專利名稱：從瀝青砂分離瀝青的系統(tǒng)和方法
從瀝青砂分離瀝青的系統(tǒng)和方法相關(guān)專利申請(qǐng)的交叉引用本專利申請(qǐng)是題為“Method for Obtaining Bitumen from Tar Sands ” (從浙青砂獲
得浙青的方法)的未決美國(guó)專利申請(qǐng)第11/249,234號(hào)的部分繼續(xù)申請(qǐng)，該美國(guó)專利申請(qǐng) 于2005年10月12日提交，公開為美國(guó)專利申請(qǐng)公開第2006/0076274號(hào)，該申請(qǐng)要求了 于2004年10月13日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)第60/617,739號(hào)的優(yōu)先權(quán)，上述兩篇專利申請(qǐng) 均通過(guò)引用整體并入本文。如有抵觸，本文所明確闡述或顯示的主題制約通過(guò)引用并入 的任何主題。本文中通過(guò)引用并入的任何主題中包含的術(shù)語(yǔ)(明確或暗示的)的所有定 義在這里均被放棄。
背景技術(shù)：
浙青砂(tar sands)也稱為油砂或含浙青砂，其是含有浙青(一種極重型粗油) 的地質(zhì)構(gòu)造的通用名稱。浙青砂可具有多種組成，但一般除浙青外還包含水和礦物固 體。所述礦物固體可包括無(wú)機(jī)固體如煤、砂和粘土。浙青砂沉積物可在世界的許多部 位發(fā)現(xiàn)，包括北美。最大的浙青砂沉積之一是在加拿大艾伯塔省的Athabasca地區(qū)。在 Athabasca地區(qū)，浙青砂構(gòu)造可在表層發(fā)現(xiàn)，盡管其可能埋藏在表面覆層以下深達(dá)兩千英 尺。據(jù)估算，Athabasca浙青砂沉積含有相當(dāng)于約1.7到2.3萬(wàn)億桶的石油。全球的浙青 砂沉積已被估算為含有至多4萬(wàn)億桶石油。作為比較，已證實(shí)的世界石油儲(chǔ)量據(jù)估算為 約1.3萬(wàn)億桶。浙青砂的浙青含量在約5wt% 21wt%之間變化，一般含量為約12wt%。浙青 砂還包含約lwt% 10wt%的水。其余為礦物質(zhì)，例如煤、砂和粘土。浙青最適合被描 述為厚重、粘稠型的粗油，其如此厚重和粘稠以至于除非將其加熱或用較輕的烴稀釋否 則無(wú)法流動(dòng)。在室溫時(shí)，浙青的流動(dòng)性非常象冷的磨拉石(coldmolasses).從浙青砂提取可用油通常從將浙青與礦物固體分離開始。一種常規(guī)方法包括將 礦石與熱水混合以形成富含浙青的泡沫。將所述泡沫分離并進(jìn)一步處理以分離浙青產(chǎn) 品。常規(guī)的水基提取技術(shù)能夠?qū)⒄闱嗯c高品位礦石(higher grade ore)分離，但不能經(jīng)濟(jì) 地將浙青與低品位礦石(Iowergradeore)分離。不幸的是，這意味著大量的浙青砂礦石不 能進(jìn)行加工以回收其它有價(jià)值的浙青。常規(guī)水基提取技術(shù)的另一項(xiàng)問(wèn)題是浙青的低總回收率。不幸的是，常規(guī)提取工 藝將礦石中的大量浙青與尾料(tailings) —起排出。這不僅因回收率較低而降低了提取工 藝的效率，而且還代表了必須被解決的潛在的環(huán)境問(wèn)題。殘余浙青不是與常規(guī)工藝尾料有關(guān)的唯一問(wèn)題。尾料的量和物理特性也代表顯 著的問(wèn)題。例如，常規(guī)工藝尾料通常包括兩種組分(a)含有約15wt%水的濕尾料(通常 稱為“粗砂”)，和(b)含有70對(duì)％水的粘土 /砂混合物物流(通常稱為“細(xì)尾料(find tailings)")。在某些情況中，尾料的總量可能超過(guò)開采出來(lái)的礦石的量，這表示尾料不 能被回填到開采區(qū)。一些尾料必須被排放到其它地方。這產(chǎn)生了與尾料處置相關(guān)的大量 環(huán)境問(wèn)題。另外，尾料的相對(duì)高的含水量可能要求將該尾料存儲(chǔ)在池塘(pond)中而不是堆積或堆碼起來(lái)，從而進(jìn)一步增加了與尾料處置有關(guān)的問(wèn)題。常規(guī)工藝產(chǎn)生的細(xì)尾料特別難以處理。細(xì)尾料通常由粘土、砂、水和殘余浙青 構(gòu)成。由于粘土中夾帶的水，細(xì)尾料會(huì)具有不確定地維持的泥漿樣稠度。諸如細(xì)尾料等 的副產(chǎn)品可被保存在池塘中，但這些池塘的建筑和維修成本高昂，并且可能會(huì)對(duì)當(dāng)?shù)丨h(huán) 境(包括當(dāng)?shù)毓┧?造成損害。從浙青砂獲得浙青的許多常規(guī)方法也具有嚴(yán)重的技術(shù)限制。例如，許多常規(guī)方 法使用水，這會(huì)導(dǎo)致浙青砂中的粘土膨脹并妨礙加工設(shè)備。另外，一些常規(guī)方法導(dǎo)致可 溶性浙青烯的不合需要的沉淀。常規(guī)方法的一個(gè)例子在美國(guó)專利4,046,668 (‘ 668專利)中描述。‘668專利公 開了用每分子具有5 9個(gè)碳原子的輕溶劑(Iightnaphtha)與甲醇的混合物從浙青砂提取 烴類?！?68專利中披露的方法是部分受限的，因?yàn)槠湫枰獌煞N溶劑的同時(shí)使用，這增 加了加工成本。美國(guó)專利4,347,118(' 118專利)公開了一種方法，其中戊烷被用于從浙青砂提 取浙青?！?18專利中公開的方法需要使用兩個(gè)流化床干燥區(qū)。這些流化床干燥區(qū)的 操作需要大量能量，限制了整體方法的效率。而且，戊烷溶劑不能溶解浙青的浙青烯部 分，其不能溶于戊烷。因此，浙青的該部分與尾料一起被排出。對(duì)于Athabasca型浙青 來(lái)說(shuō)，該部分的量可達(dá)浙青砂的總初始烴含量的20wt% 40wt%。美國(guó)專利第5,143,598 (‘ 598專利)披露了一種方法，其包括向浙青砂加入庚烷 以形成富浙青(bitumen-rich)庚烷相，然后用水置換(displacing)該富浙青庚烷相。該方 法利用了蒸汽蒸發(fā)和冷凝，這是低效率的方法。同樣，在該方法中使用非芳族溶劑庚烷 能導(dǎo)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，使用水不僅會(huì)產(chǎn)生大 量的水相廢物，還會(huì)產(chǎn)生非常難破壞的油-水乳液。水的使用還能向浙青中引入不合需 要的雜質(zhì)(例如氯)，并且能導(dǎo)致浙青砂中粘土的不合需要的膨脹。而且，通過(guò)該方法回 收的浙青通常具有低純度，并且需要額外的處理，例如通過(guò)離心。這進(jìn)一步增加了整個(gè) 回收工藝的成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開了從諸如浙青砂的含浙青物質(zhì)獲得浙青的方法和系統(tǒng)的實(shí)施方式。 所公開的方法和系統(tǒng)可包括多個(gè)溶劑提取或浸出(leaching)步驟以從浙青砂分離浙青。所述方法可包括將浙青砂經(jīng)歷第一溶劑提取或浸出步驟，在該步驟中將浙青砂 礦石與第一烴溶劑混合以形成第一混合物。所述第一混合物被分離為第一富浙青組分和 第一貧浙青(bitumen-depleted)組分。所述第一富浙青組分主要包括溶劑和可溶性浙青部 分(fraction)。所述第一貧浙青組分主要包括水、礦物固體和不容性浙青部分。在第二 提取步驟中，所述第一貧浙青組分與第二烴溶劑混合以形成第二混合物。所述第二烴溶 劑用于從第一貧浙青組分分離額外的烴(例如，殘余量的第一烴溶劑和額外的浙青)。所 述第二混合物可被分離以生產(chǎn)具有低烴含量的尾料(tailing)。所述尾料可進(jìn)行進(jìn)一步加 工或可被處置(dispose)。另外可選地，第二烴溶劑可用于替代第一烴溶劑以形成第一混合物。所述第一 混合物可被分離且第一貧浙青組分可再次與同樣的烴溶劑混合。在另一個(gè)實(shí)施方式中，所述第一混合物可與第一烴溶劑和第二混合物的組合相混合。得到的混合物可被分離為 富浙青組分和貧浙青組分。所述富浙青組分可與另一種烴溶劑混合并被分離以產(chǎn)生具有 低烴含量的尾料。所公開的方法的實(shí)施方式也可包括通過(guò)管道輸送浙青砂和第一烴溶劑或者將浙 青砂和第一烴溶劑在管道中混合。在某些實(shí)施方式中，浙青砂和第一烴溶劑可通過(guò)任何合適的方式混合在一起。 例如，在一個(gè)實(shí)施方式中，浙青砂和第一烴溶劑可在容器中混合。充分混合可簡(jiǎn)單地通 過(guò)將浙青砂和第一烴溶劑引入容器中來(lái)進(jìn)行——例如，可將第一烴溶劑以高速引入從而 有效地?cái)噭?dòng)容器的內(nèi)容物。在其它實(shí)施方式中，可提供有源混合設(shè)備以混合容器的內(nèi)容物。在另外的實(shí)施 方式中，浙青砂可與第一烴溶劑在逆流過(guò)程中混合。在仍然另外的實(shí)施方式中，浙青砂 和第一烴溶劑可在管道中混合。第二烴溶劑可與第一貧浙青組分以相同方式中的任一種 混合ο所述第一混合物可使用任何合適的方法分離為第一富浙青組分和第一貧浙青組 分。所述第一混合物可通過(guò)過(guò)濾操作、重力分離操作等分離。在一個(gè)實(shí)施方式中，液體 和固體最初可使用沉降操作來(lái)分離。在另一個(gè)實(shí)施方式中，所述第一混合物可使用真空 過(guò)濾或壓力過(guò)濾來(lái)分離。所述第一貧浙青組分從容器底部去除。用于分離液體和固體的 容器可以是用于混合浙青砂和第一烴溶劑的同一容器，或者其可以是特別指定用于分離 多種組分的單獨(dú)的分離容器。在某些實(shí)施方式中，第一貧浙青組分與第二烴溶劑在足以使所述第二烴溶劑保 持液體形式的高壓下混合。當(dāng)所述第二烴溶劑在大氣壓下的沸點(diǎn)低于處理溫度時(shí)這可能 是理想的。合適的壓力可在約1.1個(gè)大氣壓到10個(gè)大氣壓的范圍內(nèi)。在其它實(shí)施方式 中，所述壓力可為約IlOkPa到2000kPa。所述方法可根據(jù)情況作為連續(xù)式、分批式或半分批式方法操作。連續(xù)式方法可 用于該方法的大規(guī)模執(zhí)行，而分批式可用于較小規(guī)模的執(zhí)行。應(yīng)理解，無(wú)論方法規(guī)模如 何，可使用任何合適的方法配置。第一烴溶劑可以是任何合適的溶劑，諸如輕芳烴溶劑。示例性的溶劑可包括甲 苯、二甲苯、煤油、柴油(包括生物柴油)、粗柴油、輕質(zhì)油(light distillate)、市售芳烴 溶劑(諸如Solvesso 100，150和200)和/或石腦油。所述第一烴溶劑還可包含諸如苯和 /或芳香醇的化合物。在一些實(shí)施方式中，所述第一烴溶劑的沸點(diǎn)為約75°C到375°C。第二烴溶劑可包含能夠進(jìn)一步將第一烴溶劑和/或額外的浙青與無(wú)機(jī)固體和水 分離的任何合適的物質(zhì)或物質(zhì)組合。在一個(gè)實(shí)施方式中，所述第二烴溶劑可包含一種或 多種具有3 9個(gè)碳原子的脂族化合物。在另一個(gè)實(shí)施方式中，所述第二烴溶劑可為具 有3 9個(gè)碳的環(huán)烷烴或異鏈烷烴或其組合。在又一個(gè)實(shí)施方式中，所述第二烴溶劑可 包括這些烴中任何的混合物。在另一個(gè)實(shí)施方式中，所述第二烴溶劑可包含液化石油氣(liquefied petroleum gas, LPG)。術(shù)語(yǔ)“液化石油氣”在這里用于泛指被壓縮形成液體的任何烴氣體[在環(huán) 境溫度和壓力(即25°C和latm)下為氣體的烴]。因此，術(shù)語(yǔ)LPG涵蓋任何廣泛可用的 商業(yè)LPG制劑以及液化石油氣的任何其它混合物。在一個(gè)實(shí)施方式中，所述LPG的沸點(diǎn)(除非另外指明，所有沸點(diǎn)均在大氣壓下給出)為約-80°C 10°C。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，第二烴溶劑包含包括丙烷的LPG。所述LPG包含至少 約丙烷，或者理想地，至少約丙烷。在一些實(shí)施方式中，所述LPG可 完全是丙烷，或者是丙烷與丙烯的混合物。第二烴溶劑可包含市售LPG。市售LPG是天然氣和粗油的天然衍生物。市售 LPG主要是丙烷和丁烷(正丁烷和/或異丁烷)的混合物，含有小百分?jǐn)?shù)的丙烯和/或丁 烯(四種異構(gòu)體的任何一種或組合)。在一些實(shí)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經(jīng)常含有極少量的更輕的烴(如乙烷和 乙烯)和更重質(zhì)的烴(諸如戊烷)。市售LPG的三個(gè)例子如下表1中所示。表1-市售LPG的例子
權(quán)利要求
1.一種獲得浙青的方法，包括將浙青砂與第一烴溶劑混合以形成第一混合物；和 將所述第一混合物與液態(tài)LPG混合以形成第二混合物。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，包括將所述第一混合物分離為富浙青組分和貧浙青組 分，其中將所述第一混合物與液態(tài)LPG混合包括將所述貧浙青組分與液態(tài)LPG混合以形 成第二混合物。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中將所述第一混合物分離為富浙青組分和貧浙青組分 包括過(guò)濾所述第一混合物。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中所述第一混合物在真空下或在壓力下過(guò)濾。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，包括將所述第二混合物分離為第二富浙青組分和尾料組分。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，包括對(duì)所述尾料組分進(jìn)行篩選以從所述尾料組分分離額 外的浙青，并且將所述額外的浙青加入所述第一混合物。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，包括將氣體吹送通過(guò)所述第一混合物以從該第一混合物 分離所述第一溶劑。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一混合物與液態(tài)LPG混合物在高于約1.1大 氣壓的壓力下混合。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一烴溶劑是輕芳烴溶劑。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述輕芳烴溶劑包括甲苯、二甲苯、生物柴油、 輕質(zhì)油和/或石腦油。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一烴溶劑的沸點(diǎn)溫度為約50°C 375°C。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述液態(tài)LPG包括丙烷和/或丁烷。
13.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述液態(tài)LPG的沸點(diǎn)溫度為約-80°C 10°C。
14.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述浙青砂包括約3wt% 浙青。
15.如權(quán)利要求1所述的方法，其中從所述浙青砂提取至少約浙青。
16.—種方法，包括從浙青砂分離浙青以形成貧浙青組分；和 將所述貧浙青組分與液態(tài)LPG混合。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中從浙青砂分離浙青包括將所述浙青砂與第一烴溶 劑混合。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，包括將所述貧浙青組分與氣態(tài)LPG混合以便在將所 述貧浙青組分與液態(tài)LPG混合之前將所述第一烴溶劑與所述貧浙青組分分離。
19.如權(quán)利要求16所述的方法，包括將所述液態(tài)LPG蒸發(fā)以將所述液態(tài)LPG與所述 貧浙青組分分離。
20.—種方法，包括將浙青與浙青砂分離以形成貧浙青組分；將所述貧浙青組分與液態(tài)丙烷和/或液態(tài)丁烷混合以將烴與所述貧浙青組分分離。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，其中將浙青與浙青砂分離包括將所述浙青砂與第一烴 溶劑混合。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，包括將所述貧浙青組分與氣態(tài)丙烷和/或氣態(tài)丁烷混 合以在將所述貧浙青組分與所述液態(tài)丙烷和/或液態(tài)丁烷混合之前將所述第一烴溶劑與 所述貧浙青組分分離。
23.—種方法，包括 將浙青與浙青砂分離；和將所述浙青砂與烴溶劑于高壓下混合以保持該烴溶劑為液態(tài)形式。
24.如權(quán)利要求23所述的方法，其中所述烴溶劑包括丙烷和/或丁烷。
25.如權(quán)利要求23所述的方法，其中所述烴溶劑包括LPG。
26.如權(quán)利要求23所述的方法，其中所述浙青砂和所述烴溶劑形成混合物，所述方法 包括將所述混合物分離為富浙青組分和貧浙青組分。
全文摘要
本發(fā)明公開了從瀝青砂獲得瀝青的多種方法和系統(tǒng)。所公開的方法和/或系統(tǒng)能用于經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)由瀝青砂的高度瀝青回收。該方法可包括從瀝青砂分離大部分瀝青并得到富瀝青組分和貧瀝青組分的初步浸出或提取步驟。所述富瀝青組分主要包括溶劑和瀝青。所述貧瀝青組分主要包括水和礦物固體，以及一些殘余的瀝青和溶劑。貧瀝青組分可與液化石油氣(例如，丙烷和/或丁烷)混合以進(jìn)一步分離殘余的溶劑和瀝青。所公開的系統(tǒng)可包括構(gòu)造為在工藝的不同階段分離不同組分的分離器。
文檔編號(hào)C10G1/04GK102015966SQ200980116046
公開日2011年4月13日 申請(qǐng)日期2009年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月3日
發(fā)明者威廉·杜伊維斯泰因 申請(qǐng)人:馬拉松石油加拿大公司