ATP工藝技術(shù)優(yōu)勢與頁巖煉油的發(fā)展方向

申云生，何曉林，馬海燕，徐艷皎，高 陽

（1. 遠東頁巖煉化有限責任公司， 遼寧 撫順 113115； 2. 中國寰球工程公司遼寧分公司， 遼寧 撫順 113006）

ATP工藝技術(shù)優(yōu)勢與頁巖煉油的發(fā)展方向

申云生1，何曉林2，馬海燕2，徐艷皎2，高 陽2

（1. 遠東頁巖煉化有限責任公司， 遼寧 撫順 113115； 2. 中國寰球工程公司遼寧分公司， 遼寧 撫順 113006）

ATP干餾工藝采用小顆粒油頁巖進行煉油生產(chǎn)，通過對ATP油頁巖干餾工藝流程的介紹，從整體能效、原礦利用率、油品產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量四個方面論證了ATP工藝的技術(shù)優(yōu)勢，并且討論了未來頁巖煉油工藝技術(shù)的發(fā)展方向。

ATP；干餾；油頁巖；發(fā)展方向

目前，美國、俄羅斯、愛沙尼亞、中國、巴西、澳大利亞等國家對油頁巖的利用進行過長期的研發(fā)工作，開發(fā)出多種多樣的干餾工藝，主流工藝主要有撫順式圓形干餾爐、茂名式方形干餾爐、愛沙尼亞基維特爐、巴西佩特洛瑟克斯爐、愛沙尼亞葛洛特爐等[1]。

從供熱方法來分有兩類，以氣體為熱載體的氣體熱載體工藝和以固體為熱載體的固體熱載體工藝，以氣體為熱載體的有撫順式干餾爐、樺甸茂名氣燃式方型爐、愛沙尼亞的基維特干餾爐、巴西的Petrosix干餾爐、美國帕拉厚干餾爐等，使用固體做熱載體的干餾爐有愛沙尼亞的Galoter干餾爐、美國的Tosco干餾爐、加拿大和澳大利亞的ATP干餾爐等，爐型很多，但大多數(shù)沒有投入工業(yè)化生產(chǎn)[2]。

這些頁巖煉油技術(shù)都是利用大粒徑的油頁巖來煉制頁巖油，采用小顆粒油頁巖煉油的技術(shù)研究相對較少，可以說，使用小顆粒油頁巖進行煉油的技術(shù)研究是十分重要的。

塔瑟克（Taciuk）爐也稱為阿爾伯特塔瑟克工藝 (Alberta Taciuk Process)，簡稱ATP爐[3]，是加拿大的技術(shù)。ATP工藝采用高溫頁巖灰作為熱載體，屬于固體熱載體法。ATP巧妙地將油頁巖干燥、油頁巖加熱干餾和頁巖的半焦燃燒集成在一臺回轉(zhuǎn)式爐內(nèi)。

ATP干餾工藝采用小顆粒油頁巖進行煉油實驗和生產(chǎn)，填補了世界上小顆粒頁巖煉制頁巖油的空白，也有效地處理了粒徑0～12 mm的剩余油頁巖尾礦問題[4]。

ATP裝置的建設(shè)投產(chǎn)就是為小顆粒頁巖煉油開拓了廣闊的發(fā)展前景，使小顆粒頁巖得到更充分的利用。

1 ATP工藝流程概要

ATP工藝流程主要包括預熱蒸汽系統(tǒng)、ATP處理器和油氣回收系統(tǒng)三大部分。與傳統(tǒng)頁巖煉油工藝的區(qū)別是，傳統(tǒng)的干餾爐大都是立式爐，ATP處理器相當于將傳統(tǒng)的立式爐變成的臥式回轉(zhuǎn)爐。

1.1 預熱蒸汽系統(tǒng)

ATP處理器預熱系統(tǒng)的主要目的是處理物料在進料過程中析出的水蒸汽，大量水蒸氣經(jīng)過旋分器進行除塵處理后，進入預熱冷凝器，酸性水洗滌粉塵，最終通過預熱鼓風機由預熱火炬排放。

1.2 ATP處理器

ATP處理器是ATP工藝的核心主體設(shè)備，與傳統(tǒng)的頁巖煉油一樣，ATP處理器也分為預熱區(qū)、干餾區(qū)和燃燒區(qū)[5]。

1.2.1 預熱區(qū)

ATP處理器預熱區(qū)的作用是頁巖在進入干餾區(qū)之前，將頁巖干燥并預熱至大約250 ℃，該熱量是由預熱區(qū)外層冷卻區(qū)的高溫煙氣和高溫頁巖灰經(jīng)管壁通過熱傳導方式提供。

1.2.2 干餾區(qū)

ATP處理器的干餾區(qū)是一個圓桶倉，隨著ATP處理器的旋轉(zhuǎn)，經(jīng)過預熱的油頁巖從預熱區(qū)通過一個內(nèi)部密封通道流入干餾區(qū)。從預熱區(qū)至干餾區(qū)的密封允許頁巖進料通過，但阻止蒸氣在預熱區(qū)與干餾區(qū)之間的移動。

ATP處理器的旋轉(zhuǎn)還會讓一定量的燃燒后的高溫循環(huán)頁巖灰從燃燒區(qū)經(jīng)過另一個內(nèi)部密封通道流入干餾區(qū)，這些熱循環(huán)頁巖灰與來自預熱區(qū)的進料頁巖相混合。

在干餾溫度下，油頁巖礦石發(fā)生熱解，這是一種可引起頁巖礦石中油母物質(zhì)裂解的熱轉(zhuǎn)化過程，油頁巖的熱解將產(chǎn)生烴蒸氣、頁巖半焦和不可冷凝氣體。

1.2.3 燃燒區(qū)

燃燒區(qū)由環(huán)形空間構(gòu)成，該區(qū)的用途是提供ATP處理器所需的全部熱量，使含焦的頁巖暴露在氣流中的氧氣中并引起燃燒。

燃燒后的高溫頁巖將沿著外殼流動，循環(huán)密封的入口料鏟可截取其中一部分高溫固體，并將其通過循環(huán)密封運回至干餾區(qū)，沒有被循環(huán)密封截取的頁巖將流入冷卻區(qū)，燃燒煙氣也將流入冷卻區(qū)。

1.3 油氣回收系統(tǒng)

油氣回收系統(tǒng)主要包括烴蒸氣處理系統(tǒng)、輕餾分回收系統(tǒng)、尾氣系統(tǒng)。

油氣回收系統(tǒng)可實現(xiàn)對烴蒸氣流的分段冷凝和分離，得到的產(chǎn)品是：重油、輕油、酸水和尾氣。

1.3.1 油氣處理系統(tǒng)

頁巖油氣進入經(jīng)過高效旋分系統(tǒng)除去粉塵后，進入油氣洗滌塔進行洗滌處理。

1.3.2 輕餾分回收系統(tǒng)

離開尾氣罐的氣體進入再吸收塔中，來自分餾塔的重油產(chǎn)品被用作吸收器介質(zhì)，以便從尾氣流中再吸收一部分輕餾分。尾氣向塔上方流動，并與向下流的油相接觸。從塔頂被排出的再吸收后氣體被排到車間燃氣集氣管，然后繼續(xù)送到發(fā)電廠及多個燃燒加熱器裝置。多余的尾氣被送到火炬燃燒。再吸收塔產(chǎn)生的油被汽提然后送往產(chǎn)品罐區(qū)。

1.3.3 尾氣系統(tǒng)

尾氣經(jīng)過壓縮機和機后的兩級冷卻，通過冷凝后再次得到一些輕油和酸水。

2 ATP工藝的主要技術(shù)優(yōu)勢

ATP的技術(shù)優(yōu)勢主要體現(xiàn)在整體能效、原礦利用率、油品產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量四個方面。

2.1 整體能效方面

撫順爐為立式靜止垂直干餾爐，干餾所需熱量一是通過爐底增濕的空氣與頁巖半焦中的固定碳進行氧化還原反應供給，二是由通過加熱爐加熱的熱循環(huán)瓦斯供給在干餾爐內(nèi)油頁巖是與氣體熱載體逆向接觸而完成干餾作業(yè)的。

ATP爐為臥式回轉(zhuǎn)窯式，顆粒油頁巖由爐的特殊結(jié)構(gòu)推動橫向運動，最后由熱的頁巖灰作為熱載體來加熱油頁巖達到干餾的目的。從載體的體積方面考慮，使用燃燒的灰渣作為熱載體比熱氣供熱的效率大得多，與撫順爐相比，ATP爐的整體能效大為調(diào)高。

2.2 原礦利用方面

傳統(tǒng)的干餾爐需要好的料床通透性以確保大量的氣流以合理的壓力差通過頁巖層，撫順爐處理頁巖粒度只能在12～75 mm。頁巖的濕、碎都會導致不均勻的加熱和一些油母頁巖不能熱解。另外，不均勻的氣流可能引起局部過熱形成煉爐，這就需要限制進料油頁巖的尺寸，在撫順干餾爐上，頁巖使用率不到80%[6]。

ATP爐使用粒徑0～12 mm的油頁巖顆粒作為主要進料。所有的進料油頁巖和熱的循環(huán)油頁巖非常完全的混合，所有的油頁巖都被熱解。因為油頁巖本身一直運動和混合，不可能發(fā)生局部過熱而引起爐渣和熔塊的形成，頁巖使用率達到90%以上。

2.3 油品產(chǎn)率方面

ATP干餾爐氣體以500 ℃排出，所有的產(chǎn)品油均以氣體形式存在，對比傳統(tǒng)的垂直干餾爐技術(shù)，這可能會潛在提高油產(chǎn)量的2%～4%，因為垂直干餾爐技術(shù)在干餾爐頂端接觸的較冷的頁巖，產(chǎn)生氣化冷凝循環(huán)，在那里發(fā)生預熱和熱解。

撫順垂直干餾爐技術(shù)（12～75 mm），撫順爐這樣尺寸的進料和料床內(nèi)的氣流分離潛在的混合，可能導致不完全的加熱和熱解，因此影響到平均產(chǎn)油量。

ATP進料連續(xù)充分的混合以至每一個顆粒達到相同的熱解溫度，與撫順垂直相比，這一項產(chǎn)量的提高不低于5%。

2.4 產(chǎn)品質(zhì)量方面

在撫順爐內(nèi)完成所有的干餾過程，這些包括進料油頁巖的干燥和預熱，熱油頁巖的干餾熱解、燃燒氣化及冷卻等一系列反應。這些工藝反應發(fā)生的一個共同的連通干餾爐內(nèi)。這意味著所有的燃燒廢氣、循環(huán)瓦斯氣和熱解的碳氫化合物氣、水蒸汽、過剩的氧氣、氮氣是混合在一起離開這個干餾爐的。

ATP干餾爐干餾段只預熱過的進料油頁巖和汽化爐內(nèi)水，以便熱解的碳氫化合物氣體以濃縮的氣流單獨離開干餾爐，相比于撫順干餾爐，ATP干餾爐的油氣濃度高出15倍以上。

由于ATP氣體的油氣濃度高出15倍以上，可以有效降低油氣的出爐線速，本身就起到了氣體沉降作用，減少了頁巖油氣的機械雜質(zhì)的含量，降低了后部除塵身設(shè)備的工作強度，從而更加有利于降低最終頁巖油中的機械雜質(zhì)的含量，也就保證了頁巖油的質(zhì)量，同時，由于油氣的出爐線速的降低，使得瀝青的揮發(fā)能力降低，這樣，頁巖油中的瀝青質(zhì)就能夠大幅度的降低，頁巖油的機械雜質(zhì)和瀝青質(zhì)的降低，能夠有效地降低頁巖油的深加工成本，頁巖油質(zhì)量價值獲得了大幅度的提升。

3 未來巖煉油工藝發(fā)展方向

未來巖煉油工藝發(fā)展方向在逐步更加環(huán)境清潔、過程節(jié)能外，頁巖油的深加工也是頁巖煉油的發(fā)展方向，頁巖煉油與深加工正在逐步走向一體化。

從頁巖油的性質(zhì)來看，頁巖油與低溫煤焦油的性質(zhì)更接近，由于有很大的異味，加上與煤焦油相近的毒性，其使用危害性逐步會得到大家的認識，一般不可以直接使用，另一方面，由于世界各國的頁巖油產(chǎn)量逐漸加大，美國的油頁巖氣產(chǎn)量已經(jīng)超過了石油產(chǎn)量，頁巖油的清潔化處理勢在必行[7]。

按照環(huán)境保護的要求，頁巖油的深加工中，加氫精制是不不可少的，加氫精制、加氫裂化一體化是頁巖油深加工的首選方案，其次是加氫精制、催化裂化裂化一體化，以保證獲得優(yōu)質(zhì)化學產(chǎn)品的同時，獲得更加清潔的成品油。

未來一段時間的頁巖煉油工藝的發(fā)展主體方向，必然是頁巖煉油、加氫精制、加氫裂化一體化。

［1］張秋民，關(guān)珺，何德民.幾種典型的油頁巖干餾技術(shù)[J].吉林大學學報(地球科學版)，2006，11（6）：1019-1027.

［2］劉建昌，陳金霞.國內(nèi)外油頁巖干餾技術(shù)與設(shè)備[J].內(nèi)蒙古石油化工，2007(12)：69-70.

［3］Schmidt S J. New directions for shale oil: Path to a secure new oil supply well into century: [on the example of Australia][J]. Oil Shale, 2003, 20(3): 333-346.

［4］劉洪鵬，龍海波，王擎，等.以頁巖灰為熱載體的油頁巖干餾過程模擬[J].現(xiàn)代化工，2013（11）：115-118.

［5］金月，曾祖賓，韓冬云，等.小顆粒頁巖流化干餾工藝及其影響因素[J].石化技術(shù)與應用，2013，31（3）：193-195.

［6］肇永輝.撫順油頁巖干餾爐全循環(huán)工藝開發(fā)研究[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2012(13)：28-29.

［7］徐曉寧，趙大.頁巖油性質(zhì)及其深加工途徑探討[J].石油化工技術(shù)與經(jīng)濟，2012，28（2）：39-42.

Advantages of ATP Technology and Development Direction of Shale Oil Refining Technology

SHEN Yun-sheng1，HE Xiao-lin2，MA Hai-yan2，XV Yan-jiao2，GAO Yang2
（1. Far East Shale Refining Co.,Ltd., Liaoning Fushun 113115，China；2. China Huanqiu Contracting & Engineering Corporation Liaoning Branch, Liaoning Fushun 113006，China）

ATP dry distillation process uses small particles of oil shale to carry out the refining production. In this paper, the ATP oil dry distillation process was introduced.Technical advantages of the ATP process were analyzed from four aspects of overall energy efficiency, undressed ore utilization, oil yield and quality. At last, development direction of shale oil refining technology was discussed.

ATP; Dry distillation; Oil shale; Development direction

TE 662

A

1671-0460（2014）12-2685-03

2014-06-16

申云生（1975-），男，遼寧撫順人，工程師，碩士，1999年畢業(yè)于撫順石油學院催化專業(yè)，研究方向：從事油頁巖干餾、頁巖油煉油及重質(zhì)油深加工工藝的研究。E-mail：sys7649850@163.com。