基于ATP工藝技術(shù)優(yōu)勢與頁巖煉油的探索

摘要：本文對ATP工藝的技術(shù)特點和優(yōu)勢進行分析，并對該項工藝在頁巖煉油中的應(yīng)用流程與優(yōu)化措施加以闡述。在掌握爐體結(jié)構(gòu)與工藝原理的基礎(chǔ)上，力求通過優(yōu)化進料系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)、燃燒區(qū)結(jié)構(gòu)等方式，使燃燒強度得以提高，溫度場分布更適宜，進一步促進原礦利用率、產(chǎn)油率的提升。

關(guān)鍵詞：ATP工藝;技術(shù)優(yōu)勢;頁巖煉油

引言：在現(xiàn)代化工業(yè)飛速發(fā)展下，傳統(tǒng)干餾爐工藝難以滿足頁巖煉油新需求，ATP干餾工藝應(yīng)運而生，采用小顆粒油頁巖進行煉油生產(chǎn)，彌補了國內(nèi)外在小顆粒頁巖煉制方面的空缺，可對粒徑在0—12mm之間的油頁巖尾礦問題得到良好處理。與傳統(tǒng)工藝相比，ATP工藝在提高原礦利用率、產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)油率等方面具有較大優(yōu)勢，可充分滿足現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)需求，擁有廣闊發(fā)展前景。

1ATP工藝的技術(shù)特點

1.1原礦利用率較高

以往的干餾爐對料床通透性要求較高，只有具備較強的通透性才可使大量氣流通過頁巖層，只能對12—75mm質(zhì)檢的頁巖粒度進行處理，頁巖濕、碎均會導(dǎo)致加熱不均勻，部分油母頁巖難以充分熱解。此外，受不均勻氣流影響，導(dǎo)致局部溫度迅速提升形成煉爐，這就要求對進料油頁巖的尺寸進行限定，以撫順干餾爐為例，原礦的利用率不足80%。而ATP爐應(yīng)用后，可以0—12mm粒徑的油頁巖顆粒為主要進料，全部進料油頁巖與熱循環(huán)頁巖充分混合起來，不會產(chǎn)生局部溫度激增情況，避免爐渣與熔塊形成，使原礦的利用率超過90%。

1.2產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)良

在傳統(tǒng)撫順爐技術(shù)應(yīng)用中，干餾過程涉及到油頁巖干燥、預(yù)熱、熱解以及冷卻等相關(guān)反應(yīng)，上述反應(yīng)在相同的干餾爐內(nèi)完成，這說明全部燃燒的水蒸氣、廢氣、碳氫化合物等均混合在爐內(nèi)。而ATP爐在干餾期間，只對進料油頁巖與汽化爐中的水進行預(yù)熱，產(chǎn)生的化合物與氣體可單獨排出爐外，與撫順爐相比，ATP爐的油氣濃度超過15倍。因ATP爐中的油氣濃度較高，可減少油氣出爐速度，發(fā)揮氣體沉降作用，降低機械雜質(zhì)與頁巖油氣的含量，使后續(xù)除塵設(shè)備的工作強度降低，減少油內(nèi)機械雜質(zhì)含量，使頁巖油質(zhì)量得到保障。因ATP爐的出爐速度較低，可減少瀝青揮發(fā)，進而減少油內(nèi)瀝青質(zhì)含量，節(jié)約大量深加工成本，使頁巖油的產(chǎn)品質(zhì)量更加優(yōu)良[1]。

1.3產(chǎn)油率較高

ATP爐氣體排出溫度為500℃，全部產(chǎn)品油都以氣體形態(tài)存在，與以往垂直干餾爐相比，油產(chǎn)量還有2—4%的提升空間，因垂直干餾爐在爐體頂端與頁巖接觸，此處頁巖溫度較低，可形成汽化冷凝循環(huán)，產(chǎn)生預(yù)熱和熱解作用。垂直干餾爐的進料尺寸在12—75mm之間，在與料床中氣流充分融合后，很容易出現(xiàn)加熱或者熱解不均勻等情況，進而降低平均產(chǎn)油率。而在ATP技術(shù)應(yīng)用后，可使進料能夠充分混合，每個顆粒的熱解溫度相同，與以往垂直爐相比，科室產(chǎn)油率提高15%左右。

2ATP爐在頁巖煉油中的工藝流程與優(yōu)化措施

2.1爐體結(jié)構(gòu)

ATP爐主體為回轉(zhuǎn)窯筒，在軸線長度由兩個同心圓筒構(gòu)成，內(nèi)筒帶有兩個密封腔室，負責(zé)油頁巖預(yù)熱與干餾工作;外筒為半焦燃燒區(qū)、高溫狀態(tài)頁巖反饋區(qū)域。ATP爐屬于固體熱載干餾爐型，形成的干餾氣量較小，但熱值較高。以斯圖爾特油頁巖為例，每加工1噸便可形成35.5kg的干餾氣，可將其作為燃料材料，為燃燒器運行提供熱量支持。

2.2工藝流程

將油頁巖經(jīng)過預(yù)熱管干燥處理后密封起來，與燃燒后的頁巖灰渣充分混合，使溫度為250℃的進料頁巖迅速升溫到500℃，頁巖內(nèi)的油母也可在絕氧環(huán)境下熱解，變成碳氫化合物，經(jīng)過中心蒸汽管道進入回收裝置內(nèi)。經(jīng)過干餾處理的油頁巖半焦經(jīng)過另一側(cè)密封進入旋筒內(nèi)，最終返回到燃燒前區(qū)，受助燃空氣影響，將干餾后的油頁巖變?yōu)榘虢範(fàn)顟B(tài)，最終將油頁巖廢渣溫度加熱到750℃。此時，一些燃燒后的油頁巖廢渣進入干餾區(qū)，為后續(xù)熱解提供熱量支持，剩下的油頁巖與煙氣一同輸入到冷卻區(qū)，將熱量回傳給預(yù)熱管。此類油頁巖在冷卻處理后，可將廢渣在除塵器內(nèi)分離，使其變?yōu)楹瑝m煙氣，利用布袋除塵裝置剔除煙氣內(nèi)的微塵后，排放到大氣環(huán)境中。ATP干餾區(qū)生成碳氫化合物蒸汽，先利用旋分器剔除底油與粉塵，再將剩余的雜質(zhì)輸入到干餾區(qū)進一步熱解，此舉可確?；厥瘴餅檩p質(zhì)巖頁原油。將油蒸汽洗滌后，在分餾塔內(nèi)形成重油與尾氣，尾氣內(nèi)的輕質(zhì)油可傳送到吸收塔內(nèi)，使輕油杯被可能的回收，剩余氣體作為燃料促進鍋爐燃燒[2]。

2.3系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計

（1）進料系統(tǒng)優(yōu)化。針對ATP工藝現(xiàn)存的現(xiàn)場設(shè)備使用隨機、恢復(fù)生產(chǎn)時間較長、未定期維護等問題，可采取以下措施進行優(yōu)化。一是健全輪換機制，當(dāng)前設(shè)備大多為一個使用一個備用，可設(shè)計合理的交替運行時間，避免某個設(shè)備長期運行增加故障概率;二是創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫，以設(shè)備運行為中心，分析運行故障時間，創(chuàng)建設(shè)備檢修、維護時間表等，由此預(yù)防故障發(fā)生;三是采取有效的處理方式。當(dāng)某個供料線因個別設(shè)備停跳而暫停運行時，可利用程序自控啟動備用供料線，并非等待操作人員手動開啟其他設(shè)備。

（2）溫度控制系統(tǒng)優(yōu)化?？稍贏TP爐內(nèi)設(shè)置溫度內(nèi)?？刂破?，首先在排除魯棒性與約束的情況下設(shè)置穩(wěn)定的控制器，再安裝濾波器，通過改變和修正濾波器結(jié)構(gòu)與參數(shù)等方式，使系統(tǒng)品質(zhì)達到最佳狀態(tài)。

（3）燃燒區(qū)結(jié)構(gòu)優(yōu)化。針對該區(qū)域結(jié)構(gòu)布設(shè)存在的缺陷，可采用Solidworks Flow Simulation軟件進行優(yōu)化。一是最大限度減少直流噴射燃燒器產(chǎn)生的氣流作用，可利用旋流平焰燃燒器來實現(xiàn);二是在燃燒范圍內(nèi)加設(shè)旋風(fēng)阻流板，使燃燒空氣在內(nèi)部停留一段時間，為空氣和物流間的接觸預(yù)留充足時間，以免半焦高溫區(qū)外延到冷卻區(qū);三是延長爐體燃燒長度，促進半焦料與燃燒空氣的充分融合，避免高溫區(qū)擴散。

結(jié)論：綜上所述，本文以頁巖煉油為中心，對ATP工藝優(yōu)勢與流程進行介紹，并描述ATP爐的組成結(jié)構(gòu)與原理，最后提出ATP工藝優(yōu)化的有效措施。通過優(yōu)化進料系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)、燃燒區(qū)結(jié)構(gòu)等方式，有效解決燃燒不均勻、溫度控制不當(dāng)、燃燒區(qū)結(jié)構(gòu)不合理等問題，使原礦利用率、產(chǎn)油率等方面得到極大提升，生產(chǎn)出更多品質(zhì)優(yōu)良的油產(chǎn)品，充分滿足現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)需求，并朝著加氫精制、裂化一體化等方向發(fā)展。

參考文獻：

[1]劉曄.油頁巖煉油氨氮廢水和煙氣SO_2協(xié)同處理研究[J].中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2020，No.260（02）：54-56.

[2]章小明，潘一，楊雙春，等.油頁巖地面干餾技術(shù)研究[J].當(dāng)代化工，2019（09）：012-014.

作者簡介：楊靜;女;1980 .03;甘肅山丹民族;漢族;蘭州理工大學(xué);高級工;煉油