賴德貴

摘 要：該論文介紹微波加熱原理、微波加熱處理油砂礦工藝原理及原理流程圖，重點(diǎn)論述了微波加熱技術(shù)處理油砂礦的技術(shù)優(yōu)勢(shì)、面臨的技術(shù)問(wèn)題以及需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題；鑒于微波加熱處理油砂技術(shù)能夠解決油砂水洗技術(shù)所帶來(lái)的油砂破碎、瀝青油脫水以及尾礦污水、污泥處理等核心技術(shù)問(wèn)題，相比油砂熱水洗法、溶劑萃取法、熱解干餾法，微波加熱技術(shù)處理油砂礦具有經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、節(jié)能方面的突出優(yōu)勢(shì)，技術(shù)應(yīng)用前景非?？捎^。

關(guān)鍵詞：微波加熱技術(shù) 油砂礦 瀝青油 熱水洗法

中圖分類號(hào)：TD951 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）12（a）-0007-02

目前國(guó)外油砂分離技術(shù)主要有3種：熱水洗法[1]、溶劑萃取法、熱解干餾法。油砂的分離方法根據(jù)油砂結(jié)構(gòu)不同所采用的分離方法不同，一般水潤(rùn)型油砂適合水洗分離，油潤(rùn)型油砂適合有機(jī)溶劑萃取分離或熱解干餾分離。熱化學(xué)水洗法與干餾法分離油砂將會(huì)成為未來(lái)地面油砂分離的主要方法，微波加熱技術(shù)處理油砂礦屬于干餾法分離油砂礦技術(shù)范疇。

1 微波加熱處理油砂礦原理及流程

1.1 微波加熱原理

微波是頻率在300 MHz～300 GHz的電波，它是通過(guò)被加熱體內(nèi)部偶極分子高頻往復(fù)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生“內(nèi)摩擦熱”從而使被加熱物料溫度升高，不須任何熱傳導(dǎo)過(guò)程，就能使物料內(nèi)外部同時(shí)加熱、同時(shí)升溫，加熱速度快且均勻，僅需傳統(tǒng)加熱方式的能耗的幾分之一或幾十分之一就可達(dá)到加熱目的[2]。

1.2 微波處理油砂礦原理流程

油砂塊輸送至微波滾筒爐內(nèi)，利用微波對(duì)油砂塊直接加熱，將油砂塊加熱至250℃～550℃，油砂中的烴類在高溫下，分解為氣態(tài)混合烴，通過(guò)負(fù)壓壓縮機(jī)抽出，利用粉塵過(guò)濾器將氣態(tài)混合烴攜帶的粉塵過(guò)濾干凈，再通過(guò)冷凝器將氣態(tài)混合烴冷凝為液相混合烴，液相混合烴即為最終的合格產(chǎn)品——瀝青油，瀝青油輸送至煉油廠進(jìn)一步提煉各類成品油。分離完的尾砂一部分熱量回收利用后，輸送至油砂礦坑回填礦坑。微波技術(shù)處理油砂礦原理流程圖詳見(jiàn)圖1。

2 微波加熱技術(shù)處理油砂礦的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

（1）油砂不需粉碎處理，解決了油砂粉碎難的技術(shù)問(wèn)題；熱水洗法、溶劑萃取法處理油砂均需要對(duì)油砂進(jìn)行破碎處理，破碎粒徑≤5 mm才能滿足進(jìn)料粒徑要求；同時(shí)，油砂破碎裝置存在物料粘結(jié)，易發(fā)生機(jī)械故障、設(shè)備磨損快、穩(wěn)定性差的突出問(wèn)題。由于微波具有加熱穿透能力強(qiáng)的突出特點(diǎn)，可以對(duì)油砂塊進(jìn)行內(nèi)外加熱，不需對(duì)油砂塊進(jìn)行粉碎處理，即可對(duì)油砂進(jìn)行均勻加熱。

（2）油砂處理過(guò)程中不需加入水，分離出的瀝青油為含水低于0.5%的合格油，且尾料沒(méi)有二次污染；熱水洗法、溶劑萃取法處理油砂，分離出的瀝青油只能算半成品，還需要對(duì)瀝青油進(jìn)一步脫水、脫砂、脫萃取劑，處理合格后才能交煉油廠；而微波加熱技術(shù)處理油砂礦，生產(chǎn)的瀝青油為合格產(chǎn)品，可直接交煉油廠，生產(chǎn)的尾料沒(méi)有化學(xué)物質(zhì)，不需進(jìn)行特殊處理即可滿足環(huán)保，回填礦坑的要求。

（3）微波加熱油砂熱效率高，速度快，不存在中間換熱問(wèn)題，沒(méi)有換熱損失；一般的加熱方法憑借加熱周?chē)沫h(huán)境，以熱量的輻射或通過(guò)熱空氣對(duì)流的方式使物體的表面先得到加熱，然后通過(guò)熱傳導(dǎo)傳導(dǎo)物體的內(nèi)部。這種方法效率低，加熱時(shí)間長(zhǎng)。微波加熱的最大特點(diǎn)是，微波是在被加熱物內(nèi)部產(chǎn)生的，熱源來(lái)自物體內(nèi)部，加熱均勻，不會(huì)造成“外焦里不熟”的夾生現(xiàn)象，同時(shí)由于“里外同時(shí)加熱”大大縮短了加熱時(shí)間，加熱效率高。

（4）微波加熱溫度控制及時(shí)、反應(yīng)靈敏；微波加熱可在短時(shí)間內(nèi)迅速地將微波功率調(diào)到所需的數(shù)值，加熱到適當(dāng)?shù)臏囟?，便于自?dòng)化和連續(xù)化生產(chǎn)，為油砂工業(yè)化、規(guī)?；a(chǎn)提供前提條件。

（5）微波加熱技術(shù)處理油砂礦清潔衛(wèi)生、無(wú)污染，不會(huì)產(chǎn)生大量難以處理的尾礦。油砂水洗分離將會(huì)產(chǎn)生大量的尾礦，尾礦中含有多種化學(xué)物質(zhì)、瀝青油、泥漿，處理難度大且成本高，目前加拿大也沒(méi)有非常成熟、有效的處理技術(shù)。而微波加熱技術(shù)處理油砂礦清潔衛(wèi)生，產(chǎn)品及尾料中均不含化學(xué)物質(zhì)，不會(huì)造成環(huán)境污染，且節(jié)省了水資源。

3 微波加熱技術(shù)處理油砂礦面臨的技術(shù)問(wèn)題

（1）能耗問(wèn)題，微波處理油砂溫度250℃～550℃，分離出的瀝青油、尾砂攜帶大量的熱量，如該能耗無(wú)法有效回收利用，該處理工藝將面臨高能耗的突出問(wèn)題。

（2）規(guī)模化連續(xù)生產(chǎn)問(wèn)題，微波處理油砂礦與氣體熱載法處理油頁(yè)巖的處理工藝類似，不同之處是加熱方式不一樣（油頁(yè)巖：氣體熱載法加熱[3]，油砂礦：微波直接加熱），微波處理油砂需要40～60 min才能將油砂塊加熱到250℃～550℃，無(wú)法實(shí)現(xiàn)進(jìn)、出料連續(xù)生產(chǎn)，限制了處理站的處理規(guī)模，一定程度上影響油砂規(guī)?；?、工業(yè)化生產(chǎn)。

（3）技術(shù)成熟度、可靠性問(wèn)題，目前，微波處理油砂還處于室內(nèi)研究及小型化試驗(yàn)階段，目前還沒(méi)有成功應(yīng)用到油砂礦工業(yè)的工程實(shí)例。

4 需要解決的關(guān)鍵技術(shù)

微波加熱技術(shù)處理油砂礦技術(shù)工業(yè)化、規(guī)模化應(yīng)用，需重點(diǎn)解決以下關(guān)鍵技術(shù)。

（1）熱能綜合回收利用技術(shù)，微波加熱技術(shù)處理油砂礦必須解決高溫混合烴、油砂尾料熱能回收利用問(wèn)題，高溫混合烴可采用氣-液換熱器換熱，回收氣相熱量，油砂尾料可考慮采用干熄焦技術(shù)[4]、流化床式熱回收技術(shù)回收固相熱量，回收的熱量一部分用于油砂預(yù)熱，剩余的熱量可考慮建筑物采暖、蒸汽透平發(fā)電等。

（2）工業(yè)化、規(guī)模化生產(chǎn)技術(shù)，油砂礦要實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、高效開(kāi)發(fā)，必須實(shí)現(xiàn)工業(yè)化、規(guī)?；幚?，由于微波加熱技術(shù)處理油砂礦無(wú)法實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)，可考慮通過(guò)提高單列裝置的處理規(guī)模，同時(shí)設(shè)置多列處理裝置的方法，提高裝置處理規(guī)模，實(shí)現(xiàn)油砂礦高效、經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)。

5 結(jié)語(yǔ)

鑒于微波加熱處理油砂解決了油砂熱堿水水洗處理油砂所帶來(lái)的油砂破碎問(wèn)題，瀝青油脫水問(wèn)題、尾礦污水、污泥處理等諸多技術(shù)難題，微波加熱處理油砂在經(jīng)濟(jì)、節(jié)能、環(huán)保方面的突出優(yōu)勢(shì)，將給油砂礦工業(yè)帶來(lái)革命性的變革，技術(shù)推廣應(yīng)用前景非?？捎^。

參考文獻(xiàn)

[1] Jacob H. Masliyah. Handbook on Theory and Practice of bitumen recovery from Athabasca oil Sands.volume 1：Theoretical basis Library and archives [Z].Candada Cataloguing in publication，2011.

[2] 張瑜，郝文輝，高金輝.微波技術(shù)及應(yīng)用[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2006.

[3] 秦宏，李建坡，王擎，等.油頁(yè)巖氣體熱載體干餾爐內(nèi)干餾特性研究[J].化學(xué)工程，2015，43（5）：11-15.

[4] 鄭明東，李光輝，崔平，等.干熄焦技術(shù)在節(jié)能減排中的作用與地位[J].燃料與化工，2011（5）：1-4.