传统页岩低温干馏技术改造研究

陈国超，高 筠

（河北联合大学， 河北 唐山 063009）

传统页岩干馏工艺存在受热不均、页岩油产品回收效率低、产品杂质含量多等缺点，此外干馏配套设施陈旧、操作强度大，费时费力且影响人身安全和环境保护。随着社会的进步，通过科技创新对传统页岩干馏工艺进行改造，提高了干馏效率，弥补了存在的不足，适应了社会的发展，充分体现了经济效益和社会效益。

1 传统低温干馏工艺

1.1 干馏炉干馏工艺

传统抚顺式干馏炉低温干馏工艺是用平均含油率在6.0%以上的油母页岩作为原料进行干馏。露天开采的大块油母页岩经破碎、筛分后得到块度为12～75 mm的页岩经装入机、料仓进入干馏炉内进行干馏[1]。由于干馏炉底部的排灰器连续运转不断排灰，在重力的作用下炉内页岩不断下降，下降的同时在干馏段受到来自发生段高温瓦斯和经加热炉的高温循 环瓦斯的加热。页岩在干馏炉干馏段内温度由室温逐渐上升直至升到550 ℃左右。在升温的过程中释放出含有水蒸气、氢气、甲烷、二氧化碳和硫化氢等页岩油气体。生成的页岩油气经阵伞从上升管导出后进行页岩油回收。页岩下降到发生段后，半焦中的固定碳与炉底通入的增湿空气中氧气发生燃烧反应，放出大量热量，同时半焦中赤热的碳与增湿空气中水蒸气发生水煤气反应，产生大量瓦斯并吸收热量。由氧化还原反应生成的发生瓦斯进入混合室与中部通入的热循环瓦斯混合后，经瓦斯孔喷向干馏段，作为页岩干馏的热源。干馏段底部生成的页岩炉渣从炉底经水盆冷却后通过铁锹排出炉外。

1.2 页岩油回收工艺

干馏炉内的瓦斯由来自瓦斯排送机产生的负压，经由阵伞导出至集合管内[2]，在集合管内被循环水洗涤，再经洗涤塔洗涤如图1。洗涤后的瓦斯经排送机后分为两部分:一部分进入加热炉作为循环瓦斯使用，另一部分经冷却塔进行冷却，冷却使瓦斯中的水汽及油汽大部分冷凝下来，最终冷却温度为55℃。冷却到55 ℃的瓦斯一部分作为加热炉燃烧瓦斯燃烧蓄热，另一部分剩余瓦斯用于锅炉燃烧和供电站发电。循环瓦斯经加热炉加热到700～750 ℃，进入到干馏炉内，补充页岩干馏所需的热量。

干馏产生的瓦斯经集合管、洗涤塔、冷却塔等被洗涤后冷却下来的页岩油最后流入卧罐，由油水泵送入计量罐，经加温沉降、脱水检尺计量后，经油水泵送入至成品罐。

图1 传统回收工艺流程图Fig.1 Traditional process flow chart

2 干馏炉工艺改造

2.1 加料系统

传统干馏炉炉顶加料系统只有一个闸板如图2，干馏炉放料时下料口是敞开的。由于炉内不断产生瓦斯，在加料过程中，当瓦斯排送机吸力过低时有20~100 Pa压力的瓦斯从加料口喷出，喷出的瓦斯一方面污染环境另一方面吸入大量后可能造成作业人员当场昏迷或长期吸入体内对身体造成职业危害，影响放料员工的人身安全和身体健康；当瓦斯排送机吸力过大时干馏炉内呈负压状态，由于下料口是敞开的，含有氧气的空气可经下料口被吸入到干馏回收系统内,使炉内导出的瓦斯含氧量升高,当浓度达到爆炸范围容易使整个干馏系统造成爆炸，威胁安全。

改造后干馏炉炉顶加料系统设有双闸板如图2,闸板间有一个装料仓。装料仓装料时，关下闸板开上闸板，料仓放满页岩后关上闸板。向炉内放料时，开下闸板,料自动落入干馏炉内。放完料关下闸板再开上闸板向仓内装料。新式干馏炉双闸板加料系统优点是保证炉内瓦斯压力高时不窜入到装料系统内，底时空气不窜入到到干馏炉内，保证了员工作业时的安全和健康，瓦斯含氧量的降低使生产更安全。

2.2 炉内瓦斯导出系统

传统干馏炉瓦斯导出系统产生的瓦斯经振伞导出后直接进入集合管如图3。此导出系统存在以下不足：一是瓦斯导出时瓦斯带出的杂质较多，管道易堵塞且页岩油杂质多。二是当风机跳停或炉内压力升高时炉内瓦斯压力得不到缓解，可能引起爆炸。三是炉内压力过高会导致水盆内温度 60~80 ℃的冷却水四溅，烫伤作业人员。

图2 改造前、后加料闸板图Fig.2 Feeding shutter before and after transformation

改造后瓦斯导出系统变成瓦斯经带水封的高度为2 923 mm的上升管后再经过桥管进入集合管。此部分的改造可使炉内瓦斯含有的杂质在上升管内得到沉降，起到除尘的目的。上升管设有水封,当炉内压力增大时水封可以起到释放压力的作用,不至于使炉内因压力过大而引起爆炸。

图3 改造前、后瓦斯导出系统图Fig.3 Gas emission system before and after transformation

2.3 循环瓦斯系统

传统干馏炉循环瓦斯从干馏炉单侧进入如图4，由于循环瓦斯是从单侧进入导致循环瓦斯在炉内分布不均，影响上部干馏火层的平稳，另外常会造成炉内循环瓦斯入口对面上部的小瓦斯眼堵塞，影响干馏效果。

图4 改造前、后瓦斯火道图Fig.4 Gas flue before and after transformation

改造后干馏炉的循环瓦斯是双火道即循环瓦斯从炉两侧分别进入炉内，使循环瓦斯在炉内分布较在单侧进入更均匀，干馏更平稳，小瓦斯眼不易堵塞。

2.4 排灰系统

传统干馏炉主轴排灰系统每 10台干馏炉由一组主轴构成，分别由两侧的电动机及减速机带动。缺点是排灰快慢由人到现场调节，费时费力，且安装要求严格，一旦传动主轴发生故障,将影响 10台炉的生产。冬天总会出现倒轮、滑牙等现象,处理频繁。改造后干馏炉排灰系统采用单机驱动系统，即每台干馏炉排灰由一个电机系统控制，单台设备出故障不会影响其它设备正常运行。排灰快慢可用电脑控制，到现场操作也比传统炉省时省力，除灰速度也比传统炉快。

3 页岩油回收工艺改造

正改造后的页岩油回收工艺是干馏炉内的瓦斯由来自瓦斯排送机产生的负压，经由阵伞导出至集合管内，在集合管内被循环氨水洗涤，洗涤的气体和液体共同进入气液分离器如图5。进入气液分离器后，瓦斯进入初冷器进一步进行冷却。在初冷器内用循环热水和循环水分两段水，间接对瓦斯间接进行冷却，最后将瓦斯温度冷却至 32 ℃。由初冷器出来的瓦斯再进入捕雾器，捕雾器用于捕除瓦斯中携带的油雾。由捕雾器出来的瓦斯再进入油吸收塔，在油吸收塔内根据相似相容原理进一步捕获瓦斯内页岩油雾。由油吸收塔出来的瓦斯气体再进入电捕焦油器，在电捕焦油器内在高压直流电场的作用下将瓦斯中残留的页岩油雾进一步脱除。从电捕焦油器出来的瓦斯经瓦斯排送机后分为两部分，一部分进入加热炉作为热载体的循环瓦斯,经加热炉加热到700～750 ℃，进到干馏炉内补充干馏所需热量;另一部分进入湿式脱硫塔,经湿式脱硫塔脱硫后再进入干式脱硫塔，经干式脱硫塔脱硫后瓦斯中的硫含量降低50 mg/m3以下。经干式脱硫塔脱硫后的瓦斯一部分供加热炉燃烧蓄热，另一部分供锅炉燃烧和电站发电。经气液分离器、初冷塔、捕雾器、油吸收塔、电捕焦油器得到的页岩油混合物最终在机械化澄清池内澄清后送入油槽计量后打入成品油罐。

传统页岩油回收系统干馏炉内的瓦斯在集合管内被循环水洗涤，再经洗涤塔洗涤。洗涤后的瓦斯经排送机后经冷却塔进行冷却，冷却至 55 ℃。这种回收工艺将瓦斯冷却3次，沸点大于最终冷却温度的页岩油成分被冷却回收。冷却后的瓦斯存在两方面的不足：一是此回收系统只能冷却沸点大于最终冷却温度为 55 ℃的瓦斯，瓦斯中还含有部分油雾，二是用于加热炉和锅炉燃烧的瓦斯含有硫化氢、氰化氢等污染物。

改造后页岩油回收系统干馏炉内的瓦斯在集合管内被循环水洗涤，再进入到初冷器进行冷却，在初冷器内可把瓦斯冷却到 32 ℃。瓦斯通过电捕焦油器[3]页岩油回收效率可达到 98%。用于燃烧和发电的瓦斯进入到湿式脱硫塔[4]和干式脱硫塔进行脱硫。该脱硫工艺可对原有工艺产生的剩余瓦斯进行脱硫，即可以对整个厂区的瓦斯进行脱硫处理[5]。经两次脱硫瓦斯合格后用于加热炉燃烧、电站发电和锅炉燃烧，减少了瓦斯燃烧对环境的污染。为节省能源，改造的工艺利用 60 ℃热循环水在冬季供装置区供暖。改造后工艺自动化程度高，设备操作可远程控制，节省了人力也保证了操作的安全。

图5 改造后页岩油回收工艺流程图Fig.5 Recovery process flow chart before and after transformation

4 结束语

干馏炉改用双闸板装料使生产更环保，员工工作更安全更健康。干馏炉瓦斯出口上升管和水封可去除瓦斯杂质又可防止炉内压力过大引爆炸，安全系数提高。干馏炉循环瓦斯双火道既使干馏炉上部干馏火层更加平稳又可防止小斯眼堵塞，干馏效果更好。干馏炉排灰系统采用单机驱动，排灰速度快，省时省力，冬天不会出现倒轮、滑牙等现象，单台设备出故障不会影响其它设备正常运转。页岩油回收工艺的改造使页岩油回收效率高，脱硫设施使生产更加环保。改造后的工艺以人为本，在节能减排和保证安全方面做出了很大的努力。

［1］ 孙长利．影响油页岩热分解的因素[J].煤炭加工与综合利用，2006，1(1)：36-38．

［2］ 何永光，宋岩．油页岩的综合利用[J].煤炭加工与综合利用，2005，1(1)：53-56．

［3］ 李芳升，王邦广．电捕焦油器的工作原理和结构设计[J].燃料与化工，1998，49(3)：149-154．

［4］ 王玮，李玉秀．HPF煤气脱硫工艺的特点、问题及解决方案[J].燃料与化工，2009，40(1)：56．

［5］ 何红梅．油母页岩干馏气脱硫工艺的选择[J].辽宁城乡环境科技，2006，26(2)：33-34，42.