何 冰，張會成，王盼盼，高 波，徐志揚

（1. 遼寧石油化工大學(xué)，遼寧 撫順 113001； 2. 中國石化撫順石油化工研究院，遼寧 撫順 113001）

溶劑抽提法分離印尼油砂的實驗研究

何 冰1，張會成2，王盼盼1，高 波2，徐志揚2

（1. 遼寧石油化工大學(xué)，遼寧 撫順 113001； 2. 中國石化撫順石油化工研究院，遼寧 撫順 113001）

利用溶劑抽提法對印尼油砂進行萃取分離實驗，綜合考察了劑砂比、抽提溫度、抽提時間、抽提次數(shù)等操作條件對油砂瀝青提取的影響，確定較佳的油砂分離條件。結(jié)果表明，印尼油砂更適合采用溶劑抽提法分離，從油砂瀝青提取率、操作成本和環(huán)保多角度考慮，在超聲波的作用下，劑砂比為2.5，抽提溫度40 ℃，抽提時間30 min，抽提3次的條件下，油砂瀝青的提取率較高，達到20.31%。

油砂；溶劑抽提；干餾；油砂瀝青

油砂是一種含有瀝青或焦油的砂或砂巖，是一種非常規(guī)性含原油的砂狀礦藏[1]，是提煉石油類產(chǎn)品和修建柏油路面優(yōu)選材料[2]。在國際石油需求日益增長及石油價格居高不下的情況下，開發(fā)油砂中富集的稠油瀝青資源，具有廣闊的市場前景和經(jīng)濟效益。印度尼西亞是油砂資源富集的國家，位于其東南的布敦島，瀝青資源預(yù)測儲量在3.0×109t以上[3]，具有很大的開發(fā)價值，但是目前對于油砂的開發(fā)和提取稠油及稠油加工工業(yè)的技術(shù)還不夠成熟[1]。

提取油砂表面的油砂瀝青是利用油砂的關(guān)鍵，目前主要的分離方法有熱堿水分離法、干餾法、溶劑抽提法等。熱堿水法是利用含堿的水加熱分離油砂，使得油和砂分離，此方法需要大量的水，在水資源緊張地區(qū)很難大規(guī)模工業(yè)化，而且反應(yīng)后的污水會造成環(huán)境污染[4,5]；干餾法是通過加熱分解實現(xiàn)油和砂的分離，該方法回收率低，但可直接得到輕組分，且不需要專用溶劑分離；溶劑抽提分離法主要是根據(jù)物質(zhì)的相似相溶原理來實現(xiàn)油砂瀝青的回收，利用溶劑與油砂相接觸，將溶解的瀝青油與石英砂分離[6-8]。此方法在低溫下即可完成實驗，耗能低，并且抽提試劑通過蒸餾回收可以循環(huán)使用，同時油砂中稠環(huán)芳烴及大分子烴類，膠質(zhì)，瀝青質(zhì)含量高，反應(yīng)中加入有機試劑后可使油砂較好的分離，可以提取較多的油[9-11]。

本文以印度尼西亞油砂為原料，分別采用低溫溶劑抽提法和干餾法兩種方法進行油砂分離，并確定適合印尼油砂的分離方法，以及在此方法下的最佳操作條件。

1 實驗部分

1.1 實驗儀器及試劑

原料：印尼油砂，呈黑色塊狀，粘附性極強，不易粉碎成粉末狀。本實驗采用冷凍的方法，在-18℃下冷凍，經(jīng)冷凍后的油砂黏性降低，可處理成粉末狀，如圖1所示:(a)為處理前油砂原料，(b)為經(jīng)冷凍處理后的油砂。

試劑：甲苯、環(huán)己烷為分析純，天津市高宇精細(xì)化工有限公司；石腦油（60~80 ℃），實沸點切割組分。

圖1 處理前后的油砂對比圖Fig.1 Comparison chart of oil sands before and after treatment

儀器：超聲波清洗器：KQ—300V型，昆山市超聲儀器有限公司；可控調(diào)溫電熱套：HX—6017，山東菏澤華興儀器儀表有限公司；真空干燥箱：HX—6134，山東菏澤華興儀器儀表有限公司。

1.2 油砂分離方法

1.2.1 溶劑分離實驗

稱取一定量粉碎后的油砂樣品裝入具塞的三角瓶中，按溶劑與油砂的適當(dāng)比例加入溶劑，并置于超聲波清洗器中[12]，控制適當(dāng)?shù)臏囟群图訜釙r間，經(jīng)油與砂充分分離后，分離出上層溶液，固體物再按上述方法進行超聲抽提。合并的抽提液過濾，濾液進行蒸餾，并真空干燥得到油砂瀝青。蒸餾出的溶劑可回收循環(huán)使用。溶劑抽提剩余物由黑色變成土黃色。

1.2.2 干餾實驗

為了進行對比，也進行了干餾實驗，采用高壓釜作為反應(yīng)容器（高壓釜內(nèi)部采用不銹鋼內(nèi)襯），平均反應(yīng)溫度500 ℃，反應(yīng)時間100 min，反應(yīng)過程中向系統(tǒng)持續(xù)通入適量N2，保持微正壓操作（系統(tǒng)壓力為0.16 MPa）。反應(yīng)結(jié)束，剩余的殘渣殘留在高壓釜中，生成的油氣進行冷卻收集。

2 結(jié)果與討論

2.1 溶劑抽提分離操作條件的考察

2.1.1 試劑的選擇

采用溶劑抽提法，在超聲波的作用下，選擇甲苯、石腦油（60~80 ℃）、環(huán)己烷3種溶劑抽提油砂。結(jié)果表明，在劑砂比為2.5，抽提溫度50 ℃，抽提時間40 min，抽提3次的條件下，甲苯的出油率最高，其次是環(huán)己烷，結(jié)果見表1。

表1 不同溶劑分離效果比較Table 1 Comparison of different solvent separation results

甲苯是極性很強的溶劑，不僅能溶解油砂中極性較小的油分，也能溶解極性很大的瀝青質(zhì)，環(huán)己烷極性很弱，而石腦油多為C5—C6組分，只能少部分地溶解瀝青質(zhì)。因此，極性較大、相對分子質(zhì)量較大、沸點較高的溶劑是油砂抽提過程的理想溶劑，甲苯雖有毒性，但由于抽提后的甲苯可循環(huán)使用，在工業(yè)中可考慮采用密閉循環(huán)裝置。因此，確定甲苯為較佳的抽提溶劑。

2.1.2 抽提次數(shù)的選擇

在劑砂比為2.5，抽提溫度為50 ℃，抽提時間為30 min的條件下，考察不同的抽提次數(shù)對出油率的影響，結(jié)果如圖2所示。實驗結(jié)果表明，隨著抽提次數(shù)的增加，出油率不斷增加。分別抽提1次和兩次后，抽提液顏色很深，抽提三次抽提液顏色很淺，抽提3次以后抽提液基本呈無色，出油率升高不顯著，增加抽提次數(shù)增加能耗，因此，從出油率，經(jīng)濟角度多方面考慮，確定抽提三次為較好的實驗條件，出油率可達20.31%。

圖2 抽提次數(shù)對出油率的影響Fig.2 Effect of extraction times on yield

2.1.3 劑砂比的影響

在抽提溫度50 ℃，抽提時間為20 min，抽提3次的條件下，考察劑砂比對實驗結(jié)果的影響，其中劑砂比用甲苯與油砂的質(zhì)量比表示，實驗結(jié)果如圖3所示。

圖3 抽劑砂比對出油率的影響Fig.3 Effect of ratio of solvent to oil sand on yield efficiency

當(dāng)甲苯的加入量過少時，加入油砂后不能形成分離界面，分離后的瀝青不能很好的與砂分離，使得瀝青的回收率降低。隨著劑砂比的增加，出油率的增加很明顯，劑砂比從1.5增加到2.5時，出油率由18.75%增加到20.31%。當(dāng)劑砂比增加到2.5以后，出油率基本不再增加，繼續(xù)增大劑砂比對分離的影響不大，相應(yīng)的成本和能耗將增加，因而是不經(jīng)濟的。綜上所述，適宜的劑砂比為2.5。

2.1.4 抽提時間的影響

在劑砂比為2.5，抽提溫度為50 ℃，抽提3次的條件下，通過改變抽提時間來考察抽提時間對出油率的影響。實驗結(jié)果如圖4所示。當(dāng)油砂抽提10 min時，出油率較低，大部分油砂瀝青仍與砂結(jié)合在一起。隨著時間的增加，出油率逐漸增加，在抽提時間為30 min時，出油率較高，且時間繼續(xù)增加，出油率增加不顯著，因此，30 min分離反應(yīng)幾乎完成，30 min為較佳的分離條件。

圖4 抽提時間對出油率的影響Fig.4 Effect of extraction time on yield

2.1.5 抽提溫度的影響

將甲苯和油砂按劑砂比為2.5，抽提時間為20 min，抽提3次，在超聲波的作用下分離油砂，通過改變設(shè)定溫度來考察溫度對出油率的影響。實驗結(jié)果如圖5所示。

圖5 抽提溫度對出油率的影響Fig.5 Effect of extraction temperature on yield

由圖5所示，在一定的溫度范圍內(nèi)，隨著溫度的增加，瀝青的出油率先顯著增加，抽提溫度的升高可以增加油砂中油分的溶解度，從而提高出油率；當(dāng)溫度高于40 ℃時，而且溫度過高還會導(dǎo)致溶劑的揮發(fā)以及工業(yè)生產(chǎn)中能耗的增加。因此，實驗結(jié)果表明溫度控制在40 ℃分離效果最好且比較經(jīng)濟。

2.2 干餾實驗

采用干餾法分離油砂，利用油砂的失重率來考察油砂的分離效果。反應(yīng)內(nèi)溫達到500 ℃，并維持20 min后，采用氣體采樣袋進行采樣；反應(yīng)結(jié)束后，收集液體并混合均勻，對混合均勻后的液體進行分析，油砂裂解數(shù)據(jù)見表2。

表2 油砂裂解數(shù)據(jù)Table 2 Oil sand cracking results %

由表2可以看出油砂的出油率低。對所收集的氣體和液體進行氣體組成和液體餾分分布的分析，結(jié)果見表3和表4。表3表明油砂裂解氣體組成主要為甲烷，含有少量乙烷、乙烯、丙烷、丁烷。表4數(shù)據(jù)表明液體產(chǎn)品中，汽油餾分占29.3%，柴油餾分占59.7%。由此可見通過干餾法分離油砂，可以直接得到輕組分，但液收只有12.68%，氣液收率16.59%。

表3 氣體組成Table 3 Gas composition

表4 液體餾分分布Table 4 Liquid fraction distribution

3 結(jié) 論

（1）以印尼油砂為原料，分別采用溶劑抽提法和干餾法對其進行比較，實驗發(fā)現(xiàn)，干餾法可得到16.59%的氣液產(chǎn)品，回收率低，且耗能較大；溶劑抽提法回收油砂瀝青20.31%，且耗能低，是較理想的分離方法。

（2）利用溶劑抽提法，在超聲波的作用下，初步確定了油砂分離的適宜操作條件，劑砂質(zhì)量比為2.5，抽提時間為30 min，抽提溫度為40 ℃，抽提次數(shù)為3次，在此操作條件下油砂的出油率較高。

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Solvent Extraction Separation of Indonesian Oil Sands

HE Bing1，ZHANG Hui-cheng2，WANG Pan-pan1，GAO Bo2，XV Zhi-yang2
（1. Liaoning Shihua University, Liaoning Fushun 113001，China；2. Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals, Liaoning Fushun 113001，China）

The solvent extraction method was used to separate Indonesian oil sands. Effect of separation conditions including solvent/oil sand ratio, extraction temperature, extraction time, extraction times and other operation conditions on extraction effect of oil sand bitumen was investigated, the optimum separation conditions were determined. The results show that the Indonesian oil sand is more suitable for using solvent extraction; the optimum separation conditions are follows: under the action of ultrasonic wave, ratio of solvent to oil sand is 2.5, extraction temperature is 40 ℃, extraction time is 30 min, extraction times is 3; Under above conditions, oil sand bitumen yield is up to 20.31%.

Oil sand; Solvent extraction; Dry distillation; Oil sand bitumen

TQ 349

A

1671-0460（2012）11-1177-04

2012-10-16

何冰（1988-），女，吉林遼源人，碩士研究生，撫順石油化工研究院研究生工作站在讀。E-mail：421452202@qq.com。

張會成（1968-），男，教授級高級工程師，博士，研究方向：從事重質(zhì)油加工研究。E-mail：zhanghuicheng.fshy@sinopec.com。