[发明专利]剪切式曲颈甑中的机械热解

说明书

技术领域

本公开内容涉及双盘磨碎机(double disk mill)、用于减粘裂化的设备、以及用于从焦油砂、油页岩、褐煤、煤尾矿和其他非常规油源材料提取油和其他烃类产品的设备。

背景

随着常规的、低粘度石油用尽，油页岩、焦油砂(还被称为油砂)、超重原油、塔底馏出物、煤尾矿和褐煤(在本文将被共同称为“非常规油源材料”的组)提供资源来满足世界对烃类的需求。高粘度和重负荷料的矿物固体例如砂和粘土已使得非常规油源材料难以加工。油提取的常规方法会由于以下两方面导致高昂的环境成本：来自被燃烧以加热用于提取的水的天然气的CO₂，以及由于加工排放残余物、液体和固体造成水污染。

考虑到CCS领域的当前现状，从焦油砂加工捕获与封存CO₂排放物(CCS)(其是加拿大所有CO₂排放物的一半)在规模需求上是不可行的。加拿大封存工程泄露的最近报道和化学CO₂捕获的巨大水需求使得对焦油砂加工的热水提取方法的替代方法的需求是必要的。

来自常规油提取的尾矿池(淤渣池)是不断增长的有毒废料场，覆盖加拿大Alberta的北方森林的五十平方公里以上，它是现在从太空易于看到的恶劣环境条件(blight)。从Athabasca焦油砂提取每桶油产生六桶含水尾矿。这些尾矿池主要是肉汁状厚的微悬浮体，其将不沉降。环烷酸造成净水的上层中毒，这对着陆在淤渣池中的迁徙水鸟是致命的。用于解决杀死鸟问题的常规方法是当鸟靠近时尝试惊吓它们。来自淤渣池的水污染还对人类造成健康风险，因为毒物迁移到供水系统中。

在40年后，截止2007年，Alberta政府未发布淤渣池的再生证书。尽管公众要求，但没有对淤渣池适当的有效补救计划，因此首要任务是防止它们变得更糟。对在当前提取方法中涉及的大量消耗新鲜水的替代的需求是明显的。对于不经济的常规技术的描述，见Chrones等人的“Bitumen and Heavy Oil Upgrading in Canada(加拿大的沥青和重油改质)”，Petroleum Science and Technology，7：5，783-821(1989)。

石脑油是具有低于200℃的沸点的石油馏分。油是更高沸点产物。环烷酸使淤渣池中毒，因为残余固体的脱挥发分是不完全的。注入的蒸汽将快速失去焓，无效地加热与所期望的烃缔合的水和固体，所以由于任何蒸汽提取方法的固有局限，残余物的脱挥发分是不完全的。

剪切致稀或机械降粘是流变学中熟知的现象。通常通过由外部燃料燃烧的传热来实施减粘裂化或热降粘。传热在容纳材料的容器中可以是快速地(旋管型)或慢速地(浸渍管型(soker))。旋转容器来翻转原料是本领域已知的。

McKay等人的“Fundamentals of Mechanical Upgrading of Athabasca Oil Sands：Mechanisms of Sand and Bitumen Separation(Athabasca油砂的机械改质的原理：砂和沥青分离的机理)，”Separation Science and Technology，16：3，237-252(1981)报道了在小批实验中观察到可能的机械减粘裂化，但作者未探究或要求该结果的权利。

焦油砂的组成通常为85％石英砂、粘土和粉砂、5％水和10％沥青。砂的平均粒径为0.5mm直径，并且砂的1.5％-20％是无沥青的。砂密度为2.65g/cm³而沥青密度为1.01g/cm³。焦油砂的固有水分是未开发的资源，因此本公开涉及使用该固有水分代替从环境中取用的水来产生用于油提取的热水。

从焦油砂提取油的常规方法是近一个世纪以前开发的Clark热水提取(CHWE)法。挖出的焦油砂被粉碎以减缩尺寸，且50℃-80℃的热水被加入，产生浆液，沥青作为包含按重量计60％沥青、30％水和10％固体的泡沫被从该浆液中分离。矿石中的沥青的约70重量百分比(83.5体积百分比)被回收作为合成原油。