适用于减少运输期间的二氧化碳排放的非挥发性沥青材料固相物的接收器的制作方法

本发明涉及沥青材料，包括沥青(bitumen)、聚合物改性沥青、重质原油、超重质原油、沥青质(asphalt)、聚合物改性沥青质，并且更具体地，涉及沥青材料的固相物(solidformation)以及用于在不添加稀释剂的情况下制备、储存和运输沥青材料的方法。

背景技术：

1、对原油的全球需求已经增长至近1亿桶/日，推动了开发其他烃源以及替代性能源资源的需求。两种感兴趣的资源是重质原油和沥青，它们占全球石油储量的超过三分之二。重质原油具有低于20°的api重度，并且沥青是当今使用的最重的原油，具有小于10°的api重度。由于其增加的粘度和密度，重质原油和沥青的生产、运输和精炼比常规轻质油更具挑战性。

2、目前回收和加工重质原油和沥青的方法正在发展，特别强调在委内瑞拉和加拿大的丰富油砂中获得石油。在加拿大，世界第三大石油出口国，其97％的已探明石油储量位于油砂地区。沥青通过开采或使用增强的采油技术诸如热、溶剂驱替、化学和微生物方法从油砂中提取。特别地，热技术被广泛使用并且包括蒸汽驱油、蒸汽吞吐采油法(cyclic steamstimulation)、蒸汽辅助重力泄油、原位燃烧和水平段注空气技术(toe-to-heel airinjection)。约80％的加拿大油砂储量经由提高采收率技术可获得，其中蒸汽辅助重力泄油是最广泛使用的采收方法。

3、沥青被提取之后，必须进行提质或稀释以便被管道输送或用作精炼厂的原料。提质沥青将其转化成合成原油(sco)，其可以被精炼和销售为消费产品诸如柴油和汽油。通常，提质将沥青的重分子分解成更轻并且粘度更小的分子，并且一些沥青被通过纯化和蒸馏进一步提质以去除不必要的杂质诸如氮、硫和微量金属，使得其可以被用作精炼厂的原料。可替代地，可以使用常规轻质原油或天然气液体的混合物稀释沥青。所得的稀释或轻制(cutback)沥青，通常称为稀释沥青(dilbit)，具有常规原油的稠度并且可以通过管道泵送。用于稀释沥青的稀释剂取决于所生产的特定稀释剂类型而异，并且最广泛使用的稀释剂包括来自天然气生产的冷凝物、石脑油、煤油和更轻质原油。通常，稀释剂是包括苯(已知的人类致癌物质)的混合物。

4、用稀释剂稀释沥青对于通过管道运输沥青是必要的，并且通常有利于经由铁路运输。加拿大和委内瑞拉生产的超过95％的重质原油和沥青例如通过管道从油田运输至精炼厂。取决于沥青和稀释剂的特性、管道规格、操作条件和精炼厂要求，稀释沥青的共混比率可以由按体积计25％-55％的稀释剂组成。一旦稀释沥青到达其预定位置，就可以将稀释液通过蒸馏去除并且重复使用。除此以外，可以将整个稀释沥青精炼，但由于烃在粘度范围的极端端部，稀释沥青比典型的原油更难以加工。

5、虽然用稀释剂稀释沥青允许其更容易通过管道运输，但存在与稀释沥青相关的若干风险和缺点。例如，生产稀释沥青与过高的成本和大量的碳足迹有关。稀释沥青的两个重大风险是管道破裂和石油泄漏，尽管它们的需求很大，但却阻碍了稀释沥青向海外地区的运输。当运送稀释沥青的管道或油轮破裂时，不稳定的稀释沥青短暂漂浮在水中，但更重的组分随着轻质组分的蒸发而脱落。因此，清理工作更加困难，并且担忧对鱼类和其他动物的生殖周期的影响。在稀释沥青继续漂浮的海洋环境中，它对各种海洋动物有害，包括海獭、须鲸、鱼胚和幼体鲑鱼。另外，稀释沥青的任何蒸发组分都影响空气质量。例如，当运送稀释沥青的管道破裂并且溢入密歇根州的卡拉马祖河时，当地卫生部门基于空气中所测量的苯的升高的水平向附近居民发布自愿疏散通知。

6、将稀释剂从沥青中去除之后，一些应用需要另外的添加剂来改进沥青用于某些应用的功能。沥青在寒冷的环境中通常是脆性的并且在温暖的环境中容易软化。为了提高其强度、粘结性和耐疲劳和变形性，沥青通常与原生的或废弃的沥青质粘结剂诸如聚合物共混，以生产聚合物改性沥青质。聚合物改性沥青质典型地被用于道路路面上，特别是旨在承受重型交通和极端天气条件的那些。该材料也被用作住宅屋顶应用中的密封剂。

7、鉴于与稀释沥青相关的缺点和风险，将期望制备和运输沥青材料，其包括重质原油、超重质原油、沥青、沥青质和无稀释剂的聚合物改性沥青，以及制备和运输无稀释剂的聚合物改性沥青材料。将进一步期望制备沥青材料和聚合物改性沥青材料，用于经由铁路、卡车和航运线运输以避免与管道破裂相关的风险。还将进一步期望制备沥青材料和聚合物改性沥青材料，用于以如果溢入水生环境中则将会增加浮力的方式运输，使得如果在溢入湖泊、河流、或海洋时其更容易清理。

技术实现思路

0、发明概述

1、非挥发性沥青材料的不规则固相物为减少目前与运输沥青材料相关的有害环境影响提供了解决方案。制备、运输、储存和接收沥青材料的方法涉及首先将非挥发性沥青材料，该非挥发性沥青材料包括沥青质、聚合物改性沥青质、沥青、聚合物改性沥青、石油、其他高分子量烃，以及在室温下是稳定的并且面临与沥青相似的运输挑战的具有热塑性和粘弹性特性的非沥青材料或聚合物接收或获得至全世界的接收地点。沥青材料可以以固体、半固体、或液体状态但优选地以液体或合适的粘性状态获得或接收，并且可以用于提取沥青材料的任何稀释剂将在获取或接收其之前被去除。然后可以通过将沥青材料浇铸成具有不规则形状的固相物来制备用于运输的沥青材料。在浇铸之前不久，首先制备沥青材料用于浇铸。优选地将其加热至预定浇铸温度，在该情况下沥青材料达到用于浇铸的合适粘度并且任选地与聚合物或其他添加剂共混。在制备之后，然后将沥青材料引入一个或多个模具，每个模具被配置成浇铸不规则的固体或砖。优选地，将合适粘性的沥青材料引入进一步配置有可定制聚合物骨架的模具中，该可定制聚合物骨架任选地且优选地进一步配置有浮力特征，诸如封装的空气或其他物质，以产生浮力和聚合物增强的不规则固体或砖。在填充模具之后，使沥青材料固化，并且形成多个具有由模具限定的不规则形状的砖。不规则形状被配置成当一起收集在容器中并且由多个非平面的面表面限定时减少与相邻砖的表面接触。优选地，所得砖中的每一者具有类似于修正四面体的形状。他们生产的模具和固体砖的尺寸取决于行业需求是可缩放的。从模具中取出砖之后，可以任选地施加摩擦增强涂层。

2、可以使用一系列或一组多零件模具一次浇铸几块砖，这些模具通过输送机或其他制造系统上的若干个工位组装和移动。工位包括例如用于制备、填充、封盖、固化、模具拆卸和砖移出的工位。用此种系统，优选地在制备沥青材料使得其是合适粘性的之后，将粘性沥青材料转移至并且装纳在具有在填充工位处的可伸缩导管递送系统的容器中，使得粘性沥青材料可以在导管缩回时从模具的底部逐渐被引入模具的顶部。封盖工位可以进一步向可伸缩导管的接入点供应和施加盖。在固化工位处，模具和沥青材料可以用任何能够使沥青材料固化的工业系统固化。固化之后，可以将砖移动至拆卸或分离模具零件的工位。例如，工位可以包括移除模具的盖和上部以露出砖的真空或机械系统。一旦暴露出，这些砖可以在砖移出工位被手动、机械、或用重力辅助移出。在清洁或更换模具以及向这些砖施用涂层或其他处理之处可以存在另外的工位。工位也可以根据需要合并或进一步拆分成分工位。

3、几块砖形成之后，可以将它们收集用于运输并且交付给货主或由货主提取。一旦货主获得这些砖，货主就将这些砖通过铁路、卡车、航空、或船只运输至接收地点，诸如与经销商有关的接收地点、沥青质的最终用户、或计划进一步加工沥青材料的精炼厂。这些砖优选地以封拦方式运输，诸如具有无源环境控制系统或特征的专用空气动力运输室。例如，运输室可以包括多个通风口，其允许环境空气进入这些砖并且在这些砖之间循环，包括围绕每个单独砖的所有侧面。可替代地，运输室可以包括水分配系统，该系统吸入环境水并且将其喷洒在这些砖上并穿过这些砖。优选地，在运输期间，这些砖被连续或间歇地暴露并且基本上被水、空气、冷却空气、或有助于将这些砖维持为固体形式的其他物质包围。更优选地，容纳这些砖的运输室内的期望环境仅通过空气、水、或在运载运输室的运载工具移动时自然存在的其他物质的流动来维持，这使能量需求最小化。除了由于运输不含稀释剂的沥青材料以及不必如现行实践那样加热沥青材料以将其作为液体通过运载工具运输的益处之外，使用低排放或零排放运载工具来运载具有无源环境控制系统的运输容器进一步减少或消除有害的二氧化碳排放。

4、一旦这些砖到达接收位置，接收者可以将这些砖储存在运输室中或将其转移至接收器，包括允许持续有源或无源环境控制的接收室。例如，可以将这些砖作为砖储存在允许水、空气、或有助于控制环境的其他物质在这些砖周围或之间循环的大型浮动或重力储存室中。可替代地，可以重新加热这些砖直到它们恢复至液态或其原始状态。任选地，可以将这些砖转移至具有加热可移除的凹形接收盖的专用储存室。如果客户或接收者希望以其固体形式储存砖，诸如当沥青材料是沥青质或聚合物改性沥青质时，可以使用不具有可移除接收盖的专用储存容器。如果客户或接收者希望使这些砖再液化，诸如当沥青材料是沥青或聚合物改性沥青时，将专用储存容器与可移除接收盖一起使用，该可移除接收盖优选地配置有辐射加热系统用于在它们收集在盖上时使这些砖熔融。递送系统，诸如位于盖周围的排水孔，将熔融的沥青材料从盖的顶部输送到下面的腔室中，在那里熔融的沥青材料可以经历进一步处理以去除或分配骨架或先前所引入的任何添加剂。例如，现在熔融的聚合物骨架可以在接收位置处被撇去或进一步共混到沥青材料中。最后，接收者可以根据他们的需要进一步处理沥青材料，并且任选地使用本文所描述的系统和方法将沥青材料重新浇铸成砖。

5、相比，作为不规则的固体砖运输沥青材料提供了超过传统方法若干优点，在传统方法的情况下连续加热、添加稀释剂、或两者都需要以成本有效的方式将沥青材料从一个位置移动至另一个位置。通过基本去除稀释剂和任何其他有害添加剂，所得沥青材料是非挥发性的并且考虑到其更高的闪点和燃点而不太可能燃烧。因此，它可以更容易地通过运载工具运输，这减少对管道的依赖，并且减少或消除对环境的威胁，尤其是假如在运输期间沥青溢出的话。通过进一步增强具有定制骨架或其他浮力特征的沥青材料的砖，如果砖溢入海洋环境中则它们不太可能下沉，并且用优选的聚合物或其他添加剂而不是过量的聚合物或其他添加剂可交付给客户。通过消除在运输时对沥青材料进行加热的需求，减少了对化石燃料的依赖，并且当传统运载工具和运输集装箱被运载并入无源环境控制系统和特征的运输室的低排放或零排放运载工具所替代时，二氧化碳排放量显著减少。