我国油砂资源约占世界石油储量的30%,开发利用油砂对国家能源安全具有重要意义。目前,油砂开发利用的主要方法有热碱水洗法、溶剂萃取法、热解法等。与前2种方法相比,后者具有油品回收率高、工艺简单、节水、节能、减排等特点。
将油砂进行热解的过程实质上就是从油砂中提炼沥青质的过程。提炼沥青质还可以使用原位沥青抽提法,但该方法一般适用于埋藏较深的油砂资源,且需要向矿井中注入降低沥青粘度的介质。相比较而言,油砂热解更适用于近地表油砂资源矿藏,而且该方法有助于更加有效地利用油砂资源。油砂热解的具体步骤是:将油砂在隔绝空气的条件下进行加热,先释放出油砂中的挥发分,再将无法挥发的大分子组分热裂解成轻质组分。经过高温处理后可以从粗焦油砂中蒸馏出石油产品。还能起到脱碳及改善油的碳氢比的作用,能够显著提高油品质量。正是因为这些优点,油砂热解提炼沥青质的市场前景非常良好。
油砂热解反应可以看作一定温度下热不稳定物质发生蒸发、裂解、缩聚等变化,受相变及化学反应活化能等约束,反应过程及产物分布很大程度上由温度决定。随着反应温度的升高,一般认为油砂热解过程分为三个阶段:
1、低温阶段80~150℃,主要是油砂的脱水过程,同时伴随少量吸附在油砂表面的有机气体逸出和较弱化学键的断开。
2、随着反应温度升高到150~600℃,进入热解反应的主要阶段,油砂中有机物在此阶段大量析出。在较低温度区间主要为油砂沥青质中游离相的脱附,此后部分大分子侧链及桥键断裂形成碎片自由基,自由基进一步反应或稳定下来形成小分子有机物,以气态形式逸出,经冷却后分离为液态和气态产品。
3、温度>600℃,有机挥发物的逸出量明显减少,半焦中稠环芳烃进一步脱氢、缩聚及重排,油砂中的矿物质分解产生大量无机气体。