专利名称：从沥青砂分离沥青的系统和方法
从沥青砂分离沥青的系统和方法相关专利申请的交叉引用本专利申请是题为“Method for Obtaining Bitumen from Tar Sands ” (从浙青砂获
得浙青的方法)的未决美国专利申请第11/249,234号的部分继续申请，该美国专利申请 于2005年10月12日提交，公开为美国专利申请公开第2006/0076274号，该申请要求了 于2004年10月13日提交的美国临时申请第60/617,739号的优先权，上述两篇专利申请 均通过引用整体并入本文。如有抵触，本文所明确阐述或显示的主题制约通过引用并入 的任何主题。本文中通过引用并入的任何主题中包含的术语(明确或暗示的)的所有定 义在这里均被放弃。
背景技术：
浙青砂(tar sands)也称为油砂或含浙青砂，其是含有浙青(一种极重型粗油) 的地质构造的通用名称。浙青砂可具有多种组成，但一般除浙青外还包含水和矿物固 体。所述矿物固体可包括无机固体如煤、砂和粘土。浙青砂沉积物可在世界的许多部 位发现，包括北美。最大的浙青砂沉积之一是在加拿大艾伯塔省的Athabasca地区。在 Athabasca地区，浙青砂构造可在表层发现，尽管其可能埋藏在表面覆层以下深达两千英 尺。据估算，Athabasca浙青砂沉积含有相当于约1.7到2.3万亿桶的石油。全球的浙青 砂沉积已被估算为含有至多4万亿桶石油。作为比较，已证实的世界石油储量据估算为 约1.3万亿桶。浙青砂的浙青含量在约5wt% 21wt%之间变化，一般含量为约12wt%。浙青 砂还包含约lwt% 10wt%的水。其余为矿物质，例如煤、砂和粘土。浙青最适合被描 述为厚重、粘稠型的粗油，其如此厚重和粘稠以至于除非将其加热或用较轻的烃稀释否 则无法流动。在室温时，浙青的流动性非常象冷的磨拉石(coldmolasses).从浙青砂提取可用油通常从将浙青与矿物固体分离开始。一种常规方法包括将 矿石与热水混合以形成富含浙青的泡沫。将所述泡沫分离并进一步处理以分离浙青产 品。常规的水基提取技术能够将浙青与高品位矿石(higher grade ore)分离，但不能经济 地将浙青与低品位矿石(Iowergradeore)分离。不幸的是，这意味着大量的浙青砂矿石不 能进行加工以回收其它有价值的浙青。常规水基提取技术的另一项问题是浙青的低总回收率。不幸的是，常规提取工 艺将矿石中的大量浙青与尾料(tailings) —起排出。这不仅因回收率较低而降低了提取工 艺的效率，而且还代表了必须被解决的潜在的环境问题。残余浙青不是与常规工艺尾料有关的唯一问题。尾料的量和物理特性也代表显 著的问题。例如，常规工艺尾料通常包括两种组分(a)含有约15wt%水的湿尾料(通常 称为“粗砂”)，和(b)含有70对％水的粘土 /砂混合物物流(通常称为“细尾料(find tailings)")。在某些情况中，尾料的总量可能超过开采出来的矿石的量，这表示尾料不 能被回填到开采区。一些尾料必须被排放到其它地方。这产生了与尾料处置相关的大量 环境问题。另外，尾料的相对高的含水量可能要求将该尾料存储在池塘(pond)中而不是堆积或堆码起来，从而进一步增加了与尾料处置有关的问题。常规工艺产生的细尾料特别难以处理。细尾料通常由粘土、砂、水和残余浙青 构成。由于粘土中夹带的水，细尾料会具有不确定地维持的泥浆样稠度。诸如细尾料等 的副产品可被保存在池塘中，但这些池塘的建筑和维修成本高昂，并且可能会对当地环 境(包括当地供水)造成损害。从浙青砂获得浙青的许多常规方法也具有严重的技术限制。例如，许多常规方 法使用水，这会导致浙青砂中的粘土膨胀并妨碍加工设备。另外，一些常规方法导致可 溶性浙青烯的不合需要的沉淀。常规方法的一个例子在美国专利4,046,668 (‘ 668专利)中描述。‘668专利公 开了用每分子具有5 9个碳原子的轻溶剂(Iightnaphtha)与甲醇的混合物从浙青砂提取 烃类。‘668专利中披露的方法是部分受限的，因为其需要两种溶剂的同时使用，这增 加了加工成本。美国专利4,347,118(' 118专利)公开了一种方法，其中戊烷被用于从浙青砂提 取浙青。‘118专利中公开的方法需要使用两个流化床干燥区。这些流化床干燥区的 操作需要大量能量，限制了整体方法的效率。而且，戊烷溶剂不能溶解浙青的浙青烯部 分，其不能溶于戊烷。因此，浙青的该部分与尾料一起被排出。对于Athabasca型浙青 来说，该部分的量可达浙青砂的总初始烃含量的20wt% 40wt%。美国专利第5,143,598 (‘ 598专利)披露了一种方法，其包括向浙青砂加入庚烷 以形成富浙青(bitumen-rich)庚烷相，然后用水置换(displacing)该富浙青庚烷相。该方 法利用了蒸汽蒸发和冷凝，这是低效率的方法。同样，在该方法中使用非芳族溶剂庚烷 能导致存在于浙青相中的不溶于庚烷的浙青烯部分的沉淀。另外，使用水不仅会产生大 量的水相废物，还会产生非常难破坏的油-水乳液。水的使用还能向浙青中引入不合需 要的杂质(例如氯)，并且能导致浙青砂中粘土的不合需要的膨胀。而且，通过该方法回 收的浙青通常具有低纯度，并且需要额外的处理，例如通过离心。这进一步增加了整个 回收工艺的成本。
发明内容
本发明公开了从诸如浙青砂的含浙青物质获得浙青的方法和系统的实施方式。 所公开的方法和系统可包括多个溶剂提取或浸出(leaching)步骤以从浙青砂分离浙青。所述方法可包括将浙青砂经历第一溶剂提取或浸出步骤，在该步骤中将浙青砂 矿石与第一烃溶剂混合以形成第一混合物。所述第一混合物被分离为第一富浙青组分和 第一贫浙青(bitumen-depleted)组分。所述第一富浙青组分主要包括溶剂和可溶性浙青部 分(fraction)。所述第一贫浙青组分主要包括水、矿物固体和不容性浙青部分。在第二 提取步骤中，所述第一贫浙青组分与第二烃溶剂混合以形成第二混合物。所述第二烃溶 剂用于从第一贫浙青组分分离额外的烃(例如，残余量的第一烃溶剂和额外的浙青)。所 述第二混合物可被分离以生产具有低烃含量的尾料(tailing)。所述尾料可进行进一步加 工或可被处置(dispose)。另外可选地，第二烃溶剂可用于替代第一烃溶剂以形成第一混合物。所述第一 混合物可被分离且第一贫浙青组分可再次与同样的烃溶剂混合。在另一个实施方式中，所述第一混合物可与第一烃溶剂和第二混合物的组合相混合。得到的混合物可被分离为 富浙青组分和贫浙青组分。所述富浙青组分可与另一种烃溶剂混合并被分离以产生具有 低烃含量的尾料。所公开的方法的实施方式也可包括通过管道输送浙青砂和第一烃溶剂或者将浙 青砂和第一烃溶剂在管道中混合。在某些实施方式中，浙青砂和第一烃溶剂可通过任何合适的方式混合在一起。 例如，在一个实施方式中，浙青砂和第一烃溶剂可在容器中混合。充分混合可简单地通 过将浙青砂和第一烃溶剂引入容器中来进行——例如，可将第一烃溶剂以高速引入从而 有效地搅动容器的内容物。在其它实施方式中，可提供有源混合设备以混合容器的内容物。在另外的实施 方式中，浙青砂可与第一烃溶剂在逆流过程中混合。在仍然另外的实施方式中，浙青砂 和第一烃溶剂可在管道中混合。第二烃溶剂可与第一贫浙青组分以相同方式中的任一种 混合ο所述第一混合物可使用任何合适的方法分离为第一富浙青组分和第一贫浙青组 分。所述第一混合物可通过过滤操作、重力分离操作等分离。在一个实施方式中，液体 和固体最初可使用沉降操作来分离。在另一个实施方式中，所述第一混合物可使用真空 过滤或压力过滤来分离。所述第一贫浙青组分从容器底部去除。用于分离液体和固体的 容器可以是用于混合浙青砂和第一烃溶剂的同一容器，或者其可以是特别指定用于分离 多种组分的单独的分离容器。在某些实施方式中，第一贫浙青组分与第二烃溶剂在足以使所述第二烃溶剂保 持液体形式的高压下混合。当所述第二烃溶剂在大气压下的沸点低于处理温度时这可能 是理想的。合适的压力可在约1.1个大气压到10个大气压的范围内。在其它实施方式 中，所述压力可为约IlOkPa到2000kPa。所述方法可根据情况作为连续式、分批式或半分批式方法操作。连续式方法可 用于该方法的大规模执行，而分批式可用于较小规模的执行。应理解，无论方法规模如 何，可使用任何合适的方法配置。第一烃溶剂可以是任何合适的溶剂，诸如轻芳烃溶剂。示例性的溶剂可包括甲 苯、二甲苯、煤油、柴油(包括生物柴油)、粗柴油、轻质油(light distillate)、市售芳烃 溶剂(诸如Solvesso 100，150和200)和/或石脑油。所述第一烃溶剂还可包含诸如苯和 /或芳香醇的化合物。在一些实施方式中，所述第一烃溶剂的沸点为约75°C到375°C。第二烃溶剂可包含能够进一步将第一烃溶剂和/或额外的浙青与无机固体和水 分离的任何合适的物质或物质组合。在一个实施方式中，所述第二烃溶剂可包含一种或 多种具有3 9个碳原子的脂族化合物。在另一个实施方式中，所述第二烃溶剂可为具 有3 9个碳的环烷烃或异链烷烃或其组合。在又一个实施方式中，所述第二烃溶剂可 包括这些烃中任何的混合物。在另一个实施方式中，所述第二烃溶剂可包含液化石油气(liquefied petroleum gas, LPG)。术语“液化石油气”在这里用于泛指被压缩形成液体的任何烃气体[在环 境温度和压力(即25°C和latm)下为气体的烃]。因此，术语LPG涵盖任何广泛可用的 商业LPG制剂以及液化石油气的任何其它混合物。在一个实施方式中，所述LPG的沸点(除非另外指明，所有沸点均在大气压下给出)为约-80°C 10°C。在一个优选实施方式中，第二烃溶剂包含包括丙烷的LPG。所述LPG包含至少 约丙烷，或者理想地，至少约丙烷。在一些实施方式中，所述LPG可 完全是丙烷，或者是丙烷与丙烯的混合物。第二烃溶剂可包含市售LPG。市售LPG是天然气和粗油的天然衍生物。市售 LPG主要是丙烷和丁烷(正丁烷和/或异丁烷)的混合物，含有小百分数的丙烯和/或丁 烯(四种异构体的任何一种或组合)。在一些实施方式中，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经常含有极少量的更轻的烃(如乙烷和 乙烯)和更重质的烃(诸如戊烷)。市售LPG的三个例子如下表1中所示。表1-市售LPG的例子
权利要求
1.一种获得浙青的方法，包括将浙青砂与第一烃溶剂混合以形成第一混合物；和 将所述第一混合物与液态LPG混合以形成第二混合物。
2.如权利要求1所述的方法，包括将所述第一混合物分离为富浙青组分和贫浙青组 分，其中将所述第一混合物与液态LPG混合包括将所述贫浙青组分与液态LPG混合以形 成第二混合物。
3.如权利要求2所述的方法，其中将所述第一混合物分离为富浙青组分和贫浙青组分 包括过滤所述第一混合物。
4.如权利要求3所述的方法，其中所述第一混合物在真空下或在压力下过滤。
5.如权利要求1所述的方法，包括将所述第二混合物分离为第二富浙青组分和尾料组分。
6.如权利要求1所述的方法，包括对所述尾料组分进行筛选以从所述尾料组分分离额 外的浙青，并且将所述额外的浙青加入所述第一混合物。
7.如权利要求1所述的方法，包括将气体吹送通过所述第一混合物以从该第一混合物 分离所述第一溶剂。
8.如权利要求1所述的方法，其中所述第一混合物与液态LPG混合物在高于约1.1大 气压的压力下混合。
9.如权利要求1所述的方法，其中所述第一烃溶剂是轻芳烃溶剂。
10.如权利要求8所述的方法，其中所述轻芳烃溶剂包括甲苯、二甲苯、生物柴油、 轻质油和/或石脑油。
11.如权利要求1所述的方法，其中所述第一烃溶剂的沸点温度为约50°C 375°C。
12.如权利要求1所述的方法，其中所述液态LPG包括丙烷和/或丁烷。
13.如权利要求1所述的方法，其中所述液态LPG的沸点温度为约-80°C 10°C。
14.如权利要求1所述的方法，其中所述浙青砂包括约3wt% 浙青。
15.如权利要求1所述的方法，其中从所述浙青砂提取至少约浙青。
16.—种方法，包括从浙青砂分离浙青以形成贫浙青组分；和 将所述贫浙青组分与液态LPG混合。
17.如权利要求16所述的方法，其中从浙青砂分离浙青包括将所述浙青砂与第一烃溶 剂混合。
18.如权利要求17所述的方法，包括将所述贫浙青组分与气态LPG混合以便在将所 述贫浙青组分与液态LPG混合之前将所述第一烃溶剂与所述贫浙青组分分离。
19.如权利要求16所述的方法，包括将所述液态LPG蒸发以将所述液态LPG与所述 贫浙青组分分离。
20.—种方法，包括将浙青与浙青砂分离以形成贫浙青组分；将所述贫浙青组分与液态丙烷和/或液态丁烷混合以将烃与所述贫浙青组分分离。
21.如权利要求20所述的方法，其中将浙青与浙青砂分离包括将所述浙青砂与第一烃 溶剂混合。
22.如权利要求21所述的方法，包括将所述贫浙青组分与气态丙烷和/或气态丁烷混 合以在将所述贫浙青组分与所述液态丙烷和/或液态丁烷混合之前将所述第一烃溶剂与 所述贫浙青组分分离。
23.—种方法，包括 将浙青与浙青砂分离；和将所述浙青砂与烃溶剂于高压下混合以保持该烃溶剂为液态形式。
24.如权利要求23所述的方法，其中所述烃溶剂包括丙烷和/或丁烷。
25.如权利要求23所述的方法，其中所述烃溶剂包括LPG。
26.如权利要求23所述的方法，其中所述浙青砂和所述烃溶剂形成混合物，所述方法 包括将所述混合物分离为富浙青组分和贫浙青组分。
全文摘要
本发明公开了从沥青砂获得沥青的多种方法和系统。所公开的方法和/或系统能用于经济地实现由沥青砂的高度沥青回收。该方法可包括从沥青砂分离大部分沥青并得到富沥青组分和贫沥青组分的初步浸出或提取步骤。所述富沥青组分主要包括溶剂和沥青。所述贫沥青组分主要包括水和矿物固体，以及一些残余的沥青和溶剂。贫沥青组分可与液化石油气(例如，丙烷和/或丁烷)混合以进一步分离残余的溶剂和沥青。所公开的系统可包括构造为在工艺的不同阶段分离不同组分的分离器。
文档编号C10G1/04GK102015966SQ200980116046
公开日2011年4月13日 申请日期2009年2月27日 优先权日2008年3月3日
发明者威廉·杜伊维斯泰因 申请人:马拉松石油加拿大公司