CA1083062A

CA1083062A - Procede de traitement de sables asphaltiques

Info

Publication number: CA1083062A
Application number: CA273,297A
Authority: CA
Inventors: Philippe E. A. Mortier
Original assignee: Petrofina SA
Current assignee: Total Petrochemicals and Refining NV SA
Priority date: 1976-09-24
Filing date: 1977-03-07
Publication date: 1980-08-05
Also published as: LU75878A1

Abstract

Traitement de sables asphaltiques qui consiste à soumettre un mélange de sable asphaltique et d'eau à une agitation mécanique en présence de 100 à 300 g, par tonne de sable asphaltique d'alcool aliphatique contenant de 5 à 10 atomes de carbone ou d'un mélange de ces alcools, et de 300 à 500 g, par tonne de sable asphaltique, de sel alcalin ou ammonique d'ester sulfonate d'acide tétracarboxylique insaturé résultant de la pyrolyse contrôlée de citrate alcalino-terreux, avec introduction, dans le mélanges, de bulles d'air finement divisées par suite de l'agitation, le mélange ayant un pH de 6 à 9, puis à récupérer la mousse de bitume à la surface du mélange aqueux. L'appareil comprend des cellules desgrossisseuses où on obtient une mousse importante ayant une teneur élevée en bitume, le traitement de désagrégation du sable asphaltique dans ces cellules dégrossisseuses ayant lieu en présence des additifs, avec un faible débit d'air et un temps de séjour d'environ 10 minutes; des cellules finisseuses, où l'on traite la mousse obtenue dans les cellules dégrossisseuses, le traitement se faisant sous faible débit d'air avec un temps de séjour limité et ayant pour effet de donner rapidement une mousse concentrée en bitume, et des cellules épuiseuses, pour traitement du sable qui s'est déposé dans les cellules dégrossisseuses, un débit d'air élevé favorisant l'épuration de ce sable, la mousse obtenue dans ces cellules épuisseuses étant renvoyée dans les cellules dégrossisseuses.

Description

'' ~0830~Z

La presente invention se rapporte à un procéd~ de traitement de sables asphaltiques et, plus particulièrement, à un procédé permettant de séparer efficacement le sable et le bitume.
De grands d~p~ts de sables asphaltiques, qui sont des ~-sables imprégnés de pétrole lourd ou bitume, existent en différents endroits dans le monde, un des plus importants se situant dans la région de l'Athabasca (province Alberta) au Canada. Ces sables contiennent environ 5 à 15 % (en poids) de bitume et environ 3 à
5 % d'eau, le reste étant constituée par des solides minéraux.
La majeure partie (70 à 90 X) de ces derniers consiste en sable de quartz ayant une dimension de particules comprise entre environ 45 et 2.000 microns. Le reste de la matière solide minérale est constituée de grains fins (dimension de particules inf~rieure à 45 microns) et comprçnd même des particules d'argile et de limon d'une dimension inférieure à 2 microns.
En vue du traitement de valorisation du bitume, il est nécessaire d'extraire ce dernier hors du sable asphaltique. Cette opération d'extraction a pour kut de conduire à la formation d'un concentré riche en bitume et pauvre en solides minéraux, d'une part, et à la séparation de sable pratiquement exempt de bitume, d'autre part.
Plusieurs méthodes ont déjà été proposées pour effectuer la séparation du bitume et du sable. A cet effet, le sable asphaltique brut est introduit dans un appareil où, éventuel-lement après un malaxage intense, le bitume est séparé du sable, soit en présence d'un solvant, soit, le plus souvent, en présence d'eau froide ou chaude, et forme une mousse à la surface du ~ -~
mélange traité.
Cependant, ces procédes présentent plusieurs incon-30 vénients, notamment une dépense énergétique élevée etj surtout, le manque d'efficacité. C'est ainsi que, d'après certains pro-cédés, une partie importante du bitume ne remonte pas à la surface :

~ ::

~0~13062 en fait, environ 80% seulement du bitume present passe dans la mousse.
La présente invention a pour but de remédier à ces inconvenients. Elle a pour objet une méthode de concentration rapide du bitume, sans apport de chaleur et permettant de récupé-rer, avec un rendement élevé, d'une part, un concentré de bitume pauvre en matieres solides et, d'autre part, du sable pratique-ment exempt de bitume. En faitl la méthode de la présente invention pour le traitement de sables asphaltiques permet - une récupération particulierement élevée du bitume initi.alement présent dans le sable asphal.tique traité, quelle que soit la teneur en bitume de ce sable, - avec formation d'une mousse de bitume pauvre en matieres minérales, - et avec rejet d'un sable pratiquement exempt de matières organiques, - sans apport de calories et - sans modification du pH du mélange traité.
Le procédé de la présente invention consiste essen-tiellement à soumettre un mélange de sable asphaltique et d'eauà une agitation mécanique en présence de 100 a 300 g, par tonne de sable asphaltique, d'alcool aliphatique contenant de 5 a 10 atomes de carbone ou d'un mélange de tels alcools, et de 300 à 500 g, par tonne de sable asphaltique, de sel alcalin ou ammonique d'ester sulfonate d.'acide tétracarboxylique insaturé
résultant de la pyrolyse contrôlée de citrate alcalino-terreux, avec introduction, dans le melange, de bulles dlair finement divisées par suite de l'agitation, le mélange ayant un pH de 6 a 9, puis a récupérer la mousse de bitume a la surface du mélange aqueux.
La présente invention vise également un dispositif de mise en oeuvre du procédé précité, dispositif essentiellement

- 2 -., ~ ~ ` ~ .' ' .

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caracterise en ce qu'il compren(l: a) une ou plusieurs cellules decJrossisseusesJ ou on obtient une mousse importante ayant une ~eneur elevce ell bitume, ].e trait:elllent de desagrégation du sable asphaltique dans ces cellules dégrossisseuses ayant lieu en presence des additifs, avec un Eaible debit d'air et un temps de sejour d'environ 10 minutes, b) une ou plusieurs cellules finisseuses, o~ l'on traite la mousse obtenue dans les cellules dégrossisseuses, le traitement se Laisant sous faible débit d'air avec un temps de séjour limité et ayant pour efEet de donner rapidement une mousse concentree en bitume, c) une ou plusieurs cellules épuiseuses, pour traitement du sable qui s'est déposé
dans les cellules degrossisseuses, un debit d'air élevé
favorisant l'épuration de ce sable, la mousse obtenue dans ces cellules epuiseuses étant renvoyée dans les cellules dégrossis-seuses.
En fait, dans le sable asphaltique, les grains de sable sont entourés d'une très fine pellicule d'eau. Dans cette pellicule, se trouvent ].es fines particules du type limon et argile. Le bitume est disposé à 1'extérieur de la pellicule d'eau et il agit en tant que liant entre les grains de quartz.
En soumettant le sable asphaltique à une action mécanique, on provoque la désagrégation de l'ensemble quartz-pellicule d'eau-bitume, avec rupture de la pellicule d'eau.
D'après le procédé de l'invention, les additifs ajoutés au sable asphaltique soumis à cette action mécanique en présence d'eau ont pour effet d'empêcher au maximum le contact direct entre le bitume libéré et le quartz, dès que la pellicule d'eau inter-sti~ielle est rompue par suite de l'action mécanique exercée sur le sable asphaltique.
On effectue de préférence cette désagrégation du sable asphaltique dans une cellule de flottation, munie d'un système d'agitation ~ombinant l'action mécanique directe sur le sable asphaltique avec l'action de formation de bulles d'air et d'entrainement de la solution. D'après un mode d'exécution de l'invention, on peut utiliser une cellule de flottation, compre-nant un stator et un rotor formant une double cage d'écureuil se trouvant dans la masse fluide traitée. Un autre mode d'exécution de l'invention consiste ~ utiliser une cellule comprenant un sta-tor et un rotor, avec conduite d'aspiration de l'air entourant l'arbre commandant le rotor. Dans ces systemes, le sable asphaltique est aspiré par le rotor et est mélangé à l'air, le mélange désagrégé et aéré sort de la cage d'écureuil. Le bitume libéré, entrainé par les bulles d'air, forme une mousse à la surface de la masse fluide, tandis que les particules solides se déposent au fond de la cellule.
Dans la cellule de flottation, il faut maintenir des conditions d'agitation et d'aération qui permettent de récupérer un maximum de bitume dans la mousse à la surface du mélange aqueux et, en même temps, d'obtenir une mousse à forte teneur en bitume. Or, ces contraintes sont parfois contradictoires.

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c'est ainsi qu'une augmentation de la ~itesse d'agitation favorise la récupération du bitume. Mais une trop grande vitesse d'agita-tion est préjudiciable, car il se produit alors un entrainement mecanique des particules de sable; de plus, la mousse a tendancc à devenir humide et par conséquent moins stable, de sorte que du bitume retourne dans la suspension. D'autre part, et toutes les autres conditions restant égales, un débit d'air trop important conduit à un entrainement de particules de sable qui passent dans la mousse de bitume.
L'homme de métier pourra déterminer facilement les conditions d'agitation et d'aération conduisant aux meilleurs résultats en fonction du type de cellule de flottation utilisée.

Il a été observé que, en général, le rapport Q doit être compris entre environ 0,001 et 0,002, quand on effectue le traitement du sable asphaltique dans une seule celiule. Dans ce rapport, Q est le débit d'air (en litres/minute), N est le nombre de tours du rotor ~en tours/minute) et D est le diamètre du rotor (en centimè- ;~
tres).

Un des additifs utilisé dans le procédé de la présente invention est un alcool aliphatique comprenant de 5 à 10 atomes de carbone ou un mélange de ces alcools. Cet additif est utilisé en une quantité généralement comprise entre 100 et 300 g. par tonne de sable asphaltique. Une quantité trop importante de cet additif favorise la coalescence des bulles d'air entrainant le bitume, de sorte que la teneur en bitume dans la mousse diminue. L'alcool aliphatique peut etre à cha;ne droite p. ex. n-pentanol, n-octanol, n-décanol, ou à chalne ramifiée, p. ex. 2-éthylhexanol, 2-éthyl-butanol, le choix de l'alcool ou du mélange d'alcools dépendant surtout des facilités d'approvisionnement et des conditions économiques.
L'autre additif consiste en un sel alcalin ou ammonique d'ester sulfonate dlacide comportant une cha;ne hydrocarbonnée ;2 ayant 4 groupes carboxyles et une double liaison carbone-carbone, cet acide résultant de la pyrolyse contr~lée de citrates alcalino-terreux comme décrit dans le brevet britannique 1.082.179.
La structure chimique exacte de l'acide résultant de cette pyrolyse n'est pas connue, mais on peut considérer que l'additif utilisé répond ~ la formule HX (COOR')2 (COOR" )2 (S03M) où X représente le radical hydrocarboné insaturé de l'acide obtenu par pyrolyse contrôlée du citrate de calcium, h' est le radical butyle, R" est un radical alkyle contenant de 8 à 10 atomes de carbone et M est Na, K ou NH4.
Ce second additif est généralement utilisé én une quantité comprise entre environ 300 et 500 g. par tonne de sable asphaltique. La quantité de bitume accompagnant le sable qui se dépose au fond de la cellule de flottation est plus élevée quand on utilise ce second additif en une quantité in~érieure ou supérieure aux limites données ci-dessus.
Différents essais comparatifs ont montré que l'utilisa-tion conjointe des deux additifs suivant l'invention, dans lesconditions opératoires précisées ci-dessus, a donné des résultats particulièrement favorables en ce qui concerne la récupération de bitume dans la mousse de bitume.
Dans ces essais, le taux de récupération de bitume dans cette mousse ou taux A est exprimé par la relation A = Bm pm ( Bm Rpm) -~ (TBc x R

ob TBm est la teneur en bitume dans la mousse sèche, Rpm est le rendement pondéral de la mousse sèche et est exprimé par ,;
~.

~0~ Z
poids de la mou~se sèche poids de la mousse sèche + poids de coulant sec TBC est la teneur en bitume dans le coulant sec, R c est le rendement pondéral du coulant sec qui est exprimé par poids de coulant sec poids de mousse sèche + poids de coulant sec le coulant étant formé par les particules solides qui se séparent et se déposent au fond de l'enceinte de traitement du sable asphaltique.
Cette méthode de détermination de l'efficacité du mélange de reactifs de la présente invention est importante, car plusieurs essais ont montré que certains réactifs, qui donnaient un TBm élevé, c'est-à-dire une teneur élevée de bitume dans la mousse, n'étaient cependant pas intéressants du fait que le rendement pondéral de la mousse sèche (ou Rpm) était trop faible.
D'autre part, le mélange d'additifs suivant l'invention présente l'avantage supplémentaire de donner un taux ~levé de récupération du bitume et une faible teneur en bitume dans le coulant dans une zone de pH comprise entre environ 6 et 9, c'est-à-dire dans une zone entourant le pH neutre. Cette particularité est particuli~rement intéressante, car il n'est pas nécessaire d'ajouter un réactif modificateur de pH, qui provoquerait une pollution des eaux de rejet.
Il est évident que des modifications peuvent être apportées au procédé décrit ci-dessus et que d'autres composés peuvent etre utilisés conjointement avec les additi~s mentionnés ci-dessus. c'est ainsi qu'on peut utiliser des composés qui ~
exercent une action favorable sur le rendement pondéral de la -mousse, c'est-à-dire sur le facteur R . A cet égard, les amines grasses tertiaires solubles dans l'eau, ainsi que leurs sels solubles dans l'eau, dont notamment les chlorures, acétates , . . . - : -:
. . - -: - . . .
'~'. ' ^' ' ' ' ' ' ~ ' .' ' ' ; ~a~3~2 et similaires, se sont avérées avantageuses. On peut utiliser ces amines et leurs sels solubles en une ~uanti-t~ comprise entre environ 250 et 750 grammes et plus particuli~rement entre environ 400 et 600 grammes par tonne de sable asphalti~ue.
Les caractéristiques de l'invention ressortiront des exemples ci-après, donnés à titre d'illustration et ne compor-tant aucun carac-tère limitatif.
Exemple 1 .

On a utilisé une cellule de flottation, dont le stator et le rotor forment une double cage d'écureuil. Cette cellule est représentée schématiquement à la Figure 1 qui montre une coupe verticale de cette cellule.
La cellule 1 comporte un stator 2, un rotor 3 et un arbre 4 entra~né par un moteur. Le sable asphaltique est aspiré par le fond du rotor et il est mélangé, dans ce rotor, avec l'air aspiré par la conduite 5. Dans les essais effectués, le rotor avait un diamètre de 28 mm et la vitesse linéaire péri-phérique était de 5,15 m/sec.

On a utilisé un mélange de 200 parties en poids de sable asphaltique et 800 parties en poids d'eau. La procédure e~périmentale a été la suivante:
a3 introduction du sa~le asphaltique et de l'eau, b) introduction des additifs, c) agitation sans admission d'air pendant 1,5 minute et mesure du pH pendant cette période, d) admission de l'air et flottation.
La mousse de bitume formée était soutirée par la conduite 6.
Comme additifs, on a utilisé 100 g. d'un mélange d'alcools C5-C8 (consistant en 40 % en vol. de 2-éthylhexanol, 30 % de l-hexanol, 15 % de 2-éthylbutanol et lS % de l-pentanol) et 500 g. de Citrex 4 (produit vendu par U.C.B. Belgique et * marque de commerce ~ ,. - . : , .

;)62 consistant en sel sodique d'ester sulfonate d'acide tétracarboxyli-que insaturé de formule donnée ci-dessus), ces quantités étant calculées par tonne de sable asphaltique.
On a obtenu un taux A, tel que défini ci-dessus, de 96,5 %, ~ pH égal à 7,1 Des essais comparatifs ont été effectués et ont montré:
a) Influence du pH:
On a répété l'essai décrit ci-dessus, mais en travail-lant à pH différent de 7,1.
Le taux A était respectivement 92 % à pH 2,5 95,5 % à pH 6,0 94,9 % à pH 8,3 86, 5 % à pH 10,3 On voit donc qu'il est préférable de travailler à une valeur de pH comprise entre environ 6 et 9.
b) Influence du sel d'ester-sulfonate d'acide tétracarboxylique insaturé.
On a répété l'essai décrit dans l'exemple 1, mais en l'absence de Citrex 4.
On a obtenu un taux de 96,5 %, mais à condition que le pH du milieu traité soit compris dans un domaine étroit, aux alen-tours de pH = 5,5. A pH = 7,1, le taux A était seulement 92 %.
Exemple 2.
:..
On a procédé comme décrit dans l'exemple 1, mais en utilisant aussi de la tri-isooctylamine (500 g par tonne de sable ; asphaltique) en plus du m~lange d'alcools ct du Citrcx 4.
On a ob~enu un taux ~ dc 96,4 % ~ pll dc 6,2.
Exemple 3.
On a procédé comme décrit dans l'exemple 1, mais en utilisant aussi de l'acétate de dodécylamine (350 g par tonne de sable asphaltique) en plus du mélange d'alcools et du Citrex 4.

.

` ~0~3U62 On a obtenu un taux A de 91,5 % à pH de 7,5.
Exemple 4.
On a procédé comme décrit dans l'e~emple 1, en utilisant comme additifs:
- 250 g de 2-éthylhexanol - 350 g de Citrex 4 - 300 g de chlorhydrate de docécylamine.
On a obtenu un taux A de 91, 7 %.
Les exemples ci-dessus donnent les résultats dlessais effectués dans une seule cellule. Mais, d'après une autre forme d'exécution du procédé de la présente invention, on utilise une installation comprenant plusieurs cellules du type décrit ci-dessus, à savoir:
a) une ou plusieurs cellules dégrossisseuses, ou on obtient une mousse importante ayant une teneur élevée en bitume.
Le traitement de désagrégation du sable asphaltique dans ces cellules dégrossisseuses a lieu en présence des additifs de l'invention, avec un faible débit d'air et un temps de séjour d'environ 10 minutes b) une ou plusieurs cellules finisseuses, où l'on traite la mousse obtenue dans les cellules dégrossisseuses.
Le traitement se fait sous faible débit d'air avec un temps de séjour limité, et il a pour effet de donner rapidement une mousse concentrée en bitume.
c) une ou plusieurs cellules épuiseuses, pour traitement du sable qui s'est déposé dans les cellules dégrossisseuses.
La mousse obtenue dans ces cellules épuiseuses est renvoyée dans les cellules dégrossisseuses. Un débit d'air élevé
favorise l'épuration de ce sable.

Claims

Les réalisations de l'invention, au sujet desquelles un droit exclusif de propriété ou de privilège est revendiqué, sont définies comme il suit:

1. Procédé de traitement de sables asphaltiques caractérisé en ce qu'il consiste essentiellement à soumettre un mélange de sable asphaltique et d'eau à une agitation mécanique en présence de 100 à 300 g, par tonne de sable asphaltique, d'alcool aliphatique contenant de 5 à 10 atomes de carbone ou d'un mélange de ces alcools, et de 300 à 500 g, par tonne de sable asphaltique, de sel alcalin ou ammonique d'ester sulfo-nate d'acide tétracarboxylique insaturé résultant de la pyrolyse contrôlée de citrate alcalino-terreux, avec introduction, dans le mélange, de bulles d'air finement divisées par suite de l'agitation, le mélange ayant un pH de 6 à 9, puis à récupérer la mousse de bitume à la surface du mélange aqueux.

2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on ajoute aussi, au mélange de sable asphaltique et d'eau, une amine grasse tertiaire soluble dans l'eau ou un sel soluble dans l'eau d'une telle amine ou leurs mélanges, en une quantité
comprise entre environ 250 et 750 g. par tonne de sable asphal-tique.

3. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé
en ce qu'on effectue l'agitation mécanique dans une cellule de flottation comprenant un stator et un rotor, avec conduite d'aspiration de l'air entourant l'arbre commandant le rotor.

4. Procédé suivant la revendication 3, caractérisé

en ce que le stator et le rotor forment une double cage d'écu-reuil se trouvant dans la masse fluide traitée.

5. Procédé suivant les revendications 3 ou 4, caracté-risé en ce qu'on effectue le traitement du sable asphaltique dans une seule cellule de flottation dans des conditions d'agitation telles que le rapport Q/ND3 soit compris entre 0,001 et 0,002, où Q est le débit d'air en litres/minute, N est le nombre de tours/minute du rotor et D est le diamètre en centimètres du rotor.

6. Procédé suivant les revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que: on soumet le mélange de sable asphaltique et d'eau à une agitation mécanique en présence des additifs, avec un faible débit d'air et un temps de séjour d'environ 10 minutes, dans des cellules dégrossisseuses, avec formation d'une mousse importante ayant une teneur élevée en bitume, d'une part, et dépôt de sable, d'autre part; on traite la mousse sous faible débit d'air avec un temps de séjour limité dans des cellules finisseuses, ce qui donne une mousse concentrée en bitume, et on traite, dans des cellules épuiseuses, le dépôt de sable, sous un débit d'air favorisant l'épuration de ce sable, la mousse obtenue dans ces cellules épuiseuses étant renvoyée à l'étape a.

7. Procédé suivant la revendication 4, caractérisé
en ce que: on soumet le mélange de sable asphaltique et d'eau à une agitation mécanique en présence des additifs, avec un faible débit d'air et un temps de séjour d'environ 10 minutes, dans des cellules dégrossisseuses, avec formation d'une mousse importante ayant une teneur élevée en bitume, d'une part, et dépôt de sable, d'autre part; on traite la mousse sous faible débit d'air avec un temps de séjour limité dans des cellules finisseuses, ce qui donne une mousse concentrée en bitume, et on traite, dans des cellules épuiseuses, le dépôt de sable, sous un débit d'air favorisant l'épuration de ce sable, la mousse obtenue dans ces cellules épuiseuses étant renvoyée à l'étape a.

8. Procédé suivant les revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que: on effectue le traitement du sable asphaltique dans une seule cellule de flotta-tion dans des conditions d'agitation telles que le rapport Q/ND3 soit compris entre 0,001 et 0,002, où Q est le débit d'air en litres/minute, N est le nombre de tours/minute du rotor et D est le diamètre en centimètres du rotor; on soumet le mélange de sable asphaltique et d'eau à une agitation méca-nique en présence des additifs, avec un faible débit d'air et un temps de séjour d'environ 10 minutes, dans des cellules dégrossisseuses, avec formation d'une mousse importante ayant une teneur élevée en bitume, d'une part, et dépôt de sable, d'autre part; on traite la mousse sous faible débit d'air avec un temps de séjour limité dans des cellules finisseuses, ce qui donne une mousse concentrée en bitume, et on traite, dans des cellules épuiseuses, le dépôt de sable, sous un débit d'air favorisant l'épuration de ce sable, la mousse obtenue dans ces cellules épuiseuses étant renvoyée à l'étape a.