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页岩油加工燃料油可行性分析报告1
作者:久金设备    来源:www.huadu998.com    更新时间:2012-6-18 15:25:12    浏览次数:2458

页岩油加工燃料油可行性分析报告

一、发展背景
  能源制约着国家经济的发展,随着国际石油的日益衰竭,发展中的国家经济快速发展,对能源的需求量越来越大,进口石油量有增无减,且增长的速度逐年加大。世界油页岩储量丰富,干馏得到的页岩油可作为石油的补充能源。除提取页岩油外,油页岩由于其特殊的组成和结构还可用于发电、化工、医药、建筑、农业等方面。提取页岩油后的灰渣还可以用来制造陶粒、水泥等建筑材料,以及农用肥料等。因此油页岩具有很大的综合开发潜力。
   在高油价时代,有关国家对油页岩的开发利用活跃起来。美国国会于2005年通过了发展非常规能源的法案,掀起了油页岩干馏炼油的研发高潮。美国总统布什于2008618声明,支持发展油页岩,鼓励国会放开对批准页岩油试验用地的限制。美国内政部己批准了6项给予石油公司的土地矿产租赁项目,支持开展油页岩干馏炼油。美国科罗拉多矿业学院在2006年、2007年、2008年连续召开了第26届、27届、28届国际油页岩会议,参与人员众多。当前,美国有29家公司正开展油页岩加工利用的研究,其中14家公司开展地下干馏,11家开展地上干馏的研发,2家公司开展页岩油加氢制取轻质油品研究。上述这些公司大多数正处于实验室或数学模拟,或概念研究阶段,只有壳牌公司正在进行现场地下干馏的中试,还有一些公司正筹划开展实地试验,另有几家公司则在致力于干馏新技术的开发。

    中国油页岩的开发利用起步较早,规模也比较大,但长期以来并没有明显进步。1959年页岩油的产量达到70多万吨,占世界的50%以上。1959年辽宁抚顺年产页岩油72万吨,1953年桦甸年产页岩油5万吨,19621992年,广东茂名共生产页岩油300万吨。20世纪60年代以后,由于中国常规油气田的大量发现,油页岩提炼油气成本相对较高,页岩油生产规模逐渐减小,并淡出油品市场,油页岩开发利用技术也止步不前。

    近年来,由于上轮全球能源需求的增长和解决废弃油页岩环境问题的需要,油页岩的勘探开发面临新的机遇。抚顺、桦甸、罗子沟、黄县等老油页岩矿先后恢复了页岩油生产。2008年,国内年产页岩油约40万吨,其中抚顺矿业集团油页岩炼油厂是目前中国正在运行的、最大的油页岩提炼厂,其产量达到35万吨。

    在油页岩利用技术方面,国内相关企业也开展了研究工作。针对现有抚顺炉单台装置处理能力小、油收率低、污染环境等缺点,抚矿集团于2006年成立了"辽宁省抚矿集团工程技术研究中心",将油页岩综合利用作为重点,开发大型油页岩干馏工艺和相应的生产装置,研发页岩油生产过程的废水、废渣的处理与循环利用技术。中煤集团支持其所属的龙江哈尔滨煤化工公司开展油页岩流化干馏炼油的中试(日加工油页岩50吨),已取得初步成功,日加工油页岩2000吨的工业试验装置的可行性研究报告已初步通过。中石油支持大庆油田采用大连理工大学开发的颗粒页岩固体热载体干馏技术,拟建设日加工2000吨柳树河油页岩的工业试验装置。

     中国油页岩资源储量丰富,在煤炭开采过程中也产生了大量油页岩,开发利用油页岩不仅可以缓解石油供需矛盾,还可以解决因废弃油页岩造成的环境问题,提高资源利用率。因此中国应该重视油页岩方面的研究,推动开发利用技术进步,加快油页岩行业发展。
  总的来说,影响我国乃至世界油页岩发展的三个关键因素为经济、资源、环保。
  经济问题:油页岩工业发展史表明,当在低油价生的时代,油页岩的生产成本无法与石油想竞争,同样在那时,油页岩燃烧发电的成本难与燃煤或燃油的发电站竞争。油页岩的发展一时处于低迷时期,更严重者处于停产。进入21世纪以来,各个国家对能源的需求量在不断上升,在加上人们过去利用的能源绝大部分为不可再生资源,其可采量在不断下降,因而石油等资源的低价格时代已一去不复返,油价高涨到160美元/桶。现在,全球又在面临着经济危机的难题,能源的价格更是不断上涨和下降,造成国际能源的不稳定性。由于经济效益以及对液体燃料的日益增长的需求,为今后油页岩工业的发展提供了良好的前景。
  资源问题:影响油页岩发展的基本条件是资源量的问题,其储量的大小决定着开采利用是否有经济价值。当今世界油页岩的储量折算成页岩油量接近4200亿吨,大大超过当前世界可原有可采储量的1725亿吨。2003年,国土资源部、国家发改委和财政部,委托吉林大学开展油页岩资源的评价工作。
  2006年发表其成果:全国油页岩资源为719937亿吨,页岩油资源为47644亿吨,压延有可回收资源为11994亿吨:全国油页岩形成的地质年代范围很宽,且从西至北形成的年代逐渐变新:中国油页岩的含油率中等偏好:埋藏较浅,易于开采。
  环保问题:2010年,全球范围召开的歌本哈根会议再次让人们认识到环保问题的紧迫性和重要性。过去油页岩干馏炼油和燃烧发电不太注意环保,其他含碳资源的利用在很大程度上污染了地球环境。现在,国家对环保的重视和技术的革新,采用了更多的环保技术措施,使得三废的排放量达到标准。废水可在脱硫后焚烧汽化掉,可去锅炉烧掉,也可用于湿润页岩灰。废气可脱去氧化硫后在排放:在产生的气量大、蒸汽含量多的时候,可采取冷去水循环使用,以减少用水量,多余的水可加入炉底水盆,可实现水的零排放。页岩灰还可用于生产水泥等建材。以上表明,只要重视和妥善处理三废 都可达到环保标准。
  综上所述,油页岩可看作是石油的补充能源。我国油页岩具有资源丰富,分布范围广,部分在浅部,可露天开采、成本大大低于石油的有利条件。在加上我国有页岩油生产和科研的基地,有七十年的生产历史,累积了较为丰富的生产经验,且对油页岩加工的副产物页岩灰、粉末油页岩等的利用都取得了一定的成效。
二、油页岩的储量与加工概况
 1 油页岩的物质组成
  油页岩是一种沉积岩,具有无机矿物质的骨架,固体有机质充填于无机矿物质的骨架内 油页岩是一种固体化学燃料,其无机矿物质的含量占主导,而有机质的含量通常只占油页岩质量的l0 25%,一般不超过35%。有机物质主要是油母质和少量可溶沥青。油页岩无机矿物质的组成较复杂,通常包括黏土类矿物(高岭石、蒙脱石、伊利石)、碳酸盐类矿物(白云石、方解石)、石英、黄铁矿等。此外,还会有少量的铜、钴、钼、钒等。金属化台物以及微量的稀有金属及放射性元素。
 2 中国油页岩的分布及储量
  ⑴、油页岩形成的地质年代
  自寒武纪(距今约500—600百万年)至第三纪(距今2—80百万年)的地层中均存在,包括寒武纪、奥陶纪(距今440—5O0百万年)、泥盆纪(距今350—410)、石炭纪(距今280—350百万年)、二叠纪(距今230—280百万年)、三叠纪(距今195—230)、侏罗纪(距今140—195百万年)、白垩纪(距今80—140百万年)以及第三纪等。因为在较安定的环境下才能生成油页岩。在上述一些年代里,地球的构造运动相对较稳定,有利于油页岩的形成。中国的油页岩生成的地质年代主要为中生代和新生代。少量在石炭纪和二叠纪。
 ⑵、中国油页岩的分布及储量
  中国油页岩资源丰富,分布范围, 20个省和自治区,计47个盆地,共80个矿区。4 7个盆地中主要有抚顺盆地、茂名盆地、桦甸盆地、黄县盆地、鄂尔多斯盆地、松辽盆地农安矿区、民和盆地、新疆博格达山北麓矿区、黑龙江省达连河矿区。中国油页岩主要分布与东部和中部,其次为青藏、西部和南部。全国油页岩预测资源约为7200亿吨,这算成页岩油资源约为476亿吨 油页岩查明资源500亿吨,折算成页岩油的查明资源约为274亿吨,其中可开发利用的查明页岩油资源约11亿吨。这表明中国油页岩资源丰富,但勘探程度低。因进一步加强勘探。
 3 中国油页岩的加工利用
  油页岩的主要加工方法为干馏,即在隔绝空气或氧气的情况下,被加热至400—500℃,油母质热解,产生页岩油、干馏气、固体含碳残渣及少量的热解水。由此看出,油页岩实际上并不含油,而必须加热至一定温度时,油母质热解后才产生页岩油。然而,不同产地油页岩干馏所得的页岩油的组成会有相当的不同,同产地的油页岩不同干馏工艺所得的页岩油也有所差异。这主要有千馏温度和油母质烃类的含量有关。
  油页岩加工中,充分利用其有机质制取页岩油,回收干馏气体中的氨、硫化氢、吡啶、酚等作为化工原料,以及颗粒粉末油页岩燃烧产气发电外,还应尽可能的利用干馏后的页岩灰。中国早有页岩油副产物的利用。如抚顺矿务局有两座炼油厂,每年约生产页岩油15万吨,页岩油厂利用干馏所产生的剩余气体与内燃机燃烧发电。抚顺矿务局建成的水泥厂,利用页岩灰做原料,每年消耗页岩灰l0余万吨,生产30万吨水泥,同时,页岩油也大量用于矿井充填。在茂名、吉林桦甸、山东龙口、广东逐溪等处均得到充分的利用。
三、页岩油的性质
我国页岩油基本都是将油母页岩,在带有气化段的内热式干馏炉中低温干馏所得 。其性质近似,常温下为褐色膏状物,带有刺激性臭味。页岩油中轻馏分较少,汽油馏分仅为2.5~2.7%360℃以前馏分约占40~50%,含蜡重油馏 分约占25~30%,渣油约占20~30%,页岩油中含有大量石蜡,凝点较高。我国各地页岩油的性质如表-1
-1 我国各地页岩油的性质

理化性质

比重D

0.9033

0.9122

0.8789

0.9300

溚酸,%(体)

3.7

2.8

1.0

——

溚碱,%(体)

2.5

1.4

5.7

——

运动粘度,V50厘沱

10.3

9.6

5.1

2.23

凝固点,℃

33

30

26

26

含蜡量,%

20.2

13.2

5.9

10.0

沥青质,%

0.85

1.54

0.9

4.98

胶质(硫酸法),%

42

42

36

——

残炭,%

——

2.20

1.12

——

馏程:

初馏点,℃

216

214

173

211

10%馏出温度,℃

264

259

221

258

20%馏出温度,℃

293

283

250

284

30%馏出温度,℃

318

306

278

311

40%馏出温度,℃

343

330

301

334

50%馏出温度,℃

362

350

331

36646%

元素组成:

C%

85.39

84.82

85.17

84.84

H%

12.09

11.40

12.23

11.09

S%

0.54

0.48

0.42

0.70

N%

1.27

1.10

0.75

0.97

O%

0.71

2.20

1.43

2.40

C/H

7.06

7.40

6.94

7.65

特性因素

11.52

11.40

11.65

——

+ e; n& B$ l6 x ^5 N; d z8 N6 h- }% `我国页岩油中约含有40%左右的轻柴油馏分,约含有45%左右的重柴油馏分,其十六烷值较高,经过精制后可作高速柴油机燃料。我国页岩重柴油馏分含有大量石蜡,也称为含蜡油,从中脱出的石蜡可作为商品出售。脱蜡油精制后可作为中速柴油机燃料,热裂化或加氢裂化的原料油。

    页岩残油在室温下为黑色沥青状固体,直接作为燃料使用时,其凝固点过高。生产沥青时,沥青质量较差。但经过焦化能生产优质石油焦。因此,页岩残油一般作为焦化原料油。

    页岩油中有较多的含氮、含硫、含氧等非烃化合物。因而页岩油产品的安定性极差,储存时,容易受空气中氧的影响以及光和金属的催化作用而生成胶质,故必须进行深度精制才能得到合格的产品。

    由于页岩油中含氮、硫、氧非烃化合物较高,轻馏分少,重馏分多,所以必须采用深度加工与精制相结合的流程,才能得到更多的优质发动机燃料。

    页岩油中含有一些石蜡,要从页岩油中提取石蜡,首先要将页岩原油进行常减压蒸馏,切取沸程340-420℃的含蜡馏分油,然后在套管结晶器中冷冻,使蜡从油中结晶析出。再在板框过滤机中进行油蜡初步分离。从板框过滤机中得到的蜡膏,含油在15%左右,蜡膏为黑褐色,其中含有较多的沥青质和胶质,这些杂质导致蜡结晶时,形成细小的针状结晶,而降低发汗脱油效率(从蜡中以加热方式分离出去少量油分及低熔点蜡的过程称为发汗)因而蜡膏在发汗脱油前必须进行酸碱精制,然后再送发汗装置进行脱油和脱掉低熔点蜡。发汗后所得的蜡还须用白土或酸-白土。或加氢精制脱除蜡中残存的杂质。

    综上所述,从页岩油中提取石蜡是件很麻烦的事。加工过程多,又都是间断操作。对于年加工2万吨以下页岩油的小厂来说,不宜从页岩油中提蜡,最好是将页岩油中的石蜡裂化成柴油组分。
四、 页岩油连续生产提炼汽柴油设备特点
    经多年研究,成功开发出的页岩油提炼柴油技术,彻底解决了传统页岩油炼柴油油品发黑,粘度大,密度高,易氧化,臭味大,主要指标相差甚远等弊端,其突出优势有以下几点:
1
整套装置体积小,产量高,易操作,可连续加油连续生产。
2
、该工艺是在低温常压下进行,安全系数高,所得油品颜色浅[淡黄],粘度小,含硫量低。
3
废气回收系统。在炼油过程中,会产生少量的不能液化的气体,这些气体通过两道安全装置水封和燃气喷嘴充分燃烧,即消除了废气污染,又节约了大量的燃料。
4
燃烧器采用国内的反烧技术,生产过程是在无烟的环境中运行的,环保效果良好,烟道出口达到排放标准.

5防爆安全装置,可让您无后顾之忧。
6
、低能耗、高效率:多级催化裂化生产方案,提高了产品的品质。经过多级催化后即分子经过有效定向切割后,就能基本达到使用的要求通过连续作业及多级换热技术,较间歇式一次用热设备节能50%以上、工效提高60%以上。
7
、蒸馏油收率高:较传统方法比较,页岩油的总体出油率可提升10%以上。强力合成催化剂可使页岩油提炼柴油的产生率达到93%以上。
8
、通过油性渣料蒸发器,可将蒸馏尾渣内的油份全部蒸发干净,由此与含油尾渣排放相比,页岩油的总体出油率可提升5%以上。

9
、通过超低温气相冷凝装置,可将轻组份不凝气体中的部分轻组份进行液化收集,与常温水冷方式相比,页岩油的总体出油率可提升2%以上。
10
、安全:通过PLC触摸屏自动化控制系统,可将安全隐患提前排除。通过多路安全泄压装置,可将安全隐患进行释放处理。为了确保安全生产,特别设计了中央控制室,并分别在生产的有关部位设置了各种仪表进行跟踪监控,及时将生产各个部位的数据反映到中央控制室,及时了解或调整生产工艺的状态,及时发现或处理生产中可能出现的不正常现象,能够迅速对非安全现象做出处置措施,即准确及时排除可能出现的安全隐患,确保生产安全。
11
、环保: 整个生产过程基本上是处于全密封操作,没有直接排放三废的现象。通过油性废气燃烧装置,可使油性废气在锅炉内得到充分燃烧放热,锅炉尾气经过环保三级过滤,碱液喷淋装置达到无味、无色排放环保标准。冷凝用水采用循环再冷却模式,实现无废水排放。残渣燃烧通过燃烧放热,炉渣售往制砖厂,实现无废渣排放。
12
、加工周期短:通过恒量重复蒸发及气相净化装置,可省去加酸、土洗精制过程,可将原料当天加工成商品,当天出售。
13
、全方位自动化智能控制:通过PLC触摸屏自动化控制系统,可将该装备全方位智能控制,各项数据可显、可控。反应温度的均衡关系到物料反应的准确顺利的进行,如果温度忽高忽低,裂解程度就会出现波动,太高的温度会出现大量干气即不凝气体,从而降低油料的收率;而太低的温度就会导致裂化速度和程度低,即裂解的不完全性,同样造成油料的质量和产量偏低。
14
、采取封闭生产,压力电接点控制,连续生产,安全无气味,产品通过液相催化,气相催化,出来的成品不用酸碱精制,颜色淡黄,密度降低,碳链打断在160-180之间,完全符合柴油燃烧标准。本设备工艺多变性强,可以在气相,液相内加入催化剂所得油品即刻可以出售,也可只在液相加入催化剂,裂解出轻质油品后再进行精制,以降低成本。
15
、加热方式:采用远红外线加热和煤炭加热综合方式,既环保又节能。本设备除原始开车即第一次对设备进行预热后就基本可以不必另外使用煤炭或者电源等对物料进行加热,基本上可依靠生产中自身产生的热量和干气等自行加温。与间歇式生产技术对比,每加工一吨燃料油可节约燃料费用 40%左右。
16
、高温进料方式:迄今为止,一般中小型炼油企业通常使用的是立式反应釜或卧式反应釜,生产时将原料一次性全部进入反应釜,采取逐步加温的方式将原料汽化后逐步蒸发,然后再逐步降温后排渣。我们采取了高温条件下进原料、高温条件下排出残渣的工艺。本设备从进料到出油、排渣均为流水线,在第一次原始开车温度达到要求后就可以在任何时间连续的进料、汽化、催化裂化、出油、排渣,只要设备正常运转,就完全实现不间断连续生产,大大的提高了生产效率。
17
、设计了多种形式的出渣方式。 炼油中总是会分离出少量的残渣,这些残渣既可以将其转变为焦炭型的干渣,也可以将油渣中的油料不蒸发干净,以便作为沥青或其它用途。这种选择性可以更加适应市场的需求,获得最佳的经济效益和社会效益。
五、页岩油制取汽柴油的加工工艺

    关于页岩油的加工有许多方案,诸如:热加工——加氢精制流程;全馏分焦化——轻油中压加氢精制流程;全馏分高压固定床加氢精制流程等。各有独到之处,也各有不足。但总的说,页岩油用加氢裂化,加氢精制技术。能得到品质优良的产品。

    由于加氢裂化,加氢精制都需要氢气,因而必须先建制氢装置,特别是加氢裂化,加氢精制都是在高温高压下进行,它不仅要求设备好材质好(不锈钢),而且厚度大。因而设备投资也大,且还要求有较高的操作技术。

    经大量试验认为:年加工2万吨页岩原油,采用全馏分焦化——非临氢降凝;轻质油催化反应;再催化蒸馏工艺。

    所说的全馏分焦化——非临氢降凝,如附图所示:
   年产2万吨页岩油,采用全馏分页岩油焦化——非临氢降凝,轻质油精制后,再催化蒸馏工艺,所用的焦化釜20个,催化蒸馏釜4个。

    用焦化釜并在釜顶设有固定床催化裂化反应塔。将页岩原油送焦化釜中,在加热下,页岩油中的含蜡油和重油被热裂化,有些胶质和沥青质相继变成焦炭,页岩油中氮化合物经缩聚作用,而留在重油和油焦中,使轻馏分油中的氮含量变小,重油中的氮化合物再进一步缩聚,又有相当数量的氮进入焦炭中。页岩油中的轻馏分和页岩重油及蜡油蒸气,从焦化釜出来,进入焦化釜顶的催化裂化塔中,当其通过塔内,有催化裂化作用的催化剂床层时,大分子的油和石蜡便被裂化成较小分子。不仅降低了油的凝点,而且,油更加轻质化。在催化裂化塔中装的催化剂,是为加工高含氮、高含蜡页岩油而开发的含亚铁的烃类裂化催化剂。它不是当今世界广泛应用的浮石分子筛型催化剂。浮石分子筛型催化剂易被页岩油中的碱性氮化合物中毒,寿命短。

抚顺页岩原油和桦甸页岩原油,采用全馏分焦化——非临氢降凝加工方法,所得轻质油收率占页岩原油93%。焦炭4%,气体3%


 
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