水輔助溶劑法提取油砂中的瀝青

楊紅強(qiáng)，丁明山，胡斌，任嗣利

（1中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所羰基合成與選擇氧化國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅 蘭州 730000；2中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049）

水輔助溶劑法提取油砂中的瀝青

楊紅強(qiáng)1，2，丁明山1，2，胡斌1，任嗣利1

（1中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所羰基合成與選擇氧化國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅 蘭州 730000；2中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049）

開發(fā)了一種水輔助溶劑法從油砂中提取瀝青的技術(shù)。該方法通過在油砂固相與有機(jī)溶劑間介入水層提取油砂中的瀝青。以內(nèi)蒙古扎賚特旗油砂礦為研究對象，考察了溫度、劑砂質(zhì)量比、提取時間、甲苯在復(fù)合溶劑中的含量及溶劑的種類與性質(zhì)對瀝青回收率高低的影響，結(jié)果表明:最佳提取條件為提取溫度50℃，劑砂質(zhì)量比1∶1，提取時間25min。瀝青回收率與提取溶劑的性質(zhì)緊密相關(guān)，水層介入有效降低了固體微粒組分在有機(jī)相中的含量，且便于后續(xù)的有機(jī)相與泥砂相的分離。通過對各種溶劑提取的瀝青進(jìn)行組分分析，發(fā)現(xiàn)各種溶劑對瀝青提取能力的差異性源于溶劑的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)不同。本文相關(guān)研究結(jié)果對溶劑法提取油砂中瀝青技術(shù)及溶劑種類的選擇具有指導(dǎo)作用。

油砂；溶劑萃?。换厥章?；溶解性；傳質(zhì)

油砂，又稱瀝青砂，是一種含有瀝青或焦油的砂或砂巖，屬于非常規(guī)油氣資源[1-2]，其基本組成為砂粒、黏土、瀝青、水和少量的礦物等，一般油砂中砂粒和黏土的含量占80%～85%，水分的含量小于10%，油的含量為0～16%[3]。近年來，隨著常規(guī)石油的開發(fā)以及國際油價的不斷攀升，油砂作為一種重要的非常規(guī)油氣資源日益得到各國政府的重視。目前，世界上已探明油砂儲量較豐富的國家主要有加拿大、委內(nèi)瑞拉、美國和俄羅斯等，其中大部分集中在加拿大Alberta省[4-5]。我國的油砂資源也較為豐富[3]，主要分布在新疆、青海、西藏、四川、貴州及內(nèi)蒙古等地區(qū)，全國油砂資源已探明儲量為59.7×108t，其中可采儲量約為22.58×108t，位居世界第五位[6]。由此可見，我國油砂資源潛力巨大，必將成為我國能源結(jié)構(gòu)中的一個重要組成部分。然而，我國在非常規(guī)油氣資源的開發(fā)和研究方面相對比較滯后，目前還不具備成熟的油砂分離技術(shù)，尚未實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。因此，開展適合我國油砂分離的技術(shù)具有重要的戰(zhàn)略意義。

油砂因其中砂和黏土的含量較高、流動性差，其開采方法與常規(guī)石油的開采方法不同。目前國際上普遍采用的油砂分離方法主要有水基提取法（water-based extraction processes）、溶劑提取法、熱解干餾法等[7-8]。一般情況下，根據(jù)油砂的埋藏深度及其結(jié)構(gòu)和性質(zhì)采用特定的分離方法[9-10]。水濕性油砂（油砂中固體顆粒表面為親水性）一般采用水基提取法，而油濕性油砂（油砂中固體顆粒表面為疏水性）適用于有機(jī)溶劑萃取法或熱解干餾法[8]。水基提取法作為重要的提取技術(shù)已成功運(yùn)用于油砂分離的工業(yè)生產(chǎn)中[11-13]。2004年，加拿大油砂油產(chǎn)量為83萬桶/天，其中55%～60%是通過水基提取的方法得到的[14]。但水基提取法對油砂礦的品質(zhì)要求較高，主要針對親水性油砂礦的處理，對于砂粒表面強(qiáng)疏水性的貧礦及風(fēng)化礦很難用水基提取的方法處理[15]?，F(xiàn)有的資料表明，國內(nèi)油砂礦多屬于油濕性油砂，用水基提取的方法進(jìn)行處理時遇到較多問題。

溶劑提取法是通過相似相溶原理來實(shí)現(xiàn)瀝青提取的一種方法[16]，具有普適性強(qiáng)、提取瀝青中微粒含量低及油品質(zhì)較好等優(yōu)點(diǎn)。但由于溶劑法提取瀝青后，瀝青液與尾砂難以分離，溶劑損失量大，導(dǎo)致該方法一直未能實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用。本文作者在前人工作的基礎(chǔ)上通過在油砂固相與有機(jī)溶劑間介入水層，開發(fā)了水輔助溶劑提取瀝青的技術(shù)，較好地解決了傳統(tǒng)溶劑直接提取過程中的一些難題[17]。油砂中的瀝青是一種復(fù)雜的混合物，主要由飽和烴（Saturates）、芳香烴（Aromatics）、膠質(zhì)（Resins）和瀝青質(zhì)（Asphaltenes）組成。各種有機(jī)溶劑對瀝青各組分的溶解能力不同，因此在提取瀝青過程中有機(jī)溶劑的提取能力表現(xiàn)出很大的差異性。需考察溶劑種類與性質(zhì)對瀝青回收率及提取瀝青中各組分含量的影響，為溶劑的選擇提供理論依據(jù)和實(shí)驗(yàn)依據(jù)。在本文工作中，分別考察了單一溶劑及復(fù)合溶劑對瀝青提取的影響作用，對各種溶劑提取后的瀝青組分進(jìn)行了分析，揭示了造成各種溶劑提取瀝青能力差異性的內(nèi)在原因，相關(guān)結(jié)果有望為溶劑法提取油砂中瀝青技術(shù)及溶劑種類的選擇起到一定的指導(dǎo)作用。

1 實(shí)驗(yàn)原料和方法

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

實(shí)驗(yàn)中所用油砂礦取自內(nèi)蒙古扎賚特旗，經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)該油砂為油濕性油砂[18]。根據(jù)加拿大Alberta省油砂管理局（AOSTRA）推薦的標(biāo)準(zhǔn)方法Dean-Stark甲苯提取法對油砂的含油率和含水率進(jìn)行測定，其基本組成見表1。實(shí)驗(yàn)中各種溶劑甲苯、環(huán)己烷、正庚烷和石油醚均為分析純，購于天津化學(xué)試劑有限公司。此外，溶劑石腦油取自中國石化蘭州石化公司，十二烷基三甲基氯化銨（>99%）由Sigma公司生產(chǎn)。

表1 油砂礦的組成

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 水輔助溶劑提取方法及瀝青回收率的分析

取50g油砂樣品于500mL的三頸燒瓶中，按比例依次加入水（含有十二烷基三甲基氯化銨表面活性劑）和溶劑。水層中加入少量表面活性劑是為了防止微粒組分在油砂界面的懸浮，影響后續(xù)分離[17]。將燒瓶浸入油浴中加熱，在機(jī)械攪拌的條件下進(jìn)行提取。燒瓶一口連接冷凝管以保持瓶內(nèi)壓力穩(wěn)定，并防止溶劑揮發(fā)，這一提取過程如圖1所示。提取完成后，靜置10min，將油層和水層一并移入125mL的分液漏斗中，移去水層。將得到的油相定容至250mL的容量瓶中，取15g瀝青液于15000r/ min的轉(zhuǎn)速下離心30min，除去油相中的固體微粒組分。從離心管上部準(zhǔn)確移取5mL瀝青液，均勻轉(zhuǎn)移至定性濾紙上，待濾紙完全干燥后進(jìn)行重量分析，通過式（1）獲得瀝青回收率。

圖1 水輔助溶劑法提取油砂中瀝青的實(shí)驗(yàn)裝置

式中，R為瀝青回收率，%；m1和m2分別為濾紙及其吸收5mL稀釋瀝青液干燥后的質(zhì)量，g；m為油砂的質(zhì)量，g；a為油砂的含油率，%。

1.2.2 瀝青四組分的分析

瀝青是一種復(fù)雜的混合物，主要由飽和烴、芳香烴、膠質(zhì)和瀝青質(zhì)組成。瀝青中瀝青質(zhì)組分的定量分析采用正庚烷沉淀法。準(zhǔn)確稱取2.0g瀝青，加入60mL正庚烷于室溫下攪拌溶解2h，然后靜置24h。用砂芯漏斗過濾獲得沒有被正庚烷溶解的瀝青質(zhì)組分。將得到的瀝青質(zhì)組分用正庚烷多次（＞17次）洗滌直至溶液澄清為止。對獲得的瀝青質(zhì)稱重并計算其在瀝青中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。對于瀝青中其他三組分（maltenes）的分析采用文獻(xiàn)中所述的柱色譜法進(jìn)行定量分析[19]。準(zhǔn)確稱取200mg的maltenes組分，用少許庚烷于室溫下完全溶解，之后加入1.0g左右的硅膠拌樣。待庚烷完全揮發(fā)后，將樣品全部轉(zhuǎn)移至用庚烷潤濕的層析柱內(nèi)。分別用170mL的庚烷、甲苯及復(fù)合溶劑（二氯甲烷∶甲醇=1∶1）沖洗色譜柱，并分別收集沖洗液于圓底燒瓶中，通過旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀除去大部分溶劑，然后將圓底燒瓶置于干燥箱中除去剩余溶劑，分別獲得瀝青中飽和烴、芳香烴和膠質(zhì)的含量。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 溶劑的種類對瀝青回收率的影響

2.1.1 單一溶劑對瀝青回收率的影響

由于各種溶劑對瀝青各組分溶解能力的不同，在應(yīng)用水輔助溶劑提取法提取油砂中瀝青過程中選擇不同的溶劑將會獲得不同的瀝青回收率。在油砂、水及溶劑的質(zhì)量比為1∶1∶1、提取溫度為50℃及提取時間為30min的條件下，分別用石腦油、甲苯、正庚烷、石油醚為溶劑考察了溶劑的種類對水輔助溶劑提取法瀝青回收率的影響，其結(jié)果如表2所示。

表2 水輔助溶劑提取法各種溶劑對瀝青回收率的影響

結(jié)果表明，在水輔助溶劑提取油砂中瀝青的過程中，瀝青回收率與溶劑的種類緊密相關(guān)。以甲苯作為提取溶劑其瀝青回收率可達(dá)95%，而石油醚對瀝青的提取率僅為67%，石腦油和正庚烷對瀝青的提取率分別約為74%和77%。溶劑從油砂中提取瀝青的過程遵循“相似相溶”的原理，以上各溶劑因其對瀝青各組分溶解能力的不同進(jìn)而對瀝青回收率產(chǎn)生了較大的影響。由于瀝青中含有大量的芳香族化合物，因此一般認(rèn)為芳香族類有機(jī)溶劑是提取油砂中瀝青的理想溶劑[20]，這符合相似相溶的原理。

盡管瀝青回收率對工業(yè)生產(chǎn)極為重要，但同時必須考慮提取成本及環(huán)境問題。在以上各種溶劑中，石腦油成本最低、毒性較小，且石腦油本身是石油的一種有效成分，以石腦油作為提取溶劑對提取瀝青的后續(xù)處理不會造成影響。事實(shí)上，在水基提取過程中瀝青泡沫處理階段，石腦油通常被用作稀釋劑來降低瀝青泡沫的黏度，最終達(dá)到除砂、去水的目的。因此，以石腦油作為提取溶劑最有可能實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用。

上述為水輔助溶劑提取法各種溶劑對油砂一次提取的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。進(jìn)一步用溶劑直接提取法，即在沒有水層介入的條件下分別考察了甲苯、正庚烷、石腦油及石油醚為溶劑于室溫下對油砂反復(fù)多次洗滌提取直到溶液澄清的瀝青回收率，結(jié)果如表3所示。

表3 多次溶劑提取法不同溶劑對瀝青回收率的影響

如表3所示，甲苯對瀝青的提取效果最好，得到瀝青的回收率為99%，其次是正庚烷和石腦油，瀝青回收率分別為89%和88%，而石油醚對瀝青的提取效果最差，其瀝青回收率僅為75%。對于石油醚來說，由于其主要為短鏈烷烴，因而很難提取瀝青中分子量較大的芳香族化合物，雖經(jīng)多次洗滌，但仍有部分組分很難溶于石油醚中。正庚烷由于其所含的烷烴鏈較長，幾乎能全部溶解除瀝青中瀝青質(zhì)外的其他各組分。因此，正庚烷多次洗滌提取的瀝青回收率可達(dá)到89%。與石油醚相比，石腦油主要由一些鏈長大小不等的烷烴組成，同時含有少量環(huán)烷烴和芳香烴。因此部分不溶于石油醚的瀝青組分能夠溶于石腦油，多次洗滌提取的瀝青回收率為88%，其與正庚烷提取的瀝青回收率相當(dāng)。甲苯被認(rèn)為是提取油砂中瀝青的理想溶劑，以其為溶劑提取瀝青的回收率接近100%，體現(xiàn)了芳香化合物在提取瀝青方面的高效性。

2.1.2 復(fù)合溶劑對瀝青回收率的影響

石腦油因其成本低、毒性小而被廣泛應(yīng)用于水基提取過程瀝青泡沫的處理中。石腦油也被用于溶劑從油砂中提取瀝青的過程中，其主要由一些鏈長大小不等的烷烴組成，對提取瀝青中的一些輕質(zhì)組分有較好的效果[21]。芳香族如甲苯等有機(jī)溶劑已被證實(shí)為提取瀝青的理想溶劑，對瀝青中的每個組分都有很好的溶解性，然而其價格昂貴且毒性較大，容易造成環(huán)境破壞。因此，綜合各種溶劑的特點(diǎn)，發(fā)展復(fù)合溶劑提取法也許是一個有效的解決途徑。本實(shí)驗(yàn)以石腦油與甲苯為復(fù)合溶劑對水輔助復(fù)合溶劑提取油砂中瀝青的過程進(jìn)行了研究。

圖2示出了復(fù)合溶劑中甲苯的含量對瀝青回收率的影響。從中可以看出，瀝青回收率隨甲苯在復(fù)合溶劑中含量的增加而提高，結(jié)果表明在石腦油中混入一定量的甲苯可以有效提高瀝青回收率。當(dāng)甲苯在復(fù)合溶劑中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%時，瀝青的回收率達(dá)到90%，表明在此條件下，溶劑能夠較充分地提取油砂中的瀝青，繼續(xù)增加甲苯的含量將造成成本的增加。因此，選擇質(zhì)量比為1∶1的石腦油/甲苯復(fù)合溶劑，研究了提取溫度、提取時間及劑砂質(zhì)量比等因素對水輔助復(fù)合溶劑提取過程的影響， 見圖3。

圖2 水輔助復(fù)合溶劑提取法中甲苯在復(fù)合溶劑中的含量對瀝青回收率的影響

圖3 各種影響因素對水輔助復(fù)合溶劑提取油砂瀝青回收率的影響

溫度對瀝青回收率的影響如圖3(a)所示，當(dāng)提取溫度從30℃逐漸升高到50℃過程中，瀝青回收率也逐漸從80%左右提高到約90%。其原因在于隨著提取溫度的升高，瀝青各組分在復(fù)合溶劑中的溶解度增大，瀝青的黏度降低，流動性變好，使溶解速率增強(qiáng)，從而提高了瀝青回收率。但當(dāng)溫度高于50℃時，瀝青回收率不再隨溫度的升高而變化，表明在此條件下瀝青中的部分組分即使在較高的溫度下也很難全部溶于復(fù)合溶劑中。圖3(b)示出了提取時間對瀝青回收率的影響?？梢钥闯?，瀝青回收率隨提取時間的延長而逐漸提高。這說明瀝青各組分在復(fù)合溶劑中的溶解需要一定的時間。當(dāng)提取時間超過25min時，瀝青回收率不再隨時間的延長而提高。顯然，采用甲苯復(fù)合溶劑瀝青提取時間較單一溶劑石腦油縮短[20]，其主要得益于甲苯對瀝青更好的溶解性，減少了溶劑對瀝青的溶解時間。值得說明的是，提取時間的長短還取決于油砂粉粹后顆粒的大小、攪拌強(qiáng)度、提取溫度、傳熱均勻程度等因素。復(fù)合溶劑與油砂的質(zhì)量比對瀝青回收率的影響如圖3(c)所示，當(dāng)劑砂質(zhì)量比由0.5增大到1.0時，瀝青回收率由66%提高到約90%。當(dāng)劑/砂質(zhì)量比大于1∶1以后，瀝青回收率不再明顯提高，表明在劑砂質(zhì)量比為1∶1的條件下油砂中的瀝青各組分基本能很好地溶解在復(fù)合溶劑中，過高的劑/砂比例會造成工業(yè)生產(chǎn)成本的增加。上述研究結(jié)果表明，通過在石腦油中添加甲苯可以顯著提高瀝青回收率，而且甲苯沸點(diǎn)較低，在溶劑的回收過程中甲苯可以與石腦油一起得以很好的回收利用。

本文進(jìn)一步考察了石腦油與各種溶劑的復(fù)合溶劑對瀝青回收率的影響。在油砂與復(fù)合溶劑與水的質(zhì)量比為1∶1∶1、提取溫度為50℃、提取時間為25min的條件下，各種溶劑與石腦油的復(fù)合溶劑（1∶1）提取油砂中瀝青的回收率如表4所示。

可以看出，甲苯與石腦油的復(fù)合溶劑對瀝青的回收率最高約為90%，其次為環(huán)己烷/石腦油復(fù)合溶劑對瀝青的回收率約為80%，石油醚/石腦油復(fù)合溶劑對瀝青的回收率最低約為69%。石腦油主要由丁烷、戊烷、己烷及少量的環(huán)烷烴和芳烴等組成。石油醚主要由戊烷、己烷組成，其對瀝青中芳香類大分子物質(zhì)的溶解能力有限，因此石腦油中混入一定比例的石油醚則會降低瀝青的回收率。環(huán)己烷是一類環(huán)烷烴，其對瀝青各組分有較好的溶解能力，因此石腦油中混入一定比例的環(huán)己烷則會提高瀝青的回收率。相比之下，甲苯為芳香族有機(jī)溶劑，被認(rèn)為是提取瀝青的理想溶劑，其對瀝青中的輕質(zhì)組分和重質(zhì)組分都有非常好的溶解效果，因此石腦油與甲苯的復(fù)合溶劑相比石腦油單一溶劑，使瀝青回收率大大提高。然而，甲苯的成本較高且具有一定的毒性，因此要求分離系統(tǒng)設(shè)備的密封性要好，防止甲苯的揮發(fā)損失，而且要盡量做到最大程度對其回收、利用。

2.1.3 水層的介入對復(fù)合溶劑提取油砂瀝青回收率的影響

表4 不同溶劑對油砂中瀝青回收率的影響

圖4 介入水層對復(fù)合溶劑提取油砂瀝青回收率的影響

進(jìn)一步研究了水層的介入對復(fù)合溶劑提取油砂瀝青回收率的影響。在傳統(tǒng)的溶劑直接提取油砂中瀝青的過程中，部分瀝青提取液殘留在尾砂中，一般需經(jīng)多次洗滌才能實(shí)現(xiàn)對瀝青的充分提取，這將增加工業(yè)生產(chǎn)的成本。介入水層有效地避免了瀝青提取液在尾砂中的殘留，解決了溶劑直接提取過程中遇到的一些難題。但介入水層是否影響溶劑與油砂固相之間的傳質(zhì)過程，進(jìn)而影響瀝青回收率。在油砂與復(fù)合溶劑與水的質(zhì)量比為1∶1∶1、提取溫度為50℃、提取時間為25min的條件下，研究了油砂固相與復(fù)合溶劑間介入水層對瀝青回收率的影響。圖4顯示，復(fù)合溶劑直接提取瀝青回收率約為92%，水輔助的復(fù)合溶劑提取后的瀝青回收率約為90%，僅比復(fù)合溶劑直接提取瀝青回收率略低，說明在強(qiáng)烈攪拌作用下水層不會明顯影響油砂固相與溶劑之間的接觸，進(jìn)而影響傳質(zhì)過程及瀝青在溶劑中的溶解。這與水輔助石腦油提取油砂中瀝青的結(jié)果是相似的[17]。值得說明的是，水層介入的重要作用不是改變?nèi)軇┨崛〉淖饔脵C(jī)制，而是方便瀝青提取液與尾砂的分離及降低瀝青提取液中微粒組分的含量[17]。

2.2 各種溶劑提取的瀝青四組分分析

2.2.1 各種溶劑提取的瀝青中瀝青質(zhì)含量分析

瀝青主要由飽和烴、芳香烴、膠質(zhì)及瀝青質(zhì)組成。其中瀝青質(zhì)組分是一種極性較強(qiáng)的芳香族類混合物，一般以幾個分子團(tuán)聚形式存在，很難溶解于直鏈烷烴、輕質(zhì)油等分子量較小的一些溶劑中。根據(jù)相似相溶原理，芳香族類有機(jī)溶劑對其有很好的溶解性。通過正庚烷沉淀法分析了各種溶劑提取的瀝青中瀝青質(zhì)的含量。結(jié)果如圖5所示，甲苯提取的瀝青中瀝青質(zhì)含量最高約6.8%，而石腦油、正庚烷及石油醚提取的瀝青中瀝青質(zhì)含量很少，只有0.1%左右。溶劑從油砂中提取瀝青的過程可看作是溶質(zhì)與溶劑相互作用的過程，遵循“相似相溶”的原理。石腦油、正庚烷及石油醚等溶劑主要是烷烴類物質(zhì)，其結(jié)構(gòu)組成與瀝青中的一些輕質(zhì)組分相似，其在結(jié)構(gòu)上與重質(zhì)組分如瀝青質(zhì)有較大的差異性，因此很難提取瀝青中的瀝青質(zhì)等重質(zhì)組分。相比之下，芳香族類有機(jī)溶劑是提取油砂中瀝青的理想溶劑，不僅能提取瀝青中的輕質(zhì)組分，而且能夠很好的提取瀝青中的一些重質(zhì)組分。其組成中含有苯環(huán)結(jié)構(gòu)，與瀝青中瀝青質(zhì)的某些結(jié)構(gòu)相似，因此對瀝青質(zhì)有很好的溶解性。顯而易見，芳香族類溶劑在提取瀝青方面表現(xiàn)出其獨(dú)特的優(yōu)勢，與輕質(zhì)組分溶劑相比，其能充分提取瀝青中的各組分。然而，在工業(yè)生產(chǎn)中，因芳香族類溶劑成本高、毒性較大，不適宜進(jìn)行大規(guī)模的工業(yè)化應(yīng)用。

2.2.2 各種溶劑提取的瀝青中不同烴類含量的比較

各種溶劑提取的瀝青中成分的差異性不僅表現(xiàn)在瀝青質(zhì)組分的含量方面，而且表現(xiàn)在提取其他各組分方面。通過柱色譜法分析了各種溶劑提取的瀝青中飽和烴、芳香烴和膠質(zhì)的含量，結(jié)果如表5所示。

研究發(fā)現(xiàn)，甲苯及正庚烷提取的瀝青中飽和烴、芳香烴及膠質(zhì)的含量未見明顯的差異，表明正庚烷對瀝青中除瀝青質(zhì)外的其他各組分也具有較好的溶解性。與甲苯和正庚烷相比，石腦油提取的瀝青三組分含量中，芳香烴的含量有所增加，而膠質(zhì)的含量略有降低。表明瀝青中的膠質(zhì)組分并不能充分的溶解于石腦油中。對石油醚提取的瀝青來說，飽和烴及芳香烴的含量明顯提高，而膠質(zhì)的含量則略有降低。飽和烴及芳香烴含量明顯的提高并不是因?yàn)槭兔褜@兩個組分溶解能力更強(qiáng)，而是因?yàn)槠鋵δz質(zhì)及瀝青質(zhì)組分的提取能力較弱，使得飽和烴及芳香烴在石油醚提取瀝青中的含量相對提高。以上結(jié)果說明溶劑的種類對瀝青回收率的影響是溶劑對瀝青中各組分進(jìn)行選擇性溶解提取的結(jié)果。

圖5 各種溶劑提取的瀝青中瀝青質(zhì)的含量

表5 各種溶劑提取的瀝青中不同烴類含量的比較

3 結(jié) 論

（1）以內(nèi)蒙古扎賚特旗油砂礦為原料，應(yīng)用水輔助溶劑提取法考察了單一溶劑及復(fù)合溶劑對瀝青回收率的影響，結(jié)果表明瀝青回收率與溶劑的種類及性質(zhì)緊密相關(guān)。

（2）通過考察提取時間、溫度、劑砂質(zhì)量比等影響因素對瀝青回收率的影響，獲得了石腦油和甲苯復(fù)合溶劑從油砂中提取瀝青的最佳工藝條件。提取溫度為50℃，油砂、水（含有表面活性劑）及復(fù)合溶劑的質(zhì)量比1∶1∶1，提取時間為25min，復(fù)合溶劑中甲苯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%。

（3）研究表明，溶劑的種類對瀝青回收率的影響是溶劑對瀝青中各組分進(jìn)行選擇性溶解提取的結(jié)果。石腦油、正庚烷及石油醚等溶劑主要是烷烴類物質(zhì)，其結(jié)構(gòu)與瀝青中的一些輕質(zhì)組分相似，因此很難提取瀝青中極性較強(qiáng)的瀝青質(zhì)等重質(zhì)組分。相比之下，芳香族類有機(jī)溶劑如甲苯是提取油砂中瀝青的理想溶劑，其組成中含有苯環(huán)結(jié)構(gòu)，且極性強(qiáng)，因此對瀝青中極性較強(qiáng)的大分子組分也有很好的溶解性。相關(guān)結(jié)果對溶劑提取瀝青過程中溶劑的選擇具有重要的指導(dǎo)作用。

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Investigation on water-assisted solvent extraction of bitumen from oil sands

YANG Hongqiang1，2，DING Mingshan1，2，HU Bin1，REN Sili1
（1State Key Laboratory for Oxo Synthesis & Selective Oxidation，Lanzhou Institute of Chemical Physics，CAS，Lanzhou，730000，Gansu，China；2Graduate University of Chinese Academy of Sciences，Beijing 100049，China）

Water-assisted solvent extraction processes （WASEPs） were developed by introducing a water layer between the oil sands and solvent to extract bitumen. The function of the introduced water layer in the WASEPs is to effectively reduce the fine solids content in the solvent phase and make it easy to separate bitumen solution from solids. Effects of the solvent type on bitumen recovery were investigated and the extraction conditions were optimized. The results showed that bitumen recovery was closely related to the solvent compositions and chemical structure. The optimal extraction condition was stirring at 50℃ for 25 minutes using a ratio of oil sands to solvent at 1∶1（wt/wt）. The reason of different extraction abilities for various solvents was revealed by analyzing the component of extracted bitumen. It may be useful to guide the solvent extraction processes and solvent selection.

oil sands；solvent extraction；recovery；solubility；mass transfer

TE 34

A

1000-6613（2014）09-2495-07

10.3969/j.issn.1000-6613.2014.09.044

2014-02-20；修改稿日期：2014-05-06。

中國科學(xué)院“百人計劃”及國家自然科學(xué)基金面上項目（51374195）。

楊紅強(qiáng)（1986—），男，碩士研究生。聯(lián)系人：任嗣利，研究員，研究方向?yàn)槟z體與界面化學(xué)、油砂分離技術(shù)。E-mail slren@ licp.cas.cn。