溶剂抽提法分离印尼油砂的实验研究

何 冰，张会成，王盼盼，高 波，徐志扬

（1. 辽宁石油化工大学，辽宁 抚顺 113001； 2. 中国石化抚顺石油化工研究院，辽宁 抚顺 113001）

溶剂抽提法分离印尼油砂的实验研究

何 冰1，张会成2，王盼盼1，高 波2，徐志扬2

（1. 辽宁石油化工大学，辽宁 抚顺 113001； 2. 中国石化抚顺石油化工研究院，辽宁 抚顺 113001）

利用溶剂抽提法对印尼油砂进行萃取分离实验，综合考察了剂砂比、抽提温度、抽提时间、抽提次数等操作条件对油砂沥青提取的影响，确定较佳的油砂分离条件。结果表明，印尼油砂更适合采用溶剂抽提法分离，从油砂沥青提取率、操作成本和环保多角度考虑，在超声波的作用下，剂砂比为2.5，抽提温度40 ℃，抽提时间30 min，抽提3次的条件下，油砂沥青的提取率较高，达到20.31%。

油砂；溶剂抽提；干馏；油砂沥青

油砂是一种含有沥青或焦油的砂或砂岩，是一种非常规性含原油的砂状矿藏[1]，是提炼石油类产品和修建柏油路面优选材料[2]。在国际石油需求日益增长及石油价格居高不下的情况下，开发油砂中富集的稠油沥青资源，具有广阔的市场前景和经济效益。印度尼西亚是油砂资源富集的国家，位于其东南的布敦岛，沥青资源预测储量在3.0×109t以上[3]，具有很大的开发价值，但是目前对于油砂的开发和提取稠油及稠油加工工业的技术还不够成熟[1]。

提取油砂表面的油砂沥青是利用油砂的关键，目前主要的分离方法有热碱水分离法、干馏法、溶剂抽提法等。热碱水法是利用含碱的水加热分离油砂，使得油和砂分离，此方法需要大量的水，在水资源紧张地区很难大规模工业化，而且反应后的污水会造成环境污染[4,5]；干馏法是通过加热分解实现油和砂的分离，该方法回收率低，但可直接得到轻组分，且不需要专用溶剂分离；溶剂抽提分离法主要是根据物质的相似相溶原理来实现油砂沥青的回收，利用溶剂与油砂相接触，将溶解的沥青油与石英砂分离[6-8]。此方法在低温下即可完成实验，耗能低，并且抽提试剂通过蒸馏回收可以循环使用，同时油砂中稠环芳烃及大分子烃类，胶质，沥青质含量高，反应中加入有机试剂后可使油砂较好的分离，可以提取较多的油[9-11]。

本文以印度尼西亚油砂为原料，分别采用低温溶剂抽提法和干馏法两种方法进行油砂分离，并确定适合印尼油砂的分离方法，以及在此方法下的最佳操作条件。

1 实验部分

1.1 实验仪器及试剂

原料：印尼油砂，呈黑色块状，粘附性极强，不易粉碎成粉末状。本实验采用冷冻的方法，在-18℃下冷冻，经冷冻后的油砂黏性降低，可处理成粉末状，如图1所示:(a)为处理前油砂原料，(b)为经冷冻处理后的油砂。

试剂：甲苯、环己烷为分析纯，天津市高宇精细化工有限公司；石脑油（60~80 ℃），实沸点切割组分。

图1 处理前后的油砂对比图Fig.1 Comparison chart of oil sands before and after treatment

仪器：超声波清洗器：KQ—300V型，昆山市超声仪器有限公司；可控调温电热套：HX—6017，山东菏泽华兴仪器仪表有限公司；真空干燥箱：HX—6134，山东菏泽华兴仪器仪表有限公司。

1.2 油砂分离方法

1.2.1 溶剂分离实验

称取一定量粉碎后的油砂样品装入具塞的三角瓶中，按溶剂与油砂的适当比例加入溶剂，并置于超声波清洗器中[12]，控制适当的温度和加热时间，经油与砂充分分离后，分离出上层溶液，固体物再按上述方法进行超声抽提。合并的抽提液过滤，滤液进行蒸馏，并真空干燥得到油砂沥青。蒸馏出的溶剂可回收循环使用。溶剂抽提剩余物由黑色变成土黄色。

1.2.2 干馏实验

为了进行对比，也进行了干馏实验，采用高压釜作为反应容器（高压釜内部采用不锈钢内衬），平均反应温度500 ℃，反应时间100 min，反应过程中向系统持续通入适量N2，保持微正压操作（系统压力为0.16 MPa）。反应结束，剩余的残渣残留在高压釜中，生成的油气进行冷却收集。

2 结果与讨论

2.1 溶剂抽提分离操作条件的考察

2.1.1 试剂的选择

采用溶剂抽提法，在超声波的作用下，选择甲苯、石脑油（60~80 ℃）、环己烷3种溶剂抽提油砂。结果表明，在剂砂比为2.5，抽提温度50 ℃，抽提时间40 min，抽提3次的条件下，甲苯的出油率最高，其次是环己烷，结果见表1。

表1 不同溶剂分离效果比较Table 1 Comparison of different solvent separation results

甲苯是极性很强的溶剂，不仅能溶解油砂中极性较小的油分，也能溶解极性很大的沥青质，环己烷极性很弱，而石脑油多为C5—C6组分，只能少部分地溶解沥青质。因此，极性较大、相对分子质量较大、沸点较高的溶剂是油砂抽提过程的理想溶剂，甲苯虽有毒性，但由于抽提后的甲苯可循环使用，在工业中可考虑采用密闭循环装置。因此，确定甲苯为较佳的抽提溶剂。

2.1.2 抽提次数的选择

在剂砂比为2.5，抽提温度为50 ℃，抽提时间为30 min的条件下，考察不同的抽提次数对出油率的影响，结果如图2所示。实验结果表明，随着抽提次数的增加，出油率不断增加。分别抽提1次和两次后，抽提液颜色很深，抽提三次抽提液颜色很浅，抽提3次以后抽提液基本呈无色，出油率升高不显著，增加抽提次数增加能耗，因此，从出油率，经济角度多方面考虑，确定抽提三次为较好的实验条件，出油率可达20.31%。

图2 抽提次数对出油率的影响Fig.2 Effect of extraction times on yield

2.1.3 剂砂比的影响

在抽提温度50 ℃，抽提时间为20 min，抽提3次的条件下，考察剂砂比对实验结果的影响，其中剂砂比用甲苯与油砂的质量比表示，实验结果如图3所示。

图3 抽剂砂比对出油率的影响Fig.3 Effect of ratio of solvent to oil sand on yield efficiency

当甲苯的加入量过少时，加入油砂后不能形成分离界面，分离后的沥青不能很好的与砂分离，使得沥青的回收率降低。随着剂砂比的增加，出油率的增加很明显，剂砂比从1.5增加到2.5时，出油率由18.75%增加到20.31%。当剂砂比增加到2.5以后，出油率基本不再增加，继续增大剂砂比对分离的影响不大，相应的成本和能耗将增加，因而是不经济的。综上所述，适宜的剂砂比为2.5。

2.1.4 抽提时间的影响

在剂砂比为2.5，抽提温度为50 ℃，抽提3次的条件下，通过改变抽提时间来考察抽提时间对出油率的影响。实验结果如图4所示。当油砂抽提10 min时，出油率较低，大部分油砂沥青仍与砂结合在一起。随着时间的增加，出油率逐渐增加，在抽提时间为30 min时，出油率较高，且时间继续增加，出油率增加不显著，因此，30 min分离反应几乎完成，30 min为较佳的分离条件。

图4 抽提时间对出油率的影响Fig.4 Effect of extraction time on yield

2.1.5 抽提温度的影响

将甲苯和油砂按剂砂比为2.5，抽提时间为20 min，抽提3次，在超声波的作用下分离油砂，通过改变设定温度来考察温度对出油率的影响。实验结果如图5所示。

图5 抽提温度对出油率的影响Fig.5 Effect of extraction temperature on yield

由图5所示，在一定的温度范围内，随着温度的增加，沥青的出油率先显著增加，抽提温度的升高可以增加油砂中油分的溶解度，从而提高出油率；当温度高于40 ℃时，而且温度过高还会导致溶剂的挥发以及工业生产中能耗的增加。因此，实验结果表明温度控制在40 ℃分离效果最好且比较经济。

2.2 干馏实验

采用干馏法分离油砂，利用油砂的失重率来考察油砂的分离效果。反应内温达到500 ℃，并维持20 min后，采用气体采样袋进行采样；反应结束后，收集液体并混合均匀，对混合均匀后的液体进行分析，油砂裂解数据见表2。

表2 油砂裂解数据Table 2 Oil sand cracking results %

由表2可以看出油砂的出油率低。对所收集的气体和液体进行气体组成和液体馏分分布的分析，结果见表3和表4。表3表明油砂裂解气体组成主要为甲烷，含有少量乙烷、乙烯、丙烷、丁烷。表4数据表明液体产品中，汽油馏分占29.3%，柴油馏分占59.7%。由此可见通过干馏法分离油砂，可以直接得到轻组分，但液收只有12.68%，气液收率16.59%。

表3 气体组成Table 3 Gas composition

表4 液体馏分分布Table 4 Liquid fraction distribution

3 结 论

（1）以印尼油砂为原料，分别采用溶剂抽提法和干馏法对其进行比较，实验发现，干馏法可得到16.59%的气液产品，回收率低，且耗能较大；溶剂抽提法回收油砂沥青20.31%，且耗能低，是较理想的分离方法。

（2）利用溶剂抽提法，在超声波的作用下，初步确定了油砂分离的适宜操作条件，剂砂质量比为2.5，抽提时间为30 min，抽提温度为40 ℃，抽提次数为3次，在此操作条件下油砂的出油率较高。

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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，吉林辽源人，硕士研究生，抚顺石油化工研究院研究生工作站在读。E-mail：421452202@qq.com。

张会成（1968-），男，教授级高级工程师，博士，研究方向：从事重质油加工研究。E-mail：zhanghuicheng.fshy@sinopec.com。