我国油页岩综合利用相关研究进展

2012年第31卷第11期CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS ・2359・

化工进展

我国油页岩综合利用相关研究进展

张立栋，刘洪鹏，贾春霞，秦 宏，柏静儒，孙佰仲，王 擎，李少华，孙 键

（东北电力大学油页岩综合利用教育部工程研究中心，吉林吉林 132012）摘要：油页岩是一种重要的能源资源，其储量巨大，是世界石油资源补充能源。本文综述了近几年油页岩相关基础研究与技术开发，分析了我国单独炼油、单独燃烧发电及灰渣综合利用的研究进展，将油页岩炼油、半焦燃烧发电、灰渣综合利用集成一体，不仅可提高油页岩综合利用效率，而且还可对环境起到保护作用。本文为油页岩综合利用相关科学研究提供参考。

关键词：油页岩；干馏；燃烧；灰渣；综合利用系统

中图分类号：TK 223 文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2012）11–2359–05

Research progress of comprehensive utilization of oil shale in China

ZHANG Lidong，LIU Hongpeng，JIA Chunxia，QIN Hong，BAI Jingru，SUN Baizhong，WANG Qing，

LI Shaohua，SUN Jian

（Engineering Research Center of Ministry of Education for Comprehensive Utilization of Oil Shale，

Northeast Dianli University，Jilin 132012，Jilin，China）

Abstract：Oil shale is an important energy resource, and its huge reserves in the world provide the energy supplement of petroleum. An overview of oil shale research and development of oil shale in China is presented, and a detailed analysis of shale to oil refinery, separate combustion power generation and comprehensive utilization of ash and slag, points out that shale to oil refinery, oil shale char combustion power generation, comprehensive utilization of ash and slag can not only enhance oil shale comprehensive utilization efficiency, but also protect the environment.

Key words：oil shale；retorting；combustion；semi-coke；comprehensive utilization system

我国油页岩资源丰富，储量在全世界位列第四位，用途广泛，不仅可提炼燃料油，还可作为燃料发电，且其废弃物灰渣还能用于生产建筑材料等。但到目前为止油页岩工程应用一直是将炼油、燃烧发电、灰渣综合利用单独研究，尚未形成产业链规模。干馏炼油过程中形成多种有毒物质，对生态环境破坏严重；采用循环流化床燃烧虽然可提高油页岩燃烧效率，但燃烧后底渣及干馏后半焦含有大量有毒性的重金属，如不及时处理也将污染环境。而灰渣用途广泛，不仅可提取氧化铝制备发光材料等，还可作为铺路基石等。

近些年，我国油页岩研究人员通过仪器设备展开对油页岩基础相关领域的进一步科学研究，同时，建立了热力学参数和反应动力学方程获得相关参数，推测出油页岩热解或者燃烧机理；另外通过自行研制实验设备对油页岩燃烧（混合燃烧）、干馏（热解）、灰渣利用等进行研究；此外大型厂矿企业对现有干馏技术进行改进创新，提高油收率。本文作者综述了近几年油页岩相关领域研究进展，着重讨论了我国油页岩产业综合利用相关研究成果，以期为我国油页岩领域的更深入研究和油页岩工业高效清洁应用有所借鉴。

收稿日期：2012-06-27；修改稿日期：2012-08-08。

基金项目：国家潜在油气资源（油页岩勘探开发利用）产学研用合作创新建设项目、吉林省重大科技发展计划（20096034）及东北电力大学博士科研启动基金（BSJXM2011-02）项目。

第一作者及联系人：张立栋（1980—），男，博士，主要研究方向为油页岩综合利用技术。E-mail nedu1015@。

化工进展 2012年第31卷・2360・

1 油页岩炼油

油页岩炼油可以按照干馏温度、油页岩粒径大小、加热方式等方法分类。按照干馏温度可分为低温干馏（450～550 ℃）、中温干馏（700 ℃）、高温干馏（900 ℃）；按照粒径大小可分为块状（20～60 mm）、颗粒（1～20 mm）、粉末（＜1 mm）；按照开采方式可分为地上干馏及地下干馏；按照加热方式可分为气体热载体（主要干馏块状页岩）、固体热载体（干馏粉末及颗粒状页岩）。

1.1 基础研究

干馏是在隔绝空气条件下，将油页岩加热至500 ℃左右，使其热解的过程。油页岩热解也有很多影响因素，如升温速率、加热温度等。文献[1]对采用热分析方法，在非等温条件下对茂名和桦甸的油页岩进行了从常温至900 ℃不同升温速率（10 ℃/min、20 ℃/min、40 ℃/min、50 ℃/min、100 ℃/min）对油页岩热分解反应的影响以及油页岩的H/C、O/C、C daf、V daf等因素与(d w/d t)max之间的关系热解试验研究。试验结果表明，油页岩热解可分为3个阶段，其中第2阶段（200～600 ℃）是热解反应最激烈的区域，挥发分几乎全部析出。通过基础研究可以看出，无论地上干馏或地下干馏，采用固体热载体还是气体热载体，干馏油页岩可在600 ℃以下完成。

1.2 地上干馏

目前国内以抚顺式干馏炉等地上干馏技术的工艺和设备发展比较成熟，是目前制取页岩油最主要的途径。另外，桦甸式干馏技术工艺发展较快，目前已经产出工业应用的页岩油。

1.2.1 气体热载体

气体热载体干馏块状油页岩，主要应用于抚顺式干馏炉、Kiviter干馏炉、Petrosix干馏炉、桦甸式瓦斯全循环干馏炉等，但目前国内抚顺式干馏炉油收率60%，桦甸式干馏炉90%。柏静儒等[2]采用Aspen Plus软件模拟低温干馏过程即油页岩含油率实验过程，模拟结果非常接近实验结果。王擎等[3]采用Aspen Plus软件对国内某气体热载体干馏炉进行过程模拟，模拟的计算值与设计运行参数基本吻合，通过对不同干馏炉内温度模拟对实际热解过程起到很好的预测作用。但干馏工艺是一个大系统，系统除干馏炉主体之外还有非常庞大的辅助机构，而Aspen Plus是化工过程模拟软件，因此可建立油页岩干馏炼油、半焦燃烧发电和灰渣综合利用大系统下的干馏效率、燃烧效率及综合利用经济性分析，将会对整个油页岩工业节能减排举足轻重的作用。另外可采用数值模拟的方法对局部部件进行优化，使炼油工艺单个设备处于最佳工作状态，减少运行时设备损耗，提高单位产品的经济效益。

1.2.2 固体热载体

固体热载体是内热式干馏炉，可将油页岩燃烧后的页岩灰作为热载体在回转炉内直接与油页岩混合进行干馏，进而制取页岩油。固体热载体以爱沙尼亚的Galoter炉为代表[4]，至今仍运转良好。国内中煤龙化哈尔滨煤化工有限公司[5]采用固体热载体（页岩灰）流化干馏粉末页岩（粒径＜3 mm），通过5年13次对依兰油页岩（铝甑含油率10.12%）进行流化干馏炼油中试研究，可以实现长期连续稳定运行。东北电力大学李少华等[6-8]对“油页岩干馏炼油、半焦燃烧发电集成工艺”发明专利中的油页岩干馏设备水平回转干馏炉对桦甸地区油页岩进行研究，研究表明在不同操作参数及结构参数下综合考虑混合度和油页岩在回转干馏炉内停留时间可以达到油页岩完全热解所需要时间。文献[9-12]分别采用实验及与数值模拟相结合方法对回转干馏炉内混合度进行研究对回转干馏炉结构进行优化，通过分析得出回转干馏炉内采用径向均布6个弯抄板可达到最佳混合效果。同时采用无线测温技术对回转干馏炉进行热态研究，固体热载体可使炉内达到干馏所需温度[13]。

1.3 地下干馏

地下干馏一直未进入工程应用阶段，主要原因有能源需求及环境保护方面的重要影响条件：能源消耗、水资源污染、温室效应气体排放等[14]，因此目前我国乃至世界上均未进行大规模应用。太原理工大学康志勤、赵阳升等[15-17]围绕地下干馏展开相关研究工作，主要是通过数值分析对原位电法加热技术进行研究，数值模拟分析了原位电法加热技术运行周期为6年；另研制了高温高压干馏釜在高温高压蒸汽作用下对油页岩干馏渗透实验，得出并建立了油页岩原位注蒸汽开发过程中的固、流、热、化学全耦合数学模型，可为分析解决油页岩原位注蒸汽开发过程中的复杂物理化学过程提供了理论依据。

中国石油大学李术元、马跃等[18-19]模拟地下干馏过程搭建热压模拟实验装置，在饱和水介质下对柳树河地区油页岩热解过程进行实验研究。通过实验研究表明，水在高温高压条件下相对的理化性质变化明显促进油页岩的热解；在水介质条件下，随