爱沙尼亚葛洛特干馏技术的发展与应用

何继来，王　擎

(1.龙口矿业集团有限公司，山东 龙口 265700；2.东北电力大学 能源与动力工程学院，吉林 吉林 132012)



爱沙尼亚葛洛特干馏技术的发展与应用

何继来1，王擎2

(1.龙口矿业集团有限公司，山东 龙口 265700；2.东北电力大学 能源与动力工程学院，吉林 吉林 132012)

摘要：油页岩固体热载体干馏技术是一种重要的油页岩处理技术。介绍爱沙尼亚葛洛特干馏技术的发展历程及应用状况，并重点介绍了该技术特点。以国内某矿区油页岩为例，探讨了国内油页岩的葛洛特干馏技术适应性，为国内油页岩固体热载体干馏提供参考。

关键词：油页岩；固体热载体葛洛特

油页岩是一种重要的石油补充能源，亦被列为21世纪非常重要的接替能源[1]。全世界油页岩蕴藏资源量大体为10万亿吨，比煤炭资源量7万亿吨还多40%；如折算成页岩油，则总量约为4 750亿吨，比传统石油资源量(2 710亿吨)多50%以上。

我国油页岩资源丰富，主要分布在22个省区、47个盆地、80个含矿区。22个省区中主要集中在吉林、辽宁、山东、新疆、广东和海南等省区。其中，埋深1 000 m内的油页岩资源储量为7 199.37×108t，技术可采资源储量为2 432.36×108t；页岩油资源储量为476.44×108t，技术可采资源储量为159.72×108t，可回收资源储量为119.79×108t[2]。

我国能源资源严重短缺，尤其是石油资源对外依赖度已高达55%以上。将油页岩作为未来能源资源的储备以及高效开发利用已成为国家重要发展战略。国家中长期科学和技术发展纲要(2006年-2020年)将“矿产资源高效开发利用，发展低品位与复杂难处理资源高效利用技术、矿产资源综合开发技术”列为重点攻关领域和优先主题；中共中央、国务院在《关于实施东北地区等老工业基地振兴战略的若干意见》中，更是非常明确地将“油页岩综合利用”列为重大优先攻关主题；国家发改委下发的《煤炭工业节能减排工作意见》中提出“有关部门要制定鼓励政策措施，支持煤层气、油页岩等煤炭共伴生资源综合利用”；以及在《产业结构调整指导目录》明确指出，“鼓励油页岩、油砂、天然气水合物等非常规资源勘探”，并将油页岩综合利用列入“双高一优”导向计划。

油页岩干馏炼油分为地上和地下。地下干馏炼油现处于研发试验阶段，无商业化利用实例。地上干馏炼油分气体热载体和固体热载体两大技术。气体热载体干馏技术主要以大颗粒为主，而固体热载体干馏技术主要以小颗粒油页岩为主。两者相比，固体热载体干馏愈加困难。

国内主要采用抚顺式干馏炉进行油页岩干馏，其存在的最大问题是入厂页岩经破碎后，只有15 mm-75 mm块页岩入干馏炉炼油，15 mm以下碎屑页岩占入厂页岩总量的20%-25%被舍弃，即页岩利用率只有75%-80%[3]。目前这样的企业18家，年利用块状油页岩(15 mm-100 mm)1 600万吨，产油80万吨，半焦1 280万吨，而15 mm以下碎屑页岩400万吨不能炼油，作为废弃物排放，浪费巨大。

国内目前无固体热载体干馏的商业化运行实例，而国外技术比较先进，主要是以固体热载体干馏技术的爱沙尼亚葛洛特干馏炉(Galoter)和E280技术为代表。因此，本文重点介绍爱沙尼亚葛洛特干馏技术与工艺和发展状况。

1技术发展进程

1945年，前苏联科学院能源研究所(俄罗斯能源研究所)研究开发了葛洛特炉型，1946年建成实验室试验装置。

1950年-1953年，建成油页岩日处理50 t的试验装置UTT-50。

1953年-1963年，在爱沙尼亚基维利市油页岩炼油厂建设一台日处理200t的颗粒油页岩固体热载体干馏装置UTT-200。

1963年-1981年，建设一台日处理500t的葛洛特装置UTT-500。

1984年，爱沙尼亚纳尔瓦油页岩电厂建设了两台日处理3000t颗粒页岩的葛洛特干馏装置UTT-3000。

1996年，圣彼得堡设计院为俄罗斯的列宁格勒地区页岩城的页岩油厂设计3台UTT-3000装置(包括冷凝回收系统)[4]。

目前，爱沙尼亚能源集团公司(Eesti Energia)拥有两套UTT-3000干馏装置；并将UTT-3000改成E140(小时加工油页岩140 t、即3 360 t/d)装置。但是，迄今未能使装置中的废热锅炉用于发电。

爱沙尼亚另有一家民营油页岩炼油企业“爱沙尼亚化学集团公司(VKG)” 现拥有三台UTT-3000装置，分别与2010年、2014年和2015年投入运行。

经过60多年的运行实践和技术上的不断改进，爱沙尼亚葛洛特干馏技术日趋成熟，为目前世界上处理油页岩小颗粒炼油最成功的技术，年操作时间可达6 200 h-7 200 h。

2技术特点

爱沙尼亚葛洛特工艺的主体是干馏反应器，它是一种回转式固体热载体干馏炉。入炉油页岩粒径为0 mm-25 mm，利用热页岩热灰作为固体热载体与颗粒页岩在回转炉内混合进行干馏，制取页岩油，干馏后的半焦和页岩灰混合物由空气在喷动床中燃烧，生成的页岩热灰的一部分作为热载体循环使用。图1为爱沙尼亚葛洛特干馏工艺图。

图1　爱沙尼亚葛洛特干馏工艺图

如图1所示，干馏之前，原页岩被破碎成直径小于25 mm的颗粒，送入到气流式干燥器中经低温烟气干燥，使温度达到135 ℃，然后经旋风分离器进行分离，其中，用于干燥的烟气送入电除尘器后放空，干燥后的油页岩经螺旋加料器送入混合室内。在混合室内干燥的油页岩与气流燃烧室产生的热页岩灰混合后，一起进入回转式反应器(干馏炉)内干馏。在此，高温页岩灰将热量传递给油页岩，油页岩升温开始热解。反应器为负压运行，反应完的气体被立即抽出，页岩油被最大限度地提炼出来。离开反应器的页岩灰、半焦和页岩油气混合物一起进入反应器后的沉降室，页岩灰和半焦靠重力作用落到沉降室底部，含粉尘的油气则进入串联的两级除尘净化旋分器进一步分离除尘，分离下来的的粉尘一并送到沉降室底部。自第二级净化除尘旋分器顶部逸出的油气进入湿式净化系统，经由重油油洗等一系列后处理工序，生产出重油、轻油和高热值气。高热值气作为气体燃料去电站锅炉。

混有页岩灰的半焦自沉降室底部经半焦螺旋输送器送至气流式燃烧装置。空气由鼓风机提供，自下而上进入气流式燃烧装置。半焦及灰混合物在缺氧条件下(αair=0.89-0.95)燃烧，使物料温度升高到760 ℃～810 ℃。混有页岩灰的半焦在气流式燃烧装置燃烧后也成为页岩灰，与烟气一起进入热载体分离系统。分离下来的热页岩灰进入混合室内，未分离出的页岩灰由烟气带出系统，再经过串联的页岩灰旋分器分离后用水冲洗，冲洗用水沉降后循环使用。自页岩灰旋分器顶出来的烟气温度约为740 ℃～800 ℃，此部分显热和体积分数为1.35%-6.50%的可燃物的潜热，总热量超过页岩干燥所需的热量。因此含尘烟气先进入废热锅炉，然后进入气流式干燥器，用于干燥油页岩。

该工艺主要参数如下：

油页岩颗粒：0-25 mm；

油页岩干燥加热温度： 135 ℃ ；

热载体页岩灰： 760-810 ℃；

干馏反应器温度：470-490 ℃；

热页岩灰与油页岩的质量比： (2.8-3.0)∶1；

反应器内停留时间约：14-16 min；

油收率： 大于85%。

爱沙尼亚葛洛特炉主要优点为：(1) 炉子处理量大，单台炉日处理油页岩3 000 t，适宜于大中型干馏厂；(2) 干馏方式为固体热载体，炉出口油气只是干馏气，故干馏气热值高，可作化工原料或家用煤气；(3) 油收率高达实验室铝甑含油率的85%以上；(4) 油页岩利用率100%；(5) 干馏后的半焦得到燃烧，无半焦排放；(6) 除了油页岩为原料外，还可混用一部分废橡胶(30 mm×30 mm)，包括废轮胎等，每吨废轮胎可产生400 kg～550 kg热解油及50 kg～250 kg热解气。

该工艺的主要缺点为油气含尘量大，半焦虽得到利用，但没有发电。

3国内油页岩的适应性

到目前为止，国内还没有油页岩固体热载体干馏技术的商业化成功范例，而油页岩的发展又迫切需求小颗粒干馏炼油技术。因此，开发或引进先进的固体热载体干馏技术已成为迫在眉睫的问题。爱沙尼亚葛洛特干馏技术工艺虽然先进，但是否适用于国内油页岩成为人们关心的问题。为此，针对国内典型油页岩，在俄罗斯一小型试验台上开展了干馏试验，取得良好效果。表1给出了国内某地区油页岩的铝甄分析结果。

从表1可知，该油页岩平均含油率为9.553%，半焦产率47.226%，且水分较高，总水分达33.422%，其中外水23.119%，热解水10.303%。该油页岩从含油率来看品位较高。在国内也算是较好的油页岩。

图2给出了该油页岩在爱沙尼亚葛洛特干馏工艺上热平衡和物料平衡。

表1　国内某油页岩铝甄分析(收到基)

图2　油页岩在爱沙尼亚葛洛特干馏工艺上热平衡和物料平衡

从图2可知，该油页岩适用于爱沙尼亚葛洛特干馏工艺，如果采用该工艺处理此油页岩，将会得到良好的干馏效果。

4结论

在国内，也有一些相关的研究结果[5-9]，与国外相比国内在油页岩炼油和发电等工程技术方面相对落后，尤其在产业化和工程化方面发展缓慢，已远远落后于国外先进技术。爱沙尼亚葛洛特干馏技术与工艺具有单台处理量大、干馏效率高、油页岩100%利用，且所获得的干馏气热值高。该工艺亦适用于国内油页岩固体热载体干馏，希望尽快引进此技术，以更好地解决国内油页岩小颗粒干馏难题。

参考文献

[1]钱家麟,王剑秋,李术元.世界油页岩资源利用和发展趋势[J].吉林大学学报：地球科学版,2006,36(6):877-887.

[2]刘昭君,杨虎林等.中国油页岩[M].北京:石油工业出版社,2009.

[3]吴启成.油页岩干馏技术[M].辽宁:辽宁科学技术出版社,2012: 30-39.

[4]N Golubev.Solid Oil Shale Heat Carrier Technology for Oil Shale Retorting[J].Oil Shale,2003(20)：20-25.

[5]柏静儒，许伟，潘塑，等.油页岩干馏工艺积碳特性正交分析[J].东北电力大学学报，35(5):46-50.

[6]孙连克,李森林,李朋泽.国内油页岩加工工艺及展望[J].燃料与化工,2013(5):35-38.

[7]霍威.抚顺式和桦甸式油页岩干馏工艺的比较[J].科技情报开发与经济,2012(10):122-124.

[8]吴启成.日处理300吨油页岩瓦斯全循环干馏工艺[D].中国,200810228891.0,2008.

[9]孙世鹏.油页岩干馏工艺循环瓦斯积碳特性研究[D].吉林：东北电力大学,2014.

Development and Application of Estonia Galoter Technology

HE Ji-lai1,WANG Qing2

(1.Longkou Mining Group Co.,Ltd.,Longkou Shandong 265700；2.Energy Resource and Power Engineering College,Northeast Dianli University,Jilin Jilin 132012)

Abstract：The oil shale of solid heat carrier retorting technology is one of the important oil shale processing technology.This paper briefly introduces the development and application of solid oil shale heat carrier technology,named Estonia Galoter technology,and mainly introduces its technical characteristics.With a domestic mining of oil shale as an example,the adaptability of Estonia Galoter technology for domestic oil shale is discussed to provide a reference for domestic oil shale solid heat carrier retorting technology.

Key words：Oil Shale;Solid Heat Carrier Galoter

收稿日期：2016-01-12

作者简介：何继来(1959-)，男，山东省龙口市人，龙口矿业集团有限公司工程师，主要研究方向：发电及新能源综合利用.

文章编号：1005-2992(2016)02-0076-05

中图分类号：TK124

文献标识码：A