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SJ型干馏方炉在窑街油页岩炼油技术领域的开发与应用

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SJ 干馏 油页岩 炼油 技术 领域 开发 应用
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1 前言油页岩 (又称油母页岩 )是一种高灰分的含可燃有机质的沉积岩 ,它和煤的主要区别是灰分含量超过 40%,油页岩经干馏可以得到页岩油 ,页岩油类似于原油 ,可以通过加氢制成汽油 、柴油 ,或直接用作燃料油 。 除单独成矿外 ,油页岩还经常与煤形成伴生矿藏 ,一起被开采出来 。窑街煤电集团公司属于国有大型煤炭生产企业 ,2008 年地质勘察表明 ,煤炭矿区伴生的油页岩总储量为 08t, 可采油页岩储量为 08t。其中 :海石湾矿 、金河矿所产油页岩均属富油矿 ,硫含量低于 挥发分为 20%~23%,灰分为 69%~75%以内 ,铝甑平均含油率 10%左右 。 窑街煤电集团公司的油页岩资源是宝贵的 , 应进一步开发利用 ,以提高企业的经济效益 。目前 ,国内油页岩干馏炼油技术采用传统的抚顺炉工艺 ,存在采油率低 、处理量小 、自动化控制程度低 、环境治理困难等[1,2]。 甘肃窑街油页岩综合利用有限责任公司在干馏工艺选择方面 ,充分比较了国内外各种炉型的优缺点 , 在综合考虑处理量 、油收率 、干馏气 、半焦的利用等因素后 ,选择了神木三江 干馏方炉 ,该炉为气燃式直立方炉 ,神木三江公司所开发 ,主要用于煤的干馏 。 2008 年在神木三江公司该炉型的中试装置上开展了加工窑街油页岩的试验并取得了成功 。 随即在窑街筹建页岩油厂 ,第一期建 8 台 干馏方炉 ,每台炉设计处理量为日加工 500t 窑街油页岩 , 已于 2010 年 7 月和8 月间先后顺利投产 。2 干馏方炉简介干馏段及出焦设备三部分组成 (见图 1)。干馏炉的加料设备是由炉顶可逆式皮带运输机 、炉顶煤仓和辅助煤仓组成 。 加料为连续加料 ,炉顶煤仓不能缺料 ,以防止空气窜入炉内 。干馏段为干馏炉的主要部分 。 外壳为钢板焊制的方箱 ,内衬耐火砖 ,炉内上部有集气阵伞兼布料器 ,下部有喷火花墙 、排焦箱 。 炉内大致可划分为干燥段 、干馏段和冷却段 。 上部为干燥段 ,炉内中部为干馏段 ,下部为冷却段 。出焦设备有推焦机 、刮板机和熄焦池 。 推焦机黄 诚 ,段永宏(甘肃窑街油页岩综合利用有限公司 ,甘肃 兰州 730084)摘 要 气燃式干馏方炉成功应用于窑街油页岩的干馏 ,工业化生产情况表明 ,干馏炉运行稳定 、操作平稳 ,页岩油回收率达 80%以上 ,半焦作为副产品具有较高的热值 ,可用于燃烧发电 。 与抚顺炉相比 ,方型干馏炉用于油页岩的干馏具有处理量大 (每台炉设计处理量为 500t/d)、油收率高 (页岩油收率可达实验室铝甄油收率的 80%以上 )、半焦热值高 (半焦发 热量 达 4274kJ/以 及操 作简单 、投资 少等 特点 ,且对 于 页 岩 块 径 适 应 性 较 广 泛 ,设 计 入 炉 粒 径 6~80 3~150径之间的页岩搭配入炉 ,可以干馏完全 ,能处理低品位的油页岩 。 处理含油率 5%以上的页岩能做到热量自给有余 。 由于半焦热值没有损失 ,可进一步用于循环流化床燃烧发电 ,提高企业的经济效益 。 窑街油页岩炼油项目 ,被列为甘肃省 2010 年度节能综合利用示范项目 。关键词 油页岩 干馏方炉 炼油 页岩油 节能环保作者简介 :孙建新 ,山东矿院煤化工专业毕业 ,高级工程师 ,现为甘肃窑街油页岩综合利用有限责任公司总经理 ,已发表论文4 篇 。 15 卷· 80 ·中 外 能 源运动 ,把半焦从炉盘上推到熄焦池内 ,由刮板机刮出 。 熄焦池水位保持一定高度 ,防止炉内气体漏出 。3 干馏炉工艺流程由备料工段经皮带机运来的原料页岩 (块径 6~80先装入炉顶上部的料仓内 ,再经进料口和辅助料箱装入干馏炉内 。 加入炉内的块状页岩向下移动 ,与布气花墙送入炉内的加热气体 (回炉干馏气与空气燃烧生成的热烟气 )逆向接触 ,并逐渐被加热升温 ,热解产生油气及半焦 。 干馏油气等经上升管从炉顶导出 , 炉顶温度应控制在 80~120℃,干馏段温度为 550~700℃。 完成干馏后的油页岩半焦通过炉子下部的排焦箱及熄焦池后被冷却到 80℃左右 ,通过推焦机 、刮板机连续排出进入缓冲仓 ,再经仓下皮带机转载至焦场存放 。原料在干燥段产生的水蒸气 、干馏过程中产生的页岩油 、干馏气 、下部干馏气燃烧后的烟气以及半焦产生的水煤气混合在一起 ,通过炉顶集气罩收集 ,通过上升管 ,进入冷凝回收系统 。冷凝回收系统包括文氏管塔 、旋流板塔 、静电捕油器等 。 干馏流程如图 2 所示 。4 干馏方炉的运行情况2010 年 7 月 26 日 ,8 号干馏方炉点火运行 ,目前共运行近 1000h,6 号 、7 号干馏方炉 8 月 17 日点火运行 ,目前共运行 400h 以上 。 共计干馏页岩 2×104t 以上 ,生产页岩油 1800t。 炉体升温阶段和设备磨合阶段装置处理量较低 ,目前已经接近设计处理量 (一台炉每天生产 500t 油页岩 )。 从运行情况看 ,干馏方炉的工艺设计比较合理 。 干馏 、净化回收系统运行可靠 。 影响产量和运转率的主要因素是炉底推焦机和刮板机故障 。 炉底出焦设备采用三江煤化工有限公司研制的可调式推焦机 ,由一套调速电机传动推焦机将炉内油页岩半焦排出 。 可灵活控制油页岩半焦的质量和产量 ,但推焦机 、刮板机设计强度稍显不足 ,干馏油页岩时经常出现配件变形情况 ,目前已按页岩半焦的硬度和比重改进了推焦机和刮板机 。通过调整加热气体量 、稀释比 、干馏温度 、出口温度 、压力和出焦量来控制干馏方炉的运行 ,只要操作得当 ,该干馏方炉干馏块煤和油页岩都能达到理想的干馏效果 ,操作也比较简单 。 干馏方炉工艺参数见表 1。对于炉顶温度 、炉底温度 、炉顶压力等几个重要干馏参数 , 常规操作范围既要保证干馏完全 ,又要确保不能出现温度过高现象 ,燃烧的烟气中不能有剩余氧气 ,因为剩余的氧气会导致干馏油气的燃烧 ,从而降低页岩油的油收率 。 炉顶保持微负压可以防止干馏气从炉顶溢出 , 但负压也不能过大 ,防止造成干馏气中氧含量超标 ,使电捕器不能正常工作 。 干馏炉操作参数控制范围见表 2。116151413121110 98765432图 1 干馏炉结构示意图1—进料口 ;2—排气桥管 ;3—炉顶煤仓 ;4—水封箱 ;5—炉体 ;6—气体混合器 ;7—排焦箱 ;8—排焦口 ;9—刮板机 ;10—熄焦池 ;11—推焦机 ;12—砖衬 ;13—喷火花墙 ;14—炉中 ;15—集气阵伞兼布料器 ;16—辅助煤仓图 2 油页岩干馏流程示意图原料备料干馏冷凝回收净化干馏气 外供干馏气页岩油半焦堆场空气<8岩表 1 干馏炉工艺操作参数 (瞬时记录结果 )项 目 参 数 项 目 参 数炉顶温度 /℃ 110 文氏管压力 /℃ 422 电捕器压力 /℃ 702 旋流板压力 /℃ 56 炉干馏气压力 /(m3·焦机转速 /(r·436回炉空气流量 /(m3·板机转速 /(r·1071· 81 ·第 12 期 孙建新等 . 干馏方炉在窑街油页岩炼油技术领域的开发与应用表 6 页岩油的基本性质分析结果分析项目 分析结果热值 /% % (kg·50℃)/(% % ℃ 115倾点 /℃ 27凝点 /℃ 24机械杂质 ,% %芳香烃 ,%胶质 ,%沥青质 ,%馏程分布初馏点 /℃汽油馏分 ,%柴油馏分 ,%重油馏分 ,%表 7 窑街半焦工业分析结果样 品 水 分 挥发分 灰 分 固定碳半 焦 窑街半焦发热量分析结果样 品 发热量 /(kJ·页岩半焦 4274表 9 窑街油页岩半焦灰熔点分析结果样品编号灰熔点 /℃变形温度 软化温度 半球温度 流动温度海矿油页岩 1240 1280 1300 1320金河油页岩 1300 1330 1370 14005 原料及产品的性质分析油页岩外观为深褐色 ,有光泽 ,呈片理状 ,相对密度为 工业分析和铝甄分析见表 3 和表 4。干馏气的化学组成分析结果见表 5,页岩油的基本性质分析结果见表 6,半焦工业分析 、发热量 、灰熔点见表 7~9。6 干馏炉产率窑街油页岩干馏物料平衡见表 10。 以 6~80铝甄含油率 10%的入炉页岩统计 ,由表 10 可知 ,页岩油产率达实验室铝甄油收率的 80%以上 。7 结论① 干馏方炉可成功应用于油页岩的干馏炼油 ,运行稳定 、易于操作 ,页岩油收率可达实验室铝甄油收率的 80%以上 , 单炉处理量为每天 500 而且对于页岩块径适应性较广泛 ,设计入炉粒径 6~80 3~150径之间的页岩搭配入炉 ,可以干馏完全 。② 能处理低品位的油页岩 。 由于窑街煤电公司以采煤为主 ,对所产油页岩还没有能力完全进行筛分 ,页岩粒度 、含矸量及含油率波动都很大 ,但炉中温度基本能控制在需要范围之内 , 处理含油率5%以上的页岩能做到热量自给有余 。③ 与传统的抚顺圆炉 (发生炉式 )相比 ,气燃式方型干馏炉用于油页岩的干馏具有处理量较大 、油收率较高 、半焦热值没有损失 ,而且易于建造 、操作简单 、每吨油页岩的投资成本低等特点 。④ 由于半焦热值没有损失 , 可进一步用于循环流化床燃烧发电 ,提高企业的经济效益 。表 2 干馏炉操作参数控制范围参 数 干馏油页岩炉顶温度 /℃ 90~150炉中温度 /℃ 550~750炉顶压力 /150~0稀释比 (回炉干馏气与入炉空气的流量比 ) 窑街油页岩工业分析水分 ,% 灰分 ,% 挥发分 ,% 固定碳 ,% 热值 /(MJ· 窑街油页岩铝甄含油率分析水 分 油 半 焦 气体 + 分 体积分数 ,% 成 分 体积分数 ,%r+ 干馏气的化学成分表 10 干馏物料平衡表项 目入 方 出 方量 /t 百分比 ,% 量 /t 百分比 ,%油页岩 100 100页岩油 80 80干馏气 100 100 100 100%2010年 第 15 卷· 82 ·中 外 能 源J o. 30084)[SJ in of is of is 0% of be as a be to in of as 00t/d),of 0% of of s ,274kJ/to of is 0mm,be is to is in %,it is a no be by s as an 010.[J 窑街油页岩炼油项目 , 经 2010 年 8 月 25日甘肃省能源厅组织专家进行审查 ,认为该项目符合国家产业政策 ,达到了节能环保和综合利用的目的 ,项目采用的新工艺 、新技术 、新设备 ,在全国处于领先地位 , 部分工艺为全国首创并获得专利 ,并被列为甘肃省 2010 年度节能综合利用示范项目 。参考文献 :[1] 钱家麟 ,尹亮 ,王剑秋 ,等 ,油页岩 ——石油的补充能源 [M]中国石化出版社 ,2008.[2] 李术元 ,岳长涛 ,钱家麟 J]2010,15(2):21编辑 常雪红 )· 83 ·第 12 期 孙建新等 . 干馏方炉在窑街油页岩炼油技术领域的开发与应用·简讯 ·美国 2010 年太阳能市场设置能力将达 1体于 2010年 10月 15日发布的报告 ,美国太阳能电力市场 ,包括光伏 (和聚光热太阳能发电 (设施 , 在 2010年的设施能力将可望首次超过 1该报告由太阳能产业协会 ( 预测美国在 2010年将设置 944由 8669。 这将表明比 2009年增加的太阳能发电能力 44114%。 该报告的高端预测认为 ,到 2010年底设置将达 2009年增长 156%。 (供稿 钱 君 )
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