黑龙江鸡西油页岩综合利用过程能效分析.pdf

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1、第35卷第4期东北电力大学学报V01．35．No．42015年8月JournalOfNortheastDianliUniversityAug．，2015文章编号：1005-2992(2015)04—0056—06黑龙江鸡西油页岩综合利用过程能效分析柏静儒，韩冰，李梦迪，白娜(东北电力大学油页岩综合利用教育部工程研究中心，吉林吉林132012)摘要：建立以固体热载体干馏工艺为核心的油页岩综合利用系统，以循环流化床锅炉产生的高温热灰作为油页岩干馏工艺的热源，并添加了半焦燃烧发电部分，实现了油一电一气三联产。利用AspenPlus软件对所构建的系统工艺进行建模，结合了黑龙江鸡西

2、油页岩三层不同矿区的物性数据，计算了系统的物流参数和发电功率，并探讨了不同油页岩利用方式下的系统能效情况。结果表明：综合利用系统使油页岩的利用效率得到提升，含油率高的油页岩能带来更高的经济效益，但余热损失也会随之增加；随着对油页岩利用程度的加深，三种油页岩的系统能效均呈上升趋势。关键词：油页岩；固体热载体；综合利用；AspenPlus中图分类号：TE662文献标识码：A油页岩是储量巨大的固体化石燃料，主要分布在美国、爱沙尼亚、中国、巴西和加拿大等地¨。中国油页岩资源丰富，位居世界第四位，其折算成页岩油约为24×10t，比已探明的石油可开采量还要高_2j。我国油页岩主要分布

3、在广东、吉林和辽宁等地，其中吉林省储量最为丰富，保守储量为176．676亿吨，含油率平均在7％以上。随着油页岩研究的深入，AspenPlus软件在油页岩研究中得到了广泛的应用。国外有学者应用AspenPlus软件对油页岩干馏进行模拟，以计算干馏过程中能量和质量的变化，预测干馏产物的收率J。本文作者等卜m利用AspenPlus对桦甸油页岩气体热载体干馏过程以及固体热载体和桦甸式以及抚顺式油页岩干馏系统进行了模拟，研究了不同工况对系统运行的影响，证明了AspenPlus软件在油页岩综合利用系统模拟的可行性和正确性，为系统的运行优化奠定了基础。黑龙江鸡东矿区油页岩资源丰富，且含

4、油率较高，具有较高的经济价值，适宜进行开发利用，鉴于此构建了以循环流化床锅炉产生的循环热灰作为热载体的油页岩固体热载体综合利用系统，为了该油页岩的开发利用提供理论支持，本文利用AspenPlus软件对系统进行了建模，核算了系统的物流平衡和热平衡，分析了油页岩不同利用方式下的系统能效。1油页岩的基础物性及综合利用系统1．1油页岩固体热载体干馏工艺图1所示为油页岩固体热载体综合利用系统的工艺流程图。破碎后的油页岩经油页岩仓进入预热器，利用锅炉的尾部烟气对油页岩进行预热干燥，脱除油页岩中的水分，干燥后的油页岩与燃烧产生的高温热灰}昆合送入干馏炉内，炉内维持最佳干馏温度520oC

5、。干馏产物通过旋风分离器分离，分离出来收稿日期：2015—05—20作者简介：柏静儒(1973一)，女，吉林省长岭市人，东北电力大学能源与动力工程学院教授，博士，主要研究方向：油页岩综合利用第4期柏静儒等：黑龙江鸡西油页岩综合利用过程能效分析57的高温油气混合物进入冷凝系统、分离出来的半焦送人循环流化床锅炉。高温油气混合物经冷凝、净化等工艺，页岩油储存到油罐，而分离出来的瓦斯气属热值气体燃料，通过储气罐收集起来；半焦在循环流化床锅炉内燃烧产生的高温热灰用做热载体送人干馏反应器，高温蒸汽用于汽轮机组进行发电，烟气则用于油页岩的预热与干燥。图1油页岩综合利用系统工艺流程图1．

6、2样品的基础物性本文所选用的油页岩为鸡东某矿区三层不同的油页岩。油页岩(OIL)铝甑实验分析见表1，油页岩(OS)及其干馏产物半焦(sc)、页岩油(OIL)的燃料特性(工业分析、元素分析和发热量)见表2。表1铝甑含油率测定．％。ad2利用AspenPlus对系统建模2．1模型建立根据油页岩固体热载体干馏综合利用系统的基本特性，采用AspenPlus软件建模如图2所示。对于非常规组分，油页岩和半焦，在组分设定时均定义为水、有机质和矿物质的混合物，模型中所有成分均可通过三类成分的不同配比来实现。模拟所选用的物性方法为RK-Soave来进行整个系统的计算。模拟将油母质、半焦(C

7、har)定义为非常规组分，采用EHTHGEN模型和DCHARIGT模型分别计算非常规组分的焓和密度。油页岩的干馏58东北电力大学学报第35卷过程分别利用RCSTR模块模拟油母质热解过程以及RStoic模块模拟矿物质受热分解过程。半焦的燃烧过程则分别采用RYield模块和RGibbs模块，RYield模块可将半焦分解为具有相同质量和发热量的由碳、氢等纯净元素和其他化合物、灰等组成的常规物流混合物。RGibbs模块则基于吉布斯自由能最小原理，来模拟有机成分的燃烧过程，也包括燃气循环中瓦斯气的燃烧。所有蒸汽做功或压缩部分均采用Com