[发明专利]处理油砂的方法和实施这种方法的装置

说明书

技术领域

本发明的领域是油砂处理。本发明尤其涉及利用首先为固体形式然后为液体形式的二氧化碳处理油砂的方法。

本发明还涉及用于实施这种方法的装置。

背景技术

油砂(也称为“焦油砂”或“沥青砂”)是由降解为沥青和无机物的重油混合物组成的碳氢化合物储量。通常，油砂的沥青含量为5％-20％(重量)。无机物基本上由砂组成，但它也可以包含其他的无机化合物，例如粘土和水。为了增加油砂中所包含的沥青，必须将它与无机相分离。

用于开拓这些储量的常规方法是在露天矿中提取：采掘油砂，然后通过洗涤将沥青与砂分离。这些洗涤操作耗费大量的水，尽管大量使用水循环，这些操作具有相当大的生态影响，因为用过的水被排放和容纳于尾矿池中，所述尾矿池旨在在将水排放入环境之前纯化水。使用添加有苏打和添加剂的大量热水。这些常规方法造成主要的环境问题。例如，在加拿大艾伯塔目前将大规模泻湖与来自沥青提取装置的废水一起使用。倒入覆盖若干平方公里的巨大人工池的这些废水实质上是在非政府组织产生争议后针对加拿大的第一环保指令的主题(于2009年2月3日由EnergyResourcesConservationBoardofAlberta批准的指令074)。因此，水资源、废水的大规模泻湖和生物多样化普遍退化的问题对通过露天采矿的常规方法开采油砂提出质疑。

几乎不使用水或不使用水的可选技术是已知的。

作为伦敦安大略的UWO大学研究人员的较早研究的主题的第一种可选技术是低温提取油砂。所使用的技术基于已知的物理原理：矿石的沥青级分在低于沥青的玻璃转变温度Tg的温度下变得脆性。沥青的玻璃转变温度为-15℃到-40℃，且通常规定为约-20℃。暴露于其玻璃转变温度或更低的温度，油砂的沥青级分分解成细颗粒，然后将其回收。这种方法通常称为低温回收(或富集)。低温提取可以与机械研磨步骤结合。然后该方法通常称为通过低温研磨富集。

低温研磨的一种具体技术由Welmers等人描述于著作CryogenicrecoveryoftarfromAthabascatarsands,A.Welmers,M.A.Bergougnou,G.J.Baker,CanadianJournalofChemicalEngineering,Vol.56,99-102页,1978中。该技术将在球磨机中研磨冷冻油砂和通过流化床产生磨损(或淘析)结合，其中球刮擦流化栅格的表面，且将油砂连续引入流化床并通过冷却的气态氮流化。通过用液体双氮热交换气态氮获得冷却。由Welmers等人开发的技术的主要缺点是，尽管沥青回收率为约90％，提取结果的性能是有限制的。事实上，根据Welmers等人，从包含14％沥青和86％无机物的100吨干油砂中，该技术仅提供21吨仍包含40％矿物质和60％沥青的富集产物。因此，尽管富含沥青，提取的最终产物包含仍然太高比例的无机物以至于该技术不能成为通过洗涤提取的令人满意的可选方案。

还基于结合低温处理和机械处理，已经提出低温研磨的其他方法。

因此，专利申请WO2011/097735描述了一种低温研磨方法，包括以下顺序的单元操作：

-通过聚集油砂制备小球；

-例如利用冷气冷却塔将小球冷却并保持在低温，以防止其任何聚集；

-将小球冷却至低于沥青的玻璃转变温度的温度并在该温度研磨小球；

-在分离器中分离沥青。

在该方法中，研磨可以干燥进行或在液体介质中进行，尤其在液体乙二醇的存在下进行。

该方法的实际效益是受限的，因为它由首先聚集油砂、然后研磨所得的聚集体组成，这构成具有相反目的的两个单元操作，两者在能量和设备方面均是昂贵的。

通过冷冻研磨的另一种富集方法也描述于加拿大专利申请CA2738011中。该方法也旨在通过在低温下粉碎油砂的沥青级分来促进沥青和无机物之间的分离。全部在低温下进行的现有技术众所周知的一系列单元操作也用于该方法中。后者以两个研磨步骤开始，其以常规的筛分、生成两股粒径不同的颗粒流结束：细颗粒流和粗颗粒流。然后将粗颗粒流进行额外的研磨，其产生的额外量的细颗粒被添加至细颗粒的初始主流中。由于后者仍然具有大量的无机物，使用之字形冲击器和诱导涡流分离器将直径通常低于5或10μm的该颗粒流进行两次粉末工艺中常用的机械分离操作，所使用的装置最后用静电除尘器补充。