頁巖油產(chǎn)品質(zhì)量權(quán)重分析

摘要：頁巖油作為一種重要的非常規(guī)油品，其產(chǎn)品質(zhì)量與下游燃料、煉化緊密相關(guān)。為了提高頁巖油產(chǎn)品質(zhì)量管理水平，提出了一種質(zhì)量指標(biāo)權(quán)重分析法。通過分析工藝過程、實驗研究、計算機模擬等步驟確定了產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)權(quán)重矩陣，定義了工藝重要度參數(shù)。該方法在撫礦集團頁巖煉油廠的應(yīng)用實踐表明對提升產(chǎn)品質(zhì)量效果顯著，具有較高的推廣價值。

關(guān)鍵詞：頁巖油；質(zhì)量管理；指標(biāo)權(quán)重

隨著我國能源需求總量不斷增加，能源生產(chǎn)和消費結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化，傳統(tǒng)的常規(guī)石油產(chǎn)量在不斷下降，非常規(guī)油氣資源和新能源作為補充資源得到越來越多的關(guān)注［1］。頁巖油是一種非常規(guī)石油，其制備方法是通過隔絕空氣、低溫加熱、干餾分解油頁巖［2］，把油頁巖中的有機質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)轫搸r油和干餾氣。

我國油頁巖可采儲量約2 432億t，可煉制頁巖油120億t，居世界第4位，通過油頁巖煉制頁巖油能夠滿足工業(yè)燃料油的需求［3］。如何高質(zhì)量、低成本提煉頁巖油已成為各國關(guān)注的焦點?，F(xiàn)油頁巖干餾工藝普遍存在工藝環(huán)節(jié)多、產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)難以控制的問題［45］。撫礦頁巖煉油廠為提升頁巖油質(zhì)量提出了產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)權(quán)重分析法，本文將介紹該方法的應(yīng)用及其取得的實際效果。

1頁巖油生產(chǎn)工藝及其質(zhì)量指標(biāo)

1.1頁巖油生產(chǎn)工藝

油頁巖主要通過干餾工藝加工，分為地上和地下干餾技術(shù)，地上干餾技術(shù)是目前應(yīng)用的主要頁巖油提煉技術(shù)，分成外熱式和內(nèi)熱式。

1.2頁巖油工藝指標(biāo)

經(jīng)多道工序優(yōu)化配置最終形成質(zhì)量合格頁巖油的產(chǎn)品。由本單位主持起草的國家推薦標(biāo)準(zhǔn)GB/T 35063—2018《煤基伴生油頁巖油》規(guī)定了煤基伴生油頁巖油的產(chǎn)品類別、技術(shù)要求、試驗方法、檢驗規(guī)則及標(biāo)志、包裝、運輸、儲存等事項。在產(chǎn)品類別方面，按照油品密度分為3類：輕質(zhì)油頁巖油、中質(zhì)油頁巖油和重質(zhì)油頁巖油。其中，輕質(zhì)油頁巖油按密度分為1號、2號輕質(zhì)油頁巖油，按照含硫量指標(biāo)分為Ⅰ級、Ⅱ級2個等級。中質(zhì)油頁巖油按密度分為3號、4號、5號中質(zhì)油頁巖油，按其機械雜質(zhì)及硫含量指標(biāo)可分為Ⅰ級、Ⅱ級和Ⅲ級3個等級。重質(zhì)油頁巖油按其機械雜質(zhì)及硫含量指標(biāo)可分為Ⅰ級、Ⅱ級和Ⅲ級3個等級。該標(biāo)準(zhǔn)分別從密度、凝點、閃點、運動黏度、硫含量、機械雜質(zhì)、水含量和灰分對不同類別的產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)做了規(guī)定。

圖1為頁巖油指標(biāo)體系，不同牌號頁巖油對不同質(zhì)量指標(biāo)有確定的數(shù)值要求。例如，1號和2號輕質(zhì)頁巖油須使閃點滿足低于-65 ℃的要求，而閃點高于-65 ℃是中質(zhì)（3～5號）和重質(zhì)頁巖油的必要條件。硫含量小于1.5%均可稱為合格的頁巖油產(chǎn)品，但根據(jù)具體數(shù)值又可分為Ⅰ級、Ⅱ級和Ⅲ級。由質(zhì)量指標(biāo)體系可知，滿足某一牌號的頁巖油標(biāo)準(zhǔn)需要綜合考慮多個質(zhì)量指標(biāo)，因此提高頁巖油產(chǎn)品質(zhì)量需要從各個質(zhì)量指標(biāo)入手，優(yōu)化工藝參數(shù)，改善工藝方法。

2頁巖油質(zhì)量指標(biāo)權(quán)重分析法

頁巖油作為最終產(chǎn)品，其質(zhì)量指標(biāo)（見圖1）關(guān)系到銷售、利潤和品牌塑造等各方面，不同工藝環(huán)節(jié)對質(zhì)量指標(biāo)的影響權(quán)重不同。

生產(chǎn)中主要產(chǎn)品頁巖油的關(guān)鍵參數(shù)指標(biāo)（如凝點、灰分、閃點等）難以控制，為此我們對關(guān)鍵產(chǎn)品的質(zhì)量指標(biāo)進行分解，通過科學(xué)實驗和模擬分析得到不同工藝過程對質(zhì)量指標(biāo)的影響權(quán)重，構(gòu)建權(quán)重矩陣，質(zhì)量指標(biāo)權(quán)重分析法的主要原理如圖2所示。

假設(shè)生產(chǎn)最終產(chǎn)品——頁巖油需要n個主要工藝環(huán)節(jié)，每個工藝環(huán)節(jié)都有各自的主要指標(biāo)，稱為工藝指標(biāo)。例如破碎和篩選過程，油頁巖粒度即為一個工藝指標(biāo)。設(shè)最終產(chǎn)品的質(zhì)量指標(biāo)有m個，則工藝指標(biāo)與質(zhì)量指標(biāo)之間的影響關(guān)系可以用權(quán)重系數(shù)表示。例如，質(zhì)量指標(biāo)1主要受工藝指標(biāo)1和2影響，且通過長期的經(jīng)驗積累或者科研實驗/模擬研究，確定工藝指標(biāo)1和2對產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)1的影響權(quán)重分別為0.35和0.65，則可確定權(quán)重系數(shù)x11=0.35，x12=0.65，x13=x14=…=x1n=0。當(dāng)確定了所有權(quán)重系數(shù)后，即獲得了頁巖油產(chǎn)品的權(quán)重矩陣，權(quán)重矩陣與工藝指標(biāo)向量的乘積等于產(chǎn)品指標(biāo)向量（見圖2）。

由權(quán)重系數(shù)構(gòu)成的權(quán)重矩陣是一個工廠整體質(zhì)量控制的關(guān)鍵。多年的實踐經(jīng)驗表明質(zhì)量指標(biāo)權(quán)重矩陣對改善產(chǎn)品質(zhì)量具有重要作用，主要表現(xiàn)在以下方面：

（1） 有助于了解最終產(chǎn)品質(zhì)量影響因素情況，確定關(guān)鍵工藝的關(guān)鍵指標(biāo)，確定工藝改善方向；

（2） 對某一批次產(chǎn)品質(zhì)量問題進行追溯時，首先檢查權(quán)重系數(shù)較大的工藝；

（3） 借助質(zhì)量指標(biāo)權(quán)重矩陣對產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)進行針對性調(diào)整，獲得定制化的改進方案。

3成果應(yīng)用實例

3.1應(yīng)用過程

通過反復(fù)實驗和模擬研究，確定了影響油頁巖的主要工藝環(huán)節(jié)有破碎、篩分、低溫干餾、洗滌、冷卻、電捕和油水分離7個工藝過程，確定粒度、粒徑均勻度、低溫干餾溫度、洗滌流量、冷卻速率、電捕強度和油水分離率7個工藝參數(shù)。

通過經(jīng)驗總結(jié)、室內(nèi)小型試樣模型測試、計算機模擬等方式，測得各工藝參數(shù)對產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)的影響權(quán)重，即權(quán)重系數(shù)，構(gòu)建產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)權(quán)重矩陣。

所構(gòu)建的產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)權(quán)重矩陣為8×7格式，每一行代表一個產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)（用i表示），每一列代表一個工藝指標(biāo)（用j表示）。如以x表示權(quán)重系數(shù)，則根據(jù)平衡關(guān)系，產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)權(quán)重矩陣應(yīng)滿足：∑nj=1xij=1.0，i=1～8（1）為綜合考察不同工藝過程對最終產(chǎn)品的影響程度，定義工藝重要度，計算方法為：Ij=∑mi=1xij，j=1～7（2）通過分析可知，低溫干餾工藝重要度最高，即對產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)的影響較為綜合或者在特殊指標(biāo)上權(quán)重系數(shù)較大；洗滌和電捕次之；以下依次為油水分離、篩選和原礦破碎。需要注意的是，工藝重要度僅是用來分析各個工藝對產(chǎn)品的綜合影響程度，具有相對性。工藝重要度在有效提升產(chǎn)品質(zhì)量方面具有指導(dǎo)作用，但重要度低不表示該工藝過程不重要，相反，任何一個工藝過程指標(biāo)不合格，都有可能導(dǎo)致生產(chǎn)出不合格產(chǎn)品。

在應(yīng)用質(zhì)量指標(biāo)權(quán)重分析法后，經(jīng)不斷試驗摸索，確定各工藝的最優(yōu)參數(shù)區(qū)間，例如最佳篩分粒度為12～75 mm，低溫干餾最佳溫度（500±5）℃，洗滌、冷卻和油水分離等過程也設(shè)置了分指標(biāo)。通過對分指標(biāo)連續(xù)或間歇檢測，達到“多出油、出好油”目標(biāo)。

3.2應(yīng)用效果

通過產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)權(quán)重分析法控制產(chǎn)品質(zhì)量，產(chǎn)品隆巖牌頁巖油榮獲省名牌產(chǎn)品稱號；頁巖油產(chǎn)品獲ISO 9001質(zhì)量體系認(rèn)證。企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量好，售前、售中、售后服務(wù)優(yōu)，獲得了市場充分肯定，榮獲省、市重合同守信用模范單位。

4結(jié)語

頁巖油煉制工藝復(fù)雜，最終產(chǎn)品質(zhì)量難以控制。通過質(zhì)量指標(biāo)權(quán)重層次分析法將頁巖油質(zhì)量指標(biāo)分解，并與各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)的分指標(biāo)建立關(guān)聯(lián)，通過嚴(yán)格把控分指標(biāo)，達到生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)頁巖油的目的。其方法對于具有復(fù)雜生產(chǎn)工藝的工業(yè)產(chǎn)業(yè)質(zhì)量控制有重要借鑒意義。

參考文獻：

［1］侯宏娟，王晶，杜瓊杰，等.塔式太陽能原位開采油頁巖系統(tǒng)余熱回收及參數(shù)優(yōu)化研究［J］.太陽能學(xué)報，2023，44（1）：126132.

［2］湯月亮，吳昊，閆玉麟，等.油頁巖熱解技術(shù)研究進展［J］.遼寧化工，2022，51（8）：10941097.

［3］傅叢，丁華，陳文敏.我國油頁巖與煤共生資源分布及綜合利用［J］.煤質(zhì)技術(shù).2021，36（3）：113.

［4］王智景.近/超臨界水及無水作用下?lián)犴樣晚搸r熱解行為及產(chǎn)物特性研究［D］.太原：太原理工大學(xué).2022.

［5］郝田田.油頁巖共價鍵在熱解過程中解離規(guī)律的實驗研究［D］.吉林：東北電力大學(xué).2022.