[发明专利]微波辅助超临界CO2萃取油砂中原油的系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种油砂分离技术，具体涉及一种超临界CO₂萃取油砂中原油的系统及方法。

背景技术

随着全球石油需求的不断增加，常规石油资源已经不能满足石油需求的快速增长，人们开始把目光转向非常规石油资源。油砂作为非常规石油资源的主要来源，在世界能源供给中起着举足轻重的作用。根据美国地质调查局的研究，世界上油砂油可采资源量约为103.51×10⁹m³，约占世界石油资源可采总量的32％。目前，对油砂的研究和开发，世界各地均在加速进行，随着勘探开发技术的提高，其占全球烃类能源的比重将会不断增大。

油砂矿一般埋藏在地表至760m深的地下，目前国内外普遍采用露天开采的方式开采。但露天开采出的油砂需建立相应的油砂分离装置。现有的油砂分离技术有热碱洗法和溶剂萃取法。但这两种方法都具有一点的缺陷，如热碱洗法需用大量的高温碱水浸泡，通过水洗的方法达到油泥分离的目的。此方法开采成本较高，劳动强度较大，水资源浪费较大，且产生大量的污水、造成二次污染。溶剂萃取法工艺复杂，设备投资过大，且由于溶剂油闪点非常低且极易燃烧，使用时存在较大的消防安全隐患。

专利文献CN103395953A公开了一种CO₂超临界萃取法油泥分离方法，包括萃取溶剂、固液分离、泥土排放、气流分离及原油收集过程。该发明提到CO₂萃取过程不发生化学反应，且无味、无毒，安全性非常好，同时CO₂气体价格便宜，纯度高，容易抽取，且可重复使用。

超临界CO₂萃取过程是利用超临界CO₂的溶解能力与其密度的关系，即利用压力和温度对超临界CO₂溶解能力的影响而进行的。在超临界状态下，将超临界CO₂与待分离的物质接触，使其有选择性地把极性大小、沸点高低和分子量大小的成分依次萃取出来。然后借助减压或降温的方法使超临界流体变成普通气体，被萃取物质则完全或基本析出，从而达到分离提纯的目的。

但超临界CO₂具有选择溶解性，对低分子量、低极性、亲脂性、低沸点的成分如挥发油、烃、酯、醚、环氧化合物等表现出优异的溶解性；但对具有极性基团(-OH、-COOH等)的化合物，极性基团越多，就愈难萃取，故多元醇、多元酸及多羟基的芳香物质均难溶于超临界CO₂；此外，对分子量高的化合物，分子量越高越难萃取，分子量超过500的高分子化合物几乎不溶。而油砂中原油除含大量亲脂性烷烃外，还含一定量的重油及胶质，这些物质在原油中的含量一般在5wt％～20wt％，而其分子量则较大(300～1000)，在超临界CO₂中的溶解度较低。因此，采用超临界CO₂技术萃取油砂中原油时，若不采取其他措施提高其对大分子物质的提取效率，超临界CO₂萃取的技术优势则不能得到很好的发挥；此外，未萃取彻底的油砂排放还会造成二次污染。

发明内容

本发明的目的是提供一种高效、经济、无二次污染的超临界CO₂萃取油砂分离技术。针对超临界CO₂对极性有机物及高分子量有机物的低溶解性，采取向超临界CO₂中加入第三组分，即夹带剂，来提高高分子物质的溶解度；同时采用微波辅助萃取的方法，利用微波的波动性、高频性、穿透性等特性，同时对油砂进行物理破乳及加热，提高超临界CO₂萃取效率。

为达到上述目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：

一种微波辅助超临界CO₂萃取油砂中原油的系统，其特征在于，包括至少两个萃取釜，各萃取釜外围均装有微波发生器，各萃取釜的顶部进口由输送装置送入油砂，各萃取釜底部进口通过高压气体压缩机连通缓冲罐底部出口，各萃取釜下端设排砂口；所述缓冲罐的一个进口通过低压气体压缩机与CO₂储罐连通，另一个进口通过液体压缩泵连通夹带剂储罐；各萃取釜通过节流阀连通分离器顶部进口，分离器下部设原油排放口，分离器顶部出口连通气体净化器，气体净化器顶部出口连通缓冲罐的第三个进口。

上述方案中，所述缓冲罐的一个进口与低压气体输送泵的连接管道上串联一个预热器。

一种微波辅助超临界CO₂萃取油砂中原油的方法，采用前述系统实现，其特征在于，包括下述步骤：