专利名称：物质的介电特征的制作方法
物质的介电特征本发明涉及待加热的物质的介电特征，且更具体而言，涉及通过施加射频(RF)能量来加热物质的方法。当前最先进的技术建议加热浙青泡沫体是烃回收过程中的所需步骤。然而，利用直接蒸汽提出此实现，导致泡沫的稀释并损坏其化学成份和价值。浙青泡沫体是不稳定的，并在被处理时，丧失其物理特征。在制造过程中，其准确位置和表面朝向-不是精确地已知的。结果，确定其介电特性是困难的。关于这个问题的解决方案没有现有记录存在。在本工艺中的组合的萃取、泡沫处理，以及尾料处理中使用和重复使用水。另外，此时将蒸气插入到泡沫中要求在工艺中的下一个步骤(up-grader)之前从泡沫中去除沉淀水，并且，此水如果要被排放则在化学上被洗涤(清洁)，或者，如果要被重新引入到工艺中则重加热。由于泡沫的化学性质，使用诸如热交换器之类的辅助施加器(applicator)不被认为是有用的。这样的实现导致不想要的材料在该施加器上的过度聚集。预测没有对于水基的浙青萃取的主要备选方案在未来的十年出现。将来的基于水的萃取工艺所面临的关键挑战将是水和固体管理。用于处理整个矿石的备选方案，比如基于溶剂的萃取，已经经历了数十年的发展， 但是，未能克服必须被处理的大量的砂子中的(溶剂或能量的)基本损耗。因此，矿业中的大多数研究和技术开发的目的在于维持和改善矿业操作与水基萃取的整合。在起泡的泡沫中由大致60%浙青、30%水，以及10%固体构成的浙青泡沫体是不稳定的(随着时间和材料处理)。这事实使传统的测量方法遇到的难度更加严重。本发明的一个方面涉及使用包括通过已知介电常数的介电材料分隔的内导体和外导体的探针来确定物质(例如，浙青泡沫体)的介电常数的方法，该探针具有垂直于探针的轴的至少大体是平面的端面。信号源和信号接收器操作地连接到探针。在此方面，可以通过将该物质与所述探针的平面端面接触以在探针和诸如泡沫之类的物质之间形成界面来执行该方法。该方法进一步涉及，通过(1)通过探针将信号传输到界面，(2)接收从界面反射的信号，以及(3)比较所传输的和反射的信号，来测量物质的反射系数，然后，从如此测量的反射系数计算所述物质的介电常数。本发明的另一方面涉及通过使用如上文所描述的探针、信号源以及信号接收器确定物质(例如，浙青泡沫体)的介电常数，来加热物质的方法。在此方面，通过将该物质与所述探针的平面端面接触以在探针和诸如泡沫之类的物质之间形成界面来执行介电常数的确定。该确定进一步涉及，通过(1)通过探针将信号传输到界面，(2)接收从界面反射的信号，以及(3)比较所传输的和反射的信号，来测量物质的反射系数，然后，从如此测量的反射系数计算所述物质的介电常数。该方法进一步涉及提供在物理上和在电的方面与该物质分离的辐射源。
图1是探针的实施例的图示，示出了该方法的实施例的实施。下面将参考各个附图比较全面地描述本发明，在附图中，示出了本发明的一个或多个实施例。然而，本发明可以许多不同的形式来实现，不应该被理解为仅限于此处所阐述的实施例。而是，这些实施例是本发明的示例，本发明具有由权利要求书的语言所指出的全部范围。相似的附图标记在整个附图中表示的相似的元素。在文献中报告称，进入萃取和泡沫处理步骤的浙青的8%作为残渣损失掉，并且按照能量减少，该损失仅一半的值估计为，对于每一百万桶的实际产量，就达每年2. 5亿美元。参见 Flint, Len，“Bitumen Recovery Technology”，第 40 页 0005 年 4 月)。改善泡沫处理在文献中被视为具有高价值的目标。参见Flint的文献第53-59页。电磁加热泡沫会降低需水量。利用RF在生产浙青泡沫体时对它进行加热可以提高处理吞吐量并降低成本。向浙青泡沫体施加RF热量可以远程地执行，无需接触物质(泡沫)本身。高效的RF加热要求以穿透材料并在材料内发热的波长进行辐射。将RF能量(或辐射)传输到材料的过程是由所关注的材料的介电特性以及源的电特性规定的。如此，待加热的各种材料的电磁特性是RF加热方法的一个重要方面。确定浙青泡沫体的介电特性以前是难以完成的命题。本发明人构想，造成困难的原因是因为泡沫样本相对于测试探针的位置和朝向必须是准确地已知的才能获得精确的结果。一方面，测量是通过将所关注的材料放置在与诸如同轴腔之类的受控采样设备接触的位置来执行的。通过表征泡沫的介电性质，可以排他地并且有效地向泡沫施加热量。这可以通过准确地表征介电常数以及泡沫本身的渗透性来完成，而不会干扰其状态。当材料被以这样的方式处理以至于相对于测试仪器探针的位置和方向都是准确地已知时，这样的过程被促进。表征浙青泡沫体的过程要求材料(泡沫)被干扰的程度最低，如此，其介电特性可以被确定为它处于将施加RF能量的状态。如所指出的，本发明的一个方面涉及一种确定物质(例如，浙青泡沫体)的介电常数的方法。可以使用比如图1中所描绘的同轴探针10的探针来进行确定，其中，外导体12 包围具有已知介电常数的介电材料14。探针10具有垂直于探针的轴的平面端面18。可以将平面端面18抛光以提高测量的精确度。在此方面，通过接触物质20来执行该方法，在此情况下，带有未知介电常数的浙青泡沫体浮在中间泥浆22上，在处理过程中，浙青泡沫体 20与中间泥浆22分离。浙青泡沫体20和探针10的平面端面18接触，以在探针和泡沫20 之间形成界面。因此，探针10的平面端面18充当用于确定介电常数的基准面。由于泡沫或其他物质的阻抗在大多数情况下将不同于探针的介电材料的阻抗，因此，被定向到界面18的信号M的一部分将被反射而不是被传播到泡沫中。该方法进一步涉及，通过(1)通过探针将信号M传输到界面，(2)接收从界面反射的信号26，(3)比较所述传输的和反射的信号，来测量物质的反射系数，所有的都通过使用如在本领域内已知的网络分析器沈进行。然后，可以根据如此测量的反射系数来计算出物质的介电常数。一般而言，通过下列公式来确定物质(这里为泡沫)的介电常数ε r
权利要求
1.一种确定物质的介电常数的方法，包括 提供包括已知介电常数的介电材料的探针，所述探针具有垂直于所述探针的轴的平面端面； 提供与所述探针通信的信号源和信号接收器； 将所述物质与所述探针的所述平面端面接触，从而形成界面； 通过将信号通过所述探针传输到所述界面、接收从所述界面反射的信号，并比较所传输的和反射的信号，来测量所述物质的反射系数；以及， 从所测量的反射系数计算所述物质的介电常数。
2.一种确定浙青泡沫体的介电常数的方法，包括 提供包括已知介电常数的介电材料的探针，所述探针具有垂直于所述探针的轴的平面端面； 提供与所述探针通信的信号源和信号接收器； 将所述浙青泡沫体与所述探针的所述平面端面接触，从而形成界面； 通过将信号通过所述探针传输到所述界面、接收从所述界面反射的信号，并比较所传输的和反射的信号，来测量所述浙青泡沫体的反射系数；以及， 从所测量的反射系数计算所述浙青泡沫体的所述介电常数。
3.一种加热浙青泡沫体的方法，包括 获得所述泡沫的样本，以及 提供包括已知介电常数的介电材料的探针，所述探针具有垂直于所述探针的轴的平面端面； 提供与所述探针通信的信号源和信号接收器； 将所述样本与所述探针的所述平面端面接触，从而形成界面； 通过将信号通过所述探针传输到所述界面、接收从所述界面反射的信号，并比较所传输的和反射的信号，来测量所述样本的反射系数； 从所测量的反射系数计算所述样本的介电常数；以及， 从所计算出的介电常数来计算所述样本的阻抗； 提供具有与所述样本的阻抗近似的阻抗的辐射源；以及， 将来自所述辐射源的辐射定向到所述泡沫。
4.根据前面的任何权利要求所述的方法，其中，所述探针包括外导体和内导体，它们之间具有所述介电材料。
全文摘要
本发明的一个方面涉及使用具有已知介电特性、垂直于探针的轴的平面端面的探针，信号源，以及信号接收器来确定物质的介电常数的方法。在此方面，通过将该物质与所述探针的平面端面接触以在探针和物质之间形成界面来执行该方法。该方法进一步涉及，通过(1)通过探针将信号传输到界面，(2)接收从界面反射的信号，以及(3)比较所传输的和反射的信号，来测量物质的反射系数，然后，从如此测量的反射系数计算所述物质的介电常数。本发明的另一方面涉及通过确定物质的介电常数，并提供在物理上和在电的方面与物质分离的辐射源，来加热诸如沥青泡沫体之类的物质的方法，辐射源具有近似于物质的复共轭阻抗的阻抗。
文档编号C10G1/04GK102341699SQ201080010117
公开日2012年2月1日 申请日期2010年3月1日 优先权日2009年3月2日
发明者J·怀特, V·埃尔南德斯 申请人:哈里公司