颗粒和粉末油页岩干馏炉

第十二章 颗粒和粉末油页岩干馏炉由于直筒式层状干馏炉只能用于处理块状页岩（8～75mm，或10～125mm），不能加工颗粒和粉末页岩，否则会导致炉内气流分布不匀，阻力增大，干馏能力减小，油收率降低，甚至无法正常操作。

多年来，一些国家曾经研制开发了多种用于颗粒（0～10mm， 或0～25mm）和粉末（0～2mm，或0～3mm）页岩干馏的炉型。

对于颗粒页岩，通常是用热的颗粒页岩灰作为固体热载体与油页岩在回转炉或移动床炉内相混而进行加热干馏。

对于粉末页岩，则是采用热的粉末页岩灰作为固体热载体，在流态化床内与粉末页岩相混而进行加热干馏。

本章主要介绍较成熟的爱沙尼亚葛洛特颗粒页岩干馏的工业炉型（日处理油页岩3000t），和近年来加拿大与澳大利亚开发的塔瑟克颗粒页岩干馏的工业炉型(日处理油页岩6000t)，以及早先德国开发的鲁奇～鲁尔盖斯中型试验炉型（日处理油页岩24t）及大连理工大学开发的固体热载体颗粒页岩干馏试验炉型（小试装置日处理油页岩0.24t，工业试验装置口处理褐煤150t）。

本章也介绍了茂名石油公司等开发的流化干馏粉末页岩的中试装置（日处理24t油页岩）。

12.1 葛洛特炉12.1.1 葛洛特炉的发展历程葛洛特（Caloter）炉是一种回转式固体热载体干馏炉，用热页岩灰作为固体热载体与颗粒页岩在回转炉内混合而进行干馏，制取页岩油，于馏后的半焦和页岩灰混合物由空气在喷 射式管中燃烧，生成的页岩灰的一部分作为热载体循环使用[1～7]。

早在1945年，前苏联科学院能源研究所，即今之莫斯科市俄罗斯能源研究所（ENIN）研究开发了葛洛特炉型。

1946年建起了实验室装置，此后历经半个多世纪，逐步扩大至工业生产规模。

其各个阶段的葛洛特装置的油页岩日处理量依次为：1.0、2.5、150、200、500、3330t。

葛洛特装置亦名UTT 型（俄语yTT型）。

中试和工业试验装置主要由前苏联列宁格勒市设计院，今圣彼得堡市原子能设计院设计，有UTT ‐ 25、UTT ‐ 50、UTT ‐ 100、UTT ‐ 200、UTT ‐ 500及UTT ‐ 3000等型号[6]。

1953年，曾在爱沙尼亚基维利（Kivili）市油页岩炼油厂建设一台日处理200t颗粒油页岩固体热载体干馏装置（UTT ‐ 200），运转至1963年。

1963年又建一台日处理500t的放大规模的同类葛洛特装置（UTT ‐ 500），运转至1981年，生产锅炉燃料、浸枕木油等。

运行情况见表12 ‐ 1[6]。

表12 – 1 爱沙尼亚基维利页岩油厂葛洛特装置运转情况1984年，爱沙尼亚纳尔瓦(Narva)油页岩电厂建起了两台日处理3000t颗粒页岩的葛洛特干馏装置（UTT –3000），运转至今。

山于该装置规模扩大了，流程复杂，设备及转动机械较多，操作不易掌握，其运转人员花了很大的精力和物力，对其进行不断的改进和完善。

据介绍，当前的运行情况已趋正常，年操作时间达6200～7200h（设计年运行时间为6800）[7]。

12.1.2 葛洛特炉的工艺流程葛洛特炉的工艺系统主要包括三个部分：热烟气喷射式干燥油页岩，页岩灰作为固体热载体在回转式反应器中加热干馏已干燥了的油页岩，以及空气喷射式燃烧页岩半焦（与页岩灰的混合物）[1]。

日加工3000t油页岩的葛洛特（UTT – 3000）装置流程见图12 – 1[2]。

图12 – 1 葛洛特炉的工艺流程原料页岩（热值8361kJ/kg）经锤式破碎机破碎筛分至0 ‐ 25 mm粒径，由皮带运输机送入装置的（图中的4）加料斗，再去螺旋进料器。

螺旋进料器的供料端设有封闭室，具有止回阀，以免装置内的物流倒窜逸出。

螺旋进料器将油页岩送人气流喷射式干燥器（AFD），油页岩在气流干燥器内自上落下，有高速高温（590～650℃）的烟道气在干燥器内自下而上与油页岩相遇，对其进行气升式加热干燥，并将其带出干燥器顶部（165～180℃）排出（图中6），进人三台旋分器，由旋分器分离下来的干页岩（图中7），进人末端设有防倒窜的止回设施的螺旋进料器。

旋分器顶部逸出的夹带有粉尘的烟气（图中9）去电除尘器，分出粉尘后，烟气经烟囱排入大气中，自电除尘器分出的粉尘经水力除尘设施送至去沉降罐(浆液罐)，排出装置。

干页岩螺旋进料器将温度为110～140℃的干页岩送人混合器。

与此同时，温度为740～800℃的高温页岩灰自热载体（页岩灰）旋分器底部分分离下来，经带有衬里的管道进人混合器顶部与干页岩相遇而混合，质量比为2.8～3：1。

此外，还有一些废液喷人混合器，有带杂质的废油、加工过程中产生的油泥及油气净化系统中所生成的部分重油。

混合器内干页岩与高温页岩灰相遇，会开始热解，产生气休。

其时混合器内整个物料形成流动状态。

该物料经导管进人回转式的反应器(每分钟2～3转)，页岩灰、干页岩及废油等在转动的情况下，热交换而其温度趋向一致。

物料在反应器内停留时间约14～16min。

热页岩灰（热载体）与干页岩的质量比由调节热载体旋分器进口处的气动阀的位置来进行，而气动阀的调节是靠进入除尘净化旋分器入口的油气温度来控制的。

离开反应器的物料为降温了的页岩灰、页岩热解后生成的固体半焦、页岩油气、页岩热解气及废油热解产物等。

物料温度为470～490℃。

进人除尘室，靠重力初步分出固体物料，包括页岩灰和半焦，进入除尘室底部。

含粉尘的油气则进人串联的两级除尘净化旋分器，旋分器底部落下粉尘亦至除尘室底部。

自第二级除尘净化旋分器顶部逸出的油气经图中（15）进入湿式净化系统，由重油油洗，使油气中一部分重油冷凝下来，从而带走大部分很细的粉尘。

净化了的油气先进入一精馏塔，产出中—重页岩油和煤油馏分（燃气透平燃料），再进人一冷凝器，冷凝下来汽油和蒸汽。

干馏气则经鼓风机压缩，再除去冷凝物后，作为气体燃料去电站锅炉。

混有页岩灰的半焦自除尘室底部去半焦螺旋输送器，其出口亦设有封闭用的止回阀，以防止空气倒窜入除尘室而与热的油气（490℃）相遇。

半焦和页岩灰的混合物经半焦螺旋输送器及止回阀去空气喷流式燃烧器。

高线速的空气由空气离心机送出，自下而上进人喷流式燃烧器，使半焦燃烧至温度约760～810℃。

燃烧是在空气不足的情况下进行的（α=0.89～0.95），如果温度超过870℃，会导致页岩灰的熔融。

混有页岩灰的半焦在喷流式燃烧器燃烧后亦成为页岩灰，与由空气生成的热烟气一起，经图中（2）去热载体（页岩灰）分离系统，包括旁流阀和两台平行的热载体旋分器。

未分出的页岩灰由烟气带出系统，再经过三台串联的页岩灰旋分器，分离下来的页岩灰用水冲送，进入浆液罐〔水封罐)，并起水封作用以避免装置正压而漏气。

冲送用水沉降后循环使用。

自页岩灰旋分器顶出来的烟气的温度约为740～800℃，烟气的显热及其还含有体积分数为 1.35%～6.50%的可燃物的潜热，两者合计所含的热量超过页岩干燥所需的热量。

故含尘的烟气先进人一台废热锅炉，包括烟气的后燃，然后烟气进人气流式干燥器，用于干燥油页岩。

在干燥器的颈部有适量的循环水喷入，以控制干燥的温度。

自页岩灰旋分器顶部出来的页岩灰，自电沉降器分出的页岩灰细粉，及干页岩的粉尘都由冲水系统送至浆状罐，再与电站锅炉排出的碱性页岩灰悬浮液混合，去灰分沉降池沉降，冲洗用水沉降后循环使用。

葛洛特装置排出的废料包括：页岩灰、放空的烟气、页岩油冷凝系统的干馏含酚污水等。

自UTT ‐ 3000装置排出的含酚污水，其量约2～3t/h，送至油页岩电站，经喷嘴送人锅炉内焚烧掉[2]。

12.1.3 葛洛特装置的运转和设计数据葛洛特UTT ‐ 3000装置的运转分三个阶段，1980～1986为试运阶段，1987～2002为工艺改进阶段，2003～2004为正常生产阶段。

该装置加工爱沙尼亚库克瑟特油页岩的运转情况分别见表12 – 2[2]及表12 – 3[7]。

表12 – 2 UTT – 3000装置于1980～1986试运情况据报道，UTT ‐ 3000装置运转20多年来，一半以上的设备经运转人员改造2004年该装置连续运转时间长达7300h，生产125500t页岩油。

UTT ‐ 3000装置的产品：装置的冷凝系统可产出重油、中油、透平燃料及汽油馏分，重油可用泵打回装置去热解，或去生产沥青。

UTT ‐ 3000装置的设计和生产数据见表12 ‐ 4[6]。

葛洛特装置回转式干馏反应器的技术特征见表12 – 5[7]。

以上是加工库克瑟特油页岩的运转情况，如果某种页岩的实验室铝甄含油率为14%，则预计葛洛特工艺可得页岩油12%，即约铝甑含油率的86%。

干馏气体积热值46000kJ/m3，含烯烃30%，可作化工原料或家用煤气。

葛洛特装置除了油页岩为进料外，还可混用一部分废橡胶（30mm x 30mm ），包括废轮胎等，每吨废轮胎可产生400～550kg热解油及50～250kg热解气。

圣彼得堡设计院于1996年，为俄罗斯的列宁格勒地区页岩城的页岩油厂设计了3台UTT‐ 3000装置[7]。

该工艺装置包括冷凝回收系统的设计投资为69000000美元。

所用页岩热值为8374kJ/kg，页岩价格为5美元/t,页岩油价为74美元/t，干馏气每1000Nm³约26美元，装置生产的电力用于自用及页岩开采。

设计数据见表12‐6[7]。

每台UTT ‐ 3000装置的建设所需钢材和建材：碳钢及生铁1365t，铸钢及耐热钢50t ,型砖及隔热砖10～30t[6]。

UTT ‐ 3000装置每加工1t页岩所需水、电、蒸汽：电30kWh，工艺用水6t，蒸汽（6大气压）10kg [6]。

需用人员:年处理106t页岩时，需25人。

每加工1t页岩，视具体情况的不同，设备投资需32～88美元[6]。

葛洛特装置主要设备的设计见专著[7]。

该专著介绍了UTT装置主要设备的尺寸及工艺计算式和计算方法，包括回转式干馏反应器的直径、长度、转速，固体物料停留时间和流速，也包括螺旋进料器直径、长度、螺旋的间距和料封等。

还包括喷射式半焦燃烧器各部分的尺寸，并介绍了UTT装置若干关键部位的密封处理等[7]。

UTT装置的热效率为88. 5%，能效为88.1 %，化学效率为83.1%[8]。

爱沙尼亚伊司提能源公司（EestiEnergia）于2006年11月与约旦王国政府签订了备忘录，研究将约旦拉琼油页岩应用葛洛特工艺的可行性[9]。

12.2 塔瑟克炉12.2.1 塔瑟克炉的开发历程塔瑟克（Taciuk ）炉亦称阿尔伯特塔瑟克工艺（Alberta Taciuk Process），简称ATP炉[1,10]。

塔瑟克（Taciuk）炉以加拿大UMATAC工程公司的发明人（WilliamTaciuk）命名，开发始于1977年，原用于对焦油砂热解制油，以及对含有落地原油及化学品污染物的处理。