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油页岩炼制过程技术经济分析

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油页岩 炼制 过程 技术 经济 分析
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油页岩炼制过程技术经济分析2015,华南理工大学化学与化工学院符 号 说 明抚顺炉油页岩炼制过程瓦斯全循环炉油页岩炼制过程油页岩干馏单元发电单元投资利润率随着国民经济的快速发展,人们对能源的需求日益增加。石油作为一种有限的不可再生的能源已经不能满足人类持续和不断增长的能源需求。而油页岩作为非常规的油气资源,其资源储量丰富,现有技术保证了其开发利用的可行性。当前中国油页岩开采量约 1200 万吨,主要用于干馏炼油。油页岩炼制采用地上干馏技术,主要有抚顺炉和瓦斯全循环炉。抚顺炉油收率一般较低,只有 65%左右。而瓦斯全循环炉油收率可达到 90%左右。但是,瓦斯全循环炉油页岩干馏所需的热量,一部分必须由外购的干馏气燃烧来补充,限制了该工艺的利润。本文主要分析抚顺炉工艺和瓦斯全循环炉工艺资源和能源利用情况以及经济效益,分析这两套工艺的特点,以资借鉴,提出针对两套工艺提高资源和能源利用的技术路径,总结油页岩综合高效炼制过程的方案。1 油页岩炼制过程抚顺炉工艺中,油页岩首先经预处理,8~75页岩进入干馏炉干馏段,在 25℃左右的条件下干馏反应生成半焦和页岩油气。半焦进入干馏炉下段的气化段,与 85℃的空气(含饱和水蒸气)混合,在 50℃左右发生气化反应产生高温煤气,为干馏段提供热量。半焦燃烧产生的灰渣由炉底排出。干馏后的页岩油气经过冷却、洗涤和分离后,得到页岩油和干馏气。所得的气体分为三股,一股作为干馏炉循环气;另一股作为蓄热式加热炉的燃料;剩余煤气去燃烧发电。抚顺炉工艺油页岩炼制(程如图 1 所示。瓦斯全循环炉工艺与抚顺炉工艺不同,干馏炉只有干馏段。瓦斯全循环炉工艺油页岩炼制(程如图 2 所示。干馏后的半焦经冷却由炉底排出,燃烧发电。瓦斯全循环炉炉出口油气不含氧气,可采用电气捕油器作为冷凝回收系统。干馏后的页岩油气经旋风器、电气捕油器及冷凝、分离后,得到页岩油和干馏气。干馏气全部循环,大部分经加热后循环回干馏炉,少部分作为管式加热炉和干馏炉燃料。2 油页岩炼制过程技术经济分析本文应用热力学第二定律分析两套流程过程中各单元㶲损失及其来源,指出各单元㶲效率可提高潜力和提高方法。对于工业实际过程,为降低㶲损失可能导致增加设备投资。因此,本文在对两套炼制过程进行㶲分析的基础上,还将对其进行经济分析。页岩炼制过程的技术分析油页岩炼制过程的技术分析主要包括 程和 程物料及能量衡算以及㶲分析。料及能量衡算两个过程都包含有油页岩干馏单元(发电单元(。按照抚顺炉单炉的处理量 100t/d 为基准量,每 20 台抚顺炉为一组,一个工厂具有 5 组,所以本文取油页岩流程处理量基准为 418t/h。过程:在干馏单元,418t/h 的油页岩在 525℃左右的干馏温度下可生产 h 的页岩油,并产生 h 的剩余干馏气,h 的碎屑页岩以及 270t/h 灰渣。该单元公用工程水、电和蒸汽消耗分别为 h、和 h;在发电单元,剩余干馏气和碎屑页岩通过燃烧发电过,可产生电力 h 和 主要的进出口物流如图 3 所示。程:在干馏单元,122t/h 燃烧气在 850℃左右温度下燃烧,将热量供给油页岩。418t/h 的油页岩在 525℃左右的干馏温度下可生产 h 的页岩油,并产生 276t/h 的半焦和 h 的碎屑页岩。该单元公用工程水、电和蒸汽消耗分别为 h、和 37t/h;在发电单元,半焦和碎屑页岩通过燃烧发电过程,可产生电力 157单元电力消耗为 主要的进出口物流如图 4 所示。 分析程干馏单元㶲损失主要包括油页岩热解反应 㶲损失和排放废物㶲损失。油页岩热解反应㶲损失为 放废物㶲损失为 单元总㶲损失为 中油页岩热解反应的 㶲损失最大,占总㶲损失的 程干馏单元 㶲流图如图 5 所示。程干馏单元㶲损失主要包括油页岩热解反应的 㶲损失和排放废物㶲损失。该单元总㶲损失为 中,油页岩热解反应的㶲损失最大,为 总㶲损失的 程干馏单元㶲流图如图 6 所示。 程干馏单元的㶲损失分别占总输入㶲的 程㶲 损失主要是因为抚顺炉气化段产生的高温煤气中含有少量的未反应氧气进入干馏段,会烧掉一部分热解产生的页岩油,使得热解反应过程㶲损失最大。程㶲损失主要由于干馏过程的热量供给不充分,热解不完全。程发电单元㶲损失主要包括蒸汽轮机和燃气轮机做功转换过程 㶲损失以及排放废物㶲损失等。其中蒸汽轮机㶲损为 气轮机㶲 损为 总㶲 损失分别为 程发电单元㶲流图如图 7 所示,总 㶲损失为 程 发 电 单 元 的 总 㶲 损 失 为 损失主要包括蒸汽轮机的㶲损失和排放废物㶲 损失,其中蒸汽轮机㶲 损最大,总 㶲损失的 程发电单元㶲流图如图 8 所示。 程发电单元的㶲损失分别占总输入㶲的 两个过程发电单元㶲损失主要是因为蒸汽轮机和燃气轮机㶲损失。然而,两个过程发电单元㶲损失相比, 很多,主要是因为 程蒸汽轮机发电效率较 程燃气轮机发电效率低。页岩炼制过程经济分析油页岩炼制过程经济分析主要分析比较 程和 程的总投资、总成本费用和投资利润率。资分析本文依据装置能力指数法对设备投资进行估算,再依据 的方法求得 程和 程总投资费用分别为 元和 元,其组成如图 9 所示。程设备投资费用较 程设备投资费用高 这主要有两个原因:①瓦斯全循环炉结构复杂,单炉处理量大(300t/d),投资高;②程瓦斯全循环炉的产油率高,冷凝回收系统的负荷大,投资大。品成本分析本文对生产成本中原料、公用工程、操作人工成本的估算主要参考现有研究工作。其他费用占总成本费用的比例主要参考 的研究。最终求得 程和 程每年的总生产成本分别为 元和 元,结果如图 10 所示。程总成本费用较 程总成本费用提高了 这主要有两个原因:①程原料输入㶲相比 程要多增加约 外购干馏气,使得 程生产成本中原料费用比 程高 元; ②程发电单元公用工程输入㶲比 程高 得 程生产成本中公用工程费用比 程高 元。资利润率分析根据目前页岩油和电力的市场价格,计算得到每年 程和 程的销售收入分别为 元和 元。按照产业经济模式的财务模型,计算每年得到 程和 程的净利润总额分别为 元和 元。最终求得 程和 程的 别为 如图 11 所示。程的 程的 高了 10 个百分点,主要因为 程页岩 油 输 出 㶲 相 比 程 高 程副产电力输出㶲 比 程高 结 论本文对中国油页岩炼制过程抚顺炉工艺和瓦斯全循环炉工艺进行了技术经济分析。㶲分析表明: 总㶲损失分别为 467别占总输入㶲的 55%。其中, 程㶲损失大,因为抚顺炉有氧烧油的问题。另外,热解产生的干馏气热值低,发电过程热利用率低,损失大。程㶲损失是因为 程没有充分利用半焦潜热,而是将热解产生的半焦燃烧发电,蒸汽发电效率低,过程的㶲损失大。在瓦斯全循环炉工艺中,每热解 1t/h 的油页岩需要外供 热量。如用半焦燃烧供热,则不需要外供热量。所以,借鉴抚顺炉用能方面的优势,高温半焦应用于循环流化床锅炉燃烧为油页岩干馏提供热量,剩余煤气可用于燃气轮机发电,以达到炼制过程能量合理利用。经济分析表明:程投资利润率比 程投资利润率高 10 个百分点,但由于 程投资高和产品成本高,从而限制了其经济效益的进一步提升。所以,借鉴瓦斯全循环炉经济效益方面优势,本文作者提出,将剩余煤气用于制氢或其他高品位的化学品,从而进一步提高炼制过程的经济效益。
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