國內外油砂分離技術研究

摘要:對油砂成礦特性進行分析，并對油砂分離技術進展進行概述。概括了水洗分離技術、溶劑抽提技術、超聲波輔助分離技術、熱解干餾技術和生物處理技術等室內研究及其分離原理。對各種油砂分離方法的優劣及發展發向進行討論。關鍵詞:油砂;成礦特性;分離技術

????近些年，油氣資源的日益緊缺己成為嚴重制約我國國民經濟和社會可持續性發展的重大問題。據有關資料顯示，2012年國內石油需求將繼續增加，可能達到4.93億t，同比增長5%，略高于2011年。2011年我國原油進口量超過了總需求量的55%，估計在2012年我國原油進口的依存度將上升到57%。目前，油頁巖、重質原油、油砂及超重原油等被IEA(國際能源機構)稱為非常規石油資源f21，并且他們認為非常規石油的供應和利用對未來世界能源的安全提供有力的保障。

????隨著常規能源的日益枯竭，尋找新的替代資源越來越受到人們的重視，發展非常規石油資源一油砂就成為一個后石油時代的大趨勢。開發油砂資源符合國家能源政策，對確保我國的能源安全具有重要的戰略意義。在目前的技術條件下，油砂分離的主要方法有:熱水堿洗提取法，有機溶劑提取法，熱裂解干餾法，超聲波輔助分離提取法等。近幾年，對于油砂等非常規能源的開采和利用已取得重大進展，隨著科技的進步，原油的緊張，這方面的研究力度逐漸擴大。1油砂組成

????油砂主要是由油砂油(油砂瀝青)和礦砂組成，其中還有一部分水和其他雜質。其成分比例大致為:其中油砂油(油砂瀝青)的質量比約為4%一20% ,非結合水約占1%一6%，無機質(以硅酸鹽和碳酸鹽為主)約占80%一90%。具體的油砂礦品質劃分標準是:富礦的油砂油含量要求高于10%，而貧礦則一般小于6%}}}。當然如果油砂資源開采地區不一樣，其中各成分的比例可能不盡相同。其中我國內蒙古的油砂含瀝青約12%一15%，含水約1%一3%，其余為二氧化硅等礦物質。印尼油砂礦中含油砂油20%一30%，含水量10%一20%，其余都為碳酸鹽和雜質f410

????油砂油在常規條件下粘度是超過超過1X104mPa·s，油品密度也是大于1 g/cm3，所以流動性極差，對開采帶來了很大的困難，盡管采用一般開采稠油的方法獲取油砂瀝青也是不可行的。1.1油砂油

????油砂中的油即油砂油，有些文獻也成油砂瀝青，其在元素上的組成與常規的原油及稠油十分相似，但由于油砂油的分子量更大，成分和結構更復雜，約含有幾千種化合物共同組成.

????依照目前的分析測試條件，依然不能把油砂油徹底分成單個化合物的形式來評價。目前只能認為油砂油是是粘稠的半固體狀有機質，主要是由烴類和非烴類化合物組成，碳元素含80%左右，其余組分中含有氫元素，以及少量的氮、硫、氧和一些微量金屬元素。

1.2油砂中的礦物質

????占油砂比例是相應的砂礫，大部分油砂中的顆粒大的可達1 000 hum，小的可小于3 hum。一般小于44 hum的大部分稱為砂屑和粘土。

????基本上各地的油砂礦的砂礫組成都不一樣。其中加拿大油砂礦中「}l，石英砂和粘土占砂子成分的99%，鈣鐵化合物等組成了其余的1%。加拿大油砂礦中雖然以石英砂為主，但是也含有一部分貴重礦物，主要有金紅石(純度達95%Ti02}等，金紅石是一種重要的金屬和非金屬礦物。印尼油砂中礦物主要以碳酸鹽為主，所以粒徑非常小，大部分砂粒的粒徑只有2一5 hum，超過10 hum的砂礫特別少[f}l，所以這些碳酸鹽礦物在煙氣脫硫，造紙化工中都有著廣泛的應用。

2油砂分離方法概述2.1熱水洗提取法

在水洗抽提法處理油砂應用的工藝中大多數???油都采用表明活性劑驅來實現的，通過溶有表面活性劑的水作用，可以改變砂子表面的潤濕性，使砂子表面更加親水，也可使油乳化在水中，實現砂與吸附在上面的瀝青分離。這種分離方法源于家庭洗滌原理。在油砂攪拌分離過程中，主要涉及到以下幾個分離原理如圖。

?

?

?

?

2.1.1降低油水之間界面張力

????為了讓油砂礦中的油砂油與砂進行快速的，有效地分離，就要通過改變其物質表面特性和pH,提高溫度等方法來使油水之間的界面張力有、液相系統的y減小。在雷斯堡和都謝評論堿驅的文章中指出當溶液的pH值在某一范圍時，油水之間的界面張力會顯著降低。當pH到達一定值時，表面張力會降到一個峰值，這也就是pH值。

2.1.2乳化作用及流動

????在油砂分離過程中，在增加油砂油的收率方面有兩個基本作用機理:既乳化一攜帶作用機理及乳化一滯留作用機理。從基礎理論來看，這兩個作用機理有著實質性的區別。在油砂分離的過程中，通過攪拌，水劑對流動的油砂油起到乳化作用，從而把油砂油攜帶進流動的水劑中，在水劑中這些乳化油慢慢聚集，形成小的水包油乳化液。在相應的滯留過程中，由于油砂中的孔隙介質能使乳化油流動受阻，進而使注人水的流動性受到影響，使以前水劑未達到的，未被驅動的油砂孔隙中注人溶劑，達到驅動效果，終能夠達到油砂分離過程中空隙和整體相結合的驅動效率。由于水包油乳化液的豁度要比油包水乳化液的粘度低，所以在我們想要的油包水效果的形成過程中，滯留機理的作用效果要明顯強于攜帶機理。

2.1.3油砂的潤濕性反轉

????潤濕就是要使油砂中的油從砂粒上破裂分離進人液相，簡而言之是從油砂油潤濕結構到砂粒水潤濕之間的變化。因為很大部分自然形成的表面活性物質存在于油層流體中，德里克斯等進行了一系列的對比實驗，實驗數據表明，相應的油砂油對砂石的潤濕性能是決定于相應原油所具備的特定組分，由于砂粒在分離過程中會吸收各種形式的表面活性物質，這種吸收是無選擇地，所以只要在有表面活性物質的情況下，砂粒就將進行優先潤濕，截止加人溶劑，發生堿驅效應后，pH值的變化也會與原油中自然存在的表??活性物質進行接觸，產生反應，接著就會引起整個潤濕性的反轉。

2.1.4油水增溶界面處的剛性薄膜

????剛性薄膜是某些油砂油中形成于油水接觸面的一層互不溶解的薄膜，通常認為，油砂油中的樹脂物質和瀝青物質等結合形成的剛性界面膜，這層膜一經形成，它們會經過很長時間才能被還原成油砂油。因此這層剛性界面膜一旦形成，將對油砂中瀝青油回收產生不利影響，所以在油砂分離過程中，通過處理劑和升高溫度來破壞膜的形成條件，或者利用外力攪拌使膜破碎，進而使油砂有效分離。

????某石油化工大學的李某等采用水洗法處理內蒙古油砂，通過反應裝置，流程和自配水洗劑對油砂進行處理，通過大量的實驗數據可以得出在處理的條件和各個反應條件對結果的影響:預處理反應溫度60℃，時間0.5 h，空氣量為0.5 m}/h，分離時間為17 min，分離時的空氣量0.3 m}/h，其中預處理劑濃度和預處理時間對處理效果影響大。

2.2有機溶劑提取法

????對油砂采用索氏抽提器或超臨界萃取設備進行溶劑抽提，與熱水堿洗法相比可以有效減少污水排放，提高油砂油的提取率。但是就當前的科技水平來說，有機溶劑萃取法主要是用于實驗室小試和中試研究，工業化應有還有很多需要解決的問題。有機溶劑提取法所用的溶劑有甲苯、丙烷、止庚烷、止戊烷，石腦油一甲醇雙溶劑等。

????許某用溶劑抽提法處理內蒙古露頭油砂，實驗考察了五種溶劑的萃取效果，120號溶劑油為效果好的萃取劑。后結果表明，采用120號溶劑油處理油砂，在劑/砂質量比3:1、抽提溫度75℃、抽提時間40 min的條件下，可使油提取率達95%，抽提所用溶劑油可回收循環利用。

????溶劑抽提技術處理油砂，抽提率較高，但溶劑回收難度大，抽提處理后的尾砂會帶有一部分有機溶劑，對環境污染較大，并且由于溶劑都為易燃易爆的輕組分，設備的安全性能也得不到良好的保障，這些問題都制約了該技術的商業化開發。

2.3熱裂解干餾法

????熱裂解干餾技術是對開采出的油砂直接采用在高于250℃的溫度下進行反應，經過一段時間的反應后，油砂油的性質有很大的上升，其中油的分子量和油中膠質含量會有所減少。顧名思義，裂解就是重油經過高溫條件下輕質化的過程。國內外很多機構