油砂池水的凈化的制作方法

專利名稱：油砂池水的凈化的制作方法
技術領域：
本發明是在凈化油砂工藝水且改善實施此任務的工藝的領域。
背景技術：
水對油砂處理操作是不可或缺的，這是因為水促進開采物質的轉移和/或分離。 開采物質的成分包括烴(有時候稱為浙青)、砂、粘土和水。從混合物中提取烴的最常用的 工藝包括碾碎開采物質和稍后將物質懸浮在水中，通常借助增加熱以形成漿料。如通過采 用泡沫浮選，經由向漿料中添加化學品來處理所得到的漿料。這促進了包含烴的穩定泡沫 的形成和烴與其他成分的分離。需要大量的水以促進上述分離工藝。所得到的包含不期望的成分的流被輸送至尾 礦沉降池以允許砂、粘土和其他顆粒沉降。與所涉及的大量水相關的環境關注使得大部分(如果不是全部)水被強制返回到 工藝中。水返回到油砂工藝(包含不期望的成分)可以損害油砂處理操作。可能的問題包 括，但不限于，泵和管件受到所夾帶的顆粒的侵蝕以及因細顆粒的聚積而導致烴分離效率 的損失等。當關閉礦井時，因池水的排放產生了另外的問題。當此問題出現時，當地的水質 許可義務(permit obligation)可能要求從池水中去除未沉降的或膠態的顆粒。回收尾礦池水以便工藝再使用和其他應用，尤其是返回到油砂工藝中是行業 重點。通過膜分離系統凈化水是成問題的，這是因為來自油砂的工藝水具有大量的烴 和顆粒物質。水組成形成了膜的阻塞和隨后通過膜的水通量的降低的主要環境(prime environment)0膜的阻塞和通過膜的降低的通量使得處理水以便重新使用在油砂工藝中變得低 效。更具體地說，當膜阻塞時，這是低效的，因為要求更頻繁的清潔和可能的替換。此外，當 膜阻塞且池水以較慢的速率通過膜時，還要消耗更多的能量和時間來進行過濾。因此，期望一種通過膜分離系統增大來自油砂的池水的通量并凈化工藝水的更有 效的方法。發明概述本公開內容提供了一種通過膜分離系統增大來自油砂工藝的尾礦沉降池水的通 量并凈化水的方法，該方法包括下述步驟用有效量的一種或多種水溶性陽離子型聚合物、 兩性聚合物、兩性離子聚合物或其組合處理水；(b)使處理過的水通過膜分離系統；以及 (c)任選地，使來自步驟(b)的滲透物通過另外的膜分離系統。附圖簡述

圖1顯示了所要求保護的發明的一個實施方案的示意圖。圖2顯示了臨界通量的數據。圖3顯示了可持續通量(sustainable flux)的數據。發明詳述術語定義“UF”意指超濾。
“MF”意指微濾。“NF”意指納濾。“R0”意指反滲透。“LMH”意指每小時每平方米的升數。“TMP”意指跨膜壓力。“NTU”意指比濁法濁度單位。“MPE”意指膜性能增強劑。“T0C”意指總有機碳。“TSS”意指總懸浮固體。“TS”意指總固體。“Pt-Co” 意指鉬-鈷色度單位(Platinum-Cobalt Color Unit)。“兩性聚合物”意指由陽離子單體和陰離子單體以及可能的其他非離子單體得到 的聚合物。兩性聚合物可以具有凈的正電荷或負電荷。兩性聚合物還可以由兩性離子單體 和陽離子或陰離子單體以及可能的非離子單體得到。兩性聚合物是水溶性的。“陽離子型聚合物”意指具有總的正電荷的聚合物。本發明的陽離子型聚合物是通 過使一種或多種陽離子單體，通過使一種或多種非離子單體和一種或多種陽離子單體共聚 合，通過使表氯醇和二胺或多胺縮合或使二氯化乙烯和氨或甲醛以及胺鹽縮合來制備的。 陽離子型聚合物是水溶性的。“兩性離子聚合物”意指主要由兩性離子單體和可能的其他非離子單體構成的聚 合物。在兩性離子聚合物中，嚴格來說，所有聚合物鏈和那些鏈內的鏈段(segment)是電中 性的。因此，兩性離子聚合物表示兩性聚合物的子集，必須維持整個所有聚合物鏈和鏈段電 中性，這是因為陰離子電荷和陽離子電荷都被引入到同一種兩性離子單體中。兩性離子聚 合物是水溶性的。優選的實施方案本發明的膜分離系統可以包括一種或多種類型的膜。膜的數目和膜的方位 (orientation)(浸沒或外部)取決于本領域的普通技術人員已知的各種因素，如工藝水的 組成。在一個實施方案中，膜分離系統具有選自由下述膜組成的組的至少一種膜超濾 膜；微濾膜；及其組合。在另一個實施方案中，另外的膜分離系統具有選自由下述膜組成的組的膜超濾 膜；納濾膜；反滲透膜；及其組合。當超濾膜用在所述另外的膜系統中時，膜的孔徑小于所 述膜分離系統中使用的超濾膜的孔徑。在另一個實施方案中，膜分離系統是浸沒式膜系統、外部膜分離系統或其組合。在另一個實施方案中，另外的膜分離系統是浸沒式膜系統、外部膜分離系統或其 組合。所采用的膜可以具有各種類型的物理和化學參數。關于物理參數，在一個實施方案中，超濾膜具有0. 003 ii m到0. 1 ii m范圍內的孔徑。在另一個實施方案中，微濾膜具有0. liim到10 iim范圍內的孔徑。
5
在另--個實施方案中，膜具有從外到內或從內到外過濾模式的中空的纖維構型。
在另--個實施方案中，膜具有平的片狀構型。
在另--個實施方案中，膜具有管狀構型。
在另--個實施方案中，膜具有多腔結構(multi-bore structure) 0
在另--個實施方案中，膜具有毛細管構型。
在另--個實施方案中，膜具有螺旋纏繞構型。
關于化學參數，在一個實施方案中，膜是聚合的。
在另--個實施方案中，膜是無機的。在又一個實施方案中，膜是不銹鋼。
存在可以實施所要求保護的發明的且對本領域的普通技術人員來說是明顯的且
無需過多試驗的其他物理和化學膜參數。在通過膜分離系統之前，用有效量的一種或多種水溶性陽離子型聚合物、兩性聚 合物、兩性離子聚合物或其組合來處理池水。這些水溶性的聚合物被稱為MPE。在一個實施方案中，兩性聚合物選自由下述物質中的至少一種組成的組丙烯 酸二甲氨基乙酯氯代甲烷季鹽(DMAEA. MCQ)/丙烯酸共聚物、二烯丙基二甲基氯化銨/丙 烯酸共聚物、丙烯酸二甲氨基乙酯氯代甲烷鹽(dimethylaminoethyl acrylate methyl chloride salt)/N，N-二甲基-N-甲基丙烯酰氨基丙基N-(3-磺丙基)-甜菜堿銨(N，N_dim ethyl-N-methacrylamidopropyl-N-(3-sulfopropyl)-ammonium betaine)共聚物、丙烯酸 /N，N-二甲基-N-甲基丙烯酰氨基丙基N-(3-磺丙基)-甜菜堿銨共聚物以及DMAEA. MCQ/ 丙烯酸/N，N- 二甲基-N-甲基丙烯酰氨基丙基N-(3-磺丙基)_甜菜堿銨三元共聚物。在另一個實施方案中，有效量的兩性聚合物是約lppm到約500ppm的活性固體。在另一個實施方案中，兩性聚合物具有約5，000道爾頓到約2，000，000道爾頓的 重均分子量。在另一個實施方案中，兩性聚合物具有約4.0 6.0到約9. 8 0.2的陽離子電 荷當量對陰離子電荷當量的比。在另一個實施方案中，陽離子型聚合物選自由下述物質中的至少一種組成的組 聚二烯丙基二甲基氯化銨；聚乙烯亞胺；聚表胺(poly印iamine)；與氨或乙二胺交聯的聚 表胺；二氯化乙烯與氨的縮合聚合物；三乙醇胺與妥爾油脂肪酸的縮合聚合物；聚(甲基丙 烯酸二甲氨基乙酯硫酸鹽)；以及聚(丙烯酸二甲氨基乙酯氯代甲烷季鹽)。在另一個實施方案中，陽離子型聚合物是丙烯酰胺(AcAm)與一種或多種陽離子 單體的共聚物，陽離子單體選自由下述物質組成的組二烯丙基二甲基氯化銨、丙烯酸二甲 氨基乙酯氯代甲烷季鹽、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯氯代甲烷季鹽和丙烯酸二甲氨基乙酯芐 基氯季鹽。在另一個實施方案中，有效量的陽離子型聚合物是約0. 05ppm到約400ppm的活性固體。在另一個實施方案中，陽離子型聚合物具有至少約5mol%的陽離子電荷。在另一個實施方案中，陽離子型聚合物具有100mol%的陽離子電荷。在另一個實施方案中，陽離子型聚合物具有約100，000道爾頓到約10，000, 000道 爾頓的重均分子量。在另一個實施方案中，兩性離子聚合物包括約lmol%到約99mol%的N，N_ 二甲
6基-N-甲基丙烯酰氨基丙基-N- (3-磺丙基)-甜菜堿銨和約99mol %到約lmol %的一種或 多種非離子單體。在另一個實施方案中，有效量的兩性離子聚合物是約lppm到約500ppm的活性固 體。在另一個實施方案中，如圖1所示，將所采用的工藝水輸送至尾礦沉降池。用MPE 化學處理來自尾礦沉降池的水并將其泵送入具有UF或MF膜的膜分離系統中。可以將一種 或多種MPE在膜系統(外部或浸沒式)前在線添加或直接添加到采用浸沒式膜系統時的膜 罐中。經由對本領域的普通技術人員來說明顯的多種技術從池轉移/泵送水。滲透物流回 以便使用在工藝中或通過包含NF或R0膜的另外的膜分離系統來進一步凈化。將來自另外 的膜分離系統的滲透物輸送回以便使用在工藝中。來自任一個膜分離系統的濃縮物被處 置、脫水或其組合。在脫水的情形中，液體被輸送回到池或重新使用在工藝中且進行或不進 行進一步的處理。來自尾礦沉降池的水具有高水平的烴。在一個實施方案中，池水包含約lOppm到10，OOOppm的TS ；約2ppm到約lOOOppm 的 TSS ；約 lppm 到約 lOOpprn 的油脂(oil and grease)；約 lppm 到約 lOOpprn 的 T0C ；約 7 到約9的pH ；約2NTU到約500NTU的濁度；以及約5Pt_Co單位到約100Pt_Co單位的色度。下面的實施例并不期望是限制性的。
實施例對下面提到的試驗來說，PRODUCT A包含具有50mol %的陽離子電荷的DMAEA. MCQ/AcAm 共聚物。PRODUCT A 可從 Nalco Company，Naperville，Illinois 獲得。A.通量增強試驗1.方案用于下述試驗的池水是從加拿大油砂處理工廠獲得的。池水具有下述特征TS 360ppm ；TSS :49ppm ；油脂:27ppm ；T0C :53ppm ；pH 8. 8 ；電導率3. lmS/cm ；濁度78NTU ；以 及色度55Pt-Co單位。將池水添加到帶頂置式混合器的罐中并用3ppm或8ppm的PRODUCT A(根據燒杯 試驗確定)進行處理。用頂置式混合器混合混合物且以高速操作1分鐘，然后以慢速操作1 分鐘。接著，將處理過的水置于膜罐中，從日本的Yuasa購得的平板微濾(MF)膜被浸沒在 膜罐中。測量對照(未處理的)和處理過的池水通過膜的臨界通量和可持續通量。臨界通量是高于膜變得嚴重淤塞且跨膜壓力(TMP)顯著上升時的通量。因此，臨 界通量的確定是重要的。臨界通量的確定給出了可持續通量的概念，可持續通量是在需要 清潔之前，膜可以被操作較長持續時間時的通量。根據本領域的普通技術人員已知的若干 研究，可持續通量通常是臨界通量的60%-70%。可持續通量決定了設備資金成本(膜面 積的量、配套附件和占地)和操作成本(清潔、勞力等)。為了獲得臨界通量，首先施用30LMH(每小時每平方米的升數)的最低通量并監測 跨膜壓力(TMP)15分鐘。在15分鐘之后，接著施用較高的通量并再次測量TMP。持續進行 此過程，直到達到2. 5psi-3psi的TMP。對所測試的特定的MF膜來說，制造商產品目錄推薦 約3psi是限值，3psi之后，已經清潔了膜。
基于用對照得到的臨界通量，應用53LMH的通量并測量TMP若干小時以確定此通 量的可持續性。對處理的來說，應用相同的通量以比較隨著時間的TMP增加速率。2.結果a.臨界通量圖2顯示了在下面的數據點處池水通過膜的臨界通量數據對照(無PR0DUCTA)； 3ppm的PR0DUCTA ；和8ppm的PR0DUCTA。從圖2中明顯看出，對照的臨界通量是約 75LMH-80LMH，而對用PR0DUCTA處理過的池水來說，沒有明顯檢測到臨界通量。對用8ppm 的PR0DUCTA處理過的池水來說，任何通量時的絕對TMP和TMP增加速率都是最低的。b.可持續通量圖3顯示了對于對照和8ppm的PR0DUCTA處理過的池水的53LMH通量的可持續性。 清楚地看出，在3小時內，對照的TMP增加至約0. 8psi，而對處理的來說，即使在過濾24小 時之后，TMP僅增加至0. 5psi。實際上，就具有72LMH通量的處理過的水來說，TMP增加速 率仍是非常低的且8小時過濾，TMP僅達到0. 7psi。因而，很清楚，可持續通量可以從對照的約30LMH(數據未顯示)增加至用8ppm的 PRODUCT A處理的約60LMH-72LMH，通量增大了超過100%。c.水質表1顯示了在對照和處理過的池水微濾之后的水質的改善。就對照和處理過的池 水來說，濁度始終< 0. 2NTU。8ppm的PRODUCT A處理之后的色度消除(color removal)還 高于對照的。表1 水質
權利要求
一種通過膜分離系統增大來自油砂工藝的尾礦沉降池水的通量并凈化水的方法，所述方法包括下述步驟(a)用有效量的一種或多種水溶性陽離子型聚合物、兩性聚合物、兩性離子聚合物或其組合處理水；(b)使處理過的水通過膜分離系統；(c)任選地，使來自步驟(b)的滲透物通過另外的膜分離系統；以及(d)任選地，其中所述膜分離系統和/或所述另外的膜分離系統是浸沒式膜系統、外部膜分離系統或其組合。
2.如權利要求1所述的方法，其中所述膜分離系統具有選自由下述膜組成的組的至少 一種膜超濾膜；微濾膜；及其組合。
3.如權利要求1所述的方法，其中所述另外的膜分離系統具有選自由下述膜組成的組 的至少一種膜超濾膜，其中所述膜的孔徑小于所述膜分離系統中使用的所述超濾膜的孔 徑；納濾膜；反滲透膜；及其組合。
4.如權利要求1所述的方法，其中所述兩性聚合物選自由下述物質中的至少一種組成 的組丙烯酸二甲氨基乙酯氯代甲烷季鹽/丙烯酸共聚物、二烯丙基二甲基氯化銨/丙烯酸 共聚物、丙烯酸二甲氨基乙酯氯代甲烷鹽/N，N- 二甲基-N-甲基丙烯酰氨基丙基-N- (3-磺 丙基)_甜菜堿銨共聚物、丙烯酸/N，N- 二甲基-N-甲基丙烯酰氨基丙基-N-(3-磺丙 基)_甜菜堿銨共聚物以及DMAEA.MCQ/丙烯酸/N，N-二甲基-N-甲基丙烯酰氨基丙 基-N- (3-磺丙基)-甜菜堿銨三元共聚物。
5.如權利要求1所述的方法，其中有效量的兩性聚合物是約lppm到約500ppm的活性 固體。
6.如權利要求1所述的方法，其中所述兩性聚合物具有約5，000道爾頓到約 2，000, 000道爾頓的重均分子量。
7.如權利要求1所述的方法，其中所述兩性聚合物具有約4.0 6.0到約9. 8 0.2 的陽離子電荷當量對陰離子電荷當量的比。
8.如權利要求1所述的方法，其中所述陽離子型聚合物選自由下述物質中的至少一種 組成的組聚二烯丙基二甲基氯化銨；聚乙烯亞胺；聚表胺；與氨或乙二胺交聯的聚表胺； 二氯化乙烯與氨的縮合聚合物；三乙醇胺與妥爾油脂肪酸的縮合聚合物；聚(甲基丙烯酸 二甲氨基乙酯硫酸鹽)；以及聚(丙烯酸二甲氨基乙酯氯代甲烷季鹽)。
9.如權利要求1所述的方法，其中所述陽離子型聚合物是丙烯酰胺與一種或多種陽離 子單體的共聚物，所述陽離子單體選自由下述物質組成的組二烯丙基二甲基氯化銨、丙烯 酸二甲氨基乙酯氯代甲烷季鹽、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯氯代甲烷季鹽和丙烯酸二甲氨基 乙酯芐基氯季鹽。
10.如權利要求1所述的方法，其中有效量的陽離子型聚合物是約0.05ppm到約 400ppm的活性固體。
11.如權利要求1所述的方法，其中所述陽離子型聚合物具有至少約5mol%的陽離子 電荷。
12.如權利要求1所述的方法，其中所述陽離子型聚合物具有100mol%的陽離子電荷。
13.如權利要求1所述的方法，其中所述陽離子型聚合物具有約100，000道爾頓到約[10，000, 000道爾頓的重均分子量。
14.如權利要求1所述的方法，其中所述兩性離子聚合物包括約Imol%到約99mol %的 N，N-二甲基-N-甲基丙烯酰氨基丙基-N-(3-磺丙基)-甜菜堿銨和約99m0l%到約Imol % 的一種或多種非離子單體。
15.如權利要求1所述的方法，其中有效量的兩性離子聚合物是約Ippm到約500ppm的 活性固體。
16.如權利要求1所述的方法，其中水包含約IOppm到10，OOOppm的TS；約2ppm到約 IOOOppm的TSS ；約Ippm到約IOOppm的油脂；約Ippm到約IOOppm的TOC ；約7到約9的 pH ；約2NTU到約500NTU的濁度；以及約5Pt_Co單位到約100的Pt-Co單位的色度。
全文摘要
公開了一種通過膜分離系統增大來自油砂工藝的尾礦沉降池水的通量并凈化水的方法，該工藝包括下述步驟(a)用有效量的一種或多種水溶性陽離子型聚合物、兩性聚合物、兩性離子聚合物或其組合處理水；(b)使處理過的水通過膜分離系統；以及(c)任選地，使來自步驟(b)的滲透物通過另外的膜分離系統。
文檔編號C02F1/56GK101855177SQ200880115843
公開日2010年10月6日 申請日期2008年10月10日 優先權日2007年10月15日
發明者安東尼·G·索姆斯, 沃爾特·H·古德曼, 迪帕克·A·穆薩爾 申請人:納爾科公司