油页岩炼制过程技术经济分析

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1、油页岩炼制过程技术经济分析2015-04-11 能源情报文/周怀荣张俊杨思宇，华南理工大学化学与化工学院符号说明FS-OSR——抚顺炉油页岩炼制过程GFC-OSR——瓦斯全循环炉油页岩炼制过程OSR——油页岩干馏单元PGU——发电单元ROI——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

2、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，8～75mm油页岩进入干馏炉干馏段，在0.1MPa、525℃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0.1MPa、850℃左

3、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（Fushunoilshalerefinery，FS-OSR）过程如图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（gasfullcirculationoilshalerefinery，GFC-OSR）过程如图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

4、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。2.1油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FS-OSR过程和GFC-OSR过程物料及能量衡算以及㶲分析。2.1.1物料及能量衡算两个

5、过程都包含有油页岩干馏单元（oilshaleretorting，OSR）和发电单元（powergeneratingunit，PGU）。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。FS-OSR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14.1t/h的页岩油，并产生81.4t/h的剩余干馏气，83.4t/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84.4t/h、4.36MWh和39.4t/h；在发电单元，剩余干馏气和碎屑页岩通过燃烧发电过，

6、可产生电力72.2MWh。该单元公用工程水和电消耗分别为39.8t/h和4.11MWh。其主要的进出口物流如图3所示。GFC-OSR过程：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19.5t/h的页岩油，并产生276t/h的半焦和83.4t/h的碎屑页岩。该单元公用工程水、电和蒸汽消耗分别为35.1t/h、4.29MWh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157MWh。该单元电力消耗为13.1MWh。其主要的进出口物流如图4所示。2.1.2㶲分析FS-OSR过程

7、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269.5MW，排放废物㶲损失为53.7MW。该单元总㶲损失为326.4MW，其中油页岩热解反应的㶲损失最大，占总㶲损失的82.6%。FS-OSR过程干馏单元㶲流图如图5所示。GFC-OSR过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175.3MW，其中，油页岩热解反应的㶲损失最大，为148.4MW，占总㶲损失的84.6%。GFC-OSR过程干馏单元㶲流图如图6所示。FS-OSR和GF