[发明专利]用于辅助油砂分离的离子液体及分离方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种从油砂中获取沥青组分的分离方法，属于化工分离技术领域，具体涉及用于辅助油砂分离的离子液体及分离方法。

背景技术

油砂为重质残余石油浸染的砂岩，是由砂粒，粘土，水和沥青组成的复杂混合物。油砂约占世界石油储量的30％，是一种巨大的潜在石油资源，主要分布在加拿大、前苏联、委内瑞拉、美国和中国的新疆、内蒙等地，这些油砂资源如果得到合理的开采提炼，能大幅缓解全球能源短缺的问题。

目前世界上油砂主要由露天开采的方式采出，炼制的关键技术是油砂分离技术。其中最常见的方法之一是热碱水提取工艺(HWEP)：先用高温碱水浸洗油砂，使沥青组分从沙粒表面剥离，然后通过曝气方法浮选富含沥青组分的泡沫，最后加入烷烃去除泡沫中夹带的粘土颗粒并降低萃取出的沥青组分的粘度。该方法水资源用量大、能耗高且对环境污染大：每处理1m³油砂用水3m³，所产生的4m³尾矿包含砂、粘土、水，溶解的有机和无机化合物，以及未收回的沥青等物质。由于流体尾矿呈乳化状态，其中的细颗粒沉降速度非常慢，需要破乳沉降后30％的水才能循环使用，但是在循环使用的水中仍然存在很多固体颗粒以及有机酸性物质，长期使用不仅造成管道堵塞还容易腐蚀设备。长时间积累的尾矿造成了多种环境问题，在欧洲国家如加拿大是被禁止排放的，因此，油砂分离工艺亟需解决上述问题，降低耗水量，减小环境危害，开展新的萃取分离方式。

单纯的有机溶剂萃取，芳香化合物萃取效果好但毒性大，工业上不宜实施。选用其他有机溶剂复配萃取油砂中的重油，萃取效率较低，残留至残沙中的有机溶剂难以回收并易对环境造成二次污染。

利用离子液体辅助油砂分离的过程是个无水参与并且低污染的过程。离子液体作为一种新型的绿色溶剂引起了广泛关注，它是在室温下呈液态、完全由阴阳离子组成的盐，常见的阳离子有咪唑阳离子和季铵盐离子，阴离子有卤素离子、四氟硼酸根离子、六氟磷酸根离子等。离子液体具有优良的特性：1)几乎没有蒸汽压，不挥发，有良好的物理化学稳定性，对环境污染小；2)具有可设计性，通过调整阴阳离子的结构和种类即可改变离子液体的物化性质。美国专利US2010130386A1提出了采用极性/非极性二元混合溶剂从油砂中提取沥青，并通过调节极性组成部分(非终端羰基化合物)和非极性组成部分(脂肪烃和非卤化烷烃)溶剂体积比来提高萃取效率。实例中极性组分包括丙酮，非极性组分包括正庚烷，C₂-C₇烷烃，芳香烃等。该方法没有考虑引入离子液体以强化其分离程度，试剂损耗多，残砂余留的有机溶剂污染较大。中国CN101148392A报道了基于离子液体对以丁二烯为主要成分的C₄烃类混合物进行分离的方法，但使用的萃取有机溶剂为乙腈单一溶剂，且没有涉及从油砂中分离沥青组分的内容。基于目前研究，在传统的有机溶剂中引入离子液体辅助萃取，分离的效果更佳，同时使用的有机溶剂和离子液体更易回收和再利用，工业应用前景非常广阔。

发明内容

本发明的目的是研究一种对环境影响较小、能耗低、耗水少、简单易行并高效萃取油砂中沥青组分的分离方法。该方法采取离子液体辅助有机溶剂分离油砂中的沥青组分，通过配合本发明中的相应工艺，可以在15℃～60℃的温度，常压下将油砂中的沥青组分有效地分离。

油砂分离的原理在于利用离子液体高离子浓度而产生的独特的界面行为，介入沥青组分和固体颗粒表面的静电作用力，降低它们的粘附作用，从而促进沥青组分从砂粒和粘土颗粒表面脱离。经过初期研究发现，本发明使用的离子液体，一定程度上提高了沥青组分与沙粒和粘土颗粒的分离程度，少量的水洗后残砂中几乎没有残余有机物和离子液体，达到了一个相对洁净的分离，因此被采用。

本发明用于辅助油砂分离的离子液体，其离子液体为1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐，英文名：[Emim][BF₄]，其结构式为：

采用离子液体于辅助油砂分离的方法，步骤如下：

1)离子液体选择和添加：离子液体选择1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐，离子液体添加质量范围为油砂质量的1～5倍，优选为1～3倍。有机溶剂体积与油砂质量比为1～12(ml/g)用于沥青萃取，优选为6～10(ml/g)。

2)固-液萃取：有机溶剂和离子液体同时进入萃取装置，用于油砂萃取分离，沥青分离温度范围为15℃～60℃下进行；优选为20℃～35℃。