石油作为能源越来越被整个世界所依赖，发掘新兴区域内的资源成为十分紧迫的任务。过去一些陆上或海上的资源由于储量较低或者采出的原油质量较差而不被重视。现在则需要对这些资源进行开发，重油的情况即是如此。油砂又称沥青砂，是重油的重要来源，由于世界轻质原油的储备量不断减少而使其价值变的愈发可观。由于油砂埋藏较浅，因此只需采矿设备即可开发，这要比开采海洋石油更为容易。

加拿大的阿萨巴斯卡地区是世界上较大的油砂储藏区，预计大约含有1.6-2.5万亿桶的重质石油，是沙特阿拉伯原有的石油储备的5倍。Syncrude公司运用水基工艺从油砂中提取重质原油，然后通过流体焦化、液氢加工、氢化处理等工艺，每天从阿萨巴斯卡地区提炼出223000桶高品质轻质原油，可满足加拿大石油需求的13%以上。

怎样从油砂中将重油提取出来是问题的核心。沥青由基本的碳氢化合物构成，具有较高的粘度，是沥青状重油，其API值小于8度。对沥青进行加工以后，管路才能对其进行运输，通常的精炼设备才能够对其进行处理。除了分离具有挑战性之外，设备也容易被细小的颗粒磨损以及被氯化物腐蚀。

由于重油本身的问题，直到新技术的发展，其开采才具有经济可行性。重质石油的脱水具有很多难点。由于存在类似于石蜡、沥青烯以及颗粒等天然乳化剂，很容易形成乳化物，这些乳化物形成了极小的颗粒，只有经过很长时间以后才会凝结或发生分离。重油的粘度则会受到稳定的乳化物以及水含量的影响，随着原油密度的增加逐渐接近水的密度，对于传统的静态分离系统例如沉降罐和电脱来说，分离将变得十分困难，这样就需要更高的温度以及使用化学剂，即便在前期进行了大量的投资，产品可能仍不能满足精炼的需要。因此需要更先进的分离技术和设备，将原油中的乳化物分解成为原油的基本成分。

1 离心机工作原理

Syncrude加拿大有限公司，采用蒸汽、热水以及碱将原料油从油砂中提炼出来。所产生的油泥浆进入初级分离罐，随后用石脑油进行处理，沥青就会浮在表面上，得到初级矿沫。之后需要对矿沫进行处理，以减少进入加工设备的水分及固体残渣。在这个阶段，采用高速离心技术提高沥青矿沫的处理量。由于重质原油具有较高的粘度，因此有较多的固体杂质从岩层中被带出，而喷嘴式碟片离心机可以对高固含量的原油进行处理。

进入第一阶段离心机中的成分大约60%为稀释沥青，30%水以及10%的固体。经过该阶段处理后的产品中含有少于0.6%的固体及1.3%～1.5%的水分。在高速碟片离心机中，可以对API值低至11.5度的重质原油进行处理，在不额外使用化学剂的情况下，使其满足管路运输的要求。

碟片式离心机可以看作是一个带有沉降板的沉降器，利用离心力取代了重力作用，通过在旋转的转鼓中引入离心力对原油进行连续的分离。其内部包括一组增加分离面积的紧密堆积的圆锥形碟片，碟片的数量决定了离心机的处理能力，处理量大时使用较多的碟片。尽管液体在离心机中的停留时间以秒计量，但是由于离心力作用，可达到很高的分离程度。离心分离机的分离速度可以达到沉降罐的分离速度的几千倍。碟片的设计使水和油会以很高的速度在逆流层里面进行分离。这样离心机就可以去除油中微米级的颗粒和水。因此，离心机可以使乳化液分解为油、水和渣。

如果以很高的速度向离心机注入液体，产生的水滴以及泡沫将会产生更小的水滴，这样将会加剧乳化。使分离变得更加困难，因此进料口装置非常重要。高速离心机在进料区域配置了进料缓冲器，进入离心机的液体将被减速，以减少飞溅以及泡沫的产生。静止的液体进入碟片和进料管之间的空间，之后随着转鼓一起旋转并向外运动进入碟片的边缘。

2 优化分离性能

由于重质石油与水的密度相差很小，以及乳化物中混合的液滴以及颗粒的尺寸较小，因此重质石油的脱水较为困难，优化分离性能就必须考虑多种因素，分离系统必须可以适应进料组分的频繁变化、密度以及粘度的变化。同时还要保持一定的处理量以及分离效果。喷嘴型碟片式离心机由于可以对分离过程有很好的控制，因此可适应进料的变化，同时也确保过程的稳定性。

为了达到更佳的分离效率，控制油水分离界面的位置至关重要。在转鼓中，水封可以防止油相和水相混合。通过控制转鼓中液相的压力来调节分离界面的位置。对于不同组份比例的进料，可以通过采用连续调整缓冲水的方法对分离界面进行控制，这样即使在进料流量变化很大时，也可以使出油品质满足要求。可以通过控制重相向心泵室中的液位来避免受到进料成分的影响。在向心泵室中，静态泵（向心泵）产生泵压，水出口连接有一个“虚拟缓冲室”的设备，这个设备是由两个反应灵敏的恒压调节阀构成的。这两个阀在向心泵的下游交替起作用，这样就确保了在转鼓中水与油之间形成一个稳定的分离界面。这两个阀门通过向心泵向转鼓注入或直接排出水，这样无论进料中水的含量是多少，都可以使喷嘴满足要求。如果进料含有比喷嘴要求流量低的水，向转鼓中注入足够的水便可以满足喷嘴的要求。如果进料中的含水超过要求，则可将多余的水直接排出转鼓。

采用碟片式离心机对重油进行处理已经在加拿大油砂产区应用多年，技术稳定可靠。喷嘴型碟片式离心机还可提供在线控制系统，对于重油脱水是很好的选择。我国的重油提纯分离工艺相对国外仍较为落后，突破传统分离方式的约束，开辟新的思路，对未来技术革新大有裨益。