[发明专利]尾矿流的处理

说明书

发明领域

本发明涉及从油砂中提取沥青、提取后对尾矿进行絮凝/脱水以及对尾矿流进行处理的方法。

背景技术

为了满足全球对石油的需求，油砂已变成吸引人的油回收源。油砂是沥青、水、沙土、粘土和地表存在的其他无机材料的储量巨大的天然存在的混合物。沥青是高度粘稠形式的原油。最大的油砂矿床在加拿大和委内瑞拉被发现。具体地讲，Athabasca油砂矿的储量相当于1.6至2.7万亿桶石油，该矿床位于加拿大Alberta和Saskatchewan省。Athabasca油砂矿约10％的储量可被开采。开采油砂之后，可通过提取沥青进行加工。

必须将沥青从油砂的水、沙土和细粘土中提取和分离出来。今天，油砂被开采、碾碎，然后与热水和任选的化学物质混合以利于从沙土和细粘土中提取沥青。将提取的沥青与沙土和细粘土分离，然后进行精炼。剩余的沙土、粘土和水通常被称为“尾矿”。尾矿被进一步处理以对沙土和粘土脱水。沙土和粘土通常被置于例如尾矿池内并沉淀为成熟的细尾矿。成熟的细尾矿为包含细粘土与沙土、粉土、水和沥青的稳定浆液。成熟的细尾矿无强度，不能生长植物，并且可能对动物具有毒性，因此必须将其封闭，防止其污染水源。从脱水步骤中回收的水可以在提取过程中再次使用。在提取过程中再利用这种水时，较快地将水回收可以降低能量需求。

从该过程回收的沥青以泡沫形式存在。泡沫包含浓缩的沥青(通常为50％或以上)、水、细粘土和沙土。泡沫在泡沫处理单元中进行处理，该单元可使用蒸汽(用于对泡沫除气)和环烷溶剂或石蜡族溶剂回收得到纯度大于95％的沥青。泡沫处理工艺的副产物为泡沫处理尾矿。泡沫处理尾矿包含水、残余溶剂和粒度基本小于44微米的细粒固体。通常在尾矿池内对泡沫处理尾矿进行处理。泡沫处理尾矿有助于形成成熟的细尾矿。

Tipman等人在美国专利5,876,592中公开了从油砂中回收沥青的方法，该方法包括：向油砂浆液中加入苛性碱液以产生乳液；使乳液分为三层，即包含沥青的第一泡沫的顶层；被称为尾矿的底层，该底层包含水、沉淀的沙土和细粘土；以及被称为中矿的中间层，该中间层包含残余的沥青、悬浮的细粘土和水。进一步处理中矿，采用与油砂浆液相同的处理方式回收额外的沥青，制得第二泡沫。可将第二泡沫与第一泡沫合并，通过用溶剂稀释并移除沙土与细粘土的方式回收沥青。

Yuan等人在Canadian Metallurgical Quarterly，2007，vol.46，no.3 pp.265-272(Canadian Metallurgical Quarterly，2007年，第46卷第3期，第265至272页)公开了使用多步骤工艺按特定顺序移除尾矿中的沙土和细粘土的方法。第一步被称为絮凝-凝结-絮凝(FCF)，该步骤中加入了絮凝剂。这样可以絮凝产生较大的颗粒，而将细粒留在溶液中。在第二步中，加入凝结剂。凝结剂使细粒不稳定，从而形成小的絮凝物。在第三步中，加入少量絮凝剂以用于将第一步中的较大絮凝物与第二步中的较小絮凝物合并，从而产生更大的絮凝物并增大沉淀速率以便更快地脱水。

根据Masliyah在Ind.Eng.Chem.Res.，2005，vol.44，pp.4753-4761(Ind.Eng.Chem.Res.，2005年，第44卷第4753至4761页)中提出的方法，已使用酸化的硅酸盐来促进沥青的提取。通过酸化硅酸盐可以螯合二价金属离子，从而在保持pH值不变的情况下促进沥青析出。该工艺与WO 2005/028592具有类似的缺点，即，固体被分散。

Li在Energy & Fuels，2005，vol.19，pp.936-943(Energy & Fuels，2005年，第19卷第936至943页)公开了水解聚丙烯酰胺(HPAM)对油砂矿中的沥青提取和尾矿处理的影响。为了同时实现沥青提取和固体细粒絮凝的效率，有必要小心控制HPAM的用量。

Chaiko等人在美国专利6,153,103中公开了使用硅酸钠和有机胶凝剂通过脱水收缩工艺从稀的工艺液流中分离和回收超细颗粒和可溶性盐的方法。该方法用于稀溶液和与硅酸盐的比率为0.4∶1或以下的固体。