离子液体强化溶剂萃取油砂沥青可达高的回收率

[加入收藏][字号: ] [时间:2011-11-07  来源:国际石油网  关注度:0]
摘要: 天津大学与中国精馏技术国家工程研究中心研究人员于2011年11月2日宣布,使用离子液体(IL)藉其低粘度,利用溶剂萃取法可提高从油砂中回收沥青,同时可减少不利的影响,该成果已发布在美国化学学公杂志《能源和燃料(Energy Fuel...

    天津大学与中国精馏技术国家工程研究中心研究人员于2011年11月2日宣布,使用离子液体(IL)藉其低粘度,利用溶剂萃取法可提高从油砂中回收沥青,同时可减少不利的影响,该成果已发布在美国化学学公杂志《能源和燃料(Energy & Fuels)》上。

    加拿大油砂是砂、粘土、水和沥青的复杂混合物。对于表面开采的油砂生产,热水提取工艺(HWEP)已被广泛应用。在这个过程中,热水和加工助剂与油砂相混合,通过使油砂颗粒发生剪切作用而从矿物中的沥青释放出来。富沥青泡沫先形成,然后用有机溶剂,稀释泡沫,降低沥青的粘度,并促进去除矿物和水滴。

    该过程有许多环境上的缺点,其中包括要消费大量的水,造成每处理1立方米油砂会产生4 立方米尾液。因此,使影响过程的水和尾矿材料的贮存不断增大。经过多年的沉淀后,水中稳定的悬浮体(细的尾矿物料)由细颗粒、高浓度的环烷酸、硫酸钠和未回收的沥青形成。这被禁止排放,因为它对各种生物体是有毒的,以免排放到环境中。

    有机溶剂萃取技术的开发可作为一种替代方案。然而,研究人员注意到,要将这项技术拓展用于油砂行业仍是困难的,因为这些有机溶剂易于挥发、易燃、有毒,并难以从废砂中回收。

    离子液体也被开发作为一种替代品,最近的一项研究发现,离子液体可在室温的溶剂萃取条件下利用甲苯,使沥青回收率提高到90%。这一与尾矿水相关的问题可得到解决,只要采用很少量的水就可从剩余的沙和粘土中去除离子液体。不过,研究人员建议,这种方法的广泛应用可能受以下事实的限制:(1)高粘度的离子液体会使其强烈附着在管道内壁和设备内体上,从而增加了运输的困难,并且会使离子液体的损失加大,和(2)由于其有毒性,甲苯往往对环境造成显著的负面影响。

    这项研究的具体目标是:(1)摸清加入添加剂,以减小离子液体粘度的可行性,(2)应用低粘度离子液体,以使用比芳烃溶剂毒性要小的有机溶剂来提高溶剂萃取率,(3)评价各种因素对沥青回收的影响,及(4)确定最佳的溶剂萃取条件 。

    研究团队使用离子液体1 -乙基-3 -甲基咪唑四氟硼酸盐([Emim][BF4 ]),用于增强复合溶剂(丙酮和正庚烷)。他们发现这一组合可使回收效率高达95%,而单独使用丙酮和正庚烷回收效率为86%,用水量也大大减少,没有尾矿水问题,夹带在被抽提沥青中的粘土细粒可以忽略不计,在被处理的砂中无离子液体残留物,并且再重复使用的离子液体也有高的性能(重复使用10次沥青回收率> 92%)。

    本研究中使用的离子液体1 -乙基-3 -甲基咪唑四氟硼酸盐([Emim][BF4 ])与许多其他的离子液体相比,粘性要低得多,因而使操作更容易,用于管道运输需要能源消耗极少。

    此外,丙酮在溶剂萃取中发挥重要作用,因为它可进一步降低离子液体的粘度,并可改进溶剂溶解沥青的能力。然而,丙酮应用的比例应受到控制,因为过量的丙酮会削弱离子液体的增强效应,并会使离子液体与沥青发生结合。

    丙酮与正庚烷在复合溶剂中的最佳比例为2:6(v/v),混合时间为10分钟,搅拌转速为450转/分,温度为25℃)和有机溶剂/油砂之比为4:1(v/w),被确定为实施这项技术。总体结果表明,使用[Emim][BF 4 ] 和复合溶剂(庚烷和丙酮)的小试结果于油砂产业,可使这种沥青回收技术令人鼓舞。



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