淺談微波加熱技術(shù)處理油砂礦可行性

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)問題以及需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問題；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，通過負(fù)壓壓縮機(jī)抽出，利用粉塵過濾器將氣態(tài)混合烴攜帶的粉塵過濾干凈，再通過冷凝器將氣態(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，不存在中間換熱問題，沒有換熱損失；一般的加熱方法憑借加熱周圍的環(huán)境，以熱量的輻射或通過熱空氣對(duì)流的方式使物體的表面先得到加熱，然后通過熱傳導(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)問題

（1）能耗問題，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，如該能耗無法有效回收利用，該處理工藝將面臨高能耗的突出問題。

（2）規(guī)?；B續(xù)生產(chǎn)問題，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)?；瘧?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)?；a(chǎn)技術(shù)，油砂礦要實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、高效開發(fā)，必須實(shí)現(xiàn)工業(yè)化、規(guī)?；幚恚捎谖⒉訜峒夹g(shù)處理油砂礦無法實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)，可考慮通過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的油砂破碎問題，瀝青油脫水問題、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.