CN104046375B

CN104046375B - 微波辅助超临界co2萃取油砂中原油的***及方法

Info

Publication number: CN104046375B
Application number: CN201410258254.3A
Authority: CN
Inventors: 王树众; 王玉珍; 李艳辉; 温胜; 钱黎黎; 任萌萌; 孙盼盼
Original assignee: Xian Jiaotong University
Current assignee: Xian Jiaotong University
Priority date: 2014-06-11
Filing date: 2014-06-11
Publication date: 2016-04-13
Anticipated expiration: 2034-06-11
Also published as: CN104046375A

Abstract

本发明公开了一种微波辅助超临界CO₂萃取油砂中原油的***及方法，***包括萃取釜、微波发生器、分离器、气体净化器、缓冲罐、夹带剂储罐等。处理方法是：油砂通过输送装置送至萃取釜，同时CO₂、夹带剂进入缓冲罐，缓冲罐中混合物进入萃取釜，关闭萃取釜进出口端阀门；开启微波发生器，待釜内达到萃取温度后，停留一段时间，打开釜底阀门，排出砂子，打开釜顶出口阀门，气相流体经节流阀进入分离器；分离器底部出口排出原油，顶部气体经净化器，返回至缓冲罐。***设置至少两台萃取釜，可交替操作实现连续运行。

Description

微波辅助超临界CO2萃取油砂中原油的***及方法

技术领域

本发明涉及一种油砂分离技术，具体涉及一种超临界CO₂萃取油砂中原油的***及方法。

背景技术

随着全球石油需求的不断增加，常规石油资源已经不能满足石油需求的快速增长，人们开始把目光转向非常规石油资源。油砂作为非常规石油资源的主要来源，在世界能源供给中起着举足轻重的作用。根据美国地质调查局的研究，世界上油砂油可采资源量约为103.51×10⁹m³，约占世界石油资源可采总量的32％。目前，对油砂的研究和开发，世界各地均在加速进行，随着勘探开发技术的提高，其占全球烃类能源的比重将会不断增大。

油砂矿一般埋藏在地表至760m深的地下，目前国内外普遍采用露天开采的方式开采。但露天开采出的油砂需建立相应的油砂分离装置。现有的油砂分离技术有热碱洗法和溶剂萃取法。但这两种方法都具有一点的缺陷，如热碱洗法需用大量的高温碱水浸泡，通过水洗的方法达到油泥分离的目的。此方法开采成本较高，劳动强度较大，水资源浪费较大，且产生大量的污水、造成二次污染。溶剂萃取法工艺复杂，设备投资过大，且由于溶剂油闪点非常低且极易燃烧，使用时存在较大的消防安全隐患。

专利文献CN103395953A公开了一种CO₂超临界萃取法油泥分离方法，包括萃取溶剂、固液分离、泥土排放、气流分离及原油收集过程。该发明提到CO₂萃取过程不发生化学反应，且无味、无毒，安全性非常好，同时CO₂气体价格便宜，纯度高，容易抽取，且可重复使用。

超临界CO₂萃取过程是利用超临界CO₂的溶解能力与其密度的关系，即利用压力和温度对超临界CO₂溶解能力的影响而进行的。在超临界状态下，将超临界CO₂与待分离的物质接触，使其有选择性地把极性大小、沸点高低和分子量大小的成分依次萃取出来。然后借助减压或降温的方法使超临界流体变成普通气体，被萃取物质则完全或基本析出，从而达到分离提纯的目的。

但超临界CO₂具有选择溶解性，对低分子量、低极性、亲脂性、低沸点的成分如挥发油、烃、酯、醚、环氧化合物等表现出优异的溶解性；但对具有极性基团(-OH、-COOH等)的化合物，极性基团越多，就愈难萃取，故多元醇、多元酸及多羟基的芳香物质均难溶于超临界CO₂；此外，对分子量高的化合物，分子量越高越难萃取，分子量超过500的高分子化合物几乎不溶。而油砂中原油除含大量亲脂性烷烃外，还含一定量的重油及胶质，这些物质在原油中的含量一般在5wt％～20wt％，而其分子量则较大(300～1000)，在超临界CO₂中的溶解度较低。因此，采用超临界CO₂技术萃取油砂中原油时，若不采取其他措施提高其对大分子物质的提取效率，超临界CO₂萃取的技术优势则不能得到很好的发挥；此外，未萃取彻底的油砂排放还会造成二次污染。

发明内容

本发明的目的是提供一种高效、经济、无二次污染的超临界CO₂萃取油砂分离技术。针对超临界CO₂对极性有机物及高分子量有机物的低溶解性，采取向超临界CO₂中加入第三组分，即夹带剂，来提高高分子物质的溶解度；同时采用微波辅助萃取的方法，利用微波的波动性、高频性、穿透性等特性，同时对油砂进行物理破乳及加热，提高超临界CO₂萃取效率。

为达到上述目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：

一种微波辅助超临界CO₂萃取油砂中原油的***，其特征在于，包括至少两个萃取釜，各萃取釜***均装有微波发生器，各萃取釜的顶部进口由输送装置送入油砂，各萃取釜底部进口通过高压气体压缩机连通缓冲罐底部出口，各萃取釜下端设排砂口；所述缓冲罐的一个进口通过低压气体压缩机与CO₂储罐连通，另一个进口通过液体压缩泵连通夹带剂储罐；各萃取釜通过节流阀连通分离器顶部进口，分离器下部设原油排放口，分离器顶部出口连通气体净化器，气体净化器顶部出口连通缓冲罐的第三个进口。

上述方案中，所述缓冲罐的一个进口与低压气体输送泵的连接管道上串联一个预热器。

一种微波辅助超临界CO₂萃取油砂中原油的方法，采用前述***实现，其特征在于，包括下述步骤：

(1)将CO₂从CO₂储罐经低压气体压缩泵送入缓冲罐；将夹带剂从夹带剂储罐经液体压缩泵送至缓冲罐，将油砂输送至一个萃取釜，关闭其它萃取釜进出口阀门，***启动；

(2)缓冲罐中的CO₂及夹带剂混合物经高压气体压缩机送入装有油砂的萃取釜；开启该萃取釜***的微波发生器，待釜内达到萃取温度后，停留一段时间，打开上部出口阀门，将气相流体经节流阀进入分离器，打开釜底部阀门，排出萃取后的砂子；

(3)分离器底部出口排出原油，顶部含CO₂及夹带剂的气体经气体净化器返回至缓冲罐，完成一个萃取釜对油砂的间歇性萃取；

(4)此后，第二个萃取釜、…、直至最后一个萃取釜依次分别重复步骤(1)～(3)的操作；

(5)再从第一个萃取釜开始，重复步骤(1)～(3)的操作，使油砂在多台反应釜中依次循环萃取，使***进入连续运行阶段。

上述方法中，所述的微波发生器的辐照频率为300～8000MHz。所述萃取釜内反应温度控制在35～75℃，压力控制在7～30MPa。

所述的分离器中的温度控制在35～75℃，压力控制在3～15MPa。

所述的夹带剂为甲醇、乙醇、丙酮、或乙酸乙酯。

本发明的优点是，利用微波对物料进行加热，在加热过程中同时实现了高效破乳，有利于提高CO₂萃取效率；同时在超临界CO₂中加入了夹带剂，可以提高超临界CO₂对高分子量有机物的溶解度，进一步提高萃取效率。在运行方面，采用多台反应釜依次间歇式运行，保证了整个***的连续性运行，实现了油、砂的高效、清洁、低能耗的分离。本发明将有利于开辟新的石油供给线，缓解目前日趋紧张的油气供需关系。

附图说明

图1为本发明***的结构示意图。

图1中：1、皮带输送机；2、第一萃取釜；3、第一微波发生器；4、第二萃取釜；5、第二微波发生器；6、阀门；7、CO₂储罐；8、低压气体压缩机；9、预热器；10、缓冲罐；11、夹带剂储罐；12、液体压缩泵；13、高压气体压缩机；14、节流阀；15、分离器；16、气体净化器。

具体实施方式

下面结合附图及一个具体实施例对本发明作进一步的详细说明：

参照图1，一种微波辅助超临界CO₂萃取油砂中原油的***，包括两个萃取釜2、4，两个微波发生器3、5，一个预热器9，一个分离器15，一个气体净化器16，一个缓冲罐10，一个夹带剂储罐11等。

萃取釜2、4的顶部进口通过阀门6连接输送油砂OS的皮带输送机1，萃取釜2、4底部进口通过高压气体压缩机13连通缓冲罐10的底部出口，萃取釜2、4下端出口为砂子排放口Sand；缓冲罐的一个进口通过预热器9、低压气体压缩机8与CO₂储罐7连接，缓冲罐的另一个进口通过液体压缩泵12连通夹带剂储罐11；萃取釜2、4上部出口通过节流阀14连通分离器15顶部进口，分离器下部出口为萃取后原油排放口Oil，分离器顶部出口连通气体净化器16，气体净化器顶部出口连通缓冲罐中部的进口。

采用图1***的一种微波辅助超临界CO₂萃取油砂中原油的方法：处理量为20t/d，含油量为20wt％的油砂，***在开机时，关闭第二萃取釜4进出口端阀门，油砂通过皮带输送机1输送至第一萃取釜2，关闭萃取釜顶部阀门；同时，20kg/h的CO₂从CO₂储罐7经低压气体压缩泵8压缩至7.5MPa，并经预热器9预热至50℃，进入缓冲罐10；1kg/h的甲醇(夹带剂)从夹带剂储罐11经液体压缩泵12压缩至7.5MPa，进入缓冲罐10，缓冲罐10中的CO₂及夹带剂混合物经高压气体压缩机14压缩至20MPa进入第一萃取釜2，关闭第一萃取釜进出口端阀门；开启第一萃取反应釜中搅拌器及第一微波发生器3，微波辐照频率为1000MHz，釜内温度达65℃后停留10min；打开第一萃取釜底部阀门，排出萃取后的砂子；打开第一萃取釜上部出口阀门，气相流体经节流阀15降压至7MPa进入分离器16。在第一萃取釜2内萃取过程结束后，打开第二萃取釜4进口端阀门，油砂经皮带输送机，CO₂及甲醇经缓冲罐10进入第二萃取釜4，关闭第一萃取釜2进出口阀门，打开第二萃取釜搅拌器及第二微波发生器，同样待釜内温度升至65℃后停留10min，打开第二萃取釜顶部阀门，顶部流体经节流阀14进入分离器，底部阀门打开排砂；接着第一萃取釜重复上述步骤，进入工作，两台反应釜间歇性进行操作。分离器15内温度为65℃，压力为7MPa，气液在此实现分离，原油从底部出口排出，甲醇及CO₂从顶部出口进入气体净化器16，净化器16内装有变色硅胶及分子筛，吸附甲醇和CO₂流体中携带的水分及其它杂质，净化后的甲醇及CO₂返回缓冲罐10，完成一个循环。***进入正常运行后，预热器停止工作，CO₂和甲醇通过泵分别补充0.2kg/h、0.1kg/h的流量进入缓冲罐(该实例中，一个循环过程CO₂和甲醇的消耗率为1％)。

该实例原油的萃取率可达98％，处理后油砂含油量低于1wt％，日产原油3.9t。

本发明并不局限于以上实施例，本发明中所涉及的工艺参数可根据具体情况进行调整，如预热器可以采用电加热、也可以为燃气加热，也可以为燃煤加热。CO₂预热后的温度高于其临界点温度(>32℃)，***正常运行后，CO₂无需预热，预热器可以停运。在***启动阶段，CO₂进入缓冲罐的量为待萃取原油含量与其在超临界CO₂中溶解度比值的1～5倍，***正常运行后，补充的CO₂的量为萃取、分离、净化过程所消耗的量。

萃取釜的压力在7～30MPa调整，温度在35～75℃调整。微波发生器的辐照频率为300～8000MHz，且连续可调。分离器的温度控制在35～75℃，压力在3～15MPa范围内调整。

夹带剂除用甲醇外，也可采用乙醇、丙酮、乙酸乙酯等有机溶剂。

Claims

1.一种微波辅助超临界CO₂萃取油砂中原油的***，其特征在于，包括至少两个萃取釜，各萃取釜***均装有微波发生器，各萃取釜的顶部进口由输送装置送入油砂，各萃取釜底部进口通过高压气体压缩机连通缓冲罐底部出口，各萃取釜下端设排砂口；所述缓冲罐的一个进口通过低压气体压缩机与CO₂储罐连通，另一个进口通过液体压缩泵连通夹带剂储罐；各萃取釜通过节流阀连通分离器顶部进口，分离器下部设原油排放口，分离器顶部出口连通气体净化器，气体净化器顶部出口连通缓冲罐的第三个进口。

2.如权利要求1所述的微波辅助超临界CO₂萃取油砂中原油的***，其特征在于，所述缓冲罐的一个进口与低压气体输送泵的连接管道上串联一个预热器。

3.一种微波辅助超临界CO₂萃取油砂中原油的方法，采用权利要求1所述微波辅助超临界CO₂萃取油砂中原油的***实现，其特征在于，包括下述步骤：

4.如权利要求3所述的微波辅助超临界CO₂萃取油砂中原油的方法，其特征在于，所述的微波发生器的辐照频率为300～8000MHz。

5.如权利要求3所述的微波辅助超临界CO₂萃取油砂中原油的方法，其特征在于，所述萃取釜内反应温度控制在35～75℃，压力控制在7～30MPa。

6.如权利要求3所述的微波辅助超临界CO₂萃取油砂中原油的方法，其特征在于，所述的分离器中的温度控制在35～75℃，压力控制在3～15MPa。

7.如权利要求3所述的微波辅助超临界CO₂萃取油砂中原油的方法，其特征在于，所述的夹带剂为甲醇、乙醇、丙酮、或乙酸乙酯。