油砂分离技术研究进展综述李斌 尹晓君 张洋勇邓杰义唐晓东1溶剂萃取技术1.1油砂溶剂萃取机理油砂的溶剂萃取采用相似相溶原理，油砂沥青在溶剂中的溶解传质过程右别丁常规的尚液传质 Cormack等［8］提出油砂沥青的萃取过程是溶剂分子向沥青层扩散，使沥青层的粘度降低;在搅拌等剪切 力作用下溶剂分了使油层剥落，实现油砂沥青和泥沙的分离该观点可较好地解释有搅拌存在时的溶解现 彖，但・静态茅取实验结果不符呛屈等［9］认为：甲苯等芳香坯溶剂先扩散进入沥宵质层，在分子作用 力下将沥青质分散并驱入溶剂整体相中；而溶解力较差的正庚烷等烷坯溶剂山于不能进入沥青质分子内部， 起不到溶解的作用，但是却可以溶解一些沥青中的低分子物质，如饱和分、芳香分以及部分胶质等1.2油砂萃取工艺萃取工艺流程见图2所示溶剂萃取技术具有节约水资源、处理方便、适川范朗广、常温操作等各种 优点,受到很多学者的亲睐陈徳军等［10］采用半连续溶剂抽提法对加拿人油砂进行分离试验,选择重 整汽油做萃取剂，溶剂流ft 60mL/min,在80C、1. OMPa F，萃取60min,油砂沥青提取率达到92.74% 许解辉等［11］选择石脑油为溶剂对哈萨克斯坦的油润型油砂进行抽捉实验研究，油砂颗粒小-T- 40 U .剂 砂质量比为4 : 1、室温下抽提lOmin,收率高达98. 00%o Yang等［12］提出水辅助溶剂萃取工艺（WASEPs） 分离油砂，该工艺在用溶剂萃取油砂沥音的同时加入水，利用溶剂、沥宵、水以及固体砂的密度差异，使 得萃取体系很好的分为二相，从上到下依次为沥青耳溶剂混合相、水相、固体砂。
该工艺和单独用溶剂萃 取相比，能史好的使沥青溶液和固体砂分离，同时能减少沥肯溶液小细颗粒含最（溶剂单独萃取后沥青液中 细颗粒含量为1.2%, WASEPs茅取后含量为0. 55%）,并耳能减少尾砂中溶剂残余量（溶剂单独萃取后尾砂中 溶剂残余量为22%, WASEPs萃取后溶剂残余量为7%） o Yang选择石脑油做萃取剂，油砂:石脑油:水二1 ： 1 : 0.5,温度50〜609,搅拌30min,沥青收率达到72%〜74%,石脑油回收率在92%以上John ［13］用CS2 作油砂萃取分藹的溶剂，CS2对沥青有很好的溶解性，并H. CS2具有较低的沸点（46. 25D ,所以CS2在常 温条件卜能很好的将油砂分离笔者针对克拉玛依油砂开发了一种新型的萃取溶剂，在常温、常压、剂砂 比2mL/g下萃取30min,萃取效率在95.49%以上,在60〜90C,溶剂可完全回收;该过程无水参与,萃取 和溶剂回收温度低，溶剂无损失，具有低能耗、高效率和零排放等优点2热解干镭技术油砂的热解反应主要发生在140〜51LC之间，反应过程分为三个步骤：（1）低温阶段，主要是外部水和 内部水分离、吸附的有机气体逸出和较弱化学键的断开；（2）随养反应温度的升高，进入热解反应的主要阶 段，油砂中有机物大量析出，部分大分子坯类因C-C链断裂分解成小分子有机物，以气态形式逸岀；（3） 温度达5ior时热解反应进入后期，主要反应是稠环芳坯的脱氢、缩聚及重排，这一阶段主要是油砂包裹 油析出和大分子坯类继续裂解成小分子气态有机物［14］ o Meng等［15］研究了内蒙古图牧吉油砂的热解 行为。
结果显示:油砂热裂解可按一级动力学模里进行;随着温度的升高，转化率、液体和气体的收率都增 加，温度超过520C时，不再变化;压力升高会降低热解转化率和收率在600C和0. IMPa条件卜，转化率 达86. 3%,液体收率达80. 4%,主要成分是饱和坯，产物沥青质II/C比増加;气体收率小于6%,主要是C02、 112和COo Pakdel等［16］对阿尔伯塔焦油砂进行真帘热裂解研究，在真帘条件下，加热到450〜500C97. 5% 的硬质沥青转化为软质沥青，有8%的焦炭形成;大约1%的硫化物覆盖在焦炭和砂了上•貞•空热裂解后，II/C 原子比从1.49上升到1.51,饱和坯组分增加，极性化合物降低，多环芳坯增加；同时，沥青粘度人犬降低 热解干懈所得产品是小分子有机物，有利于油品的后续加工,但该技术所需温度较高，操作条件会因油砂 样的性质不同而不同，造成能耗高、设备要求尚、投资大,所以该技术很难得到推广实际上油砂的热解 干镭是一个催化裂化的过程，因为油砂中含有80%-85%的粘土矿物质，其中含有大量的Si02. A1203等物 质,催化裂化是在500C左右以硅酸铝为催化剂将大分子性类裂解的过程，两者都是在高温条件下通过催 化作用将大分子坯类裂解改质成小分子。
所以我们应该从催化裂化的角度來研究油砂的热解分离3超声波分离技术超声波的作用机理:超声波山一系列疏密相间的纵波构成，通过液体介质向四周传播沖一定强度的超 声波在媒质中传播时,会产生力学、热学、泄堂、电学和化学等…系列效应超声波在液体媒质中传播时, 具有空化作用、机械搅拌和热效应,超声波对油品的热效应捉供了特殊物理化学环境,起着特殊的作用［17 -18］ o超声波分离油砂是通过将油砂颗粒丄j清洗剂混合，在一定温度和超声波作用下进行洗油的清洗 剂…般会选择碱液，比如Na2C03, NaOH等溶液0. V. Abramov等［19］采用硅酸钠水溶液作清洗剂能达到 95%以上的洗油效率孙微微等［17］采用碱液清洗剂,对内蒙古油砂进行超声波分离研究,采用门制的清 洗剂，超声频率为28kHz、声强为7.06W/si2、剂砂质量比0.8、温度609、清洗13min,出油率达94% 许修强等［19］对克拉玛依油砂采用超声波分离技术，采用实验室自制的质量分数为5%的YSEL-3,超声 频率40klIz＞功率50W、时间20min、温度50C,出油率达94%以上超声波分离技术虽然能有效分离油砂, 但存在操作复杂、水资源浪费、环境污染等问题。
4离子液体辅助分离技术离子液体在室温卜•呈液态、完全由阴阳离子组成的盐离子液体具有优良的特性：（1）几乎没有熬汽压, 不挥发，有良好的物理化学稳定性，对环境污染小；（2）具有可设计性，通过调整阴阳离子的结构和种类即 可改变离子液体的物化性质陆红等［20］利用离子液体1 一乙基一3 —甲基咪哇四氟硼酸盐和有机溶剂进 行油砂萃取分离研究研究中离子液体质量为油砂质量的1〜3倍，有机溶剂体积L油砂质量比为6〜 lOmL./g,萃取温度为20〜35C,沥青回收率达95%Paul等［21］采用三种离子液体,分别为1 一丁基一2, 3—二甲基咪哇四氟硼酸盐、1 一丁基一3 —甲基咪I坐三氟磺酸盐和1 一乙基一3 —甲基咪II坐乙酸盐，与甲苯 混合在常温下萃取加拿大油砂,m（油砂）：m（离子液体）5（甲苯）=1： 2： 3,搅拌速度400r/m，萃取率达 90%以上虽然离子液体辅助分离具有各种优点，但由于离子液体和有机溶剂的用量大、回收困难，且离子 液体的价格昂贵，这些无疑都增加了油砂分离的成本5结语目前，油砂分离技术主要分为含水与菲水体系两大类，含水体系即操作过程有水参与，包括热碱水水 洗技术、超声波分离技术、水剂法分离技术等，非水体系包括溶剂萃取技术、藹子液体萃取技术和热解干 镉技术。
共中，热解干懈实质上是一个催化裂化的过程各种分离技术都存在有较大问题，含水体系存在 水用量大、水资源浪费、废水处理以及环境污染等问题;溶剂萃取技术存在溶剂用星大、溶剂损失、环境污 染等问题;离子液体萃取技术存在离子液体用量大、冋收闲难、成木高等问题;热解干镭技术能耗高、设备 要求高、投资大综上所述，现有油砂分离技术存在诸多不足，急需开发一种低温或常温、非水体系和药 剂能完全回收的油砂分离技术，实现低能耗、低成本、零排放和高分离效率。