油页岩

1、油页岩的概念

油页岩是一种固体可燃矿物，由矿物质和有机质组成，低温干馏可以得到氢碳比类似天然石油的页岩油。油页岩含有碳、氢、氧、氮、硫等元素，是一种高灰分的有机岩石。从颜色上看有灰色、黄褐色、褐色、黑灰色及黑色等多种，通常颜色越浅含油率越高。多数油页岩含天然石油3.5%-15%，少量的高达20%以上，一般有机质含量在5%以上才有工业价值。每千克油页岩的发热量为4186.8-16747.2KJ，国际上把每吨含油率大于3.5%的页岩成为油页岩。

油页岩是一种蕴藏量十分丰富但几乎还未被很好利用的矿产资源，不但可提炼出燃料油类，而且还可炼制出合成煤气及化工原料，副产品还可作为制砖、水泥、玻璃陶瓷等的原材料。在化石燃料中，油页岩的储量折算为发热量仅次于煤而列第二位；如果将它折算成页岩油，世界上的页岩油储量将是4750亿吨，相当于1997年世界天然原油探明可采取量的5.4倍。因此，从储量和利用价值来说，油页岩都是很有发展前途的替代能源。

2、油页岩利用技术

迄今为止，油页岩的开发利用已有近二百年历史，主要利用技术有低温干馏技术、燃烧技术以及近年提出的油页岩综合利用技术。

目前，世界油页岩的利用途径主要分为如下五个方面:

(1) 低温干馏制取页岩油，油页岩低温干馏是在隔绝空气的情况下，控制加热温度在450-600℃范围内，将油页岩进行加工的方法。

(2) 页岩油的加工精制，页岩油是油页岩热加工时其有机质热分解的产物，类似天然石油，因此，天然石油的加工精制方法，一般都适用于页岩油。

(3) 气化制取煤气，油页岩直接加氢气法，能直接生产合成天然气或生产中馏分油，在中等氢压力下取得较高的有机碳转化率。

(4) 制造建筑材料，油页岩低温干馏后的页岩灰可作为生料的一部分，用湿法生产普通硅酸盐水泥和火山灰质硅酸盐水泥。燃烧过的页岩灰可作为人工火山灰质混合材料之一。一定比例的熟料、混合材和石膏经混合磨细后即为水泥。采用页岩灰作水泥原料，可省去粘土矿的开发，节约水泥制造费用；采用页岩灰作混合材，增加了水泥产量，改良了水泥的性能，也提高了页岩油工业的经济效益。

(5) 直接燃烧产汽发电，将油页岩直接作为燃料，前苏联早就较大规模地用于电站锅炉，波罗的海和爱沙尼亚共和国页岩电站的规模己发展至160×104kW，年用油页岩近2800×104t。在我国，吉林省桦甸市利用当地含油率8%-12%油页岩，采用循环流化床燃烧发电供热系统已运行10年。

2.1、油页岩干馏技术简介

油页岩干馏制油技术可分为间接传热和直接传热。直接传热比间接传热速度

快、效率高，所以现代干馏技术主要采用热载体和油页岩直接接触传热的方式。直接传热方式又可分为气体热载体法和固体热载体法。气体热载体法在俄罗斯、爱沙尼亚、巴西、美国和中国各有不同炉型，比较有代表性的有巴西的Petrosix 技术、爱沙尼亚的Kiviter技术和中国的抚顺炉技术。典型的固体热载体干馏技术包括美国的Tosco-Ⅱ干馏技术、爱沙尼亚的Galoter干馏技术、德国的LR干馏技术、加拿大ATP干馏技术和中国大工新法干馏技术(DG Process)。目前正在工业化生产的国家有巴西、爱沙尼亚和中国。

1、国外技术发展概况

(1)气体热载体法油页岩干馏技术

① Petrosix技术

Petrosix技术是巴西国家石油公司开发的油页岩干馏技术。从二十世纪五十年代开始小型实验研究，1972年一个半商业化的工厂在巴西投入运转。其干馏反应器直径为5.5m，单炉页岩处理能力为2200吨/日，加工油页岩原料块径6.4mm-76mm，油收率为90%。1982年开始建立一个商业性的页岩油生产装置，其反应器直径llm，每天可加工处理6000吨油页岩，现正在生产运行。Petrosix干馏技术已成熟。

② Kiviter技术

Kiviter 技术是爱沙泥亚开发的油页岩干馏技术。干馏段采用百叶窗结构，气体热载体从侧方横向流过固体料层。200吨/日炉从1956年开始进行试验。油收率为75%一78%。之后又将“气流横流”炉从长方形横截面改为圆环形横截面，充分利用了炉子的有效面积，处理能力提高到240吨/日~260吨/日，油收率也达到80%-85%0 1981年1月建成投产1000吨/日炉。1987年1月又相继建成投产了第二台1000吨/日炉。与此同时，1987年又开始建设1500吨/日炉，共建4台。

上述两种技术均存在有下面的问题：

1)油页岩利用率不高。只能处理块状油页岩，小颗粒油页岩不能利用；

2)热效率不高。页岩半焦中的潜热(固定炭)没有利用。

(2)固体热载体法油页岩干馏技术

① Galoter技术

Galoter 技术是爱沙泥亚开发的油页岩干馏技术，使用转筒式干馏炉，油收率75%-85%。原料用0-25mm颗粒页岩。1950-1953年建成每天干馏50吨油页岩的试验装置。1953-1963年建成油页岩处理量为250t/d和500t/d工业化试验装置。二十世纪80年代初期在爱沙尼亚页岩电站建成2套3000t/d工业试验装置，现正在生

产运行。存在的问题；

1)运转率不高;

2)重油所占比例大;

3)存在机械运转、油气除尘及烟气除尘等问题。

② Tosco-Ⅱ技术

Tosco-Ⅱ技术是美国Tosco公司开发的油页岩千馏技术，处理小颗粒油页岩。二十世纪六十年代在实验室建立了23t/d的试验装置，在此基础上又建立了900t/d 的半工业试验装置。试验结束后停止运转。Tosco-Ⅱ干馏技术使用转筒式干馏炉，用瓷球为热载体，油收率90%以上。存在的问题：

1）设备复杂、投资高、维修量大；

2）热效率不高。页岩半焦中的潜热(固定炭)没有利用。据称最近美国己将油页岩制油技术列为该国重大技术专项进行开发。

③ LR技术

LR技术是德国的Lurgi和Ruhrgas两公司联合开发的一种有多种用途的固体热载体法工艺，处理原料包括煤、油页岩、油砂和液体烃类。自二十世纪40年代开始研究，首先用于煤干馏生产高热值煤气，后来用于液体烃类裂解生产烯烃，二十世纪60年代中期开始将本工艺用于油页岩(及油砂)干馏。煤的低温千馏于1963年在前南斯拉夫Lukarac开始工业化。原油、石脑油裂解制取烯烃的LR装置简称砂子炉(使用砂子作为热载体)，于1958年在德国Dormagen开始工业化。从1964年开始，先后在日本的千叶、阿根廷的Rosario、德国Leuna和中国兰州建立了砂子炉石油裂解生产装置，至1983年世界上已有6套大型生产装置，其中最大的一套在我国兰州化学工业公司。

1979年Lurgi公司在Frankfurt的研究中心建立了24t/d油页岩干馏试验装置。在此装置上，曾对世界上许多地区的油页岩做过试验评价。1983年3月我国茂名石油工业公司运送150吨茂名页岩在24t/d试验装置上进行了试验，油收率90%以上。LR工艺的优点：

1)油收率高；

2)能耗较低；

3)设备结构较简单。

存在的问题：

1)排料系统堵塞；

2)油品含尘量较大。

④ ATP技术

ATP(Alberta-Taciuk Processor)技术由加拿大人William Taciuk发明的。二十世