油页岩炼制过程佣和经济分析-提纲..docx

华南理工大学化学与化工学院过程系统工程研究中心油页岩炼制过程佣和经济分析参与人员：周怀荣 王亚军2014年4月20日引言世界上大多数行业严重依赖石油产品，特别是化工工业和燃料运输业。据统计石油产品占世界能源消耗总量的40%左右（徐春明, 杨朝合. 石油炼制工程[M]. 北京：石油工业出版社, 2009.），随着国民经济的快速发展，人们对能源的需求日益增加。中国作为高速发展中的工业化国家，对于能源的依赖性和需求更加突出，但是中国是“多煤，贫油，少气”的资源结构，而石油作为一种有限的不可再生的能源已经不能满足人类持续和不断增长的能源需求（Xiangxin Han, IndrekKulaots, Xiumin Jiang, Eric M. Suuberg Review of oil shale semicoke and its combustion utilization [J]. Fuel, 2014.）。加之石油供需矛盾日益突出和石油价格不断上涨，石油资源短缺已成为严重制约我国国民经济和社会可持续发展的“瓶颈”。2005年我国石油进口已达到1.36亿吨，对外依存度达到42.9%。预计2020年这一数字将上升到60%以上（张秋民，2006）。而油页岩作为一种非常规的油气资源，以其资源丰富、经济性和开发利用的可行性成为重要的石油替代能源（马玲 et al., 2012）。油页岩是一种沉积岩，具有无机矿物质的骨架，并含有固体有机质，为低热值固体化石燃料 (Hillier et al., 2013)，主要可用于干馏炼油。目前油页岩干馏制油技术可分为地下干馏法（In-Situ retorting）和地上干馏法或原位干馏（Aboveground retorting）,但地下干馏仍处于研发阶段，还未工业化 。已经研究成熟并工业化的地上干馏技术主要有：中国的抚顺式干馏炉、巴西Petrosix干馏炉、澳大利亚ATP干馏炉以及爱沙尼亚Kiviter干馏炉和Galoter干馏炉 (Wang et al., 2014; Li et al., 2013) 。我国主要采用抚顺炉干馏技术，干馏页岩粒径范围为8~75mm，能处理含油率低至6%的抚顺贫矿油页岩，结构简单，维修方便。但是占页岩加工总量约20% - 25%的8 mm以下碎屑页岩被舍弃，造成了资源能源的大量浪费和环境污染，同时油收率较低，实际油收率为铝甑油收率的65%（孙键 et al., 2007）。干馏得到的页岩油大部分作为燃料油燃烧使用或直接作为商品出售（钱家麟 et al., 2008）。但是，页岩油中高杂环芳烃阻碍了它直接作为运输燃料油的利用；页岩油中氮的存在，降低了燃料的稳定性和贮藏问题，导致在燃烧时增加NOx的放出；页岩油中硫的存在，也导致在燃烧时增加SOx的放出（苏重时 et al., 2008）。、在本文中，通过对抚顺干馏技术的改进和页岩油的精制加工提高页岩的资源利用效率以及产品的附加值。干馏技术采用瓦斯全循环工艺，将干馏段和半焦燃烧段分离，避免了氧气烧油问题的发生，提高了干馏炉的油收率。对于抚顺干馏工艺无法利用的小颗粒页岩，加入发电单元，利用其燃烧加热产生蒸汽发电。终端产品页岩油其碳氢比与天然石油很接近，但氮、硫非烃化合物含量较高，采用深度加工和加氢精制获得汽柴油等轻质液体燃料和化工产品。这样不仅实现能源资源清洁高效利用，还可以提高炼油行业经济效益，实现经济的可持续发展。为了直观的展现两种工艺的区别，本文从热力学和经济学角度分析了两种工艺过程的能量、资源利用和经济效益情况，并进行改进分析，提出系统的优化措施。并根据热力学第二定律，对系统佣的传递、利用和损失等进行分析。通过佣分析，得到系统佣损失部位、大小及原因，为改善过程的能量利用指出方向及措施，有助于提高能源资源的高效利用。油页岩炼制过程2.1抚顺工艺介绍抚顺工艺以抚顺式干馏技术为核心。抚顺式干馏炉是以气体载热体为供热的立式炉，上部干馏段，下部气化段，是干馏与气化相结合的内热式炉。经筛分破碎的8~75mm工艺页岩从顶部加入炉内，在炉上部的干馏段中进行干燥、干馏。当油页岩下降到干馏段底部时，热解温度达到500℃左右，油页岩热解所产生的页岩油大部分已释放出来，干馏后的页岩半焦即进入干馏段下面的气化段，在气化段页岩半焦与从气化段炉底进入的主风、水蒸气进行气化，发生氧化还原反应。半焦中固定碳的氧化反应提供了很多热量，并与主风中的水蒸气共同作为载热体，将反应过程中的显热带至干馏段中，进行油页岩的干馏。而半焦氧化后产生的页岩灰继续下落，与向上的主风换热后落入灰皿，送出干馏装置。 干馏炉出口的干馏油气产物，则经过除尘、分离、洗涤，冷凝及页岩油回收之后，所得的气体一部分送蓄热式加热炉进行加热，作为干馏循环气，进入干馏炉热解油页岩；一部分作为蓄热式