對(duì)新疆油頁(yè)巖干餾工藝選擇的模塊化及其結(jié)果對(duì)比分析

馬美秀，黃建寧，曾明明，王金玉，劉 爽，耿 強(qiáng)，李森林，吳啟成

(1.陜西冶金設(shè)計(jì)研究院有限公司，陜西 西安 710032;2.新疆寶明礦業(yè)有限公司，新疆 吉木薩爾 831700;3.沈陽(yáng)成大弘晟能源研究院有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110004)

0 前言

能源是人類生存發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步的前提和基礎(chǔ)，對(duì)于急需增強(qiáng)綜合國(guó)力的發(fā)展中國(guó)家，能源更是關(guān)系到國(guó)計(jì)民生的大事［1］，而能源的焦點(diǎn)是石油。我國(guó)作為發(fā)展中國(guó)家之一，自身石油儲(chǔ)量非常有限，而且從1993年已經(jīng)成為石油凈進(jìn)口國(guó)。在這種形勢(shì)下，尋找新的可替代能源很有必要。利用油頁(yè)巖通過(guò)干餾技術(shù)生產(chǎn)頁(yè)巖油替代石油資源已成為重要備選方案，油頁(yè)巖干餾技術(shù)受到了各國(guó)政府和企業(yè)界的高度重視。目前我國(guó)油頁(yè)巖干餾技術(shù)理論研究與工藝試驗(yàn)工作已取得新進(jìn)展，包括油頁(yè)巖熱解機(jī)理、燃燒特性、動(dòng)力學(xué)參數(shù)、熱解、燃燒模型等理論研究和油頁(yè)巖類物質(zhì)流化床干餾及脫碳工藝、油頁(yè)巖綜合優(yōu)化利用等工藝方法試驗(yàn)。但是在工業(yè)生產(chǎn)中不同干餾工藝對(duì)干餾工藝的模型及不同特性的頁(yè)巖不具有系統(tǒng)性，因此本文以新疆吉木薩爾縣油頁(yè)巖為例，對(duì)不同干餾工藝進(jìn)行計(jì)算、對(duì)比和分析。

1 不同干餾工藝概述

目前國(guó)內(nèi)外油頁(yè)巖干餾工藝有氣體熱載體和固體熱載體兩種工藝。不同干餾工藝對(duì)應(yīng)不同的干餾爐爐型，國(guó)內(nèi)干餾工藝主要有以下四種:

1.1 半循環(huán)半內(nèi)燃干餾工藝

半循環(huán)半內(nèi)燃干餾工藝 (即為撫順爐工藝)為氣體熱載體干餾工藝，頁(yè)巖干餾所需要的全部熱量由熱循環(huán)干餾氣和干餾爐底部燃燒半焦供給，工藝流程如圖1所示。

圖1 半循環(huán)半內(nèi)燃干餾工藝流程圖Fig.1 Flow chart of semicycle and semi-internalcombustion retorting process

1.2 氣燃干餾工藝

氣燃干餾工藝 (氣燃式方爐工藝)為氣體熱載體干餾工藝，油頁(yè)巖干餾所需要的全部熱量由干餾爐底部燃燒半焦和燃燒回爐氣供給，工藝流程如圖2所示。

圖2 氣燃干餾工藝流程圖Fig.2 Flow chart of gas combustion retorting process

1.3 全循環(huán)干餾工藝

全循環(huán)工藝為氣體熱載體干餾工藝，頁(yè)巖干餾所需要的全部熱量由加熱爐供給，工藝流程如圖3所示。

1.4 半循環(huán)半氣燃干餾工藝

半循環(huán)半氣燃干餾工藝為氣體熱載體干餾工藝，頁(yè)巖干餾所需熱量由加熱爐、干餾爐底部混合氣及半焦燃燒供給，工藝流程如圖4所示。

圖3 全循環(huán)干餾工藝流程圖Fig.3 Flow chart of fullcycle retorting process

圖4 半循環(huán)半氣燃干餾工藝流程圖Fig.4 Flow chart of semicycle and semi-gascombustion retorting process

2 干餾工藝的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及不同干餾工藝計(jì)算模塊

為了定性的分析不同干餾工藝，以新疆吉木薩爾縣油頁(yè)巖為例，進(jìn)行了計(jì)算和分析。

2.1 干餾工藝的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

根據(jù)新疆吉木薩爾縣油頁(yè)巖的理化特性，為使工藝選擇更貼近實(shí)際的礦藏資源，設(shè)計(jì)參數(shù)取現(xiàn)有各檢測(cè)報(bào)告的指標(biāo)平均值的中下限為工藝計(jì)算的物性參數(shù)，各項(xiàng)指標(biāo)值如圖5～圖7所示。

圖5 油頁(yè)巖理化指標(biāo)界面Fig.5 Interface for physicochemical indexes of oil shale

圖6 頁(yè)巖半焦理化指標(biāo)界面Fig.6 Interface for semicoke physicochemical indexes of oil shale

2.2 不同干餾工藝的計(jì)算結(jié)果和選擇最優(yōu)工藝

以新疆吉木薩爾縣油頁(yè)巖的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和不同干餾工藝的工藝參數(shù)為依據(jù)，對(duì)上述四種工藝建立計(jì)算模塊 (圖4)，并通過(guò)Excel輸出不同工藝的計(jì)算結(jié)果參數(shù)，通過(guò)對(duì)比分析最先確定半循環(huán)半氣燃干餾工藝和全循環(huán)干餾工藝為可選工藝，但半循環(huán)半內(nèi)燃干餾工藝對(duì)頁(yè)巖特性要求較高，所以最終選擇全循環(huán)干餾工藝為最終方案。不同干餾工藝界面如圖8所示。表1是不同干餾工藝計(jì)算的結(jié)果。

圖7 干餾氣理化指標(biāo)界面Fig.7 Interface for gas physicochemical indexes of oil shale

圖8 不同干餾工藝界面Fig.8 Interface of different retorting process

表1 不同干餾工藝計(jì)算結(jié)果Tab.1 Calculation results of different retorting process

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)新疆吉木薩爾油頁(yè)巖干餾工藝進(jìn)行計(jì)算，選擇全循環(huán)干餾工藝為最優(yōu)方案。同時(shí)對(duì)不同干餾工藝的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較，結(jié)論如下:

(1)半循環(huán)半內(nèi)燃干餾工藝對(duì)頁(yè)巖的適用性強(qiáng)，但當(dāng)頁(yè)巖的固定碳含量和氣體產(chǎn)率低于某一特定值時(shí)，需要采用補(bǔ)充外部熱源的方式來(lái)滿足干餾所需要的熱量。

(2)氣燃干餾工藝所用設(shè)備簡(jiǎn)單，投資小。但是頁(yè)巖的固定碳含量和氣體產(chǎn)率的要求高。當(dāng)氣體產(chǎn)率較低時(shí)，剩余干餾氣的流量大但熱值低，且無(wú)利用價(jià)值。

(3)半循環(huán)半氣燃工藝方案對(duì)頁(yè)巖適用性強(qiáng)，自身熱量利用最合理，但是在收油率、生產(chǎn)操作等方面無(wú)優(yōu)勢(shì)，且沒(méi)有工業(yè)使用先例。

(4)全循環(huán)干餾工藝方案較氣燃干餾工藝投資高，但是收油率高，并且全循環(huán)工藝在用水量、污水量、凈化氣量等均少于其他干餾工藝，運(yùn)行成本相對(duì)較低。但是由于需要加熱爐供熱，要求熱循環(huán)氣的溫度較均衡連續(xù)，特別是循環(huán)干餾氣熱值高，危險(xiǎn)系數(shù)較大，因此不能忽略加熱爐操作的復(fù)雜性。

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