石油作為能源越來越被整個世界所依賴，發掘新興區域內的資源成為十分緊迫的任務。過去一些陸上或海上的資源由于儲量較低或者采出的原油質量較差而不被重視。現在則需要對這些資源進行開發，重油的情況即是如此。油砂又稱瀝青砂，是重油的重要來源，由于世界輕質原油的儲備量不斷減少而使其價值變的愈發可觀。由于油砂埋藏較淺，因此只需采礦設備即可開發，這要比開采海洋石油更為容易。

加拿大的阿薩巴斯卡地區是世界上較大的油砂儲藏區，預計大約含有1.6-2.5萬億桶的重質石油，是沙特阿拉伯原有的石油儲備的5倍。Syncrude公司運用水基工藝從油砂中提取重質原油，然后通過流體焦化、液氫加工、氫化處理等工藝，每天從阿薩巴斯卡地區提煉出223000桶高品質輕質原油，可滿足加拿大石油需求的13%以上。

怎樣從油砂中將重油提取出來是問題的核心。瀝青由基本的碳氫化合物構成，具有較高的粘度，是瀝青狀重油，其API值小于8度。對瀝青進行加工以后，管路才能對其進行運輸，通常的精煉設備才能夠對其進行處理。除了分離具有挑戰性之外，設備也容易被細小的顆粒磨損以及被氯化物腐蝕。

由于重油本身的問題，直到新技術的發展，其開采才具有經濟可行性。重質石油的脫水具有很多難點。由于存在類似于石蠟、瀝青烯以及顆粒等天然乳化劑，很容易形成乳化物，這些乳化物形成了極小的顆粒，只有經過很長時間以后才會凝結或發生分離。重油的粘度則會受到穩定的乳化物以及水含量的影響，隨著原油密度的增加逐漸接近水的密度，對于傳統的靜態分離系統例如沉降罐和電脫來說，分離將變得十分困難，這樣就需要更高的溫度以及使用化學劑，即便在前期進行了大量的投資，產品可能仍不能滿足精煉的需要。因此需要更先進的分離技術和設備，將原油中的乳化物分解成為原油的基本成分。

1 離心機工作原理

Syncrude加拿大有限公司，采用蒸汽、熱水以及堿將原料油從油砂中提煉出來。所產生的油泥漿進入初級分離罐，隨后用石腦油進行處理，瀝青就會浮在表面上，得到初級礦沫。之后需要對礦沫進行處理，以減少進入加工設備的水分及固體殘渣。在這個階段，采用高速離心技術提高瀝青礦沫的處理量。由于重質原油具有較高的粘度，因此有較多的固體雜質從巖層中被帶出，而噴嘴式碟片離心機可以對高固含量的原油進行處理。

進入第一階段離心機中的成分大約60%為稀釋瀝青，30%水以及10%的固體。經過該階段處理后的產品中含有少于0.6%的固體及1.3%～1.5%的水分。在高速碟片離心機中，可以對API值低至11.5度的重質原油進行處理，在不額外使用化學劑的情況下，使其滿足管路運輸的要求。

碟片式離心機可以看作是一個帶有沉降板的沉降器，利用離心力取代了重力作用，通過在旋轉的轉鼓中引入離心力對原油進行連續的分離。其內部包括一組增加分離面積的緊密堆積的圓錐形碟片，碟片的數量決定了離心機的處理能力，處理量大時使用較多的碟片。盡管液體在離心機中的停留時間以秒計量，但是由于離心力作用，可達到很高的分離程度。離心分離機的分離速度可以達到沉降罐的分離速度的幾千倍。碟片的設計使水和油會以很高的速度在逆流層里面進行分離。這樣離心機就可以去除油中微米級的顆粒和水。因此，離心機可以使乳化液分解為油、水和渣。

如果以很高的速度向離心機注入液體，產生的水滴以及泡沫將會產生更小的水滴，這樣將會加劇乳化。使分離變得更加困難，因此進料口裝置非常重要。高速離心機在進料區域配置了進料緩沖器，進入離心機的液體將被減速，以減少飛濺以及泡沫的產生。靜止的液體進入碟片和進料管之間的空間，之后隨著轉鼓一起旋轉并向外運動進入碟片的邊緣。

2 優化分離性能

由于重質石油與水的密度相差很小，以及乳化物中混合的液滴以及顆粒的尺寸較小，因此重質石油的脫水較為困難，優化分離性能就必須考慮多種因素，分離系統必須可以適應進料組分的頻繁變化、密度以及粘度的變化。同時還要保持一定的處理量以及分離效果。噴嘴型碟片式離心機由于可以對分離過程有很好的控制，因此可適應進料的變化，同時也確保過程的穩定性。

為了達到更佳的分離效率，控制油水分離界面的位置至關重要。在轉鼓中，水封可以防止油相和水相混合。通過控制轉鼓中液相的壓力來調節分離界面的位置。對于不同組份比例的進料，可以通過采用連續調整緩沖水的方法對分離界面進行控制，這樣即使在進料流量變化很大時，也可以使出油品質滿足要求。可以通過控制重相向心泵室中的液位來避免受到進料成分的影響。在向心泵室中，靜態泵（向心泵）產生泵壓，水出口連接有一個“虛擬緩沖室”的設備，這個設備是由兩個反應靈敏的恒壓調節閥構成的。這兩個閥在向心泵的下游交替起作用，這樣就確保了在轉鼓中水與油之間形成一個穩定的分離界面。這兩個閥門通過向心泵向轉鼓注入或直接排出水，這樣無論進料中水的含量是多少，都可以使噴嘴滿足要求。如果進料含有比噴嘴要求流量低的水，向轉鼓中注入足夠的水便可以滿足噴嘴的要求。如果進料中的含水超過要求，則可將多余的水直接排出轉鼓。

采用碟片式離心機對重油進行處理已經在加拿大油砂產區應用多年，技術穩定可靠。噴嘴型碟片式離心機還可提供在線控制系統，對于重油脫水是很好的選擇。我國的重油提純分離工藝相對國外仍較為落后，突破傳統分離方式的約束，開辟新的思路，對未來技術革新大有裨益。