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抚顺油母页岩的综合利用开发与现状_崔洪涛

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抚顺 油母页岩 综合利用 开发 现状 洪涛
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露 天采矿技术 2011 年第 3 期1 前 言页岩作为煤炭的伴生矿物,露天煤矿的剥离物,曾经作为井工矿的充填材料,排土场的工业垃圾 。由于井工采矿技术的创新,只采不充填,使页岩的作用仅限于制砖铺路或排弃 。近年国家对新建 、改扩建矿山提出要求,提高了审批标准,鼓励发展循环经济 、多种经营 、矿物再利用 、开发废弃矿物 、露天采矿开发与复垦同时进行等[1]。页岩其物化特性注定成为工业污染物(含有机质 、硫在 ,堆积的矸子山会造成大气污染 、地下水污染[2]。日晒 、风蚀 、温差 、逐层堆积覆盖,汽化 、自燃 、井喷同时给矿山防灭火带来灾害,成为影响矿山安全的隐患 。抚顺矿业集团公司变废为宝, 1989 年筹建 1991 年即开始对页岩干馏炼油,为国家节约了资源并享有税收等优惠政策 。该公司在页岩的综合利用开发上进行了卓有成效的技术探索,积累了丰富而宝贵的经验,由此 2001 年被国家发展计划委员会命名为国家油母页岩综合利用示范基地 。1991 年至 2005 年国内唯一一家页岩炼油企业 。现就该公司在页岩综合利用开发上取得的成果与大家分享,供借鉴与参考,在页岩综合利用开发上少走弯路,早见经济效益,为国家能源利用,清洁发展 、绿色发展 、循环经济发展探求新路 。2 抚顺油母页岩物化特性及工业分析油母页岩中主要矿物质有石英 、云母 、砂质粘土 、碳酸盐岩 、硫铁矿及有机质碳 、氢 、和少量的氧 、氮 、硫元素,致密 、坚硬 、呈褐色,层理发育 。油母页岩的物理力学指标见表 1,油母页岩富矿的化验分析结果详见表 2、表 3、表 4。抚顺矿区油母页岩地质储量 35 亿 t,铝甄含油率大于 页岩称为富矿,作为炼油厂原料 。富矿含油率平均为 最大为 仅东露天抚顺油母页岩的综合利用开发与现状崔洪涛(抚顺矿业集团东露天矿,辽宁 抚顺 113003)摘 要:以抚顺油母页岩综合利用开发产业链为实例,介绍贫矿 、富矿 、页岩油及其伴生产物废渣 、煤气 、余热的综合利用 、循环发展,提高了能源利用率,为油母页岩综合利用开发提供了实践经验 。关键词:贫矿;富矿;干馏工艺;页岩油;废渣;煤气;余热;综合利用中图分类号: 62 文献标识码: B 文章编号: 1671 - 9816( 2011) 03 - 0076 - 04收稿日期: 2011洪涛( 1971-),男,山东胶州人,安全工程师,采矿助理工程师, 2009 年毕业于辽宁工程技术大学资源与环境工程学院采矿工程,工学学士,管理学学士,现在抚顺矿业集团东露天矿采剥段从事技术工作 。表 1 油母页岩的物理力学指标普氏系数体积质量/t· °)~50 24~35 抚顺油母页岩富矿的成分分析统计表类别 个岩样个数 / 个指标平均值 /%指标最大值 /%指标最小值 /% 抚顺油母页岩富矿焦油及灰熔点等统计表项目低温干馏焦油 /%灰溶点测定 /℃可磨性g·℃4001100>14001130> 抚顺油母页岩富矿工业分析与元素分析统计表项目工业分析 元素分析水分(%灰分(%挥发分(%硫分(%发热量(MJ·%氢(%氮(%氧(%4 利 用76· ·露 天采矿技术 2011 年第 3 期矿富矿的经济基础储量 121 b 为 77 t,预可采储量 121 为 75 t。铝甄含油率小于 贫矿,即低品位页岩,开采储量为 36 320 万 t。其中东露天矿为 33 000 万 t,西露天矿为 3 320 万 t,贫矿供发电厂 。富矿经过炼油后的废页岩的容重为 t/],称为废渣 。废渣作为原料进入砖厂及水泥厂 。3 页岩油的物化特性与深加工页岩油是油页岩干馏时有机质受热分解生成的一种褐色 、有特殊刺激气味的粘稠状液体产物,类似天然石油,富含烷烃和芳烃,但含有较多的烯烃组分及氧 、氮 、硫等的非烃类组分 。页岩油的性质,因各地油页岩有机组成和热加工条件的差异而有所不同,比重约为 顺页岩油分析报告见表 5[4]。由于页岩油的高热值一直作为燃料油使用 。近年,销售价格为 3 000 ~ 6 000 元,生产成本在 1 000 ~1 500 元,产量越高则成本越低 。抚矿集团有两条喷雾炭黑生产线,年产炭黑 2 000 t,并通过 量管理体系认证 。2010 年 40 万 t 油化工厂开始投资建设,充分利用页岩油的潜能,创造更大的经济价值 。抚顺页岩油加氢裂解精制后,可以获得汽油 、煤油 、石脑油 、燃料油 、润滑油 、航空煤油等油品及石蜡 、酚类 、吡啶类 、环烷酸等几十个化工产品 。2011 年将出产品柴油 、石脑油 、润滑油等 。4 抚顺式干馏炉与炼油工艺 、工艺简介[5]馏炉的结构抚顺式干馏炉是干馏段和发生段连接在一起的直立式圆筒形炉,内径约 3 m,高 10 m 以上 。抚顺式干馏炉由加料设备 、炉体和排渣设备 3 部分组成,其结构见图 1。( 1)加料设备 。加料设备也叫页岩给料机,位置在炉顶部位,由放料溜槽和闸板组成 。原矿成品仓的油页岩经放料溜槽进入干馏炉,放料为间歇式气动闸板操作 。( 2)炉体 。炉腔被中间的拱台分为上下两部分,上部是干馏段,下部是发生段,发生段底部由 1 50 ~ 60 的衬板保护,衬板上部是耐火砖砌成的环形空间,中间除拱台还有混合室 。( 3)排渣设备 。此设备由排灰器 、风头 、水盆和铁锹组成,安装在可旋转炉底盘上,炉盘定向转动,页岩废渣在水盆降温通过固定铁锹排至炉外 。顺油母页岩干馏工艺表 5 kg·%(体)碱性组分 /%(体)运动粘度 /℃含腊量 /%沥青质 /%胶质(硫酸法) /%馏程 、初馏点 /℃10%馏出温度 /℃20%馏出温度 /℃30%馏出温度 /℃40%馏出温度 /℃50%馏出温度 /℃闪点和燃点 /℃开灰分 /%热值 /MJ·%% %水盆风头发生段循环煤气入口拱台页岩给料机导出管阵伞干馏段混合室图 1 抚顺式干馏炉的结构综 合 利 用77· ·露 天采矿技术 2011 年第 3 期油母页岩经过一破二破破碎筛分后,粒径在 10下的小颗粒进入尾矿舍弃,现已进入 炼制 。粒径为 10 ~ 75 页岩进入干馏炉内,在上部干馏段干燥 、预热 、干馏后,页岩油大部分被热解释放出来,油蒸气在炉出口收集,经过冷凝回收系统后放出大量热,获得页岩油和干馏煤气 。油页岩在干馏段转化成页岩半焦,进入炉子下部发生段,与炉底进入的空气 、蒸汽相遇,发生氧化反应放出大量热,热源进入炉上部干馏段加热油页岩,半焦生成废渣,从炉底水盆排出 。加热炉的热循环煤气从干馏炉中部进入,作为干馏段的补充热源 。排出的废渣被运至储矿仓被利用制砖 、水泥 。干馏煤气亦称干馏瓦斯,被分成 4 部分:一部分回蓄热式加热炉加热,作为干馏炉的循环煤气;一部分作为蓄热式加热炉的燃料;一部分供给燃气锅炉使用;剩余部分 2004 年供电厂发电 。抚顺油母页岩干馏工艺及综合利用见图 2。抚顺式干馏装置由 3 台加热炉 、20 台干馏炉及洗涤饱和塔 、冷却塔和凉水塔等组成 。其工艺特点为:( 1)能处理低品位油页岩含有率在 ~ 6%,充分利用固定碳,做到热量自给有余,并可再利用;( 2)页岩粒度适应范围广 10 ~ 75 3)设备结构简单,易于维修 、操作简单故障少,相应工艺有改造利用空间;( 4)页岩利用率仅有 80%,采油率 70%,经过改进后采油率约达 75% ~ 80%;( 5)单炉处理能力较低( 100 t/d),干馏煤气热值低 。5 抚顺油母页岩综合利用现状抚矿集团以煤和页岩油作为主产品,多元发展 。以资源 —产品 —废弃物 —再生资源,发展循环经济,表现在资源的高效利用 、循环利用,低投入 、高产出 、低消耗 、少排放 、多循环,可持续 。页岩油厂的建设优势在于: ①减小了露天矿的经济合理剥采比; ②减少了排土场占地,减少了污染及防灭火投入; ③简化了中间环节,节省了排土运费; ④页岩资源丰富,发展循环经济,资源利用率高 。综合利用现状见图 3。抚顺矿业集团公司现有 11 套干馏装置,年处理油母页岩富矿 1 100 万 t,生产页岩油 30 ~ 35 万 t。工业用水来至西露天矿坑沉积水,经过低能处理场 、高能处理场 、综合处理场达到净化回用形成闭路循环 。现有装置小于 10 页岩每年达 180 万 t,供给 ,现试运行中, 每年吃掉 175 万 t,可增产 10 万 t 页岩油 。另外,瓦斯发电厂现有设备 82台,装机总容量 41 000 收利用剩余煤气 75 556万 发电量 8580 万 kW h,相当于 57 516 t 标准煤,每吨煤按 600 元计算,节约资金 3 450 万元,同时减少污染物排放 302 t;冷凝回收装置余热利用已实现, 2010 年仅用 4 部炉实现冬季供暖面积 38 万中 30 万 外供暖;页岩废渣烧结砖厂,原料为干馏后的页岩废渣与煤矸石,生产多孔砖 、空心砖和承重砖,年生产能力折标准砖 6 亿块,年用废渣 165 万 t,与粘土实心砖相比,每年减少毁田 32 万 省标准煤 5 万 t,减少煤矸石自燃 、冒烟和燃煤对环境的污染;该集团 30 万 t 水泥厂以页岩废渣为辅料生产水泥,效益可观;炭黑是页岩油在严格的工艺条件下 ,经不完全燃烧 、裂解而成的黑色粉末状物质,该产品粒径大(平均粒径为 100 ~130、结构好 、补强性能高 ,广泛应用于航空 、航天 、橡胶 、化工等工业,现有两条 2 000 t/a 生产线; 40 万t 页岩油化工厂现建设中,页岩油经加氢裂解精制成煤油 、柴油 、石脑油 、燃料油 、润滑油 、石蜡 、硫磺等产品 。抚矿集团拟建 500 万 t/a 页岩废渣凝石厂,凝石可用于建筑 、交通 、水利 、海洋等行业,还可作为采矿充填材料 。抚矿集团地下 30 628 万 t 的煤炭储量,作为城市建筑物和工厂的保护煤柱,凝石与页岩废渣 、沙石混合组成似膏体,其强度相当于混凝土,充填质图 2 抚顺油母页岩干馏工艺及综合利用破碎筛分装置砖厂 水泥厂外 排油页岩页岩废渣干馏炉装入机艺0 ~ 10 75 油 煤气燃气锅炉发电厂 余热剩余煤气深加工加热炉燃烧煤气循环煤气图 3 抚顺油母页岩综合利用现状油母页岩油页岩发电厂<岩油厂余热艺抚顺炉工艺发电厂供暖锅炉烧砖厂水泥厂燃 料油化工炭 黑煤 气废 渣页岩油余热供暖润滑油柴油等余 热综 合 利 用78· ·露 天采矿技术 2011 年第 3 期量胜过页岩,不被压缩,不产生或较少产生变形,可进行建筑物下保护煤柱开采的置换材料 。含油率低于 贫矿,运往煤矸石热电厂,抚矿集团 2010 年收购该厂并重建,一期建设规模为70 万 有 1 台 10 , 2 台 30 环流化床锅炉,燃料为煤矸石 、油母页岩贫矿和煤,现日发电量 350 万 kW·h。6 结 论抚顺矿业集团在油母页岩综合利用开发上的探索,仅为油母页岩综合利用开发的一小部分 。油母页岩不仅可以干馏炼油 、发电 、合成煤气 、生产化工原料;页岩废渣制建材 、生产有机肥料;页岩油加氢裂解可以精制成汽油 、煤油 、柴油 、石脑油 、燃料油 、润滑油 、石蜡 、酚类 、吡啶类 、环烷酸,还可以生产炭黑 。此外,油母页岩中的稀有金属( e、b、g、i、),一直因为技术问题而未被提取,有待研究 。油母页岩的综合利用开发不仅缓解了能源紧张的局面,同时也创造出了其自身的最高价值 。参考资料:[ 1]汪理全,郑西贵 M] 2006.[ 2]矿山环境保护[ M] 2007.[ 3]天泰砖厂实验室实测 . 2005.[ 4]页岩油厂页岩油分析报告实测 .[ 5]油母页岩低温干馏工艺[ M] (上接第 66 页)测量模式,应用到矿山建设 、生产的各项测绘工作中 。术在矿山测量中的应用结合露采的生产流程及三道庄矿床的特点,与测量联系密切的有基本控制网的建立 、各种计划的制定 、穿孔孔位参数的设置 、爆破设计合理与否 、铲装的平整度 、车辆合理运距的确定 、排渣场的安全及空区处理的成败 。测量工作贯穿于生产的各个方面,准确高效的测量技术是合理有序开采的保障 。 1) 术可实现建立高精度矿区基本控制网,满足露采生产所需要测量的控制系统 。将 3 台南方 频机安置在 2 个已知起算点及 7 个待定点,同时接收卫星信号,按规范直至将必要环路观测完,在原有 标系的 2 个 E 级控制点的基础上,在矿区均匀加密 7 个控制点 。( 2) 术可以及时 、准确 、高效的提供测量数据 。过去测地形图时用全站仪和电子手簿配合地物编码,利用大比例尺测图软件来进行测图,要求在测站上测四周的地形地貌等碎部点,这些碎部点都与测站通视,而且一般要求至少 2 ~ 3 人操作,需要在拼图时一旦精度不合要求还得返测 。现在采用,仅需一人背着仪器在要测的地形地貌碎部点呆上 1 ~ 2 s,并可以实时知道点位精度,其采集数据包括精确坐标及高程(表 1) 。这样用 需一人操作,不要求点间通视,大大提高了工作效率 。矿区地形图 、矿界 、每月的矿区现状图都能在短时间内完成,为各种计划的制定提供了基础,进而保证矿山合理有序生产 。( 3) 术的动态功能不仅可以将地面点的三维坐标实时的施测并记录出来 ,也可把已知的三维坐标点位 ,实地放样于地面上 。可以准确的将从件上解出的孔位坐标准确的布设在穿孔场地,保证穿孔爆破质量;合理布设探测孔 、监听孔 、地质孔及准确控制矿区边界等各 。术的不足之处术在测量工作上有很大优势,但同时也存在一些不足,包括受卫星状态的影响 、天空中电离层等环境的影响 、电量不足等,这些因素在一定程度上上影响着 术应用 。4 结 论术具有作业自动化程度高,测绘功能强大 、降低了作业条件要求 、定位精度高 、数据安全可靠 、没有误差积累 、作业效率高 、操作简便 、数据处理能力强等优点 。该技术的应用,极大的提高了生产效率,准确 、及时的为各生产环节提供测量图件,满足矿山快速发展的要求,是矿山合理有序开采的基础 。参考文献:[ 1]李巧莲,刘 军 . 术在矿山测量的应用[ J] 2008,( 07) 采集数据的形式点号 编码 东坐标 西坐标 高程12345678123456785 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!综 合 利 用·
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