油页岩固体热载体综合利用系统工艺模拟

一、

褐煤低温干馏（热解）加工的生产工艺介绍

3.1

低温煤干馏（热解）加工的主要工艺

煤热解工艺按照不同的工艺特征有多种分类方法。

按气氛分为惰性气氛热解(不加催化剂)，加氢热解和催化加氢热解。

按热解温度分为低温热解即温和热解(500～650℃)、中温热解(650～800℃)、高温热解(900一l000℃)和超高温热解(>1200℃)。

按加热速度分为慢速(3～5℃／min)、中速(5～100℃／s)、快速(500～105℃／s)热解和闪裂僻 (>106℃／s)。

按加热方式分为外热式、内热式和内外并热式热解。

根据热载体的类型分为固体热载体、气体热载体和固一气热载体热解。

根据煤料在反应器内的密集程度分为密相床和稀相床两类。

依固体物料的运行状态分为固定床、流化床、气流床，滚动床。

依反应器内压强分为常压和加压两类。

而且煤热解工艺的选择取决于对目标产品的要求，并综合考虑煤质特点、设备制造、工艺控制技术水平以及最终的经济效益。慢速热解如煤的炼焦过程，其热解目的是获得最大产率的固体产品――焦炭；而中速、快速和闪速热解包括加氢热解的主要目的是获得最大产率的挥发产品――焦油或煤气等化工原料，从而达到通过煤的热解将煤定向转化的目的。

表3—1 目标产品与相应的工艺条件

上表列出了目标产品与一般所相应采用的热解温度、加热速度、加热方式和挥发物的导出及冷却速率等工艺条件。

到目前为止，国内外研究开发出了多种各具特色的煤热解工艺方法，有的处于试验室研究阶段，有的进入中试实验阶段，也有的达到了工业化生产阶段如鲁奇～鲁尔煤气公司法、COED法、Toscoal法等。下面将其中的典型热解方法加以介绍。

3.1.1国外低温煤干馏的加工工艺

(一)鲁奇～鲁尔煤气公司法(Lurgi Ruhrgas)

1．工艺简介

该法是由Lurgi

GmbH公司(联邦德国)和Ruhrgas AG公司(美国)开发研究的。

其工艺流程为粒度小于5mm的煤粉与焦炭热载体混合之后，在重力移动床直立反应器中进行干馏。

煤炭分级利用

又称分质利用，主要是指将煤炭通过中低温干馏进行热解，取出其中的挥发分，包括煤气与煤焦油，剩余半焦再利用的一种煤炭使用理念。煤炭分级利用最早可追溯至石油使用之前，煤热解产生煤油（煤焦油），用于煤油灯的时代。但近年来随煤化工热潮兴起，分级利用亦随之兴盛，伴随多个煤分级利用大型项目逐渐落地，分级利用已近乎成为可与煤制油、气等煤转化形式相匹的一种煤转化形式。

煤炭分质转化的梯级利用技术路线

第一步，先将煤炭经固体热载体催化热解技术处理，产出煤焦油、兰炭（块焦、粉焦）和焦炉煤气等初级产品，完成对原料煤炭的分质；

第二步，从焦炉煤气中提取氢气用于精馏出酚等高附加值产品后的煤焦油加氢，产出石脑油、柴油、液化气、等石油产品；

第三步，将提氢后的焦炉煤气中的甲烷成分分离出来，用于生产压缩天然气或液化天然气，焦炉煤气中剩余的一氧化碳用于生产甲醇、合成氨，或作为工业燃料。对兰炭根据产品质量和粒度大小进行分质利用，块状兰炭用于生产电石、铁合金，粉状兰炭进行煤气化后生产甲醇、天然气、乙二醇、合成氨、合成油、石蜡等化工品，或作为高炉喷吹料、工业燃料，碳一基础化学品甲醇与石脑油用于耦合生产碳二基础化学品乙烯。

第四步，结合多联产，利用碳一、碳二基础产品，以及尿素等大宗化学品按照多品种、差异化原则，进一步延伸发展种类数量繁多的煤化工下游深加工产品，使煤炭资源在更加广泛的化工领域替代原油。在高瓦斯煤矿周边区域则采用适度补充利用煤层气，进行“煤气互补，碳氢平衡”的煤炭综合利用多联产路线。

关键技术

中低温干馏

煤的干馏也称作煤的热解，是指煤在隔绝空气条件下加热至一定温度所发生的一系列复杂的物理、化学变化过程。根据干馏温度的不同分为低温热解(500-650℃)、中温热解(650-800℃)、高温热解（900-1000℃)。为得到更高产率的焦油和荒煤气，低阶煤分质利用通常采用中低温干馏。国内典型中低温干馏技术路线是：将低变质煤经自然干燥，然后在热

第４ｌ卷第４期　２０１　２年４月　当　代　化　工　Ｃｏｎｔｅｍｐｏｒａｒｙ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｉｎｄｕｓｔｒｙ　Ｖｏ１．４１．Ｎ０．４　Ａｐｒｉｌ，２０１　２　

油页岩地面干馏技术研究　

章小明，潘　一，杨双春，任　楠，张　月　

（辽宁石油化工大学，辽宁抚顺１１３００１）　

摘　要：近年来，随着国际石油供求矛盾的不断突出和石油价格的居高不下，油页岩资源逐渐引起了众多　科研人员的青睐。油页岩是一种重要的非常规油气资源。世界油页岩分布范围广，储量十分丰富，其探明可采　储量如果折算成页岩油，数倍于世界原油的探明储量。页岩油作为石油的一种理想替代品，进行油页岩制油技　术的研究不仅蕴含巨大的商业利益和经济价值，对国家安全和能源战略也具有十分重要的意义。油页岩制取页　岩油的技术可分为地面干馏技术和原位开采技术。地面干馏技术的工艺和设备发展比较成熟，也是目前制取页　岩油最主要的途径。根据颗粒粒度的大小又可分为块状干馏技术和小颗粒干馏技术。着重介绍的块状油页岩干　馏技术有抚顺炉技术、Ｋｉｖｉｔｅｒ技术和Ｐｅｔｒｏｓｉｘ技术，小颗粒干馏技术有Ｔｏｓｅｏ—ＩＩ技术、ＡＴＰ工艺和Ｅｎｅｆｉｔ一２８０　工艺等。最后指　了油页岩地面干馏技术的发展趋势。　关键词：油页岩；地面干馏；块状干馏；小颗粒干馏；发展趋势　中图分类号：ＴＥ　６６２　文献标识码：Ａ　文章编号：　１６７１－０４６０（２０１２）０４—０３７７—０４　

Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｆ　Ｏｉｌ　Ｓｈａｌｅ　Ｓｕｒｆａｃｅ　Ｒｅｔｏｒｔｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ　

ＺＨＡＮＧＸｉａｏ—ｍｉｎｇ，　ＪＶ　Ｙｉ，ＹＡＮＧ　Ｓｈｕａｎｇ—ｃｈｕｎ，ＲＥＮＮａｎ，ＺＨＡＮＧ　Ｙｕｅ　（Ｌｉａｏｎｉｎｇ　Ｓｈｉｈｕａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｌｉａｏｎｉｎｇ　Ｆｕｓｈｕｎ　１　１　３００　１，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｒｅｃｅｎｔ　ｙｅａｒｓ．ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ　ｏｆ　ｉｎｔｅｍａｔｉｏｎａｌ　ｏｉｌ　ｐｒｉｃｅ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｓｈｏ￣ａｇｅ　ｏｆ　ｏｉｌ　ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ．ｏｉ１　ｓｈａｌｅ　ｈａｓ　ｄｒａｗｎ　ｍｕｃｈ　ｍｏｒｅ　ａｔｔｅｎｔｉｏｎ．Ｔｈｅ　ｏｉｌ　ｓｈａｌｅ　ｉｓ　ａ　ｋｉｎｄ　ｏｆ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｕｎｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ　ｏｉｌ　ａｎｄ　ｇａｓ　ｒｅｓｏｕｒｃｅ．Ｗｏｒｌｄ　ｏｉｌ　ｓｈａｌｅ　ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ　ａｒｅ　ｐｌｅｎｔｉｆｕ１．ａｎｄ　ｐｒｏｖｅｎ　ｒｅｓｅｒｖｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｈａｌｅ　ｏｉｌ　ｉｓ　ｒｉｃｈｅｒ　ｔｈａｎ　ｔｈａｔ　ｏｆ　ｃｒｕｄｅ　ｏｉｌ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｗｏｒｌｄ．Ｂｅｃａｕｓｅ　ｓｈａｌｅ　ｏｉｌ　ｉｓ　ａｎ　ｉｄｅａｌ　ｓｕｂｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　ｏｉｌ．ｔｈｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｆ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ　ｆｏｒ　ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ　ｓｈａｌｅ　ｏｉｌ　ｆｒｏｍ　ｏｉｌ　ｓｈａｌｅ　ｎｏｔ　ｏｎｌｙ　ｃｏｎｔａｉｎｓ　ｈｕｇｅ　ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌ　ｉｎｔｅｒｅｓｔ　ａｎｄ　ｅｃｏｎｏｍｉｃ　ｖａｌｕｅ，ｂｕｔ　ａｌｓｏ　ｉｔ　ｉｓ　ｍｕｃｈ　ｍｏｒｅ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｆｏｒ　ｎａｔｉｏｎａｌ　ｓｅｃｕｒｉｔｙ　ａｎｄ　ｅｎｅｒｇｙ　ｓｔｒａｔｅｇｙ．Ｔｈｅ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ　ｃａｒｌ　ｂｅ　ｄｉｖｉｄｅｄ　ｉｎｔｏ　ｔｗｏ　ｃａｔｅｇｏｒｉｅｓ：ｓｕｒｆａｃｅ　ｒｅｔｏｒｔｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　ｉｎ—ｓｉｔｕ　ｒｅｔｏｒｔｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｔｈｅ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ａｎｄ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｒｅｔｏｒｔｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｒｅ　ｍｏｒｅ　ｍａｔｕｒｅ，ａｎｄ　ａｔ　ｐｒｅｓｅｎｔ　ｉｔ　ｉｓ　ａｌｓｏ　ｍａｉｎ　ｗａｙ　ｔｏ　ｐｒｏｄｕｃｅ　ｓｈａｌｅ　ｏｉｌ　ｆｒｏｍ　ｏｉｌ　ｓｈａｌｅ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｖａｒｉａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｐａｒｔｉｃｌｅ　ｓｉｚｅｓ．ｔｈｅ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｒｅｔｏｒｔｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ　ｏｆ　ｏｉｌ　ｓｈａｌｅ　ｃａｎ　ｂｅ　ｃｌａｓｓｉｆｉｅｄ　ｉｎｔｏ　ｔｗｏ　ｃａｔｅｇｏｒｉｅｓ：ｌｕｍｐ　ｓｈａｌｅ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ａｎｄ　ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ　ｓｈａｌｅ　ｐｒｏｃｅｓｓ．Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ａｒｔｉｃｌｅ，ｔｈｅ　ｌｕｍｐ　ｓｈａｌｅ　ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ　ｗｅｒｅ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ｓｕｃｈ　ａｓ　Ｆｕｓｈｕｎ　ｒｅｔｏｒｔｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｋｉｖｉｔｅｒ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　Ｐｅｔｒｏｓｉｘ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ｔｈｅ　ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ　ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ　ｗｅｒｅ　ｒｅｖｉｅｗｅｄ，ｓｕｃｈ　ａｓ　Ｔｏｓｃｏ—ＩＩ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＡＴＰ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　Ｅｎｅｆｉｔ一２８０　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｔｒｅｎｄ　ｏｆ　ｏｉｌ　ｓｈａｌｅ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｒｅｔｏｒｔｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ　ｗａｓ　ｐｒｏｓｐｅｃｔｅｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｏｉｌ　ｓｈａｌｅ；Ｓｕｒｆａｃｅ　ｒｅｔｏｒｔｉｎｇ；Ｌｕｍｐ　ｓｈａｌｅ；Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ　ｓｈａｌｅ；Ｔｒｅｎｄ　

褐煤低温热解及其工艺现状分析X

张玉宏,王文军(内蒙古国电能源有限公司电力工程技术研究院,内蒙古呼和浩特　010010) 摘　要:分析了褐煤低温热解的意义,解释了褐煤热解的概念,描述了褐煤低温热解产品的用途,通过国内外褐煤低温热解工艺技术的比较,说明了热解技术的内涵,探讨了目前国内褐煤低温热解技术的现状。关键词:褐煤低温热解;热解工艺技术;半焦;煤焦油 中图分类号: 文献标识码:ATD849+.2 文章编号:1006—7981(2012)14—0044—02 我国的能源结构是贫油少气富煤,在丰富的煤炭资源储量中,褐煤占有较大的比例。特别是在新疆和内蒙古蒙东地区褐煤储量非常丰富,更重要的是目前褐煤的利用已经成为我国能源利用的一个重要环节。然而褐煤具有含水量大、热值低、易碎、运输难等缺点。因此如何高效地利用褐煤已经成为一个重要的课题。本文就褐煤利用的其中一种途径褐煤低温热解的工艺做一个介绍和分析。1　褐煤低温热解基本理论1.1　褐煤低温热解基本概念褐煤低温热解是指褐煤在隔绝空气或惰性气氛中,在500-650℃的温度区间,持续加热升温的条件下发生的一系列化学和物理变化,在这一过程中化学键的断裂是最基本的行为,褐煤热解的产物主要是半焦、煤焦油和煤气。褐煤热解的产物的性质分布受煤的性质、加热速率、热解温度等特定条件的影响。1.2　褐煤热解过程当煤颗粒被加热后,最初在颗粒内部的热分解反应将产生挥发分和半焦,这称为一次热解反应。一次挥发分中含有气体(如H2,CO,CO2,H2O,CH4和其他小分子碳氢化合物等)和液体产物,焦油一般被定义为常温下以液态形式存在的产物。一般认为芳香团簇结构是焦油的主要来源,而非芳香性气体则来源于煤外围官能团和团簇之间的链接,热解产物通过扩散和对流被输送到颗粒外部。煤颗粒释放出的由热解产生的一次挥发分在颗粒间的高温气相中发生热裂解反应称为二次热解。在二次热解反应中,一次挥发分进一步转变成气体和固体形态的焦炭。1.3　褐煤热解影响因素褐煤热解过程受众多因素的影响,主要可以分为两类:一是原煤性质,如煤种、煤的粒径和煤中矿物质的组成及含量等;二是热解反应条件,如加热速率、停留时间、热解终温和热解压力等。此外,热解过程还受反应气氛、压力等其他因素影响,各个影响因素在褐煤热解过程中是相互制约、相互作用的。　褐煤热解产品用途分析褐煤低温热解主要产品是半焦、煤焦油和煤气。半焦产率根据煤种不同和热解工艺的不同,有一定的差别,一般占原煤量的50%左右。半焦热值高于原煤(对褐煤可提高50%-80%),反应活性好。依据原料煤灰分不同,得到的半焦灰分也不同。煤焦油的产率也和煤种以及热解工艺有关,一般占原煤量的5%左右。煤气的产率和品质与热解工艺有很大关系。半焦的主要用途:燃料,褐煤半焦可远距离运输,与运输同热量褐煤比较,可以节省运力25-30%。气化原料,通过褐煤热解提质可以有效克服其煤质局限,使之成为高质量的气化原料,同时,回收高附加值的焦油产品,实现褐煤资源利用价值最大化。中低灰分半焦制水煤浆(也称水焦浆,用于气化原料等),成浆浓度可以达到60%以上,可用于水煤浆气化;而褐煤的成浆浓度通常在45-50%。加工成无烟燃料或加工成型焦;低灰分半焦可制成活性炭;低灰分半焦制成型焦后,可用作电石原料和铁合金用焦;煤焦油主要用途:煤焦油加氢裂解可以生产汽油(馏分)、柴油(馏分)和燃料油,用途广泛。热解煤气主要用途:由于采用的热解工艺不同,其可燃气体含量不同,热值也有较大差异。采用固体热载体技术产生的煤气,与焦炉煤气和天然气十分相近,可以直接作为工业原料和民用燃料。直立炉等生产出的热值较低的煤气只能作为工业燃料。3　国内外煤低温热解典型工艺介绍和分析3.1　国外低温热解技术概况3.1.1　Toscoa1固体热载体热解工艺Toscoa1工艺是美国Tosco公司基于Tosco—Ⅱ油页岩干馏工艺开发的煤低温干馏方法。用瓷球作为热载体,在热解转炉内进行煤的干馏,属于内热式—低温—中速—固体热载体干馏工艺。该工艺开发的主要目的是对煤提质,增加其热值,并回收高价值气体和液体产品。所产半焦含有足够的挥发分,可用于现有的发电厂而不需改变设备或附加辅助燃料。该工艺的意义在于降低煤炭的运输费用;降低电厂的硫排放量;半焦可用作气化原料或生产型焦;44内蒙古石油化工 2012年第14期