何繼來，王　擎

(1.龍口礦業(yè)集團(tuán)有限公司，山東 龍口 265700；2.東北電力大學(xué) 能源與動力工程學(xué)院，吉林 吉林 132012)

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愛沙尼亞葛洛特干餾技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用

何繼來1，王擎2

(1.龍口礦業(yè)集團(tuán)有限公司，山東 龍口 265700；2.東北電力大學(xué) 能源與動力工程學(xué)院，吉林 吉林 132012)

摘要：油頁巖固體熱載體干餾技術(shù)是一種重要的油頁巖處理技術(shù)。介紹愛沙尼亞葛洛特干餾技術(shù)的發(fā)展歷程及應(yīng)用狀況，并重點(diǎn)介紹了該技術(shù)特點(diǎn)。以國內(nèi)某礦區(qū)油頁巖為例，探討了國內(nèi)油頁巖的葛洛特干餾技術(shù)適應(yīng)性，為國內(nèi)油頁巖固體熱載體干餾提供參考。

關(guān)鍵詞：油頁巖；固體熱載體葛洛特

油頁巖是一種重要的石油補(bǔ)充能源，亦被列為21世紀(jì)非常重要的接替能源[1]。全世界油頁巖蘊(yùn)藏資源量大體為10萬億噸，比煤炭資源量7萬億噸還多40%；如折算成頁巖油，則總量約為4 750億噸，比傳統(tǒng)石油資源量(2 710億噸)多50%以上。

我國油頁巖資源豐富，主要分布在22個省區(qū)、47個盆地、80個含礦區(qū)。22個省區(qū)中主要集中在吉林、遼寧、山東、新疆、廣東和海南等省區(qū)。其中，埋深1 000 m內(nèi)的油頁巖資源儲量為7 199.37×108t，技術(shù)可采資源儲量為2 432.36×108t；頁巖油資源儲量為476.44×108t，技術(shù)可采資源儲量為159.72×108t，可回收資源儲量為119.79×108t[2]。

我國能源資源嚴(yán)重短缺，尤其是石油資源對外依賴度已高達(dá)55%以上。將油頁巖作為未來能源資源的儲備以及高效開發(fā)利用已成為國家重要發(fā)展戰(zhàn)略。國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展綱要(2006年-2020年)將“礦產(chǎn)資源高效開發(fā)利用，發(fā)展低品位與復(fù)雜難處理資源高效利用技術(shù)、礦產(chǎn)資源綜合開發(fā)技術(shù)”列為重點(diǎn)攻關(guān)領(lǐng)域和優(yōu)先主題；中共中央、國務(wù)院在《關(guān)于實(shí)施東北地區(qū)等老工業(yè)基地振興戰(zhàn)略的若干意見》中，更是非常明確地將“油頁巖綜合利用”列為重大優(yōu)先攻關(guān)主題；國家發(fā)改委下發(fā)的《煤炭工業(yè)節(jié)能減排工作意見》中提出“有關(guān)部門要制定鼓勵政策措施，支持煤層氣、油頁巖等煤炭共伴生資源綜合利用”；以及在《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄》明確指出，“鼓勵油頁巖、油砂、天然氣水合物等非常規(guī)資源勘探”，并將油頁巖綜合利用列入“雙高一優(yōu)”導(dǎo)向計(jì)劃。

油頁巖干餾煉油分為地上和地下。地下干餾煉油現(xiàn)處于研發(fā)試驗(yàn)階段，無商業(yè)化利用實(shí)例。地上干餾煉油分氣體熱載體和固體熱載體兩大技術(shù)。氣體熱載體干餾技術(shù)主要以大顆粒為主，而固體熱載體干餾技術(shù)主要以小顆粒油頁巖為主。兩者相比，固體熱載體干餾愈加困難。

國內(nèi)主要采用撫順式干餾爐進(jìn)行油頁巖干餾，其存在的最大問題是入廠頁巖經(jīng)破碎后，只有15 mm-75 mm塊頁巖入干餾爐煉油，15 mm以下碎屑頁巖占入廠頁巖總量的20%-25%被舍棄，即頁巖利用率只有75%-80%[3]。目前這樣的企業(yè)18家，年利用塊狀油頁巖(15 mm-100 mm)1 600萬噸，產(chǎn)油80萬噸，半焦1 280萬噸，而15 mm以下碎屑頁巖400萬噸不能煉油，作為廢棄物排放，浪費(fèi)巨大。

國內(nèi)目前無固體熱載體干餾的商業(yè)化運(yùn)行實(shí)例，而國外技術(shù)比較先進(jìn)，主要是以固體熱載體干餾技術(shù)的愛沙尼亞葛洛特干餾爐(Galoter)和E280技術(shù)為代表。因此，本文重點(diǎn)介紹愛沙尼亞葛洛特干餾技術(shù)與工藝和發(fā)展?fàn)顩r。

1技術(shù)發(fā)展進(jìn)程

1945年，前蘇聯(lián)科學(xué)院能源研究所(俄羅斯能源研究所)研究開發(fā)了葛洛特爐型，1946年建成實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)裝置。

1950年-1953年，建成油頁巖日處理50 t的試驗(yàn)裝置UTT-50。

1953年-1963年，在愛沙尼亞基維利市油頁巖煉油廠建設(shè)一臺日處理200t的顆粒油頁巖固體熱載體干餾裝置UTT-200。

1963年-1981年，建設(shè)一臺日處理500t的葛洛特裝置UTT-500。

1984年，愛沙尼亞納爾瓦油頁巖電廠建設(shè)了兩臺日處理3000t顆粒頁巖的葛洛特干餾裝置UTT-3000。

1996年，圣彼得堡設(shè)計(jì)院為俄羅斯的列寧格勒地區(qū)頁巖城的頁巖油廠設(shè)計(jì)3臺UTT-3000裝置(包括冷凝回收系統(tǒng))[4]。

目前，愛沙尼亞能源集團(tuán)公司(Eesti Energia)擁有兩套UTT-3000干餾裝置；并將UTT-3000改成E140(小時加工油頁巖140 t、即3 360 t/d)裝置。但是，迄今未能使裝置中的廢熱鍋爐用于發(fā)電。

愛沙尼亞另有一家民營油頁巖煉油企業(yè)“愛沙尼亞化學(xué)集團(tuán)公司(VKG)” 現(xiàn)擁有三臺UTT-3000裝置，分別與2010年、2014年和2015年投入運(yùn)行。

經(jīng)過60多年的運(yùn)行實(shí)踐和技術(shù)上的不斷改進(jìn)，愛沙尼亞葛洛特干餾技術(shù)日趨成熟，為目前世界上處理油頁巖小顆粒煉油最成功的技術(shù)，年操作時間可達(dá)6 200 h-7 200 h。

2技術(shù)特點(diǎn)

愛沙尼亞葛洛特工藝的主體是干餾反應(yīng)器，它是一種回轉(zhuǎn)式固體熱載體干餾爐。入爐油頁巖粒徑為0 mm-25 mm，利用熱頁巖熱灰作為固體熱載體與顆粒頁巖在回轉(zhuǎn)爐內(nèi)混合進(jìn)行干餾，制取頁巖油，干餾后的半焦和頁巖灰混合物由空氣在噴動床中燃燒，生成的頁巖熱灰的一部分作為熱載體循環(huán)使用。圖1為愛沙尼亞葛洛特干餾工藝圖。

圖1　愛沙尼亞葛洛特干餾工藝圖

如圖1所示，干餾之前，原頁巖被破碎成直徑小于25 mm的顆粒，送入到氣流式干燥器中經(jīng)低溫?zé)煔飧稍?，使溫度達(dá)到135 ℃，然后經(jīng)旋風(fēng)分離器進(jìn)行分離，其中，用于干燥的煙氣送入電除塵器后放空，干燥后的油頁巖經(jīng)螺旋加料器送入混合室內(nèi)。在混合室內(nèi)干燥的油頁巖與氣流燃燒室產(chǎn)生的熱頁巖灰混合后，一起進(jìn)入回轉(zhuǎn)式反應(yīng)器(干餾爐)內(nèi)干餾。在此，高溫頁巖灰將熱量傳遞給油頁巖，油頁巖升溫開始熱解。反應(yīng)器為負(fù)壓運(yùn)行，反應(yīng)完的氣體被立即抽出，頁巖油被最大限度地提煉出來。離開反應(yīng)器的頁巖灰、半焦和頁巖油氣混合物一起進(jìn)入反應(yīng)器后的沉降室，頁巖灰和半焦靠重力作用落到沉降室底部，含粉塵的油氣則進(jìn)入串聯(lián)的兩級除塵凈化旋分器進(jìn)一步分離除塵，分離下來的的粉塵一并送到沉降室底部。自第二級凈化除塵旋分器頂部逸出的油氣進(jìn)入濕式凈化系統(tǒng)，經(jīng)由重油油洗等一系列后處理工序，生產(chǎn)出重油、輕油和高熱值氣。高熱值氣作為氣體燃料去電站鍋爐。

混有頁巖灰的半焦自沉降室底部經(jīng)半焦螺旋輸送器送至氣流式燃燒裝置?？諝庥晒娘L(fēng)機(jī)提供，自下而上進(jìn)入氣流式燃燒裝置。半焦及灰混合物在缺氧條件下(αair=0.89-0.95)燃燒，使物料溫度升高到760 ℃～810 ℃?；煊许搸r灰的半焦在氣流式燃燒裝置燃燒后也成為頁巖灰，與煙氣一起進(jìn)入熱載體分離系統(tǒng)。分離下來的熱頁巖灰進(jìn)入混合室內(nèi)，未分離出的頁巖灰由煙氣帶出系統(tǒng)，再經(jīng)過串聯(lián)的頁巖灰旋分器分離后用水沖洗，沖洗用水沉降后循環(huán)使用。自頁巖灰旋分器頂出來的煙氣溫度約為740 ℃～800 ℃，此部分顯熱和體積分?jǐn)?shù)為1.35%-6.50%的可燃物的潛熱，總熱量超過頁巖干燥所需的熱量。因此含塵煙氣先進(jìn)入廢熱鍋爐，然后進(jìn)入氣流式干燥器，用于干燥油頁巖。

該工藝主要參數(shù)如下：

油頁巖顆粒：0-25 mm；

油頁巖干燥加熱溫度： 135 ℃ ；

熱載體頁巖灰： 760-810 ℃；

干餾反應(yīng)器溫度：470-490 ℃；

熱頁巖灰與油頁巖的質(zhì)量比： (2.8-3.0)∶1；

反應(yīng)器內(nèi)停留時間約：14-16 min；

油收率： 大于85%。

愛沙尼亞葛洛特爐主要優(yōu)點(diǎn)為：(1) 爐子處理量大，單臺爐日處理油頁巖3 000 t，適宜于大中型干餾廠；(2) 干餾方式為固體熱載體，爐出口油氣只是干餾氣，故干餾氣熱值高，可作化工原料或家用煤氣；(3) 油收率高達(dá)實(shí)驗(yàn)室鋁甑含油率的85%以上；(4) 油頁巖利用率100%；(5) 干餾后的半焦得到燃燒，無半焦排放；(6) 除了油頁巖為原料外，還可混用一部分廢橡膠(30 mm×30 mm)，包括廢輪胎等，每噸廢輪胎可產(chǎn)生400 kg～550 kg熱解油及50 kg～250 kg熱解氣。

該工藝的主要缺點(diǎn)為油氣含塵量大，半焦雖得到利用，但沒有發(fā)電。

3國內(nèi)油頁巖的適應(yīng)性

到目前為止，國內(nèi)還沒有油頁巖固體熱載體干餾技術(shù)的商業(yè)化成功范例，而油頁巖的發(fā)展又迫切需求小顆粒干餾煉油技術(shù)。因此，開發(fā)或引進(jìn)先進(jìn)的固體熱載體干餾技術(shù)已成為迫在眉睫的問題。愛沙尼亞葛洛特干餾技術(shù)工藝雖然先進(jìn)，但是否適用于國內(nèi)油頁巖成為人們關(guān)心的問題。為此，針對國內(nèi)典型油頁巖，在俄羅斯一小型試驗(yàn)臺上開展了干餾試驗(yàn)，取得良好效果。表1給出了國內(nèi)某地區(qū)油頁巖的鋁甄分析結(jié)果。

從表1可知，該油頁巖平均含油率為9.553%，半焦產(chǎn)率47.226%，且水分較高，總水分達(dá)33.422%，其中外水23.119%，熱解水10.303%。該油頁巖從含油率來看品位較高。在國內(nèi)也算是較好的油頁巖。

圖2給出了該油頁巖在愛沙尼亞葛洛特干餾工藝上熱平衡和物料平衡。

表1　國內(nèi)某油頁巖鋁甄分析(收到基)

圖2　油頁巖在愛沙尼亞葛洛特干餾工藝上熱平衡和物料平衡

從圖2可知，該油頁巖適用于愛沙尼亞葛洛特干餾工藝，如果采用該工藝處理此油頁巖，將會得到良好的干餾效果。

4結(jié)論

在國內(nèi)，也有一些相關(guān)的研究結(jié)果[5-9]，與國外相比國內(nèi)在油頁巖煉油和發(fā)電等工程技術(shù)方面相對落后，尤其在產(chǎn)業(yè)化和工程化方面發(fā)展緩慢，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于國外先進(jìn)技術(shù)。愛沙尼亞葛洛特干餾技術(shù)與工藝具有單臺處理量大、干餾效率高、油頁巖100%利用，且所獲得的干餾氣熱值高。該工藝亦適用于國內(nèi)油頁巖固體熱載體干餾，希望盡快引進(jìn)此技術(shù)，以更好地解決國內(nèi)油頁巖小顆粒干餾難題。

參考文獻(xiàn)

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Development and Application of Estonia Galoter Technology

HE Ji-lai1,WANG Qing2

(1.Longkou Mining Group Co.,Ltd.,Longkou Shandong 265700；2.Energy Resource and Power Engineering College,Northeast Dianli University,Jilin Jilin 132012)

Abstract：The oil shale of solid heat carrier retorting technology is one of the important oil shale processing technology.This paper briefly introduces the development and application of solid oil shale heat carrier technology,named Estonia Galoter technology,and mainly introduces its technical characteristics.With a domestic mining of oil shale as an example,the adaptability of Estonia Galoter technology for domestic oil shale is discussed to provide a reference for domestic oil shale solid heat carrier retorting technology.

Key words：Oil Shale;Solid Heat Carrier Galoter

收稿日期：2016-01-12

作者簡介：何繼來(1959-)，男，山東省龍口市人，龍口礦業(yè)集團(tuán)有限公司工程師，主要研究方向：發(fā)電及新能源綜合利用.

文章編號：1005-2992(2016)02-0076-05

中圖分類號：TK124

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A