一种富含碳酸盐油砂矿溶剂萃取及溶剂回收的方法和系统的制作方法
【专利摘要】本发明是一种富含碳酸盐油砂矿溶剂萃取及溶剂回收的方法和系统，先采用溶剂对富含碳酸盐的油砂矿进行萃取，萃取之后的残渣再与特定溶液进行混合，将残渣中的固体进行转化，同时将残留的溶剂和沥青油分离出来，废液及沉淀物经过资源化处理后回收其中的有用成分。该技术包括萃取、蒸馏、沉降、反应、过滤等操作。此技术不仅可以有效的将富含碳酸盐的油砂中的有机成分萃取出来，还能将溶剂萃取过程残留于固体中的溶剂和油回收。节约了能源，减少了环境污染。
【专利说明】
一种富含碳酸盐油砂矿溶剂萃取及溶剂回收的方法和系统
技术领域
[0001]本发明涉及一种采用溶剂萃取方法从富含碳酸盐的油砂中提取重质油，同时分别回收残渣中的溶剂、残留油和矿物盐的分离方法和系统，属于化工分离及环境工程领域，具体涉及萃取、沉降、反应、脱溶剂、油水分离、过滤、结晶等操作。
技术背景
[0002]溶剂萃取技术作为一种常用的分离手段，被广泛的应用于化工分离、生物医药提取、环境修复、材料合成、矿物分离等领域。根据所萃取物质的不同，所用的溶剂可分为多种，比如有机溶剂、水溶液、离子液体、络合剂甚至超临界流体等;按照萃取物系进行分类，可分为液-液萃取和液-固萃取。其中，液固萃取因其操作简单、方便，而广泛应用于矿物提取、生物成分抽提等领域。
[0003]在重质油矿(如，油砂、油页岩、落地油泥等)的分离过程中，溶剂萃取技术也备受学术界及工业界所关注。以油砂分离微粒，大量专利(中国专利CN 101274303A，CN101544902A，CN102925190A及美国专利US 3117922(1964)，US 3392105( 1968)，US 4046669(1969),US 4046668(1977)，US 4036732(1977)，US 4347118(1982)，US 4498971(1984)，US4929341 (1990))报道称:采用溶剂萃取技术对油砂进行萃取具有萃取率高、萃取过程不需要水的参与、可常温下操作、溶剂可循环使用等优点。尤其是针对一些采用水洗法效果较差的油润性油砂，溶剂萃取技术显得尤其有优势。
[0004]然而，该技术因其萃取后残砂固体中的溶剂回收问题及溶剂泄露等环境问题而使其未能在油砂分离方面实现工业化的推广应用。针对这个问题，本发明专利将主要针对富含碳酸盐类型的油砂矿或类似的重质油矿，提出一种操作简单、节能、高效、环保的溶剂萃取及残留溶剂回收的系统和方法。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种高效、环保、节能，可以用于提取重质油矿中重质油的溶剂萃取分离过程，同时回收所产生残渣中的残留溶剂和残留油的方法。
[0006]本发明重点解决的问题是如何高效提取含碳酸盐重质油，同时回收残留溶剂。溶剂萃取后剩余的残渣中因为有害溶剂的残留不仅造成溶剂的损失，而且可能由于直接排放而带来较大的环境污染。而采用本发明的方法能够彻底将其回收，实现了油矿的尾矿的无害化处理。
[0007]本发明的目的是采用以下技术方案完成的:
[0008]—种富含碳酸盐油砂矿溶剂萃取及溶剂回收的方法，步骤如下
[0009]⑴经过粉碎后的碳酸盐油砂矿与有机溶剂混合萃取；
[0010]⑵上述溶剂萃取后所得固体残渣与酸溶液进行混合充分反应；
[0011]⑶上述反应后得到气体，收集反应后所得的上层油相，同时对溶液相和底部沉淀进行中和-过滤处理，所得滤液进行蒸发结晶，滤渣作为建筑用材收集。
[0012]而且，所富含碳酸盐重质油矿为油砂、页岩油、落地油或油泥，矿物中碳酸盐含量10wt%以上。
[0013]而且，步骤⑴中所采用的混合方式为搅拌混合、逆流混合或超声混合等。
[0014]而且，步骤⑵中所采用的酸溶液为一元或多元的有机酸或无机酸的一种或几种的混合物，且酸溶液pH小于I。
[0015]而且，步骤⑶中所采用的中和溶液为氢氧化钠、氢氧化钾溶液、氨水或石灰水溶液，当加入碱液后使原溶液pH达到5或以上时即停止。
[0016]—种富含碳酸盐油砂矿溶剂萃取及溶剂回收系统，包括:破碎装置、萃取装置、固液分离装置、溶剂回收装置、尾矿酸洗处理装置、中和沉淀装置及各种物料输送设备及管道设备，连接关系如下:
[0017]粉碎装置物料出口连接萃取装置，萃取装置还制有溶剂物料进口和溶剂油混合物进口，溶剂物料进口连接酸液储罐，萃取装置的物料出口连接固液分离装置，固液分离装置设有液体出口和固体出口，从固液分离装置液体出口采出的溶剂沥青油混合物进入溶剂回收装置进行分离，溶剂回收装置的溶剂出口连接至溶剂储罐，溶剂回收装置的沥青油产品出口连接至后续炼油装置，固液分离装置的固体出口连接至尾矿酸洗处理装置，尾矿酸洗处理装置还制有酸液进口、气体出口、油相采出口、溶液采出口和固体残渣出口，尾矿酸洗处理装置的油相采出口连接至萃取装置，尾矿酸洗处理装置的液相采出口连接至中和沉淀装置，中和沉淀装置设有碱液加入口、水溶液出口和沉淀采出口。
[0018]本发明的独特之处有如下几点:
[0019]1、本发明采用溶剂萃取的方法对油润性碳酸盐重质油矿进行萃取分离，提取其中的重质油，回收率高，操作简单、方便、节能；
[0020]2、本发明采用酸洗法处理溶剂萃取过程产生的残渣，回收残渣中的残留溶剂和残留油，有效的提高了溶剂利用效率，而且提高了重质油回收率，还可以回收转化部分矿物质，提高了经济效益，降低了环境污染和风险；
[0021]3、本发明对酸洗后的溶液进行中和沉淀处理，一方面可以回收重金属盐，另一方面可以循环使用水资源，具有很好的经济环保效益。
【附图说明】
[0022]图1.一种富含碳酸盐油砂矿溶剂萃取及溶剂回收的方法和系统流程图
[0023]物料编号:1.油砂矿；2.油砂矿小颗粒;3.溶剂;4.萃取混合物；5.溶剂沥青油清液;6.残留固体;7.沥青油产品;8.循环溶剂;9.酸溶液;10.回收的溶剂/油混合物；11.水溶液I; 12.气体;13.固体残渣;14.碱液;15.沉淀;16.水溶液II。
[0024]装置编号:A.破碎装置;B.萃取装置;C.固液分离装置;D.溶剂回收装置;E.尾矿酸洗处理装置;F.中和沉淀装置。
【具体实施方式】
[0025]本发明提供了一种富含碳酸盐重质油矿的溶剂萃取分离方法和系统，该分离方法首先使用溶剂对富含碳酸盐的重质油矿进行萃取分离，然后再使用化学添加剂对萃取后的残渣固体进行处理，来实现残留溶剂和残留油回收的目的。此外，为了能够尽可能回收有用资源，采用中和沉淀的方法，将溶液中的重金属物质有效回收，最终实现了高效、环保、节能、减排的运行目的。
[0026]—种富含碳酸盐重质油矿的溶剂萃取分离方法和系统，具体工艺流程如下:
[0027]⑴富含碳酸油砂矿I经过破碎装置(A)破碎至油砂矿小颗粒2，油砂矿小颗粒经输送设备输送至萃取装置(B)中与溶剂3进行混合萃取；
[0028]⑵从萃取装置(B)采出的萃取混合物(含有溶剂、沥青油及固体残渣的混合物)4输送至固液分离装置(C)中进行固液分离，获得上层溶剂沥青油清液5和底部的残留固体(矿物质颗粒及少量的溶剂油混合物)6;
[0029]⑶上述所得溶剂沥青油清液5采出至溶剂回收装置(D)进行溶剂-沥青油分离操作，获得循环溶剂8，同时产出沥青油产品7，沥青油产品7送去后续精炼加工，此步骤为常规工艺，此处不做过多说明；
[0030]⑷由固液分离装置C底部采出的残留固体(矿物质颗粒及少量的溶剂油混合物)6进入尾矿酸洗处理装置E与酸溶液9进行反应，获得二氧化碳气体12、回收的溶剂/油混合物
10、水溶液I(Il)及固体残渣13，气体12采出再利用，回收的溶剂/油混合物10进入萃取装置(B)进行上述重复操作，固体残渣(13)采出；
[0031](5)上述尾矿酸洗处理装置(E)中获得的水溶液I(Il)进入中和沉淀装置(F)与碱液14进行中和沉淀反应，获得沉淀15(主要是沙粒)和水溶液11(16)。
[0032]本发明采用的溶剂与矿的混合方式为搅拌混合、逆流混合或超声混合等。
[0033]本发明采用的酸溶液为一元或多元的有机酸或无机酸的一种或几种的混合物，且酸溶液pH小于I。
[0034]本发明所采用的中和溶液碱液为氢氧化钠、氢氧化钾溶液、氨水或石灰水溶液，当加入碱液后使原溶液pH达到5或以上时即停止。
[0035]本发明所述富含碳酸盐油砂矿溶剂萃取的方法和系统包括如下主要装置:破碎装置、萃取装置、固液分离装置、溶剂回收装置、尾矿酸洗处理装置、中和沉淀装置及各种物料输送设备及管道设备，连接关系如下:
[0036]粉碎装置物料出口连接萃取装置，萃取装置还制有溶剂物料进口和溶剂油混合物进口，溶剂物料进口连接酸液储罐，萃取装置的物料出口连接固液分离装置，固液分离装置设有液体出口和固体出口，从固液分离装置液体出口采出的溶剂沥青油混合物进入溶剂回收装置进行分离，溶剂回收装置的溶剂出口连接至溶剂储罐，溶剂回收装置的沥青油产品出口连接至后续炼油装置，固液分离装置的固体出口连接至尾矿酸洗处理装置，尾矿酸洗处理装置还制有酸液进口、气体出口、油相采出口、溶液采出口和固体残渣出口，尾矿酸洗处理装置的油相采出口连接至萃取装置，尾矿酸洗处理装置的液相采出口连接至中和沉淀装置，中和沉淀装置设有碱液加入口、水溶液出口和沉淀采出口。
[0037]工艺实施的具体操作步骤:
[0038]⑴油砂矿经过破碎装置破碎至5cm以下的碳酸盐油砂矿小颗粒，油砂矿小颗粒经输送设备输送至萃取装置中与溶剂(液固质量比为1:1?1:10)进行混合萃取，操作温度O?60。。；
[0039]⑵从萃取装置采出的萃取混合物输送至固液分离装置中进行固液分离，获得上层溶剂沥青油清液采出至溶剂回收装置进行溶剂-沥青油分离操作，获得循环溶剂和沥青油?iz: 口广PR ；
[0040]⑶上述所得底部的残留固体(矿物质颗粒及少量的溶剂油混合物)与酸溶液在尾矿酸洗处理装置中进行反应，酸溶液PH小于I，获得气体采出，沉淀外排，浮于溶液上层的溶剂-油混合物采出至溶剂萃取装置重复操作；
[0041]⑷上述尾矿酸洗处理装置中获得的水溶液进入中和沉淀装置与氢氧化钠溶液等碱液进行中和沉淀反应，获得金属氢氧化物沉淀和可排放的水溶液。
[0042]下面，对本发明用以下实施例进行说明，但不限于以下实施例。
[0043]实施例1:
[0044]—种富含碳酸盐油砂矿溶剂萃取的方法和系统，操作步骤如下:
[0045]⑴经破碎装置破碎的油砂矿小颗粒(碳酸盐含量占矿物盐的52.1%，颗粒小于3cm)与甲苯按照液固质量比为1:1于0°C进行混合搅拌萃取30min;
[0046]⑵从萃取装置采出的萃取混合物输送至固液分离装置中进行固液分离，获得上层溶剂沥青油清液采出至溶剂回收装置进行溶剂-沥青油分离操作，获得循环溶剂和沥青油
τ?: 口广PR ；
[0047]⑶上述所得底部的残留固体(矿物质颗粒及少量的溶剂油混合物)与3mol/L盐酸溶液按照1:2的质量比在尾矿酸洗处理装置中进行反应，获得气体采出，沉淀外排，浮于溶液上层的溶剂-油混合物采出至溶剂萃取装置重复操作；
[0048]⑷上述尾矿酸洗处理装置中获得的水溶液进入中和沉淀装置与氢氧化钾溶液进行中和沉淀反应，获得金属氢氧化物沉淀和可排放的水溶液。
[0049]沥青萃取率96%以上，获得中和沉淀中氢氧化铁纯度不低于85%，沥青油中固体含量小于I % ;残渣外排，且有机物含量小于0.05 %。
[0050]实施例2:
[0051 ] 一种富含碳酸盐油砂矿溶剂萃取的方法和系统，操作步骤如下:
[0052]⑴经破碎装置破碎的油页岩矿小颗粒(碳酸盐含量占矿物盐的82.1%，颗粒小于Icm)与石脑油(沸点低于220°C)按照液固质量比为1:5于25°C进行混合搅拌萃取20min;
[0053]⑵从萃取装置采出的萃取混合物输送至固液分离装置中进行固液分离，获得上层溶剂沥青油清液采出至溶剂回收装置进行溶剂-沥青油分离操作，获得循环溶剂和沥青油
τ?: 口广PR ；
[0054]⑶上述所得底部的残留固体(矿物质颗粒及少量的溶剂油混合物)与0.lmol/L硫酸溶液按照1:10的质量比在尾矿酸洗处理装置中进行反应，获得气体采出，沉淀外排，浮于溶液上层的溶剂-油混合物采出至溶剂萃取装置重复操作；
[0055]⑷上述尾矿酸洗处理装置中获得的水溶液进入中和沉淀装置与氢氧化钠溶液进行中和沉淀反应，获得金属氢氧化物沉淀和可排放的水溶液。
[0056]沥青萃取率94%以上，获得中和沉淀中氢氧化铁纯度不低于85%，沥青油中固体含量小于0.8%,残渣呈中性，且硫酸钙含量大于82 %。
[0057]实施例3:
[0058]一种富含碳酸盐油砂矿溶剂萃取的方法和系统，操作步骤如下:
[0059]⑴经破碎装置破碎的油泥小颗粒(碳酸盐含量占矿物盐的10.1%，颗粒小于
0.5cm)与煤油按照液固质量比为1:10于55°C进行密封混合萃取60min;
[0060]⑵从萃取装置采出的萃取混合物输送至固液分离装置中进行固液分离，获得上层溶剂沥青油清液采出至溶剂回收装置进行溶剂-沥青油分离操作，获得循环溶剂和沥青油
τ?: 口广PR ；
[0061]⑶上述所得底部的残留固体(矿物质颗粒及少量的溶剂油混合物)与5mol/L甲酸溶液按照1:10的质量比在尾矿酸洗处理装置中进行反应，获得气体采出，沉淀外排，浮于溶液上层的溶剂-油混合物采出至溶剂萃取装置重复操作；
[0062]⑷上述尾矿酸洗处理装置中获得的水溶液进入中和沉淀装置与石灰水溶液进行中和沉淀反应，获得金属氢氧化物沉淀和可排放的水溶液。
[0063]沥青萃取率95%以上，获得中和沉淀中氢氧化铁纯度不低于87%，沥青油中固体含量小于1.1%，残渣呈中性。
[0064]实施例4:
[0065]—种富含碳酸盐油砂矿溶剂萃取的方法和系统，操作步骤如下:
[0066]⑴经破碎装置破碎的油泥小颗粒(碳酸盐含量占矿物盐的65.7%，颗粒小于5cm)与正庚烷按照液固质量比为I: 10于25°C进行密封混合萃取60min;
[0067]⑵从萃取装置采出的萃取混合物输送至固液分离装置中进行固液分离，获得上层溶剂沥青油清液采出至溶剂回收装置进行溶剂-沥青油分离操作，获得循环溶剂和沥青油
τ?: 口广PR ；
[0068]⑶上述所得底部的残留固体(矿物质颗粒及少量的溶剂油混合物)与5mol/L盐酸溶液按照1:10的质量比在尾矿酸洗处理装置中进行反应，获得气体采出，沉淀外排，浮于溶液上层的溶剂-油混合物采出至溶剂萃取装置重复操作；
[0069]⑷上述尾矿酸洗处理装置中获得的水溶液进入中和沉淀装置与石灰水溶液进行中和沉淀反应，获得金属氢氧化物沉淀和可排放的水溶液。
[0070]沥青萃取率92%以上，获得中和沉淀中氢氧化铁纯度不低于83 %，沥青油中固体含量小于0.2 %，残渣呈中性，未检测出有机物。
[0071]实施例5:
[0072]—种富含碳酸盐油砂矿溶剂萃取的方法和系统，操作步骤如下:
[0073]⑴经破碎装置破碎的油砂小颗粒(碳酸盐含量占矿物盐的85%，颗粒小于5cm)与甲苯按照液固质量比为1:5于25°C进行密封超声混合萃取60min;
[0074]⑵从萃取装置采出的萃取混合物输送至固液分离装置中进行固液分离，获得上层溶剂沥青油清液采出至溶剂回收装置进行溶剂-沥青油分离操作，获得循环溶剂和沥青油
τ?: 口广PR ；
[0075]⑶上述所得底部的残留固体(矿物质颗粒及少量的溶剂油混合物)与5mol/L草酸溶液按照1:10的质量比在尾矿酸洗处理装置中进行超声强化反应，获得气体采出，沉淀外排，浮于溶液上层的溶剂-油混合物采出至溶剂萃取装置重复操作；
[0076]⑷上述尾矿酸洗处理装置中获得的水溶液进入中和沉淀装置与石灰水溶液进行中和沉淀反应，获得金属氢氧化物沉淀和可排放的水溶液。
[0077]沥青萃取率99%以上，获得中和沉淀中氢氧化铁纯度不低于83%，沥青油中固体含量小于1.2%，残渣呈中性，草酸钙含量大于69%。
[0078]实施例6:
[0079]—种富含碳酸盐油砂矿溶剂萃取的方法和系统，操作步骤如下:
[0080]⑴经破碎装置破碎的油砂小颗粒(碳酸盐含量占矿物盐的79.3 %，颗粒小于1.5cm)与甲苯按照液固质量比为1:5于60°C进行密封超声混合萃取60min;
[0081]⑵从萃取装置采出的萃取混合物输送至固液分离装置中进行固液分离，获得上层溶剂沥青油清液采出至溶剂回收装置进行溶剂-沥青油分离操作，获得循环溶剂和沥青油
τ?: 口广PR ；
[0082]⑶上述所得底部的残留固体(矿物质颗粒及少量的溶剂油混合物)与5mol/L盐酸与硫酸(体积比1:1)溶液按照1:5的质量比在尾矿酸洗处理装置中进行超声强化反应，获得气体采出，沉淀外排，浮于溶液上层的溶剂-油混合物采出至溶剂萃取装置重复操作；
[0083]⑷上述尾矿酸洗处理装置中获得的水溶液进入中和沉淀装置与石灰水溶液进行中和沉淀反应，获得金属氢氧化物沉淀和可排放的水溶液。
[0084]沥青萃取率99%以上，获得中和沉淀中氢氧化铁纯度不低于83%，沥青油中固体含量小于1.5%，残渣呈中性，硫酸钙含量大于82%。
[0085]本发明提出的一种回收重质油溶剂萃取过程固体残渣中溶剂的方法，已通过较佳实施例子进行了描述，相关技术人员明显能在不脱离本
【发明内容】
、精神和范围内对本文所述的结构和技术方法进行改动或适当变更与组合，来实现本发明技术。特别需要指出的是，所有相类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，他们都被视为包括在本发明精神、范围和内容中。
【主权项】
1.一种富含碳酸盐油砂矿溶剂萃取及溶剂回收的方法，其特征在于:步骤如下 ⑴经过粉碎后的碳酸盐油砂矿与有机溶剂混合萃取； ⑵上述溶剂萃取后所得固体残渣与酸溶液进行混合充分反应； (3)上述反应后得到气体，收集反应后所得的上层油相，同时对溶液相和底部沉淀进行中和-过滤处理，所得滤液进行蒸发结晶，滤渣作为建筑用材收集。2.根据权利要求1所述的一种富含碳酸盐油砂矿溶剂萃取和溶剂回收的方法和系统，其特征在于:所富含碳酸盐重质油矿为油砂、页岩油、落地油或油泥，矿物中碳酸盐含量10wt%以上。3.根据权利要求1所述的富含碳酸盐油砂矿溶剂萃取和溶剂回收的方法，其特征在于:步骤⑴中所采用的混合方式为搅拌混合、逆流混合或超声混合等。4.根据权利要求1所述的富含碳酸盐油砂矿溶剂萃取和溶剂回收的方法，其特征在于:步骤⑵中所采用的酸溶液为一元或多元的有机酸或无机酸的一种或几种的混合物，且酸溶液pH小于I。5.根据权利要求1所述的富含碳酸盐油砂矿溶剂萃取和溶剂回收的方法，其特征在于:步骤⑶中所采用的中和溶液为氢氧化钠、氢氧化钾溶液、氨水或石灰水溶液，当加入碱液后使原溶液pH达到5或以上时即停止。6.根据权利要求1所述的富含碳酸盐油砂矿溶剂萃取和溶剂回收的方法，其特征在于:所述步骤⑵的液固质量比为1:1?1:10。7.—种富含碳酸盐油砂矿溶剂萃取和溶剂回收的方法和系统，其特征在于，包括:破碎装置、萃取装置、固液分离装置、溶剂回收装置、尾矿酸洗处理装置、中和沉淀装置及各种物料输送设备及管道设备，连接关系如下: 粉碎装置物料出口连接萃取装置，萃取装置还制有溶剂物料进口和溶剂油混合物进口，溶剂物料进口连接酸液储罐，萃取装置的物料出口连接固液分离装置，固液分离装置设有液体出口和固体出口，从固液分离装置液体出口采出的溶剂沥青油混合物进入溶剂回收装置进行分离，溶剂回收装置的溶剂出口连接至溶剂储罐，溶剂回收装置的沥青油产品出口连接至后续炼油装置，固液分离装置的固体出口连接至尾矿酸洗处理装置，尾矿酸洗处理装置还制有酸液进口、气体出口、油相采出口、溶液采出口和固体残渣出口，尾矿酸洗处理装置的油相采出口连接至萃取装置，尾矿酸洗处理装置的液相采出口连接至中和沉淀装置，中和沉淀装置设有碱液加入口、水溶液出口和沉淀采出口 O
【文档编号】C10G1/04GK106010622SQ201610304131
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月9日
【发明人】何林, 隋红, 李鑫钢
【申请人】天津大学