基于n-丁烷-沥青体系液液相平衡研究的溶剂辅助原位沥青回收技术优化

本文系统研究了n-丁烷-沥青体系在接近溶剂饱和压力条件下的液液相平衡（LLE）行为，通过测定295-372 K温度范围内的相平衡数据、泡点压力及热物理性质（密度、黏度），结合Peng-Robinson状态方程（PR-EoS）和修正Pederson模型进行模拟分析。研究为溶剂辅助原位沥青回收（如ES-SAGD、VAPEX等工艺）提供了关键的热力学参数，对降低蒸汽-油比（SOR）和温室气体（GHG）排放具有重要指导意义。

　　

溶剂辅助沥青回收技术研究新进展

摘要
溶剂辅助回收方法作为传统热力法的替代方案备受关注，其可形成气液平衡（VLE）和液液相平衡（LLE）等不同相态。本研究聚焦n-丁烷-沥青体系在接近溶剂饱和压力条件下的LLE行为，为优化溶剂辅助原位沥青回收工艺提供理论依据。

实验方法
采用Mackay River沥青（水含量<0.1 wt.%）与高纯度n-丁烷（99.99%）为原料，通过特制平衡细胞在295-372 K、0.2-1.8 MPa条件下进行实验。系统配备安东帕密度计（精度±0.1 kg/m³）和剑桥粘度计（精度±0.5%），采用逐步膨胀法测定泡点压力，通过气相色谱（GC）分析轻相组成。

关键发现
相行为特征：
• 泡点压力随温度升高显著增加（0.46-1.45 MPa），但在两相区（≥0.88摩尔分数）对丁烷浓度变化不敏感
• LLE起始于45 wt.%丁烷浓度，此时出现明显的第二重相
• 分子量分布显示重相富含大分子组分（MW>500 g/mol）

热物理性质：
• 轻相粘度大幅降低至0.28-3.55 cP（原沥青300,000 cP）
• 密度范围为595.35-825.96 kg/m³
• PR-EoS预测密度平均绝对相对偏差（AARD）仅0.5%

溶剂分布规律：
• 轻相中丁烷含量（47.8-68.1 wt.%）与进料浓度呈正相关
• 提取收率在45 wt.%丁烷时达峰值（85.94%）
• 温度压力变化对收率影响不显著

技术应用价值
该研究为溶剂辅助工艺（如ES-SAGD）设计提供关键参数：

1. 证实丁烷可有效降低沥青粘度（>99.9%）
2. 确定最优操作区间（丁烷浓度45-55 wt.%）
3. 为数值模拟提供可靠的PR-EoS参数
4. 支持加拿大油砂行业减排目标（GHG减少30%）

这些发现对开发低碳、高效的沥青开采技术具有重要指导意义，特别适用于加拿大阿尔伯塔省油砂储层（占全球储量97%）的开发优化。