一种含水含砂非常规石油水热提质及分离提纯方法与流程

本发明属于能源化工领域，具体涉及一种含水含砂非常规石油水热提质及分离提纯方法。

背景技术：

随着轻质石油资源的日益匮乏，非常规石油（包括重质油、油砂沥青、煤制油、页岩油等）在世界能源结构中的地位越来越重要。通常，非常规石油资源伴有大量的水和砂，极大的增加了石油的开采难度和加工成本。例如，油砂（oilsands）是一种重要的非常规石油资源：加拿大油砂沥青在2017年为世界原油市场贡献原油2,650,000桶/天，由此可见，油砂沥青在世界能源中的重要地位。油砂由沥青油、水、粘土矿物和砂粒等组成，如何将水和矿物颗粒从油相中分离是油砂油加工利用领域的重要难题。目前，工业上比较成熟的油砂处理工艺是热碱水洗法，沥青泡沫（bitumenfroth）是该工艺过程中一种重要的中间产物（水含量为10~30wt%，固体含量为5~15wt%，沥青油含量为55~85wt%）。通过添加溶剂降低油相粘度进而产生相分离是目前从沥青泡沫中脱水脱砂所采用的主要方法，但该方法存在溶剂添加回收成本高、能耗高、尾矿难处理、环境污染严重等一系列问题。寻找高效、环保、经济的燃料油纯化分离方法是油砂油加工处理领域所面临的重要课题。

管道输送是油砂沥青油销售的主要渠道，目前，通过缓和提质降低沥青油粘度，从而在避免或者减少添加溶剂的情况下，实现沥青油的管道输送是油砂研究的一大热点。沥青油缓和提质的研究多以沥青泡沫经溶剂处理后得到的沥青油为原料，通过热处理、脱沥青质、加溶剂中的一种或几种组合的方法实现沥青油的降粘管输。本发明从含水含砂的中间沥青油产物出发，提出沥青油脱水脱砂与降粘提质相结合的思路，在分离提纯沥青油的同时提升其品质，以期简化处理流程、提高经济效益、降低环境污染。该方法普遍适用于含水含砂的非常规石油资源，对非常规石油的高效加工利用具有重要意义。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种针对含水含砂非常规石油的加工处理方法，能够将减粘提质与分离提纯有机的结合起来，进而简化非常规石油加工处理工艺流程，降低操作和加工成本，减少环境污染。

本发明实现目的的技术方案如下：

一种含水含砂非常规石油水热提质及分离提纯方法，步骤如下

（1）含水含砂的非常规石油进行温和水热处理，降低油相粘度并加快固体颗粒物从油相中分离；

（2）排出水热反应后产生的气体，脱除原料中的乳化水；

（3）上述脱水后所得残余油进行原位热过滤，脱除原料中的固体颗粒，收集产品油。

所述非常规石油为水洗油砂矿后所得沥青泡沫、无水萃取油砂矿后所得沥青油、重质油或煤制油。

进一步的，本发明所述温和热处理反应温度为290~400℃，优选反应温度为330~380℃。

所述热过滤中所用过滤介质的孔径为0.5~4.5微米，优选1~2微米。

本发明的有益效果为：利用含水含砂非常规石油中原生水分，在热作用下，催生亚临界水环境，从而提升石油组分减粘效果，有利于降低重油（沥青油）管输成本，提高经济效益。在热条件下，非常规石油中难以用常规方法脱除的乳化水分会气化分相，从而能够以气体的形式有效的分离乳化水。同时，所述水热反应会减弱固体颗粒与油相的相互作用，进而有利于固体颗粒的脱除。利用热改质油粘度低、流动性好的特点，在不添加任何溶剂的条件下，进行脱水残余油原位热过滤从而脱除固体颗粒物。以上方法将沥青提质和提纯进行了有机的结合，从而有效的简化了工艺流程，节约了设备和操作成本。本发明无需常规分离工艺中的溶剂添加和回收单元，降低了能源消耗和环境污染。本发明为非常规石油资源的高效洁净化利用提供了新途径。

附图说明

图1为含水含砂非常规石油水热提质及分离提纯方法示意图。

具体实施方式

采用本方法能够在获得洁净石油产品的同时提升油品品质，下面结合具体实施例对本方法做进一步说明。

一种含水含砂非常规石油水热提质及分离提纯方法，其具体工艺流程如下：

（1）该工艺包括水热处理单元、冷凝分相单元和高温过滤单元，其中所述水热处理单元以沥青泡沫为原料，经水热反应后产生的气体排入冷凝分相单元，剩余物进入高温过滤单元。

（2）水热处理单元为高温高压反应器。随着反应器温度的升高，含水含砂的非常规石油体相发生水热反应：一方面发挥破乳作用，使原料中难以脱除的乳化水得以相分离，以气体形式排出；另一方面，该反应使油分发生浅度裂化反应，使油相粘度降低。该水热反应也有利于固体颗粒从油相中分离。

（3）冷凝分相单元包括气相冷凝器和液相分离器两部分。经水热处理后，气相产物被排出并进入冷凝器，未冷凝成液体的气体被收集回收，冷却凝结得到的液体进入液相分离器，沉降分层后，收集上层轻油相或掺混入油产品，回收下层冷凝水。

（4）高温过滤单元为耐高温过滤器。排出所述水热处理单元的反应气相后，残余油直接进入高温过滤单元进行原位热过滤以脱除固体颗粒物，滤液为产品油。

下面，用以下实施例对本发明进行进一步说明，但不限于以下实施例。

实施例1

一种含水含砂非常规石油水热提质及分离提纯方法，步骤如下：

（1）向带搅拌高温高压反应釜中加入2.5kg沥青泡沫（含75wt%沥青油，19wt%水和6wt%固体颗粒），用氮气吹扫置换反应釜内空气三次以确保反应过程为惰性气体气氛。设定控温器温度为320℃，打开加热炉和搅拌器（350rpm），从室温升温至设定温度并保持30分钟，随后关闭加热炉。

（2）打开冷凝器制冷装置，然后打开气体排放阀并将反应器内气体排入冷凝器。从冷凝器末端释放的未冷凝气体导入通风橱，冷凝的液体进入分离器并静置1小时，打开分离器下端阀门释放并收集水层，待水层排尽后收集上层轻油，得到的水和轻油分别为0.45kg和0.21kg。

（3）待反应釜温度降至约200℃时，打开反应釜底端阀门，在1兆帕氮气压力下进行热过滤，所用过滤介质孔径为0.5微米，待过滤结束后，收集并测定沥青油产品中的固体和水含量，经检测，在收集到的1.2kg沥青油产品中，水含量为0.04wt%，固体颗粒含量为0.18wt%。

实施例2

一种含水含砂非常规石油水热提质及分离提纯方法，步骤如下：

（1）向带搅拌高温高压反应釜中加入1.9kg无水萃取（用环己烷作溶剂）得到的油砂油（含97.2wt%沥青，2wt%水和0.8wt%固体颗粒）和环己烷0.19kg，用氮气吹扫置换反应釜内空气三次以确保反应过程为惰性气体气氛。设定控温器温度为360℃，打开加热炉和搅拌器（350rpm），从室温升温至设定温度并保持30分钟，随后关闭加热炉。

（2）打开冷凝器，打开气体排放阀并将反应器内气体排入冷凝器。从冷凝器末端释放的未冷凝气体导入通风橱，冷凝的液体进入分离器并静置1小时，打开分离器下端阀门释放并收集水层，待水层排尽后收集上层轻油，得到的水和轻油分别为0.02kg和0.37kg。

（3）待反应釜温度降至约200℃时，打开反应釜底端阀门，在1兆帕氮气压力下进行热过滤，所用过滤介质孔径为0.5微米，待过滤结束后，收集并测定沥青油产品中的固体和水含量，经检测，在收集到的1.4kg沥青油产品中，水含量为0.01wt%，固体颗粒含量为0.06wt%。