一種親水性可逆溶劑輔助油砂分離的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種從油砂中分離出瀝青組分的分離方法，屬于化工分離技術(shù)領(lǐng)域， 具體涉及采用一種新型添加劑輔助有機(jī)溶劑萃取分離油砂瀝青方法及添加劑和殘留固體 的后處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 油砂是一種由砂粒、瀝青、水、黏土和少量礦物組成的天然礦物，外觀呈黑色或黑 褐色。1902年在加拿大的阿爾伯塔省首次發(fā)現(xiàn)，是一種非常規(guī)能源，全世界的油砂資源量約 為3.74X10 12 桶。
[0003] 加拿大含有全球75%以上的油砂資源，在世界各國中率先進(jìn)行油砂的開采與研 究，目前擁有全球最成熟的技術(shù)。中國的油砂資源主要分布在新疆塔里木以及貴州等地，目 前尚未實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。油砂開采的方法主要有露天開采和原地開采，前者適用于油砂礦 埋藏深度小于75米的油砂礦開采，后者用于油砂礦埋藏深度大于75米的油砂礦的開采。就 露天開采而言，主要有熱堿水洗工藝、溶劑萃取工藝、熱裂解工藝等幾種，目前工業(yè)上使用 比較成熟的是熱堿水洗法，該技術(shù)先將油砂粉碎，再送入熱堿液中混合攪拌，然后向混合漿 液中通入氣體使瀝青浮選上來，收集瀝青并加入烷烴稀釋以降低其粘度后，送往煉廠進(jìn)行 精煉獲得各種油產(chǎn)品。該技術(shù)操作簡單，但存在如下缺點(diǎn)和技術(shù)瓶頸:耗水量大、能耗高、尾 礦處理極其困難、對環(huán)境污染嚴(yán)重，已經(jīng)受到世界各地，尤其是礦區(qū)當(dāng)?shù)鼐用竦闹匾暫唾|(zhì) 疑。尋找環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、可持續(xù)發(fā)展的油砂分離方法迫在眉睫。
[0004] 溶劑萃取法由于其適用于親油性和親水性油砂的分離，而且能在一定程度上消除 乳化現(xiàn)象，減少對環(huán)境的污染，得到了廣泛的重視。與傳統(tǒng)的水洗法相比，采用溶劑進(jìn)行萃 取得到的油中不含砂土，且全過程中沒有用到水，降低了能耗，提高了萃取效率，減少了對 環(huán)境的污染。傳統(tǒng)的溶劑萃取技術(shù)也存在一些有待解決的技術(shù)問題:高效、經(jīng)濟(jì)的溶劑不易 于獲得;殘留于固體沙粒中的溶劑回收難度較大等。
[0005]目前已有許多專家學(xué)者致力于研究使用添加劑輔助溶劑萃取，從而達(dá)到提高油砂 瀝青萃取率、減少瀝青中的細(xì)砂夾帶和減少殘砂中溶劑殘留的目的。CN 102391185A(2012) 報(bào)道了采用離子液體作為溶劑萃取油砂瀝青的添加劑，可以提高瀝青萃取率，但由于離子 液體造價(jià)昂貴，雖然可以通過蒸發(fā)水分的方式進(jìn)行回收，但其在過程中的損失仍限制了它 的工業(yè)應(yīng)用。US 4929341(1990)報(bào)道了硫酸銨、丙酮、硫酸等可以促進(jìn)有機(jī)溶劑（四氯乙烯、 四氯化碳、石油醚、甲苯、苯等)對油砂的萃取效果，但此技術(shù)需萃取4小時左右方可取得較 好效果。綜合前人關(guān)于使用添加劑輔助溶劑萃取技術(shù)對油砂進(jìn)行分離的專利技術(shù)，所遇到 的一個共性問題就是關(guān)于萃取后殘砂和萃取液中懸浮微顆粒的處理問題，有的技術(shù)能達(dá)到 較高的萃取效率，但無法解決殘留物中溶劑回收的問題，有的可以解決殘留物中溶劑回收 問題，但經(jīng)濟(jì)代價(jià)太高，無法工業(yè)化實(shí)施，這些也是為什么溶劑萃取技術(shù)至今為止一直無法 真正投入工業(yè)使用的原因；因此，溶劑萃取法要獲得工業(yè)化運(yùn)用，必須解決殘留于固體中溶 劑和瀝青有機(jī)物的回收和添加劑回收問題，以及整個工藝經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的運(yùn)作等綜合問題。
[0006] 親水性可逆叔胺是近年來出現(xiàn)的一種新型智能溶劑。這種叔胺能夠在水和二氧化 碳存在條件下通過生成叔胺碳酸氫鹽而溶解在水中，而在加熱或通入氮?dú)獾榷栊詺怏w的條 件下可釋放出二氧化碳，與水分層，從而還原為疏水性的叔胺，實(shí)現(xiàn)了親水性可逆的過程。 基于目前研究，在傳統(tǒng)的有機(jī)溶劑中引入親水性可逆叔胺輔助萃取，分離的效果更佳，同時 使用的有機(jī)溶劑和叔胺更易回收和再利用，工業(yè)應(yīng)用前景非常廣闊。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的是研究一種對環(huán)境影響較小、能耗低、耗水少、簡單易行并高效萃取 油砂中瀝青組分的分離方法。該方法采取親水性可逆叔胺鹽溶液輔助有機(jī)溶劑分離油砂中 的瀝青組分，通過配合本發(fā)明中的相應(yīng)工藝，可以在15-60°c的溫度，常壓下將油砂中的瀝 青組分有效地分離。
[0008] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：
[0009] 一種有機(jī)溶劑分離油砂的方法，有機(jī)溶劑萃取油砂時加入親水性可逆溶劑作為輔 助添加劑。
[0010] 而且，所述親水性可逆溶劑為:能夠在水和二氧化碳存在條件下通過生成相應(yīng)碳 酸氫鹽而溶解在水中，而在加熱或通入氮?dú)獾榷栊詺怏w的條件下可釋放出二氧化碳，與水 分層，還原為疏水性的含N溶劑，實(shí)現(xiàn)了親水性可逆的過程的含N有機(jī)物。
[0011]而且，所述親水性可逆溶劑中叔胺類為三乙胺、N，N-二甲基環(huán)己胺、N，N-二甲基芐 胺、N，N_二甲基丁胺、N-乙基哌啶、N-甲基二丙胺、N-丁基吡略燒、N，N_二乙基丁胺、N，N_二 甲基己胺、N，N-二甲基苯乙胺、N，N，N'_三乙基戊脒、N，N，N'_三丁基己脒、二異丙基乙醇胺、 4,4_二乙氧基-N，N-二甲基丁胺、4-二乙胺基丁酸乙酯、5-二丙胺基-2-戊酮、二丁氨基乙 醇;仲胺類為二丙胺、3-仲丁胺基乙酸丙酯、3-異丙胺基丁酸丙酯、3-仲丁胺基丙酸丙酯、N-丙基仲丁基胺、二仲丁基胺。
[0012]而且，所述有機(jī)溶劑是苯、甲苯、二甲苯或重整汽油的單一有機(jī)溶劑，或?yàn)楸?烷 烴類復(fù)配溶劑、乙酸乙酯-烷烴類復(fù)配溶劑。
[0013]而且，所述丙酮-烷烴類復(fù)配溶劑為丙酮-正庚烷、丙酮-正己烷，丙酮-環(huán)燒烴，丙 酮-石油醚或丙酮-石腦油。
[0014] 而且，所述乙酸乙酯-烷烴類復(fù)配溶劑為乙酸乙酯-正庚烷、乙酸乙酯-正己烷，乙 酸乙酯-環(huán)烷烴，乙酸乙酯-石油醚或乙酸乙酯-石腦油。
[0015] 而且，所述親水性可逆溶劑鹽溶液的原料胺與水體積比為1:1-10;親水性可逆溶 劑鹽溶液添加體積與油砂質(zhì)量比為的1 -5L/kg;有機(jī)溶劑體積與油砂質(zhì)量比為1 -12倍L/kg。
[0016] -種可循環(huán)有機(jī)溶劑分離油砂的方法，步驟如下：
[0017] ⑴合成親水性可逆溶劑鹽溶液；
[0018] ⑵混合萃取:有機(jī)溶劑和親水性可逆溶劑鹽溶液同時進(jìn)入萃取裝置，進(jìn)行油砂萃 取分離;親水性可逆溶劑鹽溶液添加體積與油砂質(zhì)量比為的l_5L/kg;有機(jī)溶劑體積與油砂 質(zhì)量比為1 _12倍L/kg;
[0019] ⑶固液分離:將萃取后的混合固液進(jìn)行靜置，分離出的上層液相有機(jī)溶劑/瀝青油 混合物進(jìn)行分離，溶劑回收使用，瀝青油精煉；
[0020] ⑷將靜置后下部的沙粒+銨鹽溶液進(jìn)行水洗，水洗后的殘砂由釜底排出；
[0021] (5)將銨鹽溶液通入反應(yīng)釜，栗入空氣同時加熱40_100°C，反應(yīng)后的回收胺和回收 水，進(jìn)行再利用，完成整體循環(huán)反應(yīng)。
[0022] (6)銨鹽和水的回收:將二級靜置槽中部分離出來的銨鹽溶液與水洗釜中的銨鹽稀 溶液通入反應(yīng)釜，向反應(yīng)釜中通入空氣，反應(yīng)后的回收胺和回收水，未反應(yīng)的空氣從釜頂排 出。
[0023] 而且，所述步驟⑷靜置后下部的沙粒+銨鹽溶液進(jìn)行二次萃取后，再進(jìn)行水洗;所 述二次萃取步驟為:將下層銨鹽溶液+沙粒進(jìn)行二級萃取，再加入1-3倍固體等質(zhì)量的有機(jī) 溶劑萃取，萃取后靜置;將上層有機(jī)相經(jīng)過步驟⑶的處理，下部的沙粒+銨鹽溶液再進(jìn)行水 洗。
[0024] 而且，所述有機(jī)溶劑是苯、甲苯、二甲苯或重整汽油的單一有機(jī)溶劑，或?yàn)楸?烷