專利名稱：一種超臨界流體萃取頁(yè)巖油的裝置及利用該裝置萃取頁(yè)巖油的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種萃取頁(yè)巖油的裝置及利用該裝置萃取頁(yè)巖油的方法。
背景技術(shù)：
目前，測(cè)試油頁(yè)巖含油率通常使用鋁甄分析方法，既在隔絕空氣的條件下，將油頁(yè)巖樣品置于鋁甄中，以規(guī)定的升溫速度加熱至520°C，并保持一定的時(shí)間。而工業(yè)上則主要采用氣體熱載體干餾技術(shù)，油質(zhì)的提取率約為鋁甄分析的65% 85%。然而，鋁甄分析的方法并不能夠徹底的從油頁(yè)巖中提取出全部的油質(zhì)成分，提取后的油頁(yè)巖中仍然會(huì)有較多的油質(zhì)殘余，而普通的干餾方法耗時(shí)長(zhǎng)，能量消耗大，提取效率更差，會(huì)造成資源的浪費(fèi)和二次污染。已有的超臨界萃取油頁(yè)巖的方法，使用超臨界甲苯作為介質(zhì)，萃取壓力約為lOMPa，油質(zhì)的提取率大幅優(yōu)于鋁甄分析，但由于使用了致癌且昂貴的有機(jī)溶劑，因此應(yīng)用受到了限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是要解決現(xiàn)有頁(yè)巖油提取方法存在油質(zhì)殘余較多，能耗大，成本高，易于造成二次污染的問(wèn)題，提供一種超臨界流體萃取頁(yè)巖油的裝置及利用該裝置萃取頁(yè)巖油的方法。

本發(fā)明超臨界流體萃取頁(yè)巖油的裝置包括控壓釜加熱套、控壓釜、雙椎環(huán)、控壓釜上蓋、第一螺栓、加熱套上蓋、注射泵接口、控壓釜壓力表、第一管道、第一閥門、加熱套蓋、分離管加熱套、分離管蓋、第二螺栓、滑塊、分離管、套管、分離管壓力表、第二閥門、第二管道、冷凝釜、冷凝器、節(jié)流噴口和冷凝管，控壓釜外部設(shè)有控壓釜加熱套，控壓釜上部通過(guò)第一螺栓固定連接有控壓釜上蓋，控壓釜和控壓釜上蓋之間設(shè)有雙椎環(huán)，控壓釜加熱套上部設(shè)有加熱套上蓋，注射泵接口與控壓釜連通，控壓釜上設(shè)有控壓釜壓力表，第一管道上設(shè)有第一閥門，控壓釜通過(guò)第一管道與分離管連通，分離管內(nèi)部設(shè)有套管，套管內(nèi)部設(shè)有滑塊，分離管開口處通過(guò)第二螺栓固定連接有分離管蓋，分離管外部設(shè)有分離管加熱套，分離管加熱套開口處設(shè)有加熱套蓋，第二管道上設(shè)有第二閥門和分離管壓力表，分離管通過(guò)第二管道與冷凝釜連通，冷凝釜下部外側(cè)設(shè)有冷凝器，冷凝釜側(cè)邊開有節(jié)流噴口，節(jié)流噴口外部設(shè)置冷凝管。利用上述裝置萃取頁(yè)巖油的方法，按以下步驟進(jìn)行:—、將50 200g油頁(yè)巖樣品切成粒徑為2 4mm,放置在分離管中；二、關(guān)閉第一閥門和第二閥門，用注射泵通過(guò)控壓釜上的注射泵接口在控壓釜中加入二氧化碳液體，升高控壓釜溫度至控壓釜的壓力為12 15MPa，然后將第一閥門打開，使控壓爸和分離管中壓力在12 15MPa維持30min 60min ；三、關(guān)閉第一閥門，加熱分離管至分離管中壓力為30 35MPa,維持5 15min,然后打開第二閥門，進(jìn)行卸壓，卸壓結(jié)束后，再將第一閥門打開，調(diào)節(jié)整個(gè)裝置中壓力為12 15MPa，持續(xù)30 60min，然后調(diào)節(jié)整個(gè)裝置中壓力至16 24MPa，同時(shí)降低分離管的溫度至 300 350°C，持續(xù) O 300min ；四、繼續(xù)加熱分離管和控壓釜，待排空裝置中的二氧化碳后，關(guān)閉第一閥門和第二閥門，分解實(shí)驗(yàn)裝置，回收冷凝釜和冷凝管中的油質(zhì)，并取出分離管中油頁(yè)巖殘?jiān)?，即完成?yè)巖油的萃取。本發(fā)明超臨界流體萃取頁(yè)巖油的裝置的工作原理和過(guò)程為:將油頁(yè)巖樣品放置在分離管中，關(guān)閉第一閥門和第二閥門，用注射泵通過(guò)控壓釜上的注射泵接口在控壓釜中加入二氧化碳液體，升高控壓釜的溫度，使液態(tài)的二氧化碳轉(zhuǎn)化為超臨界流體，并且達(dá)到較高的壓力。然后打開第一閥門，保持控壓釜的溫度高于分離管的溫度，此時(shí)超臨界二氧化碳向分離管富集，并且溶脹油頁(yè)巖中的油質(zhì)。然后關(guān)閉第一閥門，加熱分離管，當(dāng)分離管內(nèi)的超臨界二氧化碳達(dá)到較高的壓力 時(shí)(30 35MPa)，維持一段時(shí)間(大約5 15min)。調(diào)節(jié)冷凝釜的節(jié)流噴口至最大口徑，然后再打開第二閥門，進(jìn)行快速的卸壓過(guò)程。在冷凝釜和節(jié)流噴口處可以收集到頁(yè)巖油產(chǎn)物，由于分子量不同的分子在噴口處的隙流速度不同，冷凝釜中收集到的是重油，冷凝噴口處收集到的是氣態(tài)小分子產(chǎn)物和輕質(zhì)油。繼續(xù)加熱分離管和控壓釜，待排空裝置中的二氧化碳后，關(guān)閉兩個(gè)閥門，分解實(shí)驗(yàn)裝置，回收冷凝釜和冷凝管中的油質(zhì)，并取出分離管中油頁(yè)巖殘?jiān)?。本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明將超臨界流體萃取技術(shù)應(yīng)用于頁(yè)巖油的提取，可以有效地利用超臨界流體易于滲透和傳質(zhì)的特點(diǎn)，使其充分的滲透到油頁(yè)巖的內(nèi)部。由于超臨界流體能夠與氣體，包括頁(yè)巖油的蒸汽，以任意比例混融，因此利用超臨界流體萃取油頁(yè)巖中的油質(zhì)時(shí)能夠降低分離過(guò)程中的能量消耗，提高分離的效率。同時(shí)，超臨界流體獨(dú)特的表面張力性質(zhì)可以保證萃取的過(guò)程不受油頁(yè)巖微細(xì)結(jié)構(gòu)中毛細(xì)管力的影響，這使得油頁(yè)巖微小空隙中的油質(zhì)也能夠通過(guò)超臨界流體的傳質(zhì)作用而被提取出來(lái)。本發(fā)明使用超臨界萃取的方法能夠最大幅度的減少油頁(yè)巖廢渣中殘留的有機(jī)質(zhì)，同時(shí)也便于油頁(yè)巖廢渣的回收再利用。本發(fā)明使用無(wú)毒且價(jià)格低廉的超臨界二氧化碳作為萃取介質(zhì)，以升高萃取壓力和加入少量共溶劑(四氫萘)的方法來(lái)提高超臨界二氧化碳對(duì)油質(zhì)的溶解能力，用于實(shí)驗(yàn)室分析和小規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)耗能較低，提取的效率高，可以近乎完全的利用油母，因而具有廣闊的應(yīng)用前景。


圖1為本發(fā)明超臨界流體萃取頁(yè)巖油的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉具體實(shí)施方式
，還包括各具體實(shí)施方式
間的任意組合。
具體實(shí)施方式
一:本實(shí)施方式結(jié)合圖1說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式超臨界流體萃取頁(yè)巖油的裝置包括控壓釜加熱套1、控壓釜2、雙椎環(huán)3、控壓釜上蓋4、第一螺栓5、加熱套上蓋6、注射泵接口 7、控壓釜壓力表8、第一管道9、第一閥門10、加熱套蓋11、分離管加熱套12、分離管蓋13、第二螺栓14、滑塊15、分離管16、套管17、分離管壓力表18、第二閥門19、第二管道20、冷凝釜21、冷凝器22、節(jié)流噴口 23和冷凝管24，控壓釜2外部設(shè)有控壓釜加熱套I，控壓釜2上部通過(guò)第一螺栓5固定連接有控壓釜上蓋4，控壓釜2和控壓釜上蓋4之間設(shè)有雙椎環(huán)3，控壓釜加熱套I上部設(shè)有加熱套上蓋6，注射泵接口 7與控壓釜2連通，控壓釜2上設(shè)有控壓釜壓力表8，第一管道9上設(shè)有第一閥門10，控壓釜2通過(guò)第一管道9與分離管16連通，分離管16內(nèi)部設(shè)有套管17，套管17內(nèi)部設(shè)有滑塊15，分離管16開口處通過(guò)第二螺栓14固定連接有分離管蓋13，分離管16外部設(shè)有分離管加熱套12，分離管加熱套12開口處設(shè)有加熱套蓋11，第二管道20上設(shè)有第二閥門19和分離管壓力表18，分離管16通過(guò)第二管道20與冷凝釜21連通，冷凝釜21下部外側(cè)設(shè)有冷凝器22，冷凝釜21側(cè)邊開有節(jié)流噴口 23，節(jié)流噴口 23外部設(shè)置冷凝管24。
具體實(shí)施方式
二:本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是:第一閥門10的公稱通徑低于第二閥門19,第一管道9的公稱通徑低于第二管道20。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
三:本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一或二不同的是:冷凝釜21的容積為分離管16有效容積的10 15倍。其它與具體實(shí)施方式
一或二相同。本實(shí)施方式所述分離管有效容積是指分離管中裝入套管后還剩下的有效容積。
具體實(shí)施方式
四:利用具體實(shí)施方式
一所述的超臨界流體萃取頁(yè)巖油的裝置萃取頁(yè)巖油的方法，按以下步驟進(jìn)行:一、將50 200g油頁(yè)巖樣品切成粒徑為2 4mm，放置在分離管16中；二、關(guān)閉第一閥門10和第二閥門19，用注射泵通過(guò)控壓釜2上的注射泵接口 7在控壓釜2中加入二氧化碳液體，升高控壓釜2溫度至控壓釜2的壓力為12 15MPa，然后將第一閥門10打開，使控壓釜2和分離管16中壓力在12 15MPa維持30min 60min ；

三、關(guān)閉第一閥門10,加熱分離管16至分離管16中壓力為30 35MPa,維持5 15min，然后打開第二閥門19，進(jìn)行卸壓，卸壓結(jié)束后，再將第一閥門10打開，調(diào)節(jié)整個(gè)裝置中壓力為12 15MPa，持續(xù)30 60min，然后調(diào)節(jié)整個(gè)裝置中壓力至16 24MPa，同時(shí)降低分離管16的溫度至300 350°C，持續(xù)O 300min ；四、繼續(xù)加熱分離管16和控壓釜2，待排空裝置中的二氧化碳后，關(guān)閉第一閥門10和第二閥門19，分解實(shí)驗(yàn)裝置，回收冷凝釜21和冷凝管24中的油質(zhì)，并取出分離管16中油頁(yè)巖殘?jiān)赐瓿身?yè)巖油的萃取。為驗(yàn)證本發(fā)明的萃取方法，分別使用鋁甄分析和本發(fā)明的萃取方法考察四種不同的油頁(yè)巖樣品的出油率。(一號(hào)油頁(yè)巖樣品取自依舒盆地達(dá)連河，二號(hào)油頁(yè)巖樣品取自松遼盆地鐵力及綏陵，三號(hào)油頁(yè)巖樣品取自柳樹河子盆地林口縣五林鎮(zhèn)，四號(hào)油頁(yè)巖樣品取自寧安盆地牡丹江寧安地區(qū)。)鋁甄分析的溫度為520°C，升溫時(shí)間約為50min，持溫時(shí)間為20min。超臨界二氧化碳萃取方法及條件如實(shí)施例1至實(shí)施例4。實(shí)施例1:本實(shí)施例利用超臨界流體萃取頁(yè)巖油的裝置萃取頁(yè)巖油的方法，按以下步驟進(jìn)行:一、將IOOg油頁(yè)巖樣品切成粒徑為3mm，放置在分離管16中；二、關(guān)閉第一閥門10和第二閥門19，用注射泵通過(guò)控壓釜2上的注射泵接口 7在控壓釜2中加入二氧化碳液體，升高控壓釜2溫度至控壓釜2的壓力為13MPa，然后將第一閥門10打開，使控壓釜2和分離管16中壓力在13MPa維持30min ；三、關(guān)閉第一閥門10，加熱分離管16至分離管16中壓力為30MPa，維持lOmin，然后打開第二閥門19，進(jìn)行卸壓，卸壓結(jié)束后，再將第一閥門10打開，調(diào)節(jié)整個(gè)裝置中壓力為13MPa，持續(xù) 30min ；四、繼續(xù)加熱分離管16和控壓釜2，待排空裝置中的二氧化碳后，關(guān)閉第一閥門10和第二閥門19，分解實(shí)驗(yàn)裝置，回收冷凝釜21和冷凝管24中的油質(zhì)，并取出分離管16中油頁(yè)巖殘?jiān)赐瓿身?yè)巖油的萃取。實(shí)施例2:本實(shí)施例利用超臨界流體萃取頁(yè)巖油的裝置萃取頁(yè)巖油的方法，按以下步驟進(jìn)行:一、將IOOg油頁(yè)巖樣品切成粒徑為3mm，放置在分離管16中；二、關(guān)閉第一閥門10和第二閥門19，用注射泵通過(guò)控壓釜2上的注射泵接口 7在控壓釜2中加入二氧化碳液體，升高控壓釜2溫度至控壓釜2的壓力為13MPa，然后將第一閥門10打開，使控壓釜2和分離管16中壓力在13MPa維持30min ；三、關(guān)閉第一閥門10，加熱分離管16至分離管16中壓力為30MPa，維持lOmin，然后打開第二閥門19，進(jìn)行卸壓，卸壓結(jié)束后，再將第一閥門10打開，調(diào)節(jié)整個(gè)裝置中壓力為13MPa，持續(xù)30min，然后調(diào)節(jié)整個(gè)裝置中壓力至16MPa，同時(shí)降低分離管16的溫度至300°C，持續(xù) 180min ；四、繼續(xù)加熱分離管16和控壓釜2，待排空裝置中的二氧化碳后，關(guān)閉第一閥門10和第二閥門19，分解實(shí)驗(yàn)裝置，回收冷凝釜21和冷凝管24中的油質(zhì)，并取出分離管16中油頁(yè)巖殘?jiān)?，即完成?yè)巖油的萃取。實(shí)施例3:本實(shí)施例利用超臨界流體萃取頁(yè)巖油的裝置萃取頁(yè)巖油的方法，按以下步驟進(jìn)行:一、將IOOg油頁(yè)巖樣品切成粒徑為3mm，放置在分離管16中；二、關(guān)閉第一閥門10和第二閥門19，用注射泵通過(guò)控壓釜2上的注射泵接口 7在控壓釜2中加入二氧化碳液體，升高控壓釜2溫度至控壓釜2的壓力為13MPa，然后將第一閥門10打開，使控壓釜2和分離管16中壓力在13MPa維持30min ；三、關(guān)閉第一閥門10，加熱分離管16至分離管16中壓力為30MPa，維持lOmin，然后打開第二閥門19，進(jìn)行卸壓，卸壓結(jié)束后，再將第一閥門10打開，調(diào)節(jié)整個(gè)裝置中壓力為12MPa，持續(xù) 30min ；四、繼續(xù)加熱分離管16和控壓釜2，待排空裝置中的二氧化碳后，關(guān)閉第一閥門10和第二閥門19，分解實(shí)驗(yàn)裝置，回收冷凝釜21和冷凝管24中的油質(zhì)，并取出分離管16中油頁(yè)巖殘?jiān)?，即完成?yè)巖油的萃取。實(shí)施例4:
本實(shí)施例利用超臨界流體萃取頁(yè)巖油的裝置萃取頁(yè)巖油的方法，按以下步驟進(jìn)行:一、將IOOg油頁(yè)巖樣品切成粒徑為3mm，放置在分離管16中；
二、關(guān)閉第一閥門10和第二閥門19，用注射泵通過(guò)控壓釜2上的注射泵接口 7在控壓釜2中加入二氧化碳液體，升高控壓釜2溫度至控壓釜2的壓力為13MPa，然后將第一閥門10打開，使控壓釜2和分離管16中壓力在13MPa維持30min ；三、關(guān)閉第一閥門10，加熱分離管16至分離管16中壓力為30MPa，維持lOmin，然后打開第二閥門19，進(jìn)行卸壓，卸壓結(jié)束后，再將第一閥門10打開，調(diào)節(jié)整個(gè)裝置中壓力為12MPa，持續(xù)30min，然后調(diào)節(jié)整個(gè)裝置中壓力至18MPa，同時(shí)降低分離管16的溫度至300°C，持續(xù) 180min ；四、繼續(xù)加熱分離管16和控壓釜2，待排空裝置中的二氧化碳后，關(guān)閉第一閥門10和第二閥門19，分解實(shí)驗(yàn)裝置，回收冷凝釜21和冷凝管24中的油質(zhì)，并取出分離管16中油頁(yè)巖殘?jiān)?，即完成?yè)巖油的萃取。表I不同方法測(cè)得的油頁(yè)巖樣品的出油率
權(quán)利要求
1.一種超臨界流體萃取頁(yè)巖油的裝置，其特征在于該裝置包括控壓釜加熱套(I)、控壓釜(2)、雙椎環(huán)(3)、控壓釜上蓋(4)、第一螺栓(5)、加熱套上蓋￠)、注射泵接口(7)、控壓爸壓力表(8)、第一管道(9)、第一閥門(10)、加熱套蓋(11)、分離管加熱套(12)、分離管蓋(13)、第二螺栓(14)、滑塊(15)、分離管(16)、套管(17)、分離管壓力表(18)、第二閥門(19)、第二管道(20)、冷凝釜(21)、冷凝器(22)、節(jié)流噴口(23)和冷凝管(24)，控壓釜(2)外部設(shè)有控壓釜加熱套(1)，控壓釜(2)上部通過(guò)第一螺栓(5)固定連接有控壓釜上蓋(4)，控壓釜(2)和控壓釜上蓋(4)之間設(shè)有雙椎環(huán)(3)，控壓釜加熱套(I)上部設(shè)有加熱套上蓋出)，注射泵接口(7)與控壓釜(2)連通，控壓釜(2)上設(shè)有控壓釜壓力表(8)，第一管道(9)上設(shè)有第一閥門(10)，控壓釜(2)通過(guò)第一管道(9)與分離管(16)連通，分離管(16)內(nèi)部設(shè)有套管(17)，套管(17)內(nèi)部設(shè)有滑塊(15)，分離管(16)開口處通過(guò)第二螺栓(14)固定連接有分離管蓋(13)，分離管(16)外部設(shè)有分離管加熱套(12)，分離管加熱套(12)開口處設(shè)有加熱套蓋(11)，第二管道(20)上設(shè)有第二閥門(19)和分離管壓力表(18)，分離管(16)通過(guò)第二管道(20)與冷凝釜(21)連通，冷凝釜(21)下部外側(cè)設(shè)有冷凝器(22)，冷凝釜(21)側(cè)邊開有節(jié)流噴口(23)，節(jié)流噴口(23)外部設(shè)置冷凝管(24)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超臨界流體萃取頁(yè)巖油的裝置，其特征在于第一閥門(10)的公稱通徑低于第二閥門(19)，第一管道(9)的公稱通徑低于第二管道(20)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種超臨界流體萃取頁(yè)巖油的裝置，其特征在于冷凝釜(21)的容積為分離管(16)有效容積的10 15倍。
4.利用如權(quán)利要求1所述的一種超臨界流體萃取頁(yè)巖油的裝置萃取頁(yè)巖油的方法，其特征在于該方法按以下步驟進(jìn)行: 一、將50 200 g油頁(yè)巖樣品切成粒徑為2 4mm,放置在分離管(16)中； 二、關(guān)閉第一閥門(10)和第二閥門(19)，用注射泵通過(guò)控壓釜(2)上的注射泵接口(7)在控壓釜(2)中加入二氧化碳液體，升高控壓釜(2)溫度至控壓釜(2)的壓力為12 15MPa，然后將第一閥門(10)打開，使控壓釜⑵和分離管(16)中壓力在12 15MPa維持30min 60min ； 三、關(guān)閉第一閥門(10)，加熱分離管(16)至分離管(16)中壓力為30 35MPa，維持5 15min，然后打開第二閥門(19)，進(jìn)行卸壓，卸壓結(jié)束后，再將第一閥門(10)打開，調(diào)節(jié)整個(gè)裝置中壓力為12 15MPa，持續(xù)30 60min，然后調(diào)節(jié)整個(gè)裝置中壓力至16 24MPa，同時(shí)降低分離管(16)的溫度至300 350°C，持續(xù)O 300min ； 四、繼續(xù)加熱分離管(16)和控壓釜(2)，待排空裝置中的二氧化碳后，關(guān)閉第一閥門(10)和第二閥門(19)，分解實(shí)驗(yàn)裝置，回收冷凝釜(21)和冷凝管(24)中的油質(zhì)，并取出分離管(16)中油頁(yè)巖殘?jiān)?，即完成?yè)巖油的萃取。
全文摘要
一種超臨界流體萃取頁(yè)巖油的裝置及利用該裝置萃取頁(yè)巖油的方法，涉及萃取頁(yè)巖油裝置及萃取頁(yè)巖油方法。本發(fā)明要解決現(xiàn)有方法的油質(zhì)殘余多，能耗大，成本高，易于造成二次污染的問(wèn)題。裝置包括控壓釜加熱套、控壓釜、雙椎環(huán)、控壓釜上蓋、第一螺栓、加熱套上蓋、注射泵接口、控壓釜壓力表、第一管道、第一閥門、加熱套蓋、分離管加熱套、分離管蓋、第二螺栓、滑塊、分離管、套管、分離管壓力表、第二閥門、第二管道、冷凝釜、冷凝器、節(jié)流噴口和冷凝管。方法將油頁(yè)巖放在分離管中；關(guān)閉閥門，控壓釜中加入二氧化碳液體，升壓，打開第一閥門；然后關(guān)閉，加熱分離管，打開第二閥門，卸壓，打開第一閥門，調(diào)節(jié)壓力；排空CO2，回收油質(zhì)。本法用于萃取頁(yè)巖油。
文檔編號(hào)C10G1/04GK103074096SQ20131004084
公開日2013年5月1日 申請(qǐng)日期2013年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月1日
發(fā)明者周紅霞, 鄒彤雯, 鄭建明, 劉佳寧 申請(qǐng)人:黑龍江省能源環(huán)境研究院