施，因此避免了性能差且尤其不適于高 噸位處理污染產(chǎn)品例如油砂的嚴(yán)格的氣體/固體操作，此外，應(yīng)該不需要在能量方面昂貴和 難以實(shí)施的技術(shù)，例如利用重溶劑脫瀝青、研磨和細(xì)篩分或離心的方法。
[0027] 本發(fā)明還旨在滿足至少一種以下目的：
[0028] -提供幾乎不使用水或不使用水的方法，其既不使用蘇打，也不使用污染添加劑， 且可以避免瀉湖；
[0029] -提供容易工業(yè)化的方法，能夠達(dá)到高生產(chǎn)量，且其開采與采礦裝置的一般操作條 件相容；
[0030] -提供具有含瀝青相的高回收率的方法，其可以排放能夠在礦井土地再合并的純 凈的無機(jī)相，尤其是砂；
[0031] -提供其中所施加的壓力是適中的且容易通過操作壓力的簡單調(diào)整控制低溫的方 法；
[0032] -提供幾乎不產(chǎn)生或不產(chǎn)生廢產(chǎn)物的方法；
[0033] -提供允許容易地回收和再循環(huán)用于提取含瀝青相的溶劑的方法；
[0034] -提供尤其就所處理材料(溶劑、易燃粉末等)的可燃性而論，在使用時不危險的方 法。
[0035]為實(shí)現(xiàn)至少一種這些目的，根據(jù)第一方面，本發(fā)明提出一種用于處理包含含瀝青 相和無機(jī)相的油砂的方法，包括由以下組成的步驟：
[0036] (1)通過使所述油砂與固態(tài)二氧化碳接觸將所述油砂冷卻到低于瀝青的玻璃轉(zhuǎn)變 溫度的溫度，同時向所得混合物提供機(jī)械能；
[0037] (2)熔化固體二氧化碳以獲得多相系統(tǒng)并將該多相系統(tǒng)保持在低于瀝青的玻璃轉(zhuǎn) 變溫度的溫度；
[0038] (3)從該多相系統(tǒng)中分離至少一種固相和至少一種液相；
[0039] (4)從分離的液相回收含瀝青相。
[0040] 本發(fā)明還涉及為實(shí)施上述方法所特定設(shè)計的用于處理油砂的設(shè)備。該設(shè)備包含：
[0041] -至少一個用于使所述油砂與固態(tài)二氧化碳接觸的接觸器；
[0042 ]-至少一種用于向油砂和固態(tài)二氧化碳的混合物提供機(jī)械能的裝置；
[0043] --種用于熔化混合物中存在的固態(tài)二氧化碳以獲得多相系統(tǒng)的裝置；
[0044] -至少一個用于從該多相系統(tǒng)分離至少一種固相和至少一種液相的分離器；
[0045] -至少一種用于從液相或所述分離器獲得的相中回收含瀝青相的裝置。
【附圖說明】
[0046] 圖1是闡明本發(fā)明的第一個實(shí)施方式的示意圖。
[0047] 圖2是闡明本發(fā)明的可選實(shí)施方式的示意圖。
[0048] 圖3是闡明本發(fā)明的另一種實(shí)施方式的示意圖。
[0049] 圖4是闡明本發(fā)明的另一種實(shí)施方式的示意圖。
[0050] 發(fā)明詳述
[0051]除非另有說明，本發(fā)明給出的壓力是絕對壓力。
[0052]因此本發(fā)明涉及用于從油砂提取含瀝青相的處理方法。本發(fā)明中的"油砂"是指碳 氫化合物儲量，由降解為瀝青的重油(稱為"含瀝青相"）和無機(jī)物質(zhì)(稱為"無機(jī)相"）的混合 物組成。含瀝青相通常占油砂的5-20wt%。無機(jī)相基本上由砂組成，但其也可以包含其他的 無機(jī)化合物，例如粘土。油砂也可以包含水。
[0053] 油砂可通過露天采礦獲得，并通過例如運(yùn)輸機(jī)從提取位置輸送到處理裝置。
[0054]在進(jìn)行根據(jù)本發(fā)明的處理方法之前，可以去除油砂可以夾帶的外來物質(zhì)。油砂通 常是毫米大小的顆粒形式。有利地，可以在根據(jù)本發(fā)明的處理之前調(diào)節(jié)油砂，使得顆粒為均 勻大小，例如1毫米-3毫米。
[0055] 創(chuàng)新地和尤其有利地，根據(jù)本發(fā)明處理油砂的方法使用二氧化碳(C02)。
[0056] 使用二氧化碳是令人感興趣的，因?yàn)樗梢砸愿呒兌群蜆O低成本非常廣泛地獲 得。二氧化碳可例如從石化平臺（例如氨生產(chǎn)）或從精煉（例如通過蒸汽轉(zhuǎn)化制備氫的單 元）、從天然沉積物或從天然氣的純化(例如脫碳酸單元)中獲得。
[0057]本發(fā)明中二氧化碳的另一個優(yōu)點(diǎn)與其熱力學(xué)性質(zhì)有關(guān)，其中事實(shí)是它通常以全部 三種形態(tài)使用：固體、液體和氣體。事實(shí)上，當(dāng)壓力高于5.18巴時，二氧化碳可以非常容易地 以液態(tài)使用，一旦溫度低于-56.6°C，也可以固態(tài)使用。二氧化碳可以在大氣壓力下在-78.5 °〇的溫度下以固態(tài)(通常稱為干冰)處理。在實(shí)踐中，液體二氧化碳可以在低溫(低于_20°C) 和中等壓力(例如5-18巴）下儲存并運(yùn)輸。利用相對簡單的工業(yè)裝置可以容易地將它轉(zhuǎn)化為 直徑為幾毫米的小球或珠子形式的固體。這些小球或珠子目前以大規(guī)模制備以用于某些應(yīng) 用，例如CO 2噴砂處理或低溫凈化。
[0058] 在根據(jù)本發(fā)明的方法中，可以使用純二氧化碳。然而，根據(jù)具體的實(shí)施方式，也預(yù) 期使用可以包含某些雜質(zhì)例如尤其是CHC2H 6和任選的出0^^!^、302和^^的二氧化 碳。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以選擇二氧化碳中的一種雜質(zhì)/多種雜質(zhì)的性質(zhì)和含量，以便不妨礙 或阻止固態(tài)二氧化碳的生產(chǎn)。
[0059] 在根據(jù)本發(fā)明方法的第一步驟中，將油砂與固態(tài)二氧化碳接觸。方法的優(yōu)選實(shí)施 使用大小為1毫米-3毫米的小球形式的固體二氧化碳。接觸的油砂和固體二氧化碳均可以 有利地初始為類似大小的顆粒形式，這使得其接觸最佳化并可以增加油砂的冷卻速率，因 此增加方法的生產(chǎn)率。
[0060] 根據(jù)本發(fā)明方法的第一步驟可以在1巴-5巴、優(yōu)選1.5巴-4.5巴、更優(yōu)選約4巴的壓 力下進(jìn)行。在這些操作條件中，接觸器中主要的平均溫度值的建立一方面取決于所引入的 固體二氧化碳和油砂的相對含量，另一方面取決于操作壓力。因此，所生成的混合物的溫度 可以為-78.5°C到_57°C，優(yōu)選_75°C到_58°C，和更優(yōu)選為約_60°C。油砂與固態(tài)二氧化碳的 接觸可以將所述油砂冷卻到低于瀝青的玻璃轉(zhuǎn)變溫度的溫度，所述玻璃轉(zhuǎn)變溫度典型地 為-15°C到_40°C，通常為約_20°C。瀝青的該玻璃轉(zhuǎn)變溫度通常可以利用差示掃描量熱法 (DSC)裝置來測量。如果瀝青具有若干玻璃轉(zhuǎn)變溫度，本發(fā)明中采用的玻璃轉(zhuǎn)變溫度是通常 位于-15°C到_40°C的那個。該第一步驟中油砂冷卻的溫度尤其取決于其中油砂與固態(tài)二氧 化碳的接觸方式，和該接觸的持續(xù)時間。根據(jù)本發(fā)明方法的第一步驟可以有利地將油砂冷 卻到低于-40°C，優(yōu)選低于_50°C，更優(yōu)選_75°C到_57°C的溫度，壓力保持在低于5巴，更優(yōu)選 約4巴。
[0061] 在該第一步驟中，使油砂與固體二氧化碳接觸伴隨著通過與固態(tài)二氧化碳的固 體/固體碰撞向油砂供應(yīng)機(jī)械能，固態(tài)二氧化碳的硬度和研磨力是已知的。這種能量供應(yīng)可 以通過本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟悉的技術(shù)以多種方式實(shí)現(xiàn)。某些適當(dāng)?shù)淖⑷胧侄慰梢源龠M(jìn)油砂 和固態(tài)二氧化碳的碰撞和供應(yīng)足夠的機(jī)械能。根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施方式，一旦它們接觸 或接觸以后，能源供應(yīng)受攪拌油砂和固態(tài)二氧化碳的混合物的影響。
[0062] 根據(jù)本發(fā)明方法的第一步驟可以連續(xù)、半連續(xù)或以分批方式進(jìn)行。油砂在其與固 態(tài)二氧化碳接觸的裝置中的停留時間可以有利地為5-60分鐘，更優(yōu)選為5-30分鐘。
[0063] 根據(jù)本發(fā)明方法的第一步驟的目的一方面是將油砂冷卻到低于瀝青的玻璃轉(zhuǎn)變 溫度的溫度，和同時向油砂供應(yīng)足夠的機(jī)械能以在該溫度促進(jìn)瀝青與無機(jī)物分離。
[0064] 一旦暴露于低于或等于瀝青的玻璃轉(zhuǎn)變溫度的溫度，油砂可能經(jīng)歷兩種類型的物 理化學(xué)效應(yīng)。一方面，眾所周知，瀝青的熱膨脹系數(shù)高于礦物質(zhì)材料例如砂或粘土。因此冷 卻油砂可以引起含瀝青級分和無機(jī)級分之間存在的內(nèi)聚力的降低。此外，瀝青變得比砂更 脆，因此可以分解為更易于回收的顆粒。并且，通常假定油砂(尤其是加拿大來源的）可以由 被水膜圍繞的礦物質(zhì)尤其是砂粒組成，所述水膜反過來被包封于薄瀝青層中。因此冷卻油 砂伴隨著水膜轉(zhuǎn)化為薄冰膜，這可以促進(jìn)散裂現(xiàn)象并釋放瀝青。
[0065] 與冷卻結(jié)合的機(jī)械能的供應(yīng)可以有利地破壞瀝青與無機(jī)物的附著，因此將瀝青層 與無機(jī)物分離。機(jī)械能還允許破壞可以任選聚集的油砂顆粒的聚集，或阻止它們聚集。
[0066] 根據(jù)本發(fā)明的方法與現(xiàn)有技術(shù)所描述方法的不同之處尤其在于使用初始為低于-57°C的溫度的固態(tài)二氧化碳來冷卻油砂和促進(jìn)瀝青與無機(jī)相分離。這種接觸是特別有利 的，因?yàn)樗试S通過供應(yīng)在加熱固體二氧化碳期間產(chǎn)生的負(fù)卡路里以及通過其部分升華非 常強(qiáng)大地冷卻油砂。利用固體致冷劑代替液體或氣體致冷劑是有利的，因?yàn)橐环矫?，由此?以將油砂快速冷卻到極低溫度，和另一方面，通過油砂和固體二氧化碳之間的接觸產(chǎn)生的 磨損現(xiàn)象促進(jìn)瀝青與無機(jī)相的分離。此外，利用固體二氧化碳相對于利用常規(guī)的機(jī)械研磨 機(jī)也是有利的。事實(shí)上，固體二氧化碳小球是變得更有效的致冷劑，因?yàn)樗鼈兊拇笮〗档?了，并具有接近于油砂的粒度測定，因此它們的升華更加快速。在根據(jù)本發(fā)明方法的其余步 驟中，二氧化碳也允許容易和有效地回收含瀝青相。
[0067] 根據(jù)本發(fā)明的變體，根據(jù)本發(fā)明方法的第一步驟可以進(jìn)一步包含將液態(tài)二氧化碳 添加至包含均以固態(tài)引入的油砂和二氧化碳的混合物中。然而，優(yōu)選地，添加的液體二氧化 碳的重量小于油砂重量的50 %，更優(yōu)選為油砂重量的10 %_25 %。添加液態(tài)二氧化碳可從油 砂接觸固態(tài)二氧化碳開始時或隨后實(shí)現(xiàn)，一次或一次以上。由于接觸器中主要的壓力條件， 因此添加的二氧化碳為氣體形式。其從液態(tài)到氣態(tài)的膨脹和變化供應(yīng)額外的負(fù)卡路里，這 有助于保持或降低由油砂和固態(tài)和氣態(tài)二氧化碳組成的混合物的溫度。在油砂接觸固態(tài)二 氧化碳時添加液態(tài)二氧化碳可以至少暫時有利地改進(jìn)固態(tài)二氧化碳和油砂之間的熱傳遞， 因此改進(jìn)冷卻效率。
[0068] 根據(jù)本發(fā)明的方法包括第二步驟，即熔化固體二氧化碳以從由第一步驟獲得的尤 其包含固態(tài)二氧化碳的混合物獲得多相系統(tǒng)。固體二氧化碳的融合(定義為固體二氧化碳 到液體二氧化碳的轉(zhuǎn)變)通過改變壓力和/或溫度的處理?xiàng)l件來獲得。
[0069] 處理壓力和/或溫度的改變可通過多種方式獲得。
[0070]根據(jù)第一實(shí)施方式，固體二氧化碳的融合可以在與其中進(jìn)行接觸和供應(yīng)機(jī)械能的 第一步驟的裝置相同的裝置中進(jìn)行。因此，在根據(jù)本發(fā)明方法的第一步驟結(jié)束時，可以改變 裝置內(nèi)的壓力和溫度以獲得固體二氧化碳的融合。優(yōu)選地，利用常規(guī)加熱設(shè)備增加一個或 多個容器內(nèi)的溫度，直到溫度為_40°C到_20°C。然后一個或多個容器內(nèi)的壓力可達(dá)10巴-20 巴的水平。
[0071]或者，根據(jù)本發(fā)明方法的第二步驟可能需要使用與其中進(jìn)行接觸和供應(yīng)機(jī)械能