阅读说明：本技术 一种用溶剂从油砂中提取道路沥青的系统及方法 (System and method for extracting road asphalt from oil sand by using solvent ) 是由 陈虹均 陈建树 吴泽雄 于 2018-06-01 设计创作，主要内容包括：本发明为一种用溶剂从油砂中提取道路沥青的系统及方法,通过交替连接的至少两级抽提装置及至少两级离心分离装置,且二级抽提、离心分离出的二级混合液返回一级抽提装置,形成逆流抽提、溶剂循环利用,每个过程生成的固液气的产物均利用起来,解决了利用天然沥青生产道路沥青的问题,还解决了含油砂砾的污染问题,既可以保障能量自身需求,又在高温下除掉了污染物,而且由于设备是在全密封的环境下运行的,对环境没有任何污染。(The invention relates to a system and a method for extracting road asphalt from oil sand by using a solvent, wherein at least two stages of extraction devices and at least two stages of centrifugal separation devices are alternately connected, secondary mixed liquid obtained by secondary extraction and centrifugal separation returns to the primary extraction device to form countercurrent extraction and solvent recycling, and solid-liquid-gas products generated in each process are all utilized, so that the problem of producing the road asphalt by using natural asphalt is solved, the pollution problem of oil-containing gravel is also solved, the energy requirement can be guaranteed, pollutants are removed at high temperature, and no pollution is caused to the environment because equipment operates in a fully sealed environment.)

一种用溶剂从油砂中提取道路沥青的系统及方法

技术领域

本发明涉及一种用溶剂从油砂中提取道路沥青的系统及方法，属于油砂分离技术领域。

背景技术

油砂是一种含有天然沥青或焦油的砂或砂岩，是一种非常规性含原油的砂状矿藏，是提炼石油类产品和修建柏油路面的优选材料。在国际石油需求日益增长的情况下，开发油砂中富集的稠油沥青资源，具有广阔的市场前景和经济效益。

全球油砂资源潜力巨大，其可采资源量与常规石油剩余可采资源量相当，世界上有70多个国家蕴藏油砂资源，但以目前的技术，仅可对12%的油砂资源进行经济性开采利用，如果全部开采利用，可供全世界消费上百年。

油砂的开采利用取决于油砂的分离技术，目前油砂分离技术主要以水洗分离技术、溶剂抽提技术、干馏技术为主。干馏技术是热破坏加工获取轻质油品的组合工艺，从油砂中提取沥青，只有水洗分离技术和溶剂抽提技术。

水洗分离技术是使用热水和表明活性剂，改变砂子表面的湿润性，使其表面亲水，达到砂与沥青分离的目的。该方法只适用于亲水性油砂的分离，对于亲油性油砂如印尼油砂，分离效率较低且水的消耗量大，需对污水进行处理。

溶剂抽提技术是根据相似相容原理，利用有机溶剂萃取油砂中的胶质、沥青质，再通过蒸馏分离溶剂和沥青，溶剂循环使用。该方法即可适用于亲水性油砂，又可适用于亲油性油砂。该方法的缺点同时也是最大的问题即环境污染过大。虽然分离设备是密闭的，但仍然有少量溶剂吸附在砂砾表面，堆积在露天的分离后的砂砾会对环境造成一定的污染。

发明内容

本发明的所解决的技术问题是克服现有溶剂抽提技术的缺陷，提供一种用溶剂从油砂中提取道路沥青系统和方法。

本发明所采用的技术手段如下所述。

本发明保护一种用溶剂从油砂中提取道路沥青的系统，包含回转烘干装置及与其依次交替连接的至少两级抽提装置及至少两级离心分离装置、回转焚烧装置及连接第一级离心分离装置的混合液分离装置，所述末级离心分离装置的液相出口回接第一级抽提装置的入口。

包含回转烘干装置11及与其依次连接的一级抽提装置2、一级离心分离装置3、二级抽提装置5、二级离心分离装置6、回转焚烧装置10；所述一级离心分离装置3的液体出口连接常压分离装置12，该常压分离装置12的混合液出口连接减压分离装置13，该减压分离装置13包含燃料油出口和道路沥青出口；所述二级抽提装置5的溶剂入口连接循环溶剂储罐9，所述常压分离装置12的溶剂出口连接该循环溶剂储罐9的入口或入口管路；所述二级离心分离装置6的液体出口回接至一级抽提装置2的溶剂入口。

所述回转焚烧装置10的烟气出口连接回转烘干装置11，固相出口连接尾砂换热装置21。

本发明还保护一种用溶剂从油砂中提取道路沥青的方法，包含如下步骤：将油砂原料1进行破碎筛分后进入回转烘干装置11烘干；烘干后的油砂进入一级抽提装置2，按溶剂与油砂体积之比为1~3:1的比例混合，抽提得到的固液混合物进入一级离心分离装置3进行一级离心分离，分离得到的固相砂砾进入二级抽提装置5，分离得到的一级混合液进入常压分离装置12，该常压分离装置12常压蒸馏得到溶剂和天然沥青，溶剂回收至循环溶剂储罐9，天然沥青进入减压分离装置13减压蒸馏后得到燃料油15和道路沥青16；所述进入二级抽提装置5的固体砂砾按溶剂与固体砂砾体积之比为1~3:1的比例混合，抽提得到的固液混合物进入二级离心分离装置6进行二级离心分离，分离得到的固相含油砂砾8进入回转焚烧装置10焚烧，分离得到的二级混合液返回通入一级抽提装置2；所述两级抽提和离心过程温度为25~120℃。

回转焚烧装置10中含油砂砾焚烧分解后生成的热烟气181通入回转烘干装置11参与烘干过程。

固相含油砂砾8焚烧分解后生成的热尾砂201通入尾砂换热装置21。

所述尾砂烘干时间为30-60分钟。

所述一级、二级抽提装置的反应釜内混合所用时间为15~30分钟。

所述溶剂是石脑油、重整汽油、煤油、柴油、原油、C₉芳烃、乙烯裂解轻柴油、燃料油中的一种、两种或多种的烃类混合物。

所述油砂的天然沥青提取率为92~95%，循环溶剂损失0.5~2%。

本发明所产生的有益效果如下。

1、本发明使用油砂中的天然沥青生产道路沥青组分。燃料油和道路沥青组分在油砂原料中是混在一起的，也称为“天然沥青”，但该“天然沥青”不能作为道路沥青使用，主要是燃料油的存在使沥青硬度不够，本发明将燃料油分离出来，剩余的可作为道路沥青使用，或可经氧化处理，得到硬度更高的道路沥青，燃料油则用于蒸馏时加热炉的燃料，分离后均可充分利用并节省其他燃料。

2、本发明将含油砂砾所夹带的溶剂和未抽提出的天然沥青完全燃烧，得到了纯净的尾砂，在存储、运输过程中没有污染。

3、含油砂砾所夹带的溶剂和未抽提出的天然沥青完全满足焚烧对能量的需求，每个过程生成的固液气的产物均利用起来，得到的热烟气用于烘干原料，高温尾砂用于发电，实现热量充分利用，尾砂可以用作建材等的原料使用。

4、本发明解决了利用天然沥青生产道路沥青的问题，还解决了含油砂砾的污染问题。既可以保障能量自身需求，又在高温下除掉了污染物，而且由于设备是在全密封的环境下运行的，对环境没有任何污染。

附图说明

图1为本发明的系统流程图。

［主要符号说明］

1、油砂原料；2、一级抽提装置；3、一级离心分离装置；4、一级混合液储罐；5、二级抽提装置；6、二级离心分离装置；7、二级混合液储罐；8、含油砂砾；9、循环溶剂储罐；10、回转焚烧装置；11、回转烘干装置；12、常压分离装置；13、减压分离装置；14、回收溶剂；15、燃料油；16、道路沥青；17、空气；181、热烟气；182、废烟气；19、补充溶剂;201、热尾砂；202、冷尾砂；21、尾砂换热装置。

具体实施方式

本发明保护一种用溶剂从油砂中提取道路沥青的系统。

本系统包含回转烘干装置11、依次交替设置的至少两级抽提装置及至少两级离心分离装置、回转焚烧装置10及连接一级离心分离装置的混合液分离装置。

如图1所示的采用两级抽提及离心装置的实施例，回转烘干装置11出口依次连接一级抽提装置2、一级离心分离装置3、二级抽提装置5、二级离心分离装置6、回转焚烧装置10。

一级离心分离装置3的液相出口连接一级混合液储罐4后连接常压分离装置12，常压分离装置12的混合液出口连接减压分离装置13。

二级抽提装置5的溶剂入口连接循环溶剂储罐9，上述常压分离装置12的溶剂出口连接于该循环溶剂储罐9的入口或入口管路。二级离心分离装置6的固相出口连接回转焚烧装置10，液相出口连接二级混合液储罐7后回接至一级抽提装置2的溶剂入口。

上述回转烘干装置11是水平旋转的滚筒，筒内表面装有耐高温材料的隔热层和耐磨层。回转焚烧装置10是水平旋转的滚筒，筒内表面装有耐高温材料的隔热层和耐磨层，入口端设有辅助的燃烧器及通入空气的管路。回转焚烧装置10的烟气出口连接回转烘干装置11，固相出口连接尾砂换热装置21。

应用上述系统，分离方法和过程如下。

将油砂原料1进行破碎筛分，将筛分后的油砂在回转烘干装置11内进行烘干，烘干时间为30-60分钟，烘干后水含量达到小于1%。

烘干后的油砂按溶剂与油砂体积之比为1~3:1的比例，在25~120℃温度下交替进行逆流抽提两次和离心分离两次，得到循环溶剂与天然沥青的混合液及含油砂砾。循环溶剂的加热是在溶剂储罐中加热至25~120℃，抽提过程在抽提装置的反应釜中进行。

具体来说，烘干后的油砂依次进入一级抽提装置2和一级离心分离装置3，获得的固体砂砾进入二级抽提装置5，获得的一级混合液进入常压分离装置12。混合液在常压分离装置12中分离出溶剂和天然沥青溶液，溶剂回收至循环溶剂储罐备用，天然沥青溶液进入减压分离装置13再次细分出燃料油和道路沥青。至此一级混合液分离完毕。

上述进入二级抽提装置5的固体砂砾与通入的新鲜循环溶剂混合抽提后进入二级离心分离装置6，获得的固体含油砂砾8进入回转焚烧装置10进行焚烧处理，获得的二级混合液返回通入一级抽提装置2。

含油砂砾通过固体输送装置送入回转焚烧装置10，含油砂砾在回转焚烧装置10中与通入的空气直接接触燃烧，含油砂砾所夹带的溶剂和未抽提出的天然沥青完全燃烧，得到热尾砂和热烟气，燃烧时间为20～40分钟。热烟气通入回转烘干装置11参与烘干过程，热烟气与筛分后的油砂直接并流在回转烘干装置内进行。含油砂砾焚烧分解后生成的热尾砂通入尾砂换热装置21交换热能，对热量进行再利用，如可用于发电等。得到的冷尾砂202用作建筑等材料的原料使用。

上述一级、二级抽提装置反应釜内的搅拌时间为15~30分钟。

常压分离装置12中，将溶剂和天然沥青的混合液进行常压蒸馏，得到循环溶剂和天然沥青，循环溶剂返回循环溶剂储罐9循环使用。减压分离装置13中，天然沥青经过减压蒸馏，得到燃料油和道路沥青组分，燃料油用于蒸馏时加热炉的燃料。

本发明中使用的溶剂可以是石脑油、重整汽油、煤油、柴油、原油、C₉芳烃、乙烯裂解轻柴油、燃料油中的一种、两种或多种的混合物，溶剂类型为烃类。

在上述步骤中，经过一级抽提和一级离心分离之后，脱水油砂中65~75%天然沥青被抽提分离出来，其余25~35%天然沥青与固体油砂继续进入二级抽提装置5。

在二级离心分离装置6液相出口分离出98~99.5%的循环溶剂和20~27%的天然沥青进入二级混合液储罐7后逆流回到一级抽提和分离装置参与一级抽提和分离，并与上述65~75%天然沥青一同进入一级混合液储罐4，最终一级混合液中包含油砂中的92~95%的天然沥青。

二级离心分离装置6得到的固相含油砂砾8包含0.5~2%的循环溶剂和剩余的5~8%天然沥青，其余为砂砾。

另外，抽提和离心级数越多，油砂中的天然沥青抽提出的比例越高，但后续的分离装置相应增大，增加分离装置的能耗。本发明设置两级抽提+离心，天然沥青的抽出率能达到92~95%（视溶剂组成），如果三级，能达到96~98%，实际生产需经济性与其他因素综合考量。

相比均采用储罐直接提供溶剂，采用本发明中二级混合液向一级抽提装置2提供溶剂的优势在于：溶剂的逆流使用。二级混合液是循环溶剂抽提一级离心后的砂砾后获得的，一级离心后的砂砾含天然沥青占油砂原料中天然沥青的25~35%，经二级抽提后有20~27%的天然沥青被溶解出来，与98~99.5%的循环溶剂形成二级混合液，该混合液具有一定的溶解能力，作为一级抽提装置的溶剂，一级主要是抽提油砂原料，这样形成逆流抽提，即油砂由上往下，溶剂由下往上。

以下为上述方法的具体实施例。

实施例1：以煤油为溶剂。

循环溶剂14在循环溶剂储罐9加热至80℃，循环溶剂14和补充溶剂19的混合溶剂按液相/固相体积比为1.5:1的比例用泵打入二级抽提装置5的反应釜并搅拌，由一级离心分离装置3来的固相进入该二级抽提装置5与上述混合溶剂14混合，搅拌30分钟。

在二级离心分离装置6中进行二级离心分离，得到的二级混合液进入二级混合液储罐7，二级混合液在二级混合液储罐7中加热至80℃作为一级抽提装置2的溶剂；二级离心分离装置6得到的固相含油砂砾8由螺旋输送装置送入回转焚烧装置10，在回转焚烧装置10内，含油砂砾所夹带的溶剂和未抽提出的天然沥青在温度800℃的环境下完全燃烧，燃烧时间为30分钟，燃烧所需氧气由通入空气17提供。开工初期回转焚烧装置10内部的温度由辅助的燃烧器提供。

在回转焚烧装置10的末端，燃烧产生的热烟气181通过管道输送至回转干燥装置11，与筛分后的油砂原料在一起并流进入回转干燥装置11，油砂原料与热烟气181在回转干燥装置11内停留30分钟，废烟气182经净化后排放；烘干脱水后的油砂原料进入一级抽提装置2。

同时在回转焚烧装置10的末端，热尾砂201的热量通过尾砂换热装置21输出并用于发电。

上述二级混合液储罐7内加热到80℃的二级混合液，按液相/固相体积比为1.5:1的比例用泵打入一级抽提装置2的反应釜并搅拌，由回转烘干装置11来的烘干后油砂原料进入一级抽提装置2与二级混合液混合搅拌30分钟，在一级离心分离装置3中进行一级离心分离，得到的一级混合液进入一级混合液储罐4；得到的固相砂砾进入二级抽提装置5，后续步骤如前所述。

一级混合液用泵送至常压分离装置12进行常压蒸馏，在常压分离装置12顶部得到循环溶剂14，进入循环溶剂储罐9；在常压分离装置12底部得到天然沥青并进入减压分离装置13，在减压分离装置13内进行减压蒸馏，侧线得到燃料油组分15，其可用作蒸馏时加热炉的燃料，底部得到道路沥青16。

经过上述步骤，油砂中天然沥青的提取率为92.5%，溶剂损失为0.5%。

实施例2：以重整汽油、煤油按1：1的比例为溶剂。

循环溶剂14在循环溶剂储罐9保温至35℃，循环溶剂14和补充溶剂19的混合溶剂按液相/固相体积比为2:1的比例用泵打入二级抽提装置5的反应釜并搅拌，由一级离心分离装置3来的固相进入该二级抽提装置5与混合溶剂混合，搅拌30分钟。

在二级离心分离装置6中进行二级离心分离，得到的二级混合液进入二级混合液储罐7，二级混合液在二级混合液储罐7中保温至35℃作为一级抽提装置2的溶剂；二级离心分离装置6得到的固相含油砂砾8由螺旋输送装置送入回转焚烧装置10，在回转焚烧装置10内，含油砂砾所夹带的溶剂和未抽提出的天然沥青在温度800℃的环境下完全燃烧，燃烧时间为30分钟，，燃烧所需氧气由通入空气17提供。开工初期10内部的温度由辅助的燃烧器提供。

在回转焚烧装置10的末端，燃烧产生的热烟气181通过管道输送至回转干燥装置11，可与筛分后的油砂原料在一起并流进入回转干燥装置11，油砂原料与热烟气在回转干燥装置11内停留30分钟，废烟气182经净化后排放；烘干脱水后的油砂原料进入一级抽提装置2。

同时在回转焚烧装置10的末端，热尾砂201的热量通过尾砂换热装置21输出并用于发电。

上述二级混合液储罐7内保温到35℃的二级混合液，按液相/固相体积比为2:1的比例用泵打入一级抽提装置2的反应釜并搅拌，由回转烘干装置11来的烘干后油砂原料进入一级抽提装置2与二级混合液混合搅拌30分钟，在一级离心分离装置3中进行一级离心分离，得到的一级混合液进入一级混合液储罐4；得到的固相砂砾进入二级抽提装置5，后续步骤如前所述。

一级混合液用泵送至常压分离装置12进行常压蒸馏，在常压分离装置12顶部得到重整汽油、侧线得到煤油，二者混合后得到混合循环溶剂14，保温至35℃进入循环溶剂储罐9；在常压分离装置12底部得到天然沥青进入减压分离装置13，在减压分离装置13内进行减压蒸馏，侧线得到燃料油组分15，其可用作蒸馏时加热炉的燃料，底部得到道路沥青16。

经过上述步骤，油砂中天然沥青的提取率为94.2%，溶剂损失为0.6%。

实施例3：以柴油为溶剂。

循环溶剂14在循环溶剂储罐9加热至115℃，循环溶剂14和补充溶剂19的混合溶剂按液相/固相体积比为2:1的比例用泵打入二级抽提装置5的反应釜并搅拌，由一级离心分离装置3来的固相进入该二级抽提装置5与上述混合溶剂混合，搅拌30分钟。

在二级离心分离装置6中进行二级离心分离，得到的二级混合液进入二级混合储罐7，二级混合液在二级混合储罐7中加热至115℃作为一级抽提装置2的溶剂；二级离心分离装置6得到的固相含油砂砾8由螺旋输送装置送入回转焚烧装置10，在回转焚烧装置10内，含油砂砾所夹带的溶剂和未抽提出的天然沥青在温度800℃的环境下完全燃烧，燃烧时间为30分钟，燃烧所需氧气由通入空气17提供。开工初期10内部的温度由辅助的燃烧器提供。

在回转焚烧装置10的末端，燃烧产生的热烟气181通过管道输送至回转干燥装置11，可与筛分后的油砂原料在一起并流进入回转干燥装置11，油砂原料与热烟气181在回转干燥装置11内停留30分钟，废烟气182经净化后排放；烘干脱水后的油砂原料进入一级抽提装置2。

同时在回转焚烧装置10的末端，热尾砂201的热量通过尾砂换热装置21输出并用于发电。

上述二级混合液储罐7内加热到115℃的二级混合液，按液相/固相体积比为2:1的比例用泵打入一级抽提装置2的反应釜并搅拌，由回转烘干装置11来的烘干后油砂原料进入一级抽提装置2与二级混合液混合搅拌30分钟，在一级离心分离装置3中进行一级离心分离，得到的一级混合液进入一级混合液储罐4；得到的固相砂砾进入5，后续步骤如前所述。

一级混合液用泵送至常压分离装置12进行常压蒸馏，在常压分离装置12侧线得到循环溶剂14，冷却至115℃进入循环溶剂储罐9；在常压分离装置12底部得到天然沥青进入减压分离装置13，在减压分离装置13内进行减压蒸馏，侧线得到燃料油组分15，其可用作蒸馏时加热炉的燃料，底部得到道路沥青16。

经过上述步骤，油砂中天然沥青的提取率为93.0%，溶剂损失为0.6%。

以上是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。