一种富含碳酸盐重质油矿的高效分离方法
【专利摘要】本发明是一种富含碳酸盐重质油矿的高效分离方法，含碳酸盐矿物质的重质油资源，如油砂、油页岩、落地油泥等，在一定情况下与所配置的溶液混合并发生反应，将重质油矿中的矿物质溶解，从而达到将重质油与矿物颗粒分离的目标。分离过程最后获得重质油粗品、富含各种金属离子的水溶液以及用于建筑材料的矿物质。该技术不仅可以有效的将重质油从矿中提取出来，而且可以很大程度的回收重质油矿中各种矿物质。实现常温萃取或回收重质油的节能生产的目的，节约了能源。
【专利说明】
一种富含碳酸盐重质油矿的高效分离方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种富含碳酸盐重质油矿的高效分离方法，属于化工分离及反应工程技术领域，具体涉及破碎、浮选、反应、沉降、循环等方法。
【背景技术】
[0002]重质油矿(如，油砂、油页岩、落地油、油泥等)是一种由重质油(或沥青)、沙粒、粘土矿物质和少量水组成的复杂混合物。因其储量巨大，已逐渐成为一种极具潜力的石油替代资源。以油砂为例，其探明储量约占现存石油资源总量的三分之二左右，现有技术可采储量约为6510亿桶，主要分布在加拿大、委内瑞拉、美国、俄罗斯、印尼和中国等地。
[0003]油砂的开采依据其自身理化性质及地质条件可以分为露天开采和原地开采。对于加拿大的水润型油砂，当矿产埋藏深度小于75米时，工业上主要采用热碱水洗工艺对油砂进行分离；而当油砂矿埋藏深度大于75米时，则采用原地开采方法，如向地底层注入热蒸汽、热溶剂等等。然而，对于油润性油砂，如美国犹他州油砂、印尼油砂及中国新疆油砂则无法有效的利用热碱水洗的工艺对油砂沥青进行分离。为此，诞生了不少其他新型技术，如溶剂萃取技术(CN 101274303A，CN 101544902A，CN102925190 A,US 3117922(1964)，US3392105(1968)，US 4046669(1969)，US 4046668(1977)，US 4036732(1977)，US 4347118( 1982) ,US 4498971 (1984)，US 4929341 ( 1990 ))、热裂解技术(CNl 032897 15A，CN104087329A)、微生物发酵技术等等。这些技术都有各自的优点，比如，溶剂萃取技术具有萃取率高、萃取过程不需用水、可常温下操作、溶剂可循环使用等优点；热裂解技术可以实现重质油萃取与炼油集成处理，减少了工艺过程;微生物发酵技术可以实现温和的提油过程等等。然而，它们又都伴随着各种不足，如溶剂萃取后残砂固体中的溶剂回收问题及溶剂泄露的环境问题;热裂解过程中能耗过高的问题;微生物发酵的稳定性及规模化问题，这些都使得上述技术在工业化过程当中遇到各种阻力，导致其最终未能在工业上实现规模化使用。
[0004]由此可见，运行成本及环境问题是目前重质油矿开采，尤其是油润性油砂，的关键技术问题。为此，本发明专利将主要针对上述问题，依据重质油矿的本身理化性质和结构，提出一种处理富含碳酸盐矿物质的重质油矿的分离方法。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种低成本、高效、环保、节能，可以用于处理富含碳酸盐矿物质的重质油矿，如油砂、页岩油、落地油、油泥等，的分离方法。该方法不仅可以将重质油矿中的油提取出来，而且可以回收其中的矿物质有用成分，实现绿色生产过程。
[0006]本发明实现目的的技术方案如下:
[0007]—种富含碳酸盐重质油矿的高效分离方法，富含碳酸盐重质油矿与酸溶液在混合槽内进行混合并反应，得到重质油泡沫、矿物颗粒、气泡及水的泡沫混合物、钙盐溶液及固体残渣。
[0008]而且，所处理的重质油矿为富含碳酸盐矿物质的重质油矿，油砂、油页岩、落地油、油泥。
[0009]而且，碳酸盐含量不低于原矿中矿物质含量的10%。
[0010]而且，所述重质油矿为直接原料或者经过粉碎机粉碎至粒径10厘米以内。
[0011]而且，与重质油矿混合反应的酸溶液为一元有机酸或无机酸的一种酸或者几种酸的混合液，且酸溶液pH值不大于2。
[0012]而且，所述一元酸为氢氟酸、乙酸、硝酸、盐酸、氢碘酸、氢溴酸、甲酸、氯酸中的至少一种。
[0013]而且，所述的混合反应温度为5?95°C;混合反应时间为2小时以内；混合方式为搅拌、超声、微波等。
[0014]而且，反应所获得的固体沉淀物为富含二氧化硅及硅酸盐等矿物质的集合。
[0015]—种富含碳酸盐重质油矿的高效分离方法，步骤如下:
[0016]⑴富含碳酸盐的重质油矿经粉碎装置粉碎后形成粉碎后的重质油矿，由物料输送机送至混合反应装置中与酸溶液进行混合反应，形成液固混合浆液；
[0017]⑵反应后的浆液输送至浮选装置进行浮选分层；二氧化碳气体排出，上层的重质油泡沫由上出口排出，底部的固体沉淀物排出处理，中间的溶液一部分采出，一部分循环使用。
[0018]本发明的独特之处有如下几点:
[0019]1、本发明采用矿物分类的方法选择适当的分离技术对重质油矿物进行分离，不仅能有效降低分离难度，而且可以在能耗、环保方面得到有效改进和突破，降低成本；
[0020]2、本发明采用酸溶液与富含碳酸盐的重质油矿进行混合反应，原料方便易得，操作简单，常温操作，降低了成本；
[0021]3、本发明采用超声、微波、搅拌等手段对重质油矿分离过程进行强化，可以有效的加速反应过程，提高萃取效率
[0022]4、本发明对反应之后的产物分别回收处理，提高了经济效益，减少了环境污染。
【附图说明】
[0023]图1为本发明分离方法的流程图。
[0024]物料编号:1.富含碳酸盐重质油矿;2.粉碎后的重质油矿;3.酸溶液;4.重质油泡沫;5.钙盐溶液;6.残渣矿物质。
[0025]装置编号:A.粉碎装置;B.混合反应装置
[0026]图2为本发明的另一种富含碳酸盐重质油矿的连续分离系统和方法流程图；物料编号:2-1.富含碳酸盐重质油矿;2-2.粉碎后的重质油矿;2-3.新鲜酸溶液;2-4.进料酸溶液;2-5.液固混合浆液;2-6.气体产物;2-7.沥青泡沫;2-8.水溶液;2-9.残渣矿物质;2-10.循环酸溶液
[0027]装置编号:A.粉碎装置;B.混合反应装置;C.浮选装置
【具体实施方式】
[0028]本发明提供了一种用于富含碳酸盐的重质油矿分离的方法，该分离方法使用酸溶液与重质油矿进行反应，来实现重质油分离提取的目的。该分离方法不仅成功的将重质油从矿物中提取出来，而且还可以对副产品进行有效的分类回收处理，实现了高效、环保、节能的运行目的。
[0029]本发明通过如下设备和技术方案实现的:
[0030]富含碳酸盐重质油矿的分离提取过程的核心系统是提供固-液接触并进行反应的场所，即混合反应装置。重质油矿按照技术指标被粉碎到一定的粒径，由输送机输送至混合反应装置中与酸溶液进行混合并反应。上述过程最终获得重质油泡沫和富含矿物盐离子的水溶液及砂粒等建筑材料。
[0031]本发明所述的富含碳酸盐矿物质的重质油分离方法包括如下主要装置:粉碎装置、物料输送机、混合反应装置及液体输送设备等。
[0032]其具体操作步骤如下:
[0033]富含碳酸盐的重质油矿I经粉碎装置A粉碎后形成小颗粒物料2，由物料输送机送至混合反应装置B中与酸溶液3进行混合反应;反应介绍之后，经过静置分层，获得重质油泡沫混合物4、钙盐溶液5及固体沉淀物6，沉淀物为沙粒等。
[0034]本发明中所处理的重质油矿为富含碳酸盐矿物质的重质油矿(碳酸盐含量不低于矿物质总量的10% )，如油砂、页岩油、落地油、油泥等。
[0035]本发明中所采用的混合反应温度为5?95°C;混合反应时间为2小时以内；混合方式为搅拌、超声、微波等。
[0036]本发明采用的酸溶液为一元的有机或无机酸的一种酸或者几种酸的混合液，如氢氟酸、乙酸、硝酸、盐酸、氢碘酸、氢溴酸、甲酸、氯酸等及相关混合液，且酸溶液pH值小于2。
[0037]工艺实施的具体操作步骤:
[0038]来自矿区或矿物储备区(如油砂矿山、油田、油田处理厂等)的重质油矿资源先经过粉碎装置A粉碎，粉碎后的重质油矿经过物料输送机送入混合反应装置中与一定比例的酸溶液于5?95°C下，进行2小时以内的混合反应，然后静置分液，将浮于上层的重质油泡沫取出进行后续加工处理，同时产生的水溶液及反应器底部的固体沉淀物进行分开处理。
[0039]本发明还提供另外一种对于串联操作:
[0040]⑴富含碳酸盐的重质油矿2-1经粉碎装置A粉碎后形成粉碎后的重质油矿2-2，由物料输送机送至混合反应装置B中与酸溶液2-4进行混合反应，形成液固混合浆液2-5;
[0041]⑵反应后的浆液输送至浮选装置C进行浮选分层；二氧化碳气体2-6排出，上层的重质油泡沫(沥青泡沫)2-7由上出口排出，中间的钙盐溶液2-8—部分循环，底部的固体沉淀(残渣矿物质)2-9物排出处理，剩余的酸溶液2-10可以循环使用，形成循环酸溶液。酸溶液的新鲜酸溶液为2-3，在加入到混合反应器中时可以测线加入回收的酸液2-10，所以采用新的标号2-4来说明。
[0042]本发明采用的酸溶液为一元的有机或无机酸的一种酸或者几种酸的混合液，如氢氟酸、乙酸、硝酸、盐酸、氢碘酸、氢溴酸、甲酸、氯酸等等及相关混合液，且酸溶液pH值小于2。
[0043]本发明中所处理的重质油矿为富含碳酸盐矿物质的重质油矿(碳酸盐含量不低于矿物质总量的10% )，如油砂、页岩油、落地油、油泥等。
[0044]本发明中所采用的混合反应器B的反应温度为5?95°C;混合反应时间为2小时以内；混合方式为搅拌、超声、微波等。
[0045]对于串联操作的具体流程可以是如下操作:
[0046]富含碳酸盐重质油矿的连续分离提取过程的核心系统由两部分组成:提供固液接触并进行反应的场所，即混合反应装置，与实现油-水-固三相分层的浮选装置。重质油矿按照技术指标被粉碎到一定的粒径，由输送机输送至混合反应装置B中与酸溶液进行混合并反应。反应后的浆液由输送设备输送至浮选装置C进行浮选分层操作，浮于顶层的重质油相连续的由上出口排出，未反应完的酸液一部分循环进入反应器内，另一部分外排，沉于底部固体由底部排出。
[0047]工艺实施的具体操作步骤:
[0048]来自矿区或矿物储备区(如油田、油田处理厂等)的重质油矿资源先经过粉碎装置A粉碎，粉碎后的重质油矿经过物料输送机送入混合反应装置B中与一定比例的酸溶液于5?95°C下，进行混合反应。混合反应获得的浆液由输送系统输送至浮选装置C中进行浮选、分层，浮选装置顶部的重质油泡沫不断的由上出口排出，底部的固体沉淀物由底部排渣口排出，中间溶液相一部分排出处理，一部分循环至混合反应装置中。过程产生的气体有顶部气体出口排出。
[0049]下面，对本发明用以下实施例进行说明，但不限于以下实施例。
[0050]实施例1:
[0051 ] 一种富含碳酸盐重质油矿的高效分离方法，步骤如下:
[0052]经过粉碎装置A粉碎的油砂5kg(碳酸盐含量10%，最大粒径Icm)送入混合反应装置B中与pH为2的盐酸按照固液比为1:30(质量比)于95 V下充分混合并超声反应I小时，静置20min将上层沥青泡沫取出。
[0053]所得沥青泡沫的提取率达90.1%，泡沫中残留的固体砂粒及粘土小于泡沫总质量的35 %，水含量小于泡沫总质量的15 %，溶液中金属离子浓度总和超过1000mg/kg，固体沉淀物约1.15kg。
[0054]实施例2:
[0055]—种富含碳酸盐重质油矿的高效分离方法，步骤如下:
[0056]经过粉碎装置A粉碎的油砂5kg(碳酸盐含量57%，最大粒径5cm)送入混合反应装置B中与浓度为2摩尔/升的盐酸按照固-液比为1:3(质量比)于5°C下充分搅拌混合，超声反应120min，静置2min将上层沥青泡沫取出。
[0057]所得沥青泡沫的提取率达99.7% ,泡沫中残留的固体砂粒及粘土小于泡沫总质量的33%，水含量小于泡沫总质量的35%，溶液中金属离子浓度总和超过8g/100ml，固体沉淀物约 0.59kg ο
[0058]实施例3:
[0059]—种富含碳酸盐重质油矿的高效分离方法，步骤如下:
[0060]经过粉碎装置A粉碎的油砂5kg(碳酸盐含量62%，最大粒径1.5cm)送入混合反应装置B中与浓度为2摩尔/升的乙酸按照固-液比为1:3(质量比)于55°C下充分混合，微波反应120min，静置20min将上层沥青泡沫取出。
[0061]所得沥青泡沫的沥青提取率达98.5%，泡沫中残留的固体砂粒及粘土小于泡沫总质量的45%，水含量小于泡沫总质量的25%，溶液中金属离子浓度总和超过5g/100ml，固体沉淀物约0.15kg。
[0062]实施例4:
[0063]—种富含碳酸盐重质油矿的高效分离方法，步骤如下:
[0064]经过粉碎装置A粉碎的油页岩5kg(碳酸盐含量26%，最大粒径1cm)送入混合反应装置B中与浓度为4摩尔/升的硝酸按照固-液比为1:3(质量比)于35°C下混合，加微波辅助(功率1.5kw)反应30min，静置1min将上层沥青泡沫取出。
[0065]所得沥青泡沫的重质油提取率达99.5%，泡沫中残留的固体砂粒及粘土小于泡沫总质量的45%，水含量小于泡沫总质量的20%，溶液中金属离子浓度总和超过5g/100ml，固体沉淀物约2.5kg。
[0066]实施例5:
[0067]—种富含碳酸盐重质油矿的高效分离方法，步骤如下:
[0068]经过粉碎装置A粉碎的油泥5kg(碳酸盐含量15%，最大粒径3cm)送入混合反应装置B中与浓度为5摩尔/升的甲酸与乙酸的混合物(按摩尔比1:1混合)按照固-液比为1:6 (质量比)于95°C下搅拌，充分混合、反应40min，静置25min将上层沥青泡沫取出。
[0069]所得沥青泡沫的提取率达99.8%，泡沫中残留的固体砂粒及粘土小于泡沫总质量的45%，水含量小于泡沫总质量的20%，溶液中金属离子浓度总和超过5g/100ml，固体沉淀物约1.5kg ο
[0070]实施例6:
[0071 ] 一种富含碳酸盐重质油矿的高效分离方法，步骤如下:
[0072]经过粉碎装置A粉碎的印尼油砂5kg(碳酸盐含量55%，最大粒径0.5cm)送入混合反应装置B中与浓度为5摩尔/升的盐酸与硝酸的混合物(按摩尔比1:1混合)按照固-液比为1:2(质量比)于5°C下超声，充分混合、反应50min，静置25min将上层沥青泡沫取出。
[0073]所得沥青泡沫的提取率达99.5%，泡沫中残留的固体砂粒及粘土小于泡沫总质量的25%，水含量小于泡沫总质量的32%，溶液中金属离子浓度总和超过5g/100ml，固体沉淀物约 0.15kg。
[0074]实施例7:
[0075]—种富含碳酸盐重质油矿的高效分离方法，步骤如下:
[0076]经过粉碎装置A粉碎的油砂(碳酸盐含量25%，最大粒径0.5cm)以5kg/min的速度送入混合反应装置B中与pH为I的盐酸按照固液比为1:30(质量比)于常温下充分混合，反应，搅拌后的浆液输送至浮选装置中浮选，将上层沥青泡沫取出；中间的溶液相按照10kg/min返回反应装置中，其余的溶液以约50kg/min排出用于其他用处;位于底部的沉淀物则由底部排料口排出，如图2所示。所得沥青泡沫的回收率达99.5%，泡沫中残留的固体砂粒及粘土小于泡沫总质量的40%，水含量小于泡沫总质量的30%。
[0077]实施例8:
[0078]—种富含碳酸盐重质油矿的高效分离方法，步骤如下:
[0079]经过粉碎装置A粉碎的印尼油砂(碳酸盐含量55%，最大粒径1.5cm)以5kg/min的速度送入混合反应装置B中与浓度为2摩尔/升的乙酸溶液按照固-液比为1:3(质量比)于45°C下充分混合，超声反应后的浆液连续的输出至浮选装置C中进行浮选。浮选槽C中间的溶液相以10kg/min循环回反应器中，所得沥青泡沫的回收率达96.5%，泡沫中残留的固体砂粒及粘土小于泡沫总质量的30%，水含量小于泡沫总质量的28%。
[0080] 实施例9:
[0081 ] 一种富含碳酸盐重质油矿的高效分离方法，步骤如下:
[0082]经过粉碎装置A粉碎的油页岩(碳酸盐含量37.6%，最大粒径1cm)以5kg/min的速度送入混合反应装置B中与浓度为5摩尔/升的甲酸按照固-液比为1:6(质量比)于95°C下混合反应，超声反应后的浆液连续的输出至浮选装置C中进行浮选。浮选装置C中间的溶液相以5kg/min循环回反应装置中，所得沥青泡沫的提取率达99.8%，泡沫中残留的固体砂粒及粘土小于泡沫总质量的27%，水含量小于泡沫总质量的30%。
[0083]实施例10:
[0084]—种富含碳酸盐重质油矿的高效分离方法，步骤如下:
[0085]经过粉碎装置A粉碎的油砂(碳酸盐含量56%，最大粒径3cm)以5kg/min的速度送入混合反应装置B中与浓度为3摩尔/升的硝酸按照固-液比为1:6(质量比)于5°C下充分混合;超声反应后的浆液连续的输出至浮选装置C中进行浮选。浮选装置C中间的溶液相以20kg/min循环回反应装置中，所得沥青泡沫的提取率达99.8%，泡沫中残留的固体砂粒及粘土小于泡沫总质量的25%，水含量小于泡沫总质量的20%。
[0086]实施例11:
[0087]—种富含碳酸盐重质油矿的高效分离方法，步骤如下:
[0088]经过粉碎装置A粉碎的印尼油砂(碳酸盐含量56%，最大粒径0.5cm)以5kg/min的速度送入混合反应装置B中与浓度为5摩尔/升的盐酸按照固-液比为1:5(质量比)于15°C下充分混合;微波反应后的浆液连续的输出至浮选装置C中进行浮选。浮选装置C中间的溶液相以22kg/min循环回反应装置中，所得沥青泡沫的提取率达99.5%，泡沫中残留的固体砂粒及粘土小于泡沫总质量的35%，水含量小于泡沫总质量的32%。
[0089]本发明提出的一种富含碳酸盐重质油矿分离的方法，已通过较佳实施例子进行了描述，相关技术人员明显能在不脱离本
【发明内容】
、精神和范围内对本文所述的结构和技术方法进行改动或适当变更与组合，来实现本发明技术。特别需要指出的是，所有相类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，他们都被视为包括在本发明精神、范围和内容中。
【主权项】
1.一种富含碳酸盐重质油矿的高效分离方法，其特征在于:富含碳酸盐重质油矿与酸溶液在混合槽内进行混合并反应，得到重质油泡沫、矿物颗粒、气泡及水的泡沫混合物、钙盐溶液及固体残渣。2.根据权利要求1所述的富含碳酸盐重质油矿的高效分离方法，其特征在于:所处理的重质油矿为富含碳酸盐矿物质的重质油矿，油砂、油页岩、落地油、油泥。3.根据权利要求1所述的富含碳酸盐重质油矿的高效分离方法，其特征在于:碳酸盐含量不低于原矿中矿物质含量的10%。4.根据权利要求1所述的富含碳酸盐重质油矿的高效分离方法，其特征在于:所述重质油矿为直接原料或者经过粉碎机粉碎至粒径10厘米以内。5.根据权利要求1所述的富含碳酸盐重质油矿的高效分离方法，其特征在于:与重质油矿混合反应的酸溶液为一元有机酸或无机酸的一种酸或者几种酸的混合液，且酸溶液PH值不大于2。6.根据权利要求5所述的富含碳酸盐重质油矿的高效分离方法，其特征在于:所述一元酸为氢氟酸、乙酸、硝酸、盐酸、氢碘酸、氢溴酸、甲酸、氯酸中的至少一种。7.根据权利要求1所述的富含碳酸盐重质油矿的高效分离方法，其特征在于:所述的混合反应温度为5?95°C;混合反应时间为2小时以内；混合方式为搅拌、超声、微波等。8.根据权利要求1所述的富含碳酸盐重质油矿的高效分离方法，其特征在于:反应所获得的固体沉淀物为富含二氧化硅及硅酸盐等矿物质的集合。9.一种富含碳酸盐重质油矿的高效分离方法，其特征在于:步骤如下: ⑴富含碳酸盐的重质油矿经粉碎装置粉碎后形成粉碎后的重质油矿，由物料输送机送至混合反应装置中与酸溶液进行混合反应，形成液固混合浆液； ⑵反应后的浆液输送至浮选装置进行浮选分层；二氧化碳气体排出，上层的重质油泡沫由上出口排出，底部的固体沉淀物排出处理，中间的溶液一部分采出，一部分循环使用。
【文档编号】C10G1/00GK105885910SQ201610303882
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年5月9日
【发明人】何林, 隋红, 李鑫钢
【申请人】天津大学