• / 6
  • 下载费用:5 下载币  

油页岩气化特性

关 键 词:
油页岩 气化 特性
资源描述:
油页岩气化特性 摘要:油页岩属于非常规油气资源,以资源丰富和开发利用的可行性而被列为21世纪非常重要的接替能源,它与石油、天然气、煤一样都是不可再生的化石能源,在近200年的开发利用中,其资源状况、主要性质、开采技术以及应用研究方面都积累了不少经验。关于油页岩的气化特性,若将油页岩打碎并加热至500℃ 左右,就可以得到页岩油。我国常称页岩油为人造石油。一般来说,1吨油页岩可提炼出38 至378 公升()页岩油。页岩油加氢裂解精制后,可获得汽油、煤油、柴油、石蜡、石焦油等多种化工产品。本文将先介绍油页岩的气化特性,继而分析世界各国尤其是我国对油页岩的利用情况,利用前景以及利用过程中的问题。一 我国油页岩资源的基本情况2004~2006 年,我国首次开展的全国性油页岩资源评价结果表明,我国油页岩资源丰富,分布 20 个省市和自治区、47 个盆地,共有 80 个含矿区,全国油页岩资源约 7200 亿吨,页岩油资源约 476 亿吨,可采出资源约 120 亿吨。全国油页岩主要集中分布在东部区和中部区,油页岩资源分别为 3442 亿吨和 1609 亿吨。我国油页岩含油率中等偏好,埋藏深度浅于 1000 米,其中 0之间的油页岩资源为 4663 亿吨。[1]二 以依兰煤矿油页岩为例分析油页岩的气化特性依兰煤矿是东北地区最大的露天长焰煤生产基地, 所产煤炭挥发分高 , 含油率高, 灰融点高, 是全国少有的优质气化用煤。煤矿每天向哈尔滨气化厂供煤近 5000t , 主要用于装机容量 kw·h 的热电厂和一套日产煤气 189 万 产 14 万 t /a 甲醇的生产用煤。在煤田开采过程中, 伴生丰富的油母页岩, 这些页岩被当成废弃物堆成矸石山后发生自燃, 严重污染了大气环境。为此, 依兰煤矿和哈尔滨气化厂决定研发矸石电厂和页岩干馏制汽油、柴油项目。技术人员根据页岩富含油的情况, 研究了依兰煤矿油页岩气化制油联产合成气项目, 制造了一台小型气化试验炉,页岩和气化剂氧在炉内的气化试验已经完成。1 气化过程在底面为直径 3高 30自制气化炉内,装入 250度为 200 目左右的页岩粉, 用脱脂棉或玻璃棉封住出气口, 并旋紧带出气管的密封盖, 保证气体流出气化炉时页岩粉不会流出。进气口和出气口内径为 3分布在气化炉的两端。将燃烧的安全火柴倒放入进气口内部, 通过外径为 3不锈钢管向进气口输送氧气 ,旋紧密封螺母, 这时, 气化炉体进气端外壁会立即炽热。调节氧气流量, 保证气化炉稳定运行,煤气便从出气口端流出, 并夹带水分。将煤气出口的连接管通入水槽中, 煤气就不断地从水槽中溢出。待炉体最炽热部分达到整个炉体的 1 /3 时,水槽中就会发现冷凝的页岩油,这时氧气流量为 60着炉体温度上移,进气口端的温度逐渐降低。整个气化炉分为四个床层,从进气口端起依次为燃烧区、气化区、干馏区和干燥区。燃烧区约长 3要是氧和页岩粉中的固定碳反应(即: C + Q ),反应过程中放出大量的热能,为后面各区反应提供了热量。在燃烧区内生成的 以继续和气化区的固定碳反应生成 反应为吸热反应。上述两个反应为主反应, 副反应还产生 2 等物质,气化区和燃烧区结合部的温度最高,可达 1700℃左右,反应剧烈时可以使页岩灰达到熔融状态, 两区总长度约 7馏区温度约 800~ 300℃, 长度为 4质页岩油主要在此间随高温煤气排出,页岩中还有一部分 4、碳氢化合物同页岩油一起被干馏。在干燥区,煤气中的 O、4、页岩油的余温再把页岩粉中的水分蒸出带出气化炉,干燥区的温度为 300 ~ 95℃,长度约 3氧气流量 60mL/条件下,气化炉内页岩粉的反应时间约需 4h。随着时间的推移,反应床层逐渐上移,直到到达气化炉的出气口端。所产煤气中可燃成分的热值约为 3344 M J/由于其中含有 60 %以上的 以一般不能燃烧,有虽能点燃,但不能持续燃烧。气化炉内的页岩粉完全反应后,炉体很快被冷却。停止通氧气,将出气端的密封盖旋开,发现炉内页岩灰已经变成灰白色,质量变轻,体积变小。由于页岩制成 200 目左右的页岩粉,变成了流体状态,因此,在工业化的中试实验中,排灰和进料都可以用泵或阀门控制,完全可以实现自动化。2 评价分析依兰油母页岩的灰融点为 1700℃ , 气化过程中反应剧烈时温度会超过灰融点,影响流体排灰,所以要控制反应速度和温度,排出反应热,降低床层高度。由于页岩油在常温下就可以凝固, 所以各种管道的温度要保持在 30℃以上。油页岩制成 200 目的粉料后介于固体、液体之间的状态,容易堵塞各种压力表、流量计,还会伴随气体和页岩油流出气化炉,造成油、粉、气分离困难。页岩油以柴油和重油组分为主,轻油含量少,油品颜色为黄绿色,温度高时,粘度明显降低,这种油目前市场销售非常好,可以进行油加氢裂解炼制。[2]三 对德国 术的分析德国 司的 馏炉,有 250 台用于型煤和块煤干馏,包括干燥、干馏和残余碳气化的三段炉。此炉适于油页岩干馏。该公司有多年进行油页岩干馏技术开发经验。在此基础上与 司合作开发了 术,可进行油页岩干馏。其原理流程与 法工艺流程相同。而干馏过程除了高温加热之外,是在常压下进行,不用氢气,不用氧气,因此比高压气化、煤的液化技术简单,投资省,操作费低。所以在天然石油和天然气还没有跌价的。今天,发展煤、油页岩干馏工业生产,获得干净能源的化工产品是现实的。近年来一些技术发达的国家都在大力开发干馏工艺新技术。干馏工艺技术成熟,经济可行。工艺流程如下: 程的核心是固体热载体循环系统。油页岩原料的粒度约小于 6热到150~200℃,加入到混合器,在此油页岩与 3~4 倍的页岩灰相混合,灰温度为 650~700℃。它来自集合槽。油页岩在混合器中迅速被加热到 500~540℃并于几秒钟内干馏。由于干馏析出的煤气和油蒸汽使得混合器中的固体自成流化状态。由混合器出来的页岩混合物料进入缓冲槽,在此完成干馏过程,并由此转送到提升管的下部。燃烧用空气预热到 450℃,由提升管下部送入,燃烧用空气燃烧掉页岩灰中的残炭,同时把页岩灰提升到提升管顶部的集合槽。燃烧烟气与页岩灰在集合槽于 650~700℃进行分离,热页岩灰再循环回到混合器。日处理 页岩 30000 吨装置流程为:原料油页岩用提升燃烧烟气干燥预热送至混合器干馏;由干燥器出来的烟气经除尘去烟囱排放;由集合槽排出的热页岩灰在多级沸腾中预热空气和发生蒸汽然后外排;干馏气相产物经油洗冷凝冷却系统,得到产物重油 (可送回混合器再干馏) 、中油、轻油和干馏煤气。冷凝系统主要为一石油裂化分馏塔式的冷凝塔,其后有一空气冷却冷凝塔。此冷凝塔可以处理数个 元系列 。例如日处理 30000 吨干馏装置由 4 个单元组成: 烟气除尘排烟 由两个单元系列:相应的冷凝塔可只用一个单元系列。在冷凝塔底重油馏分于 205~260℃ 冷凝,并分出含尘。重油含尘浓度可 以用重油循环回混合器的办法降低之。假如采用 重油循环回到混合器 ,所得油可以不含尘,而油产率降低3~5%焦和煤气产率相应增加。在冷凝塔上部产物蒸汽于 93~150℃冷却,可得不含水和灰尘的中油。在最终空气冷凝器轻油和水完全冷凝出来,冷凝温度约为 50℃,所得煤气 是 高 热值,可作为下步加工制氢的原料。馏过程中有页岩残渣 ,起裂解催化作用,特别是其中的 分,使生成 的油粘度低,在室温下是流动性的。大 多数油页岩含钙、镁,以碳酸盐或氧化物形式存在,于 650~700℃有下述反应。O +,故于废气中 量少。由于燃烧温度低,故于烟气中形成 合 物少,有利于环境保护。为了脱硫也可在提升管中加 P 法采油率高,如以铝散油产率为 100% 采油率可达 90~105%。采油率计算中,油包括页岩油 ,干馏气中用凝下来的轻油部分,此外,西德铝颤试验样品用量 100g,与我国现行标准 20g 样有些 出 入。进行茂名油页岩试验采油率可达铝甄值的 94%。(接国内铝甄试验值 )[3]在油页岩低温干馏工艺中,通常是利用块状油页岩做为装置的进料。大量的研究结果表明 ,块状油页岩的热解过程要比粉末油页岩的本征热解过程复杂得多,既要考虑页岩的热解反应过程,又要考虑传热传质过程,同时还伴有页岩破碎、体积膨胀等物理现象。由于油页岩属于不良热导体,导热性能差,所以页岩内部热传导过程是整个热解过程中的主要控制因素。因此,考察页岩内部的热传导过程,研究页岩内部温度分布情况,是研究块状页岩整个热解过程的关键。四 油页岩的利用情况全球油页岩资源丰富,用途广,开发利用时间也较早,但一直没有得到快速发展, 主要是受到油页岩工业成本以及环境污染两大因素的制约[4] 。 油页岩的最大使用潜力是提炼页岩油。在传统石油供给不足时, 页岩油可望成为石油的替代品, 或者是在那些缺少石油资源或石油资源量不足的国家, 为了降低对外依存度,可以用页岩油替代石油,满足本国建设的需要[5]。油页岩的第二大使用潜力是发电。爱沙尼亚 2 0 0 0 年的经验显示, 只有当煤的进口价高于 40 美元/ t 、 天然气的进口价高于 元/兆英国热单位 ( 时,用油页岩发电才是经济的。油页岩开采,无论是地下采矿还是露天采矿都是一种对环境的污染。另外,开采出之后页岩油生 产过程中放出的热、 废水和半焦炭物质也可能引起环境问题,随着新技术地不断出现, 环境污染问题将会逐步得到解决。 但油页岩除了以上用于提炼页岩油、发电外, 在矿产、化工、 医药、 建筑、 农业和环保方面具有许多可供综合利用的潜在前途。随着油页岩灰渣利用技术的不断创新, 变废为宝, 将创造更多的经济效益。因此,坚持走炼油一化工一发电一多金属提取一建材一条龙联合生产的途径,对实现高效、节能、环保可持续发展战略目标具有举足轻重的地位。[6] 五 我国油页岩的开采历史中国开采油页岩历史悠久,在油页岩干馏、 燃烧技术、流化床锅炉技术方面具有丰富的经验。但与 国外技术相比, 还存在一定的差距。油页岩干馏工艺技术包括提高油页岩的焦油产率以及半焦和矿渣回收的综合利用技术等。中国的干馏炉处理量小,油收率低,只适用于小型页岩油厂。而爱沙尼亚、巴西和澳大利亚等国的干馏炉具有处理量大, 油收率高, 产热值高等特点, 适合大中型油页岩炼油厂。除了地面干馏技术外, 荷兰壳牌公司的 I C P 技术( 地下转换工艺) , 目前也正在美国进行实地示范, 如果此项技术能成功应用, 将直接从地下采油, 解决了油页岩最大的地面环境污染问题;油页岩发热、 发电工艺技术主要包括油页岩循环流化床锅炉技术、燃烧过程中 回收问题、油页岩灰渣综合利用技术等。因此, 若加强与国外的合作,引进较先进的技术设备, 将极大的提高油收效率和产量。 在油页岩燃烧发电方面, 中国走在世界的前列。中国自行研发的 6 5t/h 油页岩循环流化床锅炉, 是 目前世界上投人商业运行的较大容量的燃用油页岩发电的循环流化床锅炉 。 中国在综合利用方面也积累一些经验: 茂名的页岩油除可作为工业燃油外, 还用来生产优质的喷雾炭黑; 在用小颗粒页岩和页岩灰渣生产水泥、 蒸氧砖、 砌砖、 流态混凝土、 轻质陶粒等建筑材料均取得了成熟的经验。[7]此外, 中国油页岩及其灰渣中还伴生有多种金属元素, 如农安和桦甸的油页岩中富集 P、 C a 、Z n 、 S r 、 B a 和 8 种元素, 可以进行稀有、 稀土、稀散金属的提取。[8] 六 目前我国油页岩的利用情况我国所产油页岩基本上用于干馏制取页岩油,近年来页岩油年产量为18~20 万吨。页岩油经加工精制可获得汽油 、柴油、石腊、石油焦和和燃料油等产品。在 60 年代前期我国的页岩油几乎全部用于加工精制,进入 70 年代加工量逐渐减少,到 80 年代后期加工精制已全部停止,页岩油当作液体燃料用于锅炉燃烧。我国油页岩的低温干馏有长期生产经验,辽宁抚顺内热式干馏炉为我国几经改进的较先进的炉型,具有结构简单、设备耐用、维修和操作管理方便等优点,能够利用页岩半焦中的固定碳,适于加工低品位油 页岩,对热量能 自给有余,其油收率一般在 60~70% 间。目前抚顺有两个单元、40 台干馏炉在生产,单炉处理能力 200~250 吨每日,广东茂名有两个单元、32 台干馏炉生产,单炉处理能力为 180 吨每日。我国油页岩干馏产品页岩油属于含氮较高的石腊基油,采用天然石油加工一般方法的同时,尚须采用深度加工与精制相结合的工艺流程,才能得到更多的优质发动机燃料。多年来,我国页岩油加工方法和综合利用进行过大量试验卫作,在初期应用的热加工—酸碱精制工艺流程基础上,进一步研究页岩轻油的加氢精制和铂重整新技术,制定了热加工—加氢精制工艺流程,还研究、制定页岩油于馏分焦化一加氢精制和全馏分固定床加氢精制流程等。我国茂名油页岩直接用于燃烧试验始于 60 年代,经历几次试验,在低热值油页岩燃烧技术方面取得 了一定经验,但尚未能进入正常运转。[9]七 我国油页岩发展过程中应注意的问题中国油页岩资源丰富, 油页岩开采、 加工方面历史悠久, 在某些技术上具有自己的优势, 随着世界对能源需求的不断增加, 常规油气资源产量的不断减少, 油页岩炼油新技术的不断出现, 页岩油成本将不断减少, 油页岩与常规油气资源之间的价格差距将缩小。目前从油页岩中干馏页岩油的生产成本约 1200 元/t , 市场价格约 2600 元/ t 。中国油页岩预 测资源量为 13697 亿 t [10], 折为页岩油约 t ,经济效益巨大。因此,通过加大自身的科研实力, 积极开展与国外合作交流, 引进国外先进技术及设备, 中国将在中长期内( 2020 - 实现油页岩的工业化生产。有计划地发展我国油页岩工业将是势在必行。为了更好地开发利用我国丰富的油页岩资源。1 注意做好综合勘查评价,逐步查清我国油页岩资源家底油页岩与煤、石油、天然气等沉积矿产关系密切,在开展此类矿产勘查时,应注意对油页岩的综合勘探和综合评价,做好油页岩的厚度,分布面积、含油率、发热量等测试分析和综合研究,以利增长储量和扩大资源量。在缺能地区注意寻找利于开采利用、高品位的大中型油页岩矿床。要注意地质资料的二次开发,特别对以往的石油普查勘探资料应进行系统综合整理研究,逐步全面查清我国油页岩资源家底,一旦国家急需时,有利于部署地质勘探力量及有计划地开发利用。2 实施统一归口管理,统筹规划综合开发利用。油页岩资源的开发利用涉及到多个方面、多个部门,应由国家能源局或明确有关部门统一归 口管理,有关能源 、石化、电力、建材、地矿等部门通力协作,统筹规划,坚持综合开发和综合利用,走炼油一化工一发电一建材一条龙联合生产途径,做到物尽其用,实现无尾矿生产,促进取得最佳经济效益。3 加强科研力量,做好技术储备我国油页岩工亚虽然历史较长,油页岩工业生产未 曾间断过但当前研究力量相当薄弱人员少, 因此,应迅速加强力量大力开展油页岩的科研工作,引进必要的技术和设备,开展多种技术交流。同时,要注意培养后备技术人才,还要注意调动长期从事油页岩工业的老技术人员的积极性,重视以老带新,使我国油页岩工业后继有人,为将来的大规模开发利用油页岩做好人才和技木储备。4 对油页岩工业实行扶持政策促进合理开发利用资源。为了使目前仅有的两个油页岩生产基地能够生存和发展,应扩大企业自主权,页岩油产品由企业自行经销,使企业略有盈余或少亏损,干馏加工舍弃的小粒径油页岩的综合利用产品减免税收,以促进充分利用资源,要限制将页岩油作燃料,尽可能精制加工多种产品,增长经济效益。要多方筹措资金,如国家给予低息贷款、引进外资等,增加对油页岩工业设备、技术、科研等必要的投入,以保证油页岩工业持续稳定发展。5 妥善解决好环境保护问题油页岩工业对环境影响甚大,目前主要存在污水、粉尘、瓦斯、污泥及噪声等五个方面,要妥善解决好。否则,将给周围环境带来严重后果,影响到矿农关系,,会带来污染、危害生态环境。八 我国油页岩工业发展方向目前世界上油页岩资源比较丰富的国家都在规划发展油页岩工业,进行开发性的研究试验。美国、前苏联、巴西等国家都投入了大量的人力、物力、财力,进行加工方法的研究试验工作,全要是提高单炉处理能力、提高油收率和资源利用率。从战略上看,发展我国油页岩工业是必要的和可行性,应引起有关部门的足够重视。我国油页岩工业的发展方向,应根据需要和可能,因地制宜,采取干馏制取页岩油和直接燃烧发电并举的方针,着重研究以下几个问题。 1 搞好综合利用实现无尾矿生产油页岩是制取人造石油较理想的原料,干馏后取得页岩油的炼制成本较天然石油高,但低于其它固体燃料液化加工成本,炼油后的灰渣可作建材原料,页岩油精制加工可获得优质液体燃料及化工产品。因此,有关部门应通力协作,大搞综合开发利用,使油页岩工业做到无尾矿。这样,不但可以降低页岩油的生产成本,取得良好的经济效益,而且可 以解决环保问题。在缺能地区 ,油页岩可直接燃烧发 电,建立坑 口油页岩电站,并相应配套建立建材工业。这样,可避免长途运输,既减少运输费用,又实现无尾矿生产。2 干馏技术的研究我国人造石油的科研工作在 50 年代曾是鼎盛时期,进行过各种方式页岩干馏、造气工艺的研究工作,如百页窗炉、固体热载体、流化干馏等中小型试验装置到处可见,各具特点,但未能坚持下去并认真的总结。因此,要投入相应的力量,恢复和加强干馏技术的研究,提高单炉处理能力和油收率。为 了将粉末状油 页岩充分利用起来,要加强粉末油页岩干馏新工艺的研究 。3 燃烧技术的研究油页岩作锅炉燃料,我国在 60 年代曾多次进行研究试验,证明油页岩在沸腾炉内可以 稳定燃烧。目前 35 吨每时沸腾炉燃烧产气发电试验仍在进行中。在以往研究试验的基础上,要深入探讨油页岩作锅护燃料所存在的问题及研究解决问题的措施,并可引进国外的先进炉型和燃烧技术,以尽快达到工业化生产的目的。[11]参考文献[1] 青海石油,2010,03[2] 赵守国,王继刚,孙豪军,艾晓玉,依兰油页岩气化制油联产合成气研究,煤炭加工与 综合利用,2007(3) ,1和油页岩新法干馏技术一 体热载体快速热解法,煤炭化工设计,1986 (37),66] il 005, 22(1):3] F ,in 1989[ J ]. 990,64(10) :1882]何红梅,油页岩的开发与利用,洁净煤技术,2002 , 8( 2 )44- 45 . [7] et of in 994,24(3):2918] 刘招君,柳蓉,中国油页岩特征及开发利用前景分析,地学前缘( 中国地质大学( 北京) ; 北京大学),2005,9(3) ,320] 王慎余,许佳朋,王振海,我国油页岩资源开发利用状况及发展对策,中国地质经济,1992(5):170] 王慎余 ,许家朋,矿产资源战略分析 ——单矿种分析系列课题成果, 广东地质矿产局, 1990 [11] 王慎余,许佳朋,王振海,我国油页岩资源开发利用状况及发展对策,中国地质经济,1992(5):19-20
展开阅读全文
  石油文库所有资源均是用户自行上传分享,仅供网友学习交流,未经上传用户书面授权,请勿作他用。
0条评论

还可以输入200字符

暂无评论,赶快抢占沙发吧。

关于本文
本文标题:油页岩气化特性
链接地址:http://www.oilwenku.com/p-47446.html
关于我们 - 网站声明 - 网站地图 - 资源地图 - 友情链接 - 网站客服客服 - 联系我们
copyright@ 2016-2020 石油文库网站版权所有
经营许可证编号:川B2-20120048,ICP备案号:蜀ICP备11026253号-10号
收起
展开