陳家偉，陳家全

(1 中化化肥有限公司，北京　100031；2 北京國(guó)電富通科技發(fā)展有限責(zé)任公司,北京　100070)

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油頁(yè)巖干餾工藝技術(shù)進(jìn)展

陳家偉1，陳家全2

(1 中化化肥有限公司，北京100031；2 北京國(guó)電富通科技發(fā)展有限責(zé)任公司,北京100070)

介紹了世界油頁(yè)巖的儲(chǔ)量及分布情況，油頁(yè)巖工業(yè)化利用現(xiàn)狀及多種油頁(yè)巖干餾工藝技術(shù)，并對(duì)油頁(yè)巖干餾技術(shù)應(yīng)用前景做了展望。國(guó)內(nèi)油頁(yè)巖干餾工藝存在油收率低、處理量小、資源利用率低、自動(dòng)化控制程度低、環(huán)境污染等問(wèn)題。目前油頁(yè)巖干餾工藝技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)是工藝簡(jiǎn)單、適應(yīng)性強(qiáng)、零污染，因此要加強(qiáng)對(duì)現(xiàn)有各種油頁(yè)巖干餾工藝的融合，取長(zhǎng)補(bǔ)短，實(shí)現(xiàn)低成本、零污染、較高投資收益，并能夠?qū)崿F(xiàn)規(guī)模效應(yīng)。

油頁(yè)巖；干餾工藝；進(jìn)展

油頁(yè)巖也被稱為油母頁(yè)巖，屬于可燃礦物。油頁(yè)巖是一種沉積頁(yè)巖，國(guó)際上通常把含油率超過(guò)3.5%的頁(yè)巖稱為油頁(yè)巖。油頁(yè)巖主要由有機(jī)物和無(wú)機(jī)物組成，其中有機(jī)物的主要成分是油母，其他組分是瀝青。油頁(yè)巖經(jīng)低溫干餾后可以得到頁(yè)巖油，頁(yè)巖油的組成類似于原油，通過(guò)加氫制成輕質(zhì)燃料油。油頁(yè)巖可以單獨(dú)成礦外，也可以與其他礦物伴生成礦，一起被開(kāi)采出來(lái)[1]。油頁(yè)巖被公認(rèn)為是一種石油、天然氣的替代能源，因?yàn)閮?chǔ)量巨大而備受關(guān)注，因此科學(xué)、高效、環(huán)保的開(kāi)發(fā)利用油頁(yè)巖資源是我們面臨的一個(gè)新課題。

1　油頁(yè)巖資源分布情況及儲(chǔ)量

油頁(yè)巖資源儲(chǔ)量豐富，分布在全世界許多國(guó)家，但是分布不均，主要分布在美國(guó)、俄羅斯、扎伊爾、加拿大、巴西、摩洛哥、約旦、澳大利亞、愛(ài)沙尼亞、中國(guó)等國(guó)家[2]。根據(jù)美國(guó)地質(zhì)局Dyni博士調(diào)查、統(tǒng)計(jì)結(jié)果，表1中列出了儲(chǔ)量超過(guò)1.0 Gt 油頁(yè)巖資源的國(guó)家，其中美國(guó)、愛(ài)沙尼亞、俄羅斯等國(guó)家已經(jīng)對(duì)油頁(yè)巖的儲(chǔ)量進(jìn)行了詳細(xì)勘察，儲(chǔ)量結(jié)果較為準(zhǔn)確。20世紀(jì)50年代，我國(guó)曾對(duì)油頁(yè)巖儲(chǔ)量做過(guò)普查，截至目前未做全國(guó)性的詳勘工作，探明可采儲(chǔ)量約為50.0 Gt，折合為頁(yè)巖油2.0 Gt。我國(guó)油頁(yè)巖主要分布在遼寧撫順、廣東茂名、吉林樺甸、甘肅蘭州、新疆維吾爾自治區(qū)等地區(qū)[3]。

表1　油頁(yè)巖儲(chǔ)量較大的國(guó)家

2　油頁(yè)巖地下干餾工藝

油頁(yè)巖干餾工藝分為地下干餾工藝和地上干餾工藝。地下干餾工藝又稱為原位開(kāi)采工藝，是直接在地下進(jìn)行油頁(yè)巖干餾，油氣直接從地下導(dǎo)出地面。對(duì)于埋藏較深且含油率不高的油頁(yè)巖可采用地下干餾工藝。地下干餾工藝的優(yōu)點(diǎn)是避免了對(duì)油頁(yè)巖的開(kāi)采，成本低。缺點(diǎn)是油頁(yè)巖油收率較低，由于頁(yè)巖油和干餾水的溢出、滲漏，容易對(duì)地下水造成污染[4]。這種工藝向地下提供干餾熱量的方式主要有以下三種：通過(guò)燃燒一部分底端油頁(yè)巖或者半焦，利用其產(chǎn)生熱量，加熱油頁(yè)巖；向地下注入熱煙氣或者蒸汽等加熱油頁(yè)巖；電加熱。地下干餾工藝主要集中在美國(guó)，目前還處于試驗(yàn)階段，尚未實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，主要工藝有：殼牌LCP工藝、埃克森美孚Electrofrac工藝、美國(guó)頁(yè)巖油公司EGL工藝。

2.1殼牌LCP工藝

殼牌LCP工藝尚處于中試階段，該項(xiàng)目位于美國(guó)科羅拉多州Rio Blanco County，通過(guò)向地下插入鋼管，通入液氨冷凍液對(duì)鋼管周圍進(jìn)行冷凍，防止地下水滲入和頁(yè)巖油氣溢出。通過(guò)對(duì)干餾區(qū)域插入電加熱管，對(duì)油頁(yè)巖加熱，升溫至340～380 ℃，熱解生產(chǎn)出油氣。殼牌LCP工藝產(chǎn)出的頁(yè)巖油氣具有密度小、輕質(zhì)組分高的特點(diǎn)。

2.2?？松梨贓lectrofrac工藝

?？松梨贓lectrofrac工藝通過(guò)水力破碎油頁(yè)巖，加入導(dǎo)電物質(zhì)，對(duì)油頁(yè)巖進(jìn)行緩慢加熱，熱解產(chǎn)生出頁(yè)巖油氣。該工藝已完成實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)、中試試驗(yàn)，尚無(wú)工業(yè)化。

2.3美國(guó)頁(yè)巖油公司EGL工藝

美國(guó)頁(yè)巖油公司EGL工藝尚處于中試階段，該項(xiàng)目也位于美國(guó)科羅拉多州Rio Blanco County，該工藝通過(guò)將地上對(duì)油頁(yè)巖干餾產(chǎn)生的熱煙氣注入地下管道，緩慢加熱，將熱解產(chǎn)生的頁(yè)巖油氣通過(guò)管道導(dǎo)出地面。

3　油頁(yè)巖地上干餾工藝

地上干餾工藝即油頁(yè)巖通過(guò)開(kāi)采、破碎、篩分等工序，然后將油頁(yè)巖運(yùn)至干餾爐進(jìn)行干餾。通過(guò)破碎破碎，將產(chǎn)生塊狀油頁(yè)巖(25 mm<粒度<125 mm)和小顆粒油頁(yè)巖(粒度≤25 mm)，以適應(yīng)不同的干餾爐型[5]。

3.1塊狀干餾工藝

塊狀干餾工藝主要有巴西Petrosix工藝、愛(ài)沙尼亞Kiviter工藝、撫順干餾工藝、神木三江SJ干餾工藝。

3.1.1巴西Petrosix工藝

20世紀(jì)50年代，巴西石油公司開(kāi)始研究開(kāi)發(fā)油頁(yè)巖煉油，并對(duì)Petrosix工藝進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室小型試驗(yàn)。20世界90年代，建成了兩臺(tái)Petrosix干餾爐?，F(xiàn)在開(kāi)發(fā)的Petrosix干餾爐為直立圓筒爐，爐子直徑為5.5 m，單爐處理油頁(yè)巖能力為6000 t/d。Petrosix干餾爐為三段式爐，爐體上半部分是干燥和干餾段，熱解產(chǎn)生的干餾氣從爐頂引出，部分干餾氣返回至爐體中部，作為循環(huán)熱載體加熱干餾油頁(yè)巖。生成的半焦則進(jìn)入爐子底部，被排至爐底水封箱進(jìn)行冷卻。Petrosix干餾工藝產(chǎn)生的半焦沒(méi)有被直接利用，是作為固體廢棄物回填原有露天礦。Petrosix干餾工藝的優(yōu)點(diǎn)是：工藝成熟、單爐處理量大，油收率高達(dá)90%。

3.1.2愛(ài)沙尼亞Kiviter工藝

19世紀(jì)20年代，愛(ài)沙尼亞開(kāi)始研發(fā)Kiviter干餾工藝，經(jīng)過(guò)逐漸完善，Kiviter干餾爐演變?yōu)橐环N垂直圓柱形干餾爐，單爐處理油頁(yè)巖能力為1000 t/d。Kiviter干餾爐體上半部分是干燥和干餾段，干餾氣在中部的燃燒室內(nèi)燃燒后產(chǎn)生高溫油氣，水平通過(guò)逐漸下降的油頁(yè)巖層。熱解產(chǎn)生的油氣經(jīng)冷凝系統(tǒng)進(jìn)行收集油頁(yè)巖。Kiviter干餾工藝的特點(diǎn)是：油收率為80%，干餾爐熱效率為70%，工藝成熟，半焦?jié)摕嵛幢怀浞掷谩?/p>

3.1.3撫順干餾工藝

撫順干餾爐是我國(guó)應(yīng)用最為廣泛的一種爐型，也是垂直圓柱形干餾爐，內(nèi)徑3 m，高10 m。撫順干餾爐上段是干燥和干餾段，下段是發(fā)生段，油頁(yè)巖半焦在空氣和水蒸氣的氣氛下氣化和燃燒。干餾后的頁(yè)巖半焦進(jìn)入發(fā)生段，從爐底底部通入主風(fēng)進(jìn)行反應(yīng)，進(jìn)入熄焦水盆后經(jīng)刮板機(jī)排除爐外[6]。撫順干餾爐的特點(diǎn)是：?jiǎn)螤t日處理量小，油收率低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易對(duì)環(huán)境造成污染。

3.1.4神木三江SJ干餾工藝

神木三江SJ干餾工藝是在陜北地區(qū)非常流行的一種生產(chǎn)蘭炭工藝，神木三江公司經(jīng)過(guò)對(duì)爐體進(jìn)行改進(jìn)、完善，于2009年成功應(yīng)用于甘肅窯街油頁(yè)巖綜合利用有限責(zé)任公司一期項(xiàng)目上，并取得很好的效果。由皮帶機(jī)運(yùn)來(lái)的原料頁(yè)巖首先裝入爐頂上部的緩沖倉(cāng)內(nèi)，再經(jīng)進(jìn)料口和輔助料箱進(jìn)入干餾爐。塊狀頁(yè)巖向下移動(dòng)，送入爐內(nèi)的加熱氣體逆向接觸，并逐漸被加熱升溫，熱解產(chǎn)生油氣及半焦。熱解產(chǎn)生的油氣由上升管從爐頂導(dǎo)出，干餾段溫度為550～700 ℃。油頁(yè)巖半焦經(jīng)爐子下部的排焦箱及熄焦池冷卻后被排除。神木三江SJ干餾工藝特點(diǎn)是爐型簡(jiǎn)單、筑爐工期短、投資少、單爐處理量大、油收率高、容易造成環(huán)境污染。

3.2小顆粒干餾工藝

小顆粒干餾工藝主要有Galoter干餾工藝、ATP干餾工藝、DG干餾工藝、Lurgi-Ruhrgas干餾工藝等。

3.2.1Galoter干餾工藝

Galoter干餾工藝是由前蘇聯(lián)科學(xué)院能源研究所(ENIN)最初開(kāi)發(fā)，由圣彼得堡原子能設(shè)計(jì)院完成設(shè)計(jì)，屬于水平圓柱旋轉(zhuǎn)式固體熱載體干餾爐。2007年，VKG公司將該工藝引進(jìn)至愛(ài)沙尼亞并經(jīng)過(guò)改進(jìn)，現(xiàn)在的Galoter干餾爐直徑約5 m，長(zhǎng)約15 m，原料粒徑為0～25 mm，單爐處理能力為3000 t/d。在干餾爐內(nèi)，干燥頁(yè)巖和高溫頁(yè)巖灰混合，被高溫?zé)煔饧訜岬?00 ℃，然后被導(dǎo)出進(jìn)入垂直的沸騰床燃燒室，生成的高溫頁(yè)巖灰再去循環(huán)干燥油頁(yè)巖。Galoter干餾工藝適應(yīng)于高含油率、高熱值干餾氣的油頁(yè)巖加工，適合于大規(guī)模生產(chǎn)，但是該爐體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，操作費(fèi)用高。

3.2.2ATP干餾工藝

ATP干餾工藝最初是由加拿大UMATAC公司開(kāi)發(fā)，開(kāi)始被用作油砂熱解，1999年澳大利亞引進(jìn)該工藝用于干餾油頁(yè)巖。ATP干餾爐直徑約8.2 m，長(zhǎng)度約62.5 m，原料粒徑為0～25 mm，單爐處理能力為6000 t/d。顆粒頁(yè)巖由帶式輸送機(jī)運(yùn)至預(yù)熱區(qū)，再進(jìn)入干燥區(qū)，由高溫頁(yè)巖灰進(jìn)行干燥，干燥后的頁(yè)巖與高溫灰?guī)r混合被加熱至500 ℃，熱解產(chǎn)生油氣、半焦。油氣進(jìn)入冷凝回收系統(tǒng)得到頁(yè)巖油，半焦進(jìn)入燃燒區(qū)進(jìn)行燃燒，得到高溫頁(yè)巖灰，用來(lái)再次干燥頁(yè)巖。ATP干餾工藝適應(yīng)于高含油率、高熱值干餾氣的油頁(yè)巖加工，適合于大規(guī)模生產(chǎn)，產(chǎn)生的石腦油通過(guò)加氫精制成低硫產(chǎn)品。

3.2.3DG干餾工藝

DG干餾工藝是大連理工大學(xué)開(kāi)發(fā)的一種固體熱載體干餾工藝。該工藝主要有干燥、半焦流化燃燒、煤焦混合、煤干餾、油氣回收系統(tǒng)組成。熱解產(chǎn)生的半焦作為熱載體，將小于6 mm的小顆粒頁(yè)巖和半焦槽800 ℃的粉煤按比例送至混合器，混合溫度約600 ℃。熱解油頁(yè)巖在提升過(guò)程中加熱，通過(guò)頁(yè)巖儲(chǔ)槽后進(jìn)入反應(yīng)器循環(huán)使用。由于混合均勻、迅速，頁(yè)巖顆粒小，高溫的頁(yè)巖灰將熱量迅速給頁(yè)巖顆粒，溫度上升速度快，熱解速度快。目前，該工藝已完成工業(yè)化示范，DG干餾工藝的特點(diǎn)是油收率高、油頁(yè)巖利用率高、熱效率高、產(chǎn)生油氣熱值高、生產(chǎn)過(guò)程造成污染小。

3.2.4Lurgi-Ruhrgas干餾工藝

Lurgi-Ruhrgas干餾工藝是由德國(guó)Lurgi公司和美國(guó)Ruhrgas公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)的一種固體熱載體干餾工藝，該工藝主要由提升管、熱載體收集槽、螺旋式混合器和干餾反應(yīng)槽組成，其中核心設(shè)備是雙螺旋混合器。該工藝將粒徑小于25 mm的原料預(yù)熱至160～220 ℃后，與循環(huán)頁(yè)巖灰混合，混合物料溫度為480～590 ℃，顆粒物料被熱解，熱解產(chǎn)物為油氣和高溫頁(yè)巖灰。該工藝循環(huán)使用部分頁(yè)巖灰與顆粒頁(yè)巖進(jìn)行熱交換，燃燒熱解部分干餾氣用于干燥油頁(yè)巖。Lurgi-Ruhrgas干餾工藝的特點(diǎn)是熱效率高、油頁(yè)巖利用率高、干餾氣熱值高、油收率高。

4　結(jié)　論

(1)美國(guó)是世界上油頁(yè)巖資源最為豐富的國(guó)家，也是世界上唯一進(jìn)行地下干餾工藝試驗(yàn)的國(guó)家，地下干餾工藝目前尚處在試驗(yàn)階段，還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。

(2)自2014年底至今，國(guó)際石油價(jià)格處于低位徘徊，2016年1月份甚至跌破30美元/bbl，使得油頁(yè)巖干餾技術(shù)的發(fā)展受到一定程度的制約。但是國(guó)際油價(jià)不可能長(zhǎng)期處于低位，一般認(rèn)為，當(dāng)國(guó)際油價(jià)高于35美元/bbl時(shí)，地下干餾工藝可以實(shí)現(xiàn)盈利；當(dāng)國(guó)際油價(jià)高于54美元/bbl時(shí)，地上干餾工藝可以實(shí)現(xiàn)盈利。

(3)我國(guó)油頁(yè)巖資源豐富，但目前探明儲(chǔ)量較美國(guó)、俄羅斯等國(guó)家較少，儲(chǔ)量數(shù)據(jù)來(lái)源于20世紀(jì)50年代，主要原因是沒(méi)有進(jìn)行規(guī)模的詳查。我國(guó)應(yīng)重視油頁(yè)巖資源的開(kāi)采、利用，同時(shí)也要加大勘察力度，進(jìn)行全國(guó)范圍內(nèi)的勘察。

(4)國(guó)內(nèi)油頁(yè)巖干餾工藝存在油收率低、處理量小、資源利用率低、自動(dòng)化控制程度低、環(huán)境污染等問(wèn)題。在引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)工藝的同時(shí)，要加大對(duì)原有工藝技術(shù)的升級(jí)改造，同時(shí)要加強(qiáng)對(duì)油頁(yè)巖的綜合利用，提高油頁(yè)巖的資源利用效率。

(5)目前油頁(yè)巖干餾工藝技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)是工藝簡(jiǎn)單、適應(yīng)性強(qiáng)、零污染，因此要加強(qiáng)對(duì)現(xiàn)有各種油頁(yè)巖干餾工藝的融合，取長(zhǎng)補(bǔ)短，實(shí)現(xiàn)低成本、零污染、較高投資收益，并能夠?qū)崿F(xiàn)規(guī)模效應(yīng)。

[1]劉德勛,趙群,王紅巖,等.國(guó)內(nèi)外小顆粒油頁(yè)巖干餾工藝現(xiàn)狀與展望[J].廣州化工,2010,38(12):7-11.

[2]錢家鱗, 王劍秋,李術(shù)元.世界油頁(yè)巖開(kāi)發(fā)利用動(dòng)態(tài)[J].中外能源,2008,13(1):11-15.

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[4]張磊, 韓向新, 王忠存,等.油頁(yè)巖綜合利用技術(shù)的研究發(fā)展[J].中國(guó)礦業(yè),2012,21(9):50-53.

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Development of Oil Shale Retorting Process

CHENJia-wei1,CHENJia-quan2

(1 Sinofert Holding Limited, Beijing 100031;2 Beijing Guodian Futong Science and Technology Development Co., Ltd., Beijing 100070, China)

The distribution of oil shale and reserves in the world was introduced. The oil shale retorting technology and application were also discussed. There were some problems about Chinese oil shale retorting technology, such as low oil yield, low capacity, low utilization rate of resources, low automatic control, environmental pollution. The tendency of retorting technology development is simple process, high adaptable, zero pollution. We must integrate all the retorting technologies, complement each other, to implement low cost, zero pollution, higher yield, and can realize economies of scale.

oil shale; retorting technology; development

陳家偉(1981-)，男，碩士，工程師，主要從事工程項(xiàng)目管理。

TQ523

A

1001-9677(2016)010-0038-03