【油页岩干馏工艺发展现状研究9300字（论文）】

油页岩干馏工艺发展现状研究 3第1章小颗粒油页岩干馏技术 3 31.2ATP干馏技术 3 41.4LR干馏工艺 5 7第2章气体热载体干馏技术 92.1抚顺炉 2.2成大瓦斯全循环油页岩分级干馏技术 2.3SJ型干馏方炉 2.4茂名圆炉 2.5茂名方炉 第3章固体热载体干馏技术 3.1大工新法干馏技术 3.2粉末油页岩流化干馏技术 第4章主要干馏技术对比 第5章页岩油泠凝回收工艺 第6章油页岩干馏技术发展趋势 第7章结语 3中国油页岩资源丰富，换算成页岩油储量高达476亿吨。目前中国页岩油生产企业仍然采用以抚顺炉为主的干馏技术，该技术成熟稳定，但油收率不高。本文介绍了目前国内已投产运行和即将工业化的干馏技术以及曾经投入生产、后因多种原因停产的干馏技术。分析表明，我国油页岩产业正处于技术快速发展和产业成长阶段：为显著提高油收率，针对抚顺炉的改进技术已有一些进展，自主研发的成大气体热载体干馏工艺已经开始商业化运行，我国自主知识产权的固体热载体干馏技术出现。但依然存在诸多问题：国内干馏炉单炉处理量小、油收率偏低、半焦无法利用等问题亟需解决，国内固体热载体干馏自主技术依然处于试验阶段，引进国外先进的干馏技术尚没有实质性进展，国内页岩油回收技术亟待改进，油洗技术亟需完善和推广。油页岩地上干馏技术已经进入工业化应用阶段，国内外许多公司先后研制开发了油页岩地上干馏工艺，根据颗粒粒度的大小可以分为块状干馏技术和小颗粒干馏技术。随着世界石油资源的日益短缺，油页岩资源受到越来越多的关注。我国的油页岩干馏技术虽然成熟，但只能处理块状油页岩。大部分的小颗粒油页岩资源的被浪费，因此如何利用小颗粒油页岩资源成为油页岩干馏工业的当务之急。本文通过对油页岩干馏工艺发展现状进行探讨，为目前油页岩干馏工艺的提出相关思路。第1章小颗粒油页岩干馏技术1.1热循环固体干馏工艺热循环固体干馏工艺利用固体颗粒(通常是页岩灰)进行运载热量。热源来自于页岩半焦的燃烧。这类干馏工艺的特点是：①使用回转干馏炉；②原料为颗粒油页岩(颗粒范围一般小于10mm,在某些技术中甚至小于2.5mm)③在分离室内进行加热热载体，所以干馏炉出口的油气没有被烟气冲稀。④油收率高。这种类型的工艺主要有GaloterATP、TOSCOII、Lurgi-Ru-hrgas和大工DG干馏工艺。1.2ATP干馏技术采用热页岩灰作为热载体，属于固体热载体法。ATP处理器主要由一个卧式回转窑构成，包含两个同心圆筒，内筒有两个密封室，用于油页岩的预热和干馏，4油页岩与燃烧区返回的部分燃烧后的页岩混合，温度升至5008℃,其中的油母热窑体转速4r/min页岩油日产量4500桶。装置转动所需能量由电机驱动的齿圈传ATP工艺生产两种产品：一种是超低硫石脑油，经加氢处理，将氮、硫含量降到百万分之一以下，被加工成商用喷气机燃料等多种高附加值产品。另一种页岩原油是低硫轻质燃料油，用作燃料油的调和原料。TosCoII技术是美国Tosco公司开发的油页岩干馏技术，处理小颗粒油页岩。1955年在科罗拉多州研究所建立了23t/d的试验装置。1965年建立900t/d的半工业化的试验装置，取得了工业生产设计数据。烟气放空原页岩832热页岩热烟气瓷球45水蒸汽石脑油重油重油瓷球水5粉碎至小于12.7mm,通过提升管干燥预热至260C,与来自加热器680C的瓷球进入转筒干馏炉。干馏炉转动时，瓷球与油页岩混合接触传热，油页岩升温至480C进行干馏。油气经回转筛除去夹带的粉尘，进入分离塔，分割为煤气、石脑油、馏分油等不同组分其干馏技术的主要特点如下：(1)装置采油率高(接近100%),页岩利用率高(为100%);(2)固体热载体与油页岩充分混合，传热热利用率高；(3)设备复杂，维修困难，用瓷球做热载体投资高、维修费高；(4)转筒干馏炉机械密封处易发生轻微泄漏；(5)成品油中油泥大，增加分离程序；Galoter工艺的流程为干燥的油页岩与热载体固体热页岩灰(大约在800C)进行混合，页岩灰从分离室燃烧页岩半焦。裂解温度为520C左右。干馏kukersite油页岩时可得到油页岩的收率为12%,并且页岩油中含有15%~20%的低沸点馏分。与Kiviter干馏工艺相比，Galoter工艺更经济，水的使用和污染更少一些。燃烧后的残渣，CaS和有机碳含量更低。爱沙尼正在进行页岩油的生产。拥有两台处理量125t/h的干馏炉，正计划增建两台干馏炉，也计划在约旦建设一套装置。2008年，爱沙尼亚的VKG集团公司下的VKG石油公司计划利用圣彼得堡的原子能设计院设计的工艺建设一条全新的生产线。LR技术是德国的Lugi和Ruhrgas两公司联合开发的一种多用途的固体热载体法工艺(使用砂子作为热载体)该技术工艺流程主要是由提升管、热载体收集槽、螺旋式混合器和干馏反应器组成的循环系统，双螺旋式混合器是它的核心设备。烟烟7煤气油页岩534页岩灰渣空气水8其工艺流程为：粒度小于6mm的油页岩预热到150C~210C后进入螺旋式混合器，与来自热载体收集槽的650C~750C热页岩灰混合；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，而多余物料由干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450C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，使热载体再次被槽，同时燃烧烟气与热载体分离，热载体进入螺旋式混合器，从而完成循环过程.其干馏技术具有下列主要特点：(1)干馏装置页岩利用率高(为100%),采油率高(为90%以上);(3)装置热能利用率高，能耗较低；(6)因粒度小(小于6mm),带入回收系统的粉尘较多，页岩油中油泥量较大。7油页岩固体热载体干馏新技术工艺流程如下：小颗粒油页岩(6mm以下)首先进入油页岩干燥预热系统，用来自干馏系统地热烟气进行气流干燥预热，并将颗粒油页岩提升至热页岩贮槽；干燥预热的油页岩通过给料机加入到混合器，在此与热的页岩灰热载体混合，快速引发页岩干馏；由混合器出来的粉状页岩(还未干馏完全)与页岩灰热载体落入到干馏反应器，干馏反应器为混合物料提供充分的停留时间，使干馏进行完全；干馏产生的油气经旋风分离器除尘，导入页岩油回收系统，得到页岩油和煤气等。油页岩在干馏反应器内完成干馏后变成页岩半焦，与页岩灰热载体成为混合物以密相状态进入加热提升管的下部，同预热的空气燃烧并提升，进入到热载体贮槽。在此提升过程中，半焦中固被加热。在热载体贮槽中气固分离后，页岩灰作为热载体又以密相状态流入混合器，进行下一个循环。于页岩干燥。系统中过剩的页岩灰，由热载体贮槽排出。排出的热页岩灰进入流化换热器，与热载体提升加热用空气换热，同时页岩灰中残余固定碳被烧掉。页8岩油回收系统采用油洗流程。特点是直接得到页岩油的馏分油：重质油和轻质油，废水少。大工油页岩固体热载体干馏新技术的特点：(1)油收率高，达到90%~96%;(2)原料(油页岩)利用率高，为100%;(3)热效率高，页岩半焦中残炭利用率可达85%~90%;(4)产品页岩油凝固点和粘度较低，产品燃气热值较高；(5)生产过程耗水量小，废水量少，SO,和NO、排放量小；(6)设备结构比较简单，开停灵活，操作弹性大，控制相对容易(7)油页岩固体热载体干馏新技术还缺少示范装置的验证。9第2章气体热载体干馏技术2.1抚顺炉目前国内有大约500多台抚顺炉，其中抚顺矿业集团拥有数量最多，共有220台。抚顺炉为气体热载体干馏炉，属半气燃炉，页岩干馏所需热载体为热循环气和热发生气(在发生段空气与半焦发生氧化还原反应生成的气化气),主要用于处理12~75mm的油页岩。其结构如图1所示。抚顺炉结构简单、使用周期长、易于维修、技术成熟，而且其原料品位适应性广，不仅能处理术成熟，而且其原料品位适应性广，不仅能处理.高品位油页岩，也能处理低品位的油页岩；但也存在一些不足，如只能处理大颗粒油页岩、油收率不高、三废污染较多等。抚顺炉属气体热载体干馏工艺，处理小颗粒页岩不是它的优势，其本身只能处理12mm以上粒径的页岩。刘连兴等[25]通过调整阵伞下移，降低页岩在炉内干馏段高度来改善页岩料层的透气性来处理5~12mm小颗粒页岩；此外，还提出在腰部拱台上安装中心布气室和改进主风风头等方式来改善气体热载体在炉高健等对抚顺炉的供热系统和油收系统进行了改造，将原间歇式瓦斯加热炉改为连续蓄热式加热炉，并在原三级水洗油收系统中增设旋风除尘器、间冷器和静电捕油器等设备，提高了油收率。可以看出，上述改造针对抚顺炉的密闭性、布气方式和料位阻力等方面进行了调整，旨在减小系统的漏气、布气均匀和缓解小颗粒页岩堆积所造成的较高料位阻力；同时，油收系统的不断完善也能有效地提高整体油收率。但由于种种原因，上述这些改进和开发的技术应用到工程设备中实现商业化运行尚未见相关报道。此外，抚顺炉技术本身的工艺特点，实现单炉的大型化存在诸多困难，目前抚顺炉的单炉容量仅为100~200t/d。2.2成大瓦斯全循环油页岩分级干馏技术全循环工艺是近几年提出的干馏新工艺。在干馏过程中产生的瓦斯气作为干馏热载体，干馏所需的热量全部由瓦斯气提供，在干馏炉内并没有燃烧反应，因此可以适应不同品位的油页岩。瓦斯全循环油页岩分级干馏技术是由吉林成大.弘晟能源有限公司自主研发的新型干馏技术。吉林成大弘晟能源公司于2007年12月在吉林桦甸筹建油页岩综合开发利用项目，采用瓦斯全循环油页岩分级干馏技术，建设总规模为年加工油页岩3.0X10⁶t,年产页岩油2.5X10⁵t。2010年8月完成了第一期24台干馏装置的建设，并投入生产，油收率可达铝甑的82%,第二期12台也已经建成。瓦斯全循环油页岩分级干馏技术的关键是将油页岩按粒径进行分级，分别在不同的干馏炉内进行干馏，加以加热炉持续不断并且均衡地向干馏炉供给700°C左右的热循环瓦斯气。瓦斯全循环油页岩分级干馏技术是吉林成大公司为解决现有干馏技术存在的不足，在国内外多种干馏技术的基础上自主研发的。目前该技术刚刚开始进行工业化运行，其干馏效果和生产效率等有待长期生产检验。SJ型干馏方炉是由神木三江煤化公司自主设计研发，属气燃炉。2008年甘肃窑街煤电公司与神木三江煤化公司及中国石油大学(北京)合作，采用SJ型干馏方炉对窑街油页岩进行中试加工，油收率可达80%以上。之后甘肃窑街煤电公司利用SJ型干馏方炉建设油页岩加工厂，年加工窑街油页岩1.4×10⁶t,产页岩油1.25×10⁵t,第一期工程的8台干馏装置已于2010年7月和8月投入生产。加料设备、干馏段和出焦设备是SJ型方炉的3个主要构成部分，如图3所示。SJ型干馏方炉是甘肃窑街煤电公司综合考虑处理量、油收率等因素，并且比较了国内外各种炉型的优缺点后选择的。该炉型跟抚顺炉相比，具有处理量大、油收率高、充分利用半焦热值投资成本低等优点，但同时存在故障率高、开机率低、瓦斯气热值低和冷凝回收系统庞大等缺点。茂名圆炉是在抚顺炉结构的基础上结合茂名油页岩受热易破碎的特点改进而来的。使用抚顺炉干馏茂名油页岩时发现干馏炉内压力会因页岩热破碎和水分含量大而增大，经过多方面改进后得到的茂名圆炉很好地解决了这一问题。因而，茂名页岩能在茂名圆炉中进行干馏，实现了工业化。茂名圆炉后期建成两个单元(共64台茂名),分别于1969年和1970年投产31-33]。正常运行20余年，后因页岩油价格过低等原因，茂名公司停产，茂名圆炉亦停止运转。茂名圆炉结构与抚顺炉相似，均属半气燃炉。结构见图4,主要区别为茂名圆炉干馏炉中部采用了气体混合室，具有多面布气的特点。茂名圆炉流程与抚顺炉相同，在上部干馏段进行油页岩的干馏，在下部的气化段则进行半焦与空气的燃烧、气化等反应。在气化段产生的气体与热循环气经干馏段中部的气体混合室混合后喷出，并向上流动与油页岩逆流供热。2.5茂名方炉茂名方炉又称茂名气燃式方炉，是20世纪50年代发展起来的一种气燃式块状油页岩干馏炉，具有物料与温度分布均匀、油收率较高及结构简单等特点。茂名石油工业公司实验厂于1958年建成两台不同处理量的茂名方炉，并于1961年建成两个单元共48台，每台处理量为200t/d的工业化生产装置。后因炉墙漏气严重及炉出口气体难以利用等原因于1979年停产。茂名方炉采用循环气燃烧供热以干馏油页岩，由经过燃烧和还原反应而产生的高温烟气作为热载体。茂名方炉所采用的气燃供热方式可使干馏炉内具有充足的热量和较厚的高温层，这样不仅可以保证页岩能得到充分地干馏，而且有利于还原反应的进行。茂名方炉主要由加料设备、炉体和排灰设备三部分组成，结构见图5。2345623456第3章固体热载体干馏技术大工新法干馏技术是由大连理工大学研发的固体热载体干馏技术，该技术利用自身灰渣作热载体。大庆油田采用大工新法，建设了年加工60万吨油页岩，年产3.0万吨页岩油。目前已建成冷态运行装置。大工新法干馏炉结构如图6所大工新法是国内首个自主研发并运用于工业生.产的固体热载体干馏技术，改变了国内干馏炉不能处理小颗粒油页岩的情况，在一定程度上提高了能源利用粉末油页岩流化干馏技术是由，上海博申工程技术有限公司研发，后经哈尔滨煤化工公司多次改进而来的。中煤黑龙江煤化工公司采用该技术，建立了日处理量为50t粉末油页岩流化干馏、半焦燃烧的中试装置，历时多年完成长期正常运转试验粉末油页岩流化干馏工艺流程图如图7所示。粉末油页岩流化干馏技术油收率高，而且得到的页岩油比较轻。在油泥处理方面，采用高效旋风分离器、离心技术及自选萃取剂等。油页岩制粉脱油油水尘排除系统洗涤水热载体半焦污水图3.2粉末油页岩流化干馏工艺3.3ICP干馏工艺ICP(theIn—situConversionProcess)是由壳牌石油公司研发的原地转化干馏技术，处于试验阶段，它是多种技术的集成。首先包括国际壳牌研究有限公司的发明专利一传导加热地下油页岩，赋予其渗透性，随后采油技术。该专利提出了改善和增加油页岩渗透性的方法，注热井加热温度约600C,加热速度足以传导加热油页岩中的干酪根，使热解产物在油页岩沉积层中压开形成裂缝，并通过这些裂缝进入采油井其次，ICP还包括控制地下水技术，即地下冷冻技术。在生产区周围钻一系列井进行制冷，在地下建立起冷冻墙或冰屏障，以阻止地下水进入干馏区影，响传导加热或干馏产物影响地下水。实际野外实验时，利用电加热油页岩可以在相对低的温度(650~700°F,相当于343~371℃)下使干酪根热解热解产物2/3是页岩油，1/3为天然气，产品质量较好，工艺流程见图3。钻探和场地准备钻探和场地准备加热和生产提炼加工厂生产后期处理图3.3热传导原地转化干馏技术工艺流程图第4章主要干馏技术对比目前国内处于工业化或即将投产的干馏技术都是各研发单位根据我国不同地区油页岩特点，在综合了国内外成熟干馏工艺的基础上开发而来。各干馏技术均有自己的特点，经济技术指标也不尽相同，其对比如表4.1所示。炉型热载体粒径范围单炉处处理量/td-垂直圆筒体瓦斯气瓦斯全循垂直圆筒瓦斯气环油页岩分级干馏体SJ方炉体瓦斯气垂直圆筒固体热载体页岩灰粉末油页垂直圆筒固体热载页岩灰馏体应该指出，抚顺炉、SJ方炉以及已停产的茂名方炉等干馏工艺，均存在气化段，通过自身产物的热量解决了油页岩热解所需热量的问题。但气化段的存在降低了干馏瓦斯的热值，使其能源利用价值有所下降。而吉林成大的瓦斯全循环技术，炉内没有气化段，循环瓦斯本身的物理显热为页岩热解提供热源，而加热这些瓦斯则需要外部热源实现。成大炉的瓦斯热值明显高于抚顺炉和SJ方炉，但外部热源提高了运行成本。因此，国内气体热载体干馏技术依然存在上升空间。第5章页岩油泠凝回收工艺抚顺干馏装置通常是20台干馏炉(成为一部)共用一套冷凝回收系统，该回收系电捕焦油器、装有新型填料的油吸收塔、机械化油水澄清槽等新型设备，并于2008年9月顺利投产。第6章油页岩干馏技术发展趋势第7章结语