基于ATP工藝技術優勢與頁巖煉油的探索

摘要：本文對ATP工藝的技術特點和優勢進行分析，并對該項工藝在頁巖煉油中的應用流程與優化措施加以闡述。在掌握爐體結構與工藝原理的基礎上，力求通過優化進料系統、溫度控制系統、燃燒區結構等方式，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、產油率的提升。

關鍵詞：ATP工藝;技術優勢;頁巖煉油

引言：在現代化工業飛速發展下，傳統干餾爐工藝難以滿足頁巖煉油新需求，ATP干餾工藝應運而生，采用小顆粒油頁巖進行煉油生產，彌補了國內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。與傳統工藝相比，ATP工藝在提高原礦利用率、產品質量、產油率等方面具有較大優勢，可充分滿足現代工業生產需求，擁有廣闊發展前景。

1ATP工藝的技術特點

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質檢的頁巖粒度進行處理，頁巖濕、碎均會導致加熱不均勻，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頁巖充分混合起來，不會產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產品質量優良

在傳統撫順爐技術應用中，干餾過程涉及到油頁巖干燥、預熱、熱解以及冷卻等相關反應，上述反應在相同的干餾爐內完成，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。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熱，產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，發揮氣體沉降作用，降低機械雜質與頁巖油氣的含量，使后續除塵設備的工作強度降低，減少油內機械雜質含量，使頁巖油質量得到保障。因ATP爐的出爐速度較低，可減少瀝青揮發，進而減少油內瀝青質含量，節約大量深加工成本，使頁巖油的產品質量更加優良[1]。

1.3產油率較高

ATP爐氣體排出溫度為500℃，全部產品油都以氣體形態存在，與以往垂直干餾爐相比，油產量還有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，產生預熱和熱解作用。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，很容易出現加熱或者熱解不均勻等情況，進而降低平均產油率。而在ATP技術應用后，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，科室產油率提高15%左右。

2ATP爐在頁巖煉油中的工藝流程與優化措施

2.1爐體結構

ATP爐主體為回轉窯筒，在軸線長度由兩個同心圓筒構成，內筒帶有兩個密封腔室，負責油頁巖預熱與干餾工作;外筒為半焦燃燒區、高溫狀態頁巖反饋區域。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

將油頁巖經過預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℃，頁巖內的油母也可在絕氧環境下熱解，變成碳氫化合物，經過中心蒸汽管道進入回收裝置內。經過干餾處理的油頁巖半焦經過另一側密封進入旋筒內，最終返回到燃燒前區，受助燃空氣影響，將干餾后的油頁巖變為半焦狀態，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，為后續熱解提供熱量支持，剩下的油頁巖與煙氣一同輸入到冷卻區，將熱量回傳給預熱管。此類油頁巖在冷卻處理后，可將廢渣在除塵器內分離，使其變為含塵煙氣，利用布袋除塵裝置剔除煙氣內的微塵后，排放到大氣環境中。ATP干餾區生成碳氫化合物蒸汽，先利用旋分器剔除底油與粉塵，再將剩余的雜質輸入到干餾區進一步熱解，此舉可確保回收物為輕質巖頁原油。將油蒸汽洗滌后，在分餾塔內形成重油與尾氣，尾氣內的輕質油可傳送到吸收塔內，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系統優化設計

（1）進料系統優化。針對ATP工藝現存的現場設備使用隨機、恢復生產時間較長、未定期維護等問題，可采取以下措施進行優化。一是健全輪換機制，當前設備大多為一個使用一個備用，可設計合理的交替運行時間，避免某個設備長期運行增加故障概率;二是創建數據庫，以設備運行為中心，分析運行故障時間，創建設備檢修、維護時間表等，由此預防故障發生;三是采取有效的處理方式。當某個供料線因個別設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備。

（2）溫度控制系統優化。可在ATP爐內設置溫度內模控制器，首先在排除魯棒性與約束的情況下設置穩定的控制器，再安裝濾波器，通過改變和修正濾波器結構與參數等方式，使系統品質達到最佳狀態。

（3）燃燒區結構優化。針對該區域結構布設存在的缺陷，可采用Solidworks Flow Simulation軟件進行優化。一是最大限度減少直流噴射燃燒器產生的氣流作用，可利用旋流平焰燃燒器來實現;二是在燃燒范圍內加設旋風阻流板，使燃燒空氣在內部停留一段時間，為空氣和物流間的接觸預留充足時間，以免半焦高溫區外延到冷卻區;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，避免高溫區擴散。

結論：綜上所述，本文以頁巖煉油為中心，對ATP工藝優勢與流程進行介紹，并描述ATP爐的組成結構與原理，最后提出ATP工藝優化的有效措施。通過優化進料系統、溫度控制系統、燃燒區結構等方式，有效解決燃燒不均勻、溫度控制不當、燃燒區結構不合理等問題，使原礦利用率、產油率等方面得到極大提升，生產出更多品質優良的油產品，充分滿足現代工業生產需求，并朝著加氫精制、裂化一體化等方向發展。

參考文獻：

[1]劉曄.油頁巖煉油氨氮廢水和煙氣SO_2協同處理研究[J].中國環保產業，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研究[J].當代化工，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;高級工;煉油