[发明专利]用于提高油砂提取的循环气体压缩/膨胀

说明书

相关申请的交叉引用

本专利申请要求于2007年11月2日提交的美国临时专利申请第60/985,078号和于2008年4月30日提交的美国临时专利申请第61/049,056号的优先权，通过具体引用将这些临时申请全文并入本文。

背景技术

美国和世界各地的人口中心都面临着日益严峻的提供充足能量的挑战，并将持续需求用于制备供公共消耗的可用能源资源的新技术。因此，人们逐渐将注意力从传统的油矿床转移到油砂矿床。然而，用于从传统油矿床获取沥青的技术并不适用于从油砂获取沥青。

加拿大北部的油砂矿床蕴含约1420亿立方米(或8900亿桶)的沥青，由此构成世界最大的油砂矿床。在亚伯达省阿萨巴斯卡地区(Athabasca region ofAlberta)，油砂矿床通常由约12重量％的沥青、82重量％-85重量％的矿物质(固体)和3重量％-6重量％的水构成。在固体组分中，将粒径小于45微米的固体(例如粉砂(silt)和粘土)称作细料(fines)。细料中的粘土组分会成为沥青提取和处理油砂尾料(例如，初步油砂加工的残滓)过程中的重要因素。

现已通过多种基于油砂-水浆的提取方法和热原位方法商业化地提取阿萨巴斯卡矿床的沥青。能够以每天一百万桶以上的生产能力将提取的沥青升级为合成原油。在阿萨巴斯卡地区的大多数沥青回收操作中，使用基于水浆的提取方法从表面可开采的油砂生产沥青，其中，将油砂“矿石”(例如，从油砂矿床中挖出的油砂原料)与热水混合以形成矿石-水浆。特别是在矿石-水浆的pH略大于7的条件下，存在于沥青中的部分包含芳香族氧官能团(例如酚类、羧基和磺酸类)的沥青酸变为水溶性，并且发挥表面活性剂降低表面和界面张力的作用。矿石-水浆体系表面和界面张力的下降导致矿石结构瓦解，并从矿石释出沥青。因此，水释出或水提取的沥青的沥青烯部分在从表面可开采的油砂回收沥青的过程中具有重要作用。

然而，不同地区的油砂在化学组成上各不相同，而成功用于一个地区油砂的提取方法可能不足以用于不同的地区。对不同油砂矿床的回收和处理方法的选择受到油砂和沥青的性质和组成的影响。由于加拿大油砂的含水量高于犹他州的油砂，因此用于犹他州油砂的最佳提取方法可能不同于加拿大的方法。因此，仍需开发可应用于各种不同油砂，或用于特定油砂，例如犹他州油砂的不同油砂提取方法。

发明内容

在一个实施方式中，用于从砂提取烃的方法可以包括：提供含烃砂；将含烃砂与水混合；在与含烃砂混合之前、期间或之后加热所述水；在气体存在下或通过注入气体来增加包含加热的烃和水混合物的密闭容器内的压力；释放容器中加热的烃和水混合物的压力，从而由在水混合物中溶解的气体产生微泡；和从水中收集烃。任选地，所述方法基本上不向烃和水的混合物中添加苛性剂(caustic agent)。

所述烃可以是任何烃，例如沥青、焦油以及能够加工成燃料的分子。所述气体选自由空气、N₂(氮)、O₂(氧)、CO₂(二氧化碳)、Ar(氩)、BF₃(三氟化硼)、CH₄(甲烷)、C₂H₂(乙炔)、C₂H₄(乙烯)、H₂S(硫化氢)、C₂H₆(乙烷)、C₃H₆(丙烯)、C₃H₈(丙烷)、1-丁烯、1，3-丁二烯、氯乙烯、1，1，1，2-四氟乙烷、异丁烷、正丁烷、异丁烯、或它们任意混合物组成的组。

可将所述砂和水在间歇式滚筒(batch tumbler)或调理转鼓(conditioningdrum)中调理(condition)，或在运输期间通过管线混合。

所述方法可通过以下至少之一来进行：将压力增加至约10至约210psi的范围，随后将压力降低至少10psi；将温度保持在约20℃至约120℃之间；将压力循环约2至约30个压力循环；使固体水体积比为0.1∶1至2∶1；以约5至约300秒达到最大压力的压缩速率增加压力；或以约0.01至约300秒放气达到环境压力或任何其它降低的压力的减压速率降低压力。