頁巖油產品質量權重分析

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

關鍵詞：頁巖油；質量管理；指標權重

隨著我國能源需求總量不斷增加，能源生產和消費結構不斷優化，傳統的常規石油產量在不斷下降，非常規油氣資源和新能源作為補充資源得到越來越多的關注［1］。頁巖油是一種非常規石油，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轉變為頁巖油和干餾氣。

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燃料油的需求［3］。如何高質量、低成本提煉頁巖油已成為各國關注的焦點。現油頁巖干餾工藝普遍存在工藝環節多、產品質量指標難以控制的問題［45］。撫礦頁巖煉油廠為提升頁巖油質量提出了產品質量指標權重分析法，本文將介紹該方法的應用及其取得的實際效果。

1頁巖油生產工藝及其質量指標

1.1頁巖油生產工藝

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

1.2頁巖油工藝指標

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

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

2頁巖油質量指標權重分析法

頁巖油作為最終產品，其質量指標（見圖1）關系到銷售、利潤和品牌塑造等各方面，不同工藝環節對質量指標的影響權重不同。

生產中主要產品頁巖油的關鍵參數指標（如凝點、灰分、閃點等）難以控制，為此我們對關鍵產品的質量指標進行分解，通過科學實驗和模擬分析得到不同工藝過程對質量指標的影響權重，構建權重矩陣，質量指標權重分析法的主要原理如圖2所示。

假設生產最終產品——頁巖油需要n個主要工藝環節，每個工藝環節都有各自的主要指標，稱為工藝指標。例如破碎和篩選過程，油頁巖粒度即為一個工藝指標。設最終產品的質量指標有m個，則工藝指標與質量指標之間的影響關系可以用權重系數表示。例如，質量指標1主要受工藝指標1和2影響，且通過長期的經驗積累或者科研實驗/模擬研究，確定工藝指標1和2對產品質量指標1的影響權重分別為0.35和0.65，則可確定權重系數x11=0.35，x12=0.65，x13=x14=…=x1n=0。當確定了所有權重系數后，即獲得了頁巖油產品的權重矩陣，權重矩陣與工藝指標向量的乘積等于產品指標向量（見圖2）。

由權重系數構成的權重矩陣是一個工廠整體質量控制的關鍵。多年的實踐經驗表明質量指標權重矩陣對改善產品質量具有重要作用，主要表現在以下方面：

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

（2） 對某一批次產品質量問題進行追溯時，首先檢查權重系數較大的工藝；

（3） 借助質量指標權重矩陣對產品質量指標進行針對性調整，獲得定制化的改進方案。

3成果應用實例

3.1應用過程

通過反復實驗和模擬研究，確定了影響油頁巖的主要工藝環節有破碎、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。

通過經驗總結、室內小型試樣模型測試、計算機模擬等方式，測得各工藝參數對產品質量指標的影響權重，即權重系數，構建產品質量指標權重矩陣。

所構建的產品質量指標權重矩陣為8×7格式，每一行代表一個產品質量指標（用i表示），每一列代表一個工藝指標（用j表示）。如以x表示權重系數，則根據平衡關系，產品質量指標權重矩陣應滿足：∑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，即對產品質量指標的影響較為綜合或者在特殊指標上權重系數較大；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品的綜合影響程度，具有相對性。工藝重要度在有效提升產品質量方面具有指導作用，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不合格，都有可能導致生產出不合格產品。

在應用質量指標權重分析法后，經不斷試驗摸索，確定各工藝的最優參數區間，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置了分指標。通過對分指標連續或間歇檢測，達到“多出油、出好油”目標。

3.2應用效果

通過產品質量指標權重分析法控制產品質量，產品隆巖牌頁巖油榮獲省名牌產品稱號；頁巖油產品獲ISO 9001質量體系認證。企業生產的產品質量好，售前、售中、售后服務優，獲得了市場充分肯定，榮獲省、市重合同守信用模范單位。

4結語

頁巖油煉制工藝復雜，最終產品質量難以控制。通過質量指標權重層次分析法將頁巖油質量指標分解，并與各個生產環節的分指標建立關聯，通過嚴格把控分指標，達到生產優質頁巖油的目的。其方法對于具有復雜生產工藝的工業產業質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余熱回收及參數優化研究［J］.太陽能學報，2023，44（1）：126132.

［2］湯月亮，吳昊，閆玉麟，等.油頁巖熱解技術研究進展［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］.煤質技術.2021，36（3）：113.

［4］王智景.近/超臨界水及無水作用下撫順油頁巖熱解行為及產物特性研究［D］.太原：太原理工大學.2022.

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