浅谈微波加热技术处理油砂矿可行性

赖德贵

摘 要：该论文介绍微波加热原理、微波加热处理油砂矿工艺原理及原理流程图，重点论述了微波加热技术处理油砂矿的技术优势、面临的技术问题以及需要解决的关键技术问题；鉴于微波加热处理油砂技术能够解决油砂水洗技术所带来的油砂破碎、沥青油脱水以及尾矿污水、污泥处理等核心技术问题，相比油砂热水洗法、溶剂萃取法、热解干馏法，微波加热技术处理油砂矿具有经济、环保、节能方面的突出优势，技术应用前景非常可观。

关键词：微波加热技术 油砂矿 沥青油 热水洗法

中图分类号：TD951 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）12（a）-0007-02

目前国外油砂分离技术主要有3种：热水洗法[1]、溶剂萃取法、热解干馏法。油砂的分离方法根据油砂结构不同所采用的分离方法不同，一般水润型油砂适合水洗分离，油润型油砂适合有机溶剂萃取分离或热解干馏分离。热化学水洗法与干馏法分离油砂将会成为未来地面油砂分离的主要方法，微波加热技术处理油砂矿属于干馏法分离油砂矿技术范畴。

1 微波加热处理油砂矿原理及流程

1.1 微波加热原理

微波是频率在300 MHz～300 GHz的电波，它是通过被加热体内部偶极分子高频往复运动，产生“内摩擦热”从而使被加热物料温度升高，不须任何热传导过程，就能使物料内外部同时加热、同时升温，加热速度快且均匀，仅需传统加热方式的能耗的几分之一或几十分之一就可达到加热目的[2]。

1.2 微波处理油砂矿原理流程

油砂块输送至微波滚筒炉内，利用微波对油砂块直接加热，将油砂块加热至250℃～550℃，油砂中的烃类在高温下，分解为气态混合烃，通过负压压缩机抽出，利用粉尘过滤器将气态混合烃携带的粉尘过滤干净，再通过冷凝器将气态混合烃冷凝为液相混合烃，液相混合烃即为最终的合格产品——沥青油，沥青油输送至炼油厂进一步提炼各类成品油。分离完的尾砂一部分热量回收利用后，输送至油砂矿坑回填矿坑。微波技术处理油砂矿原理流程图详见图1。

2 微波加热技术处理油砂矿的技术优势

（1）油砂不需粉碎处理，解决了油砂粉碎难的技术问题；热水洗法、溶剂萃取法处理油砂均需要对油砂进行破碎处理，破碎粒径≤5 mm才能满足进料粒径要求；同时，油砂破碎装置存在物料粘结，易发生机械故障、设备磨损快、稳定性差的突出问题。由于微波具有加热穿透能力强的突出特点，可以对油砂块进行内外加热，不需对油砂块进行粉碎处理，即可对油砂进行均匀加热。

（2）油砂处理过程中不需加入水，分离出的沥青油为含水低于0.5%的合格油，且尾料没有二次污染；热水洗法、溶剂萃取法处理油砂，分离出的沥青油只能算半成品，还需要对沥青油进一步脱水、脱砂、脱萃取剂，处理合格后才能交炼油厂；而微波加热技术处理油砂矿，生产的沥青油为合格产品，可直接交炼油厂，生产的尾料没有化学物质，不需进行特殊处理即可满足环保，回填矿坑的要求。

（3）微波加热油砂热效率高，速度快，不存在中间换热问题，没有换热损失；一般的加热方法凭借加热周围的环境，以热量的辐射或通过热空气对流的方式使物体的表面先得到加热，然后通过热传导传导物体的内部。这种方法效率低，加热时间长。微波加热的最大特点是，微波是在被加热物内部产生的，热源来自物体内部，加热均匀，不会造成“外焦里不熟”的夹生现象，同时由于“里外同时加热”大大缩短了加热时间，加热效率高。

（4）微波加热温度控制及时、反应灵敏；微波加热可在短时间内迅速地将微波功率调到所需的数值，加热到适当的温度，便于自动化和连续化生产，为油砂工业化、规模化生产提供前提条件。

（5）微波加热技术处理油砂矿清洁卫生、无污染，不会产生大量难以处理的尾矿。油砂水洗分离将会产生大量的尾矿，尾矿中含有多种化学物质、沥青油、泥浆，处理难度大且成本高，目前加拿大也没有非常成熟、有效的处理技术。而微波加热技术处理油砂矿清洁卫生，产品及尾料中均不含化学物质，不会造成环境污染，且节省了水资源。

3 微波加热技术处理油砂矿面临的技术问题

（1）能耗问题，微波处理油砂温度250℃～550℃，分离出的沥青油、尾砂携带大量的热量，如该能耗无法有效回收利用，该处理工艺将面临高能耗的突出问题。

（2）规模化连续生产问题，微波处理油砂矿与气体热载法处理油页岩的处理工艺类似，不同之处是加热方式不一样（油页岩：气体热载法加热[3]，油砂矿：微波直接加热），微波处理油砂需要40～60 min才能将油砂块加热到250℃～550℃，无法实现进、出料连续生产，限制了处理站的处理规模，一定程度上影响油砂规模化、工业化生产。

（3）技术成熟度、可靠性问题，目前，微波处理油砂还处于室内研究及小型化试验阶段，目前还没有成功应用到油砂矿工业的工程实例。

4 需要解决的关键技术

微波加热技术处理油砂矿技术工业化、规模化应用，需重点解决以下关键技术。

（1）热能综合回收利用技术，微波加热技术处理油砂矿必须解决高温混合烃、油砂尾料热能回收利用问题，高温混合烃可采用气-液换热器换热，回收气相热量，油砂尾料可考虑采用干熄焦技术[4]、流化床式热回收技术回收固相热量，回收的热量一部分用于油砂预热，剩余的热量可考虑建筑物采暖、蒸汽透平发电等。

（2）工业化、规模化生产技术，油砂矿要实现经济、高效开发，必须实现工业化、规模化处理，由于微波加热技术处理油砂矿无法实现连续生产，可考虑通过提高单列装置的处理规模，同时设置多列处理装置的方法，提高装置处理规模，实现油砂矿高效、经济开发。

5 结语

鉴于微波加热处理油砂解决了油砂热碱水水洗处理油砂所带来的油砂破碎问题，沥青油脱水问题、尾矿污水、污泥处理等诸多技术难题，微波加热处理油砂在经济、节能、环保方面的突出优势，将给油砂矿工业带来革命性的变革，技术推广应用前景非常可观。

参考文献

[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] 张瑜，郝文辉，高金辉.微波技术及应用[M].西安：西安电子科技大学出版社，2006.

[3] 秦宏，李建坡，王擎，等.油页岩气体热载体干馏炉内干馏特性研究[J].化学工程，2015，43（5）：11-15.

[4] 郑明东，李光辉，崔平，等.干熄焦技术在节能减排中的作用与地位[J].燃料与化工，2011（5）：1-4.