（热能工程专业论文）油页岩半焦燃烧机理与循环流化床燃烧利用.pdf

上海交通大学博j ：学位论文 油页岩半焦燃烧机理与循环流化床燃烧利用 摘要 随着常规能源储量的同益减少和能源多元化的发展，寻求储量巨大的油页岩资 源有效开发与利用途径越来越得到各国的重视。美国、以色列、约旦、澳大利亚、 巴西等国出于政治上的原因与经济上的需要，对油页岩的特性和利用技术进行了深 入的研究，并将它列为2 1 世纪非常重要的补充能源。我国步入重化工业发展阶段后， 经济的快速增长和人口的不断增加使得能源供需矛盾f 1 益尖锐，迫切需要风能、太 阳能、生物质能、油页岩等新能源和可再生能源的广泛丌发与利用柬弥补常规能源 的不足。 为了实现我国油页岩资源清洁、高效利用，本文第二章根据油页岩特性和当前 能源利用的发展趋势提出了油页岩综合利用新方案：油页岩首先经干馏处理产生页 岩油和燃气；干馏生成的油页岩半焦废料与油页岩细渣按一定比例混合后送入循环 流化床内燃烧，产生的蒸汽引入传统的蒸汽发电系统发电、供热；循环流化床排出 的页岩灰经处理后用作建筑、化工等行业的原材料。通过对该系统各环节的分析， 认为“油页岩半焦燃烧机理与循环流化床燃烧利用”是该系统的核心和首要研究工 作。本文对此技术关键展丌了深入的研究工作。 。 本文第三章利用热分析法对不同干馏温度所制取的油页岩半焦在不同升温速率 条件下的热解过程进行了研究，结果表明：干馏温度对半焦热解失重起始温度和低 温段热解过程有影响，但对高温段热解过程影响不明显；半焦热解度随升温速率的 提高而降低，但当升温速率超过4 0 m i n 后，升温速率对半焦热解度影响不大：综 合考虑半焦发热量、页岩油产率和油页岩半焦循环流化床设计，认为半焦干馏温度 介于5 0 0 6 0 0 为宜。本章采用c o a s t s 法计算了半焦热解动力学参数。 本文第四章采用热分析法研究了干馏温度和升温速率对半焦燃烧过程的影响。 干馏温度影响半焦着火方式和低温段燃烧历程，而对高温段燃烧影响不大；不同升 温速率下的燃烧t g 曲线表明，升温速率低有利于颗粒的燃尽，而不同升温速率下的 燃烧d t g 曲线表明，升温速率高，颗粒失重速度快：半焦着火温度随着干馏温度的 升高而明显升高，但受升温速率的影响较小；为保证半焦通过循环床炉膛能一次燃 尽，建议适当减小半焦颗粒直径和延长颗粒在炉内的停留时间。采用二元一次线性 摘要 回归法求解了半焦燃烧动力学参数，计算结果可供数值仿真和工程设计参考。 根据油页岩半焦热解和燃烧动力学特性，本文第三、四章还建立了半焦热解模 型和燃烧模型，并结合油页岩热解模型和燃烧模型，预测了油页岩与其半焦以不同 质量比例混合而成的混合燃料的热解和燃烧过程。 本文第五章采用氮气等温吸附脱附法对油页岩及其在8 5 0 条件下燃烧所得到 的焦样的孔隙结构进行了测量，并结合油页岩燃烧特性对孔隙结构变化机理进行了 分析。油页岩内油母的热解和页岩狄在燃尽阶段熔融变形使得颗粒内部孔容积和比 表面积在燃烧过程中经历了减小、增大、再减小的一个复杂变化过程。此外，页岩 狄的熔融变形还会使得油页岩颗粒内部的孔由均一的具有平行壁的狭缝状孔逐渐变 成多形态的孔，使得孔隙分布由主要集中在中孔变成不同尺寸的孔拥有的孔容积相 差不大。为提高油页岩燃烧装黉的燃烧效率，适当延长油页岩颗粒在燃烧装置内停 留时间的同时，更应当减小样品的颗粒尺寸，以增大颗粒的比表面积和孔容积。在 此基础上，进一步对不同燃烧方式所得到的页岩灰的孔隙结构进行了测量和分析， 推荐了获得高孔隙页岩扶的燃烧方式：如果油页岩在快速升温条件下燃烧所放出的 热量能够被周围坏境吸收而使得油页岩颗粒温度始终低于其灰熔点温度，所得到的 页岩灰的孔容积和比表面积较大，适宜工业应用。 基于上述研究成果以及我国桦甸6 5 讹油页岩循环流化床锅炉设计经验和技术特 点，本文第六章对设计油页岩半焦循环流化床锅炉的技术关键进行了分析，并根据 桦甸油页岩综合利用工程的需要，提出了2 4 0 t h 油页岩半焦循环流化床的设计特点 和总体布局方案。热力计算结果表明，该炉在不同负荷下的设计热效率均大于8 6 ， 蒸汽品质满足实际的需要。 本文最后总结了全文，展望了今后的研究工作。 关键词：油页岩，油页岩半焦，综合利用，燃烧机理，循环流化床 海变通人学博i ：学位论文 c o m b u s t i o nm e c h a n i s mo fo i l s h a l es e m i c o k ea n di t su s e i nac i r c u l a t i n gf l u i d i z e db e d a b s t r a c t w i t ht h eg r a d u a ld e c r e a s ei nc o n v e n t i o n a le n e r g yr e s o u r c e s ，a n dt h ed e v e l o p m e n to f d i v e r s ee n e r g yr e s o u r c e s ，m a n yc o u n t r i e sp a i dm o r ea n dm o r ea t t e n t i o n st oh o wt o e f f i c i e n t l ye x p l o i ta n du t i l i z eo i ls h a l er i c ha n dw i d e s p r e a dt h r o u g h o u tt h ew o r l d s o m e c o u n t r i e s ，i n c l u d i n gu s a ，i s r a e l ，j o r d a n , a u s t r a l i a , b r a z i lr i c hi no i ls h a l e ，h a v eb e e n e x p l o r i n gc h a r a c t e r i s t i c sa n du t i l i z a t i o nt e c h n o l o g i e so f o i ls h a l e ，a n dw i l ln s ei ta sav e r y i m p o r t a n ts u p p l e m e n t a r ye n e r g yi nt h e2lt hc e n t u r y ，b a s e do np o l i t i c a lr e a s o n sa n d e c o n o m i cn e e d s a sc h i n ai sa d v a n c i n go n t ot h es t a g eo fh e a v yi n d u s t r ya taq u i c kp a c e ， r a p i de c o n o m i cg r o w t ha n di n c r e a s i n gp o p u l a t i o nm a k ee n e r g ys u p p l yb e c o m et e n s e i n c r e a s i n g l y t oa l l e v i a t et h ec o n t r a d i c t i o nb e t w e e nt h ee n e r g ys u p p l ya n dd e m a n d ，i ti s u r g e n tf o rt h ee x t e n s i v eu t i l i z a t i o no fw i n d ，s o l a r ，b i o m a s s ，o i ls h a l ea n do t h e rn e wa n d r e n e w a b l ee n e r g ys o u r c e st om a k eu pf o r t h es h o r t a g eo fc o n v e n t i o n a le n e r g yr e s o u r c e s f o ru t i l i z i n gd o m e s t i co i ls h a l er e s o w c e sc l e a n l ya n de 岱c i e n t l y , nn e wc o m p r e h e n s i v e u t i l i z a t i o np r o j e c tw a sr e c o m m e n d e df o rt h ef u t u r eu s eo fo i ls h a l ei nt h ec h a p t e r2 ，b a s e d o nt h ec h a r a c t e r i s t i c so fo i ls h a l ea n dt h ec u r r e n td e v e l o p m e n tt r e n di ne n e r g yu t i l i z a t i o n m o d e s ：f i r s t l y , c o a r s eo i ls h a l ep a r t i c l e sa r er e t o r t e dt 0s h a l eo i l h y d r o c a r b o ng a s e sa n d o i l s h a l es e m i c o k e ；t h e n ，t h em i x t u r ef u e lo fo i l s h a l es e m i c o k ea n df i n eo i ls h a l ep a r t i c l e s i sf e dt oac i r c u l a t i n gf l u i d i z e db e d ( c f b ) f u r n a c et ob u m ，i no r d e rt o g e n e r a t e h i g h - p r e s s u r es t e a mw h i c hi su s e dt os u p p l yh e a ta n dg e n e r a t ee l e c t r i c i t yv i aat r a d i t i o n a l s t e a m - e l e c t r i cp o w e rm o d e ；l a s t l y , o i l - s h a l ea s hf r o mt h ec f bf l i t l a c ei sp r o c e s s e da n d s u b s e q u e n t l yu s e da sar a wm a t e r i a lf o rb u i l d i n gi n d u s t r i e s c h e m i c a li n d u s t r i e s 。e t c a sa l l a n a l y s i sr e s u l to fe v e r yp a r to ft h ec o m p r e h e n s i v eu t i l i z a t i o np r o j e c t ，t h es u b j e c te n t i t l e d “c o m b u s t i o nm e c h a n i s mo fo i l - s h a l es e m i c o k ea n di t s1 1 s ei nac i r c u l a t i n gf l u i d i z e db e d w a sp r o p o s e da n dr e g a r d e da st h ec o r ea n dp r i m a r yr e s e a r c ho ft h i sp r o j e c t t h ef o l l o w i n g c h a p t e r sf u r t h e rs t u d i e dt h i ss u b j e c t i nt h ec h a p t e r3 ，t h ee f f e c to fc a r b o n i z a t i o nt e m p e r a t u r e sa n dh e a t i n gr a t e sw a gs t u d i e d d u r i n gp y r o l y s i sr e a c t i o n so fo i l - s h a l es e m i c o k eu s i n gt h et h e r m a la n a l y s i sm e t h o d 摘螫 c a r b o n i z a t i o nt e m p e r a t u r ei n f l u e n c e st h es t a r tt e m p e r a t u r eo fm a s sl o s sa n dt h ep y r o l y s i s p r o c e s sa tt h el o w - t e m p e r a t u r es t a g e ，h o w e v e r , i th a sl i t t l ee f f e c to nt h ep y r o l y s i sp r o c e s s t h eh i g h - t e m p e r a t u r es t a g e p y r o l y s i sd e g r e eo f s c m i c o k ew i l ld e c r e a s e 嘶t hi n c r e a s i n gt h e h e a t i n gr a t e ，y e t ，i tw i l lh a r d l yb ei r r f l u e n c e db yt h eh e a t i n gr a t ea f t e rt h eh e a t i n gr a t e e x c e e d s4 0 c m i n c a r b o n i z a t i o nt e m p e r a t u r eo f5 0 0 - - 6 0 0 cw a sr e c o m m e n d e da f t e rt h e p r o d u c t i v er a t eo fs h a l eo i l ，t h ec a l o r i f i cv a l u eo fs e m i c o k ea n dt h ed e s i g no fo i l - s h a l e s e m i c o k ec i r c u l a t i n gf i u i d i z e db e dw e r ec o m p r e h e n s i v e l yc o n s i d e r e d p y r o l y s i sk i n e t i c p a r a m e t e r so f s e m i c o k ew e r ec a l c u l a t e db yt h ec o a s t sm e t h o d t h ec h a p t e r4i n v e s t i g a t e dt h ee f f e c to fc a r b o n i z a t i o nt e m p e r a t u r ea n dh e a t i n gr a t eo n t h ec o m b u s t i o np r o c e s so fs e m i c o k eb yt h et h e r m a la n a l y s i sm e t h o d c a r b o n i z a t i o n t e m p e r a t u r ei n f l u e n c e si g n i t i o nb e h a v i o u ra n dc o m b u s t i o np r o c e s so fs e m i c o k ea tt h e l o w - t e m p e r a t u r es t a g e ，h o w e v e r , i th a sl i r l ee f f e c to nt h ec o m b u s t i o np r o c e s sa t t h e h i 曲一t e m p e r a t u r es t a g e c o m b u s t i o nt gc u r v e s o b t a i n e da td i f f e r e n th e a t i n gr a t e s i l l u s t r a t et h a tl o w e rh e a t i n gr a t e sa r eb e n e f i c i a lt ot h eb u r n o u to fs e m i c o k e ，a n dd t g c u r v e ss h o wt h a tm a s sl o s sr a t ew i l li n c r e a s ew i t ha ni n c r e a s ei nt h eh e a t i n gr a t e i g n i t i o n t e m p e r a t u r ew i l ll a r g e l yi n c r e a s ew i n li n c r e a s i n gt h ec a r b o n i z a t i o nt e m p e r a t u r e b u ti th a s l i t t l er e l a t i o nt ot h eh e a t i n gr a t e i no r d e rt oe n s u r ec o m p l e t eb u r n o u to fs e m i c o k ep a s s i n g o n c et h r o u g hac f bf u r n a c e ，t h ea u t h o ra d v i s e dr e d u c i n gt h ep a r t i c l es i z eo fs e m i c o k ea n d l e n g t h e n i n gt h er e s i d e n c et i m eo fi ti nt h ef u t t l a c e c o m b u s t i o nk i n e t i cp a r a m e t e r so f s e m i c o k ew e r ec a l c u l a t e db yt h eb i n a r yl i n e a rr e g r e s s i o n ，a n dt h ec a l c u l a t i o nr e s u l t sm a y b er e f e r r e dt of o rn u m e r i c a ls i m u l a t i o n sa n de n g i n e e r i n gd e s i g n s o nt h eb a s i so ft h ep y r o l y s i sa n dc o m b u s t i o nc h a r a c t e r i s t i c so fo i l - s h a l es e m i c o k e ，t h e p y r o l y s i sa n dc o m b u s t i o np r o c e s so fs i n g l es e m i c o k ep a r t i c l ea r em o d e l e d i nt h ec h a p t e r3 a n d4 r e s p e c t i v e l y c o m b i n e dw i t ht h ep y r o l y s i sa n dc o m b u s t i o nm o d e lo fo i ls h a l e ，t h e p y r o l y s i sa n dc o m b u s t i o np r o c e s so fm i x t u r e f u e lo fo i ls h a l ea n di t ss e m i c o k ea r e p r e d i c t e da td i f f e r e n tm i x i n g r a t i o s i nt h ec h a p t e r5 ，t h ep o r es t r u c t u r eo f e i ls h a l e ，a n do fi t sc h a rs a m p l e sp r e p a r e da t8 5 0 w a sm e a s u r e db ya p p l y i n gn 2a d s o r p t i o n - d e s o r p t i o nm e t h o d o nt h eb a s i so ft h e m e a s u r e m e n tr e s u l t sa n dt h ec o m b u s t i o nm e c h a n i s mo fo i ls h a l e t h ee v o l u t i o nm e c h a n i s m o f p o r es t r u c t u r ew a sa n a l y z e dd u r i n gc o m b u s t i o n d e c o m p o s i t i o no f k e r o g e n a n dm e l t i n g d e f o r m a t i o no fo i l - s h a l ea s ha tt h eb u r n o u ts t a g em a k eb o t hp o r ev o l u m ea n ds p e c i f i c s u r f a c ea r e au n d e r g oac o m p l e xp r o c e s sd u r i n gc o m b u s t i o n ：f i r s td e c r e a s e ，i n c r e a s e 海交通人学博i 学位沦史= s u b s e q u e n t l y , t h e nd e c r e a s ea g a i n i na d d i t i o n ，t h em e l t i n gd e f o r m a t i o no fo i l - s h a l ea s ha t t h eb u r n o u ts t a g ea l s om a k e sp o r es h a p es h i f tf r o ms l i t l i k et oh e t e r o g e n e o u s ，a n dm a k e s p o r e - s i z ed i s t r i b u t i o nu n i f o r m f o ri m p r o v i n gt h ec o m b u s t i o ne f f i c i e n c yo fo i ls h a l e - f i r e d d e v i c e s ，p a r t i c l es i z es h o u l db cd e c r e a s e di no r d e rt oi n c r e a s et h es p e c i f i cs u r f a c ea r e aa n d t h ep o r ev o l u m e ，b e s i d e st h a tt h er e s i d e n c et i m eo fo i is h a l ei nc o m b u s t i o nd e v i c e si s l e n g t h e n e d t oo b t a i no i l - s h a l ea s hw i mh i g h e rp o r o s i t y , t h ep o r es l r u c t u r eo f o i l s h a l ea s h p r o d u c e db yd i f f e r e n tc o m b u s t i o nm o d e sw a sm e a s u r e df u r t h e r a sar e s u l to fc o m p a r i s o n b e t w e e no i l - s h a l ea s hs a m p l e si n p o r es t r u c t u r e 。o i l s h a l ea s h f o r m e da tb o t hh i g h e r h e a t i n gr a t ea n dp a r t i c l et e m p e r a t u r el e s st h a nm e l t i n gp o i n to fo i l s h a l ea s h ，h a sl a r g e r p o r ev o l u m ea n ds p e c i f i cs u r f a c ea r e aa n dc a nb ew e l la p p l i e di ni n d u s t r i e s b a s e do nt h er e s e a r c hf i n d i n g sg i v e na b o v e ，k e yt e c h n o l o g i e so fo i l - s h a l es e m i c o k e c f bb o i l e rw e r ea n a l y z e di nt h ec h a p t e r6 ，c o m b i n e dw i t h d e s i g na n do p e r a t i o n e x p e r i e n c e so fh u a d i a n6 5 t ho i l s h a l ec f bb o i l e r s ，c h i n a f o rm e e t i n gt h en e e d so f h u a d i a no i l - s h a l ec o m p r e h e n s i v eu t i l i z a t i o ns y s t e m 。d e s i g nc h a r a c t e r i s t i c sa n dg e n e r a l c o n f i g u r a t i o no fa2 4 0 t ho i l s h a l es e m i c o k ec f bw e r er e c o m m e n d e d n 圮h e a t c a l c u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a tt h ed e s i g nt h e r m a le f f i c i e n c yo ft h eb o i l e ri s 8 6 a n d s t e a mq u a l i t ym e e t s p r a c t i c a ln e e d s t h ed i s s e r t a t i o ne n d sw i t hs u m m a r ya n dr e s e a r c hp r o s p e c t s k e y w o r d s ：o i ls h a l e ，o i l s h a l e s e m i c o k e ，c o m p r e h e n s i v e u t i l i z a t i o n , c o m b u s t i o n m e c h a n i s m ，c i r c u l a t i n gf l u i d i z e db e d ( c f b ) 上海交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权上海交通大学可以将本学位论文的 全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在一年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密囱。 ( 请在以上方框内打“”) 学位论文作者签名： 韩匀抑 日期：卅年；月“日 船黼摊。墨压砂 日期：纱印年弓月f 日 上海交通大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论 文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文 的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本 人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 斡徊瓢 日期：7 7 年岁月，日 海交通人学博l 学位论义 1 1 我国的能源状况 第一章绪论 能源是人类社会赖以生存的物质基础是社会发展的动力之源。 当前，随着我国步入重化工业发展阶段，对能源的需求量日益增长，快速发展 的机械、汽车、钢铁都是单位增加值能耗很高的行业。2 0 0 3 年，我国煤炭产量达1 6 亿吨，而发电用煤紧张状况却未见缓解；我国生产石油1 7 亿吨，进口油品1 亿多吨， 有些地区的汽车却排着长队等候加油；尤其是电力，到2 0 0 3 年底，全国总装机容量 达到3 8 5 亿千瓦，同比增长7 8 ，全国累计发电1 9 0 8 0 亿千瓦时，增长1 5 3 ，全 国6 0 0 0 千瓦以上电厂设备利用小时数达到5 2 5 0 小时，同比增加3 9 0 小时，可全国 还有2 2 个省区发生了程度不同的拉闸限电【j l 。高速的经济列车拉紧了能源紧张的弦。 虽说我国“地大物博、矿产丰富”，然而，实际我们的资源拥有量却不容乐观， 人均能源可采储量远低于世界平均水平。根据2 0 0 3 年国家能源战略的基本构想 总报告1 2 我困人均石油可采储量2 4 8 吨，人均天然气可采储量1 4 0 8 立方米。人均 煤炭可采储量8 9 吨，分别为世界平均值的i o 0 、5 o 和5 7 。大庆、辽河、胜利 等东部主要油田均已进入中晚期，而理想中的西部新区接替东部油田的战略目标尚 未实现，新增可采储量不足。预计2 0 2 0 年以后，国内石油产量将逐渐下降。煤炭资 源虽然比较车富，但探明程度很低p l 。另外，与煤炭相比，石油虽然对环境的污染较 轻，但是受资源的制约，一味加大石油消耗量只能增加我国对进口石油的依存度， 令国家能源安全受到威胁。一旦石油供应紧张，价格飞涨，将给国家和企业造成极 大的经济压力。国外有关机构对我国能源的预测一致认为【4 l ：我国石油国内供应能力 可增加的余地有限，石油需求的增长主要依靠进口；天然气的国产能力将会迅速提 高，但仍需要部分进口。 将来，随着我国经济的快速增长和人口的不断增加，对各种资源的需求不断上 升，加上经济粗放增长的方式尚未有效转变，使这种资源供需矛盾越来越尖锐。分 析家认为f l l ，解决我国能源现况最有效的途径是快速调整能源利用结构，转变粗放 型经济增长方式，实现各个行业的协调发展。特别要注重加强行业之间政策的协调 和配套，制定明确的产业政策和科学的发展规划，避免无序竞争，使经济发展尽快 从低效益、高消耗、高污染的方式转变为高效益、低消耗、低污染的方式上来，保 第一章绪论 证经济的可持续发展。同时，为缓解当i j i 常规能源紧张的局势，投入一定的人力和 物力，大力研制和开发风能御、太阳能【6 1 、生物质能r n 、氢能隅9 1 等新能源和可再生能 源，也是十分迫切的。 1 2 油页岩资源和利用状况 油页岩是一种蕴藏量十分丰富但几乎还未被很好利用的矿产资源，不但可提炼 出燃料油类，而且还可炼制出合成煤气及化工原料i l 4 】，副产品还可作为制砖、水 泥、玻璃陶瓷【1 5 1 等的原材料。在化石燃料中，油页岩的储量折算为发热量仅次于煤 而列第二位【l6 j ；如果将它折算成页岩油，世界上的页岩油储量将是4 7 5 0 亿吨，相当 于1 9 9 7 年世界天然原油探明可采取量的5 , 4 倍7 】。因此。从储量和利用价值束说， 油页岩都是很有发展静途的替代能源。 1 2 1 油页岩特征 油页岩是一种天然的、不能渗透的、纹理细密的黑色或棕色片状可燃化石燃料， 系由含有机物较丰富的陆相、湖相或海相沉积物石化而成 f 引。陆相油页岩中的有机 质母质是由富含脂质的有机物组成，主要有树脂、袍子、蜡质表皮和那些常见于成 煤湿地或沼泽的陆源植物根茎的软组织，它们埋藏后经过煤化作用，形成油页岩中 的有机质；因此，这种油页岩也是一种含有较高矿物质的腐泥煤。湖相油页岩中的 有机质母质主要是指生活于淡水、成水和黼湖的低等浮游生物藻类，它们埋藏后经 腐化和煤化作用后形成油页岩中的有机质。海相油页岩中的有机质母质主要是海藻、 未知单细胞微生物和海生鞭毛虫。国外油页岩沉积环境以海相为主【1 9 1 ，而我国油页 岩的沉积环境包括陆相、湖相、海相以及海陆交互相，但以陆相为主。 出于油页岩的生成过程与生成有机质的原始物质不同于常规煤种，导致油页岩 的物理化学特性与常规煤种差别较大，主要特征有： 1 ) 通常具有片状结构【2 0 】，受打击或风化时能按层分裂成页片； 2 ) 矿物质含量高且成份丰富； 3 ) 内部有机物质主要以油母( k e r o g e n ) 的形式存在。油母是由复杂的高分子有机 化合物组成，富含脂肪烃结构，而较少芳烃结构：它不溶于一般有机溶剂，但 当温度超过一定温度后。油母首先转变为沥青，接着转变为页岩油和燃气。页 岩油与天然原油比较的结果表明【2 lj ，两者内部成份相近。 2 l ：海交通人学博i ：学位论文 1 2 2 油页岩资源的分布 油页岩资源在世界许多地区都有分布，但分布并不均匀。表l l 统计了世界各国 主要油页岩矿床所蕴藏的页岩油资源量。 表1 - 1 世界油页岩中页岩油的储量分布表【2 2 2 3 】 t a b l e1 1r e s e r v ed i s t r i b u t i o no f s h a l eo i l i nt h ew o r l d 国家产出层位 页岩油百万桶 美国t，p、d、c 2 ，1 1 8 , 2 2 8 扎伊尔 1 0 0 ，0 0 0 巴鹾t、p 8 2 。0 0 0 意大利 7 3 。0 0 0 摩洛哥 k5 3 ，3 8 1 约口 k3 4 ，1 7 2 澳犬利弧t 、p 、k 3 1 ，7 2 9 中国 加拿大 法国 泰国 瑞典 埃及 以色州 t p 、o 、k 、c t c k 1 5 9 9 8 1 4 7 1 0 7 ，0 0 0 6 4 0 l 6 1 1 4 5 7 0 0 4 g 0 0 爱沙尼眶 o3 ，9 0 0 英国 3 5 0 0 哈萨克斯坦 2 ，8 3 7 缅甸 2 ，0 0 0 德国 2 , 0 0 0 十耳其 t1 9 8 7 其他1 2 个国家 2 ，0 9 9 合计 2 ，5 7 0 ，7 5 6 注：表中符号c ，d ，ko ，p t 分别代表寒武纪( c a m b r i a n ) 、泥盆纪( d e v o n i a n ) 、白垩纪 ( c r e t a c e o u s ) 、奥陶2 p _ , ( o r d o v i c i a n ) ，二二叠纪( p e 邶i ) 、第- - 纪( t e r t i a r y ) 。 从表1 1 可以看出，全球油页岩产于寒武纪至第三纪，主要分布于美国、扎伊尔、 第一章绪论 巴西、意大利、摩洛哥、约旦、澳大利亚、中国和加拿大等9 个国家。目前只有美 国、澳洲、瑞典、爱沙尼亚、约旦、法国、德国、巴西和俄罗斯等国的部分油页岩 矿床做了详细勘探和评价工作，其它很多矿床的资源潜力有待进一步探明。 1 2 3 油页岩利用技术 迄今为止，油页岩的开发利用已有近二百年历史，主要利用技术有低温干馏技 术、燃烧技术以及近年提出的油页岩综合利用技术。 1 2 3 1 低温千馏技术 油页岩低温干馏技术是开发较早的一种油页岩利用方式。该技术在隔绝空气条 件下将油页岩加热到4 5 0 6 0 0 ，使得油页岩内的油母首先转变为沥青，接着转变为 页岩油和燃气，再通过油气分离装置获得页岩油。与煤液化炼油技术相比，油页岩 低温干馏技术工艺简单、成本低，所得到的页岩油与天然石油成份相近，通过炼油 厂简单的净化、加氢处理后即可得到有价值的油产品，这对于缓解当前石油供应日 趋紧张的形势意义重大。 且i i i 世界上比较有代表性的油页岩干馏技术主要有以下四种： ( 1 ) 抚顺式炉干馏技术 抚顺式炉干馏技术【2 4 2 5 1 是目前扰顺油业分公司采用的加工油页岩的方法，属气 体热载体法，其工艺流程见图1 1 。 油贝岩 破碎、筛 分装霍 谨 剩余煤气 燃气锅炉 蛞岩废渣 厂r l j 墅翌堕墨三二二厂一 士风( 饱和) 图i - i 抚顺式炉干馏系统工艺流程图 f i g 1 - t e c h n o l o g i c a l f l o ws h e e t o f f u s h u nr e t o r ts y s t e m 油页岩经破碎、筛分后，粒径在l o m m 以下的颗粒成为尾矿；粒径1 0 7 5 r a m 的 成油品页岩进入干馏炉内，在于馏段干燥、预热、干馏后，页岩油大部分被热解释 4 ：海交通人学博j ：学位论文 放出来，所剩的油页岩半焦进入气化段与上升的饱和主风进行氧化、还原反应，生 成的页岩废渣排出炉外，部分与尾矿一起被运至堆场，部分被利用。干馏炉出口的 于馏产物，经冷凝回收系统后，获得页岩油与干馏煤气。千馏煤气被分成三部分： 一部分送蓄热式加热炉加热，作为干馏炉的循环煤气；一部分作为蓄热式加热炉的 燃料；剩余部分供燃气锅炉使用。这种干馏技术的特点是设备简单、燃料适应性广、 热量自给有余。 ( 2 ) 巴西p e t r o s i x 干馏技术 p e t r o s i x 干馏技术1 2 4 2 6 2 7 1 是巴西石油公司丌发的油页岩千馏制油方法，属气体热 载体法，其工艺流程见图1 2 。 图1 - 2p e t r o s i x 干馏系统工艺流程图 f i g i - 2 t e c h n o l o g i c a lf l o ws h e e t o f p e t r o s i xr e t o r ts y s t e m 粒度为6 o - - 7 6 m m 的油页岩首先在干馏炉内的干馏区进行有机物热分解。所需热 量由炉中部进入的热烟气及炉底部进入的回收页岩废渣热量的循环烟气供给。这两 股烟气都是工艺过程本身产生的。在干燥区和加热区，上行烟气流把它的热量传给 油页岩后被冷却变为冷凝油和油雾，经旋流器和静电捕油器回收页岩油及副产品。 页岩尾矿及废渣返回采矿场排弃。这种干馏技术的特点是单炉处理能力大，所用装 置的页岩利用率及采油率高，热量能够自给自足。 ( 3 ) 美国t o s c o i i 干馏技术 t o s c o i i 干馏技术是美国t o s c o 公司丌发的油页岩干馏技术，属固体热载体法， 采用瓷球作为热载体，其工艺流程见图1 3 。 粒度小于1 2 7 m m 的油页岩通过提升管干燥预热至2 6 0 ，与来自加热器的直径 1 2 ，7 m m 、温度6 8 0 的瓷球进入转筒干馏炉内，通过转动混合传热并进行干馏。热 解产物流经回转筛除去尘粒后，进入分馏塔，分割为煤气、石脑油及页岩油。这种 第一章绪论 干馏技术的主要特点是页岩利用率及采油率高、工艺过程热利用率高。 图i - 3 t o s c o - 干馏系统工艺流程图 f i g i - 3t e c h n o t o g i c a lf l o ws h e e to f t o s c o l ir e t o r ts y s t e m o - 6 m m 油虹岩 页岩灰 图1 4l r 干馏系统工艺流程图 f i g 1 - 4 t e c h n o l o g i c a l f l o ws h e e t o f l rr e t o r ts y s t e m 6 气 上海交通人学博1 ：学位论文 ( 4 ) 德国l r 干馏技术 l r 干馏技术是德国l u r g i 和r u h r g a s 两家公司联合开发的一种多用途工艺，采 用页岩灰为热载体。属固体热载体法，其工艺流程见图l 一4 。 粒度小于6 m m 的油页岩预热到1 5 0 2 1 0 后进入螺旋式混合器，与来自热载体 收集槽的6 5 0 7 5 0 热页岩狄混合；混合物料从混合器下落到干馏反应器进行干馏 后，落到加热提升管底部，而多余物料由千馏反应器排至流化床冷却器，与提升空 气换热；提升空气被加热到4 5 0 左右后，从底部进入加热提升管，将热页岩灰( 即 热载体) 提升至热载体收集槽。在提升加热管提升热页岩灰过程中，其中的页岩半 焦继续燃烧放热，使热载体再次被加热后，入热载体收集槽，同时燃烧烟气与热载 体分离，热载体进入螵旋式混合器，从而完成循环过程。这种干馏技术的特点是页 岩利用率及采油率高、设备简单、能耗低。 上述四种油页岩干馏技术经多年的发展，已各具特点，但仍不完善，存在