從瀝青砂分離瀝青的系統和方法
2023-06-26 14:32:41 3
專利名稱:從瀝青砂分離瀝青的系統和方法
從瀝青砂分離瀝青的系統和方法相關專利申請的交叉引用本專利申請是題為「Method for Obtaining Bitumen from Tar Sands 」 (從浙青砂獲
得浙青的方法)的未決美國專利申請第11/249,234號的部分繼續申請,該美國專利申請 於2005年10月12日提交,公開為美國專利申請公開第2006/0076274號,該申請要求了 於2004年10月13日提交的美國臨時申請第60/617,739號的優先權,上述兩篇專利申請 均通過引用整體併入本文。如有牴觸,本文所明確闡述或顯示的主題制約通過引用併入 的任何主題。本文中通過引用併入的任何主題中包含的術語(明確或暗示的)的所有定 義在這裡均被放棄。
背景技術:
浙青砂(tar sands)也稱為油砂或含浙青砂,其是含有浙青(一種極重型粗油) 的地質構造的通用名稱。浙青砂可具有多種組成,但一般除浙青外還包含水和礦物固 體。所述礦物固體可包括無機固體如煤、砂和粘土。浙青砂沉積物可在世界的許多部 位發現,包括北美。最大的浙青砂沉積之一是在加拿大艾伯塔省的Athabasca地區。在 Athabasca地區,浙青砂構造可在表層發現,儘管其可能埋藏在表面覆層以下深達兩千英 尺。據估算,Athabasca浙青砂沉積含有相當於約1.7到2.3萬億桶的石油。全球的浙青 砂沉積已被估算為含有至多4萬億桶石油。作為比較,已證實的世界石油儲量據估算為 約1.3萬億桶。浙青砂的浙青含量在約5wt% 21wt%之間變化,一般含量為約12wt%。浙青 砂還包含約lwt% 10wt%的水。其餘為礦物質,例如煤、砂和粘土。浙青最適合被描 述為厚重、粘稠型的粗油,其如此厚重和粘稠以至於除非將其加熱或用較輕的烴稀釋否 則無法流動。在室溫時,浙青的流動性非常象冷的磨拉石(coldmolasses).從浙青砂提取可用油通常從將浙青與礦物固體分離開始。一種常規方法包括將 礦石與熱水混合以形成富含浙青的泡沫。將所述泡沫分離並進一步處理以分離浙青產 品。常規的水基提取技術能夠將浙青與高品位礦石(higher grade ore)分離,但不能經濟 地將浙青與低品位礦石(Iowergradeore)分離。不幸的是,這意味著大量的浙青砂礦石不 能進行加工以回收其它有價值的浙青。常規水基提取技術的另一項問題是浙青的低總回收率。不幸的是,常規提取工 藝將礦石中的大量浙青與尾料(tailings) —起排出。這不僅因回收率較低而降低了提取工 藝的效率,而且還代表了必須被解決的潛在的環境問題。殘餘浙青不是與常規工藝尾料有關的唯一問題。尾料的量和物理特性也代表顯 著的問題。例如,常規工藝尾料通常包括兩種組分(a)含有約15wt%水的溼尾料(通常 稱為「粗砂」),和(b)含有70對%水的粘土 /砂混合物物流(通常稱為「細尾料(find tailings)")。在某些情況中,尾料的總量可能超過開採出來的礦石的量,這表示尾料不 能被回填到開採區。一些尾料必須被排放到其它地方。這產生了與尾料處置相關的大量 環境問題。另外,尾料的相對高的含水量可能要求將該尾料存儲在池塘(pond)中而不是堆積或堆碼起來,從而進一步增加了與尾料處置有關的問題。常規工藝產生的細尾料特別難以處理。細尾料通常由粘土、砂、水和殘餘浙青 構成。由於粘土中夾帶的水,細尾料會具有不確定地維持的泥漿樣稠度。諸如細尾料等 的副產品可被保存在池塘中,但這些池塘的建築和維修成本高昂,並且可能會對當地環 境(包括當地供水)造成損害。從浙青砂獲得浙青的許多常規方法也具有嚴重的技術限制。例如,許多常規方 法使用水,這會導致浙青砂中的粘土膨脹並妨礙加工設備。另外,一些常規方法導致可 溶性浙青烯的不合需要的沉澱。常規方法的一個例子在美國專利4,046,668 (『 668專利)中描述。『668專利公 開了用每分子具有5 9個碳原子的輕溶劑(Iightnaphtha)與甲醇的混合物從浙青砂提取 烴類。『668專利中披露的方法是部分受限的,因為其需要兩種溶劑的同時使用,這增 加了加工成本。美國專利4,347,118(' 118專利)公開了一種方法,其中戊烷被用於從浙青砂提 取浙青。『118專利中公開的方法需要使用兩個流化床乾燥區。這些流化床乾燥區的 操作需要大量能量,限制了整體方法的效率。而且,戊烷溶劑不能溶解浙青的浙青烯部 分,其不能溶於戊烷。因此,浙青的該部分與尾料一起被排出。對於Athabasca型浙青 來說,該部分的量可達浙青砂的總初始烴含量的20wt% 40wt%。美國專利第5,143,598 (『 598專利)披露了一種方法,其包括向浙青砂加入庚烷 以形成富浙青(bitumen-rich)庚烷相,然後用水置換(displacing)該富浙青庚烷相。該方 法利用了蒸汽蒸發和冷凝,這是低效率的方法。同樣,在該方法中使用非芳族溶劑庚烷 能導致存在於浙青相中的不溶於庚烷的浙青烯部分的沉澱。另外,使用水不僅會產生大 量的水相廢物,還會產生非常難破壞的油-水乳液。水的使用還能向浙青中引入不合需 要的雜質(例如氯),並且能導致浙青砂中粘土的不合需要的膨脹。而且,通過該方法回 收的浙青通常具有低純度,並且需要額外的處理,例如通過離心。這進一步增加了整個 回收工藝的成本。
發明內容
本發明公開了從諸如浙青砂的含浙青物質獲得浙青的方法和系統的實施方式。 所公開的方法和系統可包括多個溶劑提取或浸出(leaching)步驟以從浙青砂分離浙青。所述方法可包括將浙青砂經歷第一溶劑提取或浸出步驟,在該步驟中將浙青砂 礦石與第一烴溶劑混合以形成第一混合物。所述第一混合物被分離為第一富浙青組分和 第一貧浙青(bitumen-depleted)組分。所述第一富浙青組分主要包括溶劑和可溶性浙青部 分(fraction)。所述第一貧浙青組分主要包括水、礦物固體和不容性浙青部分。在第二 提取步驟中,所述第一貧浙青組分與第二烴溶劑混合以形成第二混合物。所述第二烴溶 劑用於從第一貧浙青組分分離額外的烴(例如,殘餘量的第一烴溶劑和額外的浙青)。所 述第二混合物可被分離以生產具有低烴含量的尾料(tailing)。所述尾料可進行進一步加 工或可被處置(dispose)。另外可選地,第二烴溶劑可用於替代第一烴溶劑以形成第一混合物。所述第一 混合物可被分離且第一貧浙青組分可再次與同樣的烴溶劑混合。在另一個實施方式中,所述第一混合物可與第一烴溶劑和第二混合物的組合相混合。得到的混合物可被分離為 富浙青組分和貧浙青組分。所述富浙青組分可與另一種烴溶劑混合併被分離以產生具有 低烴含量的尾料。所公開的方法的實施方式也可包括通過管道輸送浙青砂和第一烴溶劑或者將浙 青砂和第一烴溶劑在管道中混合。在某些實施方式中,浙青砂和第一烴溶劑可通過任何合適的方式混合在一起。 例如,在一個實施方式中,浙青砂和第一烴溶劑可在容器中混合。充分混合可簡單地通 過將浙青砂和第一烴溶劑引入容器中來進行——例如,可將第一烴溶劑以高速引入從而 有效地攪動容器的內容物。在其它實施方式中,可提供有源混合設備以混合容器的內容物。在另外的實施 方式中,浙青砂可與第一烴溶劑在逆流過程中混合。在仍然另外的實施方式中,浙青砂 和第一烴溶劑可在管道中混合。第二烴溶劑可與第一貧浙青組分以相同方式中的任一種 混合ο所述第一混合物可使用任何合適的方法分離為第一富浙青組分和第一貧浙青組 分。所述第一混合物可通過過濾操作、重力分離操作等分離。在一個實施方式中,液體 和固體最初可使用沉降操作來分離。在另一個實施方式中,所述第一混合物可使用真空 過濾或壓力過濾來分離。所述第一貧浙青組分從容器底部去除。用於分離液體和固體的 容器可以是用於混合浙青砂和第一烴溶劑的同一容器,或者其可以是特別指定用於分離 多種組分的單獨的分離容器。在某些實施方式中,第一貧浙青組分與第二烴溶劑在足以使所述第二烴溶劑保 持液體形式的高壓下混合。當所述第二烴溶劑在大氣壓下的沸點低於處理溫度時這可能 是理想的。合適的壓力可在約1.1個大氣壓到10個大氣壓的範圍內。在其它實施方式 中,所述壓力可為約IlOkPa到2000kPa。所述方法可根據情況作為連續式、分批式或半分批式方法操作。連續式方法可 用於該方法的大規模執行,而分批式可用於較小規模的執行。應理解,無論方法規模如 何,可使用任何合適的方法配置。第一烴溶劑可以是任何合適的溶劑,諸如輕芳烴溶劑。示例性的溶劑可包括甲 苯、二甲苯、煤油、柴油(包括生物柴油)、粗柴油、輕質油(light distillate)、市售芳烴 溶劑(諸如Solvesso 100,150和200)和/或石腦油。所述第一烴溶劑還可包含諸如苯和 /或芳香醇的化合物。在一些實施方式中,所述第一烴溶劑的沸點為約75°C到375°C。第二烴溶劑可包含能夠進一步將第一烴溶劑和/或額外的浙青與無機固體和水 分離的任何合適的物質或物質組合。在一個實施方式中,所述第二烴溶劑可包含一種或 多種具有3 9個碳原子的脂族化合物。在另一個實施方式中,所述第二烴溶劑可為具 有3 9個碳的環烷烴或異鏈烷烴或其組合。在又一個實施方式中,所述第二烴溶劑可 包括這些烴中任何的混合物。在另一個實施方式中,所述第二烴溶劑可包含液化石油氣(liquefied petroleum gas, LPG)。術語「液化石油氣」在這裡用於泛指被壓縮形成液體的任何烴氣體[在環 境溫度和壓力(即25°C和latm)下為氣體的烴]。因此,術語LPG涵蓋任何廣泛可用的 商業LPG製劑以及液化石油氣的任何其它混合物。在一個實施方式中,所述LPG的沸點(除非另外指明,所有沸點均在大氣壓下給出)為約-80°C 10°C。在一個優選實施方式中,第二烴溶劑包含包括丙烷的LPG。所述LPG包含至少 約丙烷,或者理想地,至少約丙烷。在一些實施方式中,所述LPG可 完全是丙烷,或者是丙烷與丙烯的混合物。第二烴溶劑可包含市售LPG。市售LPG是天然氣和粗油的天然衍生物。市售 LPG主要是丙烷和丁烷(正丁烷和/或異丁烷)的混合物,含有小百分數的丙烯和/或丁 烯(四種異構體的任何一種或組合)。在一些實施方式中,市售LPG可能主要是甚至完 全是丙烷,或者主要是或完全是丁烷。市售LPG經常含有極少量的更輕的烴(如乙烷和 乙烯)和更重質的烴(諸如戊烷)。市售LPG的三個例子如下表1中所示。表1-市售LPG的例子
權利要求
1.一種獲得浙青的方法,包括將浙青砂與第一烴溶劑混合以形成第一混合物;和 將所述第一混合物與液態LPG混合以形成第二混合物。
2.如權利要求1所述的方法,包括將所述第一混合物分離為富浙青組分和貧浙青組 分,其中將所述第一混合物與液態LPG混合包括將所述貧浙青組分與液態LPG混合以形 成第二混合物。
3.如權利要求2所述的方法,其中將所述第一混合物分離為富浙青組分和貧浙青組分 包括過濾所述第一混合物。
4.如權利要求3所述的方法,其中所述第一混合物在真空下或在壓力下過濾。
5.如權利要求1所述的方法,包括將所述第二混合物分離為第二富浙青組分和尾料組分。
6.如權利要求1所述的方法,包括對所述尾料組分進行篩選以從所述尾料組分分離額 外的浙青,並且將所述額外的浙青加入所述第一混合物。
7.如權利要求1所述的方法,包括將氣體吹送通過所述第一混合物以從該第一混合物 分離所述第一溶劑。
8.如權利要求1所述的方法,其中所述第一混合物與液態LPG混合物在高於約1.1大 氣壓的壓力下混合。
9.如權利要求1所述的方法,其中所述第一烴溶劑是輕芳烴溶劑。
10.如權利要求8所述的方法,其中所述輕芳烴溶劑包括甲苯、二甲苯、生物柴油、 輕質油和/或石腦油。
11.如權利要求1所述的方法,其中所述第一烴溶劑的沸點溫度為約50°C 375°C。
12.如權利要求1所述的方法,其中所述液態LPG包括丙烷和/或丁烷。
13.如權利要求1所述的方法,其中所述液態LPG的沸點溫度為約-80°C 10°C。
14.如權利要求1所述的方法,其中所述浙青砂包括約3wt% 浙青。
15.如權利要求1所述的方法,其中從所述浙青砂提取至少約浙青。
16.—種方法,包括從浙青砂分離浙青以形成貧浙青組分;和 將所述貧浙青組分與液態LPG混合。
17.如權利要求16所述的方法,其中從浙青砂分離浙青包括將所述浙青砂與第一烴溶 劑混合。
18.如權利要求17所述的方法,包括將所述貧浙青組分與氣態LPG混合以便在將所 述貧浙青組分與液態LPG混合之前將所述第一烴溶劑與所述貧浙青組分分離。
19.如權利要求16所述的方法,包括將所述液態LPG蒸發以將所述液態LPG與所述 貧浙青組分分離。
20.—種方法,包括將浙青與浙青砂分離以形成貧浙青組分;將所述貧浙青組分與液態丙烷和/或液態丁烷混合以將烴與所述貧浙青組分分離。
21.如權利要求20所述的方法,其中將浙青與浙青砂分離包括將所述浙青砂與第一烴 溶劑混合。
22.如權利要求21所述的方法,包括將所述貧浙青組分與氣態丙烷和/或氣態丁烷混 合以在將所述貧浙青組分與所述液態丙烷和/或液態丁烷混合之前將所述第一烴溶劑與 所述貧浙青組分分離。
23.—種方法,包括 將浙青與浙青砂分離;和將所述浙青砂與烴溶劑於高壓下混合以保持該烴溶劑為液態形式。
24.如權利要求23所述的方法,其中所述烴溶劑包括丙烷和/或丁烷。
25.如權利要求23所述的方法,其中所述烴溶劑包括LPG。
26.如權利要求23所述的方法,其中所述浙青砂和所述烴溶劑形成混合物,所述方法 包括將所述混合物分離為富浙青組分和貧浙青組分。
全文摘要
本發明公開了從瀝青砂獲得瀝青的多種方法和系統。所公開的方法和/或系統能用於經濟地實現由瀝青砂的高度瀝青回收。該方法可包括從瀝青砂分離大部分瀝青並得到富瀝青組分和貧瀝青組分的初步浸出或提取步驟。所述富瀝青組分主要包括溶劑和瀝青。所述貧瀝青組分主要包括水和礦物固體,以及一些殘餘的瀝青和溶劑。貧瀝青組分可與液化石油氣(例如,丙烷和/或丁烷)混合以進一步分離殘餘的溶劑和瀝青。所公開的系統可包括構造為在工藝的不同階段分離不同組分的分離器。
文檔編號C10G1/04GK102015966SQ200980116046
公開日2011年4月13日 申請日期2009年2月27日 優先權日2008年3月3日
發明者威廉·杜伊維斯泰因 申請人:馬拉松石油加拿大公司