CN104342186A - 油砂的水洗法分离方法及*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种油砂的水洗法分离方法，以及应用该方法的分离***，其中，方法具体步骤包括：向油砂原料中加入工艺水、水性分离剂和稀油，并对物料进行加热混合；利用分离槽对物料进行一次油砂分离，得到所需的油料；利用气浮工艺对一次分离后的余料再次进行油砂分离，得到的油料并入分离槽；余下的物料做水砂分离处理，将分离出的砂排放，分离出的水作为工艺水循环利用。本发明实现了油砂中油和砂的有效分离、砂和水的有效分离、水剂的有效回收、工艺水循环使用，具有易于大规模连续工业生产、投资少、操作简单、对环境压力小等优点，为各类油砂的分离处理找到了一条可行的技术途径，尤其是实现对以印尼油砂为代表的油润性油砂有效分离处理。

Description

油砂的水洗法分离方法及***

技术领域

本发明涉及石油领域的一种油砂分离方法，尤其是油砂的水洗法分离方法，以及应用该方法的分离***。

背景技术

油砂，又称沥青砂或焦油砂，是一种含有沥青或焦油的砂或砂岩，属于非常规石油资源。其主要是由油砂油和矿砂组成，其中还有一部分水和其他杂质。不同地区的油砂性质差异较大，主要表现在三个方面：一方面是油砂中的油和砂之间是否存在水膜，另一方面是含油量的高低，第三方面是砂岩的组成成分差异，根据这三方面的差异，现有油砂可分为水润性油砂、中性油砂和油润性油砂。其中，水润性油砂砂岩以石英砂为主，砂和油之间含有一层水膜，以加拿大油砂为代表；油润性油砂含油量较高，砂岩以碳酸钙为主，砂和油紧密接触，油分离后的砂粒比较小，以印尼油砂为代表，其含油量平均高于25％、砂粒直径小于10微米的占90％以上；中性油砂介于水润性油砂和油润性油砂之间，砂粒的部分表面直接被油包覆，部分表面与油之间由水膜分隔。

针对水润性油砂，已经开发出利用热碱水对油砂进行分离的水洗法分离方法，该方法已经广泛应用于工业化生产，并且该方法还可用于对中性油砂的分离处理。

针对油润性油砂的油砂分离则还处于研发当中。研发时，人们尝试的分离方法包括溶剂法和裂解法。其中，溶剂法是使用有机溶剂将油砂中的油萃取抽提，裂解法是将油砂油加热裂解进行提取。但是，不论是溶剂法，还是裂解法，都存在工艺流程复杂、设备投资巨大、生产成本及环保要求高等缺点，而无法适于工业化生产。

因此，研制出适当的分离方法应用于油润性油砂的油砂分离处理，尤其研制出能够适用于各类油砂的油砂分离方法，成为科研人员需要攻克的难题。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的首要目的在于提供一种油砂水洗法分离方法，同时，本发明还进一步提供实施该方法的分离***。

为实现上述目的，本发明的一种油砂的水洗法分离方法，包括以下步骤：

(1)首先将油砂原料粗破碎成粒径不大于10厘米的块状油砂，再加入占油砂原料质量10-100％的工艺水、占油砂原料质量0.5％-15％的水性分离剂和占油砂原料质量0-80％的稀油，然后对混合物料进行加热，使油砂在混合溶液中松散并与混合溶液进行充分混合；

(2)在保温状态下，补充工艺水稀释步骤(1)得到的物料，用以提高油砂的分离效率，随后利用已知分离槽对物料进行一次油砂分离处理，得到一次油和一次余料，工艺水补充量根据油砂分离效率确定；

(3)利用已知气浮工艺对所述一次余料进行气浮分离处理，气浮分离出的油送到步骤(2)进行处理，余下的物料进行水砂分离，将分离出的砂排放，分离出的水作为工艺水循环利用。

进一步，所述水性分离剂为包含有按质量计的0-15％碱、0.05％-30％多聚磷酸钠、0.0001％-5％OP乳化剂、0.03％-50％水溶性硫酸盐的水溶液，所述稀油为比重及粘度均小于油砂油的油类产品。

进一步，所述碱为氢氧化钠和/或氢氧化钾，所述水溶性硫酸盐为硫酸钠和/或硫酸钾。

进一步，所述稀油包括柴油馏分、溶剂油、石油C9馏分、石油C10馏分、催化裂化回炼油、减压馏分油和油浆中的至少一种。

进一步，所述步骤(1)中对物料的加热温度为60℃以上。

进一步，利用已知沉降工艺对所述步骤(2)一次油再次进行油砂分离处理，得到所需的油料，余下的物料送回步骤(2)中的分离槽；所述沉降工艺包括至少一次自然沉降和/或至少一次电沉降。

进一步，所述步骤(3)中的气浮分离也可在所述的步骤(2)中实现。

进一步，在所述一次余料经所述步骤(3)处理之前，首先对一次余料按砂的粒径进行分离处理，从中分离出粒径大于等于30μm的粗砂，余下的物料按步骤(3)进行处理，所述粗砂经松解成粒径小于30μm的细砂，再按步骤(3)进行处理。

进一步，所述水砂分离处理具体包括：首先利用已知自然沉降工艺将物料进行初步分离，然后再利用已知液固分离设备对分离出部分水后的余料再次进行分离；两次分离出的水作为所述工艺水循环利用，液固分离设备分离出的砂排放。

进一步，在进行所述水砂分离处理时，通过在所述自然沉降工艺和/或所述液固分离设备中加入纯水，对物料中的砂做进一步洗涤，以便使物料中的水性分离剂得到尽可能充分回收，同时，实现对所述工艺水总量的补充。

进一步，所述水砂分离处理具体包括：首先利用已知旋流器对物料进行处理，从中分离出砂粒，余料利用已知自然沉降工艺进行分离得到土，砂粒和土利用已知真空过滤机进行砂水分离处理；真空过滤机分离出的水和自然沉降工艺中分离出的水作为所述工艺水循环利用，真空过滤机分离出的砂粒和土排放。

进一步，在进行所述水砂分离处理时，通过在所述自然沉降工艺和/或所述真空过滤机中加入纯水，对物料中的砂和土进行洗涤，以便使物料中的水性分离剂得到尽可能充分回收，同时，实现对所述工艺水总量的补充。

进一步，所述自然沉降工艺利用已知沉降器完成。

实施上述任一方法的油砂水洗法分离***，该***包括加热混合器，分离槽，油罐，气浮器，水砂分离单元；加热混合器输出的物料送往分离槽，分离槽分离出的油送往油罐，分离槽分离出的水砂送往气浮器，气浮器分离出的油送往分离槽，气浮器分离出的水砂送往水砂分离单元进行水砂分离处理，水砂分离单元分离出的水作为工艺水循环利用，水砂分离单元分离出的砂作为尾砂排出；加热混合器上和分离槽上均设置有工艺水注入口，加热混合器上还设置有油砂分离剂添加口和稀油添加口。

进一步，所述分离槽和所述油罐之间设置有沉降分离装置，所述分离槽分离出的油送往沉降分离装置，沉降分离装置分离出的油送往所述油罐，沉降分离装置分离出的水砂送回所述分离槽。

进一步，所述分离槽为卧式分离槽，其上还设置有粗细砂分离装置，其中，分离出的粒径大于等于30μm的粗砂送往松解器，余下的细砂和水送往所述气浮器，粗砂经松解器松解处理后再送往气浮器。

进一步，所述气浮器独立设置或设置在所述分离槽内部，进行气浮分离。

进一步，所述松解器包括球磨机、棒磨机和打散机中的至少一种。

进一步，所述水砂分离单元包括沉降器、液固分离设备，所述气浮器输出的物料送入沉降器，沉降器分离出的砂送往液固分离设备，液固分离设备分离出的砂作为尾砂排出，沉降器和液固分离设备分离出的水作为工艺水循环利用；所述沉降器和/或所述液固分离设备上还设置有纯水注入口。

进一步，所述液固分离设备包括离心分离机、压滤机和真空过滤机中的至少一种。

进一步，所述水砂分离单元包括旋流器、沉降器、真空过滤机，所述气浮器输出的物料送入旋流器，旋流器分离出的砂粒送往真空过滤机，余料送往沉降器，沉降器分离出的土送往真空过滤机，真空过滤机分离出的砂粒与土作为尾砂排出，沉降器和真空过滤机分离出的水作为工艺水循环利用；所述沉降器和/或所述真空过滤机上还设置有纯水注入口。

本发明分离方法首先通过加热混合使油砂在工艺水、水性分离剂和稀油混合溶液中良好地分散并与混合溶液充分混合，然后再将混合物料中的油和砂进行分离，实现了油砂中油和砂的有效分离、砂和水的有效分离、水剂的有效回收、工艺水循环使用，具有易于大规模连续工业生产、投资少、操作简单、操作费用低、对环境压力小等优点，为以印尼油砂为代表的非水润性油砂的油砂分离处理找到了一条可行的技术途径。同时，本发明方法也适用于水润性油砂和中性油砂的油砂分离处理。

附图说明

图1为本发明实施例1的流程示意图；

图2为本发明实施例2、3的流程示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行说明，各实施例中所使用的化学品均可通过公开商业途径获得。

实施例1

如图1所示，原料为印尼油砂，含油量为30％。水性分离剂中通过在水中加入质量比为1％氢氧化钠、5％多聚磷酸钠、4％硫酸钠和0.1％OP乳化剂混合而成。本发明油砂分离过程具体如下：

步骤1，首先将印尼油砂原料粗破碎成便于后续加热的、粒径不大于10厘米的块状油砂，送入卧式加热混合器中，加入占油砂原料质量30％的工艺水，加入占油砂原料质量3％的水性分离剂，加入占油砂原料质量5％的石油C9馏分，然后将物料进行加热至90℃，使印尼油砂原料在混合溶液中松散并与混合溶液充分混合。

步骤2，由步骤1得到的物料，利用斗提机送入卧式分离槽，保持分离槽温度为90℃，补充工艺水稀释步骤1得到的物料，用以提高油砂分离效率，补充工艺水后砂水质量比为1∶4，随后对物料进行一次油砂分离处理，得到一次油和一次余料。

步骤3，将经步骤2处理后得到的一次油送往两级自然沉降分离罐再次进行分离，由此得到所需的油料，并将其送至油罐。同时，沉降分离罐分离出油后的余料返回步骤2再次进行分离处理。

步骤4，将步骤2中分离槽分离出粒径大于等于30μm的粗砂送往球磨机，经球磨机松散成粒径小于30μm的细砂后送往气浮器进行气浮分离，而分离槽中的细砂和水直接送往气浮器进行气浮分离。气浮器中分离出少量的油送至分离槽进行处理，气浮器中余下的物料送至水砂分离单元中进行水砂分离处理。

水砂分离单元包括沉降器和离心分离机，步骤4得到的余料送往沉降器。向沉降器中加入纯水，既可以洗涤物料，使其中的水性分离剂得到尽可能彻底的回收，又可以补充***中工艺水的总量。经第一级沉降器分离出的水输出后作为工艺水循环利用，分离出的砂送往卧螺式离心分离机再次进行水砂分离，以便使砂中的水分离的更加充分。由离心分离机分离出的水输出后作为工艺水循环利用，得到的砂则送往尾砂堆场。

印尼油砂原料通过上述方法分离，按质量计，得到的油回收率达到97％以上，尾砂残油率小于1％，分离出的油中的机械杂质含量小于1％，油中水的含量小于2％。

本实施例可通过采用已知的电沉降装置进一步脱除油中的水。

需要说明的是，虽然循环利用的工艺水已经含有水性分离剂，但随着油砂分离的进行，其中的水性分离剂将不断消耗，因而，需要添加新的水性分离剂，以满足油砂分离的需要。

在步骤1中，稀油的加入改善了油砂油的流动性、增加后续沉降过程的沉降速率和效果。

水砂分离过程中不仅可将分离出的水作为工艺水循环利用而节省分离剂、保护环境，而且在此过程中将砂粒充分洗涤后，得到的砂含碳酸钙80％以上，且为超细粉状，可以用于烟气脱硫，水泥生产调钙剂，可生产生石灰、高强石膏、石膏纤维等无机材料。

在步骤4中，添加了球磨机作为松解器对粒径大于等于30μm的粗砂进行松解后，再进行气浮分离，可针对含油量较高的印尼油砂易黏连结块不易分离的性质，有效对结块的印尼油砂再次松解分散并进一步分离。此步骤的添加尤其是对含油量较高的油润性油砂，特别是印尼油砂，能明显提高油回收率。

本实施例中采用卧式加热混合器、卧式分离槽及相应的设备，可实现大规模连续工业化生产。

实施例2

本实施例的分离流程如图2所示，原料为内蒙古图木吉油砂，含油量15％，水性分离剂使用实施例1中制备的分离剂，具体步骤如下：

步骤1，首先将内蒙油砂原料粗破碎成便于后续加热的、粒径不大于10厘米的块状油砂，送入卧式加热混合器中，加入占油砂原料质量30％的工艺水，加入占油砂原料质量1％的水性分离剂，然后将物料进行加热至70℃，使内蒙油砂原料在混合溶液中松散并与混合溶液充分混合。

步骤2，由步骤1得到的物料，利用斗提机送入卧式分离槽，保持分离槽温度为70℃，补充工艺水稀释步骤1得到的物料，用以提高油砂分离效率，补充工艺水后砂水质量比为1∶4，随后对物料进行一次油砂分离处理，得到一次油和一次余料。

步骤3，将经步骤2处理后得到的一次油送往两级自然沉降分离罐再次进行分离，由此得到所需的油料，并将其送至油罐。同时，沉降分离罐分离出油后的余料返回步骤2再次进行分离处理。

步骤4，步骤2得到的一次余料进入浮选器，经气浮分离后，得到少量油送至分离槽进行处理，气浮器中余下的物料送至水砂分离单元中进行水砂分离处理。

砂水分离单元包括旋流器、沉降器、真空过滤机。步骤4气浮分离后余下的物料送往旋流器，旋流器分离出的较大砂粒送往真空过滤机，余料送入沉降器进行分离得到土送往真空过滤机，真空过滤机中的砂粒和土经水逆流洗涤4次后进行砂水分离处理；真空过滤机分离出的水和沉降器中分离出的水作为所述工艺水循环利用，真空过滤机分离出的砂粒和粘土送往尾砂堆场。

经上述方法分离，按质量计，得到的油回收率达到96％以上，尾砂残油率小于0.3％，分离出的油中的机械杂质含量小于3％，油中水的含量小于5％。

本实施例的油砂原料含油量相对印尼油砂低，其砂子主要由二氧化硅构成的油砂，属于水润性油砂。通过分离槽一次分离后，砂中油含量已很低，且分离出的砂粒较大易松散、不易黏连，因此不需要经过松解进一步降低砂中的油含量。

实施中，由于没有加入稀油，所以油品的沉降效果不如实施例1。

实施例3

本实施例的分离流程如图2所示。原料为新疆克拉玛依油砂，含油量9％。

本实施例与实施例2步骤相同，操作条件相同，分离出的尾砂残油率略低于实施例2。结果表明，按质量计，得到的油回收率达到95％以上，尾砂残油率小于0.3％，分离出的油中的机械杂质含量小于3％，油中水的含量小于5％。

上述示例只是用于说明本发明，本发明的实施方式并不限于这些示例，本领域技术人员所做出的符合本发明思想的各种具体实施方式都在本发明的保护范围之内。

Claims (21)

1.一种油砂水洗法分离方法，其特征在于，该方法具体步骤如下：

(1)首先将油砂原料粗破碎成粒径不大于10厘米的块状油砂，再加入占油砂原料质量10-100％的工艺水、占油砂原料质量0.5％-15％的水性分离剂和占油砂原料质量0-80％的稀油，然后对混合物料进行加热，使油砂在混合溶液中松散并与混合溶液进行充分混合；

(2)在保温状态下，补充工艺水稀释步骤(1)得到的物料，用以提高油砂的分离效率，随后利用已知分离槽对物料进行一次油砂分离处理，得到一次油和一次余料，工艺水补充量根据油砂分离效率确定；

(3)利用已知气浮工艺对所述一次余料进行气浮分离处理，气浮分离出的油送到步骤(2)进行处理，余下的物料进行水砂分离，将分离出的砂排放，分离出的水作为工艺水循环利用。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述水性分离剂为包含有按质量计的0-15％碱、0.05％-30％多聚磷酸钠、0.0001％-5％OP乳化剂、0.03％-50％水溶性硫酸盐的水溶液，所述稀油为比重及粘度均小于油砂油的油类产品。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述碱为氢氧化钠和/或氢氧化钾，所述水溶性硫酸盐为硫酸钠和/或硫酸钾。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述稀油包括柴油馏分、溶剂油、石油C9馏分、石油C10馏分、催化裂化回炼油、减压馏分油和油浆中的至少一种。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中对物料的加热温度为60℃以上。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，利用已知沉降工艺对所述步骤(2)一次油再次进行油砂分离处理，得到所需的油料，余下的物料送回步骤(2)中的分离槽；所述沉降工艺包括至少一次自然沉降和/或至少一次电沉降。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)中的气浮分离也可在所述的步骤(2)中实现。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述一次余料经所述步骤(3)处理之前，首先对一次余料按砂的粒径进行分离处理，从中分离出粒径大于等于30μm的粗砂，余下的物料按步骤(3)进行处理，所述粗砂经松解成粒径小于30μm的细砂，再按步骤(3)进行处理。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述水砂分离处理具体包括：首先利用已知自然沉降工艺将物料进行初步分离，然后再利用已知液固分离设备对分离出部分水后的余料再次进行分离；两次分离出的水作为所述工艺水循环利用，液固分离设备分离出的砂排放。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，在进行所述水砂分离处理时，通过在所述自然沉降工艺和/或所述液固分离设备中加入纯水，对物料中的砂做进一步洗涤，以便使物料中的水性分离剂得到尽可能充分回收，同时，实现对所述工艺水总量的补充。

11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述水砂分离处理具体包括：首先利用已知旋流器对物料进行处理，从中分离出砂粒，余料利用已知自然沉降工艺进行分离得到土，砂粒和土利用已知真空过滤机进行砂水分离处理；真空过滤机分离出的水和自然沉降工艺中分离出的水作为所述工艺水循环利用，真空过滤机分离出的砂粒和土排放。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，在进行所述水砂分离处理时，通过在所述自然沉降工艺和/或所述真空过滤机中加入纯水，对物料中的砂和土进行洗涤，以便使物料中的水性分离剂得到尽可能充分回收，同时，实现对所述工艺水总量的补充。

13.如权利要求9至12任一所述的方法，其特征在于，所述自然沉降工艺利用已知沉降器完成。

14.实施上述权利要求1至12任一分离方法的油砂分离***，其特征在于，所述***包括加热混合器，分离槽，油罐，气浮器，水砂分离单元；加热混合器输出的物料送往分离槽，分离槽分离出的油送往油罐，分离槽分离出的水砂送往气浮器，气浮器分离出的油送往分离槽，气浮器分离出的水砂送往水砂分离单元进行水砂分离处理，水砂分离单元分离出的水作为工艺水循环利用，水砂分离单元分离出的砂作为尾砂排出；加热混合器上和分离槽上均设置有工艺水注入口，加热混合器上还设置有油砂分离剂添加口和稀油添加口。

15.如权利要求14所述的***，其特征在于，所述分离槽和所述油罐之间设置有沉降分离装置，所述分离槽分离出的油送往沉降分离装置，沉降分离装置分离出的油送往所述油罐，沉降分离装置分离出的水砂送回所述分离槽。

16.如权利要求14所述的***，其特征在于，所述分离槽为卧式分离槽，其上还设置有粗细砂分离装置，其中，分离出的粒径大于等于30μm的粗砂送往松解器，余下的细砂和水送往所述气浮器，粗砂经松解器松解处理后再送往气浮器。

17.如权利要求14所述的***，其特征在于，所述气浮器独立设置或设置在所述分离槽内部，进行气浮分离。

18.如权利要求14所述的***，其特征在于，所述松解器包括球磨机、棒磨机和打散机中的至少一种。

19.如权利要求14所述的***，其特征在于，所述水砂分离单元包括沉降器、液固分离设备，所述气浮器输出的物料送入沉降器，沉降器分离出的砂送往液固分离设备，液固分离设备分离出的砂作为尾砂排出，沉降器和液固分离设备分离出的水作为工艺水循环利用；所述沉降器和/或所述液固分离设备上还设置有纯水注入口。

20.如权利要求19所述的***，其特征在于，所述液固分离设备包括离心分离机、压滤机和真空过滤机中的至少一种。

21.如权利要求14所述的***，其特征在于，所述水砂分离单元包括旋流器、沉降器、真空过滤机，所述气浮器输出的物料送入旋流器，旋流器分离出的砂粒送往真空过滤机，余料送往沉降器，沉降器分离出的土送往真空过滤机，真空过滤机分离出的砂粒与土作为尾砂排出，沉降器和真空过滤机分离出的水作为工艺水循环利用；所述沉降器和/或所述真空过滤机上还设置有纯水注入口。