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ビチューメン泡処理は、アサバスカオイルサンド（AOS）のビチューメン回収作業で使用されるプロセスで、ビチューメンを軽質炭化水素溶剤（ナフテン系またはパラフィン系）で希釈して泡の粘度を下げ、以前の水ベースの重力回収段階で除去されなかった汚染物質を除去することにより、ビチューメン泡から微細な無機物（水と鉱物粒子）を除去します。 [ 1 ]粘度が高い、または汚染物質が多すぎるビチューメンは、パイプラインでの輸送や精製には適していません。従来型のナフテン泡処理（NFT）は、化学物質を添加したナフサ溶剤を使用します。 2000年代初頭にアルビアン砂で初めて商業的に使用されたパラフィン溶剤泡処理（PSFT）は、水や鉱物固形物などの汚染物質のレベルが低い、よりきれいなビチューメンをもたらします。[ 2 ]泡処理の後、ビチューメンは「コーカー装置を用いて熱により合成原油を製造する」ことでさらに高度化することができる。[ 2 ]
オイルサンドは、固体鉱物材料（石英砂と粘土）、水、および炭化水素であるビチューメン（石油の最も重い形態）のマトリックスで構成されています。 [ 3 ]国連訓練調査研究所によると、ビチューメンの通常の粘度は 10 mPa·s より大きく、 密度は1000 kg/m 3より大きいです。処理前のオイルサンドは、44ミクロン以下のシルトと粘土の微粒子と、44 ミクロンより大きい砂と岩の粗粒子で構成されています。非常に研磨性があり、角張った形状をしている石英砂の各粒子は、「ビチューメンで完全に包まれています」。[ 4 ]各砂粒は薄い水の膜に囲まれており、ビチューメンは水層と角張った砂粒を覆っています。[ 4 ]ビチューメンと水で覆われた石英砂の粒子は互いにくっついています。未処理の場合、非常に研磨性の高いオイルサンドは、パイプライン、トラック、および採掘や操業で使用されるすべての機器を損傷します。また、ビチューメンの粘度は温度によって変化します。温かいときは糖蜜のようで、冷たいときは凍ります。[ 4 ]炭化水素であるビチューメンは、貴重なエネルギー資源と考えられています。オイルサンド鉱床にビチューメンが多く含まれているほど、その価値は高くなります。鉱床にビチューメンが6%未満しか含まれていない場合、採掘する価値はありません。オイルサンド鉱床は、経済的に採算が取れるためには、少なくとも18%のビチューメンを含んでいる必要があります。[ 4 ]
2004年のカナダ化学工学ジャーナル（CJCE）の記事によると、2004年のビチューメン生産には、採掘、ユーティリティ、抽出、泡処理、水管理、オイルサンド尾鉱池、アップグレードという、相互に関連し統合された6つのプロセスまたはユニットが含まれていました。[ 5 ]泡処理は統合プロセスの一部です。[ 5 ]
粘度が高いため、重質油の生産と輸送ははるかに困難です。[ 6 ]粘度（流体の流れに対する内部抵抗）は原油の物理的特性であり、最終的な石油回収と効果的な流体の流れパイプラインの開発と設計における重要なパラメータです。[ 7 ] [ 8 ]粘度は、石油の探査、生産、回収、輸送のさまざまな段階で推定される圧力-体積-温度（PVT）特性の1つです。[ 7 ] [ 6 ]
ビチューメン中のアスファルテンは、 n-ヘプタンに溶解しない成分として定義されることが多いが、[ 9 ]オイルサンドの操業に悪影響を及ぼす。アスファルテンは「原油に高い粘度を与え」、「無数の生産上の問題」を引き起こす可能性がある。[ 10 ]アスファルテンは、飽和炭化水素（アルカン、芳香族炭化水素、樹脂など）とともに原油中に存在する分子物質であり、 （SARA）として知られている。[ 11 ]
オイルサンド事業者が商業操業で使用する抽出プロセスの第一段階は、1920年代にカール・アドルフ・クラーク（1888～1966）によって開発された改良型クラーク熱水抽出（CHWE）プロセスです。 [ 5 ] 2017年のオイルサンドマガジンの記事によると、ビチューメン回収プロセスの第一段階である水ベースの重力分離を使用してビチューメン泡が分離された後、溶液には平均して「ビチューメン60％、水30％、微細固形物10％」が含まれています。[ 12 ]重力分離容器（一次分離セル（PSC）、一次分離容器（PSV）、またはSepCell）は、ビチューメンの90％を回収します。[ 13 ]このプロセス中にビチューメン泡が生成されます。泡は気泡でいっぱいの高気泡状態であり、泡貯蔵タンクにポンプで送る前に脱気する必要があります。[ 13 ]
第２段階は泡処理である。[ 3 ]泡処理（溶剤ベースの重力分離処理）前のビチューメン泡の品質は「アップグレーダーや精製所で処理するには低すぎる」。[ 13 ]水ベースの重力分離だけでは、残りの不純物（固形分１０〜１５％、水分最大４０％）を除去することはできない。[ 13 ]
泡処理では、軽質炭化水素を用いてアスファルトの粘度を下げ、微粒子と水分を分離することで、より清浄な希釈アスファルト流を得る。
第一段階の処理後のビチューメン泡に含まれるマイクロメートルサイズの無機鉱物汚染物質は、微細なシルトと粘土、および「油中水型エマルジョン液滴」から構成される。これらの液滴は、水系ビチューメン抽出プロセス中に形成され、除去が最も困難である。[ 1 ]： 7199
これらの乳化水滴は、微細な石英砂粒子によってさらに安定化される。油中水エマルジョンは、微細な鉱物粒子が除去されると「不安定化しやすい」。[ 1 ]： 7199効果的な泡除去処理プロセスでは、微細な鉱物粒子がより大きな凝集体を形成し、乳化水滴の不安定化を促進する。[ 1 ]： 7199
統合泡処理では、軽質炭化水素（ナフテン系またはパラフィン系の溶剤）を泡に添加して、ビチューメンの粘度を下げ、より「効果的な重力分離」で微細な無機粒子を除去します。[ 12 ]
2013年の米国化学会（ACS）は、ビチューメン泡処理を「アサバスカオイルサンドのビチューメン回収作業における統合プロセスステップ」と説明しました。その目的は、ビチューメン泡から鉱物固体と水を分離することです。ビチューメン泡は、分離を容易にするために粘度を下げる目的で、ナフテン系またはパラフィン系の溶剤で希釈されます。ビチューメン泡処理とは、「ビチューメン有機溶剤溶液から無機物（鉱物粒子と水滴）を除去すること」です。[ 1 ]： 7199
溶剤とアスファルトの比率（S/B）は、希釈アスファルト中の水（希釈アスファルト）エマルジョンの動態を変化させる。[ 14 ]
2006年までに、アルバータ州には2つの商業化された泡処理プロセスがありました。当時、それらは「芳香族溶媒で希釈した後、遠心分離を行う」Syncrudeプロセスと、「パラフィン系溶媒で希釈した後、重力沈降を行う」Albianプロセスと呼ばれていました。[ 15 ] [ 16 ]
発泡処理後、ビチューメンはパイプラインで輸送する前に、さらに精製処理が必要となる場合があります。2002年から商業利用されているパラフィン系溶剤発泡処理（PSFT）という新しい技術を採用している処理業者は、この精製工程が不要となり、処理コストの大幅な削減を実現しています。一方、従来型のナフテン系発泡処理（NFT）では、精製装置が必要となります。
オイルサンドビチューメンから市場性のある合成原油を生産するには、重質油はコーカーユニットを備えた複雑な重質油アップグレーダーを含む特別な製油所でのみ処理できます。[ 17 ]カナダでは、サスカチュワン州レジーナのコープ製油所複合施設（旧コンシューマーズ・コーポラティブ製油所リミテッド（CCRL））には、オイルサンド製品（例えば、ウェスタン・カナディアン・セレクト（WCS）の成分であるロイドミンスター重質油など）を処理できる必要なコーカーユニットを備えた重質油アップグレーダーセクションがあります。[注1 ] [ 17 ] [ 2 ] [注2 ]
従来型の泡処理では、溶剤ナフサに化学物質を添加してエマルジョンを不安定化させる。[ 2 ] 1970年代から2000年代初頭までの30年間、オイルサンド業界でビチューメン回収に利用できる唯一の技術は、ナフテン泡処理（NFT）であった。[ 12 ]
2002 年にChemosphere誌に掲載され、100 回以上引用されている論文で、著者らは、アサバスカ オイル サンド(AOL)の尾鉱池水(TPW) には推定濃度 81 mg/L のナフテン酸が存在するが、これは TPW を商業的に回収できる供給源とみなすには低すぎるレベルであると述べている。 [ 18 ]彼らは、「大量のアサバスカ オイル サンド尾鉱池水 (TPW) からナフテン酸を効率的に抽出する」ために開発された溶媒ベースの実験室ベンチ手順を研究した。 [ 18 ]同じ著者らは、2001 年にSociety of ToxicologyのToxicological Sciences誌に掲載された、よく引用される論文を発表しており、その中で「ナフテン酸は、オイル サンド鉱床からの石油抽出によって生じる最も重要な環境汚染物質である」と述べている。彼らは、「最悪の暴露条件下では、アサバスカオイルサンド（AOS）の尾鉱池の水に含まれるナフテン酸に暴露された野生哺乳類に急性毒性が生じる可能性は低いが、繰り返し暴露すると健康に悪影響を及ぼす可能性がある」ことを発見した。[ 19 ]
1990年、CanmetENERGYが貢献した研究により、パラフィン溶剤泡処理（PSFT）が開発されました。[ 2 ] Syncrudeは1994年にこのプロセスを特許化し、「オイルサンド泡処理コンソーシアムのすべてのメンバーに使用権を提供し、他のオイルサンド事業でもこのプロセスを実施できるようにした」のです。[ 12 ]
PFTは「ビチューメンの粘度を低下させ、重力分離によって水と固形物の除去を可能にする」。また、アスファルテンを沈殿させ、水や固形物と結合させることで、「不純物がほとんどない」よりきれいなビチューメンが得られる。これにより、水質汚染物質や鉱物汚染物質のレベルが低い、よりきれいなビチューメンが作られる。[ 2 ]
2011年、SNCラバリンは、2012年にアサバスカ油砂地域にPSFTプラントを建設するための6億5000万カナダドルの契約を締結した。これはカナダの油砂産業で初めてのことである。[ 20 ]
パラフィン泡処理 (PFT) の最初の商業化は、 2000 年代初頭にウッドバッファロー地方自治体のアサバスカオイルサンドプロジェクト (AOSP) によって行われました。 [ 10 ] [ 12 ] AOSP は、アルビアンサンドとしても知られており、カナディアンナチュラルリソーシズ(CNRL) (70%)、 シェブロンカナダ(20%)、シェルカナダ(10%)の合弁事業です。 [ 21 ] AOSP は、マスケグリバー鉱山、ジャックパイン鉱山、スコットフォードアップグレーダーで構成されています。[ 21 ] CNRL は 2017 年にシェルの株式を購入しました。 [ 22 ] [ 23 ]
PSFT技術は、インペリアル・オイルのキール・オイルサンド[ 24 ]やテック・リソーシズのフォートヒルズ露天掘りオイルサンド採掘事業[ 25 ]でも使用されています。テックは、計画中の大規模なフロンティア露天掘りオイルサンド採掘事業でもこの技術を使用する予定です[ 25 ] 。テックによると、アップグレーダーの使用を不要にするPSFT技術は、「現在米国で精製されている石油の約半分よりもGHG強度が低い」とのことです[ 25 ] 。
2011年までに、インペリアル・オイルのキール「メガ鉱山」の予想コストは「当初の80億カナダドルから109億カナダドルに増加した」[ 20 ] 。インペリアルは「原油ビチューメンを処理するためのアップグレード装置を建設する代わりに」発泡技術を使用することでコストを削減した[ 20 ]。
泡処理の革新を改善および評価するための研究プロジェクトが多数あります。[ 14 ] [ 26 ] [ 27 ] [ 28 ] [ 29 ] [ 30 ] [ 31 ]
業界が出資し、州政府が義務付けているアルバータ州エネルギー規制委員会（AER）は、州内の瀝青採掘を規制しています。AERの指令082：操業基準 - オイルサンド鉱山および処理プラントの資源回収要件は、州内のすべてのオイルサンド操業の最低回収率を定めています。オイルサンド鉱床は鉱石品位が異なり、瀝青含有量が高いものもあれば、そうでないものもあります。[ 13 ]