ATP工艺技术优势与页岩炼油的发展方向

申云生，何晓林，马海燕，徐艳皎，高 阳

（1. 远东页岩炼化有限责任公司， 辽宁 抚顺 113115； 2. 中国寰球工程公司辽宁分公司， 辽宁 抚顺 113006）

ATP工艺技术优势与页岩炼油的发展方向

申云生1，何晓林2，马海燕2，徐艳皎2，高 阳2

（1. 远东页岩炼化有限责任公司， 辽宁 抚顺 113115； 2. 中国寰球工程公司辽宁分公司， 辽宁 抚顺 113006）

ATP干馏工艺采用小颗粒油页岩进行炼油生产，通过对ATP油页岩干馏工艺流程的介绍，从整体能效、原矿利用率、油品产率和产品质量四个方面论证了ATP工艺的技术优势，并且讨论了未来页岩炼油工艺技术的发展方向。

ATP；干馏；油页岩；发展方向

目前，美国、俄罗斯、爱沙尼亚、中国、巴西、澳大利亚等国家对油页岩的利用进行过长期的研发工作，开发出多种多样的干馏工艺，主流工艺主要有抚顺式圆形干馏炉、茂名式方形干馏炉、爱沙尼亚基维特炉、巴西佩特洛瑟克斯炉、爱沙尼亚葛洛特炉等[1]。

从供热方法来分有两类，以气体为热载体的气体热载体工艺和以固体为热载体的固体热载体工艺，以气体为热载体的有抚顺式干馏炉、桦甸茂名气燃式方型炉、爱沙尼亚的基维特干馏炉、巴西的Petrosix干馏炉、美国帕拉厚干馏炉等，使用固体做热载体的干馏炉有爱沙尼亚的Galoter干馏炉、美国的Tosco干馏炉、加拿大和澳大利亚的ATP干馏炉等，炉型很多，但大多数没有投入工业化生产[2]。

这些页岩炼油技术都是利用大粒径的油页岩来炼制页岩油，采用小颗粒油页岩炼油的技术研究相对较少，可以说，使用小颗粒油页岩进行炼油的技术研究是十分重要的。

塔瑟克（Taciuk）炉也称为阿尔伯特塔瑟克工艺 (Alberta Taciuk Process)，简称ATP炉[3]，是加拿大的技术。ATP工艺采用高温页岩灰作为热载体，属于固体热载体法。ATP巧妙地将油页岩干燥、油页岩加热干馏和页岩的半焦燃烧集成在一台回转式炉内。

ATP干馏工艺采用小颗粒油页岩进行炼油实验和生产，填补了世界上小颗粒页岩炼制页岩油的空白，也有效地处理了粒径0～12 mm的剩余油页岩尾矿问题[4]。

ATP装置的建设投产就是为小颗粒页岩炼油开拓了广阔的发展前景，使小颗粒页岩得到更充分的利用。

1 ATP工艺流程概要

ATP工艺流程主要包括预热蒸汽系统、ATP处理器和油气回收系统三大部分。与传统页岩炼油工艺的区别是，传统的干馏炉大都是立式炉，ATP处理器相当于将传统的立式炉变成的卧式回转炉。

1.1 预热蒸汽系统

ATP处理器预热系统的主要目的是处理物料在进料过程中析出的水蒸汽，大量水蒸气经过旋分器进行除尘处理后，进入预热冷凝器，酸性水洗涤粉尘，最终通过预热鼓风机由预热火炬排放。

1.2 ATP处理器

ATP处理器是ATP工艺的核心主体设备，与传统的页岩炼油一样，ATP处理器也分为预热区、干馏区和燃烧区[5]。

1.2.1 预热区

ATP处理器预热区的作用是页岩在进入干馏区之前，将页岩干燥并预热至大约250 ℃，该热量是由预热区外层冷却区的高温烟气和高温页岩灰经管壁通过热传导方式提供。

1.2.2 干馏区

ATP处理器的干馏区是一个圆桶仓，随着ATP处理器的旋转，经过预热的油页岩从预热区通过一个内部密封通道流入干馏区。从预热区至干馏区的密封允许页岩进料通过，但阻止蒸气在预热区与干馏区之间的移动。

ATP处理器的旋转还会让一定量的燃烧后的高温循环页岩灰从燃烧区经过另一个内部密封通道流入干馏区，这些热循环页岩灰与来自预热区的进料页岩相混合。

在干馏温度下，油页岩矿石发生热解，这是一种可引起页岩矿石中油母物质裂解的热转化过程，油页岩的热解将产生烃蒸气、页岩半焦和不可冷凝气体。

1.2.3 燃烧区

燃烧区由环形空间构成，该区的用途是提供ATP处理器所需的全部热量，使含焦的页岩暴露在气流中的氧气中并引起燃烧。

燃烧后的高温页岩将沿着外壳流动，循环密封的入口料铲可截取其中一部分高温固体，并将其通过循环密封运回至干馏区，没有被循环密封截取的页岩将流入冷却区，燃烧烟气也将流入冷却区。

1.3 油气回收系统

油气回收系统主要包括烃蒸气处理系统、轻馏分回收系统、尾气系统。

油气回收系统可实现对烃蒸气流的分段冷凝和分离，得到的产品是：重油、轻油、酸水和尾气。

1.3.1 油气处理系统

页岩油气进入经过高效旋分系统除去粉尘后，进入油气洗涤塔进行洗涤处理。

1.3.2 轻馏分回收系统

离开尾气罐的气体进入再吸收塔中，来自分馏塔的重油产品被用作吸收器介质，以便从尾气流中再吸收一部分轻馏分。尾气向塔上方流动，并与向下流的油相接触。从塔顶被排出的再吸收后气体被排到车间燃气集气管，然后继续送到发电厂及多个燃烧加热器装置。多余的尾气被送到火炬燃烧。再吸收塔产生的油被汽提然后送往产品罐区。

1.3.3 尾气系统

尾气经过压缩机和机后的两级冷却，通过冷凝后再次得到一些轻油和酸水。

2 ATP工艺的主要技术优势

ATP的技术优势主要体现在整体能效、原矿利用率、油品产率和产品质量四个方面。

2.1 整体能效方面

抚顺炉为立式静止垂直干馏炉，干馏所需热量一是通过炉底增湿的空气与页岩半焦中的固定碳进行氧化还原反应供给，二是由通过加热炉加热的热循环瓦斯供给在干馏炉内油页岩是与气体热载体逆向接触而完成干馏作业的。

ATP炉为卧式回转窑式，颗粒油页岩由炉的特殊结构推动横向运动，最后由热的页岩灰作为热载体来加热油页岩达到干馏的目的。从载体的体积方面考虑，使用燃烧的灰渣作为热载体比热气供热的效率大得多，与抚顺炉相比，ATP炉的整体能效大为调高。

2.2 原矿利用方面

传统的干馏炉需要好的料床通透性以确保大量的气流以合理的压力差通过页岩层，抚顺炉处理页岩粒度只能在12～75 mm。页岩的湿、碎都会导致不均匀的加热和一些油母页岩不能热解。另外，不均匀的气流可能引起局部过热形成炼炉，这就需要限制进料油页岩的尺寸，在抚顺干馏炉上，页岩使用率不到80%[6]。

ATP炉使用粒径0～12 mm的油页岩颗粒作为主要进料。所有的进料油页岩和热的循环油页岩非常完全的混合，所有的油页岩都被热解。因为油页岩本身一直运动和混合，不可能发生局部过热而引起炉渣和熔块的形成，页岩使用率达到90%以上。

2.3 油品产率方面

ATP干馏炉气体以500 ℃排出，所有的产品油均以气体形式存在，对比传统的垂直干馏炉技术，这可能会潜在提高油产量的2%～4%，因为垂直干馏炉技术在干馏炉顶端接触的较冷的页岩，产生气化冷凝循环，在那里发生预热和热解。

抚顺垂直干馏炉技术（12～75 mm），抚顺炉这样尺寸的进料和料床内的气流分离潜在的混合，可能导致不完全的加热和热解，因此影响到平均产油量。

ATP进料连续充分的混合以至每一个颗粒达到相同的热解温度，与抚顺垂直相比，这一项产量的提高不低于5%。

2.4 产品质量方面

在抚顺炉内完成所有的干馏过程，这些包括进料油页岩的干燥和预热，热油页岩的干馏热解、燃烧气化及冷却等一系列反应。这些工艺反应发生的一个共同的连通干馏炉内。这意味着所有的燃烧废气、循环瓦斯气和热解的碳氢化合物气、水蒸汽、过剩的氧气、氮气是混合在一起离开这个干馏炉的。

ATP干馏炉干馏段只预热过的进料油页岩和汽化炉内水，以便热解的碳氢化合物气体以浓缩的气流单独离开干馏炉，相比于抚顺干馏炉，ATP干馏炉的油气浓度高出15倍以上。

由于ATP气体的油气浓度高出15倍以上，可以有效降低油气的出炉线速，本身就起到了气体沉降作用，减少了页岩油气的机械杂质的含量，降低了后部除尘身设备的工作强度，从而更加有利于降低最终页岩油中的机械杂质的含量，也就保证了页岩油的质量，同时，由于油气的出炉线速的降低，使得沥青的挥发能力降低，这样，页岩油中的沥青质就能够大幅度的降低，页岩油的机械杂质和沥青质的降低，能够有效地降低页岩油的深加工成本，页岩油质量价值获得了大幅度的提升。

3 未来岩炼油工艺发展方向

未来岩炼油工艺发展方向在逐步更加环境清洁、过程节能外，页岩油的深加工也是页岩炼油的发展方向，页岩炼油与深加工正在逐步走向一体化。

从页岩油的性质来看，页岩油与低温煤焦油的性质更接近，由于有很大的异味，加上与煤焦油相近的毒性，其使用危害性逐步会得到大家的认识，一般不可以直接使用，另一方面，由于世界各国的页岩油产量逐渐加大，美国的油页岩气产量已经超过了石油产量，页岩油的清洁化处理势在必行[7]。

按照环境保护的要求，页岩油的深加工中，加氢精制是不不可少的，加氢精制、加氢裂化一体化是页岩油深加工的首选方案，其次是加氢精制、催化裂化裂化一体化，以保证获得优质化学产品的同时，获得更加清洁的成品油。

未来一段时间的页岩炼油工艺的发展主体方向，必然是页岩炼油、加氢精制、加氢裂化一体化。

［1］张秋民，关珺，何德民.几种典型的油页岩干馏技术[J].吉林大学学报(地球科学版)，2006，11（6）：1019-1027.

［2］刘建昌，陈金霞.国内外油页岩干馏技术与设备[J].内蒙古石油化工，2007(12)：69-70.

［3］Schmidt S J. New directions for shale oil: Path to a secure new oil supply well into century: [on the example of Australia][J]. Oil Shale, 2003, 20(3): 333-346.

［4］刘洪鹏，龙海波，王擎，等.以页岩灰为热载体的油页岩干馏过程模拟[J].现代化工，2013（11）：115-118.

［5］金月，曾祖宾，韩冬云，等.小颗粒页岩流化干馏工艺及其影响因素[J].石化技术与应用，2013，31（3）：193-195.

［6］肇永辉.抚顺油页岩干馏炉全循环工艺开发研究[J].中国高新技术企业，2012(13)：28-29.

［7］徐晓宁，赵大.页岩油性质及其深加工途径探讨[J].石油化工技术与经济，2012，28（2）：39-42.

Advantages of ATP Technology and Development Direction of Shale Oil Refining Technology

SHEN Yun-sheng1，HE Xiao-lin2，MA Hai-yan2，XV Yan-jiao2，GAO Yang2
（1. Far East Shale Refining Co.,Ltd., Liaoning Fushun 113115，China；2. China Huanqiu Contracting & Engineering Corporation Liaoning Branch, Liaoning Fushun 113006，China）

ATP dry distillation process uses small particles of oil shale to carry out the refining production. In this paper, the ATP oil dry distillation process was introduced.Technical advantages of the ATP process were analyzed from four aspects of overall energy efficiency, undressed ore utilization, oil yield and quality. At last, development direction of shale oil refining technology was discussed.

ATP; Dry distillation; Oil shale; Development direction

TE 662

A

1671-0460（2014）12-2685-03

2014-06-16

申云生（1975-），男，辽宁抚顺人，工程师，硕士，1999年毕业于抚顺石油学院催化专业，研究方向：从事油页岩干馏、页岩油炼油及重质油深加工工艺的研究。E-mail：sys7649850@163.com。