专利名称：通过粒子感受器对石油矿进行射频加热的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于通过施加也称为电磁能量的射频(“RF”)能量来对材料进行加热的方法。具体而言，本发明涉及用于对诸如石油矿之类的带有较低或为零的电损耗因子、磁损耗因子以及电导率的材料进行RF加热的有利方法。例如，本发明使得能够对浙青矿石、 油砂、油页岩、焦油砂矿或稠油进行有效的、低成本的加热。
背景技术：
浙青矿石、油砂、焦油砂矿以及稠油通常是作为砂或粘土、粘稠石油的天然混合物而被发现的。最近，由于世界的石油储量的耗尽、高油价以及增大的需求，已经作出了很多努力来提取和精炼这些类型的石油矿作为替代的石油源。然而，由于浙青矿石、油砂、油页岩、焦油砂矿以及稠油的非常高的粘度，提取标准原油时所使用的钻孔和提取方法通常不可用。因此，浙青矿石、油砂、油页岩、焦油砂矿以及稠油通常通过露天开采来提取，或使用原位技术来通过在井中注入蒸气或溶剂，来降低粘度，以便可以泵出材料。然而，无论是什么方法，从这些沉积物中提取的材料可以是粘滞的、固态的或者半固态的形式，不能轻松地在正常的输油管线温度下流动，使得难以输送到市场，并且被处理为汽油、柴油机燃料和其它产品也是非常昂贵的。通常，这样准备用于输送的材料将热水和苛性钠(NaOH)添加到砂矿中，这会产生可以通过管道传送到提取设备的泥浆，在提取设备中，对其进行搅拌，并从顶部撇去天然浙青油沫。另外，通常利用热量来处理材料以将油砂、油页岩、焦油砂矿或稠油分离为更粘的浙青原油，并将浙青原油蒸馏、裂解或精炼为可使用的石油产品。
发明内容
加热浙青矿石、油砂、焦油砂矿以及稠油的传统方法存在很多缺点。例如，传统的方法通常使用大量水以及大量的能量。此外，使用传统的方法，难以实现均勻且快速的加热，这限制了对浙青矿石、油砂、油页岩、焦油砂矿以及稠油的成功的处理。出于环境原因和效率/成本原因，需要减少或消除在处理浙青矿石、油砂、油页岩、焦油砂矿以及稠油中所使用的水的量，还需要提供有效的并且对环境无害的加热方法，该方法要适用于对浙青、油砂、油页岩、焦油砂矿以及稠油的挖掘后处理。一个潜在的替代加热方法是RF加热。“RF”这里最广泛地被定义为包括具有比可见光更长的波长的电磁波谱的任何部分。Wikipedia提供了 “射频”的定义，为从3Hz到 300GHz的范围，并定义了下面的频率子范围名称符号频率波长极低频ELF3-30 Hz10,000-100,000 km超低频SLF30-300 Hz1,000-10,000 km特低频ULF300-3000 Hz100-1,000 km甚低频VLF3-30 kHz10-100 km低频LF30-300 kHz1-10 km中频MF300-3000kHz100-1000m高频HF3-30 MHzIO-IOOm甚高频VHF30-300 MHzI-IOm特高频UHF300-3000MHzIO-IOOcm超高频SHF3-30GHz1-10 cm极高频EHF30-300 GHz1-10 mm "RF加热”这里最广泛地被定义为通过暴露给RF能量对材料、物质或混合物进行加热。例如，微波炉是RF加热的最熟知的范例。RF加热的特性和适用性取决于多种因素。一般而言，大多数材料接受电磁波，但是，RF加热的温度变化很大。RF加热取决于电磁能量的频率、电磁能量的强度、与电磁能量的源的接近度、待加热的材料的导电性以及待加热的材料是磁性还是非磁性的。纯净的烃分子基本上是不导电的，具有低介电损耗因子和几乎为零的磁矩。因此，纯净的烃分子本身只是用于RF加热的合理的感受器，例如，在存在RF场的情况下，它们可以只慢慢地加热。例如，在3GHz时，航空汽油的损耗因子D可以是0. 0001，蒸馏水的损耗因子D可以是0. 157， 以使得RF场向悬乳液中的水施加热量比油更快1570倍。(〃 Dielectric materials and Applications“ , A. R. Von Hippel Editor, John Wiley and Sons, New York, NY,1954)。到目前为止，RF加热不是对于诸如浙青矿石、油砂、焦油砂矿以及稠油之类的石油矿的常规处理方法的合适的替代方式。干的石油矿本身在暴露于RF能量时不会很好地加热。干的石油矿拥有低的介电损耗因子(ε ”)，低(或为零)的磁损耗因子(μ ”)，以及低或零电导率。此外，尽管水在低于212° F(IOO0C)的温度可以提供一些电纳，但是，在较高温度时它一般不适合作为感受器，并由于环境、成本以及效率原因，不是对石油矿的希望的添加剂。本发明的一个方面是用于对具有低或零介电损耗因子、磁损耗因子以及电导率的材料进行RF加热的方法。例如，本发明可以用于对诸如浙青矿石、油砂、油页岩、焦油砂矿或稠油之类的石油矿进行RF加热。本方法的示例性实施例包括首先将体积占大约10% 到大约99%的诸如石油矿之类的物质与体积占大约到大约50%的包括感受器粒子的物质混合。然后，以对感受器粒子进行加热的方式对混合物施加射频。射频可以被施加足够的时间，以使得感受器粒子通过传导加热周围的物质，以便混合物的平均温度可以大于大约212° F100°C)。在混合物达到所需的温度之后，可以停止射频，并且可以可选地去除基本上全部感受器粒子，从而得到可以基本上没有RF加热过程中使用的感受器粒子的被加热的物质。根据该公开，本发明的其它方面将是显而易见的。
图1是描绘了用于使用感受器粒子对石油矿进行RF加热的过程和装备的流程图。图2示出了分布在石油矿中的感受器粒子(不按比例)，以及相关联的RF装备。图3是作为频率对损耗角正切的函数的水的损耗因子的图。
具体实施例方式将现在更全面地描述本公开的主题，并示出了本发明的一个或多个实施例。然而， 本发明可以许多不同的形式来实现，而不应该被理解为仅限于此处所阐述的实施例。相反地，这些实施例是本发明的示例，本发明具有由权利要求书的语言所指出的全部范围。在示例性方法中，提供了使用RF能量来加热诸如浙青矿石、油砂、焦油砂矿、油页岩或稠油之类的石油矿的方法。石油矿目前所公开的方法可以被用于在蒸馏、裂解或分离过程之前加热从陆地中提取的石油矿，或可以用作蒸馏、裂解或者分离过程的一部分。石油矿可以包括，例如，通过露天开采或钻孔提取的浙青矿石、油砂、焦油砂矿、油页岩、或稠油。如果所提取的石油矿是固体或者包括带有大于大约1立方厘米的体积的固体，则在RF加热之前可以将石油矿碾压、研磨或磨碎为泥浆、粉末或小微粒状态。石油矿可以包括水，但是，可另选地包含按体积占小于 10%、小于5%或小于的水。最优选地，石油矿可以基本上无添加的水。用于本方法中的石油矿通常是非磁性或低磁性的、和非导电或低导电的。因此， 石油矿一般不适于单独RF加热。例如，示例性石油矿，当是干的时(例如，无水时)，在 3000MHz时可以具有小于大约0.01、0. 001或0.0001的介电损耗因子(ε ”)。示例性石油矿也可以具有可忽略的磁损耗因子(μ ”)，并且示例性石油矿也可以在20°c时具有小于 0.01、0. 001或0.0001s ^nT1的电导率。然而，目前所公开的方法不仅限于带有任何具体磁性或导电性的石油产品，并且可以用于对带有较高介电损耗因子(ε ”)、磁损耗因子(μ ”) 或电导率的物质进行RF加热。目前所公开的方法也不仅限于石油矿，还广泛适用于对在 3000MHz时具有小于大约0. 05,0. 01或0. 001的介电损耗因子(ε ”)的任何物质的RF加热。 它也适用于对在20°C时具有可忽略的磁损耗因子(μ ”)或小于0.01s ^nT1U X ΙΟΛ.πΓ1、 1 X IO-6S · πΓ1的电导率的任何物质的RF加热。感受器粒子目前所公开的方法结合石油矿使用一种或多种感受器材料以提供改善的RF加热。此处“感受器”被定义为吸收电磁能量并将它转换为热的任何材料。为诸如微波食品包装、薄膜、热固性粘合剂、RF吸收聚合物以及热缩性管材(heat-shrinkable tubing)之类的应用建议了感受器。在美国专利No. 5，378, 879 ；6, 649, 888 ；6, 045, 648 ；6, 348，679 ；以及4，892，782中公开了感受器材料的示例，这些文献通过引用并入本文。
在目前所公开的方法中，一种或多种感受器例如是感受器粒子的形式。可以作为粉末、颗粒物质、薄片、纤维、珠子、片、胶悬体或以任何其他合适的形式提供感受器粒子，感受器粒子的平均体积可以小于大约10立方毫米。例如，感受器粒子的平均体积可以小于大约5立方毫米、1立方毫米或0. 5立方毫米。可另选地，感受器粒子的平均体积可以小于大约0. 1立方毫米、0. 01立方毫米或0. 001立方毫米。例如，感受器粒子可以是纳米颗粒，其具有从1χ10_9立方毫米到1χ10_6立方毫米、1χ10_7立方毫米或1χ10_8立方毫米的平均颗粒体积。基于优选的RF加热模式，感受器粒子可以包括导电粒子、磁粒子或极性材料粒子。示例性导电粒子包括金属、铁粉(五羰基化物E铁)、氧化铁或石墨粉。示例性磁性材料包括铁磁材料，包括铁、镍、钴、铁合金、镍合金、钴合金以及钢，或者诸如磁铁矿、镍锌铁氧体、锰锌铁氧体以及铜-锌铁氧体之类的亚铁磁材料。示例性的极性材料包括丁基橡胶 (如废轮胎胶粉)、钛酸钡粉末、氧化铝粉末，或PVC粉。石油矿和感警器粒子的混合优选地，提供了混合或分散步骤，从而包括感受器粒子的成份被混合或分散在石油矿中。混合步骤可以在石油矿被碾压、研磨或磨碎之后，或结合石油矿的碾压、研磨或磨碎一起发生。混合步骤可以使用以基本上均勻的方式分散感受器粒子的任何合适的方法或设备来实施。例如，可以使用砂磨机、水泥搅拌机、稳定土拌和机或类似的装备。目前所公开的方法的一个有利功能可以是这样的事实可以可选地使用大量的感受器粒子，而不会对经处理的石油矿的化学或材料性质产生负面影响。因此，包括感受器粒子的成份可以例如以体积占混合物总量从大约到大约50%的量与石油矿混合。可另选地，包括感受器粒子的成份的体积占混合物总量的从大约到大约25%，或占混合物总量的从大约到大约10%。射频加热在感受器粒子成份已经被混合在石油矿中之后，可以使用RF能量加热混合物。可以提供施加RF能量以导致感受器粒子发热的RF源。由感受器粒子所生成的热导致整个混合物通过传导而加热。基于石油矿的属性、选定的感受器粒子以及所需的RF加热模式，优选的RF频率、功率以及源接近度在不同的实施例中有差异。在一个示例性实施例中，可以以导致感受器粒子通过感应加热的方式施加RF能量。感应加热涉及向导电材料施加RF场以产生电磁感应。当由于场源以及导体的相对运动，或由于场随时间的变化而使导电材料暴露于变化的磁场时，产生涡电流。这可以导致在导体内的循环流或电子的电流。根据楞次定律，这些循环的涡电流产生具有与磁场的变化相反的磁场的电磁体。这些涡电流产生热量。所产生的热度又取决于RF场的强度、被加热材料的电导率以及RF场的变化率。在RF场的频率和它穿透材料的深度之间也可以有关系； 一般而言，较高的RF频率产生更高的加热率。感应RF加热可以例如使用导电感受器粒子来执行。用于感应RF加热的示例性感受器包括金属粉末、铁粉(五羰基化物E铁(pentacarbonyl E iron))、氧化铁或石墨粉。 用于感应RF加热的RF源可以例如是适于生成磁场的环形天线或磁性近场施加器。RF源通常包括流过高频交流电电流(AC)的电磁体。例如，RF源可以包括感应加热线圈、包含环形天线的腔或容器、或磁性近场施加器。用于感应RF加热的示例性RF频率可以从大约50Hz到大约3GHz。可另选地，RF频率可以从大约IOkHz到大约10MHz，从IOMHz到大约100MHZ， 或从IOOMHz到大约2. 5GHz。从RF源辐射出的RF能量的功率可以例如从大约100KW到大约2. 5MW,可另选地，从大约500KW到大约1MW，可另选地，从大约IMW到大约2. 5MW。在另一示例性实施例中，可以以使感受器粒子通过磁矩加热(也称为磁滞加热) 来进行加热的方式施加RF能量。磁矩加热是感应RF加热的一种形式，从而，热量是由磁性材料所生成的。向磁性材料施加磁场会引起电子自旋重新对准，这会导致发热。磁性材料比非磁性材料更加容易感应加热，因为磁性材料会抵抗RF源的快速变化的磁场。除涡电流加热之外，磁性材料的电子自旋重新对准还会产生滞后加热。提供高电阻的金属具有从100 到500的高磁导率；非磁性材料具有为1的磁导率。磁矩加热的一个优点可以是它可以是自调节的。磁矩加热只在低于磁性材料的居里点(在该温度磁性材料丧失其磁性)的温度发生。可以使用磁性感受器粒子来执行磁矩RF加热。用于磁矩RF加热的示例性感受器包括铁磁材料或亚铁磁材料。示例性铁磁材料包括铁、镍、钴、铁合金、镍合金、钴合金以及钢。示例性亚铁磁材料包括磁铁矿、镍锌铁氧体、锰锌铁氧体以及铜锌铁氧体。在某些实施例中，用于磁矩RF加热的RF源可以与用于感应加热的RF源(适于生成磁场的环形天线或磁性近场施加器，如感应加热线圈、包含环形天线的腔或容器、或磁性近场施加器)相同。 用于磁矩RF加热的示例性RF频率可以从大约IOOkHz到大约3GHz。可另选地，RF频率可以从大约IOkHz到大约IOMHz，从IOMHz到大约IOOMHz，或从IOOMHz到大约2. 5GHz。从RF 源辐射出的RF能量的功率可以例如从大约100KW到大约2. 5MW,可另选地，从大约500KW到大约1MW，可另选地，从大约IMW到大约2. 5MW。在再一个示例性实施例中，选定的RF能量源和感受器粒子可以导致介电加热。介电加热涉及通过介电损耗对电绝缘材料进行加热。跨介电材料的电压导致能量随着分子试图与连续地变化的电场成一条线而发散。介电RF加热可以例如使用极性的非导电感受器粒子来执行。用于介电加热的示例性感受器包括丁基橡胶(如废轮胎胶粉)、钛酸钡、氧化铝或PVC。水也可以被用作介电 RF感受器，但是，由于环境、成本以及处理问题，在某些实施例中可能需要在对石油矿的处理中限制或者甚至排除水。介电RF加热通常使用比那些用于感应RF加热的RF频率更高的RF频率。在高于IOOMHz的频率，可以从小尺寸发射器发射电磁波，并通过空间传输。因此，可以将待加热的材料置于波的路径中，而无需电触点。例如，国产的微波炉主要通过介电加热来操作，从而施加的RF频率大约是2. 45GHz。用于介电RF加热的RF源可以是例如偶极天线或电近场施加器。用于介电RF加热的示例性RF频率可以从大约IOOMHz到大约 3GHz。可另选地，RF频率可以从大约500MHz到大约3GHz。可另选地，RF频率可以从大约 2GHz到大约3GHz。从RF源辐射出的RF能量的功率可以例如从大约100KW到大约2. 5丽， 可另选地，从大约500KW到大约1MW，可另选地，从大约IMW到大约2. 5MW。诸如入射电磁波之类的入射RF能量的反射可以降低RF加热的有效性。RF场或电磁波进入材料和感受器以发散是希望的。如此，在一个实施例中，感受器粒子可以具有相等的磁导率的属性，例如，μ^= ε ^的磁导率，以消除空气-感受器界面处的波反射。可以按如下方式对此进行解释根据材料界面处的特性阻抗变化，发生波反射用数学语言表述为r= (Z1-Z2)Z(Z^Z2)其中，Γ是反射系数，Z1和Z2是单个材料1和2的特性阻抗或波阻抗。每当τγ = Z2时，发生零反射。每当μ r = εΓ,Ζ= 120 JI = 377ohms时，材料的特性波阻抗是Z= 120 π (V μ r/ ε r) 0接着，在空气界面处将没有波反射，因为空气也是Z = 377 欧姆。没有到空气的反射的等阻抗磁介电(isoimpedance magnetodielectric) (μ r= ε r) 感受器材料一个示例是轻镍锌铁氧体，其可以具有l·^=、=14。作为背景，除折射属性以外，l·^=、的不导电的材料可以在发生此情况的电磁波谱中不可见。利用足够的导电性，μ^Ε ε ^感受器材料具有极好的RF加热属性，可取得高速度和高效率。感受器粒子可以与烃类矿成比例，以从混合物整体获得l·^ ε er,以降低空气界面处的反射并提高加热速度。可以使用对数混合公式log επ ’ = θ Jog ε/+O2Ioge2' 来按照成份的体积比率θ和成份1和2的介电常数ε，来调整混合物整体的介电常数。 在使用半导体感受器粒子的情况下，粒子的尺寸、形状以及分布可能影响材料极化性，并且可能要求一些经验。也可以查阅论文“The Properties Of A Dielectric Containing Semiconducting Particles Of Various Shapes，，(Journal of The Institution Of Electrical Engineers (Great Britain)，R. W. Sillars, 1937 年 4 月，第 80 卷，第 484 期)。在本发明的另一实施例中，五羰基化物E铁粉作为磁(H)场感受器是有利的。在五羰基化物E铁粉实施例中，使用2到8微米范围内的铁感受器粉粒。一个具体产品是由德国 Ludwigshafen 的 BASF Corporation (www. inorganics. BASF, com)生产的类型 Eff (机械硬度CIP级，硅酸盐97. 0 %狗，3 μ m平均粒度)。该粉末有时也可以由美国的GAF公司生产。不管产品是什么，在75%的磷酸(由Marine Enterprises Inc.生产的“Ospho”) 中洗去足够小的裸露的铁粒子(EQ)，以提供绝缘的氧化物外层，FeP04。铁粉感受器在大批量时具有低导电性以及小的粒度，以使得射频磁场是有穿透能力的。感受器粉粒必须相对于射频透入深度很小，例如，粒子直径d< V (λ/π σ μ c)，其中，波长是在空气中的波长， σ是铁的导电性，μ是铁的磁导率，c是光速。感受器粒子不必是固体，在另一实施例中，可以使用液态水。水可以与石油矿混合或悬浮在带有石油矿的乳状液中。如图3所示，提供纯净的蒸馏水的损耗因子，尽管由于极化影响粒子可以改变有效的损角正切。可以理解，水分子在VHF(30到300MHz)区域内可能具有不足的消散。因此，氢氧化钠(碱液)的使用具体地被视为增强用作RF感受器的水的消散的手段。一般而言，水的水合氢离子(0H_)含量可以是随着盐、酸以及碱的变化的需求以改变损耗特征。水在0和100°C之间是最有用的，因为冰和蒸气大大地降低了电纳，例如， 它们可能不能大量地加热，如由莫里尔图上的临界点所指示的。在又一实施例中，所使用的RF能量源可以是远场RF能量，而选定的感受器粒子充当发热的微型偶极天线。偶极天线的一个属性是它可以将射频波转换为电流。因此，可以如此选择偶极天线的材料以使得它在电流作用下电阻性地加热。优选地，微型偶极RF加热可以使用碳素纤维、碳素纤维絮状物或碳素纤维布(例如，碳素纤维方块)感受器来执行。 优选地，碳素纤维或碳素纤维絮状物长度小于5cm，并小于0. 5MW。在目前的每一个示例性实施例中，可以施加RF能量以达到足够的时间，以使得被加热的感受器粒子加热周围的烃油、矿或砂矿。例如，可以施加RF能量以达到足够的时间， 以使得混合物的平均温度可以大于大约212° F(IOO0C)0可另选地，可以施加RF能量，直到混合物的平均温度是，例如，大于300° F(150°C )，或400° F(200°C ) 可另选地，可以施加RF能量，直到混合物的平均温度是，例如，大于700° F(4000C )。在示例性实施例的一个变体中，可以作为蒸馏或裂化过程的一部分施加RF能量，从而，可以将混合物加热到高于碳氢化合物的热解温度，以便将诸如油母岩质或重质烃之类的复杂分子分解为较简单的分子(例如，轻质烃)。目前相信，在目前所公开的实施例中用于施加RF能量的合适的时间长度优选地可以从大约15秒、30秒或1分钟到大约10分钟、30分钟或1小时。在烃/感受器混合物已经达到所需平均温度之后，可以停止混合物到射频的曝光。例如，可以关闭或暂停RF源，或可以从RF源移开混合物。感警器粒子的去除/重复使用在某些实施例中，本公开还构想在烃/感受器混合物已经达到所需平均温度之后去除感受器粒子的能力。如果感受器粒子被留在混合物中，在某些实施例中，它可能会不希望地改变基本物质的化学和材料性质。一个替代方法是使用低体积比率的感受器，如果有的话。例如，美国专利No. 5，378，879描述了在诸如热缩性管材、热固性粘合剂以及凝胶剂之类的成品中使用永久性的感受器，并声称载有百分比超过15%的粒子的产品一般不是优选的，并且事实上，在该专利的上下文中只有通过使用具有相对较低的纵横比的感受器才能实现。本公开提供了在RF加热之后去除感受器的替代方法。通过提供在RF加热之后去除感受器的选项，本公开可以降低或消除石油矿的化学或材料性质的不希望有的改变，而允许使用大体积比率的感受器。如此，感受器粒子成份可以充当临时加热物质，而不是永久性的添加剂。基于所使用的感受器粒子类型以及混合物的相容性、粘度、或平均粒度，对感受器粒子成份的去除可以不同。在必要或需要时，对感受器粒子的去除可以结合附加的混合步骤执行。如果使用磁性或导电的感受器粒子，则可以利用诸如静态的或直流电磁体之类的一个或多个磁体来去除基本上所有的感受器粒子。在使用极性电介质感受器的情况下，可以通过浮选或离心作用去除基本上所有感受器粒子。可以通过浮选、离心作用或过滤去除碳素纤维、碳絮状物或碳素纤维布感受器。例如，可以在仍在对石油矿/感受器混合物进行RF加热时，或者在RF加热停止之后的足够的时间内进行感受器粒子的去除，以便石油矿的温度降低不超过30 %，以及可另选地，不超过10%。例如，示例性的是，在对感受器粒子的任何去除过程中，石油矿维持大于200° F(93°C)的平均温度，可另选地，维持大于 200° F (93 °C )的平均温度。本公开的示例性实施例的另一个优点可以是，感受器粒子在被从加热的混合物中去除之后可以可选地被重复使用。可另选地，在某些实例中，在处理之后，将一些或全部感受器粒子留在混合物的一些或全部材料中可能是适当的。例如，如果粒子是无危险的并且便宜的元素碳，则在加热后将粒子留在混合物中以避免去除的费用可能是有用的。作为另一个示例，可以热解添加了感受器材料的石油矿以馏出石油的有用的轻质馏分油，这是以蒸汽的形式收集的，基本上无感受器材料，而热解之后保留的底部沉积物可能包含感受器，并可以在不去除感受器的情况下被使用或处置。参考图1，提供了本公开的实施例的流程图。包括容器1，其包含带有在3000MHz 时介电损耗因子ε小于0.05的第一物质。例如，第一物质可以包括诸如浙青矿石、油砂、 焦油砂矿、油页岩或稠油之类的石油矿。容器2包含带有感受器粒子的第二物质。感受器粒子可以包括此处所讨论的感受器粒子中的任何一种，如金属粉末、金属氧化物粉末、石墨粉、镍锌铁氧体、丁基橡胶、钛酸钡粉末、氧化铝粉末或PVC粉。提供了用于将第二感受器粒子物质分散到第一物质中的混合器3。混合器3可以包括用于混合粘的物质、土或石油矿的任何合适的混合器，如砂磨机、混土器等等。混合器可以与容器1或容器2分开，或者，混合器也可以是容器1或容器2的一部分。还提供了加热容器4，用于在加热期间容纳第一物质和第二物质的混合物。加热容器也可以与混合器3、容器1以及容器2分开，或者也可以是这些组件中的任何或全部的一部分。此外，还提供了天线5，其能够发射如此处所描述的电磁能量以加热混合物。天线5可以是位于加热容器4上方、下方或与其相邻的的单独的组件，或者，它可以包括加热容器4的一部分。可选地，可以提供另一个组件，感受器粒子去除组件6，其能够从第一物质中去除基本上全部包含感受器粒子的第二物质。感受器粒子去除组件6可以包括，例如，能够去除感受器粒子的磁体、离心机或过滤器。然后，可以在混合器中可选地重复使用去除的感受器粒子，而可以存储或输送已加热的石油产品7。参考图2，描述了包括示范性加热容器的石油矿。感受器粒子210分布在石油矿 220中。感受器粒子可以包括上面的所讨论的感受器粒子中的任何一种，如导电粒子、电介质粒子或磁粒子。石油矿220可以包含任何浓度的烃分子，其本身可能不是用于RF加热的合适的感受器。将天线230置于与感受器粒子210和石油矿220的混合物足够接近的位置， 以导致其中发热，其可以是近场或远场或两者。天线230可以是领结形偶极天线，虽然本发明没有这样的限制，并且基于商业，天线的任何形式都可以是合适的。可以使用容器M0，其可以采取槽、分离锥体、或者甚至管道的形式。可以使用用于搅拌混合物的方法，如泵(未示出)。在某些应用中，如在输送器上加热干燥的矿时，容器240可以被忽略。如通常那样， 可以使用RF屏蔽250。发射装备260为天线230产生时间谐波(例如，RF)电流。发射装备260可以包含各种RF发射装备特征，如阻抗匹配装备(未示出)、可变RF耦合器(未示出)以及控制系统(未示出)，及其它这样的特征。参考图3，提供纯净的蒸馏水的损耗因子，虽然由于极化影响粒子可以改变有效损角正切。可以理解，水分子在VHF(30到300MHz)区域可能具有不充分的消散。示例下面的示例示出了本公开的若干示例性实施例。示例是作为小规模实验室确认示例提供的。然而，基于前面的详细描述，本技术技术人员将理解如何以工业规模实施下面的示例性方法。示例ι 在、没有I立子感警器阶唐况下对石油矿讲行RF Unm在72° F(22°C )的平均温度获得1/4杯阿萨巴斯卡油砂的样本。样本包含在派热克斯(Pyrex)玻璃容器中。使用GE DE68-0307A微波炉来以M50MHz，IKW加热样本30 秒(微波炉的100%功率)。加热后的所得到的平均温度是125° F(51°C )。示例2 利用磁性粒子感受器对石油矿进行RF加热在72° F(22°C)的平均温度获得1/4杯阿萨巴斯卡油砂的样本。样本包含在派热克斯玻璃容器中。在72° F(22°C)的平均温度将1汤匙的镍锌铁氧体纳米颗粒 (PPT#FP350CAS 1309-31-1)添加到阿萨巴斯卡油砂中并均勻地混合。使用GE DE68-0307A 微波炉以M50MHz，IKW加热混合物30秒(微波炉的100%功率)。加热后的混合物所得到的平均温度是196° F(91°C)。示例3 (假设示例)禾U用导申,感警器对石油矿讲行RF力口热
在72° F(22°C )的平均温度获得1/4杯阿萨巴斯卡油砂的样本。样本包含在派热克斯玻璃容器中。在72° F(22°C)的平均温度将1汤匙粉末状的五羰基化物E铁添加到阿萨巴斯卡油砂中并均勻地混合。使用GE DE68-0307A微波炉以M50MHz，IKW加热混合物30秒(微波炉的100%功率)。加热后的混合物所得到的平均温度将大于使用示例1的方法实现的所得到的平均温度。4 (假设示例)利用极丨牛感等器对石油矿讲行RF力口热在72° F(22°C )的平均温度获得1/4杯阿萨巴斯卡油砂的样本。样本包含在派热克斯玻璃容器中。在72° F(22°C )的平均温度将1汤匙的丁基橡胶(如废轮胎胶)添加到阿萨巴斯卡油砂中，并均勻地混合。使用GE DE68-0307A微波炉以M50MHz，IKff加热混合物30秒(微波炉的100%功率)。加热后的混合物所得到的平均温度将大于使用示例 1的方法实现的所得到的平均温度。
权利要求
1.一种用于加热石油矿的方法，包括下列步骤(a)提供体积占从大约10%到大约99%的包括石油矿的第一物质和体积占从大约到大约50%的包括感受器粒子的第二物质的混合物；(b)向所述混合物施加功率和频率足以加热所述感受器粒子的射频能量；以及(c)持续施加所述射频能量以达到足够的时间，以使得所述感受器粒子将所述混合物加热到大于大约212° F(100oC )的平均温度。
2.一种用于进行RF加热的方法，包括(a)提供在3000MHz时介电损耗因子ε小于0.05的第一物质；(b)添加包括平均体积小于1立方毫米的感受器粒子的第二物质，以产生分散的混合物，其中，所述第二物质在混合物中体积占从大约到大约40%之间；(c)向所述混合物施加功率级和频率足以加热所述感受器粒子的射频；(d)维持射频以达到足够的时间，以使得所述感受器粒子将所述混合物加热到大于 212° F(100°C )的平均温度；以及(e)从所述混合物中去除所述感受器粒子。
3.根据前面的任何一个权利要求所述的方法，其中，所述感受器粒子在20°C时具有大于IxlO7S · πΓ1的电导率。
4.根据前面的任何一个权利要求所述的方法，其中，所述第一物质包括浙青矿石、油砂、焦油砂矿、油页岩或稠油。
5.根据前面的任何一个权利要求所述的方法，其中，所述感受器粒子是金属粉末、金属氧化物粉末，石墨粉、镍锌铁氧体、丁基橡胶、钛酸钡粉末、氧化铝粉末或PVC粉。
6.根据前面的任何一个权利要求所述的方法，其中，所述感受器粒子是具有绝缘涂层的导电感受器粒子。
7.根据前面的任何一个权利要求所述的方法，其中，所述混合物是水的体积占5%到 50%之间的水乳状液。
8.根据前面的任何一个权利要求所述的方法，其中，步骤(a)的所述混合物包括重量占从大约70%到大约90%的石油矿以及重量占从大约30%到大约10%的感受器粒子。
9.根据前面的任何一个权利要求所述的方法，其中，使用一个或多个磁体，或通过对所述感受器粒子进行离心、过滤或漂浮来去除所述感受器粒子。
10.一种适于进行RF加热的成份，包括第一物质和第二物质，所述第一物质为在 3000MHz时介电损耗因子ε小于0. 05的石油矿，所述第二物质包括微型偶极感受器，所述微型偶极感受器是碳素纤维、碳素纤维絮状物或碳素纤维布。
全文摘要
公开了用于通过施加射频(“RF”)能量对材料进行加热的方法。例如，本公开涉及用于对诸如沥青、油砂、油页岩、焦油砂矿或稠油之类的石油矿进行RF加热的方法。石油矿与包含吸收RF能量的感受器粒子的物质混合。提供向混合物施加功率和频率足以加热感受器粒子的RF能量的源。施加所述RF能量以达到足够的时间，以使得感受器粒子将所述混合物加热到大于大约212°F(100℃)的平均温度。可选地，在实现了所需平均温度之后，可以从混合物去除感受器粒子。可以提供感受器粒子，用于无水加工，并提供足够的温度用于裂解、蒸馏、或热解。
文档编号H05B6/00GK102341481SQ201080010120
公开日2012年2月1日 申请日期2010年3月1日 优先权日2009年3月2日
发明者F·E·帕斯切 申请人:哈里公司