中国油页岩干馏技术现状与发展趋势

秦宏，岳耀奎，刘洪鹏，王擎

（东北电力大学油页岩综合利用教育部工程研究中心，吉林 吉林132012）

油页岩由低等浮游植物和低等浮游动物经腐化作用而来，属于腐泥煤[1]，是一种高灰分，富含有机质的可燃沉积岩，经低温干馏可以得到页岩油。页岩油可代替石油作为工业用油，能在一定程度上缓解石油紧缺的压力。油页岩干馏技术分为地下原位干馏技术和地面干馏技术。地下原位干馏在技术方面存在不足，目前还未实现商业化[2]。目前地面干馏技术以气体热载体干馏技术和固体热载体干馏技术为主，除此之外，还有微波干馏技术、蓄热式燃气辐射式干馏技术等。气体热载体干馏技术以热循环气为热载体，而固体热载体干馏技术是以陶瓷粒或自身产生的页岩灰为热载体。

国外油页岩工业开始于19世纪上半叶，经过100多年的发展，已形成了多种先进、成熟的干馏工艺，如爱沙尼亚的Kiviter和Galoter干馏炉、巴西的Petrosix干馏炉、澳大利亚的ATP干馏炉、德国和爱沙尼亚合作研发的Enefit-280技术、美国的SGR和Tosco干馏技术、德国的LR干馏技术等[3-11]。在地下原位干馏方面，国外也有很多先进的技术，如壳牌公司的ICP技术、埃克森美孚公司的Electrofrac TM技术、Raytheon公司的RF/CF技术等[12-16]。

我国油页岩储量丰富，换算成页岩油的储量约为476亿吨[17]。我国利用油页岩炼油已有八十多年的历史[18]，截至2014年，年产页岩油可达78万 吨[19]，目前国内采用的干馏技术大都是抚顺炉干馏技术，抚顺炉具有原料适应性强、能处理贫矿、投资小及运行可靠等优点，而且经过长期的使用，已经成为一种成熟的工艺，但其存在油收率不高、单炉处理量小、污染环境等缺点。针对抚顺炉的缺点和结合各地油页岩特点，国内多家企业和高校及研究所合作研发了适合不同产地油页岩原料的多种干馏技术，如中煤集团采用的油页岩流化干馏新工艺、吉林成大弘晟能源有限公司采用的全循环瓦斯油页岩分级干馏技术以及大庆油田采用的大工新法等。此外，一些企业从国外引进了或计划引进先进干馏技术，如山东龙口计划引进了Galoter炉[20]、抚顺集团引进了ATP技术等。

1 气体热载体干馏技术

1.1 抚顺炉

目前国内有大约500多台抚顺炉，其中抚顺矿业集团拥有数量最多，共有220台。抚顺炉分布情况如表1所示[21]。

抚顺炉为气体热载体干馏炉[22]，属半气燃炉，页岩干馏所需热载体为热循环气和热发生气（在发生段空气与半焦发生氧化还原反应生成的气化气），主要用于处理12～75mm的油页岩。其结构如图1所示。

抚顺炉结构简单、使用周期长、易于维修、技术成熟[23]，而且其原料品位适应性广，不仅能处理高品位油页岩，也能处理低品位的油页岩；但也存在一些不足，如只能处理大颗粒油页岩、油收率不高、三废污染较多等。

表1 抚顺炉分布情况

针对抚顺炉存在的问题，国内诸多研究者进行了相应的研究，进行了不同程度的改进。

陈国超等[24]对抚顺炉的加料系统、瓦斯导出系统、排灰系统和页岩油回收系统等多个部分进行了改进：①进料系统设置了双闸板，以防止运行时漏气；②瓦斯导出系统设有带水封的上升管，一方面可通过炉内迅速泄压防止干馏炉爆炸，另一方面脱除干馏瓦斯中所含粉尘；③循环瓦斯系统设置了双通道，使循环瓦斯通过双通道进入炉内，使进入炉内的瓦斯分布更加均匀；④排灰系统采用单机驱动，避免排灰设备发生故障时影响其他设备运行；⑤在改造油收系统时，将瓦斯冷却温度由55℃降至32℃，增设电捕焦油器，并增设二级脱硫装置。

抚顺炉属气体热载体干馏工艺，处理小颗粒页岩不是它的优势，其本身只能处理12mm以上粒径的页岩。刘连兴等[25]通过调整阵伞下移，降低页岩在炉内干馏段高度来改善页岩料层的透气性来处理5～12mm小颗粒页岩；此外，还提出在腰部拱台上安装中心布气室和改进主风风头等方式来改善气体热载体在炉内的分布。

高健等[26]对抚顺炉的供热系统和油收系统进行了改造，将原间歇式瓦斯加热炉改为连续蓄热式加热炉，并在原三级水洗油收系统中增设旋风除尘器、间冷器和静电捕油器等设备，提高了油收率。

可以看出，上述改造针对抚顺炉的密闭性、布气方式和料位阻力等方面进行了调整，旨在减小系统的漏气、布气均匀和缓解小颗粒页岩堆积所造成的较高料位阻力；同时，油收系统的不断完善也能有效地提高整体油收率。但由于种种原因，上述这些改进和开发的技术应用到工程设备中实现商业化运行尚未见相关报道。此外，抚顺炉技术本身的工艺特点，实现单炉的大型化存在诸多困难，目前抚顺炉的单炉容量仅为100～200t/d。

1.2 成大瓦斯全循环油页岩分级干馏技术

全循环工艺是近几年提出的干馏新工艺。在干馏过程中产生的瓦斯气作为干馏热载体，干馏所需的热量全部由瓦斯气提供，在干馏炉内并没有燃烧反应，因此可以适应不同品位的油页岩。

瓦斯全循环油页岩分级干馏技术是由吉林成大弘晟能源有限公司自主研发的新型干馏技术。吉林成大弘晟能源公司于2007年12月在吉林桦甸筹建油页岩综合开发利用项目，采用瓦斯全循环油页岩分级干馏技术，建设总规模为年加工油页岩3.0×106t，年产页岩油2.5×105t。2010年8月完成了第一期24台干馏装置的建设，并投入生产，油收率可达铝甑的82%，第二期12台也已经建成[27]。

瓦斯全循环油页岩分级干馏技术的关键是将油页岩按粒径进行分级，分别在不同的干馏炉内进行干馏，加以加热炉持续不断并且均衡地向干馏炉供给700℃左右的热循环瓦斯气。其工艺流程如图2所示[28]。

瓦斯全循环油页岩分级干馏技术是吉林成大公司为解决现有干馏技术存在的不足，在国内外多种干馏技术的基础上自主研发的。目前该技术刚刚开始进行工业化运行，其干馏效果和生产效率等有待长期生产检验。

1.3 SJ型干馏方炉

图2 瓦斯全循环油页岩分级干馏工艺流程[28]

SJ型干馏方炉是由神木三江煤化公司自主设计研发，属气燃炉。2008年甘肃窑街煤电公司与神木三江煤化公司及中国石油大学（北京）合作，采用SJ型干馏方炉对窑街油页岩进行中试加工，油收率可达80%以上。之后甘肃窑街煤电公司利用SJ型干馏方炉建设油页岩加工厂，年加工窑街油页岩1.4×106t，产页岩油1.25×105t，第一期工程的8台干馏装置已于2010年7月和8月投入生产[29]。加料设备、干馏段和出焦设备是SJ型方炉的3个主要构成部分，如图3所示[30]。

SJ型干馏方炉是甘肃窑街煤电公司综合考虑处理量、油收率等因素，并且比较了国内外各种炉型的优缺点后选择的。该炉型跟抚顺炉相比，具有处理量大、油收率高、充分利用半焦热值投资成本低等优点，但同时存在故障率高、开机率低、瓦斯气热值低和冷凝回收系统庞大等缺点。

1.4 茂名圆炉

茂名圆炉是在抚顺炉结构的基础上结合茂名油页岩受热易破碎的特点改进而来的。使用抚顺炉干馏茂名油页岩时发现干馏炉内压力会因页岩热破碎和水分含量大而增大，经过多方面改进后得到的茂名圆炉很好地解决了这一问题。因而，茂名页岩能在茂名圆炉中进行干馏，实现了工业化。茂名圆炉后期建成两个单元（共64台茂名），分别于1969年和1970年投产[31-33]。正常运行20余年，后因页岩油价格过低等原因，茂名公司停产，茂名圆炉亦停止运转。

茂名圆炉结构与抚顺炉相似，均属半气燃炉。结构见图4[34]，主要区别为茂名圆炉干馏炉中部采用了气体混合室，具有多面布气的特点。茂名圆炉流程与抚顺炉相同，在上部干馏段进行油页岩的干馏，在下部的气化段则进行半焦与空气的燃烧、气化等反应。在气化段产生的气体与热循环气经干馏段中部的气体混合室混合后喷出，并向上流动与油页岩逆流供热。

1.5 茂名方炉

茂名方炉又称茂名气燃式方炉，是20世纪50年代发展起来的一种气燃式块状油页岩干馏炉，具有物料与温度分布均匀、油收率较高及结构简单等特点。茂名石油工业公司实验厂于1958年建成两台不同处理量的茂名方炉，并于1961年建成两个单元共48台，每台处理量为200t/d的工业化生产装置[31，33]。后因炉墙漏气严重及炉出口气体难以利用等原因于1979年停产。

图3 SJ型干馏方炉结构简图[30]

图4 茂名圆炉结构简图[34]

茂名方炉采用循环气燃烧供热以干馏油页岩，由经过燃烧和还原反应而产生的高温烟气作为热载 体。茂名方炉所采用的气燃供热方式可使干馏炉内具有充足的热量和较厚的高温层，这样不仅可以保证页岩能得到充分地干馏，而且有利于还原反应的进行。茂名方炉主要由加料设备、炉体和排灰设备三部分组成，结构见图5[35]。

2 固体热载体干馏技术

2.1 大工新法干馏技术

大工新法干馏技术是由大连理工大学研发的固体热载体干馏技术，该技术利用自身灰渣作热载体。大庆油田采用大工新法，建设了年加工60万吨油页岩，预计年产3.0万吨页岩油。目前已建成冷态运 行装置[36]。大工新法干馏炉结构如图6所示[37]。

大工新法是国内首个自主研发并运用于工业生产的固体热载体干馏技术，改变了国内干馏炉不能处理小颗粒油页岩的情况，在一定程度上提高了能源利用率。

2.2 粉末油页岩流化干馏技术

粉末油页岩流化干馏技术是由上海博申工程技术有限公司研发[38]，后经哈尔滨煤化工公司多次改进而来的。中煤黑龙江煤化工公司采用该技术，建立了日处理量为50t粉末油页岩流化干馏、半焦燃烧的中试装置，历时多年完成长期正常运转试验[39]。粉末油页岩流化干馏工艺流程图如图7所示[40]。

粉末油页岩流化干馏技术油收率高，而且得到的页岩油比较轻。在油泥处理方面，采用高效旋风分离器、离心技术及自选萃取剂等。

图6 大工新法干馏技术[37]

图7 粉末油页岩流化干馏工艺[40]

3 主要干馏技术对比

目前国内处于工业化或即将投产的干馏技术都是各研发单位根据我国不同地区油页岩特点，在综合了国内外成熟干馏工艺的基础上开发而来。各干馏技术均有自己的特点，经济技术指标也不尽相同，其对比如表2所示。

应该指出，抚顺炉、SJ方炉以及已停产的茂名方炉等干馏工艺，均存在气化段，通过自身产物的热量解决了油页岩热解所需热量的问题。但气化段的存在降低了干馏瓦斯的热值，使其能源利用价值有所下降。而吉林成大的瓦斯全循环技术，炉内没有气化段，循环瓦斯本身的物理显热为页岩热解提供热源，而加热这些瓦斯则需要外部热源实现。成 大炉的瓦斯热值明显高于抚顺炉和SJ方炉，但外部热源提高了运行成本。因此，国内气体热载体干馏技术依然存在上升空间。

4 页岩油冷凝回收工艺

干馏技术中的页岩油冷凝回收系统直接直接影响页岩油品质、油收率及环境保护等问题，是干馏技术中的重要环节。冷凝回收系统根据洗涤方式的不同分为水洗工艺和油洗工艺。水洗工艺成熟，但存在技术落后、能耗大、循环水量大等缺点。油洗工艺先进，能有效回收高温荒煤气的热量，但目前国内在油洗工艺方面的技术还不成熟，尚需深入研究，而国外采用的大都是油洗工艺[41]。

目前国内主要以水洗工艺为主，具有代表性的是抚顺炉水洗冷凝回收工艺。

抚顺干馏装置通常是20台干馏炉（成为一部）共用一套冷凝回收系统，该回收系统主要包括集合管、洗涤饱和塔、冷却塔等设备。抚顺水洗冷凝回收装置具有结构简单、操作和检修方便等优点，但其工艺落后，能耗大，循环水量也大。又因抚顺干馏炉是内热式干馏炉，气体热载体气量大，而且其中含有大量的惰性气体（氮气和二氧化碳等），这样造成的结果是产品浓度低，回收困难，同时使冷凝回收系统设备庞大[31]。后经陕西冶金设计研究院有限公司改进，新系统增加了间冷塔、电捕焦油器、装有新型填料的油吸收塔、机械化油水澄清槽等新型设备[42]，并于2008年9月顺利投产。

目前国内普遍采用的是水洗工艺，油页岩干馏水洗工艺是借鉴了焦化行业的水洗工艺，优点是工艺成熟，但该工艺技术相对落后，而且能耗和循环水量大。国外冷凝回收工艺除了水洗工艺外，还有油洗工艺。油洗工艺较水洗工艺来说，具有技术先进的优点，而且能够避免荒煤气急冷过程中热量无法回收的缺点。但国内在该方面的技术还不是太成熟，存在的问题主要集中在干馏后荒煤气中粉尘量大，冷凝回收过程存在堵塞等方面，因此在国内油洗工艺还没有实现工业化。水洗工艺与油洗工艺的比较参见表3。

5 发展前景预测

根据现有技术状况分析，国内油页岩干馏技术应该有如下发展趋势。

（1）干排焦技术应用于气体热载体干馏工艺。国内外目前采用的气体热载体法大都采用湿排焦方式，半焦能量无法得到有效利用，而利用干排焦方式排出的半焦可以直接送到循环流化床锅炉中进行燃烧，不需要经过干燥等工序，既节省了干燥所消耗的能量，又简化了工艺。

表2 国内主要干馏技术对比

表3 水洗工艺与油洗工艺的比较

（2）采用更加高效的冷凝回收系统。国内普遍使用的冷凝回收工艺大多是水洗工艺，虽然技术比较成熟，但存在工艺落后、能耗大、循环水量大等缺点。国外的几种干馏技术采用的是油洗技术，该技术工艺先进，能有效地回收高温瓦斯气的热量，但国内油洗技术还不成熟，尚需深入研究。

（3）完善固体热载体干馏工艺流程。固体热载体虽然有干馏时间短、干馏强度大等优点，但对系统密封和物料输送等关键环节要求高，因此简化流程也是油页岩干馏技术未来重要的发展方向。

（4）注重环境保护。随着我国对环保要求的提高，无废排放和油页岩综合利用将会成为油页岩发展的重要方向之一。

综上所述，我国油页岩干馏技术仍然存在巨大的上升空间。

6 结 语

我国油页岩产业正处于技术快速发展和产业成长阶段，主要表现在：①多种抚顺炉改进技术涌现，试验结果表明油收率可获得显著提高；②成大瓦斯全循环气体热载体干馏技术刚开始投入工业运行，有待于长期运行检验；③以大工新法为代表具有自主知识产权的固体热载体干馏技术出现。但依然存在诸多问题亟需解决，主要在于：①现有气体热载体干馏技术单炉处理量小、油收率偏低、半焦无法利用等问题亟需解决；②国内固体热载体干馏自主技术依然处于试验阶段，暂时无法投入商业化生产；③引进国外先进的干馏技术投入生产，尚没有实质性进展；④国内页岩油回收技术亟待改进，油洗技术亟需完善和推广。

可以看出，干馏技术的完善并不是对于某一个环节而言，而是对包括页岩热解、收油、排焦等多个工艺环节的完善和优化，从而更好地实现能源高利用率、低污染等目标。无论是气体热载体干馏还是固体热载体干馏，我国现有的技术水平依然与国外存在较大差距，通过自身的研发和关键技术的突破，现有的技术依然存在上升空间。另外，国内油页岩干馏技术还需跟国外技术加强交流与合作，在吸取国外先进技术的同时，结合我国油页岩资源特点，形成适合干馏我国油页岩的先进技术。

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