馬美秀，黃建寧，曾明明，王金玉，劉 爽，耿 強，李森林，吳啟成

(1.陜西冶金設計研究院有限公司，陜西 西安 710032;2.新疆寶明礦業(yè)有限公司，新疆 吉木薩爾 831700;3.沈陽成大弘晟能源研究院有限公司，遼寧 沈陽 110004)

0 前言

能源是人類生存發(fā)展和社會進步的前提和基礎，對于急需增強綜合國力的發(fā)展中國家，能源更是關系到國計民生的大事［1］，而能源的焦點是石油。我國作為發(fā)展中國家之一，自身石油儲量非常有限，而且從1993年已經(jīng)成為石油凈進口國。在這種形勢下，尋找新的可替代能源很有必要。利用油頁巖通過干餾技術生產(chǎn)頁巖油替代石油資源已成為重要備選方案，油頁巖干餾技術受到了各國政府和企業(yè)界的高度重視。目前我國油頁巖干餾技術理論研究與工藝試驗工作已取得新進展，包括油頁巖熱解機理、燃燒特性、動力學參數(shù)、熱解、燃燒模型等理論研究和油頁巖類物質流化床干餾及脫碳工藝、油頁巖綜合優(yōu)化利用等工藝方法試驗。但是在工業(yè)生產(chǎn)中不同干餾工藝對干餾工藝的模型及不同特性的頁巖不具有系統(tǒng)性，因此本文以新疆吉木薩爾縣油頁巖為例，對不同干餾工藝進行計算、對比和分析。

1 不同干餾工藝概述

目前國內外油頁巖干餾工藝有氣體熱載體和固體熱載體兩種工藝。不同干餾工藝對應不同的干餾爐爐型，國內干餾工藝主要有以下四種:

1.1 半循環(huán)半內燃干餾工藝

半循環(huán)半內燃干餾工藝 (即為撫順爐工藝)為氣體熱載體干餾工藝，頁巖干餾所需要的全部熱量由熱循環(huán)干餾氣和干餾爐底部燃燒半焦供給，工藝流程如圖1所示。

圖1 半循環(huán)半內燃干餾工藝流程圖Fig.1 Flow chart of semicycle and semi-internalcombustion retorting process

1.2 氣燃干餾工藝

氣燃干餾工藝 (氣燃式方爐工藝)為氣體熱載體干餾工藝，油頁巖干餾所需要的全部熱量由干餾爐底部燃燒半焦和燃燒回爐氣供給，工藝流程如圖2所示。

圖2 氣燃干餾工藝流程圖Fig.2 Flow chart of gas combustion retorting process

1.3 全循環(huán)干餾工藝

全循環(huán)工藝為氣體熱載體干餾工藝，頁巖干餾所需要的全部熱量由加熱爐供給，工藝流程如圖3所示。

1.4 半循環(huán)半氣燃干餾工藝

半循環(huán)半氣燃干餾工藝為氣體熱載體干餾工藝，頁巖干餾所需熱量由加熱爐、干餾爐底部混合氣及半焦燃燒供給，工藝流程如圖4所示。

圖3 全循環(huán)干餾工藝流程圖Fig.3 Flow chart of fullcycle retorting process

圖4 半循環(huán)半氣燃干餾工藝流程圖Fig.4 Flow chart of semicycle and semi-gascombustion retorting process

2 干餾工藝的基礎數(shù)據(jù)及不同干餾工藝計算模塊

為了定性的分析不同干餾工藝，以新疆吉木薩爾縣油頁巖為例，進行了計算和分析。

2.1 干餾工藝的基礎數(shù)據(jù)

根據(jù)新疆吉木薩爾縣油頁巖的理化特性，為使工藝選擇更貼近實際的礦藏資源，設計參數(shù)取現(xiàn)有各檢測報告的指標平均值的中下限為工藝計算的物性參數(shù)，各項指標值如圖5～圖7所示。

圖5 油頁巖理化指標界面Fig.5 Interface for physicochemical indexes of oil shale

圖6 頁巖半焦理化指標界面Fig.6 Interface for semicoke physicochemical indexes of oil shale

2.2 不同干餾工藝的計算結果和選擇最優(yōu)工藝

以新疆吉木薩爾縣油頁巖的基礎數(shù)據(jù)和不同干餾工藝的工藝參數(shù)為依據(jù)，對上述四種工藝建立計算模塊 (圖4)，并通過Excel輸出不同工藝的計算結果參數(shù)，通過對比分析最先確定半循環(huán)半氣燃干餾工藝和全循環(huán)干餾工藝為可選工藝，但半循環(huán)半內燃干餾工藝對頁巖特性要求較高，所以最終選擇全循環(huán)干餾工藝為最終方案。不同干餾工藝界面如圖8所示。表1是不同干餾工藝計算的結果。

圖7 干餾氣理化指標界面Fig.7 Interface for gas physicochemical indexes of oil shale

圖8 不同干餾工藝界面Fig.8 Interface of different retorting process

表1 不同干餾工藝計算結果Tab.1 Calculation results of different retorting process

3 結論

通過對新疆吉木薩爾油頁巖干餾工藝進行計算，選擇全循環(huán)干餾工藝為最優(yōu)方案。同時對不同干餾工藝的計算結果進行比較，結論如下:

(1)半循環(huán)半內燃干餾工藝對頁巖的適用性強，但當頁巖的固定碳含量和氣體產(chǎn)率低于某一特定值時，需要采用補充外部熱源的方式來滿足干餾所需要的熱量。

(2)氣燃干餾工藝所用設備簡單，投資小。但是頁巖的固定碳含量和氣體產(chǎn)率的要求高。當氣體產(chǎn)率較低時，剩余干餾氣的流量大但熱值低，且無利用價值。

(3)半循環(huán)半氣燃工藝方案對頁巖適用性強，自身熱量利用最合理，但是在收油率、生產(chǎn)操作等方面無優(yōu)勢，且沒有工業(yè)使用先例。

(4)全循環(huán)干餾工藝方案較氣燃干餾工藝投資高，但是收油率高，并且全循環(huán)工藝在用水量、污水量、凈化氣量等均少于其他干餾工藝，運行成本相對較低。但是由于需要加熱爐供熱，要求熱循環(huán)氣的溫度較均衡連續(xù)，特別是循環(huán)干餾氣熱值高，危險系數(shù)較大，因此不能忽略加熱爐操作的復雜性。

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