陳國超，高 筠

（河北聯(lián)合大學(xué)， 河北 唐山 063009）

傳統(tǒng)頁巖干餾工藝存在受熱不均、頁巖油產(chǎn)品回收效率低、產(chǎn)品雜質(zhì)含量多等缺點，此外干餾配套設(shè)施陳舊、操作強度大，費時費力且影響人身安全和環(huán)境保護。隨著社會的進步，通過科技創(chuàng)新對傳統(tǒng)頁巖干餾工藝進行改造，提高了干餾效率，彌補了存在的不足，適應(yīng)了社會的發(fā)展，充分體現(xiàn)了經(jīng)濟效益和社會效益。

1 傳統(tǒng)低溫干餾工藝

1.1 干餾爐干餾工藝

傳統(tǒng)撫順式干餾爐低溫干餾工藝是用平均含油率在6.0%以上的油母頁巖作為原料進行干餾。露天開采的大塊油母頁巖經(jīng)破碎、篩分后得到塊度為12～75 mm的頁巖經(jīng)裝入機、料倉進入干餾爐內(nèi)進行干餾[1]。由于干餾爐底部的排灰器連續(xù)運轉(zhuǎn)不斷排灰，在重力的作用下爐內(nèi)頁巖不斷下降，下降的同時在干餾段受到來自發(fā)生段高溫瓦斯和經(jīng)加熱爐的高溫循 環(huán)瓦斯的加熱。頁巖在干餾爐干餾段內(nèi)溫度由室溫逐漸上升直至升到550 ℃左右。在升溫的過程中釋放出含有水蒸氣、氫氣、甲烷、二氧化碳和硫化氫等頁巖油氣體。生成的頁巖油氣經(jīng)陣傘從上升管導(dǎo)出后進行頁巖油回收。頁巖下降到發(fā)生段后，半焦中的固定碳與爐底通入的增濕空氣中氧氣發(fā)生燃燒反應(yīng)，放出大量熱量，同時半焦中赤熱的碳與增濕空氣中水蒸氣發(fā)生水煤氣反應(yīng)，產(chǎn)生大量瓦斯并吸收熱量。由氧化還原反應(yīng)生成的發(fā)生瓦斯進入混合室與中部通入的熱循環(huán)瓦斯混合后，經(jīng)瓦斯孔噴向干餾段，作為頁巖干餾的熱源。干餾段底部生成的頁巖爐渣從爐底經(jīng)水盆冷卻后通過鐵鍬排出爐外。

1.2 頁巖油回收工藝

干餾爐內(nèi)的瓦斯由來自瓦斯排送機產(chǎn)生的負(fù)壓，經(jīng)由陣傘導(dǎo)出至集合管內(nèi)[2]，在集合管內(nèi)被循環(huán)水洗滌，再經(jīng)洗滌塔洗滌如圖1。洗滌后的瓦斯經(jīng)排送機后分為兩部分:一部分進入加熱爐作為循環(huán)瓦斯使用，另一部分經(jīng)冷卻塔進行冷卻，冷卻使瓦斯中的水汽及油汽大部分冷凝下來，最終冷卻溫度為55℃。冷卻到55 ℃的瓦斯一部分作為加熱爐燃燒瓦斯燃燒蓄熱，另一部分剩余瓦斯用于鍋爐燃燒和供電站發(fā)電。循環(huán)瓦斯經(jīng)加熱爐加熱到700～750 ℃，進入到干餾爐內(nèi)，補充頁巖干餾所需的熱量。

干餾產(chǎn)生的瓦斯經(jīng)集合管、洗滌塔、冷卻塔等被洗滌后冷卻下來的頁巖油最后流入臥罐，由油水泵送入計量罐，經(jīng)加溫沉降、脫水檢尺計量后，經(jīng)油水泵送入至成品罐。

圖1 傳統(tǒng)回收工藝流程圖Fig.1 Traditional process flow chart

2 干餾爐工藝改造

2.1 加料系統(tǒng)

傳統(tǒng)干餾爐爐頂加料系統(tǒng)只有一個閘板如圖2，干餾爐放料時下料口是敞開的。由于爐內(nèi)不斷產(chǎn)生瓦斯，在加料過程中，當(dāng)瓦斯排送機吸力過低時有20~100 Pa壓力的瓦斯從加料口噴出，噴出的瓦斯一方面污染環(huán)境另一方面吸入大量后可能造成作業(yè)人員當(dāng)場昏迷或長期吸入體內(nèi)對身體造成職業(yè)危害，影響放料員工的人身安全和身體健康；當(dāng)瓦斯排送機吸力過大時干餾爐內(nèi)呈負(fù)壓狀態(tài)，由于下料口是敞開的，含有氧氣的空氣可經(jīng)下料口被吸入到干餾回收系統(tǒng)內(nèi),使?fàn)t內(nèi)導(dǎo)出的瓦斯含氧量升高,當(dāng)濃度達到爆炸范圍容易使整個干餾系統(tǒng)造成爆炸，威脅安全。

改造后干餾爐爐頂加料系統(tǒng)設(shè)有雙閘板如圖2,閘板間有一個裝料倉。裝料倉裝料時，關(guān)下閘板開上閘板，料倉放滿頁巖后關(guān)上閘板。向爐內(nèi)放料時，開下閘板,料自動落入干餾爐內(nèi)。放完料關(guān)下閘板再開上閘板向倉內(nèi)裝料。新式干餾爐雙閘板加料系統(tǒng)優(yōu)點是保證爐內(nèi)瓦斯壓力高時不竄入到裝料系統(tǒng)內(nèi)，底時空氣不竄入到到干餾爐內(nèi)，保證了員工作業(yè)時的安全和健康，瓦斯含氧量的降低使生產(chǎn)更安全。

2.2 爐內(nèi)瓦斯導(dǎo)出系統(tǒng)

傳統(tǒng)干餾爐瓦斯導(dǎo)出系統(tǒng)產(chǎn)生的瓦斯經(jīng)振傘導(dǎo)出后直接進入集合管如圖3。此導(dǎo)出系統(tǒng)存在以下不足：一是瓦斯導(dǎo)出時瓦斯帶出的雜質(zhì)較多，管道易堵塞且頁巖油雜質(zhì)多。二是當(dāng)風(fēng)機跳?；驙t內(nèi)壓力升高時爐內(nèi)瓦斯壓力得不到緩解，可能引起爆炸。三是爐內(nèi)壓力過高會導(dǎo)致水盆內(nèi)溫度 60~80 ℃的冷卻水四濺，燙傷作業(yè)人員。

圖2 改造前、后加料閘板圖Fig.2 Feeding shutter before and after transformation

改造后瓦斯導(dǎo)出系統(tǒng)變成瓦斯經(jīng)帶水封的高度為2 923 mm的上升管后再經(jīng)過橋管進入集合管。此部分的改造可使?fàn)t內(nèi)瓦斯含有的雜質(zhì)在上升管內(nèi)得到沉降，起到除塵的目的。上升管設(shè)有水封,當(dāng)爐內(nèi)壓力增大時水封可以起到釋放壓力的作用,不至于使?fàn)t內(nèi)因壓力過大而引起爆炸。

圖3 改造前、后瓦斯導(dǎo)出系統(tǒng)圖Fig.3 Gas emission system before and after transformation

2.3 循環(huán)瓦斯系統(tǒng)

傳統(tǒng)干餾爐循環(huán)瓦斯從干餾爐單側(cè)進入如圖4，由于循環(huán)瓦斯是從單側(cè)進入導(dǎo)致循環(huán)瓦斯在爐內(nèi)分布不均，影響上部干餾火層的平穩(wěn)，另外常會造成爐內(nèi)循環(huán)瓦斯入口對面上部的小瓦斯眼堵塞，影響干餾效果。

圖4 改造前、后瓦斯火道圖Fig.4 Gas flue before and after transformation

改造后干餾爐的循環(huán)瓦斯是雙火道即循環(huán)瓦斯從爐兩側(cè)分別進入爐內(nèi)，使循環(huán)瓦斯在爐內(nèi)分布較在單側(cè)進入更均勻，干餾更平穩(wěn)，小瓦斯眼不易堵塞。

2.4 排灰系統(tǒng)

傳統(tǒng)干餾爐主軸排灰系統(tǒng)每 10臺干餾爐由一組主軸構(gòu)成，分別由兩側(cè)的電動機及減速機帶動。缺點是排灰快慢由人到現(xiàn)場調(diào)節(jié)，費時費力，且安裝要求嚴(yán)格，一旦傳動主軸發(fā)生故障,將影響 10臺爐的生產(chǎn)。冬天總會出現(xiàn)倒輪、滑牙等現(xiàn)象,處理頻繁。改造后干餾爐排灰系統(tǒng)采用單機驅(qū)動系統(tǒng)，即每臺干餾爐排灰由一個電機系統(tǒng)控制，單臺設(shè)備出故障不會影響其它設(shè)備正常運行。排灰快慢可用電腦控制，到現(xiàn)場操作也比傳統(tǒng)爐省時省力，除灰速度也比傳統(tǒng)爐快。

3 頁巖油回收工藝改造

正改造后的頁巖油回收工藝是干餾爐內(nèi)的瓦斯由來自瓦斯排送機產(chǎn)生的負(fù)壓，經(jīng)由陣傘導(dǎo)出至集合管內(nèi)，在集合管內(nèi)被循環(huán)氨水洗滌，洗滌的氣體和液體共同進入氣液分離器如圖5。進入氣液分離器后，瓦斯進入初冷器進一步進行冷卻。在初冷器內(nèi)用循環(huán)熱水和循環(huán)水分兩段水，間接對瓦斯間接進行冷卻，最后將瓦斯溫度冷卻至 32 ℃。由初冷器出來的瓦斯再進入捕霧器，捕霧器用于捕除瓦斯中攜帶的油霧。由捕霧器出來的瓦斯再進入油吸收塔，在油吸收塔內(nèi)根據(jù)相似相容原理進一步捕獲瓦斯內(nèi)頁巖油霧。由油吸收塔出來的瓦斯氣體再進入電捕焦油器，在電捕焦油器內(nèi)在高壓直流電場的作用下將瓦斯中殘留的頁巖油霧進一步脫除。從電捕焦油器出來的瓦斯經(jīng)瓦斯排送機后分為兩部分，一部分進入加熱爐作為熱載體的循環(huán)瓦斯,經(jīng)加熱爐加熱到700～750 ℃，進到干餾爐內(nèi)補充干餾所需熱量;另一部分進入濕式脫硫塔,經(jīng)濕式脫硫塔脫硫后再進入干式脫硫塔，經(jīng)干式脫硫塔脫硫后瓦斯中的硫含量降低50 mg/m3以下。經(jīng)干式脫硫塔脫硫后的瓦斯一部分供加熱爐燃燒蓄熱，另一部分供鍋爐燃燒和電站發(fā)電。經(jīng)氣液分離器、初冷塔、捕霧器、油吸收塔、電捕焦油器得到的頁巖油混合物最終在機械化澄清池內(nèi)澄清后送入油槽計量后打入成品油罐。

傳統(tǒng)頁巖油回收系統(tǒng)干餾爐內(nèi)的瓦斯在集合管內(nèi)被循環(huán)水洗滌，再經(jīng)洗滌塔洗滌。洗滌后的瓦斯經(jīng)排送機后經(jīng)冷卻塔進行冷卻，冷卻至 55 ℃。這種回收工藝將瓦斯冷卻3次，沸點大于最終冷卻溫度的頁巖油成分被冷卻回收。冷卻后的瓦斯存在兩方面的不足：一是此回收系統(tǒng)只能冷卻沸點大于最終冷卻溫度為 55 ℃的瓦斯，瓦斯中還含有部分油霧，二是用于加熱爐和鍋爐燃燒的瓦斯含有硫化氫、氰化氫等污染物。

改造后頁巖油回收系統(tǒng)干餾爐內(nèi)的瓦斯在集合管內(nèi)被循環(huán)水洗滌，再進入到初冷器進行冷卻，在初冷器內(nèi)可把瓦斯冷卻到 32 ℃。瓦斯通過電捕焦油器[3]頁巖油回收效率可達到 98%。用于燃燒和發(fā)電的瓦斯進入到濕式脫硫塔[4]和干式脫硫塔進行脫硫。該脫硫工藝可對原有工藝產(chǎn)生的剩余瓦斯進行脫硫，即可以對整個廠區(qū)的瓦斯進行脫硫處理[5]。經(jīng)兩次脫硫瓦斯合格后用于加熱爐燃燒、電站發(fā)電和鍋爐燃燒，減少了瓦斯燃燒對環(huán)境的污染。為節(jié)省能源，改造的工藝?yán)?60 ℃熱循環(huán)水在冬季供裝置區(qū)供暖。改造后工藝自動化程度高，設(shè)備操作可遠程控制，節(jié)省了人力也保證了操作的安全。

圖5 改造后頁巖油回收工藝流程圖Fig.5 Recovery process flow chart before and after transformation

4 結(jié)束語

干餾爐改用雙閘板裝料使生產(chǎn)更環(huán)保，員工工作更安全更健康。干餾爐瓦斯出口上升管和水封可去除瓦斯雜質(zhì)又可防止?fàn)t內(nèi)壓力過大引爆炸，安全系數(shù)提高。干餾爐循環(huán)瓦斯雙火道既使干餾爐上部干餾火層更加平穩(wěn)又可防止小斯眼堵塞，干餾效果更好。干餾爐排灰系統(tǒng)采用單機驅(qū)動，排灰速度快，省時省力，冬天不會出現(xiàn)倒輪、滑牙等現(xiàn)象，單臺設(shè)備出故障不會影響其它設(shè)備正常運轉(zhuǎn)。頁巖油回收工藝的改造使頁巖油回收效率高，脫硫設(shè)施使生產(chǎn)更加環(huán)保。改造后的工藝以人為本，在節(jié)能減排和保證安全方面做出了很大的努力。

［1］ 孫長利．影響油頁巖熱分解的因素[J].煤炭加工與綜合利用，2006，1(1)：36-38．

［2］ 何永光，宋巖．油頁巖的綜合利用[J].煤炭加工與綜合利用，2005，1(1)：53-56．

［3］ 李芳升，王邦廣．電捕焦油器的工作原理和結(jié)構(gòu)設(shè)計[J].燃料與化工，1998，49(3)：149-154．

［4］ 王瑋，李玉秀．HPF煤氣脫硫工藝的特點、問題及解決方案[J].燃料與化工，2009，40(1)：56．

［5］ 何紅梅．油母頁巖干餾氣脫硫工藝的選擇[J].遼寧城鄉(xiāng)環(huán)境科技，2006，26(2)：33-34，42.