油砂熱解反應可以看作一定溫度下熱不穩(wěn)定物質(zhì)發(fā)生蒸發(fā)、裂解、縮聚等變化，受相變及化學反應活化能等約束，反應過程及產(chǎn)物分布很大程度上由溫度決定。隨著反應溫度的升高，一般認為油砂熱解過程分為三個階段：

1、低溫階段80~150℃，主要是油砂的脫水過程，同時伴隨少量吸附在油砂表面的有機氣體逸出和較弱化學鍵的斷開。

2、隨著反應溫度升高到150～600℃，進入熱解反應的主要階段，油砂中有機物在此階段大量析出。在較低溫度區(qū)間主要為油砂瀝青質(zhì)中游離相的脫附，此后部分大分子側(cè)鏈及橋鍵斷裂形成碎片自由基，自由基進一步反應或穩(wěn)定下來形成小分子有機物，以氣態(tài)形式逸出，經(jīng)冷卻后分離為液態(tài)和氣態(tài)產(chǎn)品。

3、溫度>600℃，有機揮發(fā)物的逸出量明顯減少，半焦中稠環(huán)芳烴進一步脫氫、縮聚及重排，油砂中的礦物質(zhì)分解產(chǎn)生大量無機氣體。

上述三個過程只是對油砂熱解過程做了一個大體的描述，具體溫度范圍因油砂組成的不同而有所差異。此外，利菲爾特商丘分公司研究了不同熱解溫度下油砂熱解產(chǎn)品產(chǎn)率，從而判斷油砂瀝青的熱裂解程度。根據(jù)操作條件及樣品組成，不同油砂在某一溫度下裂解程度有所差異。對于慢速的熱解來說，300℃以下油砂瀝青質(zhì)無明顯裂解；300～400℃會有一些有機物逸出，但是逸出量較少，裂解程度最強出現(xiàn)在450℃左右；當溫度大于550℃，可被冷凝的產(chǎn)品明顯減少。除了反應過程，傳熱傳質(zhì)過程也會影響熱解產(chǎn)物的分布。對比了眾多油砂瀝青熱裂解過程，將熱解產(chǎn)物快速的從固相導出，便能獲得較高的氣液產(chǎn)品的轉(zhuǎn)化率，減少焦的生成。

總的來說，油砂(瀝青)的熱解是非常復雜的物理化學過程，不同產(chǎn)地的油砂因其物理化學結(jié)構(gòu)的差異也會有所不同，但對油砂熱解行為及產(chǎn)物釋放規(guī)律的研究有助于理解油砂熱分解過程。