淺談微波加熱技術處理油砂礦可行性

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，重點論述了微波加熱技術處理油砂礦的技術優勢、面臨的技術問題以及需要解決的關鍵技術問題；鑒于微波加熱處理油砂技術能夠解決油砂水洗技術所帶來的油砂破碎、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，微波加熱技術處理油砂礦具有經濟、環保、節能方面的突出優勢，技術應用前景非常可觀。

關鍵詞：微波加熱技術 油砂礦 瀝青油 熱水洗法

中圖分類號：TD951 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）12（a）-0007-02

目前國外油砂分離技術主要有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油砂結構不同所采用的分離方法不同，一般水潤型油砂適合水洗分離，油潤型油砂適合有機溶劑萃取分離或熱解干餾分離。熱化學水洗法與干餾法分離油砂將會成為未來地面油砂分離的主要方法，微波加熱技術處理油砂礦屬于干餾法分離油砂礦技術范疇。

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部偶極分子高頻往復運動，產生“內摩擦熱”從而使被加熱物料溫度升高，不須任何熱傳導過程，就能使物料內外部同時加熱、同時升溫，加熱速度快且均勻，僅需傳統加熱方式的能耗的幾分之一或幾十分之一就可達到加熱目的[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，利用微波對油砂塊直接加熱，將油砂塊加熱至250℃～550℃，油砂中的烴類在高溫下，分解為氣態混合烴，通過負壓壓縮機抽出，利用粉塵過濾器將氣態混合烴攜帶的粉塵過濾干凈，再通過冷凝器將氣態混合烴冷凝為液相混合烴，液相混合烴即為最終的合格產品——瀝青油，瀝青油輸送至煉油廠進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。微波技術處理油砂礦原理流程圖詳見圖1。

2 微波加熱技術處理油砂礦的技術優勢

（1）油砂不需粉碎處理，解決了油砂粉碎難的技術問題；熱水洗法、溶劑萃取法處理油砂均需要對油砂進行破碎處理，破碎粒徑≤5 mm才能滿足進料粒徑要求；同時，油砂破碎裝置存在物料粘結，易發生機械故障、設備磨損快、穩定性差的突出問題。由于微波具有加熱穿透能力強的突出特點，可以對油砂塊進行內外加熱，不需對油砂塊進行粉碎處理，即可對油砂進行均勻加熱。

（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，還需要對瀝青油進一步脫水、脫砂、脫萃取劑，處理合格后才能交煉油廠；而微波加熱技術處理油砂礦，生產的瀝青油為合格產品，可直接交煉油廠，生產的尾料沒有化學物質，不需進行特殊處理即可滿足環保，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境，以熱量的輻射或通過熱空氣對流的方式使物體的表面先得到加熱，然后通過熱傳導傳導物體的內部。這種方法效率低，加熱時間長。微波加熱的最大特點是，微波是在被加熱物內部產生的，熱源來自物體內部，加熱均勻，不會造成“外焦里不熟”的夾生現象，同時由于“里外同時加熱”大大縮短了加熱時間，加熱效率高。

（4）微波加熱溫度控制及時、反應靈敏；微波加熱可在短時間內迅速地將微波功率調到所需的數值，加熱到適當的溫度，便于自動化和連續化生產，為油砂工業化、規模化生產提供前提條件。

（5）微波加熱技術處理油砂礦清潔衛生、無污染，不會產生大量難以處理的尾礦。油砂水洗分離將會產生大量的尾礦，尾礦中含有多種化學物質、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。而微波加熱技術處理油砂礦清潔衛生，產品及尾料中均不含化學物質，不會造成環境污染，且節省了水資源。

3 微波加熱技術處理油砂礦面臨的技術問題

（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）規模化連續生產問題，微波處理油砂礦與氣體熱載法處理油頁巖的處理工藝類似，不同之處是加熱方式不一樣（油頁巖：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℃，無法實現進、出料連續生產，限制了處理站的處理規模，一定程度上影響油砂規模化、工業化生產。

（3）技術成熟度、可靠性問題，目前，微波處理油砂還處于室內研究及小型化試驗階段，目前還沒有成功應用到油砂礦工業的工程實例。

4 需要解決的關鍵技術

微波加熱技術處理油砂礦技術工業化、規模化應用，需重點解決以下關鍵技術。

（1）熱能綜合回收利用技術，微波加熱技術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[4]、流化床式熱回收技術回收固相熱量，回收的熱量一部分用于油砂預熱，剩余的熱量可考慮建筑物采暖、蒸汽透平發電等。

（2）工業化、規模化生產技術，油砂礦要實現經濟、高效開發，必須實現工業化、規模化處理，由于微波加熱技術處理油砂礦無法實現連續生產，可考慮通過提高單列裝置的處理規模，同時設置多列處理裝置的方法，提高裝置處理規模，實現油砂礦高效、經濟開發。

5 結語

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難題，微波加熱處理油砂在經濟、節能、環保方面的突出優勢，將給油砂礦工業帶來革命性的變革，技術推廣應用前景非常可觀。

參考文獻

[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.微波技術及應用[M].西安：西安電子科技大學出版社，2006.

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

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