油页岩的开发与利用.pdf

油 页岩 的开 发与利 用 何 红梅 ，徐德 平 ，张香 兰。 1 ．辽 宁天宝能源有限公司页岩油业分公 司，辽 宁 抚顺 1 1 3 1 1 5 ； 2 ．煤炭科学研究总院 煤化学所 ，北京 1 0 0 0 1 3；3 ．中国矿业大学北京校 区 化环系，北京 1 0 0 0 8 3 摘要 简要介绍中国抚 顺油 页岩 工业的发展 过程。重点介绍抚顺式 炉的结构及干馏 工 艺；对油页岩的深加 工方向进行 了探 索讨论 ；提 出了油 页岩灰渣的综合利用方向。 关键词 油页岩；抚顺式炉 ；页岩油 中图分类号 T Q 5 2 3 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 6 - 6 7 7 2 2 0 0 2 0 2 4 3 0 4 4 4 3 4 油页岩是一种有机矿物 亦称油母 的矿石 ， 因含油量高亦 称油页岩 ，是天然原 油的替代资源 。 属于 固体可燃矿物 ，其发热量 比煤低 ，是天然原油 和天然气较为理想的补充或替代能源 。 中国油页岩储量丰富 ，含油率较高的主要矿产 区有辽宁抚顺 、广东茂名 、吉林桦甸 ，这 3个矿区 已探明的油页岩储量约有 1 0 0多亿 吨。其 中广东 茂名可采储 量 4 1 ． 7亿 t ，含油率 6 ％ ～8 ％ ；吉林 桦甸可采储量 1 3亿 t ，含油率 6 ％ ～1 2 ％ ；抚顺油 页岩地质储量为3 5 亿 t ，可采储量为 7 ． 5 亿 t ，含 油率 5 ％ ～8 ％。因开采成本 高、炼 油成本 高 ，吉 林桦甸于 1 9 6 1年停止开采 ，广东茂名也于 8 0年代 末停采。 目前只有辽宁抚顺油页岩得到工业性开发 利用 。抚顺矿区油页岩贮存于西露天矿的含煤地层 中 ，与煤伴生且大多位于煤层之上 。 ，当露 天采煤 时 ，油页岩是副产物 ，因此开采成本很低 。抚顺页 岩矿层厚度一般为 4 9～1 9 0 m，可采厚度为 6 0～8 0 m，全矿区油页岩含油率一般为 5 ％ ～8 ％ ，以年开 采 2 2 5万 t 计 ，开采年限为 3 0 0年左右 。抚顺矿 区 丰富的油页岩加工利用资源有着广阔的利用前景和 稳定可靠 的资源储备。 抚 顺 是 中 国油 页岩 工 业 化 生 产 的基 地 ， 自 1 9 3 0～1 9 8 2年的 5 0多年 中，其抚顺地 区各 页岩加 工厂共 加 工 油 页 岩 约 4 ． 2 6亿 t ，生 产 页岩 油 约 1 4 0 8 ． 5万 t 目前年产 9万 t ，过去平均年产 2 8万 t ， 6 0年代后随着天然石油的开采和利用 ，生产规 模逐渐降低 ，因炼制 页岩油成本高 ，经济效益低等 原因 ，国家开始限制页岩油的生产 ，因而抚顺石油 一 厂 、二厂逐渐放弃停止 了页岩油的生产 ，抚顺页 岩油生产规模整体上逐渐萎缩 。 抚顺矿区根据全局经 营战略重点转移 的需要 ， 于 1 9 8 9年始 开工 建设 ，抚顺 矿 务局 页岩 炼油 厂 ， 1 9 9 1年建成投产 。该 厂现 已改制为 辽宁天 宝能源 股份有限公司页岩油业分公司。总设计年生产页岩 油 9万 t 。现年产值已达 1 亿元 ，利润 2 5 0 0万元 ， 该公 司已被 国家计 委命名 为 “ 油 页岩综 合利 用示 范基 地 ” 。 因此从 9 0年代后 ，抚顺页岩油 的发展情况基 本代表 了中国页岩油的发展情况 。本文拟介绍抚顺 页岩油 的炼制工艺 、干馏炉型 ，并讨论页岩油的深 加工路线 ，希望能对中国页岩油的发展起到一个抛 砖引玉 的作用。 表 1是抚顺油页岩油从开始至今 的生产简史 。 1 抚顺 式炉简 介 1 ． 1 干馏炉 页岩原油是用内热式千馏炉炼制的，该炉又名 被称为抚顺内熟式干馏炉。它是由加料设备、炉体 收 稿 日期 2 0 0 2 0 31 2 作者简介何红梅 1 9 6 6一 ，女，现在辽宁天宝能源股份有限公司页岩油业分公司，工程师。 洁净煤技术 2 0 0 2年第 8卷 第 2期 维普资讯 表 1 抚顺页岩油生产简史 时间 生产能 力／ t d台 干馏 炉 生 产 地 点 1 9 2 8年始建 ，1 9 3 0年建成 1 9 3 4年对其进行 改造 1 9 3 9年新建 1 9 4 5年新建 1 9 5 4年恢复建设 1 、2、3部 1 9 5 6年新建 1 9 6 0年新建 1 9 7 9年 5月 1 9 8 7年 3月 1 9 9 2年 7月 1 9 8 9年始建 ，1 9 9 1年 9月建成 1 9 9 2年 8月 1 9 9 5年 2月 2 0 0 2年计划始 建 5 O 8 O台 石 油一 厂东原油 1 ． 2 ． 3 ． 4部 1 0 0 8 0台 石油一厂东原 油 1 ． 2 ． 3 ． 4部 1 8 0 6 0台 石 油一厂西原 油 5 ． 6 ． 7部 2 0 0 6 0台 石油二厂 1 、2 、3部 当时只有 1部试生产 ，2、3部未建完 2 0 0 6 0台 石油二厂 1 、2 、3部 2 0 0 2 6台 石油一厂西原 油 8部 石油一 厂 9部 石 油一厂西原油 4个 部 5、6、7、8部 停产 。原因 场地下 陷。 石 油一厂东原油 1、2、3、4部停产 、拆 除。原因 场地下 陷。 石 油二厂南原油 1 、2、3部停产 、拆 除。 1 0 0 2 0台 抚顺矿务局 页岩炼油厂 原油 B部 1 0 0 2 0台 原油 A部 1 0 0 2 0台 原油 c部 1 0 0 1 6 0台 及除灰设备 3部分组成 。 1 干馏 炉的加料设备是由炉顶放料器和闸板 组成。放料为间歇操作 ，放料器装有闸板 ，以防止 空气窜人炉 内，放料为间歇操作 。 2 炉体为干馏 炉 的主要部 分 ，外壳 为钢板 焊制的圆筒 ，内衬耐火砖 ，炉腔被 中间的拱 台分为 上 、下两段 上部为干馏段 ，下部为气化段 。炉体 的中间部分 由拱 台、混合室组 成。 3 排灰 设备 由排灰 器、风头 、灰皿及 除灰 器 4部分组成 ，安装在炉底部炉盘之上 ，炉盘有上 下球槽 。 1 ． 2蓄热式加热炉 干馏加热用热源来 自于蓄热式加热炉 。它是一 个直立式圆筒 ，分蓄热室和燃烧室 2部分 ，蓄热燃 烧时温度可达 1 0 0 0～1 I O 0 C，换热后排 出的烟气 温度 为 9 0～1 2 0 ℃ ，先燃烧 ，换 热后再循 环。3台 蓄热式加热炉给 2 0台干馏炉供热 。 抚顺式炉具有内热式炉固有的传热速度快 和热 效率高的优点以外，它还有以下优点① 能处理 低品位油页岩；② 能利用固定碳；③ 油品产率较 高；④ 结构简单 ，维修方便；⑤ 页岩块度的适应 范 围广 ；⑥ 易于操作 ，能长期运转 。 但它也有其明显缺点。例如① 干馏产物的 冷凝回收系统庞大；② 煤气热值低 ，页岩油及煤 气浓度低；③ 气化段易造成过剩氧上窜而引起烧 油 ，降低油收率 ，等等 。 2 抚顺油页岩的加工工艺 油 页岩的开发与利用 2 ． 1 抚顺油页岩的理化性质 外观为深褐色 ，有光泽 ，呈片状纹理 ，真相对 密度为 2 ． 0 。工业分析 、铝甑分析低 温干馏 试验结 果见表 2和表 3 。 表 2抚顺 油页岩 的工业分析 表 3抚顺油 页岩 的铝甑试 验产品分 析 2 ． 2油页岩J j n - r- r 艺 油页岩的加工工艺包括油 页岩的破碎 、筛分 、 干馏及其气态产物的冷凝 回收。 2 ． 2 ． 1 油 页岩 的破 碎 和 筛分 原页岩是块度大小不 同的混合物 ，必须经过破 碎 、筛分等予处理来满足干馏 的要求 。抚顺式炉对 页岩块度的要求为 1 2～ 7 5 m m。 2 ． 2 ． 2油 页岩 的干 馏 经过破碎 、筛分 后的粒度 为 1 2～7 5 mm的油 页岩人炉后 ，慢慢 向下移动 ，在干馏段被 由气化段 和混合室 出来 的热气流加热 ，页岩被干燥 和干馏 ， 到达 中部 时在 大 约 5 5 0～6 0 0 C转化 为 页岩 半焦 ； 页岩半焦继 续下移 到气 化段 ，与炉底 通人 的主风 45 维普资讯 空气和水蒸气 进行燃烧和还原气化反应 ，被加 热到 7 0 0～ 9 0 0 C，并生成 气体 煤 气 并放 出大 量热量 ，热量 由气体带 到干馏 段 ，作为 干馏 的热 源。经过干馏后 的页岩残渣温度达到 7 0 0～ 9 0 0 C， 继续下 移与主风换热，最后 落入水盆，冷却至 7 0 ℃排 出炉外。炉顶 出来 的油 气进 入冷凝 回收系 统 ，炉出 口温度为 9 0～1 1 0 ℃ 。为 了补充干馏段 的 热量 ，在干馏炉 中部 通入温度 为 6 O 0～7 6 0 C的 高 温循环煤气 。炉顶 出来 的油气进入冷凝 回收系统 ， 炉出 口温度为 9 0～1 1 0 ℃ 。 2 ． 2 ． 3冷 凝 回 收 系统 从油页岩低温干馏炉导出的粗煤气 ，是包含各 种干馏产物和水蒸汽的混合物。煤气中除含有页岩 焦油、气体汽油外 ，还含有酚 、氨 、硫化氢及吡啶 等副产品。尤其是吡啶、酚等副产品附加值很高应 该考虑利用。 煤气经集合管、洗涤塔、冷却塔被洗涤，冷却 下来的油最后流人卧式储罐，经加温沉降，脱水检 尺计量后 ，送至成 品罐。 原抚顺石油一厂 、二 厂的冷凝 回收系统都设有 氨吸收塔 。用硫酸吸收 ，生产硫铵 。由于设备过于 庞大且成本高等原因 目前抚顺矿务局页岩油业分公 司没有设氨 回收装置 。 干馏 产物冷 凝 回收过程 的设备 有 煤 气 的除 尘 、洗涤 、冷却等设备 。 抚顺式 炉所 得煤 气中，含气 体汽油 为 1 5～2 5 g ／ N m 。石油一厂曾采 用油 吸收法 回收 气体汽 油。 但蒸汽和动力消耗过大 ，因此在 7 0年代停止 了气 体汽油的回收 。同样的原 因页岩油业分公 司公司建 厂时也没有对气体汽油进行 回收。活性炭 吸附技术 已经成熟 ，将来条件具备时应考虑吸附回收气体汽 油 ，既减轻污染有增加经济效益。 2 ． 2 ． 4干馏产物收率及 消耗 定额 干馏产物产率及消耗定额见表 4和表 5 。 表 4产 品产 率 以 1 t 油 页岩为基 准 表 5生产每 吨页岩油 的消耗定额 2 ． 3 页岩油生产 费用构成 页岩油生产费用构成见表 6 。 表 6每 吨页岩油 生产 费用构成 从 表 6可知 1 t 页岩 油 的生 产费用 为 8 8 3 ． 2 8 元 ，低于 国际石油价格 ，如果进一 步提高油收率 ， 吨油生产成本将可进一步下降 。 3 页岩油的深加工工艺选择探索 页岩 油常温下 为褐色 膏状物 ，带 有刺 激性臭 味。页岩 油 的特性 因数 为 1 1 ． 5 2 、C ／ H 重 量 比为 7 ． 0 6 、含 蜡 量 为 2 0 ． 2 ％ 、含 硫 0 ． 5 4 ％、含 氮 为 1 ． 2 7 ％ ，总的来说性质接近一般 的天然原油 ，可定 为含硫石蜡基原油 。虽然页岩油中氮 、氧 、硫含量 较天然原油高 ，但 比煤焦油低 ，因此 由页岩油进一 步制取 内燃机用柴 油等液体燃料 的途径 是可行 的。 但 目前大部分页岩油作为锅炉燃料直接烧掉了 ，甚 为可惜 ，为提高经济效益 ，应积极寻求对页岩油加 4 6 氢等 的深加工途径。 页岩油深加工流程方案 的探索 1 酸 碱 精制 工 艺 此 工艺 流 程 比较 简 单 ， 设备投 资少 ，操作 易 于控 制 ，但 存 在着加 工损 失 大 ，轻质油品收率低 ，产品质量差 ，酸碱渣造成环 境污染等缺点 。 2 加氢精制 工艺 此工 艺方 案有 以下 的特 点 可获得优质喷气燃料和轻柴油 ；轻质油 品收率 较上述流程提高9 ． 7 ％；产生的气体烃类可用以制 氢 ，能达到 自给平衡 ；不产生 多量 的酸碱渣 ，改善 了炼制厂的环境状况 。 固定资产投资增加 ，操作条件苛刻。小规模工 业化生产经济效益不理想 。 洁净煤技术 2 0 0 2年第 8卷第 2期 维普资讯 3循环焦化 加氢 工艺 该 工艺是 指 以贫氢 重质油为原料 ，在氢气气氛及高温和催化剂的作用 下进行深度热裂化和缩合反应的加工过程 ，其特点 是轻质油 的收率较 高 ，可达 7 7 ． 8 ％ 。同时还 可制 得石墨性能优 良的石油焦 ，可 以认为这是一个较易 在工业上实现的页岩油深加工流程 。 通过 3种加工方案的比较 ，在选择用页岩油生 产轻质燃料 的加工路线时 ，应优先考虑循环焦化加 氢工艺方案 。此外 ，从页岩油中还可生产出很多有 用 的化工原料 ，如吡啶 、酚类等其潜在的经济效益 很大 ，若能选择适 当的加工方案 ，获得更 多的页岩 油深加 工产品 ，会为企业带来更大的经济效益 。 充填 、制水泥 、陶粒 、硅铝碳黑以及制烧结砖等。 目前本着节约土地、节约能源、保护环境的原 则 ，新型墙体材料 已成为市场需求 的主导方 向。根 据国家颁发的文件 全 国 1 6 0个城 市 辽宁 1 7个 城市 截止到 2 0 0 3年 6月 3 0日粘土实心砖不准进 入市区应用。这一产业政策加速了页岩油业分公司 对页岩残渣制烧结砖可行性项 目的研究 的开发开发 速度 。 ，已于 2 0 0 1年 5月 已完成年 产 6 0 0 0万块页 岩烧结砖项 目的可行性研究 报告 。此项 目投产后 ， 每年可利用页岩残渣近 1 1万 t ，不仅节地 、节能 ， 而且有很好 的社会效益。因此多建快建烧结砖 的生 产线势在必行。 4页岩 残渣 的应用研 究 5结 论 页岩干馏后 ，残渣 占 8 0 ％ ～9 0 ％左右 ，考虑 到环保要求 ，社会效益以及 、经济效益等多方面因 素，合理利用页岩渣是非常重要的。 4 ． 1 废渣的产量和性质 废渣 的产量及性质见表 7 、表 8 。 表 7 每年产生的废油、渣、尾矿参数渣■万 t 组分名称 S i O 2 A 1 2 03 F ％0 3 Ms O C a O 含量／ ％ 6 2 ． 2 3 2 3 ． 4 5 9 ． 7 1 ． 4 1 1 ． 7 8 4 ． 2页岩残渣 的利用 抚顺对页岩残渣的有效利用方式主要有 1 抚 顺 油 页 岩储 量 较 丰 富 ，含 油 率 较 高 ， 是采煤的副 产品 ，是 当地天 然原 油的后 备资 源之 一 。抚顺油页 岩是采煤 的副产 品，生产成本较低 。 发展前景广 阔。 2 抚顺式 炉 的特点 是充分 利用 了页岩 半焦 的潜热和显热 。 3 页岩油 的深加 工和高 附加值化 工产 品的 制取将显著增加油页岩加工的经济效益。 4 合理地开发 和利 用油 页岩 ，特别 是重 视 小颗粒 页岩和 页岩残 渣 的综 合利 用 ，搞好 环境保 护 ，也是 目前的一个重点工作。 参考 文献 [ 1 ] 候 祥麟 ．中国页岩 油工业 ．石油工业 出版 ，1 9 8 4 ． [ 2 ] 朱 耕 青 ．石 油 炼 制 工艺 学 ．中 国 石 化 出版 社 上 册 [ 3 ] 钱家 麟 ．中国页岩油 工业 ．华东石油 学院 ，1 9 8 3 矿井 [ 4 ] 页岩低温干馏． 石油一厂技工学校，1 9 8 2 ． 3 ． De v e l o p me n t a n d Ut i l i z a t i o n o f Off S h a l e HE Ho n gme i ，XU Dep i n g ， ZHANG Xi a ngl i a n 1 ．O i l S h a l e B r a n c h ，L i a o n i n g T i a n b a o E n e r g y C o ． ． ，F u s h u n 1 1 3 1 1 5，C h i n a ； 2 ． ＆咖 R e s e a r c h I n s t i t u t e o fC o a l C h e mi s t r y ，C C R I q i ng 1 0 0 0 1 3．C h i na； 3 ． B e ij i n g S c h o o l ，C h i na U n i v e r s i t y o fMi n i n g a n d T e c h n o l o g y ， 1 0 0 0 8 3 ，Ch i na Abs t r a c tTh e d e v e l o pme n t c o u r s e o f o i l s h a l e i n F us hu n i s i nt r o d u c e d b r i e fly a nd t h e s t r uc t u r e an d p y r o g e n i c di s t i l l a t i o n pr o c e s s o f Fu s h un r e t o r t f u m a c e a ．F e a ls o i n t r o d u c e d a s a f o c al p o i n t ．W i th r e g a r d s t o t h e c o mpr e h e n s i v e u t i l i z a t i o n di r e c t i o n o f o i l s hale a s h s l a g i s p ut f o r ward i n t hi s pa pe r ． Ke ywor dso i l s hale；Fu s h un r e t o rt f urn a c e；o i l o f o i l s hale 油页岩 的开发与利用 4 7 维普资讯