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内蒙古油砂抽提沥青的实验研究

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内蒙古 油砂 沥青 实验 研究
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第27卷第2期 2009年3月 石 化 技 术 与 应 用 7 009 研究与开发(112—115) 内蒙古油砂抽提沥青的实验研究 薛华庆,王红岩,郑德温,方朝合,葛稚新,姚建军 (中国石油勘探开发研究院廊坊分院新能源研究所,河北廊坊065007) 摘要:进行了热碱水抽提内蒙古油砂中沥青的实验研究。结果表明,最佳抽提条件为:碱液浓度 0.3%,抽提温度9O℃,碱液/油砂质量比1.5~2.0,搅拌速度75~100 r/提时间20 抽提 得到的粗沥青中加入质量分数为20%的石油醚(馏程60—90℃),于45℃下进行了进一步的脱砂处 理。结果表明,砂粒与沥青基本分离,所得沥青中沥青质的质量分数达43.40%。 关键词:油砂;沥青;抽提;碱液;沥青收率;抽提温度;沥青性质 中图分类号:22.1 献标识码:B 文章编号:1009—0045(2009)02一砂又称沥青砂,是一种含有天然沥青的砂岩 或其他岩石,它主要由砂、沥青、矿物质、黏土和水 组成。典型的油砂约含有80%~85%(质量分数, 下同)的无机质(砂、矿物、黏土等)、3%一6%的 水、3%~20%的沥青。我国油砂资源丰富,主要 分布在准噶尔盆地、塔里木盆地、羌塘盆地、柴达 木盆地、松辽盆地和鄂尔多斯盆地…。 目前,国内外提取油砂中沥青的方法有很多 种,根据油砂的埋藏深度或性质采取不同的加工 方式,其中包括热碱水抽提法、溶剂抽提法、热解 法及地下开采等 加拿大等国已将油砂开 采工业化,我国的油砂开采才刚刚起步,许多高 等院校及科研院所都对油砂中沥青的提取方法 进行了研究,为工业化生产提供了技术支撑 J。 本工作通过对内蒙古油砂性质的分析,利用 自制的碱液考察了影响热碱水抽提效果的关键 因素,得出了最优化操作条件,并对所抽提沥青 的基本性质进行了分析,以为该油砂进一步的开 发和利用提供技术指导。 1 实验部分 1.1油砂性质 油砂样品采自内蒙古二连油田矿区。称取 100 用筛分法 对其进行粒度分布分 析,结果见图1。 枣 妊 越 图1 内蒙古油砂粒度分布 由图1可知,砂粒粒度主要分布在50— 100目,粒度大于50目的约占10%,粒度小于 100目的约占8%。 称取50~100目的油砂试样20 g,利用 定其组成。结果表 明,其含油、水及矿物质的质量分数分别为 12.63%,0.61%,86.76%。 1.2油砂抽提方法 热碱水抽提油砂主要包括2个阶段:第一阶 段为浸提阶段,将容器中的碱水加热至设定温 度,称取一定量碾碎的油砂缓缓加入热碱水中, 并不断搅拌,在机械动力作用下反应一定时间, 保证油砂与热碱水充分混合,使得砂粒与沥青分 收稿日期:2008—10—29;修回日期:2008一者简介:薛华庆(1982一),男,浙江瑞安人,硕士。从事油 页岩、油砂的开发与综合利用研究。 第2期 薛华庆等.内蒙古油砂抽提沥青的实验研究 离。第二阶段为浮选阶段,在容器(浮选池)中加 入一定量的水,从底部通入空气,并不断搅拌,然 后用倾析法回收上层的沥青,继续浮选直至沥青 液滴全部从池底浮到池体上部为止,砂粒则沉至 底部,浮选得到的沥青为粗沥青。将分离得到的 粗沥青与石油醚(馏程6O~90 混合,继续搅 拌以分离出粗沥青中的细粉砂和黏土,最终得到 沥青。抽提流程见图2。 石油醚 图2油砂热碱水抽提流程 2结果与讨论 2.1 碱液浓度对沥青收率的影响 碱液由多种碱性化学试剂自制而成,其与油 砂混合后,中和了沥青中的酸性物质,产生表面 活性剂,使沥青/水界面张力降低,沥青/砂粒6 电位增大,从而将沥青从砂粒中分离出来。在其 他条件相同的情况下,考察了碱液浓度(碱液中 碱性化学试剂的质量分数)对沥青收率的影响, 结果见图3。 瓶 烬 图3碱液浓度对沥青收率的影响 由图3可见,在碱液浓度小于0.3%时,沥青 收率随着碱液浓度的增加而升高,但当碱液浓度 大于0.3%后,分离效果逐渐变差。说明当碱液 浓度太低时,不足以使油砂与沥青分离;但其浓 度过高则容易使沥青液滴趋于分散,与黏土成乳 化状态,也导致油砂与沥青难以分离。究其原因 主要是因为面电荷不同。实验表明,碱液浓度为0.3%时, 分离效果最佳。 2.2抽提温度对沥青收率的影响 在其他条件相同的情况下,考察了抽提温度 对沥青收率的影响,结果见图4。 图4 抽提温度对沥青收率的影响 抽提温度过低时,沥青流动性差,它与水、砂 粒的密度基本未发生变化,从而无法分离。由图 4可见,当抽提温度在40~90℃时,随着抽提温 度的升高沥青的收率逐渐增大,这主要是由于温 度升高,沥青黏度降低,流动性变好,并且沥青、 水、砂粒3相密度变化不同,水膜结构发生改变 甚至破坏,从而使沥青和砂粒的结合力降低;当 抽提温度达到90℃时,沥青收率达到94.1%; 温度继续升高时,沥青收率变化不大。考虑到工 业化的经济性,最佳抽提温度为9O℃。 2.3碱液/油砂质量比对沥青收率的影响 在碱液浓度为0.3%、抽提温度为90℃、其 他条件相同的情况下,考察了碱液/油砂质量比 对沥青收率的影响,结果见图5。 槲 榧 蟪 图5碱液/油砂质量比对沥青收率的影响 由图5可见,随着碱液/油砂质量比的增大, 沥青收率先升高后降低。这主要是由于随着碱 液/油砂质量比的适度增大,油砂与碱液能够充 分接触,在加热搅拌过程中,从浮选池底部进入 的空气产生大量气泡,促进了砂粒与沥青的分 离,从而提高了沥青的收率。碱液/油砂质量比 石化技术与应用 第27卷 为1.5~2.0时,沥青收率高于90%;当碱液/油 砂质量比继续增加,即碱液液面升高,使得油砂 不能与空气充分接触,减弱了浮选作用,从而降 低了沥青的收率,并且分离出的沥青含有较多粉 砂岩与黏土,对沥青的后加工造成不利影响。因 此,最佳的碱液/油砂质量比为1.5—2.0。 2.4其他因素的影响 从油砂中抽提沥青时,搅拌速度与抽提时间 密切相关。实验室规模的搅拌速度可以达到很 高,但工业规模的搅拌速度一般不宜超过100 r/ 验证明,当搅拌速度为75~100 r/,在20 2.5粗沥青脱砂处理 在润湿情况下,油砂中粒度在100目以下的 砂粒、沥青、水成乳状液,很难与沥青分离。实验 发现,经过抽提分离所得的粗沥青其含砂量很 高,约为10.2%(质量分数),必须对其进行进一 步的脱砂处理。由于沥青的凝固点及黏度高,常 温下流动性差,因此在过滤掉浮选池底部的砂粒 后,再加入20%(质量分数)的石油醚来增强粗沥 青的流动性。在45 用与抽提时相同的 搅拌速度搅拌10 样可将砂粒和沥青基本 分离。对最终得到的沥青进行常规的物化分析, 结果见表1。 表1 沥青的基本物性及四组分组成 项目 数值 项目 数值 (机械杂质)/% 1.80 W(组分)/% (灰分)/% 1.20 饱和烃 7.90 p/(g· 1.07 芳香烃 22.30 软化点/℃ 31.40 胶质 24.6O 黏度(38℃)/(s ) 2.83 沥青质 43.40 延度(25℃)/100 由表1可见,沥青中机械杂质和灰分含量 低,表明砂粒与沥青基本分离。另外可见,沥青 中饱和烃组分含量低、沥青质含量高,其物理特 点为密度、黏度大,虽然延度较高,但软化点低, 因此不适于直接用作道路沥青,但可用作生产轻 质油品或改性沥青产品。 3 结论 a.用热碱水抽提内蒙古油砂的最佳操作条 件为:碱液浓度0.3%,抽提温度9O℃,碱液/油 砂质量比1.5—2.0,搅拌速度75~100 r/ 提时间20 b.在抽提获得的粗沥青中加入质量分数为 20%的石油醚(馏程60—90℃),于45℃下进 行进一步脱砂处理的结果表明,砂粒与沥青基本 分离,沥青中沥青质的质量分数达43.40%,其密 度、黏度大,可用于生产轻质油品或改性沥青。 参考文献: [1]贾承造.油砂资源状况与储量评估方法[M].北京:石油工业 出版社,2007:1—25. 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(荆门石化信通中心庞晓华摘译自《2009—02—09)
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