专利名称：一种超临界流体萃取页岩油的装置及利用该装置萃取页岩油的方法
技术领域：
本发明涉及一种萃取页岩油的装置及利用该装置萃取页岩油的方法。
背景技术：
目前，测试油页岩含油率通常使用铝甄分析方法，既在隔绝空气的条件下，将油页岩样品置于铝甄中，以规定的升温速度加热至520°C，并保持一定的时间。而工业上则主要采用气体热载体干馏技术，油质的提取率约为铝甄分析的65% 85%。然而，铝甄分析的方法并不能够彻底的从油页岩中提取出全部的油质成分，提取后的油页岩中仍然会有较多的油质残余，而普通的干馏方法耗时长，能量消耗大，提取效率更差，会造成资源的浪费和二次污染。已有的超临界萃取油页岩的方法，使用超临界甲苯作为介质，萃取压力约为lOMPa，油质的提取率大幅优于铝甄分析，但由于使用了致癌且昂贵的有机溶剂，因此应用受到了限制。
发明内容
本发明是要解决现有页岩油提取方法存在油质残余较多，能耗大，成本高，易于造成二次污染的问题，提供一种超临界流体萃取页岩油的装置及利用该装置萃取页岩油的方法。
本发明超临界流体萃取页岩油的装置包括控压釜加热套、控压釜、双椎环、控压釜上盖、第一螺栓、加热套上盖、注射泵接口、控压釜压力表、第一管道、第一阀门、加热套盖、分离管加热套、分离管盖、第二螺栓、滑块、分离管、套管、分离管压力表、第二阀门、第二管道、冷凝釜、冷凝器、节流喷口和冷凝管，控压釜外部设有控压釜加热套，控压釜上部通过第一螺栓固定连接有控压釜上盖，控压釜和控压釜上盖之间设有双椎环，控压釜加热套上部设有加热套上盖，注射泵接口与控压釜连通，控压釜上设有控压釜压力表，第一管道上设有第一阀门，控压釜通过第一管道与分离管连通，分离管内部设有套管，套管内部设有滑块，分离管开口处通过第二螺栓固定连接有分离管盖，分离管外部设有分离管加热套，分离管加热套开口处设有加热套盖，第二管道上设有第二阀门和分离管压力表，分离管通过第二管道与冷凝釜连通，冷凝釜下部外侧设有冷凝器，冷凝釜侧边开有节流喷口，节流喷口外部设置冷凝管。利用上述装置萃取页岩油的方法，按以下步骤进行:—、将50 200g油页岩样品切成粒径为2 4mm,放置在分离管中；二、关闭第一阀门和第二阀门，用注射泵通过控压釜上的注射泵接口在控压釜中加入二氧化碳液体，升高控压釜温度至控压釜的压力为12 15MPa，然后将第一阀门打开，使控压爸和分离管中压力在12 15MPa维持30min 60min ；三、关闭第一阀门，加热分离管至分离管中压力为30 35MPa,维持5 15min,然后打开第二阀门，进行卸压，卸压结束后，再将第一阀门打开，调节整个装置中压力为12 15MPa，持续30 60min，然后调节整个装置中压力至16 24MPa，同时降低分离管的温度至 300 350°C，持续 O 300min ；四、继续加热分离管和控压釜，待排空装置中的二氧化碳后，关闭第一阀门和第二阀门，分解实验装置，回收冷凝釜和冷凝管中的油质，并取出分离管中油页岩残渣，即完成页岩油的萃取。本发明超临界流体萃取页岩油的装置的工作原理和过程为:将油页岩样品放置在分离管中，关闭第一阀门和第二阀门，用注射泵通过控压釜上的注射泵接口在控压釜中加入二氧化碳液体，升高控压釜的温度，使液态的二氧化碳转化为超临界流体，并且达到较高的压力。然后打开第一阀门，保持控压釜的温度高于分离管的温度，此时超临界二氧化碳向分离管富集，并且溶胀油页岩中的油质。然后关闭第一阀门，加热分离管，当分离管内的超临界二氧化碳达到较高的压力 时(30 35MPa)，维持一段时间(大约5 15min)。调节冷凝釜的节流喷口至最大口径，然后再打开第二阀门，进行快速的卸压过程。在冷凝釜和节流喷口处可以收集到页岩油产物，由于分子量不同的分子在喷口处的隙流速度不同，冷凝釜中收集到的是重油，冷凝喷口处收集到的是气态小分子产物和轻质油。继续加热分离管和控压釜，待排空装置中的二氧化碳后，关闭两个阀门，分解实验装置，回收冷凝釜和冷凝管中的油质，并取出分离管中油页岩残渣。本发明的有益效果:本发明将超临界流体萃取技术应用于页岩油的提取，可以有效地利用超临界流体易于渗透和传质的特点，使其充分的渗透到油页岩的内部。由于超临界流体能够与气体，包括页岩油的蒸汽，以任意比例混融，因此利用超临界流体萃取油页岩中的油质时能够降低分离过程中的能量消耗，提高分离的效率。同时，超临界流体独特的表面张力性质可以保证萃取的过程不受油页岩微细结构中毛细管力的影响，这使得油页岩微小空隙中的油质也能够通过超临界流体的传质作用而被提取出来。本发明使用超临界萃取的方法能够最大幅度的减少油页岩废渣中残留的有机质，同时也便于油页岩废渣的回收再利用。本发明使用无毒且价格低廉的超临界二氧化碳作为萃取介质，以升高萃取压力和加入少量共溶剂(四氢萘)的方法来提高超临界二氧化碳对油质的溶解能力，用于实验室分析和小规模的工业生产耗能较低，提取的效率高，可以近乎完全的利用油母，因而具有广阔的应用前景。
图1为本发明超临界流体萃取页岩油的装置的结构示意图。
具体实施例方式本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式
，还包括各具体实施方式
间的任意组合。
具体实施方式
一:本实施方式结合图1说明本实施方式，本实施方式超临界流体萃取页岩油的装置包括控压釜加热套1、控压釜2、双椎环3、控压釜上盖4、第一螺栓5、加热套上盖6、注射泵接口 7、控压釜压力表8、第一管道9、第一阀门10、加热套盖11、分离管加热套12、分离管盖13、第二螺栓14、滑块15、分离管16、套管17、分离管压力表18、第二阀门19、第二管道20、冷凝釜21、冷凝器22、节流喷口 23和冷凝管24，控压釜2外部设有控压釜加热套I，控压釜2上部通过第一螺栓5固定连接有控压釜上盖4，控压釜2和控压釜上盖4之间设有双椎环3，控压釜加热套I上部设有加热套上盖6，注射泵接口 7与控压釜2连通，控压釜2上设有控压釜压力表8，第一管道9上设有第一阀门10，控压釜2通过第一管道9与分离管16连通，分离管16内部设有套管17，套管17内部设有滑块15，分离管16开口处通过第二螺栓14固定连接有分离管盖13，分离管16外部设有分离管加热套12，分离管加热套12开口处设有加热套盖11，第二管道20上设有第二阀门19和分离管压力表18，分离管16通过第二管道20与冷凝釜21连通，冷凝釜21下部外侧设有冷凝器22，冷凝釜21侧边开有节流喷口 23，节流喷口 23外部设置冷凝管24。
具体实施方式
二:本实施方式与具体实施方式
一不同的是:第一阀门10的公称通径低于第二阀门19,第一管道9的公称通径低于第二管道20。其它与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
三:本实施方式与具体实施方式
一或二不同的是:冷凝釜21的容积为分离管16有效容积的10 15倍。其它与具体实施方式
一或二相同。本实施方式所述分离管有效容积是指分离管中装入套管后还剩下的有效容积。
具体实施方式
四:利用具体实施方式
一所述的超临界流体萃取页岩油的装置萃取页岩油的方法，按以下步骤进行:一、将50 200g油页岩样品切成粒径为2 4mm，放置在分离管16中；二、关闭第一阀门10和第二阀门19，用注射泵通过控压釜2上的注射泵接口 7在控压釜2中加入二氧化碳液体，升高控压釜2温度至控压釜2的压力为12 15MPa，然后将第一阀门10打开，使控压釜2和分离管16中压力在12 15MPa维持30min 60min ；
三、关闭第一阀门10,加热分离管16至分离管16中压力为30 35MPa,维持5 15min，然后打开第二阀门19，进行卸压，卸压结束后，再将第一阀门10打开，调节整个装置中压力为12 15MPa，持续30 60min，然后调节整个装置中压力至16 24MPa，同时降低分离管16的温度至300 350°C，持续O 300min ；四、继续加热分离管16和控压釜2，待排空装置中的二氧化碳后，关闭第一阀门10和第二阀门19，分解实验装置，回收冷凝釜21和冷凝管24中的油质，并取出分离管16中油页岩残渣，即完成页岩油的萃取。为验证本发明的萃取方法，分别使用铝甄分析和本发明的萃取方法考察四种不同的油页岩样品的出油率。(一号油页岩样品取自依舒盆地达连河，二号油页岩样品取自松辽盆地铁力及绥陵，三号油页岩样品取自柳树河子盆地林口县五林镇，四号油页岩样品取自宁安盆地牡丹江宁安地区。)铝甄分析的温度为520°C，升温时间约为50min，持温时间为20min。超临界二氧化碳萃取方法及条件如实施例1至实施例4。实施例1:本实施例利用超临界流体萃取页岩油的装置萃取页岩油的方法，按以下步骤进行:一、将IOOg油页岩样品切成粒径为3mm，放置在分离管16中；二、关闭第一阀门10和第二阀门19，用注射泵通过控压釜2上的注射泵接口 7在控压釜2中加入二氧化碳液体，升高控压釜2温度至控压釜2的压力为13MPa，然后将第一阀门10打开，使控压釜2和分离管16中压力在13MPa维持30min ；三、关闭第一阀门10，加热分离管16至分离管16中压力为30MPa，维持lOmin，然后打开第二阀门19，进行卸压，卸压结束后，再将第一阀门10打开，调节整个装置中压力为13MPa，持续 30min ；四、继续加热分离管16和控压釜2，待排空装置中的二氧化碳后，关闭第一阀门10和第二阀门19，分解实验装置，回收冷凝釜21和冷凝管24中的油质，并取出分离管16中油页岩残渣，即完成页岩油的萃取。实施例2:本实施例利用超临界流体萃取页岩油的装置萃取页岩油的方法，按以下步骤进行:一、将IOOg油页岩样品切成粒径为3mm，放置在分离管16中；二、关闭第一阀门10和第二阀门19，用注射泵通过控压釜2上的注射泵接口 7在控压釜2中加入二氧化碳液体，升高控压釜2温度至控压釜2的压力为13MPa，然后将第一阀门10打开，使控压釜2和分离管16中压力在13MPa维持30min ；三、关闭第一阀门10，加热分离管16至分离管16中压力为30MPa，维持lOmin，然后打开第二阀门19，进行卸压，卸压结束后，再将第一阀门10打开，调节整个装置中压力为13MPa，持续30min，然后调节整个装置中压力至16MPa，同时降低分离管16的温度至300°C，持续 180min ；四、继续加热分离管16和控压釜2，待排空装置中的二氧化碳后，关闭第一阀门10和第二阀门19，分解实验装置，回收冷凝釜21和冷凝管24中的油质，并取出分离管16中油页岩残渣，即完成页岩油的萃取。实施例3:本实施例利用超临界流体萃取页岩油的装置萃取页岩油的方法，按以下步骤进行:一、将IOOg油页岩样品切成粒径为3mm，放置在分离管16中；二、关闭第一阀门10和第二阀门19，用注射泵通过控压釜2上的注射泵接口 7在控压釜2中加入二氧化碳液体，升高控压釜2温度至控压釜2的压力为13MPa，然后将第一阀门10打开，使控压釜2和分离管16中压力在13MPa维持30min ；三、关闭第一阀门10，加热分离管16至分离管16中压力为30MPa，维持lOmin，然后打开第二阀门19，进行卸压，卸压结束后，再将第一阀门10打开，调节整个装置中压力为12MPa，持续 30min ；四、继续加热分离管16和控压釜2，待排空装置中的二氧化碳后，关闭第一阀门10和第二阀门19，分解实验装置，回收冷凝釜21和冷凝管24中的油质，并取出分离管16中油页岩残渣，即完成页岩油的萃取。实施例4:
本实施例利用超临界流体萃取页岩油的装置萃取页岩油的方法，按以下步骤进行:一、将IOOg油页岩样品切成粒径为3mm，放置在分离管16中；
二、关闭第一阀门10和第二阀门19，用注射泵通过控压釜2上的注射泵接口 7在控压釜2中加入二氧化碳液体，升高控压釜2温度至控压釜2的压力为13MPa，然后将第一阀门10打开，使控压釜2和分离管16中压力在13MPa维持30min ；三、关闭第一阀门10，加热分离管16至分离管16中压力为30MPa，维持lOmin，然后打开第二阀门19，进行卸压，卸压结束后，再将第一阀门10打开，调节整个装置中压力为12MPa，持续30min，然后调节整个装置中压力至18MPa，同时降低分离管16的温度至300°C，持续 180min ；四、继续加热分离管16和控压釜2，待排空装置中的二氧化碳后，关闭第一阀门10和第二阀门19，分解实验装置，回收冷凝釜21和冷凝管24中的油质，并取出分离管16中油页岩残渣，即完成页岩油的萃取。表I不同方法测得的油页岩样品的出油率
权利要求
1.一种超临界流体萃取页岩油的装置，其特征在于该装置包括控压釜加热套(I)、控压釜(2)、双椎环(3)、控压釜上盖(4)、第一螺栓(5)、加热套上盖￠)、注射泵接口(7)、控压爸压力表(8)、第一管道(9)、第一阀门(10)、加热套盖(11)、分离管加热套(12)、分离管盖(13)、第二螺栓(14)、滑块(15)、分离管(16)、套管(17)、分离管压力表(18)、第二阀门(19)、第二管道(20)、冷凝釜(21)、冷凝器(22)、节流喷口(23)和冷凝管(24)，控压釜(2)外部设有控压釜加热套(1)，控压釜(2)上部通过第一螺栓(5)固定连接有控压釜上盖(4)，控压釜(2)和控压釜上盖(4)之间设有双椎环(3)，控压釜加热套(I)上部设有加热套上盖出)，注射泵接口(7)与控压釜(2)连通，控压釜(2)上设有控压釜压力表(8)，第一管道(9)上设有第一阀门(10)，控压釜(2)通过第一管道(9)与分离管(16)连通，分离管(16)内部设有套管(17)，套管(17)内部设有滑块(15)，分离管(16)开口处通过第二螺栓(14)固定连接有分离管盖(13)，分离管(16)外部设有分离管加热套(12)，分离管加热套(12)开口处设有加热套盖(11)，第二管道(20)上设有第二阀门(19)和分离管压力表(18)，分离管(16)通过第二管道(20)与冷凝釜(21)连通，冷凝釜(21)下部外侧设有冷凝器(22)，冷凝釜(21)侧边开有节流喷口(23)，节流喷口(23)外部设置冷凝管(24)。
2.根据权利要求1所述的一种超临界流体萃取页岩油的装置，其特征在于第一阀门(10)的公称通径低于第二阀门(19)，第一管道(9)的公称通径低于第二管道(20)。
3.根据权利要求1或2所述的一种超临界流体萃取页岩油的装置，其特征在于冷凝釜(21)的容积为分离管(16)有效容积的10 15倍。
4.利用如权利要求1所述的一种超临界流体萃取页岩油的装置萃取页岩油的方法，其特征在于该方法按以下步骤进行: 一、将50 200 g油页岩样品切成粒径为2 4mm,放置在分离管(16)中； 二、关闭第一阀门(10)和第二阀门(19)，用注射泵通过控压釜(2)上的注射泵接口(7)在控压釜(2)中加入二氧化碳液体，升高控压釜(2)温度至控压釜(2)的压力为12 15MPa，然后将第一阀门(10)打开，使控压釜⑵和分离管(16)中压力在12 15MPa维持30min 60min ； 三、关闭第一阀门(10)，加热分离管(16)至分离管(16)中压力为30 35MPa，维持5 15min，然后打开第二阀门(19)，进行卸压，卸压结束后，再将第一阀门(10)打开，调节整个装置中压力为12 15MPa，持续30 60min，然后调节整个装置中压力至16 24MPa，同时降低分离管(16)的温度至300 350°C，持续O 300min ； 四、继续加热分离管(16)和控压釜(2)，待排空装置中的二氧化碳后，关闭第一阀门(10)和第二阀门(19)，分解实验装置，回收冷凝釜(21)和冷凝管(24)中的油质，并取出分离管(16)中油页岩残渣，即完成页岩油的萃取。
全文摘要
一种超临界流体萃取页岩油的装置及利用该装置萃取页岩油的方法，涉及萃取页岩油装置及萃取页岩油方法。本发明要解决现有方法的油质残余多，能耗大，成本高，易于造成二次污染的问题。装置包括控压釜加热套、控压釜、双椎环、控压釜上盖、第一螺栓、加热套上盖、注射泵接口、控压釜压力表、第一管道、第一阀门、加热套盖、分离管加热套、分离管盖、第二螺栓、滑块、分离管、套管、分离管压力表、第二阀门、第二管道、冷凝釜、冷凝器、节流喷口和冷凝管。方法将油页岩放在分离管中；关闭阀门，控压釜中加入二氧化碳液体，升压，打开第一阀门；然后关闭，加热分离管，打开第二阀门，卸压，打开第一阀门，调节压力；排空CO2，回收油质。本法用于萃取页岩油。
文档编号C10G1/04GK103074096SQ20131004084
公开日2013年5月1日 申请日期2013年2月1日 优先权日2013年2月1日
发明者周红霞, 邹彤雯, 郑建明, 刘佳宁 申请人:黑龙江省能源环境研究院