CN102015966A

CN102015966A - 从沥青砂分离沥青的系统和方法

Info

Publication number: CN102015966A
Application number: CN2009801160467A
Authority: CN
Inventors: 威廉·杜伊维斯泰因
Original assignee: Marathon Oil Canada Corp
Current assignee: Marathon Oil Canada Corp
Priority date: 2008-03-03
Filing date: 2009-02-27
Publication date: 2011-04-13
Also published as: CA2717061A1; BRPI0908045A2; WO2009111333A3; EP2265693A2; RU2010140370A; US7985333B2; US20080210602A1; WO2009111333A2

Abstract

本发明公开了从沥青砂获得沥青的多种方法和系统。所公开的方法和/或系统能用于经济地实现由沥青砂的高度沥青回收。该方法可包括从沥青砂分离大部分沥青并得到富沥青组分和贫沥青组分的初步浸出或提取步骤。所述富沥青组分主要包括溶剂和沥青。所述贫沥青组分主要包括水和矿物固体，以及一些残余的沥青和溶剂。贫沥青组分可与液化石油气(例如，丙烷和/或丁烷)混合以进一步分离残余的溶剂和沥青。所公开的系统可包括构造为在工艺的不同阶段分离不同组分的分离器。

Description

从沥青砂分离沥青的系统和方法

相关专利申请的交叉引用

本专利申请是题为“Method for Obtaining Bitumen from Tar Sands”(从沥青砂获得沥青的方法)的未决美国专利申请第11/249,234号的部分继续申请，该美国专利申请于2005年10月12日提交，公开为美国专利申请公开第2006/0076274号，该申请要求了于2004年10月13日提交的美国临时申请第60/617,739号的优先权，上述两篇专利申请均通过引用整体并入本文。如有抵触，本文所明确阐述或显示的主题制约通过引用并入的任何主题。本文中通过引用并入的任何主题中包含的术语(明确或暗示的)的所有定义在这里均被放弃。

背景技术

沥青砂(tar sands)也称为油砂或含沥青砂，其是含有沥青(一种极重型粗油)的地质构造的通用名称。沥青砂可具有多种组成，但一般除沥青外还包含水和矿物固体。所述矿物固体可包括无机固体如煤、砂和粘土。沥青砂沉积物可在世界的许多部位发现，包括北美。最大的沥青砂沉积之一是在加拿大艾伯塔省的Athabasca地区。在Athabasca地区，沥青砂构造可在表层发现，尽管其可能埋藏在表面覆层以下深达两千英尺。据估算，Athabasca沥青砂沉积含有相当于约1.7到2.3万亿桶的石油。全球的沥青砂沉积已被估算为含有至多4万亿桶石油。作为比较，已证实的世界石油储量据估算为约1.3万亿桶。

沥青砂的沥青含量在约5wt％～21wt％之间变化，一般含量为约12wt％。沥青砂还包含约1wt％～10wt％的水。其余为矿物质，例如煤、砂和粘土。沥青最适合被描述为厚重、粘稠型的粗油，其如此厚重和粘稠以至于除非将其加热或用较轻的烃稀释否则无法流动。在室温时，沥青的流动性非常象冷的磨拉石(cold molasses).

从沥青砂提取可用油通常从将沥青与矿物固体分离开始。一种常规方法包括将矿石与热水混合以形成富含沥青的泡沫。将所述泡沫分离并进一步处理以分离沥青产品。常规的水基提取技术能够将沥青与高品位矿石(higher grade ore)分离，但不能经济地将沥青与低品位矿石(lower grade ore)分离。不幸的是，这意味着大量的沥青砂矿石不能进行加工以回收其它有价值的沥青。

常规水基提取技术的另一项问题是沥青的低总回收率。不幸的是，常规提取工艺将矿石中的大量沥青与尾料(tailings)一起排出。这不仅因回收率较低而降低了提取工艺的效率，而且还代表了必须被解决的潜在的环境问题。

残余沥青不是与常规工艺尾料有关的唯一问题。尾料的量和物理特性也代表显著的问题。例如，常规工艺尾料通常包括两种组分：(a)含有约15wt％水的湿尾料(通常称为“粗砂”)，和(b)含有70wt％水的粘土/砂混合物物流(通常称为“细尾料(find tailings)”)。在某些情况中，尾料的总量可能超过开采出来的矿石的量，这表示尾料不能被回填到开采区。一些尾料必须被排放到其它地方。这产生了与尾料处置相关的大量环境问题。另外，尾料的相对高的含水量可能要求将该尾料存储在池塘(pond)中而不是堆积或堆码起来，从而进一步增加了与尾料处置有关的问题。

常规工艺产生的细尾料特别难以处理。细尾料通常由粘土、砂、水和残余沥青构成。由于粘土中夹带的水，细尾料会具有不确定地维持的泥浆样稠度。诸如细尾料等的副产品可被保存在池塘中，但这些池塘的建筑和维修成本高昂，并且可能会对当地环境(包括当地供水)造成损害。

从沥青砂获得沥青的许多常规方法也具有严重的技术限制。例如，许多常规方法使用水，这会导致沥青砂中的粘土膨胀并妨碍加工设备。另外，一些常规方法导致可溶性沥青烯的不合需要的沉淀。

常规方法的一个例子在美国专利4,046,668(′668专利)中描述。′668专利公开了用每分子具有5～9个碳原子的轻溶剂(light naphtha)与甲醇的混合物从沥青砂提取烃类。′668专利中披露的方法是部分受限的，因为其需要两种溶剂的同时使用，这增加了加工成本。

美国专利4,347,118(′118专利)公开了一种方法，其中戊烷被用于从沥青砂提取沥青。′118专利中公开的方法需要使用两个流化床干燥区。这些流化床干燥区的操作需要大量能量，限制了整体方法的效率。而且，戊烷溶剂不能溶解沥青的沥青烯部分，其不能溶于戊烷。因此，沥青的该部分与尾料一起被排出。对于Athabasca型沥青来说，该部分的量可达沥青砂的总初始烃含量的20wt％～40wt％。

美国专利第5,143,598(′598专利)披露了一种方法，其包括向沥青砂加入庚烷以形成富沥青(bitumen-rich)庚烷相，然后用水置换(displacing)该富沥青庚烷相。该方法利用了蒸汽蒸发和冷凝，这是低效率的方法。同样，在该方法中使用非芳族溶剂庚烷能导致存在于沥青相中的不溶于庚烷的沥青烯部分的沉淀。另外，使用水不仅会产生大量的水相废物，还会产生非常难破坏的油-水乳液。水的使用还能向沥青中引入不合需要的杂质(例如氯)，并且能导致沥青砂中粘土的不合需要的膨胀。而且，通过该方法回收的沥青通常具有低纯度，并且需要额外的处理，例如通过离心。这进一步增加了整个回收工艺的成本。

发明内容

本发明公开了从诸如沥青砂的含沥青物质获得沥青的方法和系统的实施方式。所公开的方法和系统可包括多个溶剂提取或浸出(leaching)步骤以从沥青砂分离沥青。

所述方法可包括将沥青砂经历第一溶剂提取或浸出步骤，在该步骤中将沥青砂矿石与第一烃溶剂混合以形成第一混合物。所述第一混合物被分离为第一富沥青组分和第一贫沥青(bitumen-depleted)组分。所述第一富沥青组分主要包括溶剂和可溶性沥青部分(fraction)。所述第一贫沥青组分主要包括水、矿物固体和不容性沥青部分。在第二提取步骤中，所述第一贫沥青组分与第二烃溶剂混合以形成第二混合物。所述第二烃溶剂用于从第一贫沥青组分分离额外的烃(例如，残余量的第一烃溶剂和额外的沥青)。所述第二混合物可被分离以生产具有低烃含量的尾料(tailing)。所述尾料可进行进一步加工或可被处置(dispose)。

另外可选地，第二烃溶剂可用于替代第一烃溶剂以形成第一混合物。所述第一混合物可被分离且第一贫沥青组分可再次与同样的烃溶剂混合。在另一个实施方式中，所述第一混合物可与第一烃溶剂和第二混合物的组合相混合。得到的混合物可被分离为富沥青组分和贫沥青组分。所述富沥青组分可与另一种烃溶剂混合并被分离以产生具有低烃含量的尾料。

所公开的方法的实施方式也可包括通过管道输送沥青砂和第一烃溶剂或者将沥青砂和第一烃溶剂在管道中混合。

在某些实施方式中，沥青砂和第一烃溶剂可通过任何合适的方式混合在一起。例如，在一个实施方式中，沥青砂和第一烃溶剂可在容器中混合。充分混合可简单地通过将沥青砂和第一烃溶剂引入容器中来进行——例如，可将第一烃溶剂以高速引入从而有效地搅动容器的内容物。

在其它实施方式中，可提供有源混合设备以混合容器的内容物。在另外的实施方式中，沥青砂可与第一烃溶剂在逆流过程中混合。在仍然另外的实施方式中，沥青砂和第一烃溶剂可在管道中混合。第二烃溶剂可与第一贫沥青组分以相同方式中的任一种混合。

所述第一混合物可使用任何合适的方法分离为第一富沥青组分和第一贫沥青组分。所述第一混合物可通过过滤操作、重力分离操作等分离。在一个实施方式中，液体和固体最初可使用沉降操作来分离。在另一个实施方式中，所述第一混合物可使用真空过滤或压力过滤来分离。所述第一贫沥青组分从容器底部去除。用于分离液体和固体的容器可以是用于混合沥青砂和第一烃溶剂的同一容器，或者其可以是特别指定用于分离多种组分的单独的分离容器。

在某些实施方式中，第一贫沥青组分与第二烃溶剂在足以使所述第二烃溶剂保持液体形式的高压下混合。当所述第二烃溶剂在大气压下的沸点低于处理温度时这可能是理想的。合适的压力可在约1.1个大气压到10个大气压的范围内。在其它实施方式中，所述压力可为约110kPa到2000kPa。

所述方法可根据情况作为连续式、分批式或半分批式方法操作。连续式方法可用于该方法的大规模执行，而分批式可用于较小规模的执行。应理解，无论方法规模如何，可使用任何合适的方法配置。

第一烃溶剂可以是任何合适的溶剂，诸如轻芳烃溶剂。示例性的溶剂可包括甲苯、二甲苯、煤油、柴油(包括生物柴油)、粗柴油、轻质油(light distillate)、市售芳烃溶剂(诸如Solvesso 100，150和200)和/或石脑油。所述第一烃溶剂还可包含诸如苯和/或芳香醇的化合物。在一些实施方式中，所述第一烃溶剂的沸点为约75℃到375℃。

第二烃溶剂可包含能够进一步将第一烃溶剂和/或额外的沥青与无机固体和水分离的任何合适的物质或物质组合。在一个实施方式中，所述第二烃溶剂可包含一种或多种具有3～9个碳原子的脂族化合物。在另一个实施方式中，所述第二烃溶剂可为具有3～9个碳的环烷烃或异链烷烃或其组合。在又一个实施方式中，所述第二烃溶剂可包括这些烃中任何的混合物。

在另一个实施方式中，所述第二烃溶剂可包含液化石油气(liquefied petroleum gas，LPG)。术语“液化石油气”在这里用于泛指被压缩形成液体的任何烃气体[在环境温度和压力(即25℃和1atm)下为气体的烃]。因此，术语LPG涵盖任何广泛可用的商业LPG制剂以及液化石油气的任何其它混合物。在一个实施方式中，所述LPG的沸点(除非另外指明，所有沸点均在大气压下给出)为约-80℃～10℃。

在一个优选实施方式中，第二烃溶剂包含包括丙烷的LPG。所述LPG包含至少约80wt％的丙烷，或者理想地，至少约90wt％的丙烷。在一些实施方式中，所述LPG可完全是丙烷，或者是丙烷与丙烯的混合物。

第二烃溶剂可包含市售LPG。市售LPG是天然气和粗油的天然衍生物。市售LPG主要是丙烷和丁烷(正丁烷和/或异丁烷)的混合物，含有小百分数的丙烯和/或丁烯(四种异构体的任何一种或组合)。在一些实施方式中，市售LPG可能主要是甚至完全是丙烷，或者主要是或完全是丁烷。市售LPG经常含有极少量的更轻的烃(如乙烷和乙烯)和更重质的烃(诸如戊烷)。市售LPG的三个例子如下表1中所示。

表1-市售LPG的例子

市售LPG的组成可根据季节而变化。例如，在夏季，由于炎热的夏季温度所导致的蒸发问题，LPG可主要包含甚至完全为丁烷。然而，在冬季，由于户外温度要冷得多，LPG可包括丁烷与丙烷得70∶30混合物。

沥青砂矿石可具有约3wt％～20wt％的沥青含量。所述方法能够回收沥青砂矿石中的至少约93wt％、至少约95wt％或至少约97wt％的沥青。大部分沥青在第一溶剂提取步骤中被分离。在一个实施方式中，第一贫沥青组分的沥青含量为约0.5wt％～5wt％。第二溶剂提取步骤可用于分离残余量的第一烃溶剂和额外量的沥青。

从该方法排放的尾料组分可具有约0.01wt％～5wt％的烃含量(沥青+加入的溶剂)，或者理想地可具有约0.5wt％～约2wt％的烃含量。所述尾料组分可具有不多于约5wt％，不多于约3wt％，或者不多于约2wt％，或者在某些实施方式中不多于约1wt％的烃含量。

第一烃溶剂和第二烃溶剂二者均可被分离和循环回所述方法中。因此，在某些实施方式中，第一富沥青组分被分离为沥青产品和回收的第一烃溶剂。该分离可例如以蒸馏法进行，其中所述第一富沥青组分被加热到高于或等于第一烃溶剂的沸点(诸如70℃～170℃)的温度。

这些和其它实施方式也可包括将第二富沥青组分分离以回收第二烃溶剂。该分离可通过例如将该富沥青组分闪蒸以蒸发所述第二烃溶剂来进行。剩余液体包括沥青和第一烃溶剂。剩余液体可被进一步分离以分开沥青和第一烃溶剂。

用于在所述方法中分离各种混合物的系统可包括多种分离器，其中的一些还可用作混合器等。例如，第一混合物可在诸如沉降容器或过滤器的第一分离器中进行分离。所述第一分离器还可充当混合容器，在此沥青砂与第一烃溶剂混合。第二分离器可用于分离第二混合物以将烃与无机固体分开。所述第二分离器可以是膨胀容器(expansionvessel)、管道容器(pipe vessel)、高压釜等。第三分离器可用于将第一富沥青组分从第一混合物分离以将沥青产品与第一烃溶剂分开。所述第三分离器可以是多层炉(multi-hearth)溶剂回收炉、蒸馏设备等。第四分离器可用于分离尾料中的沥青及无机固体的结块(agglomeration)。所述第四分离器可以是机械筛分设备，该设备根据结块的尺寸对其进行分离。该系统还可包括用于将各种组分输送(route)到分离器、容器和其它部件的管道。

应理解前述内容是一些所公开的实施方式的各个方面的简述。因此公开内容的范围无需包括所有这些方面或者克服或解决前述背景技术中指出的所有问题。另外，还存在随着说明书的深入陈述而变得显而易见的所公开的实施方式的其它方面。

本文所述主题的前述和其它特征、应用和优点可从如附图所示的特定实施方式的以下更具体的描述而明显可见。

附图说明

公开了与附图有关的优选和其它实施方式，其中：

图1是代表用于从沥青砂获得沥青的方法和设备的实施方式的框图。

图2是代表用于从沥青砂获得沥青的方法和设备的实施方式的框图，所述方法和设备包含过滤步骤/装置。

图3是代表用于从沥青获得沥青砂的方法和设备的实施方式的框图，所述方法和设备包含用于从尾料去除额外的溶剂的分离步骤/装置。

图4是代表用于从沥青砂获得沥青的方法和设备的实施方式的框图。

图5是代表用于从沥青砂获得沥青的方法和设备的实施方式的框图，其中取消了如图4的实施方式所示的过滤器。

图6和图7是代表用于从沥青砂获得沥青的总提取方法和设备的实施方式的框图。

具体实施方式

在描述本文各实施方式的细节之前，应意识到，除非另外指明，术语“溶剂”、“一种溶剂”和“所述/该溶剂”包括一种或多于一种单独的溶剂化合物。除非另外指明，将包含多于一种单独的溶剂化合物的溶剂与其它物质混合可包括同时或连续地混合所述单独的溶剂化合物。除非另外指明，本文所述的分离可以是部分、顺序或完全的分离。除非另外指明，本文所述的所有百分数都是重量百分比。

本文描述了从沥青砂获得沥青的方法和系统的多种实施方式。沥青砂在本发明公开内容通篇中用作代表性的含沥青材料。这里所使用的短语“沥青砂(tar sands)”包括多种同时包含沥青和矿物组分的组合物。沥青砂典型地包含沙子、粘土、沥青和水。沥青砂中的沥青典型地包括石油、树脂和沥青烯(asphaltene)。根据组成，沥青砂可具有不同水平的硬度。一些沥青砂以岩石样矿石的形式被发现。其它沥青砂具有类似于沙子的规则纹理。还有一些沥青砂可具有介于沙子和岩石之间的不同纹理。沥青一旦与沥青砂的其余部分分离可被用于多种用途。例如，沥青可被精炼为有价值的日用品，诸如石油和汽油。

所公开的由沥青砂获得沥青的实施方式可包括两个或更多个溶剂提取或溶剂浸出操作，以及相关的设备。通常，溶剂提取(一般也称为浸出(leaching)))是一种通过将物质溶解在液体中来从固体提取该物质的方法。在这种情况下，沥青被溶解在一种或多种溶剂中以将沥青从沥青砂中的其它物质(尤其是矿物固体)中提取出俩。

在某些实施方式中，第一溶剂提取步骤包括将沥青砂矿石与第一烃溶剂混合。该步骤将大部分沥青分离到第一富沥青组分中。可通过随后对所述第一富沥青组分进行分离以将第一烃溶剂与沥青产品分开来获得沥青产品。所回收的第一烃溶剂可被循环回所述方法中。最初的溶剂提取操作还产生第一贫沥青组分(bitumen-depleted component)。第二溶剂提取步骤包括将所述第一贫沥青组分与第二烃溶剂混合。所述第二烃溶剂选择为从所述第一贫沥青组分去除大部分(如果不是基本上全部)的第一烃溶剂和剩余的沥青。无机固体可作为尾料处置，且所述烃可进行分离以将第一烃溶剂、第二烃溶剂和沥青产品分开。第一和第二烃溶剂可被循环回所述方法中。

多种技术和装置可被用于进行所述方法的各实施方式中的每一操作。例如，在某些实施方式中，沥青砂和第一烃溶剂可在容器中混合以形成第一混合物。所述第一混合物可通过过滤或者沉降并倾析而被分离为第一富沥青组分和第一贫沥青组分。在一个实施方式中，所述混合和过滤/沉降可在同一容器或在独立的容器中发生。

所得组分可进一步使用多种合适方法和设备中的任一种或多种来分离。所述第一富沥青组分可进行分离以将第一烃溶剂和沥青产品分开。在一个实施方式中，这可通过使用蒸馏法(例如蒸汽汽提法、多层炉溶剂回收窑炉等)来进行。所述第一贫沥青组分可与第二烃溶剂在压力容器(诸如高压釜)或管道容器中户讷河。压力容器用于保持第二烃溶剂为液体形式。该混合物可被分离为第二富沥青组分和第二贫沥青组分。

通过将液体进行闪蒸而从所述第二贫沥青组分回收第二烃溶剂。压力的迅速下降导致第二烃溶剂蒸发并由此与其它烃(即，第一烃溶剂和沥青)分离。其它方法也可用于回收第二烃溶剂。

所述混合和分离步骤均可作为连续、分批或半分批方法来实施。同样，某些方法步骤可作为分批法实施，且其它则作为连续法实施。连续法通常用于较大规模的执行。然而，分批法可能得到比连续法更完全的分离。

所述第一烃溶剂可包括能够溶解沥青的任何合适的溶剂或溶剂混合物。使用经济的或者相对容易处理和存储的溶剂或溶剂混合物也是理想的。对于第一烃溶剂来说，通常与精炼操作(refinery operation)相容也是理想的。

在一个实施方式中，所述第一烃溶剂可以是轻芳烃溶剂(lightaromatic solvent)。然而，应理解轻芳烃溶剂不必是100％芳香性的。而是，轻芳烃溶剂可包含芳香性和非芳香性化合物的混合物。例如，第一烃溶剂可包含大于0～约100wt％的芳香性化合物，或者约20wt％～100wt％的芳香性化合物。

多种合适的芳香性化合物中的任何一种或多种可用作第一烃溶剂。可用作第一烃溶剂的芳香性化合物的例子包括苯、甲苯、二甲苯、芳香以及它们的组合和衍生物。第一烃溶剂也可包括组合物，诸如煤油、柴油(包括生物柴油)、粗柴油(gas oil)(例如，轻或中轻粗柴油(medium light gas oil))、轻质油、市售芳烃溶剂(诸如Solvesso 100、Solvesso 150和Solvesso 200(在美国也称为Aromatic 100、150和200，主要包含C₁₀-C₁₁芳烃，ExxonMobil生产))和/或石脑油。在一些实施方式中，所述第一烃溶剂可具有约75℃到375℃的沸点。

轻质油可通过裂解较重烃的混合物(诸如沥青或原油)来获得。例如，轻质油可通过使用如下述专利申请公开文本中所述的系统和方法裂解沥青来获得：该专利申请公开文本为美国专利申请公开第2006/0144760号，题为“Nozzle Reactor and Method of Use”2005年9月21日提交，该文件通过引用以其整体并入本文。轻质油可以是如图7中所示的在所述第一富沥青组分的蒸馏过程中分离的烃的轻馏分。使用轻质油的一个可能的优点是其在生产场所就地生成因此无需将其从另一场所运输过来。

所列出的其它溶剂也同样适用于所述方法中。例如，石脑油对于溶解沥青特别有效，并且通常与精炼操作相容。煤油的一些例子包括每分子具有9～15个碳的烃类。柴油的一些例子包括每分子具有15～25个碳的烃类。轻或中轻粗柴油的一些例子包括每分子具有13～20个碳的烃类。石脑油的一些例子包括美分子具有4～12个碳的烃类。这些例子并不意味着限制这些个别术语的一般含义。

第二烃溶剂可以是可用于提取沥青和/或任何残余量的第一烃溶剂的任何合适的烃溶剂。通常，第二烃溶剂选择为使其有效地溶解沥青和第一烃溶剂，并且使其容易与其它烃和矿物固体分离。

在一个实施方式中，第二烃溶剂可包括能够溶解沥青和/或第一烃溶剂的一种或多种脂族化合物。合适的脂族化合物可包括诸如烷烃或烯烃的化合物。任何这些脂族化合物可以是官能化或非官能化的。在一个实施方式中，第二烃溶剂包括一种或多种具有3～5个碳原子的脂族烃。在另一个实施方式中，第二烃溶剂包括具有不多于5个碳原子的脂族烃。第二烃溶剂还可以包括低碳烷烃(lower carbon paraffins)，诸如具有3～5个碳原子的环烷烃和异构烷烃。第二烃溶剂还可包括以下任何化合物中的一种或多种：甲烷、乙烷、丙烷、丁烷和/或戊烷，这些化合物的烯烃对应物(alkene equivalents)，和/或其衍生物及组合及衍生物。

在一个实施方式中，第二烃溶剂包括LPG。优选地，所述LPG基本上甚至完全是丙烷。然而，其它LPG制剂可预期为包含市售制剂。一般市售的LPG的组成根据年内时间、地理位置等而变化。通常，LPG是含有少量丙烯和丁烯的丙烷与丁烷的混合物。通常会加入诸如乙硫醇的有强烈气味的物质以使得容易检测泄漏。

应理解LPG可具有各种各样的组成。例如，LPG可基本上或完全为丙烷，或者基本上或完全为丁烷，或者可不包含这些物质中的任一种。LPG在压力下存储和运输以保持烃类为液态。在一个实施方式中，LPG在大气压下的沸点为-80℃～10℃，理想地为约-55℃～5℃，或者合适地为-35℃～-5℃。

用于从沥青砂分离沥青的方法和系统相对于常规方法可具有一项或多项优点。例如，使用烃溶剂来提取沥青防止了沥青砂中粘土的膨胀，否则该现象可在常规的水基方法中发生。粘土通常作为大块的固结物质存在。包含热水处理的常规方法通常需要机械搅拌，其将结块打碎成小块的膨胀粘土颗粒。将粘土保持为固结形式有助于将对加工机械的干扰减到最小。另外，未与水溶液接触的贫沥青(bitumen-barrel)的粘土通常不会显著地分散，这使得粘土可通过沉降或过滤工艺来分离。

作为另一个例子，所述方法和系统相对于常规的一步法可具有特定优点，所述常规的一步法涉及在加压的高压釜内用烷烃溶剂从沥青砂分离沥青。这些常规方法通常需要小心地控制沥青与烷烃溶剂的比率以使沥青烯的沉淀最小化。如果沥青烯沉淀了，它们往往会阻塞设备的各个片段，诸如过滤器和离心机等。这增加了分离工艺的总成本和复杂性。

与这些常规方法不同的是，所公开的方法和系统避免了与沥青烯沉淀相关的许多问题。第一烃溶剂选择为使其溶解沥青砂中的大部分的-如果不是基本上全部的-沥青烯。由于沥青烯被溶解了，则大部分在第一提取步骤被分离。第二烃溶剂一般会导致一些分数的沥青烯沉淀。然而，由于绝大部分的沥青烯(约70wt％～90wt％)已经在第一提取步骤中被溶解和溶化，第二烃溶剂不会导致沥青烯的显著沉淀。

使用LPG作为第二烃溶剂也可提供许多优点。例如，市售的LPG与一些其它有机溶剂相比广泛可得且相对廉价。同时，LPG的挥发性使其相对容易与其它烃(例如沥青和/或第一烃溶剂)分离。例如，LPG可使用某些简单如闪蒸室(flash chamber)的东西来分离。气态的LPG可从闪蒸室的顶部收集，且包含沥青和/或第一烃溶剂的残余液体可从闪蒸室的底部收集。所述气态LPG可被压缩直到其为液态，并且在所述方法中重新使用。沥青和第一烃溶剂可通过蒸馏或用一些其它合适的设备或技术来彼此分离。

在一个实施方式中，可在将第一贫沥青组分与第二烃溶剂混合之间用气流对该第一贫沥青组分鼓风(blasted)。所述气流用于将液体吹离固体。所述液体基本上为第一烃溶剂和被该第一烃溶剂所溶解的任何沥青。所述气流通过冲击较轻的液体并将其推离较重的固体来干燥湿的矿物固体。使所述第一贫沥青组分与气流接触提高了得自沥青砂的总的沥青回收率(参见本文中实施例部分的数据以显示该提高的回收率)。当然诸如过滤或沉降的其它技术也可用于在将第一贫沥青组分与第二烃溶剂混合之间分离该第一贫沥青组分。

应理解任何合适的气体可用于将液体吹离矿物固体。在一个实施方式中，可使用气体形式的LPG。这使得将在所述方法中使用的不同组分的数目减至最少。由于气体吹扫和液体洗涤使用了仅仅是形态不同的同一物质，无需备料(stock)其它物质。在其它实施方式中，诸如氮气或空气的气体也可用于将液体吹离矿物固体。

在一个实施方式中，所述第一贫沥青组分在其与第二烃溶剂混合的同一容器中与气体接触。这不仅消除了对第一混合物过滤或沉降的需要，还削减了当对沥青砂进行提取时必须移动该沥青砂的次数。

参考图1-7，描述了多个用于从沥青砂提取沥青的合适方法和系统的实施方式。应理解这些附图所示的方法和系统的细节可合并、变更或修改以提供额外的实施方式。因此，附图中所示和下文中所述的特定实施方式不应用于限制权利要求的范围。

在一个实施方式中，如图1所绘，沥青砂10和第一烃溶剂被输送到容器20中并混合以形成第一混合物。在该实施方式中，所述第一烃溶剂包括烃溶剂的补给源(make-up source)15和循环源45。所述补给源15和循环源45的组合形成了与所述沥青砂10相混合的第一烃溶剂15、45。

加入到沥青砂矿石的第一烃溶剂15、45的量足以有效地溶解沥青砂10中的至少一部分、或者理想地全部沥青。在一个实施方式中，第一烃溶剂15、45的量为沥青砂10的量的约0.05～2.0倍(以重量计)，或者为沥青砂10的量的约0.1～0.5倍(以重量计)。第一烃溶剂15、45与沥青的重量比可为约1.5∶1～20∶1，理想地为约2.0∶1～10∶1，或者合适地为约2.5∶1～5∶1。第一烃溶剂15、45与沥青的重量比可不高于约10∶1，不高于约8∶1，理想地不高于约5∶1，或者合适地不高于约3∶1。

应注意第一烃溶剂15、45与沥青之比受矿石中沥青的量的影响。例如，富矿(high brade ore)(例如，＞12wt％沥青)可用低至2∶1的溶剂沥青比来加工。然而贫矿(low grade orea)(例如，6wt％沥青)可能需要用大于3∶1的溶剂沥青比来加工以提供足够的液体来充满颗粒之间的开放空间。

溶剂20可选择性地开放或关闭。在一些实施方式中，使用传送带将沥青砂10输送到容器20中。传送带特别设置为适用于输送不能容易地通过管道运输的物质。例如，传送带可用于输送易碎矿石形式的沥青砂10。沥青砂矿石10通常具有约3wt％～20wt％、约5wt％～18wt％、理想地约5wt％～17wt％或者合适地约8wt％～14wt％的沥青含量。应理解沥青砂矿石10中的沥青的量可根据其品位(grade)而显著变化。

容器20可包括用于混合沥青砂10和第一烃溶剂15、45的混合器。在一个实施方式中，可提供电动混合器易混合容器20的内容物。在另一个实施方式中，可使用逆流过程以促进沥青砂10和第一烃溶剂15、45的混合。例如，可在容器20顶部附近引入沥青砂10，同时在该容器底部附近引入第一烃溶剂14、45。沥青砂10中的矿物固体通常比第一烃溶剂14、45要重，当第一烃溶剂15、45上升时该矿物固体下沉。当第一烃溶剂15、45相对于向下流动的沥青砂矿石10而向上流动时，发生混合。

在另一个实施方式中，沥青砂10和第一烃溶剂15、45可在进入容器20之前混合。例如，沥青砂10和第一烃溶剂15、45可在沥青砂10的开采处或其附近位置处混合。这样，沥青砂10可被转化为能够通过管路输送到容器20的浆料。当浆料通过管路流动时可发生额外的混合。在该实施方式中容器20大体上可用作料斗、存储器或分离容器。

如图1中所示，容器20可同时用作混合器和分离器，所述分离器用于将第一混合物分离为第一富沥青组分25和第一贫沥青组分(或者可称为贫沥青砂组分或相，下流(underflow)或者贫沥青尾料组分)30。或者可选地，可使用单独的容器来进行混合和分离。第一混合物可通过例如将第一贫沥青组分30在容器20中沉降来分离。在一个实施方式中，容器20可分为多个区。一个区可用于混合沥青砂矿石10和第一烃溶剂15、45，且另一个区可用于沉降。在沉降后，可从容器20底部附近提取第一贫沥青组分30，同时可从该容器顶部附近提取第一富沥青组分25。

当离开容器20时，第一富沥青组分25主要包含沥青和第一烃溶剂45。第一富沥青组分25还可包含一些矿物固体和水。在一个实施方式中，矿物固体的量可为第一富沥青组分25的约0.01wt％～5wt％或者约0.1wt％～2wt％。

第一富沥青组分25离开容器20并被输送到分离器35以回收第一烃溶剂45。第一富沥青组分25的工艺流程(process flow)见图1所示。分离器35将第一烃溶剂45与沥青产品40分离。第一烃溶剂45被循环回所述方法并与沥青砂矿石10混合。如果必要，分离器35也可构造为将水和矿物固体与第一富沥青组分25分离。

分离器35可以是能够将第一烃溶剂45与沥青产品40分离的任何合适的分离器35。在一个实施方式中，分离器35可加热第一富沥青溶剂25并根据它们沸点的差异来分离不同液体，例如蒸馏等。可通过例如加热单元(诸如热交换器)来提供热。加热基本上可在环境压力下、在低于环境压力的压力下或者在高于环境压力的压力下进行。分离器35还可包括压力稳定器以维持正压(例如，可向容器35中泵入惰性气体)，或包括真空泵以维持负压。在一个实施方式中，分离器35包括蒸馏法(例如，真空蒸馏塔)。

表2显示了可用作第一烃溶剂45或包含在其中的一些组分的沸点。在一个实施方式中，第一富沥青组分25可被加热到约70℃～350℃，诸如约70℃～170℃，约100℃～350℃，约125℃～200℃，或者理想地约140℃～180℃。

表2-溶剂沸点

在另一个实施方式中，分离器35可包括多层炉溶剂回收窑炉(multi-hearth solvent recovery furnace)。多层炉溶剂回收窑炉通常包括交替设置的位于中间的炉床(hearth)和位于外围的炉床。所述炉床可通过例如烧油的马弗炉和/或高压蒸汽盘管(high pressure steam coil)来加热。在一些实施方式中，靠近窑炉顶部的炉床可加热到比靠近窑炉底部的炉床更高的温度。

如上所述，第一富沥青组分25可含有一些微细的固体物质，这些固体物质最初未能在容器20中被完全分离。分离器35可构造为无论是否存在这种微细固体物质都能发挥作用。例如，分离器35可包括合适的填充材料(诸如垂直条板)以提供更大的表面积以进行冷凝和蒸发。该填充材料可抵抗微细固体物质的阻塞。在那些实施方式中，当分离器35包含蒸馏塔时，微细固体颗粒可落到底部并被定期清理出去。

用分离器35分离的第一烃溶剂45可被循环回去并与沥青砂矿石10混合。在一个实施方式中，被循环回去的溶剂45的量足以使得不必连续地提供补给溶剂15。而是，可仅在第一烃溶剂的总量跌至低于阈值水平时加入补给溶剂(make-up solvent)。回收的第一烃溶剂45与新鲜的第一烃溶剂15之比可为约2∶1～200∶1，约10∶1～100∶1，或者约15∶1～25∶1。在其它实施方式中，第一烃溶剂45可不被全部循环回所述方法中。在这些实施方式中，第一烃溶剂45可被弃置或用作稀释剂以将沥青40输送到沥青浓缩和/或精炼设备。

在于容器20中进行分离后，第一贫沥青组分30主要包含矿物固体和水。第一贫沥青组分30还可包含残余的沥青和第一烃溶剂15、45。在一个实施方式中，第一贫沥青组分30包含约0.5wt％～5wt％的残余沥青。在另一个实施方式中，第一贫沥青组分30包含不多于5wt％的残余沥青，不多于3wt％的残余沥青，或理想地不多于1wt％的残余沥青。

第一贫沥青溶剂30离开容器20并被输送到容器75，在这里第二烃溶剂60、90被加入以形成第二混合物。第二烃溶剂60、90可以是挥发性烃溶剂。以类似于上面所述的与混合第一混合物相关的方式，使用逆流过程以促进第一贫沥青组分30与第二烃溶剂60、90的混合。在一个实施方式中，第二烃溶剂60、90包括LPG。

向第一贫沥青组分30中加入足够量的第二烃溶剂60、90以至少部分去除或基本完全去除任何残余的沥青和/或第一烃溶剂15、45。在一个实施方式中，第二烃溶剂60、90与第一贫沥青组分之比以重量计为约0.01∶1～1∶1，约0.05∶1～0.5∶1；，或者约0.05∶1～0.3∶1。

在一个实施方式中，溶剂75可以是例如诸如高压釜的压力容器。第二烃溶剂60、90以液体形式加入容器75中。容器75可在足以将第二烃溶剂60保持为液体形式的压力和温度下操作。压力(于25℃)可为例如介于约110kPa～约2000kPa之间，诸如介于约150kPa～约1500kPa之间，介于约180kPa～约1200kPa之间，或者介于约210kPa～约1050kPa之间。容器75中的温度可为例如介于约5℃～约150℃之间，诸如介于约10℃～约60℃之间，或者理想地为环境温度。

在另一个实施方式中，可以以美国专利申请公开文本第2005/0070218和2005/0092682号中所述的方式将第二烃溶剂加入到贫沥青组分30中并进行处理，上述两篇文件均以引用的方式以其整体并入本文。

在足够的混合时间之后，将第二混合物分离为第二富沥青组分65(或者称为富沥青挥发性烃溶剂相)和尾料组分70(或者称为残余砂组分、残余砂相或第二贫沥青砂组分)。在一个实施方式中，第二混合物可在容器75中混合和分离，如图1中所示。然而，第二混合物也可在单独的容器或工艺中混合和分离。

第二混合物可使用能够将烃液体与矿物固体基本分离的任何合适的方法或技术来分离。在一个实施方式中，第二混合物可使用诸如沉降的重力分离方法来分离。在另一个实施方式中，第二混合物可通过过滤来分离。

从容器75中输出的尾料组分70可具有相对低的烃含量(沥青+加入的溶剂)。在一个实施方式中，尾料组分70的烃含量为介于约0.01wt％～约15wt％之间，诸如介于约0.1wt％～约10wt％之间或者介于约0.5wt％～约5wt％之间。在一些实施方式中，尾料组分70足够干净至可被存储回环境中而无需进一步处理。在一个实施方式中，尾料70可作为干的可堆放尾料(dry stackable tailings)而被存储回环境中。优选地，尾料组分70可被存放回沥青砂矿石10先前被开采出来时的位置。

在一个实施方式中，可在将尾料组分70安置之前从其中分离额外的沥青。尾料组分70中的大量沥青(连同诸如加入的溶剂的其它烃)以矿物颗粒与沥青的结块的形式存在，这种结块有时称为“柏油球(tarballs)”。这些结块往往显著地大于矿物颗粒。因此，可使用筛分操作(例如，干筛分或其它)以进一步分离柏油球并将其循环回使用沥青砂矿石10的工艺中。这可使得该方法回收尾料70中所含烃含量的约25wt％～90wt％。

在于容器75处进行分离之后，第二富沥青组分65主要包含第一烃溶剂15、45，第二烃溶剂60，以及沥青。第二富沥青组分65还可包含一些少量的矿物固体和水。

第二富沥青组分65在离开容器75之后被输送到分离器80，如图1中所示。在一些实施方式中，第二富沥青组分65在其被引入到分离器80中时处于压力下以便将第二烃溶剂60保持在液相中。分离器80用于将第二富沥青组分65中的第二烃溶剂与沥青产品85分离。应理解几乎任何残余量的第一烃溶剂15被分离到烃产品85中。

在一个实施方式中，通过迅速降低分离器80中的压力而将第二烃溶剂60与第二富沥青组分65分离，所述迅速降低压力使得第二烃溶剂60(部分)蒸发。将第二烃溶剂蒸发物90从分离器80中去除，重新压缩为液态形式，然后循环回容器75。在一些实施方式中，回收的第二烃溶剂90的量可足以消除连续加入补给溶剂60的需要。回收的第二烃溶剂90与新鲜的第二烃溶剂60之比也为约5∶1～250∶1，约10∶1～1501，或者约25∶1～100∶1。沥青产品85可经受进一步处理以产生石油(oil)或其它有用产品，或者沥青产品85可被输送通过分离器35以将第一烃溶剂15与沥青产品分离。

在一些实施方式中，分离器80可作为单独的单元操作但作为容器75的集成部分(integral part)来构造，当混合的溶剂浆料部分闪蒸并离开容器75时对其进行过滤。混合的沥青/第二溶剂产品可进一步部分闪蒸，产生用于重新压缩的液体第二溶剂，且沥青相可与沥青合并。

用于从沥青砂10分离沥青的方法和系统的另一个实施方式如图2中所示。该实施方式类似于图1中所述者，不同之处在于该实施方式包括用于在将第一贫沥青组分30与第二烃溶剂60在容器75中混合之前对该第一贫沥青组分30进行过滤的过滤器55。过滤器55用于从第一贫沥青组分30去除额外量的第一烃溶剂15和沥青并将其送往分离器35。过滤器55可减少溶解第二混合物中的烃所必需的第二烃溶剂60、90的量。

参考图3，显示了用于从沥青砂10分离沥青的方法和系统的另一个实施方式。该实施方式也类似于图1中所示者，不同之处在于尾料70在分离器95中经受进一步的烃去除。分离器95可以是真空系统，其去除残余量的第二烃溶剂60并将其送回到回收的第二烃溶剂90。同样，分离器95也可为筛分操作，其将较大的“柏油球”与其余尾料分离。柏油球也可被循环回与引入的沥青砂矿石10在一起。

图4显示了用于从沥青砂10分离沥青的方法和洗脱的另一个实施方式。在该实施方式中，沥青砂矿石10和第一烃溶剂15在容器20中合并以形成第一混合物。然后将该第一混合物在过滤器55中过滤以将所述第一混合物分离为第一富沥青组分25和第一贫沥青组分30。应理解过滤器55可为独立于容器20的设备，或者可被整合为容器20的一部分。还应理解第一富沥青组分25可经受进一步的分离操作(在图4中未示出)以将沥青与第一烃溶剂15分离。同样，第一烃溶剂15可被循环回所述方法中。

第一贫沥青组分30被输送到容器75，在这里吹入气体41，通过其将第一烃溶剂15和沥青与矿物固体进一步分离。任何合适的气体可在所述方法中的这一步使用。在用气体61清洗(purge)后，然后将第一贫沥青组分30与第二烃溶剂60混合以形成第二混合物。在一个实施方式中，该步骤在压力下进行以将第二烃溶剂60保持在液相中。然后以图1-3中所示实施方式中所述的任何方式来分离第二混合物。尾料组分70作为干的可堆放尾料安置，且液体可进一步处理以循环第二烃溶剂60、分离沥青产品等。

图5中显示了从沥青砂10分离沥青的方法的另一个实施方式。该实施方式类似于图4中所示者，不同之处在于在该实施方式中，使第一混合物通入到容器75中而不经受任何分离工艺。第一混合物可以是纸浆或浆料形式，其被泵入或输送入容器75中。根据构造，容器75可以是管道、罐、板式和框式压滤机、或者能够接受第一混合物或贫沥青组分30的其它容器。

一旦在容器75中，第一混合物经受气体清洗41以将液体烃与矿物固体分离。液体烃作为第一富沥青组分25离开容器75。第一贫沥青组分连续通过容器75并与第二烃溶剂60混合。这可在压力下进行以将第二烃溶剂60保持在液相中。然后可以以前述实施方式中所述任何方式来处理第二混合物以得到尾料组分70和沥青产品。

图6中显示了从沥青砂10中分离沥青的方法的另一个实施方式。在该实施方式中，在将沥青砂10装载到容器20中之前将其存储在料斗或容器12中。沥青砂10可在料斗12中被粉碎或以其它方式处理以准备通过所述系统将其进料。沥青砂矿石10在容器20中与第一烃溶剂15、45混合以形成第一混合物。

第一混合物被分离为第一富沥青组分25和第一贫沥青组分30。第一富沥青组分25被送到分离器35，其在该实施方式中为蒸馏工艺。该蒸馏工艺得到轻馏分(其为第一烃溶剂45)、重馏分(其为沥青产品40)和底部沉积物(bottom)。在该实施方式中，底部沉积物可在蒸汽裂化器51中裂解为较轻的烃。被裂解的底部沉积物53可被进给回分离器35。

通过将沥青中最重的烃的一部分裂解可极大地减少甚至消除补给的第一烃溶剂15的量。这使得所述方法在第一烃溶剂15方面能够自给自足，从而不必向提取沥青的地点输送溶剂。

应注意与图3中所述方法相比图6中所述方法具有显著优点。图3中所示方法往往会产生非常粘稠的沥青产品，其通常需要就地进行进一步处理或者用溶剂稀释以便运输。稀释剂的成本很高且其通常不是接收该沥青产品一方(例如，浓缩者或精炼者)所支付的成本。相反，图6的方法消除了使用任何额外的稀释剂的成本，而是最终的沥青产品40已足够轻质到可被输送而无需任何添加剂。

第一贫沥青组分30被输送至容器75，在这里使用类似于图1所述者但具有一些差异的方式对其进行加工。一项差异是第二烃溶剂60被描绘为LPG。另外，第二富沥青组分85与第一富沥青组分25合并以进一步用分离器35将第一烃溶剂15与沥青产品40分离。

参考附图7，显示了从沥青砂10分离沥青的方法的另一个实施方式。该实施方式在很多方面类似于图6中所述的实施方式。然而，该实施方式不使用蒸汽裂化器51来裂解来自分离器35的底部沉积物。还有，通过降低压力而在容器75中分离第二混合物，其产生：(a)气态组分第二烃溶剂90，(b)第二富沥青组分65，其包含液体溶剂90、第一烃溶剂15和沥青40，以及(c)尾料组分70。第二富沥青组分65用分离器80来分离以分离第二烃溶剂90的残余物。沥青组分85包括一些第一烃溶剂15，并且被循环回分离器40以将其分开为不同组分。

根据可应用所公开的发明的原理的许多可能的实施方式，应意识到所举例说明的实施方式仅是本发明的优选实施例，且不应被视为限制本发明的范围。更确切地说，本发明的范围被后面的权利要求所定义。因此，我们要求落入这些权利要求的范围和精神内的所有内容作为我们的发明。

实施例

以下实施例提供用于进一步举例说明本文所公开的主体。这些实施例不应视为以任何方式进行限制。

在以下实施例中，从三种不同的沥青砂中提取沥青，这些沥青砂分别是：特立尼达沥青砂(“Trinidad”)、高品位Athabasca沥青砂(“AthHG”)和低品位Athabasca沥青砂(“AthLG”)。各沥青砂的组成如表3及简述所示。各沥青砂的组成使用Dean-Stark装置来测定。在实施例中使用之前，用手将沥青砂破碎成块，该块小得足以适合通过0.5英寸直径的孔。

使用包含两个溶剂提取步骤的多级提取方法来从沥青砂提取沥青。最初将沥青砂与液体溶剂(具体溶剂在实施例中指定)在大气压力下混合。将混合物分离为第一富沥青组分和第一贫沥青组分。然后将贫沥青组分与液体LPG在管道中混合。管道中的压力足以将该LPG保持为液态。将该混合物分离为第二富沥青组分和尾料组分。

表3-沥青砂

实施例1-特立尼达沥青砂

在该实施例中，从总共十一个特立尼达沥青砂样品中提取沥青。所述样品在表4中指定为T-1到T-11。每个样品提取的细节可在表4及各过程中获取的一些观测结果中发现。

除非另外标明，使用以下方法来加工每个样品。最初对每个样品称重，将样品以及必要量的第一溶剂投入混合容器中以实现表4中指定的合适的溶剂沥青比。将第一溶剂与沥青砂用标准三刃叶轮(threeblade impeller)混合。将沥青砂在混合容器中浸泡一小时。然后将混合物用布氏漏斗在真空或大气压力下过滤以将液体与固相分离。液态的滤液形成第一富沥青组分，且固相的滤饼形成第一贫沥青组分。将滤液称重并测量。使滤饼经受第二溶剂提取以去除滤饼中任何残余的第一溶剂并从滤饼中提取额外的沥青。仍存在于滤饼中的第一溶剂的量根据过滤时间和所用的具体溶剂而变。

第二溶剂提取通过以下方式进行：将滤饼置于管式提取器中，并向该管式提取器中加入液体LPG(使用市售LPG)。液体LPG从滤饼中溶解了额外的沥青和任何残余量的第一溶剂。将滤饼在液体LPG中浸泡十五分钟。将混合物中的液体和固体分别分离为第二富沥青组分和尾料组分。第二富沥青组分包含液体LPG、沥青和任何残余量第一溶剂。通过使LPG在系统内蒸发而将其去除。然后将沥青和第一溶剂(二者均为液体形式)捕获到烧瓶中。测量液体的重量和量。管道中的剩余固相也被去除和称重。

使用带有一些细微差异的上述相同方法来提取一些样品。将样品T-3与第一溶剂在混合管道中混合，然后直接进行LPG浸泡。样品T-6和T-7相同，区别在于得自T-6的滤饼在被放入管式提取器中时是完全干燥的，而得自T-7的滤饼在被放入管道中时仍是湿的。样品T-9使用如下的三步法提取：该方法包括最初在管道中用液体LPG提取沥青，分离液体和固体，在混合容器中用第一溶剂浸泡固相，分离液体和固相，以及用LPG在管式提取器中提取沥青和任何残余量的第一溶剂。

提取过程的结果在表5中显示。总重损失是沥青砂原料的重量与从管式提取器取出的沥青砂组分的重量之间的差异。测定从管式提取器中提取出的液体的美国石油学会(American Petroleum Institute，API)比重。使用Dean-Stark装置分析从管式提取器取出的尾料组分以测定残余沥青砂中的沥青量。

原料中的沥青量使用以下方程计算：原料中的沥青(wt％)＝总重损失(wt％)-原料中的水(wt％)+(100-总重损失(wt％))x残余沥青砂中的沥青分数。使用样品T-1作为例子，如下计算：原料中的沥青(wt％)＝18.13-4.6+(100-18.13)x0.0205。然后可使用以下方程计算所提取的沥青的百分数：(原料中的沥青(wt％)-(100-总重损失(wt％))x残余沥青砂中的沥青分数)/原料中的沥青(wt％)。使用样品T-1作为例子，如下计算：(15.20-(100-18.13)x0.0205)/15.20。

表4-特立尼达提取工艺参数

*在该实施例以及其它实施例中使用的轻质油溶剂具有约30的API比重。轻质油主要包括芳烃，诸如甲苯、二甲苯、一些苯及其它环化合物。如美国专利申请公开文本第2006/0144760号中所述的通过对沥青进行蒸汽裂化而得到的轻质油。

表5-特立尼达提取结果

实施例2-AthHG沥青砂

在该实施例中，从高品位Athabasca沥青砂的总共四个样品中提取沥青。所述样品在表6中指定为AHG-1到AHG-4。每个样品提取的细节可在表6及各过程中获取的一些观测结果中发现。

使用带有一些微小不同的如实施例1中概述的相同的一般方法来从高品位Athabasca样品提取沥青。将一些样品用蝶形盘管叶轮而不是三刃叶轮来混合。使用盘管叶轮(coil impleller)以确保样品中大块粘土的充分混合和分散。用盘管叶轮混合的样品在表6中标明。

通常，与特立尼达沥青砂相比更难以迅速和有效地过滤高品位Athabasca沥青砂。例如，对样品AHG-1进行过滤，但其保留了整夜，并且在早晨时滤饼中几乎没有多余液体。同样，样品AHG-2使用了有助于稳定过滤的盘管叶轮，但仍然有些慢。样品AHG-4类似于样品AHG-1和AHG-3，不同之处在于当将其置于管式提取器中时滤饼中没有多余的液体。提取过程的结果在表7中显示。应注意表7也显示了得自第一提取过程的液体滤液的API比重。

表6-AthHG提取工艺参数

*使用带有纸的布氏漏斗在大气压(即，非真空)下过滤。

表7-AthHG提取结果

实施例3-AthLG沥青砂

在该实施例中，从低品位Athabasca沥青砂的总共四个样品中提取沥青。所述样品在表8中指定为ALG-1到ALG-8。每个样品提取的细节可在表8及各过程中获取的一些观测结果中发现。

使用带有一些微小不同的如实施例1中概述的相同的一般方法来从低品位Athabasc样品提取沥青。样品ALG-4不经历第一提取过程，改为直接置于管式提取器中。对于样品ALG-2，从第二提取过程(LPG提取过程)中不回收任何液体。样品ALG-3使用生物柴油作为第一溶剂，并且能够快速过滤。使用盘绕叶轮(coil impeller)来混合第一和沥青砂。使混合物经受三十分钟的真空过滤和三十分钟的常压过滤。在滤饼进入管式提取器之前将其于室温空气干燥过夜。固体很容易从管式提取器取出。低品位Athabasca沥青砂容易通过该系统加工。提取过程的结果在表9中显示。

表8-AthHG提取工艺参数

表9-AthLG提取结果

实施例4-改进方法

在该实施例中，使用一种新方法来从高品位和低品位Athabasca沥青砂提取沥青，所述新方法消除在第一溶剂提取之后的过滤步骤。样品在表10中指定为MALG-1到MAHG-8。每个样品提取的细节可在表10及各过程中获取的一些观测结果中发现。

每个样品与第一溶剂(即，石脑油)混合1小时。然后将混合容器的全部内容物都倒入管式提取器中。向管道中加入气态LPG以去除任何自由液体。然后以与前面的实施例相同的方式用液体LPG洗涤剩余固体。将固体取出并使其干燥以确保所有LPG已被蒸发。提取过程的结果在表11中显示。表11中所示的初始重量损失相当于来自管式提取器的固体在刚被从管式提取器取出后的重量。最终重量损失是使固体于40℃干燥大于8小时之后的重量。表10-改进方法的提取工艺

参数

样品	第一溶剂	比率	描述
				MALG-1	石脑油	5∶1	氮气压力40psi，固体高度结块但干净
MALG-2	石脑油	5∶1	氮气压力40psi，固体轻微结块但干净
				MAHG-3	石脑油	5∶1	氮气压力40psi，固体容易去除
MAHG-4	石脑油	5∶1	氮气压力40psi，固体容易去除
				MALG-5	石脑油	5∶1	LPG压力120psi，固体高度结块

表1-改进方法的提取结果

实施例结论

上述多个提取实施例的结果证明用于从沥青砂分离沥青的系统和方法是有效率和有效的。来自所有工艺的残余沥青砂或尾料-无论使用何种溶剂或进料-都是相对低沥青含量的。用Dean-Starks装置对残余沥青砂进行的分析显示，沥青含量能够低至0.89％且高达6.55％，这取决于工艺参数(例如，溶剂的选择、真空或常压过滤等)。残余沥青砂是干的且不含粘稠的沥青，并且其颜色在浅棕色到暗棕色之间变化，取决于选择何种溶剂作为第一溶剂。

所述方法和系统可用于提取原料中的至少约90wt％的沥青，或者理想地，原料中的至少约95wt％的沥青。其可应用于特立尼达沥青砂以及高品位和低品位的Athabasca沥青砂。高品位Athabasca沥青砂的尾料似乎在颜色上比低品位Athabasca沥青砂的暗很多。理想的可能是对这些尾料进行二次洗涤以得到如在低品位Athabasca沥青砂中观察到的看起来干净的尾料。替代地，颜色改变可能是由于来自高品位和低品位样品的尾料的不同矿物学。结果显示，能够回收低品位Athabasca沥青砂中的至少约80wt％的沥青，或者理想地至少约85wt％的沥青。

消除了过滤步骤的所述改进方法和系统产生了显著的积极结果。数据一致显示，具有约9wt％沥青的低品位Athabasca沥青砂和具有12wt％沥青的Athabasca沥青砂的总过程重量损失为约15～16wt％。沥青回收率为90wt％或以上，这包括使用2.5∶1的较低溶剂沥青比。

在实施例中使用市售的LPG作为第二烃熔剂并且相比于传统技术提供了优越的结果。然而，也应预期第二烃熔剂可完全或至少基本上由丙烷和/或丙烯组成。

说明性实施方式

参考本文所述主题的以下多个说明性实施方式以下实施方式仅举例说明了少数所选的实施方式，其可包括本文所述主体的各种特征、特性以及优点。因此，以下实施方式将不会被认为是包括所有可能的实施方式。

同时，一个实施方式的特征和特性应解释为平等地适用于其它实施方式或与来自各实施方式的任何数目的其它特征组合使用以提供进一步的额外的上述方式，其可描述具有从下述特定实施方式变化(例如较宽等)的范围的主体。因此，可预期本文所述任何主题的任何结合。

根据一个实施方式，用于获得沥青的方法包括：将沥青砂与最低量的第一烃熔剂混合以形成第一混合物；并且将第一混合物与液体LPG混合以形成第二混合物。该方法可包括将第一混合物分离为第一富沥青组分和贫沥青组分，其中将第一混合物与液体LPG混合包括将所述贫沥青组分与液体LPG混合以形成第二混合物。将第一混合物分离为第一富沥青组分和贫沥青组分可包括过滤所述第一混合物。

第一混合物可在真空下过滤。所述方法可包括将第二混合物分离为第二富沥青组分和尾料组分。

所述方法可包括将气态的LPG与第一混合物混合以在气体压滤步骤中将第一溶剂与第一混合物分离。第一混合物可与液体LPG在大于约1.1.大气压的压力下混和。第一烃熔剂可以是轻芳烃。所述轻芳烃可包括甲苯、二甲苯、生物柴油、轻质油和/或石脑油。第一烃熔剂的沸点可以是约50℃～375℃。液体LPG可包括丙烷和/或丁烷。液体LPG的沸点可以是约-80℃～10℃。沥青砂可包括约3wt％～20wt％的沥青。可使用所述方法从沥青砂提取至少约80wt％的沥青。

根据另一个实施方式，一种方法包括将沥青砂与液体LPG混合以将沥青与沥青砂分离。该方法可包括在将沥青砂与液体LPG混合之前在浸出工艺中将沥青与沥青砂分离。所述浸出工艺可包括将沥青砂与第一烃熔剂混合。所述方法可包括在将沥青砂与液体LPG混合之前将沥青砂与气态的LPG混合以将第一烃熔剂与沥青砂分离。所述方法可包括将富沥青组分与贫沥青组分分离。所述方法可包括将液体LPG蒸发以将液体LPG与沥青分离。

根据另一个实施方式，一种方法包括将沥青砂与液体丙烷和/或液体丁烷混合以将沥青与沥青砂分离。该方法可包括在将沥青砂与液体丙烷和/或液体丁烷混合之前在浸出工艺中将沥青与沥青砂分离。所述浸出工艺可包括将沥青砂与第一烃熔剂混合。所述方法可包括在将沥青砂与液体丙烷和/或液体丁烷混合之前将沥青砂与气态丙烷和/或气态丁烷混合以将第一烃熔剂与沥青砂分离。根据另一个实施方式，一种方法包括将沥青砂与沸点不高于10℃的液态烃物质混合。所述液态烃物质可包括丙烷和/或丁烷。所述液态烃物质可包括LPG。沥青砂和液态烃物质可形成第一混合物，且所述方法可包括将该第一混合物分离为富沥青组分和贫沥青组分。

根据另一个实施方式，一种方法包括将沥青砂与烃熔剂在保持所述烃熔剂为液态所必需的高压下混合。所述烃熔剂可包括丙烷和/或丁烷。所述烃熔剂可包括LPG。沥青砂和烃熔剂可形成第一混合物，且所述方法可包括将该第一混合物分离为富沥青组分和贫沥青组分。

根据另一个实施方式，用于获得沥青的方法包括：将含沥青物质与第一烃熔剂混合以形成第一混合物；将第一混合物分离为第一富沥青组分和第一贫沥青组分；将第一贫沥青组分与第二烃熔剂混合以形成第二混合物；以及将第二混合物分离为第二富沥青组分和尾料组分。所述含沥青物质可以是沥青砂。将含沥青物质与第一烃熔剂混合可包括将所述含沥青物质与所述第一烃熔剂在逆流过程中混合。将第一混合物分离为第一富沥青组分和第一贫沥青组分可包括将第一贫沥青组分沉降(settle)。将第一混合物分离为第一富沥青组分和第一贫沥青组分可包括过滤第一贫沥青组分。将第一混合物分离为第一富沥青组分和第一贫沥青组分可包括通过重力下水来分离第一贫沥青组分。

将第一贫沥青组分与第二烃熔剂混合可包括将第一贫沥青组分与第二烃熔剂在逆流过程中混合。将第一贫沥青组分与第二烃熔剂混合可包括将第一贫沥青组分与第二烃熔剂在分批方法中混和。将第一贫沥青组分与第二烃熔剂混合可包括将第一贫沥青组分与第二烃熔剂在足够保持第二烃熔剂为液态的压力下混合。将第一贫沥青组分与第二烃熔剂混合可包括将第一贫沥青组分与第二烃熔剂在约20kPa～约1500kPa的压力下混合。将第二混合物分离为第二组分和尾料组分可包括在分批方法中分离所述第二混合物。

第一烃熔剂可包括轻芳烃。第一烃熔剂还可包括甲苯、二甲苯、煤油、柴油(包括生物柴油)、粗柴油、轻质油、石脑油、市售芳香族溶剂(诸如Aromatic 100，150或200(在美国之外称为Solvesso 100，和200)或它们的组合或衍生物。第一烃熔剂可包括石脑油。第一烃熔剂可包括粗柴油。第一烃熔剂可包括苯、甲苯、芳香醇或它们的组合或衍生物。第一烃熔剂的沸点可为约75℃～375℃。第二烃熔剂可包括具有介于3～9个之间的碳的环烷烃或异构烷烃或者它们的组合或衍生物。第二烃熔剂可包括丙烷和/或丁烷。第二烃熔剂的沸点可为约-20℃～150℃。在与第一烃熔剂混和之前所述含沥青物质的沥青浓度可为约3wt％～20wt％，且在与第二烃熔剂混合之前所述第一贫沥青组分的沥青浓度可为约0.5wt％～5wt％。在与第一烃熔剂混和之前所述含沥青物质的沥青浓度可为约3wt％～20wt％，且所述尾料组分的沥青浓度可为约0.01wt％～2wt％。

所述方法可包括将含沥青物质和第一烃溶剂通过管路输送或者在管路中混和含沥青物质和第一烃溶剂。所述方法可包括在将第二混合物分离为第二富沥青组分和尾料组分之后从尾料组分中去除部分第二烃溶剂或部分第一烃溶剂。所述方法可包括将第一富沥青组分分离为沥青产品和回收的第一烃溶剂。所述含沥青物质可以是第一数量的含沥青物质，且所述方法可进一步包括将第二数量的含沥青物质与回收的第一烃溶剂混和。

将第一富沥青组分分离为沥青产品和回收的第一烃溶剂可包括将第一富沥青组分加热至高于或等于该第一烃溶剂的大致沸点的温度。将第一富沥青组分分离为沥青产品和回收的第一烃溶剂可包括将该第一富沥青组分加热至约70℃～170℃的温度。

所述方法可包括将第二富沥青组分分离为沥青产品和回收的第二烃溶剂。第一贫沥青组分可以是第一数量的第一贫沥青组分，且所述方法可进一步包括将第二数量的第一贫沥青组分与回收的第二烃溶剂混和。将第二富沥青组分分离为沥青产品和回收的第二烃溶剂可包括降低所述第二富沥青组分的压力。

根据另一个实施方式，用于获得沥青的方法包括：提供含沥青物质；并且对该物质依次施行至少两次有机流体提取。所述含沥青物质可以是沥青砂。依次施行至少两次有机流体提取包括使用第一烃溶剂进行第一有机流体提取和使用第二烃溶剂进行第二有机流体提取。

根据另一个实施方式，获得沥青的方法包括：将第一数量的沥青砂与第一烃溶剂混和以形成第一混合物；将第一混合物分离为第一富沥青组分和第一数量的第一贫沥青组分；将第一富沥青组分分离为第一沥青产品和回收的第一烃熔剂；将回收的第一烃熔剂与第二数量的沥青砂混合；将第一数量的第一贫沥青组分与第二烃熔剂混合以形成第二混合物；将第二混合物分离为第二富沥青组分和尾料组分；将第二富沥青组分分离为第二沥青产品和回收的第二烃熔剂以及将回收的第二烃熔剂与第二数量的第一贫沥青组分混合。

根据另一个实施方式，用于获得沥青的系统包括：用于将包含沥青砂和第一烃溶剂的第一混合物分离为第一富沥青组分和第一贫沥青组分的第一分离器；用于将第一富沥青组分分离为第一沥青产品和回收的第一烃溶剂的第二分离器；用于将包含尾料组分和第二烃溶剂的第二混合物分离为第二贫沥青组分和尾料组分的第三分离器；以及用于将第二富沥青组分分离为第二沥青产品和回收的第二烃溶剂的第四分离器。所述系统可包括用于将回收的第一烃溶剂输送到第一分离器的管路。该系统可包括用于将回收的第二烃溶剂输送到第三分离器的管路。该系统可包括用于过滤第一贫沥青组分的过滤器。所述第一过滤器可包括沉降容器。所述第二分离器可包括多层炉溶剂回收窑炉。所述第三分离器可包括高压釜。所述第四分离器可包括膨胀容器。

如本文所用的，空间或方向术语，诸如“左”、“右”、“前”、“后”等，涉及其在附图中所示的主题。然而，应理解本文所述的主体可假定各种可选取向，因此，这些术语不被视为限制性的。此外，如本文所用的(即，在权利要求书和说明书中)，冠词如“所述/该”、“一个”和“一种”可表示单数或复数。同样，如本文所用的，词语“或(or)”在不与前面的“或(either)”(或者表明“或”明确表示为排他性的其它类似语言——例如，仅x或y之一等)一起使用时应视为包含性的(例如，“x或y”表示x或y中的一个或两个)。同样，如本文所用的，术语“和/或”也应理解为包含性的(例如，“x和/或y”表示x或y中的一个或两个)。在“和/或”或者“或”用作三个或更多个项目的组的连接词时，该组应被理解为包含仅一个项目、所有项目在一起，或任何数目的项目或其组合。而且，说明书和权利要求书中使用的术语如具有(have/having)和包含(include/including)应理解为等同于术语包括(comprise/comprising)。

除非另外标明，说明书(非权利要求书)中使用的所有数字或表达式(诸如表示尺寸、物理特性等的那些)均理解为在所有情况下均被术语“约”修饰。至少，而不是意图限制权利要求等价物原理的应用，说明书或权利要求书中所述的每个数值参数(其被术语“约”所修饰)应至少根据所描述的有效数字的数目和通过应用一般舍入技术来分析。

另外，本文所公开的所有范围应理解为包括陈述了其中所含的任何和所有子范围或者任何和所有被包含的(subsumed)单个数值并为权利要求提供支持。例如，所述的1～10的范围应视为包括陈述了在最小值1和最大值10之间和/或包含在其中的任何和所有子范围或单个数值平；即，始自最小值1或更大值并结束于最大值10或更小值的所有子范围(例如5.5～10，2.34～3.56，等等)或1～10之间任何数值(例如3，5.8，9.9994，等等)。

Claims

1.一种获得沥青的方法，包括：

将沥青砂与第一烃溶剂混合以形成第一混合物；和

将所述第一混合物与液态LPG混合以形成第二混合物。

2.如权利要求1所述的方法，包括将所述第一混合物分离为富沥青组分和贫沥青组分，其中将所述第一混合物与液态LPG混合包括将所述贫沥青组分与液态LPG混合以形成第二混合物。

3.如权利要求2所述的方法，其中将所述第一混合物分离为富沥青组分和贫沥青组分包括过滤所述第一混合物。

4.如权利要求3所述的方法，其中所述第一混合物在真空下或在压力下过滤。

5.如权利要求1所述的方法，包括将所述第二混合物分离为第二富沥青组分和尾料组分。

6.如权利要求1所述的方法，包括对所述尾料组分进行筛选以从所述尾料组分分离额外的沥青，并且将所述额外的沥青加入所述第一混合物。

7.如权利要求1所述的方法，包括将气体吹送通过所述第一混合物以从该第一混合物分离所述第一溶剂。

8.如权利要求1所述的方法，其中所述第一混合物与液态LPG混合物在高于约1.1大气压的压力下混合。

9.如权利要求1所述的方法，其中所述第一烃溶剂是轻芳烃溶剂。

10.如权利要求8所述的方法，其中所述轻芳烃溶剂包括甲苯、二甲苯、生物柴油、轻质油和/或石脑油。

11.如权利要求1所述的方法，其中所述第一烃溶剂的沸点温度为约50℃～375℃。

12.如权利要求1所述的方法，其中所述液态LPG包括丙烷和/或丁烷。

13.如权利要求1所述的方法，其中所述液态LPG的沸点温度为约-80℃～10℃。

14.如权利要求1所述的方法，其中所述沥青砂包括约3wt％～20wt％的沥青。

15.如权利要求1所述的方法，其中从所述沥青砂提取至少约90wt％的沥青。

16.一种方法，包括：

从沥青砂分离沥青以形成贫沥青组分；和

将所述贫沥青组分与液态LPG混合。

17.如权利要求16所述的方法，其中从沥青砂分离沥青包括将所述沥青砂与第一烃溶剂混合。

18.如权利要求17所述的方法，包括将所述贫沥青组分与气态LPG混合以便在将所述贫沥青组分与液态LPG混合之前将所述第一烃溶剂与所述贫沥青组分分离。

19.如权利要求16所述的方法，包括将所述液态LPG蒸发以将所述液态LPG与所述贫沥青组分分离。

20.一种方法，包括：

将沥青与沥青砂分离以形成贫沥青组分；

将所述贫沥青组分与液态丙烷和/或液态丁烷混合以将烃与所述贫沥青组分分离。

21.如权利要求20所述的方法，其中将沥青与沥青砂分离包括将所述沥青砂与第一烃溶剂混合。

22.如权利要求21所述的方法，包括将所述贫沥青组分与气态丙烷和/或气态丁烷混合以在将所述贫沥青组分与所述液态丙烷和/或液态丁烷混合之前将所述第一烃溶剂与所述贫沥青组分分离。

23.一种方法，包括：

将沥青与沥青砂分离；和

将所述沥青砂与烃溶剂于高压下混合以保持该烃溶剂为液态形式。

24.如权利要求23所述的方法，其中所述烃溶剂包括丙烷和/或丁烷。

25.如权利要求23所述的方法，其中所述烃溶剂包括LPG。

26.如权利要求23所述的方法，其中所述沥青砂和所述烃溶剂形成混合物，所述方法包括将所述混合物分离为富沥青组分和贫沥青组分。