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油砂沥青提取方法研究化学专业
油砂沥青提取方法研究
[摘要]采用水洗分离法对四川油砂进行分离,实验综合考察水洗剂质量分数、加热温度、加热时间、剂砂比、回收试剂重复使用效果对油砂处理的影响。
实验结果表明,在适宜水洗分离剂质量分数(5%)、适宜的加热温度(95℃)、适当的加热时间(25min)和剂砂质量比(2:
1)的条件下,四川油砂能够实现较好的分离,油砂出油率可达94%以上。
该实验成果为进一步研究我国油砂开采、分离具有重要的指导意义。
[关键词]油砂,水洗,分离,出油率
Extractionofoilsandsbitumen
[Abstract]UsesthelaunderingpartingmethodtocarryontheseparationtoSichuanoilsands,theexperimentcomprehensivesurveywaterlotionqualityscore,theheatingtemperature,theheating-uptime,themedicinalpreparationgranulatedsubstancecomparedto,therecyclingreagentredundantuseeffecttheinfluencewhichprocessestotheoilsand.Theexperimentalresultindicatedthatinsuitablelaunderingseparatingagentqualityscore(5%),suitableheatingtemperature(95℃),suitableheating-uptime(25min)compositionsandyquantitycomparedto(2:
1)thecondition,fourSichuanoilsandscanrealizethegoodseparation,theoilsandoilextractionratemayreachabove94%.Thisexperimentachievementwillcertainlytofurtherstudyourcountryoilsandmining,theseparationtohavetheimportantguidingsense.
[Keywords]oilsands,washedseparation,separation,oilextractionrate
1文献综述
1.1油砂的定义
油砂亦称稠油砂,是一种含有天然沥青的砂岩或其它岩石,通常是由砂、沥青、矿物质粘土和水组成的混合物。
不同地区油砂矿的组成不同,一般沥青含量为3%~20%,砂和粘土占80%~85%,水占3%~6%。
每单位的沥青含量为10%~12%,沙和黏土等矿物占80%~85%,余下为3%~5%的水。
其中沥青即为油砂内所含的原油,它比常规原油黏稠,属于超重油。
油砂沥青具有高密度、高黏度、高碳氢比和高金属含量等特点,密度为0.97~1.015g/cm3,室温下黏度一般为10×104~100×104mPa·s;其平均组分中的碳含量为83.2%,氢为10.4%,氧为0.94%,氮为0.36%,硫为4.8%,还存在有微量的重金属钒、镍、铁等。
据统计,世界油砂资源折合成重油大约为3000×108~6000×108t,远远大于世界天然石油的探明储量[1-2]。
1.2世界油砂资源的分布
目前世界探明的油砂资源量约为317万亿桶,主要分布在加拿大、委内瑞拉和美国。
大部分油砂资源集中在加拿大阿尔伯塔省北部的Athabasca流域、和平湖和阿尔伯塔省与萨斯喀彻温省交界处的冷湖地区[3]。
Athabasca流域的油砂是世界上最大的已知油砂资源,其储量达2130亿立方米,加上冷湖与和平湖等地区的油砂和重油资源,加拿大已探明的油砂和重油资源达4000亿立方米(合215万亿桶),相当于整个中东地区的石油蕴藏量。
据委内瑞拉国家石油公司估计,委内瑞拉奥利诺科河的油砂储量高达112万亿桶。
据美国能源部估计,目前美国油砂资源约有800亿桶。
据加拿大阿尔伯塔省能源局统计,2001年加拿大油砂产量为6415万桶/日,2004年总生产规模达到83万桶/日,占加拿大石油产量的43%;其中世界最大的油砂合成原油公司产量达到20万桶/日,预计2010年油砂产量可以提高到170~200万桶/日,到2015年将达到260万桶/日。
目前,委内瑞拉的油砂产量为55万桶/日[4]。
1.3我国油砂资源的分布
我国油砂资源丰富,分布非常广阔,在准葛尔、柴达木、鄂尔多斯、松辽、四川、二连、塔里木和吐哈等盆地都发现了油砂的分布。
我国油砂点多面广,且含油率高,有的地区油砂含油率高达12%以上,根据国家新一轮油气资源评价对全国24个含油砂盆地106个矿带的评价结果,全国油砂油地质资源量为5.97Gt,可采资源量为2.258Gt,位居世界第五位[5]。
据“2005中国石油论坛”,我国油砂远景资源量为100×108t,预计到2050年,我国油砂矿将达到年产1800×104t油的产能。
据初步估算,我国油砂远景资源量为100×108t。
我国油砂发展规划分两个阶段实施:
2020~2030年,以地表油砂开采为主;2030~2050年,地面油砂开采和地下开采并举。
预计到2030年,我国油砂矿将达到年产500×104t油的产能;到2040年,将达到年产1000×104t的产能;到2050年,将达到年产1800×104t的产能[6]。
1.4油砂开采现状
随着原油价格的不断上调以及全球需求的不断增长,从油砂中提取原油也越来越受到人们的关注。
油砂必须用萃取工艺分离出沥青,再从中提炼出重油。
目前,有两种比较成熟的开采油砂方法,一是对距离地面较近的储藏采用露天开采法;二是对深埋地下的储藏(一般在地下75~400m之间)采用现场分离的方法。
1.4.1露天开采
露天矿采主要适用于埋深小于75m、厚度大于3m的油砂矿,通过建造巨大的露天矿场以及萃取设施,运用采矿的方式进行油砂开采。
它具有资源回收率高、劳动效率高、可用大型自动化机械设备、生产安全的特点。
露天开采所需的设备及费用、油砂油采收率较其他方法好,技术上较为成熟,在加拿大及委内瑞拉等都已形成大规模工业开采[7]。
大规模露天开采经历了从使用轮式巨型挖掘机和传送带到现在使用巨型电动铲车和巨型运送卡车的转变过程。
1.4.2原地开采
对于埋藏较深(>75m)的油砂,需要原地开采。
它是通过分离油砂中的沥青,从地表以下直接获取沥青。
首先在井下将沥青加热至可以流动的状态,然后再将其液化形态抽到地面上来。
目前广泛采用的方法主要有循环蒸汽刺激法、蒸汽辅助重力排泄法两种[8]。
目前的生产技术可以采收井下沥青储藏的25%~75%,这远远大于常规轻质石油的采收率。
现场分离方法除了可以直接开发出地表以下一定深度内油砂分布的沥青外,尚有降低开发成本的巨大潜力。
而且,该项技术在保护空气和水土资源方面起到了非常实际的意义。
1.5油砂分离技术现状
油砂的研究主要是利用油砂制油,油砂的结构分为水润型、油润型和中间润湿型[9]。
目前,油砂的分离方法根据其结构不同分
(1)为热水洗法;
(2)溶剂抽提法;(3)热解干馏法。
一般水润型油砂适合水洗分离,油润型油砂适合热解干馏法或溶剂抽提法[10]。
1.5.1水洗分离法
目前国外商业上使用的油砂沥青分离方法是水洗分离。
水洗分离方法适合国内大部分油砂,但分离条件有差别。
油砂水洗分离的受各种因素的影响,地面油砂的分离主要以热碱水洗为主,对于亲水性的油砂,油砂颗粒表面有水膜,可以采用水洗分离的方法
1.5.2有机溶剂萃取法
油砂有机溶剂抽提分离主要是利用物质的相似相溶原理来实现油砂沥青的回收。
利用有机溶剂萃取砂中的胶质、沥青质,然后进行蒸馏以达到分离的目的。
这种方法是用有机溶剂与油砂相接触,将溶解的沥青油与石英砂分离,抽提试剂可以循环使用[11]。
该方法对油砂的质量要求不高,可以是含油量高的湿油砂,也可以是含油量小或者是干油砂。
该方法适用性较广,而且洗油的效率也相对较高,但其产生的残砂对环境有较大的危害。
1.5.3热解干馏法
有关油砂热解分离技术,主要思路是实现油砂中重质组分的轻质化,原理是采用250℃以上的高温进行裂解,经过高温处理后,沥青的质量得到很大改进,分子量变小,胶质减少,高温处理过程中发生的最重要的变化就是轻质油的产生。
1.6本课题研究意义
由于干馏分离法能耗较大造成分离成本较高,而有机溶剂抽提法的残砂的后处理困难对环境危害较大,相对来说水洗分离法成本较低并且水洗试剂可以循环利用,分离后残砂经简单处理可直接回填处理或做建筑材料,对环境无污染[12]。
因此,本实验必将为进一步研究我国油砂的开采和利用具有一定的指导意义。
2.实验部分
2.1水洗基本原理
通过热化学剂的作用,改变砂子表面的润湿性,使砂子表面更加亲水,实现砂与吸附在上面的沥青分离,分离后的原油上浮进入碱液中,而油砂沉降在下部,以达到分离的目的。
油砂水洗分离主要涉及以下基本原理:
(1)降低界面张力;
(2)乳化作用及流动;(3)润湿性的改变;(4)增溶油水界面处形成刚性薄膜。
油砂分离示意图如图2-1所示。
图2-1油砂分离示意图
2.2实验原料:
四川油砂,含油率6%,品位较低,水洗分离实验试剂采用多种化学试剂复配。
2.3实验方法及流程
按照一定的剂砂比在烧杯中加入油砂和实验室自主开发的油砂分离剂,将烧杯置于恒温水浴搅拌仪中,当水溶液达到预定的温度后,恒温下对油砂浆进行一段时间的分离,然后静止15min,将液面油砂沥青刮去,倾倒出溶液,将分离后的砂置于烘箱中干燥,利用重量法计算出出油率(对于单位质量的油砂,在分离
剂的作用下分离出的油砂沥青的质量与该单位质量油砂含油量的比值为出油率,下同),根据出油率的高低来评价分离效果。
其实验流程如图2-1所示。
图2-2油砂分离实验流程
3.结果与讨论
3.1水洗温度对油砂分离的影响
在剂砂质量比2∶1、抽提时间25min,分离剂质量分数5%的条件下,考察温度对油砂抽提处理效果的影响,实验结果如图3-1所示。
图3-1加热温度对油砂分离的影响
由上图可知,随着加热温度的增加,油砂出油率相应增加。
在70~95℃,温度对油砂油的提取率影响较大,这主要是由于温度较低时砂-水-油界面不清,分层效果差出油率不高;温度升高,油砂浆液体的平均动能增加,使油砂沥青的粘度下降,并且温度升高后油水密度差增大,分离出的油以小油珠的形式不断上浮,从而易于与砂粒分离,油水界面清,分层效果好,故考虑到能耗及提取效率等因素的影响,工业生产选择在稍高的温度即95℃下进行较为理想。
3.2分离剂质量分数对油砂分离的影响
在剂砂质量比2∶1、抽提时间25min,水洗温度95℃的条件下,考察分离剂质量分数对油砂提取处理效果的影响,实验结果如图3-2所示。
图3-2分离剂质量分数对油砂分离的影响
由上图知,随着分离剂质量分数的增加,油砂出油率相应增加。
在分离剂质量分数为2~5%时,分离剂质量分数对油砂的出油率影响较大,当分离试剂的质量分数达到5%左右时,油砂的出油率基本不再增加,因此选择5%的分离试剂作为分离剂最为理想。
3.3加热时间对油砂分离的影响
实验发现,抽提时间对油砂处理也有较大的影响,采用5%的分离剂在95℃的实验温度、剂砂质量比2∶1的条件下,通过改变抽提时间进行实验,结果如图3-3所示。
图3-3加热时间对油砂分离的影响
由上图可知,随着抽提时间的延长,油砂油的提取率也是逐渐升高的,这是因为油砂沥青在分离剂的作用下分离需要一定的时间,短时间内油砂沥青不能充分分离,在加热搅拌等操作条件下,油砂沥青逐渐分离,实验证实,抽提25min,油砂油提取率可达95%以上,再延长抽提时间提取率几乎不再增加,故工业生产时选择分离25min左右为宜。
3.4剂砂质量比对油砂分离的影响
为考察剂砂质量比对油砂油提取率的影响,采用质量分数5%的分离剂,在抽提温度95℃、抽提时间25min下,改变剂砂质量比进行实验,结果如图3-4所示。
图3-4剂砂质量比对油砂分离的影响
由上图可知,增大剂砂质量比可提高油砂油的出油率。
剂砂质量比较小时由于油砂不能充分分离,油提取率较低,随着剂砂质量比的增加,油砂颗粒可以和分离剂充分接触,从而油砂油提取率升高;当溶剂油与油砂的质量比大于2∶1后,油砂油的提取率基本不再增加,达到最大提取率。
故确定实验的剂砂质量比为2∶1。
3.5重复使用效果的考察
由于水洗分离处理油砂所需试剂的用量较大,因此将分离后的废液回收,为了保持分离浓度不变,添加少量新鲜试剂后循环利用,这样可避免分离试剂的浪费,同时也可降低油砂处理成本。
循环实用效果的考察在最佳分离操作条件:
温度95℃、剂砂质量比2∶1、抽提时间25min的条件下进行,考察实验结果如图3-5所示。
图3-5分离剂重复利用的效果
由上图可知,采用回收后的分离剂处理油砂,油出油率略有降低,但重复利用5次,油提取率仍保持在90%以上。
由此可见,回收的分离剂可以重复循环使用并且循环利用效果理想,这对降低油砂处理成本也具有重要意义。
4.结论
(1)以水洗分离法处理四川油砂,通过考察水洗温度、剂砂质量比、分离时间等因素对分离处理的影响,得出最佳分离操作条件,即抽提温度为95℃、剂砂质量比为2∶1、抽提时间为25min,在此最佳条件下油砂油提取率可达95%以上。
分离效果较好,为工业设计采用水洗分离油砂提供了可行性研究依据。
(2)分离剂可回收循环利用,降低了试剂用量及处理成本。
[参考文献]
目录
第一章总论4
1.1项目概况4
1.2编制依据5
1.3项目建设内容及规模5
1.4项目投资概算及资金筹措14
1.5产品方案15
1.6原材料及动力16
1.7主要技术经济指标17
1.8项目实施进度18
1.9研究结论18
第二章项目建设背景和必要性19
2.1项目建设背景19
2.2项目建设必要性20
第三章市场分析和预测22
3.1市场现状22
3.2**县市场23
3.3全国市场23
3.4鸡肉市场分析24
3.5鸡蛋市场分析24
3.6有机肥市场分析24
3.7销售预测25
第四章项目区概况26
4.1项目区基本情况26
4.2项目区畜牧业生产现状27
4.3水、电、路、通讯、技术等条件27
第五章项目建设方案29
5.1项目建设原则29
5.2项目设计依据的规范与规程29
5.3项目设计方案30
5.4工程设计标准33
5.5技术标准36
5.6设备选型53
第六章消防安全57
6.1消防依据57
6.2消防工作程序57
6.3消防安全流程59
第七章节水与节能60
7.1节水工程与科技措施60
7.2养殖节能措施61
7.3饲料加工节能措施61
7.4电气节能措施62
7.5减排62
第八章环境影响和保护措施63
8.1环境保护依据63
8.2项目区环境现状63
8.3环境影响评价64
8.4工程环境保护措施64
8.5“三废”处理措施65
8.6环境影响综合评价65
第九章项目组织管理67
9.1基本思路67
9.2组织管理67
9.3施工组织及质量管理68
9.4建设及运作方式69
第十章招投标方案70
10.1项目招标执行文件及标准70
10.2项目招标范围、组织形式及方式70
10.3招投标组织71
第十一章建设实施进度安排73
11.1项目建设期73
11.2项目建设进度安排73
第十二章投资估算和资金筹措74
12.1投资概算74
12.2资金筹措方案86
第十三章财务分析评价87
13.1财务评价依据87
13.2经营收入、税金及附加估算87
13.3利润估算90
13.4财务现金流量分析90
13.5盈亏平衡分析90
13.6敏感性分析91
13.7评价小结91
第十四章效益分析93
14.1经济效益93
14.2社会效益94
14.3生态效益95
第十五章风险分析及保障措施96
15.1项目主要风险因素分析96
15.2保障措施97
第十六章结论与建议101
16.1可行性研究结论101
16.2问题与建议101
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