逆助剂反应釜的出料口与循环溶剂罐的出料口连接一级萃取釜的进料口，一级萃取釜的出料口对应第一静置槽，静置槽制有上中下三个出口，上部为溶剂/沥青油混合物出口，中部出口为亲水性可逆助剂排出口，底部为沙粒出口，静置槽的上部的溶剂/沥青油混合物出口连接溶剂/沥青油储罐，溶剂/沥青油储罐出口连接沥青精制单元，沥青精制单元上部蒸发溶剂出口连接循环溶剂罐；中部出口为亲水性可逆助剂排出口连接亲水性可逆助剂再生釜，再生釜的出水口连接水回收罐，再生釜的出助剂口连接亲水性可逆助剂回收罐，静置槽底部的沙粒出口连接水洗釜料进沙口，水洗釜的底部制有排沙口。

而且，在系统中在增加二级萃取釜和二级静置槽，将一级静置槽的沙粒再次输送到二级萃取釜中，二级萃取釜连接上部与循环溶剂罐连接，使油砂经过二级萃取后，排放到二级静置槽，二级静置槽的结构和连接关系与一级静置槽相同。

而且，在水洗釜中清洗出多余的助剂输入到可逆助剂再生釜中，进行再生。

本实用新型的有益效果是：

1、本系统将亲水性可逆助剂盐溶液应用于油砂沥青的分离，与有机溶剂共同形成环保型多元混合分离剂；混合分离剂提高了沥青回收率，最高可达到99％，残砂中残留有机物少；萃取后的残砂用少量水洗即可除去沙粒表面的铵盐，节能节水环保。

2、本实用新型通过设计合理的流程工艺，使亲水性可逆助剂与水在整个过程中可以实现循环使用，且操作条件温和，极大地节约成本。

3、本实用新型在油砂分离中加入了有机溶剂萃取剂，萃取出的油砂沥青油不需额外添加稀释剂将沥青进行稀释，直接将萃取液输送至炼厂，然后分离出溶剂再利用，减少了中间环节，节约了中间操作成本。

4、本实用新型建议采用多级(1-2级)萃取的方法对油砂进行萃取，不仅提高了萃取效率；而且，萃取过程可连续操作，稳定性好，保证了生产的连续性，提高了生产效率。

附图说明

图1：本实用新型分离方法的工艺流程图。

物料编号：1.胺，2.水，3.二氧化碳，4.铵盐溶液，5.循环溶剂，6.油砂或油页岩矿，7.有机溶剂/铵盐溶液/沙粒混合浆液Ⅰ，8.铵盐溶液+沙粒，9.溶剂/沥青油混合物，10.循环溶剂，11.有机溶剂/铵盐溶液/沙粒混合浆液Ⅱ，12.溶剂/沥青油混合物，13.沙粒+少量铵盐溶液，14.铵盐溶液，15.新鲜水，16.水洗后沙粒，17.铵盐稀溶液，18.空气，19.回收胺，20.回收水，21.溶剂/沥青油混合物，22.精炼后产品，23.回收溶剂。

装置编号：24.胺回收罐，25.水回收罐，26.反应釜Ⅰ，27.一级萃取釜，28.循环溶剂罐，29.一级静置槽，30.二级萃取釜，31.二级静置槽，32.水洗釜，33.反应釜Ⅱ，34.溶剂/沥青油储罐，35.精制单元。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施例对本实用新型作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本实用新型的保护范围。

一种亲水性可逆助剂辅助有机溶剂分离油砂的系统，包括存储罐类装置：亲水性可逆助剂回收罐24、水回收罐25、循环溶剂罐28、溶剂/沥青油储罐34，包括反应釜类装置：亲水性可逆助剂反应釜26、一级萃取釜27、水洗釜32以及亲水性可逆助剂再生釜33，还包括静置槽29和沥青精制单元35，具体链接关系如下：亲水性可逆助剂回收罐24、水回收罐25的出料口连接亲水性可逆助剂反应釜进料口，亲水性可逆助剂反应釜26制有二氧化碳进气口，亲水性可逆助剂反应釜的出料口与循环溶剂罐28的出料口连接一级萃取釜的进料口，一级萃取釜的出料口对应第一静置槽，静置槽制有上中下三个出口，上部为溶剂/沥青油混合物出口，中部出口为亲水性可逆助剂排出口，底部为沙粒出口，静置槽的上部的溶剂/沥青油混合物出口连接溶剂/沥青油储罐，溶剂/沥青油储罐出口连接沥青精制单元，沥青精制单元上部蒸发溶剂出口连接循环溶剂罐，精制产品排除后收集；中部出口为亲水性可逆助剂排出口连接亲水性可逆助剂再生釜，再生釜的出水口连接水回收罐，再生釜的出助剂口连接亲水性可逆助剂回收罐，静置槽底部的沙粒出口连接水洗釜料进沙口，水洗釜的底部制有排沙口，用于与排除残余的沙粒，在水洗釜中清洗出多余的助剂可以输入到可逆助剂再生釜中，进行再生。

为了达到更好的萃取效果，本申请还推荐在系统中在增加二级萃取釜30和二级静置槽31，将一级静置槽的沙粒再次输送到二级萃取釜中，二级萃取釜连接上部与循环溶剂罐连接，使油砂经过二级萃取后，排放到二级静置槽，二级静置槽的结构和连接关系与一级静置槽相同。

工艺实施的具体操作步骤：

⑴亲水性可逆助剂溶液的合成：叔胺1与水2分别从叔胺回收罐24和水回收罐25以同样的流量通入带有机械搅拌器反应釜Ⅰ26，搅拌混合，二氧化碳3自反应釜中下部通入，与釜中液相接触并反应，未反应的二氧化碳自釜顶排气管排出，通气1h后停止反应，将合成好的的亲水性可逆助剂盐溶液4通入一级萃取釜27；

⑵混合萃取：来自矿区的油砂/油页岩矿6送入一级萃取釜27与釜中一定比例的亲水性可逆助剂盐溶液4和循环溶剂(萃取用有机溶剂)5于25-100℃下，进行混合搅拌萃取2-60min后，将有机溶剂/叔胺盐溶液/砂粒混合浆液Ⅰ7送入一级静置槽29进行静置，从而达到固液分离目的；

⑶固液分离：一级静置槽29底部出来的一级处理叔胺盐溶液+沙粒8输送至二级萃取釜30中，加入1-3倍固体等质量的循环溶剂于25-100℃下，进行洗涤萃取2-60min，萃取的有机溶剂/叔胺盐溶液/砂粒混合浆液Ⅱ11也送入二级静置槽31；

⑷溶剂/沥青油混合物分离：将两级澄清槽30、31中分离出的液相溶剂/沥青油混合物9、12输送至精炼单元35进行溶剂/沥青油分离和沥青油精炼，从精炼单元35分离而获得的回收溶剂23输送至循环溶剂罐28进行循环使用；溶剂/沥青油混合物21经精炼单元35后可获得精炼后的产品22；

⑸二级静置槽31底部的沙粒+少量叔胺盐溶液13输送至水洗釜32中进行水洗，水洗后的残砂16由釜底排出；

⑹叔胺盐和水的回收：将二级静置槽31中部分离出来的叔胺盐溶液14与水洗釜32中的叔胺盐稀溶液17通入反应釜Ⅱ33，空气18经泵由釜中下部通入与釜中反应液接触，反应釜夹套内通入蒸汽加热至40-100℃，反应后的回收叔胺19和回收水20分别通入叔胺回收罐24和水回收罐25，未反应的空气从釜顶排出。

所述亲水性可逆助剂为三乙胺、N,N-二甲基环己胺、N,N-二甲基苄胺以及任何满足：能够在水和二氧化碳存在条件下通过生成叔胺碳酸氢盐而溶解在水中，而在加热或通入氮气等惰性气体的条件下可释放出二氧化碳，与水分层，还原为疏水性的叔胺，实现了亲水性可逆的过程的叔胺或其他胺。有机溶剂可以是苯、甲苯、二甲苯或重整汽油的单一有机溶剂，或为丙酮-烷烃类复配溶剂、乙酸乙酯-烷烃类复配溶剂。

下面，对本实用新型用以下实施例进行说明，但不限于以下实施例。

实施例1：

几种不同有机溶剂的亲水性可逆助剂辅助油砂分离方法。

分别采用六种有机溶剂进行萃取，单一有机溶剂采用甲苯、二甲苯；复合溶剂采用甲苯和正庚烷体积比1:3；丙酮和正庚烷体积比1：3；乙酸乙酯和正庚烷体积比1:3的溶剂。

5L三乙胺与5L水分别从叔胺回收罐24和水回收罐25通入反应釜Ⅰ26中，打开反应釜机械搅拌，转速300rpm，打开二氧化碳进气阀门，从反应釜中下部通入二氧化碳，气速为5L/min，通气反应1h后关闭二氧化碳通气阀门，停止搅拌，反应液通入一级萃取釜27。油砂5kg送入一级萃取釜27与叔胺盐溶液和15L溶剂混合，于25℃下，进行混合搅拌萃取25min，降低搅拌速度，经一级静置槽29液固分离后将上层有机溶剂相送入相送往溶剂/沥青油储罐34进行储存，同时将一级静置29槽中底部的残砂和叔胺盐溶液送入二级萃取釜30中，加入3倍固体等质量的循环溶剂于25℃下，进行洗涤萃取25min，然后进入二级静置槽31，有机溶剂相送往溶剂/沥青油储罐34进行储存，叔胺盐溶液送入反应釜Ⅱ33，二级静置槽31底部残砂送入水洗釜32，同时向釜中加入5L水，搅拌水洗10min,水洗后静置20min,底部残砂由出料口排出，上部液相送至反应釜Ⅱ33。反应釜Ⅱ33中叔胺盐溶液在70℃下通入空气，气速为5L/min，通气1h后静置20min，上层有机相送至叔胺回收罐1，下层水相送至水回收罐2。存于溶剂/沥青油储罐34的溶剂/沥青油混合物21经输油管道送往炼厂精制单元35。

Claims (3)

1.一种亲水性可逆助剂辅助有机溶剂分离油砂的系统，其特征在于：包括存储罐类装置：亲水性可逆助剂回收罐、水回收罐、循环溶剂罐、溶剂/沥青油储罐，包括反应釜类装置：亲水性可逆助剂反应釜、一级萃取釜、水洗釜以及亲水性可逆助剂再生釜，还包括静置槽和沥青精制单元，具体链接关系如下：亲水性可逆助剂回收罐、水回收罐的出料口连接亲水性可逆助剂反应釜进料口，亲水性可逆助剂反应釜制有二氧化碳进气口，亲水性可逆助剂反应釜的出料口与循环溶剂罐的出料口连接一级萃取釜的进料口，一级萃取釜的出料口对应第一静置槽，静置槽制有上中下三个出口，上部为溶剂/沥青油混合物出口，中部出口为亲水性可逆助剂排出口，底部为沙粒出口，静置槽的上部的溶剂/沥青油混合物出口连接溶剂/沥青油储罐，溶剂/沥青油储罐出口连接沥青精制单元，沥青精制单元上部蒸发溶剂出口连接循环溶剂罐；中部出口为亲水性可逆助剂排出口连接亲水性可逆助剂再生釜，再生釜的出水口连接水回收罐，再生釜的出助剂口连接亲水性可逆助剂回收罐，静置槽底部的沙粒出口连接水洗釜料进沙口，水洗釜的底部制有排沙口。

2.根据权利要求1所述的亲水性可逆助剂辅助有机溶剂分离油砂的系统，其特征在于：在系统中在增加二级萃取釜和二级静置槽，将一级静置槽的沙粒再次输送到二级萃取釜中，二级萃取釜连接上部与循环溶剂罐连接，使油砂经过二级萃取后，排放到二级静置槽，二级静置槽的结构和连接关系与一级静置槽相同。

3.根据权利要求1所述的亲水性可逆助剂辅助有机溶剂分离油砂的系统，其特征在于：在水洗釜中清洗出多余的助剂输入到可逆助剂再生釜中，进行再生。