对油砂熟化细尾矿进行干燥的方法
阅读：771发布：2021-01-12
专利汇可以提供对油砂熟化细尾矿进行干燥的方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 总体上涉及处理油砂细 尾矿 的领域。一种干燥细尾矿方法，所述方法可使用管道式反应器系统，包括提供细尾矿管线内流；连续引入絮凝剂溶液以引起分散并使细尾矿开始絮凝，并可包括迅速速 湍流 混合；对细尾矿进行管线内的絮凝调节和 水 释出调节，使絮凝物形成和重排，且增加屈服剪切应 力 以形成絮凝的细尾矿同时避免对絮凝物的过度剪切；以及沉积细尾矿以使水分释出，非流动性的细尾矿 沉积物 形成和所述非流动性的细尾矿沉积物干燥。所述方法能够实现有效地进行管线内分散、絮凝和水释出，导致产生可靠的沉积以及对细尾矿沉积进行干燥。，下面是对油砂熟化细尾矿进行干燥的方法专利的具体信息内容。
1.一种用于干燥油砂细尾矿的方法，所述方法包括：
提供所述细尾矿的管线内流；
向所述细尾矿的管线内流中连续地引入包含絮凝剂的絮凝剂溶液，从而使所述絮凝剂溶液分散并开始所述细尾矿的絮凝；
对所述细尾矿进行管线内絮凝调节以使絮凝物形成和重排，并且增加屈服剪切应力以形成包含絮凝的细尾矿的管线内流；
对所述絮凝的细尾矿进行水释出调节，以刺激水的释出，同时避免所述絮凝物的过度剪切；以及
沉积所述细尾矿以使水释出，非流动性的细尾矿沉积物形成以及所述非流动性的细尾矿沉积物干燥。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，进行所述絮凝调节以使所述细尾矿的屈服剪切强度增加至上限。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述上限包括单个最大值。
4.根据权利要求2所述的方法，其中，随着时间经过，所述上限包括多个局部最大值。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的方法，其中，所述水释出调节使得所述细尾矿的屈服剪切强度降低至低于所述上限。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，在沉积所述细尾矿之前，在管线内进行所述水释出调节。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述絮凝调节和所述水释出调节包括在沉积所述细尾矿之前进行管壁剪切。
8.根据权利要求6所述的方法，其中，所述絮凝调节和所述水释出调节基本上由以下步骤组成：在沉积所述细尾矿之前进行管壁剪切。
9.根据权利要求6所述的方法，其中，通过改变所述细尾矿在具有预定尺寸的管中的管线内流量，控制所述絮凝调节和所述水释出调节。
10.根据权利要求6所述的方法，其中，通过改变所述细尾矿流过的管的尺寸，控制所述絮凝调节和所述水释出调节。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述管的尺寸包括所述管的内径或长度或同时包括两者。
12.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，所述水释出调节包括在预定的剪切条件下排出和沉积所述细尾矿。
13.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，所述水释出调节包括对所述非流动性的细尾矿沉积物进行机械剪切。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，机械剪切包括驾驶推土机通过所述非流动性的细尾矿沉积物。
15.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，所述水释出调节包括在沉积之前使用剪切设备对所述细尾矿进行机械剪切。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述剪切设备包括折流板、搅拌器、混合器或旋转分离器、或它们的组合。
17.根据权利要求1至16中任一项所述的方法，其中，进行所述水释出调节，从而对于排出管道时的絮凝固体保持所述细尾矿的屈服剪切强度高于约200Pa。
18.根据权利要求1至17中任一项所述的方法，其中，在沉积时，所述非流动性的细尾矿沉积物具有高于300Pa的屈服剪切应力。
19.根据权利要求1至18中任一项所述的方法，其中，所述非流动性的细尾矿沉积物是第一沉积物，并且所述方法还包括使所述第一沉积物干燥成至少75重量％的固体，随后在所述第一沉积物上沉积第二沉积物。
20.根据权利要求1至19中任一项所述的方法，其中，所述细尾矿包含介于约15重量％至约45重量％之间的固体。
21.根据权利要求20所述的方法，其中，所述细尾矿包含介于约20重量％至约35重量％之间的固体。
22.根据权利要求21或22所述的方法，其中，所述细尾矿包含基于总固体含量为至少
50重量％的细粒，所述细粒具有小于44微米的粒径。
23.根据权利要求1至22中任一项所述的方法，其中，所述絮凝剂溶液包含水和完全溶于水中的所述絮凝剂。
24.根据权利要求1至23中任一项所述的方法，其中，所述絮凝剂包含20％-30％荷电的阴离子聚合物。
25.根据权利要求1至24中任一项所述的方法，其中，所述絮凝剂溶液具有低于所述细尾矿的密度，并且被连续地引入到所述管线内流的中心区域，以避免所述絮凝剂溶液漂浮在所述细尾矿上面。
26.根据权利要求1至25中任一项所述的方法，其中，向所述细尾矿的管线内流中连续地引入所述絮凝剂溶液包括迅速混合。
27.根据权利要求26所述的方法，其中，所述的迅速混合的特征在于，在与引入所述絮凝剂溶液处相距约5个管直径的下游位置的二阶矩M介于约1.0至约2.0之间。
28.根据权利要求25至27中任一项所述的方法，其中，所述的迅速混合包括：
在所述细尾矿的管线内流中提供混合区，所述混合区包含流入顺流区的湍流涡流；和向所述管线内流连续地引入所述絮凝剂溶液，使得所述絮凝剂溶液分散在所述湍流涡流中并进入所述顺流区。
29.根据权利要求28所述的方法，其中，将所述絮凝剂溶液直接引入到所述湍流涡流中。
30.根据权利要求29所述的方法，其中，湍流涡流限定环形涡流区，且所述顺流区被限定在所述环形涡流区内侧。
31.根据权利要求30所述的方法，其中，将所述絮凝剂溶液通过在所述管线内流的下游方向上喷射而引入。
32.根据权利要求31所述的方法，其中，相对于所述管线内流的下游方向基本上共线地引入所述絮凝剂溶液。
33.根据权利要求30至32中任一项所述的方法，其中，通过多个入口引入所述絮凝剂溶液，所述多个入口围绕所述环形涡流区分布且与所述环形涡流区相通。
34.根据权利要求33所述的方法，其中，所述的环形涡流区和所述的顺流区通过以下方式形成：
提供上游管、下游管以及连接在所述上游管和下游管之间的注入装置，所述注入装置包括：
限定中心锐孔的环形板；
围绕所述环形板分布且指向下游的入口，该入口与所述絮凝剂溶液的进料相通；以及迫使来自所述上游管的管线内流通过并离开所述中心锐孔，从而在所述下游管中形成所述顺流区，且在所述下游管中于所述环形板附近形成所述环形涡流区。
35.根据权利要求1至34中任一项所述的方法，其中，所述细尾矿是从正在进行的油砂提取作业中获得的。
36.根据权利要求1至35中任一项所述的方法，所述方法还包括：在注入所述絮凝剂溶液上游对所述细尾矿提供足够的液压，以避免下游泵送。
37.根据权利要求1至36中任一项所述的方法，其中，所述非流动性的细尾矿沉积物耐受由降水引起的再水合。
38.根据权利要求1至11或17至37中任一项所述的方法，其中，提供所述细尾矿的管线内流、连续地引入所述絮凝剂溶液、絮凝调节和水释出调节均在整体管道式反应器中以连续方式进行。
39.根据权利要求1至38中任一项所述的方法，其中，通过位于地面附近的多个出口进行所述沉积。
40.根据权利要求1至39中任一项所述的方法，其中，所述絮凝剂溶液和所述细尾矿是非牛顿流体。
41.一种用于干燥油砂细尾矿的方法，所述方法包括：
提供所述细尾矿的管线内流；
通过迅速混合向所述细尾矿的管线内流中连续地引入包含絮凝剂的絮凝剂溶液，以使所述絮凝剂溶液分散并开始所述细尾矿的絮凝而形成絮凝物，所述迅速混合包括：
在所述细尾矿的管线内流中提供混合区，所述混合区包含流入顺流区的湍流涡流；
将所述絮凝剂溶液连续地引入到所述管线内流中，使得所述絮凝剂溶液分散在所述湍流涡流中且进入所述顺流区，同时避免对所述絮凝物的过度剪切，以生成正在絮凝的混合物；
向所述正在絮凝的混合物输入足够的能量，以使所述絮凝物形成和重排，同时刺激水释出，而不对所述絮凝物过度剪切；以及
使所述细尾矿释出水并且干燥。
42.根据权利要求41所述的方法，其中，将所述絮凝剂溶液直接引入到所述湍流涡流中。
43.根据权利要求41或42所述的方法，其中，湍流涡流限定环形涡流区，且所述顺流区被限定在所述环形涡流区内侧。
44.根据权利要求43所述的方法，其中，将所述絮凝剂溶液通过在所述管线内流的下游方向上喷射而引入。
45.根据权利要求44所述的方法，其中，相对于所述管线内流的下游方向基本上共线地引入所述絮凝剂溶液。
46.根据权利要求43至45中任一项所述的方法，其中，通过多个入口引入所述絮凝剂溶液，所述多个入口围绕所述环形涡流区分布且与所述环形涡流区相通。
47.根据权利要求46所述的方法，其中，所述的环形涡流区和所述的顺流区通过以下方式形成：
提供上游管、下游管以及连接在所述上游管和下游管之间的注入装置，所述注入装置包括：
限定中心锐孔的环形板；
围绕所述环形板分布且指向下游的入口，该入口与所述絮凝剂溶液的进料相通；以及迫使来自所述上游管的管线内流通过并离开所述中心锐孔，从而在所述下游管中形成所述顺流区，且在所述下游管中于所述环形板附近形成所述环形涡流区。
48.根据权利要求41至47中任一项所述的方法，其中，向所述正在絮凝的混合物输入足够的能量包括通过管壁剪切进行管线内调节，且所述方法还包括：使絮凝的细尾矿沉积，以使水释出、非流动性的细尾矿沉积物形成以及所述非流动性的细尾矿沉积物干燥。
49.根据权利要求41至48中任一项所述的方法，其中，所述的迅速混合的特征在于，在与引入所述絮凝剂溶液处相距约5个管直径的下游位置的二阶矩M介于约1.0至约2.0之间。
50.一种如本文中描述或要求保护的用于干燥尾矿的方法。
对油砂熟化细尾矿进行干燥的方法
技术领域
[0001] 本发明总体上涉及处理油砂细尾矿的领域。
背景技术
[0002] 油砂细尾矿已成为技术的、作业的、环境的、经济的和公共政策的问题。
[0003] 油砂尾矿产生于提取烃的工艺作业，所述工艺作业从油砂矿石中分离有价值的烃。所有商业化的提取烃的方法都使用Clark热水法的变体，其中，向油砂中加入水以从油砂矿石中分离有价值的烃部分。工艺用水也起到作为矿物碎片的承载流体的作用。一旦回收了烃馏分，残留的水、未回收的烃以及矿石通常便称为“尾矿”。
[0004] 关于矿物颗粒分级，油砂工业中使用以下惯例。粒径大于44微米的矿物碎片称为“砂”。粒径小于44微米的矿物碎片称为“细粒”。粒径小于2微米的矿物碎片一般称为“粘土”，不过某些场合，“粘土”可指实际的微粒矿物。在尾矿中砂与细粒的关系反映了油砂矿石的组成、工艺用水的化学及提取工艺中的变化。
[0005] 常规上将尾矿输送至通常称为“尾矿池”的沉积地点，它位于接近油砂开采和提取工厂的地方，以便于尾矿的管道运输、卸料和管理。由于其作业规模，油砂尾矿池占地巨大，并且必须依照规划构造和管理。对尾矿池的位置、充填、水位控制和回收的管理是一个复杂的任务，对油砂处理造成了地理上的、技术上的、规章上的和经济上的约束。
[0006] 每个尾矿池均包含在一套沟渠结构中，该结构通常通过将尾矿砂碎片置于小池内或置于滩涂上构造。工艺用水及未回收的烃与未被收集在沟渠结构中的砂和细小矿石一同流入尾矿池。最初排入尾矿池的尾矿流通常具有相当低的密度和固体含量，例如约0.5-10重量％。
[0007] 在尾矿池中，工艺用水、未回收的烃和矿石自然地沉淀，形成不同的层。上层主要是水，能够作为提取工艺的工艺用水循环利用。下层包括沉淀的残留烃和矿物，其中主要是细粒。这一下层常被称作“熟化细尾矿”(MFT)。熟化细尾矿具有很低的固结率，并且在油砂工业中对尾矿管理构成主要的挑战。
[0008] 熟化细尾矿的组成是高度可变的。接近层的顶部处矿物含量约为10重量％，而在层的底部随时间变长固结至高达50重量％。总体说来，熟化细尾矿具有约30重量％的矿物含量。当矿物含量中主要颗粒尺寸部分为细粒时，砂含量可占固体物的15重量％，而粘土含量可达固体物的75重量％，这反映了油砂原料矿石和提取方法。可以分散在矿石中的或可以分离进入烃的垫料层中的残余烃能够导致附加的变化。不仅从池面至池底，池中的熟化细尾矿具有宽泛的成分分布变化，而且在整个池中，在随机位置也存在不同组成的区域。
[0009] 熟化细尾矿的行为像是类流体的胶状的物质。熟化细尾矿的行为类似流体这一事实明显地限制了开垦尾矿池的选择。此外，熟化细尾矿不具有牛顿流体的行为，这使持续地在商业规模上进行尾矿脱水处理更加是个挑战。如果不对熟化细尾矿进行脱水或凝固，随着时间进行，尾矿池会产生越来越严重的经济和环境影响。
[0010] 已有若干种通过尝试对熟化细尾矿进行凝固或脱水以处理或回收油砂尾矿的方法被提出。如果能够将熟化细尾矿充分脱水，使得废品转化成可开垦的坚固土地，那么许多与这种物质有关的问题就能够得以减少或者完全避免。作为普遍的方针目标，获得固体含量为75重量％的熟化细尾矿即可认为对于开垦来讲已经充分“干燥”了。
[0011] 一种已知的将MFT脱水的方法包含冰冻-解冻的方法。在油砂场进行了一些野外试验，将MFT沉积在小浅坑中，经过冬天便可冻结，而在第二年的夏天经历解冻和蒸发脱水。增加这种方法的规模将需要庞大的地表面积，并且高度取决于天气和季节。而且，这一设计的其它局限包括对释出的水的收集以及在MFT表面的降水，降水将使蒸发干燥机制的效果大打折扣。
[0013] 其中一种这类的方法称为“固结尾矿法”(CT)，包括将熟化细尾矿与砂和石膏组合在一起。典型的固结尾矿混合物为60重量％的矿物(余量是水)，其中砂和细粒比率约为4比1，以及600至1000ppm石膏。当所述组合沉积在尾矿池中进行固结后，能够产生不可分离的混合物。尽管如此，CT方法具有许多缺点。它取决于对砂、石膏和工艺用水的连续的提取作业。必须对混合物严格进行控制。而且，当固结的尾矿混合物少于60重量％矿物时，需要将物质分离，其中部分细粒回到池中在作为熟化细尾矿沉淀时重新处理。此外，沉积的固结尾矿岩土强度需要沟渠的容纳，因此在CT中所需的砂与用于建造沟渠的砂产生竞争，直至提取作业结束。如果没有砂，CT法无法处理熟化细尾矿。
[0014] 在实验室规模进行另一种方法，寻求将MFT稀释至10重量％固体，之后加入Percol LT27A或156。尽管越稀释MFT，显示出越快的沉降速度并得到粘稠的浆料，这种依赖于稀释的小批量方法无法完成重新开垦熟化细尾矿所需的脱水。
[0015] 一些其它的方法尝试使用聚合物或其它化学试剂帮助MFT脱水。不过，这些方法均遇到各种各样的问题，无法达成可靠的结果。当普遍考虑包括添加化学试剂并接着将尾矿沉积物脱水的方法时，有许多不能忽视的重要因素。
[0016] 显然，一个因素是所添加的化学试剂的种类、性质和效果。到目前为止，显示有效的化学试剂依赖于提取油砂的副产物、仅在实验室规模上或是仅在狭窄的工艺作业窗口有效、或不能完全和可靠地与尾矿一同混合、反应或输送。有些添加的化学试剂能够通过捕获材料中的水分，在不改变固体含量的情况下使尾矿变稠，这使从沉积的物质中回收水分的选择受到限制。有些化学添加剂如石膏和熟石灰产生水的流失，能够对在提取过程中再利用的工艺用水，或不适宜开垦的含有过高的盐含量的干燥尾矿造成不利影响。
[0017] 另一个因素是化学试剂的添加技术。已有的添加砂或化学试剂的技术经常包含将材料混合于槽罐或增稠器装置中的步骤。这样的公知技术有若干缺点，包括需要将添加剂受控地且均匀地混合入组成和流动都在变化的物流中，这就导致低效率及限制了操作的灵活性。有些化学添加剂还有一定程度的易碎性、易变性或是反应性，在应用时需要特别的注意。
[0018] 另一个因素是许多化学添加剂可能非常粘稠，并可呈现非牛顿流体特性。一些公知的技术依赖于稀释，这样混合流体才能在混合过程和液压过程中接近牛顿流体。但是，熟化细尾矿特别是在高矿物或粘土含量的情况下表明了非牛顿流体行为。因此，即使化学添加剂在实验室或是小规模批量试验中被证实可作为脱水剂，在大规模或商业的工厂中也难以重复其表现。这一问题在尝试向承载MFT的管道中注入粘性聚合物添加剂时得到了印证。主要的MFT管线与用以注入聚合物添加剂的较小的侧面分支管线交叉。对于牛顿流体来说，可期待这种管线排列产生高度湍流，以有助于混合。但是，对于两种非牛顿流体来说，使用这种混合排列得到的野外性能是不稳定的和不足的。这种混合管线排列法之所以遇到问题有若干原因。当添加剂以上述方法注入时，根据其与MFT的相对密度和相对于流动方向的注入方向，会在MFT流的顶部或底部产生聚集的趋势。对于非牛顿流体，例如Bingham流体，流体基本上像一段活塞在管道中向下流去，且在活塞的区域仅有很低的内部湍流。而且，当化学添加剂和MFT快速反应时，可以将在添加剂活塞的外侧形成一薄层反应区，这样就将未反应的化学添加剂和未反应的MFT分隔开来。
[0019] 不充分混合可能将大大降低化学添加剂的效率甚至阻碍整个脱水进程。不充分混合还导致化学添加剂的利用效率降低，其中一些化学添加剂将保持未混合和未反应状态且无法进行回收。已有技术有若干缺点，包括无法对化学添加剂进行可控的、可靠的或充分的混合以及差的工艺效率及工艺灵活性。
[0020] 还有另一个因素是添加化学试剂后对油砂尾矿的处理技术。如果不能适当地处理油砂尾矿，将减少或完全阻止脱水。在一些过去的试验中，未对所述处理进行管理或控制，而导致了不可靠的脱水性能。一些诸如在CIBA’s Canadian patent application No.2,512,324(Schaffer等)中所述技术曾试图简单地向管道中注入化学试剂，而不用可靠适合改变油砂尾矿组成、流量、液压性能或特殊化学添加剂的特性的方法。只依靠上述技术，忽略了对油砂尾矿进行混合和处理的复杂性，并显著地阻碍了系统的灵活性和可靠性。当添加化学试剂及后续处理以这样一种不受控的、试凑的方式进行时，是不能达到脱水效果的。
[0021] 还有另一个因素是在添加化学试剂之前对MFT的操作或处理技术。MFT从尾矿池中利用泵或挖泥设备抽取，并优选通过管道送到脱水处理区域。但是，尾矿池中可能含有多种能够破坏MFT脱水过程的物质。例如，在原始状态的MFT中可能有沥青垫料，在寒冷的冬季月份特别明显。其中也还会有其它外来的碎片比如木头、玻璃、塑料、金属或是自然有机物质的碎片，当从池中取出MFT时，会随之一同将它们带出。这些有害物质会干扰MFT工艺设备和化学性质。.
[0022] 以上给出了油砂处理中关于MFT的重要发明和正在进行的制备，仍需要技术和改进，使得可以对MFT进行干燥以将其转换为可开垦的地貌。
发明内容
[0023] 根据上述需要，本发明的目的是提供干燥油砂细尾矿的方法。
[0024] 因此，本发明提供了一种用于干燥油砂细尾矿的方法，所述方法包括：提供所述细尾矿的管线内流；向所述细尾矿的管线内流中连续地引入包含絮凝剂的絮凝溶液，从而使所述絮凝剂溶液分散并开始所述细尾矿的絮凝；对所述细尾矿进行管线内絮凝调节以使絮凝物形成和重排，并且增加屈服剪切应力以形成包含絮凝的细尾矿的管线内流；对所述絮凝的细尾矿进行水释出调节，以刺激水的释出，同时避免所述絮凝物的过度剪切；以及沉积所述细尾矿以使水释出，非流动性的细尾矿沉积物形成以及所述非流动性的细尾矿沉积物干燥。
[0025] 这种方法能够通过允许分散、絮凝和水释出，而在管线内使絮凝剂有效地发生作用，从而可靠地对细尾矿沉积物进行沉积和干燥。
[0026] 本发明还提供了一种用于干燥油砂细尾矿的方法，所述方法包括：提供所述细尾矿的管线内流；通过迅速混合向所述细尾矿的管线内流中连续地引入包含絮凝剂的絮凝剂溶液，以使所述絮凝剂溶液分散并开始所述细尾矿的絮凝而形成絮凝物，所述迅速混合包括：在所述细尾矿的管线内流中提供混合区，所述混合区包含流入顺流区的湍流涡流；将絮凝剂溶液连续地引入到所述管线内流中，使得所述絮凝剂溶液分散在所述湍流涡流中且进入所述顺流区，同时避免对絮凝物的过度剪切，以生成正在絮凝的混合物；向所述絮凝中的混合物输入足够的能量，以使所述絮凝物形成和重排，同时刺激水释出，而不对所述絮凝物过度剪切；以及使所述细尾矿水释出和干燥。
[0027] 所述迅速混合使得絮凝剂溶液能够分散至整个管线内的细尾矿，使得后续的能量输入能使水释出和干燥得到改善。
附图说明
[0029] 图1为一张具有普遍代表性的屈服剪切应力与时间关系图，示出了本发明的一个实施方式的各工艺阶段。
[0030] 图2为一张具有普遍代表性的屈服剪切应力与时间关系图，示出了本发明的另一个实施方式的各工艺阶段。
[0031] 图3是示出了一个MFT样品的剪切应力和剪切速率之间的关系的图，说明了高固体含量的MFT的非牛顿特性。
[0032] 图4为用以执行本发明的方法的实施方式的管道式反应器的侧视剖面图。
[0033] 图5为用以执行本发明的方法的实施方式的管道式反应器的局部透视图。
[0034] 图6为图5的管道式反应器的局部透视图，其中横截面表示在距离注入位置的两个不同距离处的絮凝剂溶液和MFT的相对浓度。
[0035] 图7为图6中VII截面的特写视图。
[0036] 图8为图6中VIII截面的特写视图。
[0037] 图9为用以执行本发明的方法的实施方式的管道式反应器的一种变体的侧视剖面图。
[0038] 图10为用以执行本发明的方法的实施方式的管道式反应器的另一种变体的侧视剖面图。
[0039] 图11为用以执行本发明的方法的实施方式的管道式反应器的另一种变体的侧视剖面图。
[0040] 图12为用以执行本发明的方法的实施方式的管道式反应器的另一种变体的局部透视图。
[0041] 图13为在利用絮凝剂溶液处理的熟化细尾矿的搅动槽中，屈服剪切应力与时间的关系图，比较了不同混合速度。
[0042] 图14为利用絮凝剂溶液处理的熟化细尾矿的水释出百分比与混合速度关系的柱状图。
[0043] 图15为利用絮凝剂溶液处理的熟化细尾矿在管道中处于不同管道流速的屈服剪切应力与时间的关系图。
[0044] 图16为一个利用絮凝剂溶液处理熟化细尾矿的示意图。
[0045] 图17为另一个利用絮凝剂溶液处理熟化细尾矿的示意图。
[0046] 图18为另一个利用絮凝剂溶液处理熟化细尾矿的示意图。
[0047] 图19和20为沉积的MFT中固体百分数作为时间的函数图，示出了根据试验得到的干燥时间。
[0048] 图21为不同混合器中，二阶矩M与MFT流量的关系图。
具体实施方式
[0049] 参照图1和图2，将对本方法的一个实施方式的总体步骤进行描述。通过絮凝剂溶液在管线内向细尾矿中的分散，利用絮凝剂溶液对油砂细尾矿进行处理，随后通过输入充足的能量对细尾矿进行调节，使得絮凝的细尾矿固体形成和重排，以提高屈服剪切应力，同时实现水分释出，而不对絮凝了的固体结构进行过度剪切，所述固体结构随后能够形成非流动性的沉积物。将絮凝的细尾矿沉积，以使水分释出并且形成可干燥的非流动性的沉积物。
[0051] “油砂细尾矿”指从油砂提取作业中得到的尾矿，包含细粒部分。它们包括来自尾矿池的熟化细尾矿、来自正在进行的提取作业的可不经过尾矿池的细尾矿，以及二者的混合物。在本说明书中，普遍使用MFT这一缩写，但是应理解为，根据本发明的方法进行处理的细尾矿不一定来自尾矿池。
[0052] “管线内流”指连续的流体输运线路，诸如管道或另一种流体输运结构中所含的流体，所述流体输运结构优选具有封闭的管状结构。
[0053] “含有絮凝剂的絮凝剂溶液”指含有溶剂和至少一种絮凝剂的溶液。絮凝剂溶液中可含有不同种类絮凝剂的组合，还可含有附加的化学试剂。溶剂中含有水，但也可根据要求含有其它组分。絮凝剂是具有如下结构的化合物，所述结构在颗粒间形成桥接、并将颗粒合并为被称作“絮凝物”的随机的三维多孔结构。因此，絮凝剂不包括那些仅仅通过降低胶体内部双电层的排斥电势，起静电作用的化学试剂。所述絮凝剂具有在MFT中分散之后构成絮凝物构造的结构，且当处于特别的调节窗口区时，能够对絮凝物进行重排及水释出。优选的絮凝剂可根据给定的工艺条件和MFT的组成来选择。
[0054] “分子量”指通过本领域公知的测量方法所确定的平均分子量。
[0055] “分散”与引入MFT管线内流的絮凝剂溶液有关，指在絮凝剂溶液引入MFT中后，由液滴转变成分散状态，其足以避免在MFT的局部发生反应不足或过度反应，反应不足或过度反应将阻止在后续调节阶段中，为了能够可靠地进行脱水和干燥所需的絮凝的完成。
[0056] “絮凝调节”发生在管线内，包括絮凝剂与MFT固体生成絮凝物的反应，以及通过重排反应增加正在絮凝的MFT的强度。
[0057] “水释出调节”指向絮凝了的MFT中输入能量以启动结构的重排和破坏，以使水从絮凝了的母体母体中释出。能量输入可通过管线内的剪切或其它方法进行。本文中的“水释出”指水从絮凝了的母体母体中选择性地分离出来，同时十分完整地保留絮凝物以便沉积。
[0058] “过度剪切”是水释出调节的极限的阶段，应当避免，“过度剪切”指将附加能量输入絮凝了的MFT造成了结构的消散，并且使细粒在水中再次悬浮。过度剪切的MFT将一度被絮凝物捕获的细粒和细屑重新释放回并悬浮于水中，基本上回到其原始的流体性质，只不过含无效的试剂而已。
[0059] “非流动性的细尾矿沉积物”指未被过度剪切的且在干燥时具有充足强度以维持原状的沉积的絮凝了的MFT。尽管通过调节已触发从絮凝物中水释出，MFT沉积物仍可具有在其沉积后继续释出水的部分。MFT沉积物的干燥可通过重力排水、蒸发和渗入而发生。从絮凝了的MFT中脱水也可发生在沉积之前，例如当为了沉积将其排出时，一股释放出的水流从絮凝了的MFT中分离的情况。
[0060] “屈服剪切应力”指引起MFT流动所需的剪切应力或压力。
[0061] 在本发明所述方法的一个实施方式中，油砂细尾矿主要为从尾矿池得到的MFT，这些物质量庞大，需要回收。根据下游工艺条件，可对原始MFT进行预处理。例如，可将尺寸过大的物质从原始MFT中移除。此外，取决于所使用的絮凝剂，可选择性地除去特定的成分。例如，当使用阳离子型絮凝剂时，可对原始MFT进行处理，以减少会导致絮凝失活的残余沥青的含量。为了MFT的处理或为了MFT的液压性能，还可对原始MFT进行预处理，以提供一定的MFT固体含量或MFT细粒含量。更多关于对原始MFT可能进行的预处理将根据下文所述的对工艺步骤的描述进行说明。细尾矿也可由正在进行的油砂提取作业得到。MFT可通过管道供应，或通过专门泵补给。
[0062] 在一个实施方式中，所述工艺在“管道式反应器”中进行，其后沉积到沉积区上。所述管道式反应器可有多种形式的配置，其中一些将在下文中具体描述。
[0063] 将待处理的MFT以管道式反应器上游部分中的管线内流的形式予以提供。MFT的性质及其特定的流动特性将显著取决于其组成。在低矿物浓度的情况下，使MFT流体产生运动的屈服应力小，且液压分析中可将流体特性近似为牛顿流体。但是，当矿物浓度上升时，为了启动流动必须克服屈服应力。这种流体是一类非牛顿流体，通常用诸如Bingham流体、Herschel-Bulkley屈服值幂律模型或是Casson流体等模型拟合。其流变学关系如图3中所示，说明了在MFT样品中不同的矿物浓度下屈服应力对剪切速率的响应，认为MFT是Bingham流体。也可在粘度研究中作为Herschel-Bulkley流体或Casson流体对MFT建模。
[0064] 管线内MFT的流变学经验数据和模型已经证实，当通过传统侧面注入法向Bingham流体态的MFT中加入絮凝剂溶液时，溶液分散对流量、直径比和流体性质非常敏感。
[0065] 在本方法的一方面中，特别是当絮凝剂溶液配方表现非牛顿流体行为时，进行导致两种非牛顿流体迅速混合的分散步骤。非牛顿流体的迅速混合可通过提供混合区并引入絮凝剂溶液实现，该混合区中具有湍流涡流，所述湍流涡流流入顺流区，由此湍流涡流便将絮凝剂溶液混合入顺流区。优选将絮凝剂溶液引入湍流涡流，之后再混合入顺流区。
[0066] 图4和5示出一种管道式反应器的设计图，其能够进行非牛顿流体的这种迅速混合。上游管10补给的MFT进入混合区12。混合区12包含一个用以注入絮凝剂溶液的注入装置14。该注入装置也可视为一个“混合器”。注入装置14可包含环形板16，围绕环形板16分布的注入器18，以及限定在环形板16内的中心锐孔20。MFT加速通过中心锐孔20，并形成顺流区24和由湍流涡流构成的环形涡流区22。注入器18将絮凝剂溶液直接引入涡流区22，使其与湍流的MFT相混合。MFT涡流向锐孔20的反向再循环使得絮凝剂溶液混合入MFT的顺流。顺流区24顺下游管26继续前进并不断扩展。在某些混合器的实施方式中，顺流区可以是利用锐孔或折流板形成的喷射流的反静脉区(vena-contra region)。MFT的主流因此汲取絮凝剂溶液并与之混合，导致絮凝剂溶液的分散，而且在管道中短距离之内便开始絮凝。在图4和5中所示的注入装置14也可视为一“孔板混合器”。对于图4和5的混合器，孔直径“d”与下游管直径“D”之比的优选范围为0.25-0.75。
[0067] 图6-8基于计算流体力学(CFD)模型和由设于MFT管道式反应器上的试验装置得到的经验数据对孔反应器的性能进行说明。在直径为2英寸的管道中，MFT流量为30LPM，而絮凝剂溶液以大约3LPM速率注入。长为2英寸的孔板混合器具有锐孔：下游管直径比d/D＝0.32，带有6个直径为0.052英寸、位于直径为1.032英寸的节距圆上的注入器。由于MFT和絮凝剂溶液密度不同，因此一种有效确定混合程度的方法是，利用下式确定浓度C对管道截面A的二阶矩M，其中，为完全混合情况(此时直接要求M＝0)下的平均密度。
[0068]
[0069] 在图6-8中，暗区表示了尚未与絮凝剂溶液混合的MFT(下文称之为“未混合MFT”)。在紧邻混合器的下游，未混合MFT区局限在管道中心，并被该区域内不同的表现出局部湍流的絮凝剂溶液-MFT混合物所围绕。当絮凝剂溶液易于混合入MFT时，向下游的湍流区喷射絮凝剂溶液，可导致絮凝剂溶液先将连续相剪切为液滴，由此扩散混合将絮凝剂分散进入MFT。
[0070] CFD模型是基于絮凝剂溶液为幂律流体而MFT为Bingham流体且不发生反应。Bingham流体近似考虑到了MFT的非牛顿特性，即需要屈服应力以引起其流动。Bingham流体还具有时间无关性，其剪切应力与时间或剪切持续时间无关。优选将CFD模型主要用于确定和改善絮凝剂溶液和MFT间的初始混合。
[0071] 注入装置14可在管道式反应器中使用多种其它的构造，亦可包含各种元件如折流板(未示出)。在图9中示出的注入装置的一个任选方面中，至少有部分注入器方向以向内的角度定向，以使絮凝剂溶液经过湍流涡流混合，而且还喷向MFT流的中心。在图10中示出的另一个方面中，锐孔的直径减小，注入器可位于距离锐孔比距离管壁更近的地方。混合器的注入器还可位于距管道中心的径向距离不同的位置。在另一方面中，代替带有中心锐孔的环形板，所述装置可包含折流板或带有一个或多个用以使MFT流经混合区，同时形成湍流涡流的开口的板。在图11中示出的另一个方面中，注入器朝向MFT流动方向，以达到逆流注入的目的。图12示出了另一种可进行与本发明所述工艺有关的操作的注入装置的设计。应当注意到，注入装置可包含沿管道的流动方向串联设置的多个注入器。例如，可设置一个上游注入器和一个下游注入器，其具有足以导致混合的构造和间隔。在一种优选的混合方式中，混合系统能够打碎Bingham流体的活塞流动特性，这通过使用一个孔或相对的“T”字形混合器进行，其中MFT和絮凝剂溶液进入T形物的各臂，顺着主干排出。在此，密度差别(MFT密度取决于浓度～30重量％，相当于比重～1.22而絮凝剂的密度可大约为1.00)与注入管嘴的取向共同起作用，并将它们设置为使湍流涡流能够混合入絮凝剂溶液并且分散。
[0072] 下表比较了在相同的MFT流与絮凝剂溶液流的条件下，使用孔板混合器(图4)和套管混合器(图12)时，在注入位置下游的各个位置处的二阶矩。
[0073]
[0074] 在如图7所示的孔板混合器注入点附近，存在围绕强的MFT喷射流的围绕更大未混合聚合物区，“M”值为11.75。但是，与MFT喷射流的混合迅速发生，因而在注入点下游5个直径距离处，二阶矩M的值为1.10，如图8所示。相反，对于图12所示的套管混合器，二阶矩M的值在开始混合时为5.75，而在注入点下游5个直径处仅改善为2.24。相比于使用套管混合器，优选使用孔板混合器进行混合。
[0075] 优选混合充分以在L/D＝5处达到M＜2，对于管道式反应器，还优选混合充分以在L/D＝5处达到M＜1.5。以优选程度控制混合允许改善分散、絮凝及脱水的性能。
[0076] 絮凝剂溶液向MFT中的初始混合对絮凝反应而言非常重要。在引入絮凝剂溶液后，它首先迅速地与细尾矿混合，以增强和确保遍布于下游管中的絮凝反应。当絮凝剂溶液与MFT接触时，它开始反应，形成由许多链型结构和MFT矿物组成的絮凝物。如果当絮凝剂溶液被引入管道后未充分混合，则絮凝反应可能只在尾矿管线内流中的小片区域进行。因此，如果尾矿在聚合物注入的下游混合，因为尾矿的流变性将发生改变，混合将困难得多。另外，如果后续混合向凝絮物施加过大的剪切，最初在小片区域中形成的絮凝物会被不可逆地破坏。过度剪切凝絮物导致细粒悬浮在水中，重新形成为胶体混合物，从而阻碍水释出和干燥。因此，如果在引入絮凝剂溶液后不充分混合，由于必须在为絮凝了的尾矿提供所需的高混合能量与避免由于过度剪切引起的絮凝物破坏的要求之间寻求平衡，后续混合将有问题。
[0077] 所述初始混合能够通过本方法的多个任选方面达成和改良。一方面，设计和操作注入装置提供湍流涡流，该湍流涡流将絮凝剂溶液混合和分散入MFT的前进流中。另一方面，选择絮凝剂，使得絮凝剂溶液的粘度降低，以易于分散。还可配制絮凝剂溶液并定量加入MFT以促进其向MFT中分散。优选配合混合器的注入条件选择和定量加入絮凝剂溶液，以使絮凝剂溶液含有足量的与MFT反应所需的试剂，并且拥有易于通过混合器结构分散的液压性能。例如，当使用表现出塑性或假塑性非牛顿特性的粘性絮凝剂溶液时，可在混合器中用高剪切注入条件进行操作，以充分降低粘度，使得在给定的液压混合条件下，得以分散进入MFT。且另一方面，将絮凝剂选择为形成具有增加抗剪性的絮凝物。增加的抗剪性使得能实现更激烈、更苛刻的混合，并且降低生成的絮凝物过早发生过度剪切的可能性。增加的抗剪性可通过提供具有特定电荷特性、链长、官能团、互联或内联结构的絮凝剂得到。另一方面，选择含有促进重排及选择性水释出的官能团的絮凝剂。另一方面，选择絮凝剂以形成大块絮凝物，促进所述大块絮凝物的重排和局部破坏以水释出。另一方面，絮凝剂可以是有机聚合物絮凝剂。聚合物絮凝剂可具有高的分子量，如超过10,000,000，或低分子量。高分子量的聚合物可倾向于形成抗剪切性更高的絮凝物，但也在预期用量下形成更具粘性的絮凝剂溶液。因此，可对这种絮凝剂溶液进行高剪切的注入以减少粘度，而且湍流涡流可有充足的尺寸和间距以使絮凝剂溶液在管道混合区内分散。
[0078] 另一方面，可选择并定量加入适合于MFT中粘土浓度的絮凝剂。根据MFT的组成及其液压参数，絮凝剂可为阴离子型的、阳离子型的或非离子型的，也可拥有各种各样的分子量和结构。
[0079] 应当注意到，与在MFT凝固和回收领域中的常规教导相反，干燥工艺的改良与可预言性更多取决于工艺步骤，而非选择的特殊絮凝剂。当然，在工业规模上，取决于多种因素，某些絮凝剂将优于另一些。但是，通过根据工艺步骤进行适当的混合与调节，本发明所述方法使得非常多样的絮凝剂应用成为可能。作为例子，絮凝剂可以为有机聚合物絮凝剂。它们可以为聚环氧乙烷、聚丙烯酰胺、阴离子型聚合物、聚电解质、淀粉、可以基于聚丙烯酰胺-聚丙烯酸酯的共聚物，或其它有机聚合物絮凝剂。有机聚合物絮凝剂可由絮凝剂供应商处获得，并加以选择，以决定其对特定商业应用的适合性。
[0080] 在传统的搅动式混合槽中，进一步通过改变混合器的初始速度评估初始混合。图13示出了代表性的实验室试验结果，比较了迅速混合(230RPM)和缓慢混合(100RPM)。对比采用混合器以较低初始速度进行的试验，使用混合器以较高初始速度进行试验的结果为，明显更快生成具有高屈服剪切强度的絮凝MFT。在较低速度下，延时可归因于将絮凝剂溶液向MFT中分散。此外图14显示，迅速的初始混合还导致高的水释出速率，从而得以缩短干燥时间。
[0081] 尽管在实验室规模的搅拌槽中已证明迅速混合的益处，但其它结果也证明了过度混合和过度剪切的效果，它们将破坏絮凝了的MFT，导致MFT将不脱水。实验室规模的搅拌槽本质上是一种间歇回流式的反应器，其中，混合器首先施加剪切以使物质混合，其次，当反应进行直至完成时，将正在絮凝的颗粒维持在悬浮状态。因为操作参数很容易调节，所以搅拌槽便提供了很有价值的手段，用以评估可能的絮凝剂的效能。对于本发明所述的连续管线内工艺的实施方式，实验室规模的搅拌槽的数据可方便地与实验室管道式反应器试验以及CFD模型相联系，以选择特殊的操作参数和絮凝剂。
[0082] 向管道式反应器中加入的MFT可配有连续流量计、连续密度计以及通过任何标准仪器方法控制MFT流的装置。根据密度计的算法可计算MFT中的物质浓度，将其作为输入流量计的数据，则确定了进入管道式反应器的矿物的质量流量。将管道式反应器的操作数据与特性数据相比较，便能够调节流量以改善干燥MFT的加工条件，所述数据由具体的絮凝剂性质、具体的MFT性质和具体的管道式反应器结构得到。在管长90米的12英寸的管道中，利用混合器对固体含量为40％的MFT脱水作业，MFT处理速度为2000USgpm。
[0083] 再参照图4和5，在向混合区12中引入絮凝剂之后，正在絮凝的MFT连续进入调节区28。通常将所述工艺的调节阶段描述为含有两个部分：絮凝调节和水释出调节。
[0084] 在此还要注意，对于牛顿流体系统，对絮凝系统的研究已经得到了一些手段和关系，用以帮助预报和设计工艺。例如，一个已经形成的，应用于一些絮凝系统的关系是一个称为“Camp数”的无量纲数。Camp数关联到在物质流量方面的功率输入以及体积摩擦以及流体绝对粘度。在非牛顿系统如MFT聚合物混合中，用于Camp数的管道摩擦项和绝对粘度项均取决于具体的流动型态。对管道调节数据的初始估计意味着，能量输入可与修正Camp数有关。修正Camp数除了流动和摩擦因素外，还考虑了正絮凝剂、絮凝了的MFT的流变学。
[0085] 絮凝调节发生在管线内，引起了絮凝物的形成和重排，并且增大了MFT屈服剪切应力。参考图4和5，一旦MFT通过了混合区12，它便直接到达了管道式反应器的絮凝调节区28。絮凝调节区28通常是带有特殊内径的向MFT施以管壁剪切的下游管26。在所述工艺的一方面，絮凝调节将屈服剪切应力增大到上限。所述上限可以是某单独的最大值，如图1中所示，或是波浪形的高台，含有多个随时间变化的局部最大值。如图2中所示。曲线的形状可视为絮凝剂溶液的主函数，带有数个二次函数，这些二次函数归因于分散和输入管道的能量，例如通过折流板等。
[0086] 脱水调节优选发生在所述絮凝调节之后。参考图1和2，当达到屈服应力上限之后，附加的能量输入引起屈服应力下降，并伴以从絮凝了的MFT母体母体中水释出。优选在絮凝调节之后和沉积之前，在管线内以一种连续的方式对水释出进行调节。在这种情况下，水释出可在管道中开始，导致一股水流沿着管道出口排出，以及沉积絮凝了的MFT。释出水将很快从MFT沉积物中流走，特别是在斜坡状的沉积区上，而MFT沉积物有足够的强度保持位于沉积区域上。此处，优选在下游管中没有高剪切装置，例如泵。MFT管道式反应器入口处的液压优选设定为，不需要用以克服沉积之前的静态和差分管道压头损失的附加泵送，所述的泵送将过度剪切絮凝物。令MFT沉积物于沉积之后在合适的位置干燥，而非用更多的剪切扰动沉积的MFT，也是优选的。备选地，水释出调节可发生在一套受控的装置(未示出)中，该装置包括折流板、搅拌器、混合器、或旋转式分离器，或是它们的组合体，而不是在管内进行。水释出调节也能够发生在絮凝了的MFT沉积之后，例如以有序形式利用机械机制进行。在这种情况下，絮凝了的MFT将作为类似凝胶的物质沉积，其屈服剪切强度允许其保持其形态，但并不倾向于促进水释出，直到施以附加的能量输入。通过将絮凝的MFT从屈服应力上限回落调节，所述的方法避免了保水的类凝胶沉积物的形成，可靠地令MFT能够水释出和加速干燥。
[0087] 还应注意不要将MFT从高处排出，这样将由于在沉积区域或以前沉积的MFT上的碰撞冲击而加速过度剪切。
[0088] 絮凝调节和水释出调节能够在管道中通过改变MFT的流量得到控制。优选流量应尽可能高，以增加正在絮凝的MFT的屈服应力发展速率，同时避免基于管道对沉积区的液压剪切的过度剪切。为了确定调节响应，在管道式反应器中进行试验。图15确定了对改变管道流量的响应。将34％重量固体的MFT以约26LPM的流量泵送通过直径为2英寸的管道，以进行低流量试验，而以约100LPM的流量进行高流量试验。对低流量试验将0.45％的絮凝剂溶液以大约2.6LPM注入，而对高流量试验以大约10LPM注入。与低流量情况相比，在高流量时，絮凝的MFT的最大屈服剪切应力出现较早。这一观测到的响应显示，总体能量输入是一个重要的参数，其中在此情况下输入能量是由于流体与管壁的相互作用导致的液压损失。
[0089] 参照图4和5，调节区28可包含折流板、孔板、管线内静态混合器或缩小的管道直径(未示出)，特别在管道配置可能限制管道式反应器长度的情况下，用于限制能量输入，以使絮凝了的MFT不被过度剪切。如果过度剪切絮凝了的MFT，絮凝物将再度破碎，且矿物固体复原为初始的胶状MFT流体，将不会脱水。
[0090] 在本工艺的一个优选实施方式中，当释出时的絮凝了的MFT的屈服应力低于200Pa时，对于将沉积的MFT进行脱水或回收而言，絮凝了的MFT的强度不足。因此，絮凝了的MFT的屈服剪切应力应保持在此极限之上。不过，应当理解，其它絮凝剂可能使絮凝了的MFT能够在较低的屈服应力下被脱水和回收。因此，尽管图1和2显示，低于200Pa的屈服应力处在过度剪切区中，这些代表性的附图并不将本工艺局限在这一精确值。当本工艺的实施方式中使用20％-30％荷电的阴离子聚丙酰胺高分子量聚合物时，屈服剪切应力窗口的下限大约为200Pa，且絮凝了的MFT优选在300Pa至500Pa范围内沉积，取决于混合过程和MFT的固体含量。还应注意到，在管道式反应器中观测到屈服剪切应力上限达到
400-800Pa。还应注意到，观测到MFT的屈服剪切应力在初始水释放后，当MFT沉积时已超过1000Pa。
400-800Pa。还应注意到，观测到MFT的屈服剪切应力在初始水释放后，当MFT沉积时已超过1000Pa。
[0091] 通常，工艺阶段对给定的絮凝剂和MFT的响应受到絮凝剂类型、絮凝剂溶液液压性质、MFT的性质包括其浓度、其颗粒尺寸分布、其矿物学和其流变学、定量给料量和能量输入的影响。
[0092] 本方法提供了有利能力，以预言和优化给定的絮凝剂和絮凝剂溶液对MFT脱水而言的性能。混合区确保了絮凝剂的有效应用，而管道的长度、流量条件和应所需而设的折流板提供了对于水释出最大化所必需的剪切，并避免了当MFT从管道式反应器中排出时的过度剪切。
[0093] 在本发明的一个实施方式中，在管道中进行水释出调节之后，絮凝了的MFT沉积形成非流动性MFT沉积物。调节后的MFT适于在沉积区域直接沉积，在沉积区域水由固体中释放，在重力作用下流走，并进而通过蒸发进入空气及可能渗入沉积区。沉积区可包含砂地表面，以利于流走和渗入。将MFT沉积物干燥，使MFT固体的浓度达到稳定以便回收。在其它替代实施方式中，为了对絮凝了的MFT进行脱水，可使用固液分离设备，以提供加强的剪切，但并不使絮凝的MFT过度剪切。可使用MFT管道式反应器对具有非牛顿流体性质的MFT或其它尾矿或胶状流体进行处理，用于沉积或用于其它脱水装置如过滤器、稀释器、离心机和旋流器。
[0094] 在本方法的一个方面，从池中持续地提供固体含量超过20％重量，优选在30-40％重量的MFT。优选未稀释MFT。在絮凝剂溶液分散入MFT之后，絮凝了的MFT释出水分，从而允许水从絮凝了的MFT在管线内分离。
[0095] 通过下述实施例，对本发明的实施方式和方面将作进一步的理解和描述。
[0096] 实施例
[0097] 实施例1：
[0098] 如上文描述中所述，进行实验室规模的搅拌槽试验，以评价絮凝剂溶液向MFT中的混合。实验室搅拌器初始运行速度为100RPM或230RPM。30％荷电的阴离子聚丙烯酸胺-聚丙烯酸酯抗剪切性共聚物的剂量为每干燥吨大约1000g。图13和14显示，迅速初步混合缩短了屈服应力的进程，以使脱水成为可能，并且增加了从MFT中释出水。
[0099] 实施例2：
[0100] 如上文描述中所述，进行实验室规模的搅拌槽试验，以评价不同剂量的絮凝剂溶液向MFT中的混合。对含有不同剂量溶解絮凝剂的絮凝剂溶液，实验室搅拌器的运行速度为100RPM或230RPM。絮凝剂的计量范围为每吨干燥的MFT使用800至1200g，显示了对脱水而言充分的混合和絮凝。此处絮凝剂为30％荷电的阴离子聚丙烯酸胺-聚丙烯酸酯抗剪切性共聚物，分子量超过10,000,000。对用于含有50到75％粘土含量的MFT的各种30％荷电的聚丙烯酰胺，剂量范围为每干燥吨1000g±20％是合适的。
[0101] 实施例3：
[0102] 如上文描述中所述，进行连续流管道式反应器试验。结果示于图15中，比较了高的和低的流量。为进行低流量试验，将固体含量为34％重量的MFT以26LPM的流量泵送通过2英寸直径的管道，在高流量试验中以100LPM泵送。为进行低流量试验将0.45％有机聚合物絮凝剂溶液以2.6LPM注入，在高流量试验中以10LPM注入。从注入到沉积的距离为753英寸或376.5倍管道直径。长度为2英寸的孔板混合器具有锐孔：下游管直径比d/D＝
0.32，带有6个位于直径为1.032英寸的节距圆上的直径为0.052英寸的注入器。对高流量试验，所述6个注入器直径增加至0.100英寸。
0.32，带有6个位于直径为1.032英寸的节距圆上的直径为0.052英寸的注入器。对高流量试验，所述6个注入器直径增加至0.100英寸。
[0103] 实施例4：
[0104] 如上文描述中所述，使用计算流体力学(CFD)模型。CFD建模将混合区中的絮凝剂溶液认为是幂律流体并将MFT认为是Bingham流体，并且证实，正如在背景技术章节中讨论过的，在相同条件下图4和5的注入装置均充分混合而常规的侧面分支管均为不充分混合。在2英寸直径管道中，MFT的流动速度为30LPM，且聚合物溶液以3LPM注入。2英寸长的孔板混合器具有锐孔：下游管直径比d/D＝0.32，带有6个位于直径为1.032英寸的节距圆
3
上的直径为0.052英寸的注入器。MFT的密度为1250kg/m，屈服应力为2Pa，而聚合物溶液
3 n-2
的密度为1000kg/m，幂律指数n＝0.267，稠度指数为2750kg s /m。
3
上的直径为0.052英寸的注入器。MFT的密度为1250kg/m，屈服应力为2Pa，而聚合物溶液
3 n-2
的密度为1000kg/m，幂律指数n＝0.267，稠度指数为2750kg s /m。
[0105] 此外，在图6-8中所示的图像只能通过CFD建模出现，因为实际MFT是不透明的。对于MFT，CFD模型将非牛顿流体特性合并至液压分析中，以求为各种不同MFT性质和絮凝剂溶液之间可能的组合和改变，发展健全的设计。
[0106] 实施例5：
[0107] 如上文所述，相比于选定特定的絮凝剂，本发明更在于工艺步骤。本领域技术人员能够选择各种各样的絮凝剂，其能够使管内分散、絮凝、释水和非流动沉积发生。一种选择方针的方法包括取得工业应用的MFT的代表性样品并且用快-慢搅拌器试验以观测絮凝物的释水能力。在快-慢混合器试验中，将絮凝物注入以高搅拌速度运行的混合器中，延迟7秒后将搅拌器切换至低速搅拌。由此可评定水释出。例如，试验中用230RPM(相应剪切速率-1 -1为131.5s )进行快速混合并用100RPM(相应剪切速率为37.s )进行低速混合。快-慢搅拌器试验用10％、20％、30％和40％荷电的阴离子聚丙烯酰胺絮凝剂进行，结果30％荷电的阴离子聚丙烯酰胺使得水释出更佳。将这样的30％荷电的阴离子聚丙烯酰胺应用于管道式反应器并进行CFD建模，验证了这一方法。此外，快-慢搅拌器试验用高分子量和低分子量线型阴离子聚丙烯酰胺絮凝剂进行，结果高分子量聚丙烯酰胺使得水释出更佳。快-慢搅拌器试验可以与CFD模型联合使用，用于对具有所需配方的密度的絮凝剂溶液混合进行试验。这样的絮凝剂和絮凝剂溶液的交互确认有助于改进工艺作业条件以及验证首选的絮凝剂和絮凝剂溶液。
[0108] 实施例6：
[0109] 进行试验，显示了能够在将絮凝剂注入管线内的MFT，之后进行管道调节、沉积和干燥。图16-18示意性示出了所使用的不同的试验设置。对图16-17，絮凝的MFT沉积在滩涂上，而对图18，沉积在沉积小池内。
[0110] 该MFT为36％重量的固体，从池中以300至720gal/min的流量泵出。絮凝剂溶液在不同的位置注入管线内。所用絮凝剂中一种为30％荷电的阴离子聚丙烯酰胺-聚丙烯酸钠共聚物，其分子量超过10,000,000。沿着管道对絮凝了的MFT进行调节并且将其从串联安置的套管喷出。
[0111] 为了监控干燥过程，获取样品并分析固体百分比。取决于样品位置，达到75重量％的固体的干燥时间从5到7.5天。具有斜坡的沉积区显示出更快的干燥。图19和20显示了沉积的MFT的干燥时间的两个不同样品点的结果。
[0112] 在每吨干燥MFT中0.6Kg到1.1Kg之间的剂量提供了优选的排水结果，且排出的水比使用此范围之外的剂量时更加干净。试验显示，由于多种原因，错误的剂量会减少脱水。如果剂量太低，一些MFT未絮凝且总体上缺乏脱水性能。应用过多剂量的絮凝也会导致减少脱水，因为导致水分聚集成含有固体的半凝胶块，使得在所给的管道尺寸和液压条件下，更加难以提供充分的调节以使其水释出。这两种情况均被观察到，并且对剂量进行了补偿调节。此外，水质取决于剂量控制。剂量过度或不充分混合(造成局部剂量过度)导致差的水质，有时其中含有超过1重量％的固体。加强剂量控制，优选剂量范围和迅速初始混合有助于解决水质问题并促进MFT的脱水和干燥。其它观测资料记录到了尽管有明显的降水，沉积的MFT仍脱水和干燥，因此耐受由于降水导致的再水合。
[0114] 实施例7：
[0115] 成功处理MFT的挑战之一是在作业中遭遇到的工艺变化。可期望使用侧面注入喷嘴用于将液体混合入MFT。利用为MFT管道式反应器模型而发展的混合过程算法，对于MFT流量的范围，图21比较了典型的侧面注入喷嘴与图4中在2英寸管道上的带孔喷嘴，基于：
[0116] -MFT为30重量％的固体且作为Herschel-Bulkley流体进行建模，屈服应力2Pa3
和高剪切速率粘度为10mPas。密度为1250kg/m。
和高剪切速率粘度为10mPas。密度为1250kg/m。
[0117] -絮凝剂溶液作为n＝0.267且稠度指数(k)为2750kg sn-2/m的幂律流体进行建3
模。密度为1000kg/m，且流量为MFT体积流量的1/10。
模。密度为1000kg/m，且流量为MFT体积流量的1/10。
[0118] -孔板混合器孔径比0.32。
[0119] -注入聚合物溶液的流动区域对两种混合器都是相同的、
[0120] 图21说明，图4的孔板混合器相比于常规的侧面注入喷嘴来说，在MFT流量范围内提供了明显优选的混合。
[0121] 在MFT管理和回收方式上明显进步的本发明的方法，通过优选实施方式和方面和实施例得到了描述。这些描述和附图用于帮助理解本发明，而非限制本发明的范围。显然本领域技术人员能够在不脱离本发明实质的条件下进行对本发明各种各样的更改。
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