Parameters and mechanisms in the solvent extraction of mined athabasca oil sand

Authors

  • Donald E. Cormack,

    Corresponding author
    1. Department of Chemical Engineering and Applied Chemistry, University of Toronto, Toronto, Ontario MSS 1A4
    • Department of Chemical Engineering and Applied Chemistry, University of Toronto, Toronto, Ontario MSS 1A4
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  • John M. Kenchington,

    1. Department of Chemical Engineering and Applied Chemistry, University of Toronto, Toronto, Ontario MSS 1A4
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  • Colin R. Phillips,

    Corresponding author
    1. Department of Chemical Engineering and Applied Chemistry, University of Toronto, Toronto, Ontario MSS 1A4
    • Department of Chemical Engineering and Applied Chemistry, University of Toronto, Toronto, Ontario MSS 1A4
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  • Patrick J. Leblanc

    1. Department of Chemical Engineering and Applied Chemistry, University of Toronto, Toronto, Ontario MSS 1A4
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Abstract

The efficiency of solvent extraction of bitumen from mined Athabasca oil sands has been studied in laboratory-scale, batch, stirred vessels. Solvent type, solids concentration, stirrer speed and contact time have been identified as important parameters. A theoretical analysis of the extraction process provides a basis by which the various parameters are assessed in terms of relative overall mass transfer coefficients. However, because the size distribution of the oil sand aggregates is difficult to reproduce, the analysis is limited. Greater reproducibility, and similar quantitative results were obtained for the dissolution of pure bitumen from the bottom of the stirred vessels.

It is shown that highly aromatic solvents such as benzene and toluene can dissolve bitumen 3–5 times faster than an essentially alpha tic solvent such as kerosene. There is evidence, however, which indicates that solvent properties other than aromaticity are also important.

The data indicate that a minimum stirrer speed must be exceeded before the extraction of oil sand or pure bitumen will proceed at a reasonable rate. Above this minimum rate, the mass transfer coefficient increases linearly with stirrer speed. The solids concentration is also important since the data suggest that a higher efficiency is obtained at higher solids concentrations in the range of solid loadings studied.

Abstract

On a étudié l'efficacité de l'extraction, par solvants, du bitume provenant de l'exploitation des sables pétrolifères de l'Athabasca; on a employé àcette fin des récipients agités àl'échelle du laboratoire et en procédé discontinu. On a constaté que le type de solvant, la concentration en matières solides, la vitesse de l'agitateur et le temps de contact constiuaient des paramètres importants. Une analyse théorique du procédé d'extraction a fourni une base d'évaluation des divers paramètres en fonction des coefficients relatifs de transfert global de masse; toutefois, l'analyse a été limitée, parce qu'il a été difficile de reproduire la granulométrie des agrégats des sables bitumineux. On a obtenu des résultats quantitatifs semblables et mieux reproductibles dans le cas de la dissolution du bitume pur provenant du fond des récipients agités.

On a constaté que les solvants fortement aromatiques, tels que le benzène et le toluène, pouvaient dissoudre le bitume àune vitesse de 3 à 5 fois plus grande que dans le cas d'un solvant essentiellement aliphatique, tel que le kérosène. Il y a des preuves àl'effet que d'autres propriétés des solvants que le caractère aromatique jouent aussi un rǒle important.

Les résultats ont indiqué qu'il faut dépasser une vitesse minimale de l'agitateur avant que l'extraction du sable pétrolifère ou du bitume pur ne se fasse àun taux raisonnable; au-dessus de cette vitesse minimale, le coefficient de transfert de masse augmente en ligne droite avec la vitesse de l'agitateur. La concentration en matières solides est aussi importante, parce que les résultats semblent indiquer qu'on peut obtenir un rendement meilleur lorsque les concentrations en matières solides sont plus élevées dans l'échelle des chargements solides qui ont fait l'objet de la présente étude.

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