世界油页岩干馏炉的评价

1.油页岩工业化干馏炉的评价原则

(1)高级。本文主要研究了工业干馏过程中铝干馏油的产率。一般认为铝甑出油率高达85%,其工艺更先进;而70%以下,就不够高级了。当然,除了出油率是关键,还有其他指标要考虑。例如,一般认为工业规模的单炉产能应大于1000t/d..此外,先进性还应包括产品的热效率、水、电、蒸汽的低能耗、产品的高质量(页岩油的质量、干馏气的热值等。).此外,干馏过程的环境影响程度也很重要。

(2)成熟度。本文主要研究工业干馏炉的年开工率及其最长运行周期。一个成熟的工业炉型每年的启动时间应超过7200h,即应运行10个月以上。历史经验表明,开发一种全新的干馏工艺,从实验室到中试,再到半工业化,再到大规模工业化,往往需要十年甚至几十年的时间。

(3)适应性。干馏工艺应易于操作,易于调节和控制,并能适应原料页岩性能和产量的变化。加工过程中污染少,应该更容易控制。

需要指出的是,能够全部满足上述三个评价标准的干馏工艺当然是最理想的。

2.油页岩主要干馏工艺的比较。

目前,世界上干馏油页岩生产页岩油的主要工艺有六种(表3-1),分别是中国的抚顺炉(块页岩干馏炉)、Petelaud的Sykes炉(块页岩干馏炉)、爱沙尼亚的Kievit炉(块页岩干馏炉)和Glott炉(颗粒页岩干馏炉)、澳大利亚的Tasek炉(颗粒页岩干馏炉)。除塔塞克炉技术不成熟,目前停止工业生产外,其他干馏炉技术成熟,是工业生产中常见的炉型(侯祥林,1984;施密特,2002;叶菲莫夫等人,1982;戈卢别夫,2003年;施密特,2003年).

相比较而言,Glot炉最好,其次是Petelaud Sikes炉和Tasek炉,适用于大中型油页岩炼制企业。经过改进,我国抚顺炉更适合小型油页岩炼油企业。

表3-1目前世界油页岩干馏主要技术对比

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3.油页岩干馏炉的选择

与实验室铝干馏炉相比,我国抚顺式炉容量小,出油率低,不能处理块状页岩和破碎页岩,页岩利用率只有80%。工艺不先进,环保性能差。但它是一种成熟的炉型,可以处理贫矿,操作弹性好,运行经验长,投资少,建设快,适合小工厂。抚顺式炉容量小,但20台锅炉可以合为一台。一套冷凝回收系统,一台锅炉日处理量可达2000吨(钱等,2006)。改进后的抚顺式炉可将40台机组合并为一台机组(称为“E机组”),使用一套冷凝回收系统,一台炉日处理量可达4000t。

爱沙尼亚的Kievit炉容量大,出油率和铝甑相比不算太高,页岩利用率只有80%。是成熟炉,环保性能差,投资适中,适合中型厂。

巴西Petelaud的Sikes炉容量大,处理块状页岩,与铝干馏炉相比出油率高,产生高热值煤气,是一种成熟的炉型,环保性能好,投资高,适用于大中型工厂(钱等,2006)。

爱沙尼亚的Glot炉容量很大,可以处理颗粒页岩(所有生页岩都可以)。与铝干馏炉相比,该炉出油率高,产生的煤气热值高,是一种基本成熟的炉型。废水少,易于处理,环保装置;但是结构复杂,维护成本高。据报道年运行7200h,大中型工厂均可使用(钱等,2006)。

澳大利亚的Tasek炉容量大,可以处理颗粒页岩(所有生页岩都可以),出油率高,煤气热值高。页岩油加氢后质量好,投资高,但还不够成熟。2004年停堆前,开工率只有60%,大中型工厂可以考虑采用这项技术。

干馏炉类型的选择也必须基于所用油页岩的性质。除了强调油页岩铝甑含油量的底线外,干馏气的产率和页岩半焦的热值也很重要,因为干馏气和半焦的热值要足以提供油页岩干馏所需的热量。

要采用巴西和爱沙尼亚研制的干馏炉型,存在技术引进、技术转让或合作建设等经营问题。如果商务谈判不成功,就需要其他选择。

可以使用成熟的瓷炉,如抚顺炉或燃气方炉。虽然出油率低,但投资少,见效快。也可采用我国自己的炉型,如:大公固体热载体干馏炉或粉页岩流化干馏炉。但需要注意的是,无论是大型新型炭化炉型,还是流态化炭化炉型,都还处于中试阶段。要发展成工业规模的炉型,需要投入大量的能源和风险投资,只有在中型和工业规模的实验成功后,才能建成工业生产装置。当然,为了自主创新,开发新炉型,这样的选择也是值得的。

4.油页岩干馏冷凝回收系统

油页岩干馏出口的油气主要是气相,需要冷凝回收页岩油等产品。由于油页岩干馏工艺不同,炉膛出口气体成分会有很大差异。

对于块状油页岩干馏炉,油页岩通过热气热载体加热干馏。如上所述,抚顺发生炉中的油页岩通过热循环气和热发电气加热和干馏。这两种用于加热的气体都很丰富,比油页岩干馏产生的页岩油气大十几倍。所以干馏产生的页岩油气被大量惰性气体(空气燃烧后形成的氮气和二氧化碳)稀释,使得冷凝系统需要冷却大量的外输油气,所以冷凝回收系统的设备会比较大,冷凝回收后的气体热值不高。

对于巴西彼得劳德的埃塞克斯干馏炉来说,炉内的油页岩是由干馏炉本身产生的干馏气加热形成的热循环气加热干馏的。这种用于加热的气体热载体也比较大,比干馏炉产生的页岩油气大十倍,所以冷凝回收系统的设备也会比较大。然而,由于没有惰性气体,离开冷凝回收系统的干馏气的热值非常高(Rezende,1982)。

对于颗粒状油页岩固体热载体干馏炉,油页岩是通过热的固体热载体(通常是热页岩灰)加热干馏的,如Glot炉、Tasek炉等。因此,炉子出口的油气只是油页岩本身干馏产生的页岩油和页岩气,其量并不大,因此所需冷凝回收系统负荷小,设备也小。离开冷凝回收系统的干馏气体的热值非常高。由于冷凝回收系统负荷小、用水量小、排污量小,可在锅炉内燃烧,有利于环保,是一种环保型炉型。

对于粉页岩的流化干馏炉,虽然油页岩是用热的固体热载体(通常是热的页岩灰)加热的,如茂名两流化干馏装置,由于流化剂进入干馏反应器,离开干馏反应器的气体除了页岩油气外,还与流化剂混合。无论流化剂是过热蒸汽还是干馏循环气,冷凝回收系统的负荷都会大大增加,冷凝回收的设备也不小。然而,离开冷凝回收系统的干馏气体的热值非常高。

另一个重要问题是页岩油气的除尘。油页岩干馏,尤其是颗粒页岩和粉页岩的干馏,会在干馏炉出口处的油气中携带大量粉尘,进入冷凝回收系统。浓缩后的页岩油会含有大量的粉尘,这将极大地影响页岩油的质量,甚至使其无法使用。更有甚者,随着页岩油的冷凝,油气中的粉尘会导致冷凝回收系统粉尘堵塞,从而影响整个干馏装置的正常运行,甚至停工。因此,颗粒的除尘,尤其是粉页岩干馏炉出口的油气,是进入冷凝回收系统前后的首要问题。

油页岩干馏不同工艺冷凝回收系统对比见表3-2。

从上表可以看出,不同工艺的干馏炉出口油气需要先除尘。对于块状页岩干馏炉,一般采用水洗或油洗去除重油夹带的粉尘,然后沉降分离(抚顺炉和Kievit炉),或采用旋风分离器去除重油夹带的粉尘,然后过滤分离(Petelaud Sikes炉)。对于粒状和粉状页岩的干馏,由于粉尘量大,需要使用两到三个旋风分离器来除尘。

表3-2油页岩干馏不同工艺装置冷凝回收系统对比