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抚矿工学院毕业论文10引言当今,油页岩作为一种后备能源,已越来越受到人们的重视。油页岩也称油母页岩,是可燃矿产之一。油页岩由有机物和无机物组成,其无机物常见的有石英、粘土、碳酸盐等,有时还含有铜、镍、钴、钼、钛、钒等的化合物。油页岩有机物可分为两类:一类为油母,是其主要成分,元素组成主要为C、H、N、S、O等;另一类为沥青,其含量一般在1%左右。一般认为油母是一种具有三维结构的大分子聚合物。油母中碳主要以脂肪族及环烷烃结构存在,也有部分芳香族化合物。所以只要能把油页岩中的油母提炼出来,就可得到类似天然石油的原油,也即页岩油。油母中的氮在热加工时,大部分可转化成氨。它的价值越来越受人们的重视。能源是我国实现现代化进程的重要物质,而石油作为主要能源供需矛盾日趋严重,开发新的石油资源及寻找石油替代产品,已引起国内外的高度关注。在这种形势下抚顺矿业集团有限责任公司为了适应市场需要,结合当地的具体情况,综合利用油母页岩,变废为宝,提高自身的经济效益。李珑威论油母页岩的综合利用21世界油页岩的储量油母页岩遍布于世界各地。它大多埋藏在煤矿矿层中，是煤的副产品储量巨大下面着重讲述油页岩的储量。1.1油页岩储量石油大学钱家麟教授提供的2000年度世界油页岩年度综述报告,介绍了世界油页岩储量和利用情况。油页岩遍布于世界各地,其资源分布并不均衡,油页岩储量在某些国家,如美国、爱沙尼亚、俄罗斯等已经详细勘查,但在很多国家油页岩储量尚未详细勘查,只有粗略估计。中国油页岩储量在20世纪50年代曾做过普查,此后则未做全国性专门调查。已知主要产地有辽宁抚顺、广东茂名、吉林桦甸、新疆维吾尔自治区等。美国地质局Dyni博士对世界油页岩的储量进行了调查,于2000年初提供了统计结果,现将储量超过1.0Gt油页岩资源的国家列入表1。抚矿工学院毕业论文3中国油页岩的探明可采储量约50.0Gt(相当于页岩油2.0Gt),这只是20世纪50年代的勘探情况。我国在50～60年代时期,页岩油工业发展迅速,60年代以后,由于大庆油田的开发,使页岩油工业处于停滞状态,所以中国油页岩储量的数据不全。如果下大力气,对全国进行普查,尤其在内蒙古、青海、西藏、贵州、云南等地域辽阔、人烟稀少的地方进行普查勘探,资源方面一定会有所突破。2油页岩的主要用途目前,世界上有69%的油页岩用于流化床锅炉燃烧来发热、发电,25%的油页岩经各种干馏发生炉来提炼页岩油,只有6%的油页岩用于建筑、农业等方面。传统的方法从油页岩中提炼页岩油费用高、污染严重,而且炼出的油含极性化合物高达40%～60%。含氮化物在1%以上,必须先加氢处理除去极性化合物,然后才能用一般方法精炼。油页岩在燃烧室里燃烧产生热能省去了许多中间转换环节,使其能源利用率大幅度提高。特别是循环流化床燃烧技术的出现,使其作为燃料来产生能量应用得更加广泛。所以油页岩作为燃料是它的主要利用途径。2.1油页岩作为流化床锅炉的燃料1967年广东茂名石油公司建成了我国第一台油页岩流化床锅炉,其蒸发量为14.5t/h，工作压力1.27MPa,过热蒸汽温度250℃,燃用炼油过程中废弃的油岩粒屑,粒度0～10mm。1985年又安装了两台蒸发量为35t/h的中压悬浮燃烧锅炉,燃用10mm以下热值为3990kJ/kg的油页岩,所排灰渣用子制作水泥。锅炉的效率为73.68%,锅炉负荷30～33t/h。经过十几年的发展，80年代这一技术又有了进一步的改进。李珑威论油母页岩的综合利用41986年在辽宁抚顺石油二厂建成了一台蒸发量为35t/h鼓泡流化床锅炉,利用干馏废弃的小颗粒油页岩燃烧发电,自1987年投产使用至今仍在工作。抚顺发电厂和抚顺石油一、二厂曾在粉煤炉中掺入10%～30%的油页岩混烧发电,效果很好。在吉林省桦甸油页岩示范电厂,安装了3台我国研制的蒸发量为65t/h低倍率循环流化床油页岩电站锅炉。其中é号锅炉自1996年运行至今。该锅炉蒸汽压力5.29MPa,蒸汽温度450℃,燃烧效率98.45%～98.74%,热效率为87.4%～87.9%。国外用油页岩燃烧发电的国家主要有爱沙尼亚,那里有4台装机容量为2967MW的油页岩发电厂,成为世界之最,每台年处理油页岩均为5000kt。以色列在MishorRetem油岩露天矿区建成容量为525MW发电厂,锅炉蒸发量为50t/h,蒸汽温度480℃,蒸汽压力4.4MPa。德国的油页岩发电厂容量为919MW。美国还利用油页岩与固体废弃物在循环流化床内混烧达到环保的目的。2.2利用干馏技术生产油页岩油油页岩的干馏技术是将开采的油页岩破碎分选后,放入干馏炉内,在隔绝空气的情况下,在干馏段干燥、预热,然后加热到450℃～600℃干馏后,页岩油被裂解释放出来。所剩的页岩半焦进入汽化阶段,并进行氧化-还原反应,生成的页岩废渣排出炉外。应用干馏技术生产页岩油的国家主要有美国、巴西、中国、澳大利亚、俄罗斯、爱沙尼亚等国家。各国具体情况见表1。由表1可以看出美国和德国的干馏炉采油率和页岩利用率均近100%。但其设备复杂,造价高,维修费用也高。而中国抚顺式虽采油率和油页岩利用率低,但结构简单、操作方便,维修费用低。目前,油页岩主要用作燃料和提炼抚矿工学院毕业论文5油页岩油外,有的煤层中油页岩干馏脱水后,适当控制温度能转变成具表1世界主要国家油页岩干馏工艺状况有火山灰活性的偏高岭石,可用作生产高强混凝土的添加料;若经过磁选脱铁、非磁性矿物酸浸再经增白焙烧后可成为优质高岭土。经过一系列深加工后可生产白炭黑。油页岩还可用于农业改良酸性土壤,制作化肥,制作有机酸。油页岩的灰渣有很强的吸附性,可用于废气处理和污水处理。油页岩还用许多其它用途。２.3油页岩地下转化工艺技术目前油页岩开采方法为露天或地下巷道开采。近几年来壳牌石油公司研发的油页岩地下转化工艺(简称ICP)技术是一种新的油页岩开采方法。它是在油页岩区的地表分别钻监测井(MonitoringWells)、疏干井(DewateringWells)、加热井(HeaterWells)李珑威论油母页岩的综合利用6和生产井(ProducerWells)。监测井用于监测地下油页岩被加热的温度、地下水质、各种元素质量分数、水的pH值、Eh值及微生物的变化等,以确定其它井的工作。疏干井主要用于抽干加热井周围的地下水。加热井将地下的油页岩加热(其加热方法尚处保密阶段,国内外未见有关报道)使其分裂出油页岩油等物质。最后生产井将油等物质抽出,在地表进行分离处理。这种方法不仅占地少,而且对环境的破坏也非常小,几乎没有空气污染。因此,生产结束后环境恢复成本也低。该方法生产的油页岩油成本也低,传统的干馏法生产成本20美元/桶,而使用ICP技术生产成本为12美元/桶。３世界油页岩利用情况根据SinorSynfuelReport有关油页岩的报道,世界油页岩利用概况如表2和表3。表2为1999年世界油页岩炼油概况;表3为1999年世界油页岩燃烧发电概况。抚矿工学院毕业论文7４抚顺矿务局油页岩综合利用情况国内油页岩综合利用最好的企业是抚顺矿务局。该局以“国家油母页岩综合利用示范型企业———页岩炼油厂”为依托,对油页岩进行了大力开发利用。４.1油页岩炼油油页岩最重要的利用途径是提炼页岩油。抚顺利用油页岩炼油已有70余年的历史,其页岩炼制工业自1930-1982年的50多年中,共加工油母页岩约4.26亿t,制取页岩油1408.5万t,硫酸铵245万t。因此,抚顺页岩油工业及抚顺式干馏炉工艺技术,在世界油页岩加工中享有声誉。50年代油页岩工业得到迅速发展,抚顺承担了当时国家大部分发动机燃料油的生产。石油一、二厂干馏装置最高年加工页岩量达1920万t。60年代随着天然石油的开采利用,国家限制页岩油生产,生产规模逐年降低,页岩油产量减少,80年代至90年代初期由于炼制页岩油成本较李珑威论油母页岩的综合利用8高,经济效益较差,石化部门放弃了页岩油的生产。抚顺矿务局根据本局的实际情况,在1987年提出了建设年产12万t页岩油厂的计划,1988年经国家计委批复同意开始兴建,采取分期建设计划。现已建成年加工油页岩400万t,生产页岩油12万t的四部干馏炉装置。页岩炼油厂系采用低温干馏方法加工油页岩,干馏炉为抚顺式立式圆筒炉,分上、下两部份,上部为干馏段,下部为发生段,其工艺流程如图1。油母页岩经破碎筛分后,将12～75mm粒度页岩经胶带输送机运至干馏炉顶,在干馏段进行干燥预热及干馏;干馏后的页岩呈半焦进入发生段,底部通入主风进行氧化还原反应,生成瓦斯进入混合室与中部通入的热循环瓦斯混合,经喷孔进入干馏段作为干馏热源;半焦通过氧化还原后,生成的页岩渣经水盆冷却后排出炉外。图2抚顺式干馏炉低温干馏工艺流程图炉内瓦斯经阵伞导出,借助于瓦斯排送机负压分别导入集合管、洗涤饱和塔,进行洗涤冷却;集合管洗下的油、油泥及水一并流入集泥罐,进行沉淀分离;洗涤饱和塔洗下的油、水进入洗涤槽进行分离;瓦斯经排送机后,一部分直接作为干馏炉供热的循环瓦斯送入加热炉,加热后进入干馏抚矿工学院毕业论文9炉,另一部分进入冷却塔进一步冷却洗涤,然后送至蓄热式加热炉作为加热燃料,再将剩余的瓦斯送往中央锅炉作燃料及用于瓦斯发电站。抚顺页岩炼油厂于1991年投产,截止2003年共加工油母页岩2500多万吨,生产页岩油74199万t,其中2003年页岩油产量达到1012万t,取得了较好的经济效益和社会效益。该厂还以页岩油为原料生产喷雾炭黑,是国家定点的军用喷雾炭黑生产企业。目前有喷雾炭黑生产线两条,年产喷雾炭黑2000t。由于炼油过程中剩余的瓦斯气体一部分用做蒸汽锅炉燃料,一部分用来发电,该厂已建成500kW燃气发电机组四台,目前已经投入发电运行。抚顺矿务局页岩炼油厂现正在准备采用加拿大ATP干馏炉处理现有装置产生的小颗粒油页岩。ATP干馏炉工艺充分利用了页岩半焦中的固定碳,提高了能源的利用率。TOSCOⅡ干馏法和ATP干馏炉工艺可以利用粒径很小的页岩颗粒,页岩利用率高。八部抚顺炉与二台ATP炉生产成本费用对比见表。表2ATP炉与抚顺炉生产成本费用比较李珑威论油母页岩的综合利用10通过影响成本费用的主要项目比较,ATP炉单位成本比抚顺炉少188.8元/t,且ATP炉油品比抚顺炉质量好,售价高,因此ATP炉比抚顺炉经济效益好。抚顺矿业集团有限责任公司油母页岩炼油厂现采用的是抚顺式干馏工艺,拟采用澳大利亚的ATP工艺,现对两种方法的工艺技术、吨产品能耗、物耗、污染物产生和排放情况进行对比分析。ATP炉与抚顺炉的工艺区别如下：处理油页岩能力不同：两种工艺处理油页岩能力相差很大,ATP炉日处理量达到6000t,中国抚顺炉日处理量为100～200t。干馏炉构造不同：TP炉是固体热载体,抚顺炉是气体热载体。ATP炉直径8m,长60m,卧式回转炉、有预热段、干馏段、燃烧段、炉内有五个预热和干馏油页岩的圆筒。抚顺炉是立式圆型炉,直径3m,高14.4m,只有干馏段和发生段。油页岩干馏热解量的来源和传热方式不同：ATP炉是固体热载体,利用油页岩干馏后的半焦中5%的固定碳在燃烧室燃烧产生的热量作为热源。抚顺炉为气体热载体,利用油页岩干馏产生的煤气,经加热后送至干馏段和利用半焦中5%的固定碳燃烧产生的热量热解油页岩。处理油页岩的块径,油品收率和油页岩利用率不同：ATP炉比抚顺炉处理油页岩的块径小,ATP炉处理0～12mm,而抚顺炉处理8～75mm。抚矿工学院毕业论文11由于ATP炉处理油页岩的粒径少,油页岩受热均匀,使干馏充分,可提高油的收率达到90%以上。抚顺炉是直立圆筒型炉子,油页岩自上而下运行,油收率在90%以下。同时ATP炉油页岩的利用率达到100%,而抚顺炉油页岩利用率在80%以下。对油页岩的预热方法不同：ATP炉有预热段,在油页岩干馏前进行预热,可去除油页岩中的大部分外在水分,从而提高干馏效果,抚顺炉没有预热段,油页岩在干馏段的上部进行预热,适合抚顺矿区油页岩含水分不大的需要。油品回收工艺不同：ATP油品回收工艺采用油气间接冷却工艺,并将油渣和页岩粉尘送至干馏段回炼,加之固体热载体干馏