国内外油砂分离技术研究
摘要:对油砂成矿特性进行分析，并对油砂分离技术进展进行概述。概括了水洗分离技术、溶剂抽提技术、超声波辅助分离技术、热解干馏技术和生物处理技术等室内研究及其分离原理。对各种油砂分离方法的优劣及发展发向进行讨论。关键词:油砂;成矿特性;分离技术
近些年，油气资源的日益紧缺己成为严重制约我国国民经济和社会可持续性发展的重大问题。据有关资料显示，2012年国内石油需求将继续增加，可能达到4.93亿t，同比增长5%，略高于2011年。2011年我国原油进口量超过了总需求量的55%，估计在2012年我国原油进口的依存度将上升到57%。目前，油页岩、重质原油、油砂及超重原油等被IEA(国际能源机构)称为非常规石油资源f21，并且他们认为非常规石油的供应和利用对未来世界能源的安全提供有力的保障。
随着常规能源的日益枯竭，寻找新的替代资源越来越受到人们的重视，发展非常规石油资源一油砂就成为一个后石油时代的大趋势。开发油砂资源符合国家能源政策，对确保我国的能源安全具有重要的战略意义。在目前的技术条件下，油砂分离的主要方法有:热水碱洗提取法，有机溶剂提取法，热裂解干馏法，超声波辅助分离提取法等。近几年，对于油砂等非常规能源的开采和利用已取得重大进展，随着科技的进步，原油的紧张，这方面的研究力度逐渐扩大。1油砂组成
油砂主要是由油砂油(油砂沥青)和矿砂组成，其中还有一部分水和其他杂质。其成分比例大致为:其中油砂油(油砂沥青)的质量比约为4%一20% ,非结合水约占1%一6%，无机质(以硅酸盐和碳酸盐为主)约占80%一90%。具体的油砂矿品质划分标准是:富矿的油砂油含量要求高于10%，而贫矿则一般小于6%}}}。当然如果油砂资源开采地区不一样，其中各成分的比例可能不尽相同。其中我国内蒙古的油砂含沥青约12%一15%，含水约1%一3%，其余为二氧化硅等矿物质。印尼油砂矿中含油砂油20%一30%，含水量10%一20%，其余都为碳酸盐和杂质f410
油砂油在常规条件下粘度是超过超过1X104mPa·s，油品密度也是大于1 g/cm3，所以流动性极差，对开采带来了很大的困难，尽管采用一般开采稠油的方法获取油砂沥青也是不可行的。1.1油砂油
油砂中的油即油砂油，有些文献也成油砂沥青，其在元素上的组成与常规的原油及稠油十分相似，但由于油砂油的分子量更大，成分和结构更复杂，约含有几千种化合物共同组成.
依照目前的分析测试条件，依然不能把油砂油彻底分成单个化合物的形式来评价。目前只能认为油砂油是是粘稠的半固体状有机质，主要是由烃类和非烃类化合物组成，碳元素含80%左右，其余组分中含有氢元素，以及少量的氮、硫、氧和一些微量金属元素。
1.2油砂中的矿物质
占油砂比例是相应的砂砾，大部分油砂中的颗粒大的可达1 000 hum，小的可小于3 hum。一般小于44 hum的大部分称为砂屑和粘土。
基本上各地的油砂矿的砂砾组成都不一样。其中加拿大油砂矿中「}l，石英砂和粘土占砂子成分的99%，钙铁化合物等组成了其余的1%。加拿大油砂矿中虽然以石英砂为主，但是也含有一部分贵重矿物，主要有金红石(纯度达95%Ti02}等，金红石是一种重要的金属和非金属矿物。印尼油砂中矿物主要以碳酸盐为主，所以粒径非常小，大部分砂粒的粒径只有2一5 hum，超过10 hum的砂砾特别少[f}l，所以这些碳酸盐矿物在烟气脱硫，造纸化工中都有着广泛的应用。
2油砂分离方法概述2.1热水洗提取法
在水洗抽提法处理油砂应用的工艺中大多数���油都采用表明活性剂驱来实现的，通过溶有表面活性剂的水作用，可以改变砂子表面的润湿性，使砂子表面更加亲水，也可使油乳化在水中，实现砂与吸附在上面的沥青分离。这种分离方法源于家庭洗涤原理。在油砂搅拌分离过程中，主要涉及到以下几个分离原理如图。
2.1.1降低油水之间界面张力
为了让油砂矿中的油砂油与砂进行快速的，有效地分离，就要通过改变其物质表面特性和pH,提高温度等方法来使油水之间的界面张力有、液相系统的y减小。在雷斯堡和都谢评论碱驱的文章中指出当溶液的pH值在某一范围时，油水之间的界面张力会显著降低。当pH到达一定值时，表面张力会降到一个峰值，这也就是pH值。
2.1.2乳化作用及流动
在油砂分离过程中，在增加油砂油的收率方面有两个基本作用机理:既乳化一携带作用机理及乳化一滞留作用机理。从基础理论来看，这两个作用机理有着实质性的区别。在油砂分离的过程中，通过搅拌，水剂对流动的油砂油起到乳化作用，从而把油砂油携带进流动的水剂中，在水剂中这些乳化油慢慢聚集，形成小的水包油乳化液。在相应的滞留过程中，由于油砂中的孔隙介质能使乳化油流动受阻，进而使注人水的流动性受到影响，使以前水剂未达到的，未被驱动的油砂孔隙中注人溶剂，达到驱动效果，终能够达到油砂分离过程中空隙和整体相结合的驱动效率。由于水包油乳化液的豁度要比油包水乳化液的粘度低，所以在我们想要的油包水效果的形成过程中，滞留机理的作用效果要明显强于携带机理。
2.1.3油砂的润湿性反转
润湿就是要使油砂中的油从砂粒上破裂分离进人液相，简而言之是从油砂油润湿结构到砂粒水润湿之间的变化。因为很大部分自然形成的表面活性物质存在于油层流体中，德里克斯等进行了一系列的对比实验，实验数据表明，相应的油砂油对砂石的润湿性能是决定于相应原油所具备的特定组分，由于砂粒在分离过程中会吸收各种形式的表面活性物质，这种吸收是无选择地，所以只要在有表面活性物质的情况下，砂粒就将进行优先润湿，截止加人溶剂，发生碱驱效应后，pH值的变化也会与原油中自然存在的表��活性物质进行接触，产生反应，接着就会引起整个润湿性的反转。
2.1.4油水增溶界面处的刚性薄膜
刚性薄膜是某些油砂油中形成于油水接触面的一层互不溶解的薄膜，通常认为，油砂油中的树脂物质和沥青物质等结合形成的刚性界面膜，这层膜一经形成，它们会经过很长时间才能被还原成油砂油。因此这层刚性界面膜一旦形成，将对油砂中沥青油回收产生不利影响，所以在油砂分离过程中，通过处理剂和升高温度来破坏膜的形成条件，或者利用外力搅拌使膜破碎，进而使油砂有效分离。
某石油化工大学的李某等采用水洗法处理内蒙古油砂，通过反应装置，流程和自配水洗剂对油砂进行处理，通过大量的实验数据可以得出在处理的条件和各个反应条件对结果的影响:预处理反应温度60℃，时间0.5 h，空气量为0.5 m}/h，分离时间为17 min，分离时的空气量0.3 m}/h，其中预处理剂浓度和预处理时间对处理效果影响大。
2.2有机溶剂提取法
对油砂采用索氏抽提器或超临界萃取设备进行溶剂抽提，与热水碱洗法相比可以有效减少污水排放，提高油砂油的提取率。但是就当前的科技水平来说，有机溶剂萃取法主要是用于实验室小试和中试研究，工业化应有还有很多需要解决的问题。有机溶剂提取法所用的溶剂有甲苯、丙烷、止庚烷、止戊烷，石脑油一甲醇双溶剂等。
许某用溶剂抽提法处理内蒙古露头油砂，实验考察了五种溶剂的萃取效果，120号溶剂油为效果好的萃取剂。后结果表明，采用120号溶剂油处理油砂，在剂/砂质量比3:1、抽提温度75℃、抽提时间40 min的条件下，可使油提取率达95%，抽提所用溶剂油可回收循环利用。
溶剂抽提技术处理油砂，抽提率较高，但溶剂回收难度大，抽提处理后的尾砂会带有一部分有机溶剂，对环境污染较大，并且由于溶剂都为易燃易爆的轻组分，设备的安全性能也得不到良好的保障，这些问题都制约了该技术的商业化开发。
2.3热裂解干馏法
热裂解干馏技术是对开采出的油砂直接采用在高于250℃的温度下进行反应，经过一段时间的反应后，油砂油的性质有很大的上升，其中油的分子量和油中胶质含量会有所减少。顾名思义，裂解就是重油经过高温条件下轻质化的过程。国内外很多机构
