油頁巖干餾油氣冷凝回收頁巖油的研究

趙海鋼，黃建寧，裴紹暉，王 濱

（遼寧成大股份有限公司， 遼寧 大連 116001）

油頁巖是富含有機物的沉積巖，粒度小，主要成分為油母質（由有機化合物組成的固態混合物），可自其提煉出液態烴類，一般含油率4%～20%，最高可達30%。油頁巖加熱到大約500 ℃時，有機質由于熱分解而形成頁巖油，性質近似天然石油[1,2]。

國內現有的油頁巖干餾技術干餾產品冷凝回收的主要工藝流程為：從干餾爐導出的干餾油氣經集合管進行初次水洗滌，再進入洗滌塔初冷，除去其中灰塵，回收大部分的頁巖油；進入捕集油霧設備以保證干餾油氣含霧狀的頁巖油能在此捕集下來；進入氨吸收塔保證在一定溫度下對干餾油氣中的氨進行吸收；最后進入冷卻塔，回收干餾油氣中剩余的頁巖油。其中，干餾油氣送入冷卻塔中時，用4℃左右的冷卻水洗滌冷卻，使干餾油氣冷卻至 35 ℃上下，最后剩余干餾油氣送往燃氣電站機組進行發電或供給鍋爐作為燃料[3-5]。

為考察 35 以下干餾油氣中含頁巖油占總出油的比例，以新疆吉木薩爾油頁巖作為原料進行了試驗分析。

1 實驗原理

1.1 加熱過程

油頁巖由熱的氣體或熱的固體將熱量傳給油頁巖表面，然后由表面向油頁巖內部進行傳熱。油頁巖塊度越小，熱越容易傳至其中心，油頁巖加熱所需要的時間就越短。

1.2 熱解過程

這一過程是產生干餾油氣的主要過程，其中油頁巖中的部分礦物質也可能受熱分解，放出水和二氧化碳。

1.3 擴散與逸出過程

熱解生成的業態產物氣化后，與氣態產物一起，首先通過油頁巖內部空隙和毛細管而擴散到油頁巖塊之外，然后通過油頁巖間的空隙至油頁巖層之外，最后導出干餾裝置。當加熱到105 ℃左右時，油頁巖的主要變化是干燥脫水。在180 ℃左右，放出油頁巖中包藏的少量氣體。隨著溫度進一步的升高，至450～520 ℃左右，油頁巖內的有機質即熱解生成頁巖油蒸汽和熱解氣體的混合物以及固定碳。逸出的蒸汽——氣體混合物在降溫冷凝時，便分離成氣相和液相。液相產物通常分成不混合的兩層，一層是頁巖油，一層是水溶液[6]。

2 實驗部分

2.1 試驗原料

新疆吉木薩爾油頁巖。

2.2 儀器設備

管式反應器干餾試驗工藝流程如圖1。

圖1 油頁巖干餾試驗裝置工藝流程Fig.1 Oil shale carbonization test device

干餾試驗采用電加熱的外熱式管式反應器，由控溫儀控制升溫。油頁巖樣裝于管式反應器中，每次加入頁巖量為6.5～7.5 kg。干餾出的氣體產物(油氣和氣體)經冷凝器用水間接冷卻，水和焦油冷凝后收集于錐形瓶中，干餾氣及未冷卻的輕質產品由導管引出點燃。

2.3 實驗過程

首先將油頁巖破碎篩分成粒度為6～12 mm，裝入管式反應器中，用氮氣吹掃10 min，啟動溫控儀，試驗在常壓下進行，反應器升溫速度由溫度控制儀控制， 升溫速度如下：

(1) 室溫～300 ℃，60 min，恒溫30 min;

(2) 300～550 ℃，60 min，恒溫100 min；一次試驗需時間250 min。

控制冷凝回收裝置循環冷卻水的溫度，以調節干餾油氣的溫度。

3 結果與討論

本次試驗對新疆吉木薩爾油頁巖、干餾氣、頁巖油進行了特征分析，表1 是新疆吉木薩爾油頁巖特征表，表2 是新疆吉木薩爾油頁巖干餾氣特征表，表3 是新疆吉木薩爾頁巖油特征表。

表1 新疆吉木薩爾油頁巖特征表Table 1 Characteristics of Xinjiang Jimusaer oil shale

表2 新疆吉木薩爾油頁巖干餾氣特征表Table 2 Characteristics of dry distillation gas from Xinjiang Jimusaer oil shale

表3 新疆吉木薩爾頁巖油特征表Table 3 Characteristics of Xinjiang Jimusaer shale oil

冷凝回收頁巖油 35 ℃上下所占總出油的比例如表4 所示。

表4 冷凝回收頁巖油35 ℃上下所占總出油的比例Table 4 Proportion of shale oil recovered by condensation at about 35 ℃ in total oil

將 35 ℃以下回收的頁巖油集中封存，之后將其敞口放置24 h 時，其中揮發出去的頁巖油的質量是所剩余頁巖油質量的一半。

在工業上回收 35 ℃以下的干餾油氣使之冷凝成頁巖油，需要考慮上深冷設備的成本，以及干餾氣被深冷后，其熱值降低對整個干餾工藝的影響。

4 結 論

(1) 在干餾油氣溫度T≥35 ℃時冷凝下來的頁巖油的質量約占總出油的96.7%，干餾油氣溫度T≤35℃時冷凝下來的頁巖油的質量約占總出油的3.3%。

(2) 在干餾油氣的溫度被冷卻到T≤15 ℃時，剩余干餾油氣仍然可以冷凝下來頁巖油。

(3) 干餾油氣的冷凝溫度越低，冷凝下來的頁巖油質量所占比例越高。

(4) 含油率較高的油頁巖干餾時產出的干餾油氣在冷凝時，T≤35 ℃時被冷凝下來的頁巖油占總出油的比例偏高。

(5) T≤35 ℃時冷凝下來的頁巖油，在敞口放置24 小時后，揮發出去的質量占原頁巖油質量的1/3。

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