專利名稱：通過粒子感受器對(duì)石油礦進(jìn)行射頻加熱的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于通過施加也稱為電磁能量的射頻(“RF”)能量來對(duì)材料進(jìn)行加熱的方法。具體而言，本發(fā)明涉及用于對(duì)諸如石油礦之類的帶有較低或?yàn)榱愕碾姄p耗因子、磁損耗因子以及電導(dǎo)率的材料進(jìn)行RF加熱的有利方法。例如，本發(fā)明使得能夠?qū)φ闱嗟V石、 油砂、油頁巖、焦油砂礦或稠油進(jìn)行有效的、低成本的加熱。
背景技術(shù)：
浙青礦石、油砂、焦油砂礦以及稠油通常是作為砂或粘土、粘稠石油的天然混合物而被發(fā)現(xiàn)的。最近，由于世界的石油儲(chǔ)量的耗盡、高油價(jià)以及增大的需求，已經(jīng)作出了很多努力來提取和精煉這些類型的石油礦作為替代的石油源。然而，由于浙青礦石、油砂、油頁巖、焦油砂礦以及稠油的非常高的粘度，提取標(biāo)準(zhǔn)原油時(shí)所使用的鉆孔和提取方法通常不可用。因此，浙青礦石、油砂、油頁巖、焦油砂礦以及稠油通常通過露天開采來提取，或使用原位技術(shù)來通過在井中注入蒸氣或溶劑，來降低粘度，以便可以泵出材料。然而，無論是什么方法，從這些沉積物中提取的材料可以是粘滯的、固態(tài)的或者半固態(tài)的形式，不能輕松地在正常的輸油管線溫度下流動(dòng)，使得難以輸送到市場，并且被處理為汽油、柴油機(jī)燃料和其它產(chǎn)品也是非常昂貴的。通常，這樣準(zhǔn)備用于輸送的材料將熱水和苛性鈉(NaOH)添加到砂礦中，這會(huì)產(chǎn)生可以通過管道傳送到提取設(shè)備的泥漿，在提取設(shè)備中，對(duì)其進(jìn)行攪拌，并從頂部撇去天然浙青油沫。另外，通常利用熱量來處理材料以將油砂、油頁巖、焦油砂礦或稠油分離為更粘的浙青原油，并將浙青原油蒸餾、裂解或精煉為可使用的石油產(chǎn)品。

發(fā)明內(nèi)容
加熱浙青礦石、油砂、焦油砂礦以及稠油的傳統(tǒng)方法存在很多缺點(diǎn)。例如，傳統(tǒng)的方法通常使用大量水以及大量的能量。此外，使用傳統(tǒng)的方法，難以實(shí)現(xiàn)均勻且快速的加熱，這限制了對(duì)浙青礦石、油砂、油頁巖、焦油砂礦以及稠油的成功的處理。出于環(huán)境原因和效率/成本原因，需要減少或消除在處理浙青礦石、油砂、油頁巖、焦油砂礦以及稠油中所使用的水的量，還需要提供有效的并且對(duì)環(huán)境無害的加熱方法，該方法要適用于對(duì)浙青、油砂、油頁巖、焦油砂礦以及稠油的挖掘后處理。一個(gè)潛在的替代加熱方法是RF加熱?！癛F”這里最廣泛地被定義為包括具有比可見光更長的波長的電磁波譜的任何部分。Wikipedia提供了 “射頻”的定義，為從3Hz到 300GHz的范圍，并定義了下面的頻率子范圍名稱符號(hào)頻率波長極低頻ELF3-30 Hz10,000-100,000 km超低頻SLF30-300 Hz1,000-10,000 km特低頻ULF300-3000 Hz100-1,000 km甚低頻VLF3-30 kHz10-100 km低頻LF30-300 kHz1-10 km中頻MF300-3000kHz100-1000m高頻HF3-30 MHzIO-IOOm甚高頻VHF30-300 MHzI-IOm特高頻UHF300-3000MHzIO-IOOcm超高頻SHF3-30GHz1-10 cm極高頻EHF30-300 GHz1-10 mm "RF加熱”這里最廣泛地被定義為通過暴露給RF能量對(duì)材料、物質(zhì)或混合物進(jìn)行加熱。例如，微波爐是RF加熱的最熟知的范例。RF加熱的特性和適用性取決于多種因素。一般而言，大多數(shù)材料接受電磁波，但是，RF加熱的溫度變化很大。RF加熱取決于電磁能量的頻率、電磁能量的強(qiáng)度、與電磁能量的源的接近度、待加熱的材料的導(dǎo)電性以及待加熱的材料是磁性還是非磁性的。純凈的烴分子基本上是不導(dǎo)電的，具有低介電損耗因子和幾乎為零的磁矩。因此，純凈的烴分子本身只是用于RF加熱的合理的感受器，例如，在存在RF場的情況下，它們可以只慢慢地加熱。例如，在3GHz時(shí)，航空汽油的損耗因子D可以是0. 0001，蒸餾水的損耗因子D可以是0. 157， 以使得RF場向懸乳液中的水施加熱量比油更快1570倍。(〃 Dielectric materials and Applications“ , A. R. Von Hippel Editor, John Wiley and Sons, New York, NY,1954)。到目前為止，RF加熱不是對(duì)于諸如浙青礦石、油砂、焦油砂礦以及稠油之類的石油礦的常規(guī)處理方法的合適的替代方式。干的石油礦本身在暴露于RF能量時(shí)不會(huì)很好地加熱。干的石油礦擁有低的介電損耗因子(ε ”)，低(或?yàn)榱?的磁損耗因子(μ ”)，以及低或零電導(dǎo)率。此外，盡管水在低于212° F(IOO0C)的溫度可以提供一些電納，但是，在較高溫度時(shí)它一般不適合作為感受器，并由于環(huán)境、成本以及效率原因，不是對(duì)石油礦的希望的添加劑。本發(fā)明的一個(gè)方面是用于對(duì)具有低或零介電損耗因子、磁損耗因子以及電導(dǎo)率的材料進(jìn)行RF加熱的方法。例如，本發(fā)明可以用于對(duì)諸如浙青礦石、油砂、油頁巖、焦油砂礦或稠油之類的石油礦進(jìn)行RF加熱。本方法的示例性實(shí)施例包括首先將體積占大約10% 到大約99%的諸如石油礦之類的物質(zhì)與體積占大約到大約50%的包括感受器粒子的物質(zhì)混合。然后，以對(duì)感受器粒子進(jìn)行加熱的方式對(duì)混合物施加射頻。射頻可以被施加足夠的時(shí)間，以使得感受器粒子通過傳導(dǎo)加熱周圍的物質(zhì)，以便混合物的平均溫度可以大于大約212° F100°C)。在混合物達(dá)到所需的溫度之后，可以停止射頻，并且可以可選地去除基本上全部感受器粒子，從而得到可以基本上沒有RF加熱過程中使用的感受器粒子的被加熱的物質(zhì)。根據(jù)該公開，本發(fā)明的其它方面將是顯而易見的。


圖1是描繪了用于使用感受器粒子對(duì)石油礦進(jìn)行RF加熱的過程和裝備的流程圖。圖2示出了分布在石油礦中的感受器粒子(不按比例)，以及相關(guān)聯(lián)的RF裝備。圖3是作為頻率對(duì)損耗角正切的函數(shù)的水的損耗因子的圖。
具體實(shí)施例方式將現(xiàn)在更全面地描述本公開的主題，并示出了本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例。然而， 本發(fā)明可以許多不同的形式來實(shí)現(xiàn)，而不應(yīng)該被理解為僅限于此處所闡述的實(shí)施例。相反地，這些實(shí)施例是本發(fā)明的示例，本發(fā)明具有由權(quán)利要求書的語言所指出的全部范圍。在示例性方法中，提供了使用RF能量來加熱諸如浙青礦石、油砂、焦油砂礦、油頁巖或稠油之類的石油礦的方法。石油礦目前所公開的方法可以被用于在蒸餾、裂解或分離過程之前加熱從陸地中提取的石油礦，或可以用作蒸餾、裂解或者分離過程的一部分。石油礦可以包括，例如，通過露天開采或鉆孔提取的浙青礦石、油砂、焦油砂礦、油頁巖、或稠油。如果所提取的石油礦是固體或者包括帶有大于大約1立方厘米的體積的固體，則在RF加熱之前可以將石油礦碾壓、研磨或磨碎為泥漿、粉末或小微粒狀態(tài)。石油礦可以包括水，但是，可另選地包含按體積占小于 10%、小于5%或小于的水。最優(yōu)選地，石油礦可以基本上無添加的水。用于本方法中的石油礦通常是非磁性或低磁性的、和非導(dǎo)電或低導(dǎo)電的。因此， 石油礦一般不適于單獨(dú)RF加熱。例如，示例性石油礦，當(dāng)是干的時(shí)(例如，無水時(shí))，在 3000MHz時(shí)可以具有小于大約0.01、0. 001或0.0001的介電損耗因子(ε ”)。示例性石油礦也可以具有可忽略的磁損耗因子(μ ”)，并且示例性石油礦也可以在20°c時(shí)具有小于 0.01、0. 001或0.0001s ^nT1的電導(dǎo)率。然而，目前所公開的方法不僅限于帶有任何具體磁性或?qū)щ娦缘氖彤a(chǎn)品，并且可以用于對(duì)帶有較高介電損耗因子(ε ”)、磁損耗因子(μ ”) 或電導(dǎo)率的物質(zhì)進(jìn)行RF加熱。目前所公開的方法也不僅限于石油礦，還廣泛適用于對(duì)在 3000MHz時(shí)具有小于大約0. 05,0. 01或0. 001的介電損耗因子(ε ”)的任何物質(zhì)的RF加熱。 它也適用于對(duì)在20°C時(shí)具有可忽略的磁損耗因子(μ ”)或小于0.01s ^nT1U X ΙΟΛ.πΓ1、 1 X IO-6S · πΓ1的電導(dǎo)率的任何物質(zhì)的RF加熱。感受器粒子目前所公開的方法結(jié)合石油礦使用一種或多種感受器材料以提供改善的RF加熱。此處“感受器”被定義為吸收電磁能量并將它轉(zhuǎn)換為熱的任何材料。為諸如微波食品包裝、薄膜、熱固性粘合劑、RF吸收聚合物以及熱縮性管材(heat-shrinkable tubing)之類的應(yīng)用建議了感受器。在美國專利No. 5，378, 879 ；6, 649, 888 ；6, 045, 648 ；6, 348，679 ；以及4，892，782中公開了感受器材料的示例，這些文獻(xiàn)通過引用并入本文。
在目前所公開的方法中，一種或多種感受器例如是感受器粒子的形式?？梢宰鳛榉勰?、顆粒物質(zhì)、薄片、纖維、珠子、片、膠懸體或以任何其他合適的形式提供感受器粒子，感受器粒子的平均體積可以小于大約10立方毫米。例如，感受器粒子的平均體積可以小于大約5立方毫米、1立方毫米或0. 5立方毫米?？闪磉x地，感受器粒子的平均體積可以小于大約0. 1立方毫米、0. 01立方毫米或0. 001立方毫米。例如，感受器粒子可以是納米顆粒，其具有從1χ10_9立方毫米到1χ10_6立方毫米、1χ10_7立方毫米或1χ10_8立方毫米的平均顆粒體積?；趦?yōu)選的RF加熱模式，感受器粒子可以包括導(dǎo)電粒子、磁粒子或極性材料粒子。示例性導(dǎo)電粒子包括金屬、鐵粉(五羰基化物E鐵)、氧化鐵或石墨粉。示例性磁性材料包括鐵磁材料，包括鐵、鎳、鈷、鐵合金、鎳合金、鈷合金以及鋼，或者諸如磁鐵礦、鎳鋅鐵氧體、錳鋅鐵氧體以及銅-鋅鐵氧體之類的亞鐵磁材料。示例性的極性材料包括丁基橡膠 (如廢輪胎膠粉)、鈦酸鋇粉末、氧化鋁粉末，或PVC粉。石油礦和感警器粒子的混合優(yōu)選地，提供了混合或分散步驟，從而包括感受器粒子的成份被混合或分散在石油礦中。混合步驟可以在石油礦被碾壓、研磨或磨碎之后，或結(jié)合石油礦的碾壓、研磨或磨碎一起發(fā)生?；旌喜襟E可以使用以基本上均勻的方式分散感受器粒子的任何合適的方法或設(shè)備來實(shí)施。例如，可以使用砂磨機(jī)、水泥攪拌機(jī)、穩(wěn)定土拌和機(jī)或類似的裝備。目前所公開的方法的一個(gè)有利功能可以是這樣的事實(shí)可以可選地使用大量的感受器粒子，而不會(huì)對(duì)經(jīng)處理的石油礦的化學(xué)或材料性質(zhì)產(chǎn)生負(fù)面影響。因此，包括感受器粒子的成份可以例如以體積占混合物總量從大約到大約50%的量與石油礦混合?？闪磉x地，包括感受器粒子的成份的體積占混合物總量的從大約到大約25%，或占混合物總量的從大約到大約10%。射頻加熱在感受器粒子成份已經(jīng)被混合在石油礦中之后，可以使用RF能量加熱混合物?？梢蕴峁┦┘覴F能量以導(dǎo)致感受器粒子發(fā)熱的RF源。由感受器粒子所生成的熱導(dǎo)致整個(gè)混合物通過傳導(dǎo)而加熱?；谑偷V的屬性、選定的感受器粒子以及所需的RF加熱模式，優(yōu)選的RF頻率、功率以及源接近度在不同的實(shí)施例中有差異。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，可以以導(dǎo)致感受器粒子通過感應(yīng)加熱的方式施加RF能量。感應(yīng)加熱涉及向?qū)щ姴牧鲜┘覴F場以產(chǎn)生電磁感應(yīng)。當(dāng)由于場源以及導(dǎo)體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，或由于場隨時(shí)間的變化而使導(dǎo)電材料暴露于變化的磁場時(shí)，產(chǎn)生渦電流。這可以導(dǎo)致在導(dǎo)體內(nèi)的循環(huán)流或電子的電流。根據(jù)楞次定律，這些循環(huán)的渦電流產(chǎn)生具有與磁場的變化相反的磁場的電磁體。這些渦電流產(chǎn)生熱量。所產(chǎn)生的熱度又取決于RF場的強(qiáng)度、被加熱材料的電導(dǎo)率以及RF場的變化率。在RF場的頻率和它穿透材料的深度之間也可以有關(guān)系； 一般而言，較高的RF頻率產(chǎn)生更高的加熱率。感應(yīng)RF加熱可以例如使用導(dǎo)電感受器粒子來執(zhí)行。用于感應(yīng)RF加熱的示例性感受器包括金屬粉末、鐵粉(五羰基化物E鐵(pentacarbonyl E iron))、氧化鐵或石墨粉。 用于感應(yīng)RF加熱的RF源可以例如是適于生成磁場的環(huán)形天線或磁性近場施加器。RF源通常包括流過高頻交流電電流(AC)的電磁體。例如，RF源可以包括感應(yīng)加熱線圈、包含環(huán)形天線的腔或容器、或磁性近場施加器。用于感應(yīng)RF加熱的示例性RF頻率可以從大約50Hz到大約3GHz?？闪磉x地，RF頻率可以從大約IOkHz到大約10MHz，從IOMHz到大約100MHZ， 或從IOOMHz到大約2. 5GHz。從RF源輻射出的RF能量的功率可以例如從大約100KW到大約2. 5MW,可另選地，從大約500KW到大約1MW，可另選地，從大約IMW到大約2. 5MW。在另一示例性實(shí)施例中，可以以使感受器粒子通過磁矩加熱(也稱為磁滯加熱) 來進(jìn)行加熱的方式施加RF能量。磁矩加熱是感應(yīng)RF加熱的一種形式，從而，熱量是由磁性材料所生成的。向磁性材料施加磁場會(huì)引起電子自旋重新對(duì)準(zhǔn)，這會(huì)導(dǎo)致發(fā)熱。磁性材料比非磁性材料更加容易感應(yīng)加熱，因?yàn)榇判圆牧蠒?huì)抵抗RF源的快速變化的磁場。除渦電流加熱之外，磁性材料的電子自旋重新對(duì)準(zhǔn)還會(huì)產(chǎn)生滯后加熱。提供高電阻的金屬具有從100 到500的高磁導(dǎo)率；非磁性材料具有為1的磁導(dǎo)率。磁矩加熱的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)可以是它可以是自調(diào)節(jié)的。磁矩加熱只在低于磁性材料的居里點(diǎn)(在該溫度磁性材料喪失其磁性)的溫度發(fā)生?？梢允褂么判愿惺芷髁Ｗ觼韴?zhí)行磁矩RF加熱。用于磁矩RF加熱的示例性感受器包括鐵磁材料或亞鐵磁材料。示例性鐵磁材料包括鐵、鎳、鈷、鐵合金、鎳合金、鈷合金以及鋼。示例性亞鐵磁材料包括磁鐵礦、鎳鋅鐵氧體、錳鋅鐵氧體以及銅鋅鐵氧體。在某些實(shí)施例中，用于磁矩RF加熱的RF源可以與用于感應(yīng)加熱的RF源(適于生成磁場的環(huán)形天線或磁性近場施加器，如感應(yīng)加熱線圈、包含環(huán)形天線的腔或容器、或磁性近場施加器)相同。 用于磁矩RF加熱的示例性RF頻率可以從大約IOOkHz到大約3GHz?？闪磉x地，RF頻率可以從大約IOkHz到大約IOMHz，從IOMHz到大約IOOMHz，或從IOOMHz到大約2. 5GHz。從RF 源輻射出的RF能量的功率可以例如從大約100KW到大約2. 5MW,可另選地，從大約500KW到大約1MW，可另選地，從大約IMW到大約2. 5MW。在再一個(gè)示例性實(shí)施例中，選定的RF能量源和感受器粒子可以導(dǎo)致介電加熱。介電加熱涉及通過介電損耗對(duì)電絕緣材料進(jìn)行加熱?？缃殡姴牧系碾妷簩?dǎo)致能量隨著分子試圖與連續(xù)地變化的電場成一條線而發(fā)散。介電RF加熱可以例如使用極性的非導(dǎo)電感受器粒子來執(zhí)行。用于介電加熱的示例性感受器包括丁基橡膠(如廢輪胎膠粉)、鈦酸鋇、氧化鋁或PVC。水也可以被用作介電 RF感受器，但是，由于環(huán)境、成本以及處理問題，在某些實(shí)施例中可能需要在對(duì)石油礦的處理中限制或者甚至排除水。介電RF加熱通常使用比那些用于感應(yīng)RF加熱的RF頻率更高的RF頻率。在高于IOOMHz的頻率，可以從小尺寸發(fā)射器發(fā)射電磁波，并通過空間傳輸。因此，可以將待加熱的材料置于波的路徑中，而無需電觸點(diǎn)。例如，國產(chǎn)的微波爐主要通過介電加熱來操作，從而施加的RF頻率大約是2. 45GHz。用于介電RF加熱的RF源可以是例如偶極天線或電近場施加器。用于介電RF加熱的示例性RF頻率可以從大約IOOMHz到大約 3GHz?？闪磉x地，RF頻率可以從大約500MHz到大約3GHz。可另選地，RF頻率可以從大約 2GHz到大約3GHz。從RF源輻射出的RF能量的功率可以例如從大約100KW到大約2. 5麗， 可另選地，從大約500KW到大約1MW，可另選地，從大約IMW到大約2. 5MW。諸如入射電磁波之類的入射RF能量的反射可以降低RF加熱的有效性。RF場或電磁波進(jìn)入材料和感受器以發(fā)散是希望的。如此，在一個(gè)實(shí)施例中，感受器粒子可以具有相等的磁導(dǎo)率的屬性，例如，μ^= ε ^的磁導(dǎo)率，以消除空氣-感受器界面處的波反射?？梢园慈缦路绞綄?duì)此進(jìn)行解釋根據(jù)材料界面處的特性阻抗變化，發(fā)生波反射用數(shù)學(xué)語言表述為r= (Z1-Z2)Z(Z^Z2)其中，Γ是反射系數(shù)，Z1和Z2是單個(gè)材料1和2的特性阻抗或波阻抗。每當(dāng)τγ = Z2時(shí)，發(fā)生零反射。每當(dāng)μ r = εΓ,Ζ= 120 JI = 377ohms時(shí)，材料的特性波阻抗是Z= 120 π (V μ r/ ε r) 0接著，在空氣界面處將沒有波反射，因?yàn)榭諝庖彩荶 = 377 歐姆。沒有到空氣的反射的等阻抗磁介電(isoimpedance magnetodielectric) (μ r= ε r) 感受器材料一個(gè)示例是輕鎳鋅鐵氧體，其可以具有l(wèi)·^=、=14。作為背景，除折射屬性以外，l·^=、的不導(dǎo)電的材料可以在發(fā)生此情況的電磁波譜中不可見。利用足夠的導(dǎo)電性，μ^Ε ε ^感受器材料具有極好的RF加熱屬性，可取得高速度和高效率。感受器粒子可以與烴類礦成比例，以從混合物整體獲得l·^ ε er,以降低空氣界面處的反射并提高加熱速度?？梢允褂脤?duì)數(shù)混合公式log επ ’ = θ Jog ε/+O2Ioge2' 來按照成份的體積比率θ和成份1和2的介電常數(shù)ε，來調(diào)整混合物整體的介電常數(shù)。 在使用半導(dǎo)體感受器粒子的情況下，粒子的尺寸、形狀以及分布可能影響材料極化性，并且可能要求一些經(jīng)驗(yàn)。也可以查閱論文“The Properties Of A Dielectric Containing Semiconducting Particles Of Various Shapes，，(Journal of The Institution Of Electrical Engineers (Great Britain)，R. W. Sillars, 1937 年 4 月，第 80 卷，第 484 期)。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，五羰基化物E鐵粉作為磁(H)場感受器是有利的。在五羰基化物E鐵粉實(shí)施例中，使用2到8微米范圍內(nèi)的鐵感受器粉粒。一個(gè)具體產(chǎn)品是由德國 Ludwigshafen 的 BASF Corporation (www. inorganics. BASF, com)生產(chǎn)的類型 Eff (機(jī)械硬度CIP級(jí)，硅酸鹽97. 0 %狗，3 μ m平均粒度)。該粉末有時(shí)也可以由美國的GAF公司生產(chǎn)。不管產(chǎn)品是什么，在75%的磷酸(由Marine Enterprises Inc.生產(chǎn)的“Ospho”) 中洗去足夠小的裸露的鐵粒子(EQ)，以提供絕緣的氧化物外層，F(xiàn)eP04。鐵粉感受器在大批量時(shí)具有低導(dǎo)電性以及小的粒度，以使得射頻磁場是有穿透能力的。感受器粉粒必須相對(duì)于射頻透入深度很小，例如，粒子直徑d< V (λ/π σ μ c)，其中，波長是在空氣中的波長， σ是鐵的導(dǎo)電性，μ是鐵的磁導(dǎo)率，c是光速。感受器粒子不必是固體，在另一實(shí)施例中，可以使用液態(tài)水。水可以與石油礦混合或懸浮在帶有石油礦的乳狀液中。如圖3所示，提供純凈的蒸餾水的損耗因子，盡管由于極化影響粒子可以改變有效的損角正切?？梢岳斫?，水分子在VHF(30到300MHz)區(qū)域內(nèi)可能具有不足的消散。因此，氫氧化鈉(堿液)的使用具體地被視為增強(qiáng)用作RF感受器的水的消散的手段。一般而言，水的水合氫離子(0H_)含量可以是隨著鹽、酸以及堿的變化的需求以改變損耗特征。水在0和100°C之間是最有用的，因?yàn)楸驼魵獯蟠蟮亟档土穗娂{，例如， 它們可能不能大量地加熱，如由莫里爾圖上的臨界點(diǎn)所指示的。在又一實(shí)施例中，所使用的RF能量源可以是遠(yuǎn)場RF能量，而選定的感受器粒子充當(dāng)發(fā)熱的微型偶極天線。偶極天線的一個(gè)屬性是它可以將射頻波轉(zhuǎn)換為電流。因此，可以如此選擇偶極天線的材料以使得它在電流作用下電阻性地加熱。優(yōu)選地，微型偶極RF加熱可以使用碳素纖維、碳素纖維絮狀物或碳素纖維布(例如，碳素纖維方塊)感受器來執(zhí)行。 優(yōu)選地，碳素纖維或碳素纖維絮狀物長度小于5cm，并小于0. 5MW。在目前的每一個(gè)示例性實(shí)施例中，可以施加RF能量以達(dá)到足夠的時(shí)間，以使得被加熱的感受器粒子加熱周圍的烴油、礦或砂礦。例如，可以施加RF能量以達(dá)到足夠的時(shí)間， 以使得混合物的平均溫度可以大于大約212° F(IOO0C)0可另選地，可以施加RF能量，直到混合物的平均溫度是，例如，大于300° F(150°C )，或400° F(200°C ) 可另選地，可以施加RF能量，直到混合物的平均溫度是，例如，大于700° F(4000C )。在示例性實(shí)施例的一個(gè)變體中，可以作為蒸餾或裂化過程的一部分施加RF能量，從而，可以將混合物加熱到高于碳?xì)浠衔锏臒峤鉁囟?，以便將諸如油母巖質(zhì)或重質(zhì)烴之類的復(fù)雜分子分解為較簡單的分子(例如，輕質(zhì)烴)。目前相信，在目前所公開的實(shí)施例中用于施加RF能量的合適的時(shí)間長度優(yōu)選地可以從大約15秒、30秒或1分鐘到大約10分鐘、30分鐘或1小時(shí)。在烴/感受器混合物已經(jīng)達(dá)到所需平均溫度之后，可以停止混合物到射頻的曝光。例如，可以關(guān)閉或暫停RF源，或可以從RF源移開混合物。感警器粒子的去除/重復(fù)使用在某些實(shí)施例中，本公開還構(gòu)想在烴/感受器混合物已經(jīng)達(dá)到所需平均溫度之后去除感受器粒子的能力。如果感受器粒子被留在混合物中，在某些實(shí)施例中，它可能會(huì)不希望地改變基本物質(zhì)的化學(xué)和材料性質(zhì)。一個(gè)替代方法是使用低體積比率的感受器，如果有的話。例如，美國專利No. 5，378，879描述了在諸如熱縮性管材、熱固性粘合劑以及凝膠劑之類的成品中使用永久性的感受器，并聲稱載有百分比超過15%的粒子的產(chǎn)品一般不是優(yōu)選的，并且事實(shí)上，在該專利的上下文中只有通過使用具有相對(duì)較低的縱橫比的感受器才能實(shí)現(xiàn)。本公開提供了在RF加熱之后去除感受器的替代方法。通過提供在RF加熱之后去除感受器的選項(xiàng)，本公開可以降低或消除石油礦的化學(xué)或材料性質(zhì)的不希望有的改變，而允許使用大體積比率的感受器。如此，感受器粒子成份可以充當(dāng)臨時(shí)加熱物質(zhì)，而不是永久性的添加劑?；谒褂玫母惺芷髁Ｗ宇愋鸵约盎旌衔锏南嗳菪?、粘度、或平均粒度，對(duì)感受器粒子成份的去除可以不同。在必要或需要時(shí)，對(duì)感受器粒子的去除可以結(jié)合附加的混合步驟執(zhí)行。如果使用磁性或?qū)щ姷母惺芷髁Ｗ?，則可以利用諸如靜態(tài)的或直流電磁體之類的一個(gè)或多個(gè)磁體來去除基本上所有的感受器粒子。在使用極性電介質(zhì)感受器的情況下，可以通過浮選或離心作用去除基本上所有感受器粒子?？梢酝ㄟ^浮選、離心作用或過濾去除碳素纖維、碳絮狀物或碳素纖維布感受器。例如，可以在仍在對(duì)石油礦/感受器混合物進(jìn)行RF加熱時(shí)，或者在RF加熱停止之后的足夠的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行感受器粒子的去除，以便石油礦的溫度降低不超過30 %，以及可另選地，不超過10%。例如，示例性的是，在對(duì)感受器粒子的任何去除過程中，石油礦維持大于200° F(93°C)的平均溫度，可另選地，維持大于 200° F (93 °C )的平均溫度。本公開的示例性實(shí)施例的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)可以是，感受器粒子在被從加熱的混合物中去除之后可以可選地被重復(fù)使用。可另選地，在某些實(shí)例中，在處理之后，將一些或全部感受器粒子留在混合物的一些或全部材料中可能是適當(dāng)?shù)?。例如，如果粒子是無危險(xiǎn)的并且便宜的元素碳，則在加熱后將粒子留在混合物中以避免去除的費(fèi)用可能是有用的。作為另一個(gè)示例，可以熱解添加了感受器材料的石油礦以餾出石油的有用的輕質(zhì)餾分油，這是以蒸汽的形式收集的，基本上無感受器材料，而熱解之后保留的底部沉積物可能包含感受器，并可以在不去除感受器的情況下被使用或處置。參考圖1，提供了本公開的實(shí)施例的流程圖。包括容器1，其包含帶有在3000MHz 時(shí)介電損耗因子ε小于0.05的第一物質(zhì)。例如，第一物質(zhì)可以包括諸如浙青礦石、油砂、 焦油砂礦、油頁巖或稠油之類的石油礦。容器2包含帶有感受器粒子的第二物質(zhì)。感受器粒子可以包括此處所討論的感受器粒子中的任何一種，如金屬粉末、金屬氧化物粉末、石墨粉、鎳鋅鐵氧體、丁基橡膠、鈦酸鋇粉末、氧化鋁粉末或PVC粉。提供了用于將第二感受器粒子物質(zhì)分散到第一物質(zhì)中的混合器3?；旌掀?可以包括用于混合粘的物質(zhì)、土或石油礦的任何合適的混合器，如砂磨機(jī)、混土器等等。混合器可以與容器1或容器2分開，或者，混合器也可以是容器1或容器2的一部分。還提供了加熱容器4，用于在加熱期間容納第一物質(zhì)和第二物質(zhì)的混合物。加熱容器也可以與混合器3、容器1以及容器2分開，或者也可以是這些組件中的任何或全部的一部分。此外，還提供了天線5，其能夠發(fā)射如此處所描述的電磁能量以加熱混合物。天線5可以是位于加熱容器4上方、下方或與其相鄰的的單獨(dú)的組件，或者，它可以包括加熱容器4的一部分?？蛇x地，可以提供另一個(gè)組件，感受器粒子去除組件6，其能夠從第一物質(zhì)中去除基本上全部包含感受器粒子的第二物質(zhì)。感受器粒子去除組件6可以包括，例如，能夠去除感受器粒子的磁體、離心機(jī)或過濾器。然后，可以在混合器中可選地重復(fù)使用去除的感受器粒子，而可以存儲(chǔ)或輸送已加熱的石油產(chǎn)品7。參考圖2，描述了包括示范性加熱容器的石油礦。感受器粒子210分布在石油礦 220中。感受器粒子可以包括上面的所討論的感受器粒子中的任何一種，如導(dǎo)電粒子、電介質(zhì)粒子或磁粒子。石油礦220可以包含任何濃度的烴分子，其本身可能不是用于RF加熱的合適的感受器。將天線230置于與感受器粒子210和石油礦220的混合物足夠接近的位置， 以導(dǎo)致其中發(fā)熱，其可以是近場或遠(yuǎn)場或兩者。天線230可以是領(lǐng)結(jié)形偶極天線，雖然本發(fā)明沒有這樣的限制，并且基于商業(yè)，天線的任何形式都可以是合適的?？梢允褂萌萜鱉0，其可以采取槽、分離錐體、或者甚至管道的形式?？梢允褂糜糜跀嚢杌旌衔锏姆椒ǎ绫?未示出)。在某些應(yīng)用中，如在輸送器上加熱干燥的礦時(shí)，容器240可以被忽略。如通常那樣， 可以使用RF屏蔽250。發(fā)射裝備260為天線230產(chǎn)生時(shí)間諧波(例如，RF)電流。發(fā)射裝備260可以包含各種RF發(fā)射裝備特征，如阻抗匹配裝備(未示出)、可變RF耦合器(未示出)以及控制系統(tǒng)(未示出)，及其它這樣的特征。參考圖3，提供純凈的蒸餾水的損耗因子，雖然由于極化影響粒子可以改變有效損角正切?？梢岳斫猓肿釉赩HF(30到300MHz)區(qū)域可能具有不充分的消散。示例下面的示例示出了本公開的若干示例性實(shí)施例。示例是作為小規(guī)模實(shí)驗(yàn)室確認(rèn)示例提供的。然而，基于前面的詳細(xì)描述，本技術(shù)技術(shù)人員將理解如何以工業(yè)規(guī)模實(shí)施下面的示例性方法。示例ι 在、沒有I立子感警器階唐況下對(duì)石油礦講行RF Unm在72° F(22°C )的平均溫度獲得1/4杯阿薩巴斯卡油砂的樣本。樣本包含在派熱克斯(Pyrex)玻璃容器中。使用GE DE68-0307A微波爐來以M50MHz，IKW加熱樣本30 秒(微波爐的100%功率)。加熱后的所得到的平均溫度是125° F(51°C )。示例2 利用磁性粒子感受器對(duì)石油礦進(jìn)行RF加熱在72° F(22°C)的平均溫度獲得1/4杯阿薩巴斯卡油砂的樣本。樣本包含在派熱克斯玻璃容器中。在72° F(22°C)的平均溫度將1湯匙的鎳鋅鐵氧體納米顆粒 (PPT#FP350CAS 1309-31-1)添加到阿薩巴斯卡油砂中并均勻地混合。使用GE DE68-0307A 微波爐以M50MHz，IKW加熱混合物30秒(微波爐的100%功率)。加熱后的混合物所得到的平均溫度是196° F(91°C)。示例3 (假設(shè)示例)禾U用導(dǎo)申,感警器對(duì)石油礦講行RF力口熱
在72° F(22°C )的平均溫度獲得1/4杯阿薩巴斯卡油砂的樣本。樣本包含在派熱克斯玻璃容器中。在72° F(22°C)的平均溫度將1湯匙粉末狀的五羰基化物E鐵添加到阿薩巴斯卡油砂中并均勻地混合。使用GE DE68-0307A微波爐以M50MHz，IKW加熱混合物30秒(微波爐的100%功率)。加熱后的混合物所得到的平均溫度將大于使用示例1的方法實(shí)現(xiàn)的所得到的平均溫度。4 (假設(shè)示例)利用極丨牛感等器對(duì)石油礦講行RF力口熱在72° F(22°C )的平均溫度獲得1/4杯阿薩巴斯卡油砂的樣本。樣本包含在派熱克斯玻璃容器中。在72° F(22°C )的平均溫度將1湯匙的丁基橡膠(如廢輪胎膠)添加到阿薩巴斯卡油砂中，并均勻地混合。使用GE DE68-0307A微波爐以M50MHz，IKff加熱混合物30秒(微波爐的100%功率)。加熱后的混合物所得到的平均溫度將大于使用示例 1的方法實(shí)現(xiàn)的所得到的平均溫度。
權(quán)利要求
1.一種用于加熱石油礦的方法，包括下列步驟(a)提供體積占從大約10%到大約99%的包括石油礦的第一物質(zhì)和體積占從大約到大約50%的包括感受器粒子的第二物質(zhì)的混合物；(b)向所述混合物施加功率和頻率足以加熱所述感受器粒子的射頻能量；以及(c)持續(xù)施加所述射頻能量以達(dá)到足夠的時(shí)間，以使得所述感受器粒子將所述混合物加熱到大于大約212° F(100oC )的平均溫度。
2.一種用于進(jìn)行RF加熱的方法，包括(a)提供在3000MHz時(shí)介電損耗因子ε小于0.05的第一物質(zhì)；(b)添加包括平均體積小于1立方毫米的感受器粒子的第二物質(zhì)，以產(chǎn)生分散的混合物，其中，所述第二物質(zhì)在混合物中體積占從大約到大約40%之間；(c)向所述混合物施加功率級(jí)和頻率足以加熱所述感受器粒子的射頻；(d)維持射頻以達(dá)到足夠的時(shí)間，以使得所述感受器粒子將所述混合物加熱到大于 212° F(100°C )的平均溫度；以及(e)從所述混合物中去除所述感受器粒子。
3.根據(jù)前面的任何一個(gè)權(quán)利要求所述的方法，其中，所述感受器粒子在20°C時(shí)具有大于IxlO7S · πΓ1的電導(dǎo)率。
4.根據(jù)前面的任何一個(gè)權(quán)利要求所述的方法，其中，所述第一物質(zhì)包括浙青礦石、油砂、焦油砂礦、油頁巖或稠油。
5.根據(jù)前面的任何一個(gè)權(quán)利要求所述的方法，其中，所述感受器粒子是金屬粉末、金屬氧化物粉末，石墨粉、鎳鋅鐵氧體、丁基橡膠、鈦酸鋇粉末、氧化鋁粉末或PVC粉。
6.根據(jù)前面的任何一個(gè)權(quán)利要求所述的方法，其中，所述感受器粒子是具有絕緣涂層的導(dǎo)電感受器粒子。
7.根據(jù)前面的任何一個(gè)權(quán)利要求所述的方法，其中，所述混合物是水的體積占5%到 50%之間的水乳狀液。
8.根據(jù)前面的任何一個(gè)權(quán)利要求所述的方法，其中，步驟(a)的所述混合物包括重量占從大約70%到大約90%的石油礦以及重量占從大約30%到大約10%的感受器粒子。
9.根據(jù)前面的任何一個(gè)權(quán)利要求所述的方法，其中，使用一個(gè)或多個(gè)磁體，或通過對(duì)所述感受器粒子進(jìn)行離心、過濾或漂浮來去除所述感受器粒子。
10.一種適于進(jìn)行RF加熱的成份，包括第一物質(zhì)和第二物質(zhì)，所述第一物質(zhì)為在 3000MHz時(shí)介電損耗因子ε小于0. 05的石油礦，所述第二物質(zhì)包括微型偶極感受器，所述微型偶極感受器是碳素纖維、碳素纖維絮狀物或碳素纖維布。
全文摘要
公開了用于通過施加射頻(“RF”)能量對(duì)材料進(jìn)行加熱的方法。例如，本公開涉及用于對(duì)諸如瀝青、油砂、油頁巖、焦油砂礦或稠油之類的石油礦進(jìn)行RF加熱的方法。石油礦與包含吸收RF能量的感受器粒子的物質(zhì)混合。提供向混合物施加功率和頻率足以加熱感受器粒子的RF能量的源。施加所述RF能量以達(dá)到足夠的時(shí)間，以使得感受器粒子將所述混合物加熱到大于大約212°F(100℃)的平均溫度?？蛇x地，在實(shí)現(xiàn)了所需平均溫度之后，可以從混合物去除感受器粒子?？梢蕴峁└惺芷髁Ｗ?，用于無水加工，并提供足夠的溫度用于裂解、蒸餾、或熱解。
文檔編號(hào)H05B6/00GK102341481SQ201080010120
公開日2012年2月1日 申請(qǐng)日期2010年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月2日
發(fā)明者F·E·帕斯切 申請(qǐng)人:哈里公司