王珂 閆玉麟 申琳

摘 要：進入2016年以來，某頁巖煉油廠ATP小顆粒頁巖煉油裝置始終處于低產狀態(tài)，頁巖采油率平均在48%左右，比2015年同期水平降低約10%，嚴重影響成品油的產量，給企業(yè)生產經營帶來困難，造成了嚴重的經濟損失。對ATP小顆粒頁巖煉油裝置采油率低進行了原因分析，提出了改變頁巖油粘度分布、校正計量器具、采取措施防止烴泄漏、降低干餾區(qū)壓力波動等解決措施。

關 鍵 詞：ATP； 小顆粒頁巖； 成品油； 采油率

中圖分類號：TE 624 文獻標識碼： A 文章編號： 1671-0460（2016）08-1913-04

Abstract： Since 2016， ATP “small particle” device of a shale oil plant remains the state of low oil production， shale oil production rate is around 48% on average， and about 10% lower than the same period in 2015， which seriously affected the yield of product oil， brought difficulties to enterprise operation and management， and caused serious economic losses. In this paper， causes of low oil production rate of ATP plant were analyzed， and the relative solutions were put forward， such as changing the viscosity distribution of shale oil， measuring instruments calibration， prevention measures of hydrocarbon leakage， reducing the fluctuation of retort zone pressure and so oon.

Key words： ATP； small particle oil shale； product oil； oil production rate

近年來隨著國內經濟的穩(wěn)步發(fā)展，我國對石油資源的需求量日益增，2015年我國石油表觀消費量估計為5.43億t，比上年增加0.25億t，剔除新增石油儲備和庫存因素，估計實際石油消費增速為4.4%，較上年增加0.7個百分點。石油凈進口量為3.28億t，同比增長6.4%，增速比上年高0.6個百分點，我國石油對外依存度達到60.6%。因此，尋找石油的替代產品是當務之急。我國油頁巖資源豐富，據國土資源部、國家發(fā)展改革委員會及財政部于2004～2006年聯合組織、由吉林大學等開展的“全國油頁巖資源評價”，預測資源高達7 199億t，折算成頁巖油資源為476億t[1]。油頁巖作為一種重要的石油補充和替代能源，以其巨大的儲量、豐富的綜合利用層次，引起了我國乃至全世界的關注。

撫順礦業(yè)集團有限責任公司頁巖煉油廠ATP小顆粒頁巖煉油裝置于2013年8月23日開工投產，該裝置設計能力為：加工處理頁巖230 t/h，頁巖含油率7.0%，輕油產量4.101 t/h，重油產量8.476 t/h，尾氣7.878 t/h，裝置采油率為78.12%。

2015年，ATP小顆粒頁巖煉油裝置開工天數為296 d，實際生產成品油35 000 t。特別是在2015年9月份檢修增加余熱鍋爐后，成品油日產160 t/d，正在穩(wěn)步接近設計能力。

進入2016年，ATP小顆粒頁巖煉油裝置運行出現不穩(wěn)定性，非計劃停車2次。停車檢修后裝置正常運行，成品油日產最高在140 t/d，平均日產在129 t/d左右，每天減少成品油近30 t，給企業(yè)經濟效益帶來嚴重影響。因此，研究合理的改造方案，增加產能，提高頁巖采油率，對整個ATP裝置乃至小顆粒油母頁巖煉油行業(yè)都具有十分重大的意義。

1 成品油產量低的原因分析

為了能更清楚地比較成品油產量，選取2015年10月和2016年4月生產操作數據作為比較，通過數據分析來確定原因。

1.1 頁巖質量

2015年10月和2016年4月頁巖的粒度和含油率分析情況如下，見表1。

表1中，兩次運行標定處理量都是190 t/h，頁巖含油率平均為5.7%，ATP干餾爐干餾區(qū)料床溫度為500～505 ℃[2]，頁巖含水率平均為7.5%～7.7%。

通過對比頁巖粒度分布、干餾區(qū)操作溫度、頁巖含油率與產油量趨勢，尋找造成兩次運行存在的參數差異，從而得到優(yōu)化生產的操作方向。

2016年4月份運行時1 mm以下的頁巖占有比率明顯比2015年10月要高。2015年10月運行期，1 mm以下的頁巖占有比率平均值為11.3%。2016年4月運行期，1 mm以下的頁巖占有比率平均值為17.6%。ATP爐工藝要求頁巖含油率在7%的條件下，1 mm以下的頁巖占有率不應超過30%。油頁巖在生產過程中的熱膨脹與熱強度和熱崩碎有很大關系。中國石油大學利用熱機械性質儀對多種頁巖在不同粒度分布下的熱膨脹率研究表明[3]：初始粒度分布與最終加熱后的細微粉塵呈線性關系。通過分析得出：過多的1 mm以下頁巖，將嚴重影響未干餾的頁巖在干餾區(qū)內與燃燒區(qū)返回來的灰渣充分混合，并導致干餾后的半焦物料在燃燒區(qū)內熱平衡紊亂，造成燃燒區(qū)的高溫區(qū)域向冷卻區(qū)延伸。同時較低溫度的灰渣進入干餾區(qū)，與未干餾的頁巖相混合，也會導致頁巖干餾反應效果不好，影響成品油產量。1 mm以下的頁巖占有比率增加，將會導致過多的底油回煉量，這也將導致一部分重油的損失，造成成品油減少。經統(tǒng)計，2016年4月份運行，底油回煉量基本維持在4 t/h左右。而2015年10月份運行，底油回煉量維持在3.5 t/h。通過對比分析，2016年4月份過高的底油回煉量每小時將會減少0.35 t的重油產量。

另外，對兩次運行期間頁巖粒度分布化驗結果進行數據對比，可以發(fā)現，大于5 mm的頁巖粒度分布比率主要相差在10 mm以上這一部分，即2015年10月運行期間，10 mm左右頁巖比2016年4月份運行要多三分之一，而中間粒度分布基本一致。這部分頁巖是ATP爐干餾反應最為合適的材料。因此頁巖的粒度分布不好是成品油產量低的原因之一。

上述兩次運行周期中，頁巖含油率測定均使用中國行業(yè)標準《油頁巖含油率的測定法》[4]。從頁巖品位監(jiān)測結果看，測得的頁巖含油率差別不大。因此，頁巖品位變化不是產量降低的原因。

1.2 頁巖處理量

頁巖處理量的大小直接影響產成品油產量，綜合頁巖處理量、ATP干餾爐電機扭矩和ATP干餾爐重量的數據對比，進行分析如下，見表2及圖1-4。

通過ATP爐固定端和浮動端平均重量對比分析得知， 2015年10月份ATP爐重下限要高于2016年4月份。

通過ATP爐1#和2#主電機平均扭矩對比分析得知，2015年10月份ATP爐扭矩要大于2016年4月份扭矩。

同樣是處理量190 t/h，實際上2016年4月份的進料量要低于2015年10月份的進料量。因此可以判斷進料皮帶秤有所偏差，處理量小是成品油產量低的原因之一。

1.3 干餾區(qū)溫度

油頁巖干餾溫度對熱解頁巖油收率有重大影響。研究型試驗表明，撫順頁巖最佳干餾溫度下，恒溫干餾所需時間與粒徑平方成正比[5]。

2015年10月和2016年4月ATP爐干餾區(qū)溫度分析情況如下，見表3。

根據對比分析可以看出，2015年10月份和2016年4月份的干餾區(qū)料床溫度和停留時間基本一致，都在ATP爐工藝操作范圍之內，因此干餾區(qū)料床溫度和轉速控制不是導致產油低的原因。

1.4 油回收系統(tǒng)

2015年10月和2016年4月油回收系統(tǒng)各個主要參數分析情況如下，見表4。

根據油回收系統(tǒng)對標分析，底油回煉量超出工藝要求最大范圍（0～3 000 kg/h）。2016年4月份和2015年10月份生產當中，底油回煉量都超過設計值?；責捔坑糜诳刂频子凸腆w含量，過高的固體含量將會影響泵送能力，并堵塞管路。我們根據每班一次的底油固體檢測結果連同底油泵出口壓力和電流的變化來判斷固體含量的情況。由于洗滌塔固體濃度超過30%，導致生產過程中被迫將更多的底油送回ATP爐干餾區(qū)進行再次熱解，才能降低洗滌塔底油固體濃度，從而直接影響了重油產量。烴系統(tǒng)中的一二級旋風除塵器僅能適用于捕集大顆粒的粉塵，在捕集40 ?m以上的粉塵時，效率可達100%，但捕集5 ?m以下的粉塵時，效率將降低至40%，底油系統(tǒng)內的粉塵設計值普遍為小于3 ?m，這些粉塵是旋風分離器無法有效去除的。粒度越小的頁巖，在干餾時，煅燒崩碎產生的細小粉塵越多。因此，目前要想改善底油固體濃度，增加產量，必需除去細小粉塵，改變頁巖粒度分布，減少細小粉塵生成量。綜上所述，底油回煉量過大是造成產量低的原因。

1.5 烴系統(tǒng)泄漏

2015年10月和2016年4月ATP爐烴蒸氣出口一二級旋風器下料溫度分析情況見圖5、6。

根據烴一、二級旋分器下料溫度TT-203、TT-205對比上圖可知，烴一級旋分器下料溫度TT-203在2016年4月份和2015年10月份兩次運行當中幾乎相同，可以判定沒有氧氣泄漏和燃燒現象。

根據烴一、二級旋分器下料溫度TT-203、TT-205對比上圖可知，烴二級旋分器下料溫度TT-205在2016年4月份運行時明顯要高于2015年10月份，2016年4月份烴二級旋風器下料溫度TT-205溫度平均在460 ℃，遠遠高于工藝要求范圍。2015年10月份運行時烴二級旋風器下料溫度TT-205溫度平均在333 ℃?？梢耘袛?016年4月份運行期間，有氧氣泄漏到系統(tǒng)內，有燃燒現場導致烴系統(tǒng)溫度升高。因此烴二級旋分器下料時有氧氣泄漏到系統(tǒng)內部，造成烴蒸氣燃燒是造成產量低的原因之一。

2 分析總結

從以上分析得出油產量低的原因有五點：

a）頁巖粒度偏小。

b）計量偏差。

c）底油回煉量大。

d）烴系統(tǒng)泄漏燃燒。

e）干餾區(qū)壓力波動大。

3 整改措施

3.1 改變頁巖的粒度分布

措施：①增加風選設備，把頁巖顆粒粒度小于5 mm以下的篩選掉，以保證進料質量。②針對頁巖粒度不好、雨季導致頁巖濕碎以及頁巖含油率不高等現狀，對工況做出相應的操作調整，來更好的適應突發(fā)狀況。（針對于顆粒小重新調整干餾區(qū)溫度和干餾時間等）

3.2 精確計量

措施：①對皮帶秤637/638重新校準，定期進行校準偏差。②通過排料皮帶秤反推進料情況。

③通過對比分析ATP爐扭矩和ATP爐重來判斷進料量的偏差。

3.3 降低底油回煉量

措施：①降低洗滌塔底油固體濃度，按照工藝要求不超過30%，調整洗滌塔各回流流量。②繼續(xù)對ATP爐干餾區(qū)氣相擋板進行改造，來降低粉塵的吸入量。 ③檢查烴蒸氣旋分器有無泄漏，造成烴旋分器工作效率降低。（做正壓測試）④增加底油固體濃度檢測器，便于根據實時的底油固體濃度，進行底油回煉量的調整。

3.4 采取措施防止烴系統(tǒng)泄漏

措施：①改造烴旋分器下料盤根密封的形式，防止氧氣進入。②更換03T-05尾部電機軸承。并改造尾部電機氮氣注入口大小。③增大03T-05尾部氮氣吹掃流量，現已經把?6的氮氣管線加粗至?10。④停工時，對旋分器保溫拆除，徹底檢查旋分器是否有漏點和開焊情況。

參考文獻：

[1] 劉招君，董清水，葉松青，朱建偉，郭巍，李殿超，柳蓉，張海龍，杜江峰. 中國油頁巖資源現狀.吉林大學學報（地球科學版），2006，36（6）：869-876.

[2] 侯祥麟. 中國頁巖油工業(yè)[M]. 北京：石油工業(yè)出版社，1984.

[3] 陸紹信，陳廷蕤，沈志虹，王廷芬. 我國油頁巖性質研究-油頁巖的熱膨脹性能[J]. 石油學報（石油加工），1990，16（2）：95-99.

[4] SH/T0508-92，油頁巖含油率的測定法[S].

[5] 王劍秋，李術元，楊克勇. 利用熱重儀進行顆粒頁巖干餾的研究[J]. 石油大學學報，自然科學版，1988，12（4-5）：104-109