富含碳酸鹽重質(zhì)油礦的連續(xù)分離和轉(zhuǎn)化的系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種富含碳酸鹽重質(zhì)油礦的連續(xù)分離和轉(zhuǎn)化的系統(tǒng)和方法，含碳酸鹽礦物質(zhì)的重質(zhì)油資源，如油砂、油頁(yè)巖、落地油泥等，在一定情況下與所配置的溶液混合，發(fā)生反應(yīng)，從而達(dá)到將重質(zhì)油與礦物顆粒分離的目標(biāo)。采用并聯(lián)多個(gè)反應(yīng)器與浮選器來實(shí)現(xiàn)連續(xù)化操作，分離過程最后獲得重質(zhì)油粗品、富含各種金屬離子的水溶液以及用于建筑材料的礦物質(zhì)。該技術(shù)不僅可以有效的將重質(zhì)油從礦中提取出來，而且可以很大程度的回收重質(zhì)油礦中的礦物質(zhì)。極大的節(jié)約能源，實(shí)現(xiàn)常溫萃取或回收重質(zhì)油的節(jié)能生產(chǎn)的目的。
【專利說明】
富含碳酸鹽重質(zhì)油礦的連續(xù)分離和轉(zhuǎn)化的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種從富含碳酸鹽重質(zhì)油礦中分離出重質(zhì)油的連續(xù)分離系統(tǒng)和方法，屬于化工分離及反應(yīng)工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及采用酸溶液萃取分離重質(zhì)油礦的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]重質(zhì)油礦(如，油砂、油頁(yè)巖、落地油、油泥等)是一種由重質(zhì)油(或?yàn)r青)、沙粒、粘土和少量水組成的復(fù)雜混合物。因其儲(chǔ)量巨大，已逐漸成為一種后備的石油資源。以油砂為例，其探明儲(chǔ)量約占現(xiàn)存石油資源總量的三分之一左右，現(xiàn)有技術(shù)可采儲(chǔ)量約為6510億桶，主要分布在加拿大、委內(nèi)瑞拉、美國(guó)、俄羅斯、印尼和中國(guó)等地，是一種很有潛力的石油替代能源。
[0003]油砂的開采依據(jù)其自身理化性質(zhì)及地質(zhì)條件可以分為露天開采和原地開采。對(duì)于加拿大的水潤(rùn)型油砂，當(dāng)?shù)V產(chǎn)埋藏深度小于75米時(shí)，工業(yè)上主要采用熱堿水洗工藝對(duì)油砂進(jìn)行分離；而當(dāng)油砂礦埋藏深度大于75米時(shí)，則采用原地開采方法，如向地底層注入熱蒸汽、熱溶劑等等。然而，對(duì)于油潤(rùn)性油砂，如美國(guó)猶他州油砂、印尼油砂及中國(guó)新疆油砂則無法有效的利用熱堿水洗的工藝對(duì)油砂瀝青進(jìn)行分離。為此，誕生了不少其他新型技術(shù)，如溶劑萃取技術(shù)(CN 101274303A，CN 101544902A，CN102925190A，US 3117922( 1964)，US3392105(1968)，US 4046669(1969)，US 4046668(1977)，US 4036732(1977)，US 4347118( 1982) ,US 4498971 (1984)，US 4929341 ( 1990 ))、熱裂解技術(shù)(CNl 032897 15A，CN104087329A)、微生物發(fā)酵技術(shù)等等。這些技術(shù)都有各自的優(yōu)點(diǎn)，比如，溶劑萃取技術(shù)具有萃取率高、萃取過程不需要水的參與、可常溫下操作、溶劑可循環(huán)使用等優(yōu)點(diǎn)；熱裂解技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)重質(zhì)油萃取與煉油集成處理，減少了工藝過程;微生物發(fā)酵技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)溫和的提油過程等等。然而，它們又都伴隨著各自的缺點(diǎn)，如溶劑萃取后殘砂固體中的溶劑回收問題及溶劑泄露的環(huán)境問題，熱裂解過程中能耗過高的問題，微生物發(fā)酵的穩(wěn)定性及規(guī)?；瘑栴}，這些都使得上述技術(shù)在工業(yè)化過程當(dāng)中遇到各種阻力，導(dǎo)致其最終未能在工業(yè)上實(shí)現(xiàn)規(guī)?；褂?。
[0004]由此可見，運(yùn)行成本及環(huán)境問題是目前重質(zhì)油礦開采，尤其是油潤(rùn)性油砂，的關(guān)鍵技術(shù)問題。為此，本發(fā)明專利將主要針對(duì)上述問題，提出一種處理富含碳酸鹽礦物質(zhì)的重質(zhì)油礦的連續(xù)分離系統(tǒng)和方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種低成本、連續(xù)、高效、節(jié)能，可以用于處理富含碳酸鹽礦物質(zhì)的重質(zhì)油礦，如油砂、頁(yè)巖油、落地油、油泥等，的重質(zhì)油礦分離系統(tǒng)和方法。
[0006]本發(fā)明實(shí)現(xiàn)目的的技術(shù)方案如下:
[0007]—種富含碳酸鹽重質(zhì)油礦的連續(xù)分離和轉(zhuǎn)化的方法，富含碳酸鹽重質(zhì)油礦破碎后通過兩個(gè)或多個(gè)相同的混合反應(yīng)器并聯(lián)、交替進(jìn)行操作來實(shí)現(xiàn)，混合反應(yīng)器內(nèi)加入酸溶液，所述酸溶液為一元有機(jī)酸或無機(jī)酸的一種或者幾種酸的混合液。
[0008]而且，所處理的重質(zhì)油礦為富含碳酸鹽礦物質(zhì)(碳酸鹽含量超過原礦中礦物質(zhì)含量的10% )的重質(zhì)油礦，如油砂、頁(yè)巖油、落地油、油泥等。
[0009]而且，所述酸液為氫氟酸、乙酸、硝酸、鹽酸、氫碘酸、氫溴酸、甲酸、氯酸中的至少一種，且酸溶液pH值小于I。
[0010]而且，所述的混合反應(yīng)溫度為5?55°C;混合方式為攪拌、超聲、微波等。
[0011]而且，在并聯(lián)操作中，它們之間輪流切換進(jìn)行混合反應(yīng)與靜置分層、排料的操作，實(shí)現(xiàn)連續(xù)操作的目的。
[0012]—種富含碳酸鹽重質(zhì)油礦的連續(xù)分離和轉(zhuǎn)化的系統(tǒng)，包括粉碎機(jī)、物料輸送機(jī)、混合反應(yīng)器、及液體輸送設(shè)備，粉碎機(jī)出料口并聯(lián)連接兩個(gè)或多個(gè)混合反應(yīng)器，各混合反應(yīng)器分別制有氣體出口管道，上層的重質(zhì)油泡沫出口管道、鹽溶液出口管道、底部的固體沉淀物出口管道，所述酸溶液為一元有機(jī)酸或無機(jī)酸的一種或者幾種酸的混合液。
[0013]而且，上述兩個(gè)混合反應(yīng)器的對(duì)應(yīng)功能相同的管道還匯聚成一個(gè)功能管道排出相關(guān)物質(zhì)。
[0014]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及效果如下:
[0015]1、本發(fā)明采用礦物分類的方法選擇適當(dāng)?shù)姆蛛x技術(shù)對(duì)重質(zhì)油礦物進(jìn)行分離，不僅能有效降低分離難度，而且可以在能耗、環(huán)保方面得到有效改進(jìn)和突破，降低成本。
[0016]2、本發(fā)明采用酸溶液與富含碳酸鹽的重質(zhì)油礦進(jìn)行混合反應(yīng)，原料方便易得，操作簡(jiǎn)單。
[0017]3、本發(fā)明采用超聲、微波、攪拌等手段對(duì)重質(zhì)油礦分離過程進(jìn)行強(qiáng)化，可以有效的加速反應(yīng)過程，提高萃取效率。
[0018]4、本發(fā)明采用串聯(lián)反應(yīng)器與浮選槽或者并聯(lián)多個(gè)反應(yīng)器的方式，有效的保證了生產(chǎn)操作的連續(xù)性，大大的提高了生產(chǎn)處理能力。
[0019]5、本發(fā)明對(duì)反應(yīng)之后的產(chǎn)物分類回收處理，提高了經(jīng)濟(jì)效益，減少了環(huán)境污染。
【附圖說明】
[0020]圖1一種富含碳酸鹽重質(zhì)油礦的連續(xù)分離和轉(zhuǎn)化的系統(tǒng)和方法的流程圖；
[0021]物料編號(hào):1.富含碳酸鹽重質(zhì)油礦;2.粉碎后的重質(zhì)油礦小顆粒;3.新鮮酸溶液；
4.氣體混合物;5.重質(zhì)油泡沫(瀝青泡沫)；6.水溶液;7.殘?jiān)V物質(zhì)；
[0022]裝置編號(hào):A.粉碎機(jī);B1.混合反應(yīng)器;B2.另一混合反應(yīng)器
【具體實(shí)施方式】
[0023]本發(fā)明提供了一種用于富含碳酸鹽的重質(zhì)油礦連續(xù)分離和轉(zhuǎn)化的系統(tǒng)和方法，該分離方法使用酸溶液與重質(zhì)油礦進(jìn)行反應(yīng)，來實(shí)現(xiàn)重質(zhì)油分離提取的目的。連續(xù)系統(tǒng)通過并聯(lián)操作來實(shí)現(xiàn)。該分離方法不僅成功的將重質(zhì)油從礦物中連續(xù)的提取出來，還能回收礦物成分，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能、環(huán)保、連續(xù)、高效的運(yùn)行目的。
[0024]本發(fā)明所述的富含碳酸鹽礦物質(zhì)的重質(zhì)油連續(xù)分離和轉(zhuǎn)化的系統(tǒng)和方法按照并聯(lián)操作，包括如下主要裝置:粉碎機(jī)、物料輸送機(jī)、混合反應(yīng)器、及液體輸送設(shè)備等。
[0025]其具體操作步驟如下:
[0026]⑴富含碳酸鹽的重質(zhì)油礦I經(jīng)粉碎機(jī)A粉碎后，變成小于5厘米的粉碎后的重質(zhì)油礦顆粒2，由物料輸送機(jī)送至混合反應(yīng)器BI中與新鮮酸溶液3進(jìn)行混合反應(yīng)；
[0027]⑵反應(yīng)一定時(shí)間后，停止進(jìn)出料進(jìn)行靜置分層，此時(shí)礦物物料轉(zhuǎn)向輸入B2反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行與BI同樣的混合反應(yīng)操作；當(dāng)反應(yīng)器BI內(nèi)靜置分層結(jié)束后，將上層的重質(zhì)油泡沫5(瀝青泡沫)、鹽溶液6、底部的固體沉淀物7分別排出處理；當(dāng)物料排出結(jié)束后，在排出的物料反應(yīng)器中進(jìn)料，不斷切換操作實(shí)現(xiàn)連續(xù)作業(yè)。
[0028]本發(fā)明采用的酸溶液為一元的有機(jī)或無機(jī)酸的一種酸或者幾種酸的混合液，如氫氟酸、乙酸、硝酸、鹽酸、氫碘酸、氫溴酸、甲酸、氯酸等等及相關(guān)混合液，且酸溶液pH值小于
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[0029]本發(fā)明中所處理的重質(zhì)油礦為富含碳酸鹽礦物質(zhì)的重質(zhì)油礦(碳酸鹽含量不低于礦物質(zhì)總量的10% )，如油砂、頁(yè)巖油、落地油、油泥等。
[0030]本發(fā)明中所采用的混合反應(yīng)溫度為5?55°C;混合反應(yīng)時(shí)間為2小時(shí)以內(nèi)；混合方式為攪拌、超聲、微波等。
[0031]—種富含碳酸鹽重質(zhì)油礦的連續(xù)分離和轉(zhuǎn)化的方法，步驟如下:
[0032]富含碳酸鹽重質(zhì)油礦的連續(xù)分離提取過程的核心系統(tǒng)是提供固-液接觸并進(jìn)行反應(yīng)的場(chǎng)所，即混合-反應(yīng)器。重質(zhì)油礦按照技術(shù)指標(biāo)被粉碎到一定的粒徑，由輸送機(jī)輸送至混合-反應(yīng)器中與酸溶液進(jìn)行混合并反應(yīng)。對(duì)多個(gè)反應(yīng)器進(jìn)行輪流切換式進(jìn)料，每個(gè)反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)結(jié)束后，靜置分層，分層后的物料分別排出進(jìn)行后續(xù)處理;待物料排出之后再向反應(yīng)器中進(jìn)料，如此往復(fù)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)進(jìn)出料的操作。
[0033]工藝實(shí)施的具體操作步驟:
[0034]來自礦區(qū)或礦物儲(chǔ)備區(qū)(如油田、油田處理廠等)的重質(zhì)油礦資源I先經(jīng)過粉碎機(jī)A粉碎，粉碎后的重質(zhì)油礦經(jīng)過物料輸送機(jī)送入混合反應(yīng)器BI中與一定比例的酸溶液于5?95°C下，進(jìn)行混合反應(yīng)，然后靜置分層，分層后的物料分別排出進(jìn)行后續(xù)處理。在混合反應(yīng)器BI進(jìn)料結(jié)束之后，物料隨即輸入混合反應(yīng)器B2內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)，混合反應(yīng)器B2進(jìn)行與混合反應(yīng)器BI相同的操作，如此往復(fù)切換，實(shí)現(xiàn)連續(xù)進(jìn)出料的操作，所用混合反應(yīng)器BI或B2的個(gè)數(shù)由反應(yīng)參數(shù)及生產(chǎn)規(guī)模決定。
[0035]下面，對(duì)本發(fā)明用以下實(shí)施例進(jìn)行說明，但不限于以下實(shí)施例。
[0036]實(shí)施例1:
[0037]—種富含碳酸鹽重質(zhì)油礦的連續(xù)分離和轉(zhuǎn)化的方法，步驟如下:
[0038]經(jīng)過粉碎機(jī)A粉碎的油泥(礦物中碳酸鹽含量33%，最大粒徑5cm)以5kg/min的速度向混合-反應(yīng)器BI輸入50kg油砂礦，與濃度為2摩爾/升的氫氟酸與鹽酸的混合物(按體積比為1:1混合)按照固液比為1:3 (質(zhì)量比)于35 °C下充分混合，超聲，總共反應(yīng)40min，靜置5min將上層瀝青泡沫取出，同時(shí)分別排出中間的溶液相及底部的固體物質(zhì)；當(dāng)BI的進(jìn)料結(jié)束后，向B2進(jìn)料，B2與BI進(jìn)行相同的操作，輪流切換，如圖1所示。所得瀝青泡沫的回收率達(dá)99.7% ,泡沫中殘留的固體砂粒及粘土小于泡沫總質(zhì)量的40%，水含量小于泡沫總質(zhì)量的35 %，殘?jiān)幸怨杷猁}粘土為主。
[0039]實(shí)施例2:
[0040]—種富含碳酸鹽重質(zhì)油礦的連續(xù)分離和轉(zhuǎn)化的方法，步驟如下:
[0041 ] 經(jīng)過粉碎機(jī)A粉碎的油砂(礦物中碳酸鹽含量10.2%，最大粒徑0.5cm)以15kg/min的速度向混合-反應(yīng)器BI輸入50kg油砂礦，與濃度為2摩爾/升的氫氟酸與鹽酸的混合物(按體積比為I: I混合)按照固液比為1:4(質(zhì)量比)于35°C下充分混合，超聲，總共反應(yīng)40min，靜置5min將上層瀝青泡沫取出，同時(shí)分別排出中間的溶液相及底部的固體物質(zhì)；當(dāng)則的進(jìn)料結(jié)束后，向B2進(jìn)料，B2與BI進(jìn)行相同的操作，依次類推，分別向B3，B4，B5輪流切換，如圖1所不O
[0042]所得瀝青泡沫的回收率達(dá)99.5%，排出的溶液中金屬離子濃度超過lg/kg，泡沫中殘留的固體砂粒及粘土小于泡沫總質(zhì)量的46%，水含量小于泡沫總質(zhì)量的38%，殘?jiān)幸怨杷猁}粘土為主。
[0043]實(shí)施例3:
[0044]—種富含碳酸鹽重質(zhì)油礦的連續(xù)分離和轉(zhuǎn)化的方法，步驟如下:
[0045]經(jīng)過粉碎機(jī)A粉碎的油泥(礦物中碳酸鹽含量83.4%，最大粒徑0.5cm)以15kg/min的速度向混合-反應(yīng)器BI輸入50kg油砂礦，與濃度為5摩爾/升的甲酸按照固液比為1:4(質(zhì)量比)于5°C下充分混合，微波作用，總共反應(yīng)40min，靜置5min將上層瀝青泡沫取出，同時(shí)分別排出中間的溶液相及底部的固體物質(zhì)；當(dāng)BI的進(jìn)料結(jié)束后，向B2進(jìn)料，B2與BI進(jìn)行相同的操作，依次類推，分別向B3，B4，B5輪流切換，如圖1所示。
[0046]所得瀝青泡沫的回收率達(dá)99.5%，排出的溶液中金屬離子濃度超過56g/kg，泡沫中殘留的固體砂粒及粘土小于泡沫總質(zhì)量的15%，水含量小于泡沫總質(zhì)量的26%，殘?jiān)幸怨杷猁}粘土為主。
[0047]實(shí)施例4:
[0048]—種富含碳酸鹽重質(zhì)油礦的連續(xù)分離和轉(zhuǎn)化的方法，步驟如下:
[0049]經(jīng)過粉碎機(jī)A粉碎的油頁(yè)巖(礦物中碳酸鹽含量74.9%,最大粒徑1.5cm)以15kg/min的速度向混合-反應(yīng)器BI輸入50kg油砂礦，與濃度為5摩爾/升的硝酸按照固液比為1:4(質(zhì)量比)于550C下充分混合，攪拌(300r/min)，總共反應(yīng)10min，靜置5min將上層瀝青泡沫取出，同時(shí)分別排出中間的溶液相及底部的固體物質(zhì)；當(dāng)BI的進(jìn)料結(jié)束后，向B2進(jìn)料，B2與BI進(jìn)行相同的操作，依次類推，分別向B3，B4，B5輪流切換，如圖1所示。
[0050]所得瀝青泡沫的回收率達(dá)98.8%，排出的溶液中金屬離子濃度超過50g/kg，泡沫中殘留的固體砂粒及粘土小于泡沫總質(zhì)量的15%，水含量小于泡沫總質(zhì)量的25%，殘?jiān)幸怨杷猁}粘土為主。
[0051]本發(fā)明提出的一種富含碳酸鹽重質(zhì)油礦連續(xù)分離的方法，已通過較佳實(shí)施例子進(jìn)行了描述，相關(guān)技術(shù)人員明顯能在不脫離本
【發(fā)明內(nèi)容】
、精神和范圍內(nèi)對(duì)本文所述的結(jié)構(gòu)和技術(shù)方法進(jìn)行改動(dòng)或適當(dāng)變更與組合，來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明技術(shù)。特別需要指出的是，所有相類似的替換和改動(dòng)對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯而易見的，他們都被視為包括在本發(fā)明精神、范圍和內(nèi)容中。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種富含碳酸鹽重質(zhì)油礦的連續(xù)分離和轉(zhuǎn)化的方法，其特征在于:富含碳酸鹽重質(zhì)油礦破碎后通過兩個(gè)或多個(gè)相同的混合反應(yīng)器并聯(lián)、交替進(jìn)行操作來實(shí)現(xiàn)，混合反應(yīng)器內(nèi)加入酸溶液，所述酸溶液為一元有機(jī)酸或無機(jī)酸的一種或者幾種酸的混合液。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的富含碳酸鹽重質(zhì)油礦的連續(xù)分離和轉(zhuǎn)化的方法，其特征在于:所處理的重質(zhì)油礦為富含碳酸鹽礦物質(zhì)(碳酸鹽含量超過原礦中礦物質(zhì)含量的10%)的重質(zhì)油礦，如油砂、頁(yè)巖油、落地油、油泥等。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的富含碳酸鹽重質(zhì)油礦的連續(xù)分離和轉(zhuǎn)化的方法，其特征在于:所述酸液為氫氟酸、乙酸、硝酸、鹽酸、氫碘酸、氫溴酸、甲酸、氯酸中的至少一種，且酸溶液pH值小于I。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的富含碳酸鹽重質(zhì)油礦的連續(xù)分離和轉(zhuǎn)化的方法，其特征在于:所述的混合反應(yīng)溫度為5?55°C;混合方式為攪拌、超聲、微波等。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的富含碳酸鹽重質(zhì)油礦的連續(xù)分離和轉(zhuǎn)化的方法，其特征在于:在并聯(lián)操作中，它們之間輪流切換進(jìn)行混合反應(yīng)與靜置分層、排料的操作，實(shí)現(xiàn)連續(xù)操作的目的。6.—種富含碳酸鹽重質(zhì)油礦的連續(xù)分離和轉(zhuǎn)化的系統(tǒng)，其特征在于:包括粉碎機(jī)、物料輸送機(jī)、混合反應(yīng)器、及液體輸送設(shè)備，粉碎機(jī)出料口并聯(lián)連接兩個(gè)或多個(gè)混合反應(yīng)器，各混合反應(yīng)器分別制有氣體出口管道，上層的重質(zhì)油泡沫出口管道、鹽溶液出口管道、底部的固體沉淀物出口管道，所述酸溶液為一元有機(jī)酸或無機(jī)酸的一種或者幾種酸的混合液。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的富含碳酸鹽重質(zhì)油礦的并聯(lián)連續(xù)分離和轉(zhuǎn)化的系統(tǒng)，其特征在于:上述兩個(gè)或多個(gè)混合反應(yīng)器的對(duì)應(yīng)功能相同的管道還匯聚成一個(gè)功能管道排出相關(guān)物質(zhì)。
【文檔編號(hào)】C10G1/04GK105885909SQ201610301073
【公開日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年5月9日
【發(fā)明人】程婧, 李研
【申請(qǐng)人】天津海威歐能源科技有限責(zé)任公司