傳統(tǒng)頁巖低溫干餾技術改造研究

陳國超，高 筠

（河北聯合大學， 河北 唐山 063009）

傳統(tǒng)頁巖干餾工藝存在受熱不均、頁巖油產品回收效率低、產品雜質含量多等缺點，此外干餾配套設施陳舊、操作強度大，費時費力且影響人身安全和環(huán)境保護。隨著社會的進步，通過科技創(chuàng)新對傳統(tǒng)頁巖干餾工藝進行改造，提高了干餾效率，彌補了存在的不足，適應了社會的發(fā)展，充分體現了經濟效益和社會效益。

1 傳統(tǒng)低溫干餾工藝

1.1 干餾爐干餾工藝

傳統(tǒng)撫順式干餾爐低溫干餾工藝是用平均含油率在6.0%以上的油母頁巖作為原料進行干餾。露天開采的大塊油母頁巖經破碎、篩分后得到塊度為12～75 mm的頁巖經裝入機、料倉進入干餾爐內進行干餾[1]。由于干餾爐底部的排灰器連續(xù)運轉不斷排灰，在重力的作用下爐內頁巖不斷下降，下降的同時在干餾段受到來自發(fā)生段高溫瓦斯和經加熱爐的高溫循 環(huán)瓦斯的加熱。頁巖在干餾爐干餾段內溫度由室溫逐漸上升直至升到550 ℃左右。在升溫的過程中釋放出含有水蒸氣、氫氣、甲烷、二氧化碳和硫化氫等頁巖油氣體。生成的頁巖油氣經陣傘從上升管導出后進行頁巖油回收。頁巖下降到發(fā)生段后，半焦中的固定碳與爐底通入的增濕空氣中氧氣發(fā)生燃燒反應，放出大量熱量，同時半焦中赤熱的碳與增濕空氣中水蒸氣發(fā)生水煤氣反應，產生大量瓦斯并吸收熱量。由氧化還原反應生成的發(fā)生瓦斯進入混合室與中部通入的熱循環(huán)瓦斯混合后，經瓦斯孔噴向干餾段，作為頁巖干餾的熱源。干餾段底部生成的頁巖爐渣從爐底經水盆冷卻后通過鐵鍬排出爐外。

1.2 頁巖油回收工藝

干餾爐內的瓦斯由來自瓦斯排送機產生的負壓，經由陣傘導出至集合管內[2]，在集合管內被循環(huán)水洗滌，再經洗滌塔洗滌如圖1。洗滌后的瓦斯經排送機后分為兩部分:一部分進入加熱爐作為循環(huán)瓦斯使用，另一部分經冷卻塔進行冷卻，冷卻使瓦斯中的水汽及油汽大部分冷凝下來，最終冷卻溫度為55℃。冷卻到55 ℃的瓦斯一部分作為加熱爐燃燒瓦斯燃燒蓄熱，另一部分剩余瓦斯用于鍋爐燃燒和供電站發(fā)電。循環(huán)瓦斯經加熱爐加熱到700～750 ℃，進入到干餾爐內，補充頁巖干餾所需的熱量。

干餾產生的瓦斯經集合管、洗滌塔、冷卻塔等被洗滌后冷卻下來的頁巖油最后流入臥罐，由油水泵送入計量罐，經加溫沉降、脫水檢尺計量后，經油水泵送入至成品罐。

圖1 傳統(tǒng)回收工藝流程圖Fig.1 Traditional process flow chart

2 干餾爐工藝改造

2.1 加料系統(tǒng)

傳統(tǒng)干餾爐爐頂加料系統(tǒng)只有一個閘板如圖2，干餾爐放料時下料口是敞開的。由于爐內不斷產生瓦斯，在加料過程中，當瓦斯排送機吸力過低時有20~100 Pa壓力的瓦斯從加料口噴出，噴出的瓦斯一方面污染環(huán)境另一方面吸入大量后可能造成作業(yè)人員當場昏迷或長期吸入體內對身體造成職業(yè)危害，影響放料員工的人身安全和身體健康；當瓦斯排送機吸力過大時干餾爐內呈負壓狀態(tài)，由于下料口是敞開的，含有氧氣的空氣可經下料口被吸入到干餾回收系統(tǒng)內,使爐內導出的瓦斯含氧量升高,當濃度達到爆炸范圍容易使整個干餾系統(tǒng)造成爆炸，威脅安全。

改造后干餾爐爐頂加料系統(tǒng)設有雙閘板如圖2,閘板間有一個裝料倉。裝料倉裝料時，關下閘板開上閘板，料倉放滿頁巖后關上閘板。向爐內放料時，開下閘板,料自動落入干餾爐內。放完料關下閘板再開上閘板向倉內裝料。新式干餾爐雙閘板加料系統(tǒng)優(yōu)點是保證爐內瓦斯壓力高時不竄入到裝料系統(tǒng)內，底時空氣不竄入到到干餾爐內，保證了員工作業(yè)時的安全和健康，瓦斯含氧量的降低使生產更安全。

2.2 爐內瓦斯導出系統(tǒng)

傳統(tǒng)干餾爐瓦斯導出系統(tǒng)產生的瓦斯經振傘導出后直接進入集合管如圖3。此導出系統(tǒng)存在以下不足：一是瓦斯導出時瓦斯帶出的雜質較多，管道易堵塞且頁巖油雜質多。二是當風機跳停或爐內壓力升高時爐內瓦斯壓力得不到緩解，可能引起爆炸。三是爐內壓力過高會導致水盆內溫度 60~80 ℃的冷卻水四濺，燙傷作業(yè)人員。

圖2 改造前、后加料閘板圖Fig.2 Feeding shutter before and after transformation

改造后瓦斯導出系統(tǒng)變成瓦斯經帶水封的高度為2 923 mm的上升管后再經過橋管進入集合管。此部分的改造可使爐內瓦斯含有的雜質在上升管內得到沉降，起到除塵的目的。上升管設有水封,當爐內壓力增大時水封可以起到釋放壓力的作用,不至于使爐內因壓力過大而引起爆炸。

圖3 改造前、后瓦斯導出系統(tǒng)圖Fig.3 Gas emission system before and after transformation

2.3 循環(huán)瓦斯系統(tǒng)

傳統(tǒng)干餾爐循環(huán)瓦斯從干餾爐單側進入如圖4，由于循環(huán)瓦斯是從單側進入導致循環(huán)瓦斯在爐內分布不均，影響上部干餾火層的平穩(wěn)，另外常會造成爐內循環(huán)瓦斯入口對面上部的小瓦斯眼堵塞，影響干餾效果。

圖4 改造前、后瓦斯火道圖Fig.4 Gas flue before and after transformation

改造后干餾爐的循環(huán)瓦斯是雙火道即循環(huán)瓦斯從爐兩側分別進入爐內，使循環(huán)瓦斯在爐內分布較在單側進入更均勻，干餾更平穩(wěn)，小瓦斯眼不易堵塞。

2.4 排灰系統(tǒng)

傳統(tǒng)干餾爐主軸排灰系統(tǒng)每 10臺干餾爐由一組主軸構成，分別由兩側的電動機及減速機帶動。缺點是排灰快慢由人到現場調節(jié)，費時費力，且安裝要求嚴格，一旦傳動主軸發(fā)生故障,將影響 10臺爐的生產。冬天總會出現倒輪、滑牙等現象,處理頻繁。改造后干餾爐排灰系統(tǒng)采用單機驅動系統(tǒng)，即每臺干餾爐排灰由一個電機系統(tǒng)控制，單臺設備出故障不會影響其它設備正常運行。排灰快慢可用電腦控制，到現場操作也比傳統(tǒng)爐省時省力，除灰速度也比傳統(tǒng)爐快。

3 頁巖油回收工藝改造

正改造后的頁巖油回收工藝是干餾爐內的瓦斯由來自瓦斯排送機產生的負壓，經由陣傘導出至集合管內，在集合管內被循環(huán)氨水洗滌，洗滌的氣體和液體共同進入氣液分離器如圖5。進入氣液分離器后，瓦斯進入初冷器進一步進行冷卻。在初冷器內用循環(huán)熱水和循環(huán)水分兩段水，間接對瓦斯間接進行冷卻，最后將瓦斯溫度冷卻至 32 ℃。由初冷器出來的瓦斯再進入捕霧器，捕霧器用于捕除瓦斯中攜帶的油霧。由捕霧器出來的瓦斯再進入油吸收塔，在油吸收塔內根據相似相容原理進一步捕獲瓦斯內頁巖油霧。由油吸收塔出來的瓦斯氣體再進入電捕焦油器，在電捕焦油器內在高壓直流電場的作用下將瓦斯中殘留的頁巖油霧進一步脫除。從電捕焦油器出來的瓦斯經瓦斯排送機后分為兩部分，一部分進入加熱爐作為熱載體的循環(huán)瓦斯,經加熱爐加熱到700～750 ℃，進到干餾爐內補充干餾所需熱量;另一部分進入濕式脫硫塔,經濕式脫硫塔脫硫后再進入干式脫硫塔，經干式脫硫塔脫硫后瓦斯中的硫含量降低50 mg/m3以下。經干式脫硫塔脫硫后的瓦斯一部分供加熱爐燃燒蓄熱，另一部分供鍋爐燃燒和電站發(fā)電。經氣液分離器、初冷塔、捕霧器、油吸收塔、電捕焦油器得到的頁巖油混合物最終在機械化澄清池內澄清后送入油槽計量后打入成品油罐。

傳統(tǒng)頁巖油回收系統(tǒng)干餾爐內的瓦斯在集合管內被循環(huán)水洗滌，再經洗滌塔洗滌。洗滌后的瓦斯經排送機后經冷卻塔進行冷卻，冷卻至 55 ℃。這種回收工藝將瓦斯冷卻3次，沸點大于最終冷卻溫度的頁巖油成分被冷卻回收。冷卻后的瓦斯存在兩方面的不足：一是此回收系統(tǒng)只能冷卻沸點大于最終冷卻溫度為 55 ℃的瓦斯，瓦斯中還含有部分油霧，二是用于加熱爐和鍋爐燃燒的瓦斯含有硫化氫、氰化氫等污染物。

改造后頁巖油回收系統(tǒng)干餾爐內的瓦斯在集合管內被循環(huán)水洗滌，再進入到初冷器進行冷卻，在初冷器內可把瓦斯冷卻到 32 ℃。瓦斯通過電捕焦油器[3]頁巖油回收效率可達到 98%。用于燃燒和發(fā)電的瓦斯進入到濕式脫硫塔[4]和干式脫硫塔進行脫硫。該脫硫工藝可對原有工藝產生的剩余瓦斯進行脫硫，即可以對整個廠區(qū)的瓦斯進行脫硫處理[5]。經兩次脫硫瓦斯合格后用于加熱爐燃燒、電站發(fā)電和鍋爐燃燒，減少了瓦斯燃燒對環(huán)境的污染。為節(jié)省能源，改造的工藝利用 60 ℃熱循環(huán)水在冬季供裝置區(qū)供暖。改造后工藝自動化程度高，設備操作可遠程控制，節(jié)省了人力也保證了操作的安全。

圖5 改造后頁巖油回收工藝流程圖Fig.5 Recovery process flow chart before and after transformation

4 結束語

干餾爐改用雙閘板裝料使生產更環(huán)保，員工工作更安全更健康。干餾爐瓦斯出口上升管和水封可去除瓦斯雜質又可防止爐內壓力過大引爆炸，安全系數提高。干餾爐循環(huán)瓦斯雙火道既使干餾爐上部干餾火層更加平穩(wěn)又可防止小斯眼堵塞，干餾效果更好。干餾爐排灰系統(tǒng)采用單機驅動，排灰速度快，省時省力，冬天不會出現倒輪、滑牙等現象，單臺設備出故障不會影響其它設備正常運轉。頁巖油回收工藝的改造使頁巖油回收效率高，脫硫設施使生產更加環(huán)保。改造后的工藝以人為本，在節(jié)能減排和保證安全方面做出了很大的努力。

［1］ 孫長利．影響油頁巖熱分解的因素[J].煤炭加工與綜合利用，2006，1(1)：36-38．

［2］ 何永光，宋巖．油頁巖的綜合利用[J].煤炭加工與綜合利用，2005，1(1)：53-56．

［3］ 李芳升，王邦廣．電捕焦油器的工作原理和結構設計[J].燃料與化工，1998，49(3)：149-154．

［4］ 王瑋，李玉秀．HPF煤氣脫硫工藝的特點、問題及解決方案[J].燃料與化工，2009，40(1)：56．

［5］ 何紅梅．油母頁巖干餾氣脫硫工藝的選擇[J].遼寧城鄉(xiāng)環(huán)境科技，2006，26(2)：33-34，42.