本公开涉及沥青的提取。更具体地，本公开涉及一种从天然沥青(naturalasphalt)中提取沥青(bitumen)的系统。
背景技术：
沥青是碳氢化合物的混合物，通常通过精炼原油作为副产品获得，或者从天然沉积物(例如天然沥青)中获得。沥青是一种油基物质，与其他物质(例如沙子和石头)一起天然存在于天然沥青的矿石中。沥青主要用于道路建设，也可用于建筑物的涂料、防水、屋顶用途、油漆和瓷釉，或者用于电气产品。
多种方法已经被采取和应用以满足对沥青的不断和大量的需求。一种从天然沥青中破乳沥青的常规方法是使用水。天然沥青与水混合形成油、水和沉积物的混合物。除去天然沥青的水和沉积物成分，并以沥青的形式获得天然沥青的油成分。尽管被证明是有效的，但是该方法具有其缺点，因为在沥青的破乳中需要大量的水。此外，沥青的纯度受到影响，因为该方法缺乏确保从天然沥青中获得的沥青被适当地从混合物中去除的合适的方法
第二种用于使沥青(bitumen)从沥青(asphalt)表面破乳的方法包括在室温温度下将表面混合物浸泡在柠檬烯溶剂中。然后进行分离方法，其中使用离心机从混合物中分离出溶剂和沥青。该方法还包括重复的溶剂洗涤以除去溶剂并获得沥青。但是，执行这种方法的成本很高。另外，该方法仅适用于从诸如路面的沥青(asphalt)表面获得沥青，而没有讨论从天然沥青中提取沥青的方法。
如us3914132a中所述，另一种从表面去除有机沉积物，特别是含有沥青质化合物的沉积物的方法是通过将沉积物溶解在由芳族烃和胺组成的溶剂中。此外，us4108681a描述了一种通过使用液体芳族溶剂和可溶于所述液体芳族溶剂的添加剂来溶解沥青材料的方法。然而，由于溶剂相对昂贵，因此在两个文献中讨论的溶剂的使用导致生产成本的增加。还需要在完成破乳过程后回收溶剂，以便可以循环使用溶剂以使溶剂损失和消耗最小化。
因此，从上面可以明显看出，许多方法已被采用以满足不同行业对沥青的大量需求。然而，如上所述的方法具有局限性，因此需要一种克服上述局限性以确保稳定且可靠地生产优质沥青的用于从天然沥青中提取沥青的新方法。
技术实现要素：
本公开的目的是提供一种用于从天然沥青中提取沥青的有效的系统和方法。
本公开的另一个目的是提供一种从尾矿中提取破乳剂以使水和破乳剂的浪费最小化的系统和方法。
本公开的这些和其他目的通过使用从天然沥青中提取沥青的系统来实现，其中所述系统包括用于破碎天然沥青的破碎系统，可连接至所述破碎系统的混合系统，以及可连接至所述混合系统的分离系统，所述混合系统用于将破碎的天然沥青与破乳剂混合从而形成均质混合物，所述分离系统用于搅拌所述均质混合物以从所述均质混合物中分离出粗沥青。
该系统还能够从所述均质混合物的尾矿中提取破乳剂，从而重新使用破乳剂。
本申请还公开了一种从天然沥青中提取沥青的方法，该方法包括在破碎机中将天然沥青破碎，在混合器中将破碎的天然沥青与破乳剂混合以形成均质混合物，以及至少在一种增稠剂中搅拌所述均质混合物从而将粗沥青从所述均质混合物的尾矿分离。从所述均质混合物中提取的粗沥青可以经过脱盐过程和蒸馏过程进行精制。
本申请还公开了一种从所述均质混合物的尾矿中提取破乳剂的方法，使得用于处置的固体尾矿中的最终油和水含量分别不超过干固体尾矿重量的2％和40％。提取的破乳剂可重复使用，以减少所涉及的总成本并最大程度地减少浪费。
附图的简要说明
图1是根据本实施方式的用于破碎天然沥青以提取沥青的破碎系统的概图。
图2示出了在本实施方式中用于将破碎的天然沥青与破乳剂混合的混合系统。
图3示出了根据本实施方式的用于从破碎的天然沥青中分离粗沥青的分离系统。
图4示出了根据本实施方式的用于精制从天然沥青中提取的粗沥青的蒸馏系统。
应该注意的是，图1至图4是连续的，如标记的流程所示。
具体实施方式
现在将结合优选实施例的附图以更详细的方式描述本公开。然而，本公开并非旨在将本公开限制为所公开的精确形式，而是这样做以使得本公开是彻底和完整的。
本公开涉及一种从天然沥青中提取沥青的系统，该系统通常包括用于将天然沥青破碎的破碎系统，用于将破碎的天然沥青与破乳剂混合以形成均质混合物的混合系统，以及用于搅拌所述均质混合物以从所述均质混合物中分离粗沥青的分离系统。
图1-4示出了本公开的一个实施方式。图1中示出了破碎系统100，该破碎系统包括破碎机104，该破碎机具有齿轮，齿轮的边缘有向外延伸的齿。破碎机104的启动使齿轮旋转，从而破碎从料斗102接收的天然沥青。利用料斗102通过防止天然沥青在破碎机104中的堆积而向破碎机104提供均匀且平滑的天然沥青流。
称重装置108通过传送带106连接至破碎机104，接收并称重破碎的天然沥青，以确定每个循环中存在的破碎的天然沥青的量，以确保系统被充分利用并满足生产要求。本实施方式中的称重装置108是圆形皮带形式的皮带秤。
破碎的天然沥青通过阀110从称重装置108转移到预混合器、行星式混合器112、然后是混合罐114。行星式混合器112包括快速旋转叶片，这些叶片以圆周运动预混合破碎的天然沥青和破乳剂。在该实施方案中，行星式混合器112提供了入口，用于将破乳剂引入到从阀110接收的破碎的天然沥青中。预混合器是本领域中已知的通用混合器，并且在将破碎的天然沥青转移到混合系统200之前用作预混合器。预混合器的使用增加并且延长了破乳剂与破碎的天然沥青之间的反应时间。
阀110辅助将破碎的天然沥青从称重装置108转移到行星式混合器112，以使破碎的天然沥青能够平稳单向分配。缓冲罐116接收并临时存储来自混合罐114的破碎的天然沥青和破乳剂，以使破碎系统100的流动平稳，尤其是如果破碎的天然沥青和破乳剂的预混合物过量，超过了破碎系统的能力。
参考图1和2，可以看到泵118，优选是泥浆泵，将破碎系统100连接到混合系统200，如流程101所示。在该实施方式中，当预混合物离开缓冲液116并通过泵118到达混合系统200的混合器202时，泥浆泵118提供用于引入额外的破乳剂的入口。混合器202，优选地为加热的混合器，将预混合物和新添加的破乳剂充分混合以形成均质混合物。
如图3所示，混合系统200的混合器202可通过泵302连接至分离系统300。分离系统300包括增稠器304，其用于通过重力沉降将粗沥青从均质混合物中分离出来。在分离系统300中还提供了两个额外的增稠器308、312，以从均质混合物的尾矿中分离并提取尽可能多的油和水，以减少浪费。三个增稠器304、308、312通过泵306、310a、310b、314、318相互连接。本实施方式中的增稠器可以包括常规的增稠器或高速率的增稠器，但不应仅限于此。
当均质混合物从泵302进入增稠器304时，罐底部的耙子旋转并以足够的速度搅拌均质混合物，以免引起足以干扰沉降的搅动。均质混合物的内容物根据其密度开始分离，浓缩浆液变稠并向罐304的中心移动。在该分离过程结束时，在增稠器304中形成油、水和固体的三个不同的层。从增稠器304中提取增稠器304中的油层，即粗沥青，并通过一系列装置，缓冲罐320和加热器322，将其转移到脱盐系统324中，该脱盐系统324通过去除粗沥青中可能存在的任何杂质例如无机盐、水和/或沉积物来精制粗沥青。
如前所述，缓冲罐320用于确保整个系统平稳运行。如果需要，将粗沥青在加热器322中加热之前在缓冲罐320中存储一定时间，以利于脱盐系统324中的精炼过程。脱盐系统324在该实施方式中是电脱盐系统，并且通过静电聚结从粗沥青中分离杂质。脱盐系统324可以包括单级脱水器、单级脱盐器和两级脱盐器中的任何一个。
如果优选进行进一步精制，则本实施方式提供蒸馏系统400，如图3和4所示，蒸馏系统400可通过工艺流程321连接到分离系统300的脱盐系统324。蒸馏系统400包括常压蒸馏塔402和通过熔炉404连接的减压蒸馏塔406。真空蒸馏塔406使用液环真空泵维持塔406内的负压。
现在再次参照图3中的分离系统300，第一增增稠器304还可通过泵306连接至第二增稠器308，并且第二增稠器308可通过泵310b连接至第三增稠器312。第二增稠器和第三增稠器类似于第一增稠器304，并且起到从固体尾矿中分离并提取尽可能多的油和水的作用。在第三增稠器312中的分离结束时，如工艺流程311中所示，固体尾矿通过泵326转移至真空过滤器328，并在处置固体尾矿之前进行过滤。
从第二增稠器和第三增稠器中分离出的油层以及在第一增稠器、第二增稠器和第三增稠器中分离出的水层从它们各自的增稠器中提取出来并在本系统中转移，以重新用作破乳剂以减少浪费并降低生产成本。还可以看出第二增稠器308可通过泵314连接至超滤器316，其过滤从第二增稠器308提取的水层以去除任何杂质。第二增稠器308还被配置为可连接至破碎系统100的行星式混合器112，如通过工艺流程111所示，从而从第二增稠器308中提取的油层可以被转移到行星式混合器112，以作为破乳剂重复使用。
在本实施方式中使用的所有泵302、310a、310b、314、318、326是泥浆泵。
在替代方式中，破碎机104可包括冷却装置，该冷却装置防止由破碎机中的摩擦产生的热量损坏齿轮。有利地，在破碎机中增加该装置有助于使破碎机更平稳的运转，这通过延长破碎机的寿命来增强和最大化破碎机的运行。但是，冷却装置不会以任何方式改变最终产品的性能或质量。
在替代方式中，破碎机104可以被修改并且包括其他部件而不是齿轮，以研磨、剪切或执行其他类型的切割方法从而将天然沥青的尺寸减小到其所需的尺寸。天然沥青的尺寸也可以相应地调整和修改。
在替代方式中，在优选有多于一个行星式混合器112的情况下，阀110是三通阀，以使得破碎的天然沥青能够均匀地分配到行星式混合器。
在替代方式中，称量装置的皮带秤被调整为除圆形皮带以外的任何形式。
在替代方式中，将破碎的天然沥青从破碎系统100的破碎机104或称重装置108转移至混合系统200的混合器202。以这种形式，混合器202包括用于将破乳剂引入到破碎的天然沥青中的入口。
在替代方式中，混合系统200包括静态混合器，其从混合器202接收均质混合物，以增强均质混合物的混合以改善从天然沥青中提取沥青的过程。
在替代方式中，分离系统300可仅包括执行多个分离过程的一个增稠器，而不是三个增稠器。
应当理解的是，使用分布式控制系统来控制本实施方式的整个系统，从而使整个系统能够自动化。
本公开的第二方面涉及一种根据本实施方式的系统的从天然沥青中提取沥青的方法，该方法通常包括在破碎机104中破碎天然沥青，在混合器202中将破碎的天然沥青与破乳剂混合以形成均质混合物，并至少在增稠器中搅拌均质混合物，以将粗沥青从均质混合物的尾矿中分离出来。本公开进一步提供了一种从均质混合物的尾矿中提取破乳剂的方法。
从均质混合物中提取粗沥青后，应当注意的是，均质混合物的尾矿可能会经历进一步的分离过程，以提取尽可能多的破乳剂，从而使提取的破乳剂可以重复使用并添加到后续批次的破碎的天然沥青。因此，根据本实施方式的从天然沥青中提取沥青的方法可以稍有不同，这取决于该过程是对第一批破碎的天然沥青进行的，还是对从前一批天然沥青中提取沥青后的后续批次进行的。
在破碎天然沥青之前，首先要对天然沥青样品进行测量，以确定天然沥青的沥青、柴油和沙子的重量组成。虽然天然沥青被理解为含有20wt.％至30wt.％的高等级沥青和柴油的重量组成，但仍然使用提取器(最好是索氏提取器)检测天然沥青样品，以提取和确定天然沥青中沥青和柴油的重量组成。
具体的，将100克样品放在套管中，然后装入索氏提取器的腔室中。将索氏提取器放在装有提取溶剂的烧瓶上，该提取溶剂含有有机化合物和溶剂。随着提取溶剂的加热，提取溶剂的蒸气充满了索氏提取器的腔室，使样品溶解。然后，冷却蒸气，使蒸气与从溶解样品中提取的沥青和柴油一起滴回到烧瓶中。进行多次，以确保从天然沥青样品中提取出所有沥青和柴油。之后，将样品重新称重，在提取沥青和柴油前后，样品的重量差异计为100克样品中存在的沥青和柴油的重量组成。
然后，将天然沥青样品干燥，除去存在于样品中的任何形式的水，以确定样品中沙子的重量组成。除去沥青、柴油和水后残留的干燥样品的重量作为沙子在100g样品中的重量百分比。
确定天然沥青的重量组成以确保提取过程将以最佳速率进行，因为在此过程中添加到天然沥青中的破乳剂的量取决于天然沥青的组成。
为了从第一批天然沥青中提取沥青，将天然沥青在破碎机104中破碎至3cm以下的直径。通过破碎天然沥青的粒径，增大与破乳剂反应的天然沥青的表面积。从破碎机104转移破碎的天然沥青并称重以确定每批中存在的破碎的天然沥青的量。将破碎的天然沥青的重量与样品的重量进行比较，以确定破碎的天然沥青中存在的沥青、柴油和沙子的重量组成。
将称量的破碎的天然沥青转移至预混合装置，在其中添加一定量的第一破乳剂并与破碎的天然沥青至少混合10分钟。添加的第一破乳剂的量取决于存在于破碎的天然沥青中的沥青和柴油的重量组成。在该特定实施方式中，将先前提取和获得的每100克样品中沥青和柴油的重量百分比用作准则，并根据该批次中存在的破碎天然沥青的总重量进行调整。然后，添加第一破乳剂的量为破碎的天然沥青的沥青和柴油的调整的重量组成的0.5至1.5倍。第一破乳剂与天然沥青的反应导致预混合装置内的温度升高至约35℃至40℃。
在60℃至95℃的温度下，通过泵118将第二破乳剂加入到破碎的天然沥青和第一破乳剂的预混合物中，泵118将预混合装置连接到混合器上。当预混合物离开预混合装置并通过泵118时，第二破乳剂被注入泵118中，并与预混合物一起转移到混合器202中。添加的第二破乳剂的量取决于存在于破碎的天然沥青中的沙子的重量组成。类似地，在该实施方式中，将先前提取和获得的针对100g样品的砂子的重量百分比用作准则，并相对于批次中存在的破碎的天然沥青的总重量进行调整。然后，添加第二破乳剂，其量为破碎的天然沥青中沙子的调整的重量组成的1至1.5倍。泵118在55℃至60℃的温度下运行。
将此时包含破碎的天然沥青、第一破乳剂和第二破乳剂的预混合物在60℃至95℃下的混合器202中充分混合。混合器，优选为加热的搅拌器，将预混合物充分混合以形成均衡的均质混合物。均质混合物在混合器202中混合约180分钟。
从混合器202接收均质混合物，并通过泵302将其转移到增稠器304中。泵302在60℃至95℃下操作，使得均质混合物的温度保持在60℃至95℃，以确保可以从均质混合物中适当地提取沥青。
在增稠器304中，在1至1.5倍于破碎的天然沥青中砂的调整重量组成的范围内再次添加新的第二破乳剂。增稠器304中的耙子在60℃至95℃下将进入增稠器304的均质混合物搅拌约120至150分钟，使均质混合物根据其不同密度分离。最轻的密度，即漂浮在增稠器顶部的一层沥青油，然后是水层，以及在增稠器304底部沉淀的固体尾矿层。
分离过程完成后，将粗沥青从增稠器304排出并转移到脱盐系统324以进行精制，其中粗沥青经历脱盐过程。将粗沥青加热至150℃，并与洗涤水充分混合以形成乳化液。然后，通过静电聚结分离乳化液，去除任何残留的杂质，例如无机盐、水或沉淀物。在脱盐系统324中将粗沥青精炼约30分钟。在此之后获得的精制沥青可以用作铺路的混合材料，或出售给精炼厂以进一步精制以获得轻质馏分产品。
从增稠器304中提取粗沥青之后，水层和固体尾矿层保留在罐304中。为了提取剩余的第一破乳剂和第二破乳剂，增稠器304中的固体尾矿进行第二轮分离，然后通过泵306从增稠器304中排出并转移至第二增稠器308。此处，将新鲜的第一和第二破乳剂以与上述相似的量添加至增稠器中，以维持破乳剂与破碎的天然沥青的比例。与第一增稠器中的分离过程相似的分离过程在60℃至95℃的温度下进行约120至150分钟，其中固体尾矿的含量根据其密度进行分离。将固体尾矿中的剩余油和水分离提取后作为破乳剂回收利用。在第二增稠器308中进行第二轮分离后获得的固体尾矿可根据需要进行多次进一步分离，以便从固体尾矿中提取尽可能多的油和水。但是，应该注意的是，在每个分离周期中，应将新鲜的第一破乳剂和第二破乳剂添加到增稠器中，以最大程度地发挥“提取效果”，例如确保提取残留在固体尾矿中的所有油，以最大程度地减少浪费。
然而，出于本实施方式的目的，固体尾矿经历两轮分离，一次在第二增稠器中，另一次通过泵310b在第三增稠器312中。
此时，在第三增稠器312中进行第三轮分离之后获得的固体尾矿将被冷凝成一部分沙子和水。将固体尾矿转移到过滤器328中，在处理固体尾矿之前该过滤器从固体尾矿中过滤出尽可能多的水。过滤器328，优选为真空过滤器，在75℃至85℃的温度下操作。必须注意的是，已处置的固体尾矿已被过滤，以包含不超过40％的水和少于干固体尾矿重量的2％的油。显然，本实施方式旨在在处置固相之前尽可能地减少浪费。收集并过滤从固相中滤出的水，并将其循环用作第二破乳剂。
对于连续批次的沥青提取，该过程保持相对相似，除了可循环使用的第一和第二破乳剂。例如，替代将新鲜的第一破乳剂添加到预混合装置中，在第一批沥青提取期间从第二增稠器308中提取的油被替代地用作第一破乳剂。类似地，替代将新鲜的第二破乳剂添加到增稠器304中的均质混合物中，重复使用在第一批沥青提取期间从第二增稠器308中提取的包含第二破乳剂的水。在第一批沥青提取期间在第三增稠器312中提取的油和水也是如此，并且将其添加到第二增稠器308中。
但是，必须注意的是，始终将新鲜的第一破乳剂添加到最后一轮分离中(即本实施方案中的第三增稠器)，以确保最大程度地发挥固体尾矿的“提取效果”。
此外，每几批都要进行质量控制检查，以确保重复使用的破乳剂的质量符合建立从天然沥青中提取沥青效率的要求。
在60℃至95℃下操作所有泵118、302、306、310a、310b、314、318、326。
在本方法中，第一破乳剂和第二破乳剂含有硅酸盐和溶剂石脑油的组合。
在一种可选的方法中，将破碎的天然沥青从破碎机104或称重装置108转移至混合器202，在其中将第一破乳剂和第二破乳剂添加到混合器202中。
在一种可选的方法中，将天然沥青称重，然后将其破碎。
在一种可选的方法中，天然沥青中沥青、柴油和沙子的重量组成没有预先确定。
在一种可选的方法中，将预混合物在转移到混合器202中之前，先将其储存在35℃至40℃的缓冲罐中。
在一种可选的方法中，均质混合物在连接到混合器202的静态混合器中进一步混合，以增强本公开的混合装置。
在一种可选的方法中，将粗沥青存储在90℃的缓冲罐中，并加热到90℃至150℃的温度，以利于脱盐过程，然后再将其转移到脱盐系统324中。
在一种可选的方法中，通过蒸馏方法进一步精制沥青。从脱盐系统324中提取沥青，并加热至190℃至200℃，然后在常压蒸馏塔402中进行常压蒸馏。抽取并冷凝由塔402中的压力降低而形成的轻质气体组成的蒸气，以便其可以作为第一破乳剂重复使用。从塔402中抽出包括沥青的残留液体，并在炉中加热到300℃。
在炉404中，残留液体在真空蒸馏塔406中进行真空蒸馏。在真空蒸馏塔406中的压力降低到小于残留液体的蒸气压的情况下，使得残留液体的组分根据其密度而分离。提取并存储副产物轻质馏出物，以便可以将其重新用作第一破乳剂。提取第二副产物柴油，并且可以将其再用作炉404的燃料。提取出密度最重的沥青以供使用。
应当理解的是，在蒸馏过程结束时获得的沥青符合标准沥青等级，并且不需要进一步精制。
因此，已经公开了本系统和方法的实施方式。通过这些实施例，以降低成本和减少损耗的有效方式减少了传统方法先前面临的限制。这些实施方式不应限于上述描述，因为对于本领域技术人员显而易见的是，可以在不脱离本公开的原理或所附权利要求的范围的情况下在其中进行各种改变和修改。
1.一种从天然沥青中提取沥青的系统，包括
用于破碎和称重天然沥青的破碎系统(100)，至少包括破碎机(104)和称量装置(108)，
连接至所述破碎系统(100)的混合系统(200)，用于将破碎的天然沥青与破乳剂混合以形成均质混合物；以及
连接至所述混合系统(200)的分离系统(300)，用于从所述均质混合物中分离出粗沥青；其中，所述分离系统包括
至少一个增稠器，用于从所述均质混合物中分离出粗沥青；以及
脱盐系统(324)，用于精制分离出的粗沥青。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述破碎系统(100)可连接至所述分离系统(300)。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述混合系统(200)包括混合器(202)，所述混合器(202)用于将从所述破碎系统(100)接收的破碎的天然沥青与所述破乳剂混合以产生所述均质混合物。
4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述混合器(202)包括入口，所述入口用于将所述破乳剂引入所述混合器(202)中以与所述破碎的天然沥青混合。
5.根据权利要求3所述的系统，其中，所述混合器(202)是加热的混合器。
6.根据权利要求1所述的系统，包括蒸馏系统(400)，所述蒸馏系统(400)连接至所述分离系统(300)，用于进一步精制所述粗沥青。
7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述蒸馏系统(400)包括常压蒸馏塔(402)和减压蒸馏塔(406)中的任意一种或它们的组合，用于进一步精制所述粗沥青。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的系统，其中，所述破碎系统(100)、混合系统(200)、分离系统(300)和蒸馏系统(400)通过泵连接。
技术总结