油砂热解系统运行参数在线监测系统设计(2)
全球的油砂资源集中分布在阿尔卑斯带和太平洋带，储量相当丰富，将其折算成稠油的数量大于天然石油的已探明储量。世界上的油砂资源总储量约4 000亿吨，广泛分布于加拿大、委内瑞拉和俄罗斯等国家。此外，美国、中国、非洲也有分布。加拿大西部的沉积盆地拥有世界上的最大油砂矿藏，占据了世界油砂储量的40%，加拿大是以成为全球第二大石油储备国。中国的油砂沥青总储量在59.7亿吨左右，可开采部分占总量的37.8%，并且在新疆塔里木盆地、青海柴达木盆地、四川盆地、内蒙古等地区分布较为集中[3,4]。
根据结构特性，可以将油砂分成如下三种：油湿性油砂、中性油砂和水湿性油砂。第一种油砂是指无法通过仪器检测到油砂中的水分，即沥青和砂粒接触在一起；第二种油砂指砂粒对沥青和水的亲和性接近；第三种油砂指在砂子和稠油之间有一层很薄的水膜，即典型的油包住水、水包住砂子的结构。根据加拿大油砂管理局的划分规定，油砂矿床的沥青含量≥10%时为富油矿，而沥青含量≤6%的矿床为贫油矿，不具有进一步的开发价值。不同地理位置的油砂矿藏组成不同，砂粒的形状、大小也有所不同，其范围在1mm~2pm[5]。
1.2 课题的研究背景和意义
随着全球经济的持续发展，世界对油气资源的需求日益增加，油价不断攀升。然而，开发成本与技术难度较低的常规油气资源正逐渐枯竭，寻找新的替代能源势在必行[6]。油砂作为一种重要的替代和补充能源，因为其良好的开发前景和巨大的发展潜力，已经引起了全世界的关注。正如油页岩、油泥、重油等非常规石油资源一样，受到当前的开采技术、成本和环境污染等因素的制约，油砂资源的开发尚处于探索阶段[7]。
目前，油砂处理技术以碱水洗分离技术[8,9]、溶剂抽提技术[10,11]和热解干馏技术为主。其中，碱水洗分离技术是当前获取油砂中沥青的唯一商业化工艺过程，其原理是通过热碱作用减少沥青和水之间的表面张力，便于砂子与附着的沥青分离。此方法特别适合水润型油砂，其作用结果受砂粒大小、搅拌速度、温度、油砂表面润湿性以及工业助剂浓度的影响较大。碱水水洗分离技术的成本较高，并且产生大量污水，对环境危害较大。溶剂抽提技术利用相似相溶原理将油砂和原油进行分离，主要包括油砂和循环溶剂的混合、沥青的抽提、溶剂的回收等几个步骤，具有抽提率高、常温下操作、节省水资源、适用范围广等诸多优点，但同时存在溶剂消耗量大、严重污染环境、工艺成本较高等显著缺点。油砂的热解干馏技术是直接在250℃以上的高温下加热开采出的油砂，充分反应后，沥青的品质有很大提升，集中表现为沥青的分子量和其中的胶质含量明显降低。油砂经热解得到的产品为小分子的有机物，便于后续的加工、处理，但油砂热解工艺一般在高温下进行，因此能耗较大，对设备的要求较高[12,13]。
我国对油砂的研究开始较晚，进展较慢，加强对油砂的研究力度，并进行大量的室内和工业化研究是很有必要的。开发、利用油砂资源不仅符合我国在能源方面的相关政策，而且对保障国家的能源安全具有重要的战略意义。鉴于此，本课题针对一套实际的油砂热解系统进行分析，设计与之相匹配的监测系统，确保油砂热解系统在合理的工艺参数下进行生产。这将有助于降低油砂热解系统的运行和文护费用，并且对提高热解系统的油产率、保证热解系统运行的安全性具有十分重要的意义。
1.3 油砂热解特性研究现状
1.4 主要研究内容
本课题针对一套小型的油砂热解系统，在确定影响其运行的关键参数基础上，完成传感器、数据采集和转换模块的选型以及在线参数监测系统设计，具体研究内容如下：