[發明專利]用于輔助油砂分離的離子液體及分離方法

有效

• 申請號: 201110259519.8
• 申請日: 2011-09-05
• 公開（公告）號: CN102391185A
• 公開（公告）日: 2012-03-28
• 發明（設計）人: 隋紅;李鑫鋼;孫文郡;韓禎
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: C07D233/58
• 分類號: C07D233/58;C10G1/04
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 王麗

技術領域

本發明涉及一種從油砂中獲取瀝青組分的分離方法，屬于化工分離技術領域，具體涉及用于輔助油砂分離的離子液體及分離方法。

背景技術

油砂為重質殘余石油浸染的砂巖，是由砂粒，粘土，水和瀝青組成的復雜混合物。油砂約占世界石油儲量的30％，是一種巨大的潛在石油資源，主要分布在加拿大、前蘇聯、委內瑞拉、美國和中國的新疆、內蒙等地，這些油砂資源如果得到合理的開采提煉，能大幅緩解全球能源短缺的問題。

目前世界上油砂主要由露天開采的方式采出，煉制的關鍵技術是油砂分離技術。其中最常見的方法之一是熱堿水提取工藝(HWEP)：先用高溫堿水浸洗油砂，使瀝青組分從沙粒表面剝離，然后通過曝氣方法浮選富含瀝青組分的泡沫，最后加入烷烴去除泡沫中夾帶的粘土顆粒并降低萃取出的瀝青組分的粘度。該方法水資源用量大、能耗高且對環境污染大：每處理1m³油砂用水3m³，所產生的4m³尾礦包含砂、粘土、水，溶解的有機和無機化合物，以及未收回的瀝青等物質。由于流體尾礦呈乳化狀態，其中的細顆粒沉降速度非常慢，需要破乳沉降后30％的水才能循環使用，但是在循環使用的水中仍然存在很多固體顆粒以及有機酸性物質，長期使用不僅造成管道堵塞還容易腐蝕設備。長時間積累的尾礦造成了多種環境問題，在歐洲國家如加拿大是被禁止排放的，因此，油砂分離工藝亟需解決上述問題，降低耗水量，減小環境危害，開展新的萃取分離方式。

單純的有機溶劑萃取，芳香化合物萃取效果好但毒性大，工業上不宜實施。選用其他有機溶劑復配萃取油砂中的重油，萃取效率較低，殘留至殘沙中的有機溶劑難以回收并易對環境造成二次污染。

利用離子液體輔助油砂分離的過程是個無水參與并且低污染的過程。離子液體作為一種新型的綠色溶劑引起了廣泛關注，它是在室溫下呈液態、完全由陰陽離子組成的鹽，常見的陽離子有咪唑陽離子和季銨鹽離子，陰離子有鹵素離子、四氟硼酸根離子、六氟磷酸根離子等。離子液體具有優良的特性：1)幾乎沒有蒸汽壓，不揮發，有良好的物理化學穩定性，對環境污染小；2)具有可設計性，通過調整陰陽離子的結構和種類即可改變離子液體的物化性質。美國專利US2010130386A1提出了采用極性/非極性二元混合溶劑從油砂中提取瀝青，并通過調節極性組成部分(非終端羰基化合物)和非極性組成部分(脂肪烴和非鹵化烷烴)溶劑體積比來提高萃取效率。實例中極性組分包括丙酮，非極性組分包括正庚烷，C₂-C₇烷烴，芳香烴等。該方法沒有考慮引入離子液體以強化其分離程度，試劑損耗多，殘砂余留的有機溶劑污染較大。中國CN101148392A報道了基于離子液體對以丁二烯為主要成分的C₄烴類混合物進行分離的方法，但使用的萃取有機溶劑為乙腈單一溶劑，且沒有涉及從油砂中分離瀝青組分的內容。基于目前研究，在傳統的有機溶劑中引入離子液體輔助萃取，分離的效果更佳，同時使用的有機溶劑和離子液體更易回收和再利用，工業應用前景非常廣闊。

發明內容

本發明的目的是研究一種對環境影響較小、能耗低、耗水少、簡單易行并高效萃取油砂中瀝青組分的分離方法。該方法采取離子液體輔助有機溶劑分離油砂中的瀝青組分，通過配合本發明中的相應工藝，可以在15℃～60℃的溫度，常壓下將油砂中的瀝青組分有效地分離。

油砂分離的原理在于利用離子液體高離子濃度而產生的獨特的界面行為，介入瀝青組分和固體顆粒表面的靜電作用力，降低它們的粘附作用，從而促進瀝青組分從砂粒和粘土顆粒表面脫離。經過初期研究發現，本發明使用的離子液體，一定程度上提高了瀝青組分與沙粒和粘土顆粒的分離程度，少量的水洗后殘砂中幾乎沒有殘余有機物和離子液體，達到了一個相對潔凈的分離，因此被采用。

本發明用于輔助油砂分離的離子液體，其離子液體為1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽，英文名：[Emim][BF₄]，其結構式為：

采用離子液體于輔助油砂分離的方法，步驟如下：

1)離子液體選擇和添加：離子液體選擇1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽，離子液體添加質量范圍為油砂質量的1～5倍，優選為1～3倍。有機溶劑體積與油砂質量比為1～12(ml/g)用于瀝青萃取，優選為6～10(ml/g)。

2)固-液萃取：有機溶劑和離子液體同時進入萃取裝置，用于油砂萃取分離，瀝青分離溫度范圍為15℃～60℃下進行；優選為20℃～35℃。