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1、油页岩的综合利用,油页岩的综合利用,随着我国经济社会持续快速发展，能源需求大幅增长。 2005年我国一次能源生产总量达到206亿t标煤，是世 界第二大能源生产国。但煤炭供应仍感紧张，电力短缺，原油进口增加，环保压 力加重，能源已成为制约社会经济发展的重要因素。特别是 在我国“富煤、贫油、少气”的资源赋存特点下，石油供应更 显紧张。石油短缺，已成为我国经济发展的“瓶颈”，石油进口不断增多，对外依存度提高带来的风险日益加重。在保证液体燃料供应的诸多办法中，页岩油是一种较现实的石油替代能源。,背景影响,什么是油页岩？,油页岩又称油母页岩，是一种高矿物质含量的固体 可燃有机沉积岩。油页岩经热解(低温干
2、馏)可得到类似 原油的页岩油和类似天燃气的煤气。按其矿物质组成不 同，油页岩分为粘土质油页岩、硅质油页岩和石灰质油 页岩3种；按有机质组成不同，分为腐泥型、腐泥腐植型 和腐植腐泥型油页岩3种。石油是由碳氢化合物组成的复杂混合物，它包括气 体(天然气)、液体(原油)、固体(煤炭除外)，因此按照 这一定义，油页岩属于石油。在国际上油页岩被列为非 常规油气资源。,页岩油很像石油,除了液态的碳、氢物 质外，还含有少量氧、氮和硫的化和物。页 岩油经过进一步加工提炼，可以制得汽油、 煤油、柴油等液体燃料，具有与石油相同的 作用。,燃烧,2018/10/17,远在19世纪就有人从油页岩生产出页岩油，并加工成
3、灯油等产品以供民用。1921年爱沙尼亚建成单炉日处理油页岩7 t的直立圆筒内热式干馏炉，1924年建成日处理33 t的干馏炉，1928年日本人也在中国抚顺建成日处理油页岩30 t的类似干馏炉。美国预计到2020年逐渐达到日产页岩油20万桶，最终达到日1000万桶的水平,页岩炼油历史悠久,油页岩资源分布状况,油页岩产油率低于6%者属贫矿,高于10%的属富矿。世界已探明的产油率在 4%以上的油页岩储量，折合页岩油约470Gt,超过已探明的石油储量。美国西部格林河流域拥有世界上储量最大的油页岩矿藏；中国的油页岩资源也较丰富,仅次于美国、巴西、俄罗斯等国,其中最负盛名的为抚顺矿区，与煤共生， 探明油页
4、岩储量3.6Gt。 平均产油率约5.5%；茂名油页岩矿，可采储量4Gt，平均产油率6.0%。,油页岩主要用途,归纳起来，油页岩有三种主要用途：,1、干馏制取页岩油及相关产品若将油页岩打碎并加热至500左右，就可以 得到页岩油。我国常称页岩油为人造石油。一般来 说，1吨油页岩可提炼出38至378公升(相当于0.3 至3.2桶)页岩油。页岩油加氢裂解精制后，可获得 汽油、煤油、柴油、石蜡、石焦油等多种化工产品。,2、作为燃料用来发电、取暖和运输 首先是用来发电。利用油页岩发电的形式有两种。 一是直接把油页岩用作锅炉燃料，产生蒸汽发电；另 一种是把油页岩低干馏,产生气体燃料，然后输送到 内燃机燃烧发
5、电。目前普遍采用前一种形式。其次， 可以利用油页岩燃烧供暖。在2001/2002年度,爱沙 尼亚利用油页岩发电和向居民、工业供暖所创造的效益 分别占国家税收的76%和14%，对其国民经济具有 重要意义。再次，可以利用油页岩燃烧带动发动机，用 于长途运输。,3、生产建筑材料、水泥和化肥 作为附加品，油页岩干馏和燃烧后的页岩灰主要用于 生产水泥、砖等建筑材料。在德国，每年有30万吨油页 岩用于水泥的生产。在我国，油页岩干馏和燃烧后的半 焦灰渣用来制造砌块、砖、水泥、陶粒等建材产品。,不同国家对油页岩的用途不同。在爱沙尼亚，油页岩主要用来发电和提炼页岩油；在巴西，油页岩主要用作运输燃料；在德国，油页
6、岩主要用于制造水泥和建筑材料；在中国和澳大利亚，油页岩主要用于提炼页岩油和用作燃料；在俄罗斯和以色列，油页岩主要用于发电。,油页岩开采技术,直接开采,地下转化工艺 技术(ICP),井下开采,露天开采,露天开采适合于埋藏较浅的矿床开采，成本低，安全系数高，辽宁抚顺和广东茂名就是典型的例子。井下开采有竖井、水平坑道采矿两种方式，适合于埋藏较深的矿床。,直接开采是较原始的开采方式，局限性比较大，对生 态环境的破坏也十分严重，主要表现在三个方面：,一是：生态及水质破坏严重。无论是露天采矿还是井下采矿，都需要把地下水 位降低到含油页岩层层位以下，开采1立方米油页岩， 一般需要抽出25立方米的地下水；采矿
7、水极大地增 加了地表水、地下水中硫酸盐的含量。在巴西，油页 岩采矿长期破坏着矿山及其附近的生态平衡和水位水 质的稳定。,二是：灰渣污染严重。通过直接开采得到的油页岩用于提炼页岩油或直 接燃烧，产生大量灰渣，如果不回收利用则不仅会造 成空气污染，且废弃灰渣占地面积大，其中金属元素 和微量元素渗入地下水体，危害人们生产生活。,三是：直接开采占地较多，一旦开垦就无法完全修复。,地下转化工艺技术(ICP),ICP是壳牌公司投入巨资研发出的开采油 页岩及其他非常规资源的专利技术，对开 发深部油页岩尤其有利。ICP开采油页岩 的基本原理是在地下对油页岩矿层进行加 热和裂解，促使其转化为高品质的油或气， 再
8、通过相关通道将油、气分别提取出来； 将这些高品质的油（气）采集到地面进行 加工后，可生产出石脑油、煤油等成品油。,ICP工艺技术原理,油页岩矿石采出之后，最先是作为能源而被使用的，即干馏炼油和作为燃料。油页岩干馏后的页岩油可作为燃料油出售，也可以通过加氢精制和非加氢精制的方法生产轻柴油，提高页岩油附加值，精制后的重油作燃料使用。油页岩做燃料主要是用来发电，即直接用作锅炉燃料或进行低温干馏产生气体燃料而发电，还可用于供暖和长途运输。,油页岩利用技术,1. 油页岩单独直接燃烧发电2. 油页岩单独炼油3. 油页岩干馏炼油、半焦燃烧发电集成系统4. 油页岩渣制作建材,我国油页岩的利用,油页岩单独直接燃
9、烧发电 油页岩燃烧发电经历了悬浮燃烧方式，流化床燃烧方式和循环流化床燃烧方式三个阶段。,茂名油页岩发电项目效果图,油页岩单独炼油 我国抚顺式干馏炉是比较成熟的干馏技术，虽然日处理量小，油收率低，但由于它具有结构简单、运行稳定、安装方便、投资少、建期短等特点，且经过几十年的商业运行考验，被许多企业所青睐。,国内抚顺式干馏炉炼油技术,干馏炼油,(1)干馏工艺根据油页岩硬度大、破碎耗能大 的特点，按粒度等级选择不同干馏 炉和干馏工艺进行干馏热解。,粒度越大，传热越慢，油页岩粒内 外温差越大，颗粒内页岩油蒸气的 扩散和停留时间增加，页岩油的热 分解加剧。当页岩油产率、热效率、 干馏炉效率等综合效益大于
10、油页岩 破碎耗能成本时，最好采用小颗粒 于馏工艺。,(2)干馏炉选型和设计原则。首先根据自家油页岩特性来选择干 馏炉炉型，然后再与之配套回收系 统。,干馏炉设计和选型，需掌握以下4点原则： 在干馏终温确定的前提下，提高 加热速度； 减少油气在干馏炉内停留时间， 主要防止页岩油二次热解； 油气出炉后采用淬冷，目的也是防 止页岩油二次热解； 需在富氢还原气氛中干馏(热解)。,(3)油页岩同收系统工艺流程包括 两部分： 干馏炉集合管双竖塔(或旋铺器)间冷油洗器电捕油器风机深冷 器过滤器脱硫塔煤气储柜燃烧 煤气(或合成煤气)； 热循环煤气流程：风机一间接连续加 热炉(或电磁感应加热炉)一干馏炉。,(4
11、)油页岩预热干燥。油页岩干馏之前，预热也是一个十分重 要的环节。油页岩中的水分不但耗热， 而且也影响传热和干馏效率。油页岩水 分蒸发需要一定时间，水分蒸发后，热 才能传给油页岩进行热分解；另外，水 分的脱出可减轻回收系统负荷，减少废 水排放量。,油页岩干馏年处理油页岩矿石30万吨厂,油页岩的综合利用,目前，油页岩的应用已经不拘泥于单纯的发电或是炼油，而是综合利用。吉林省东北电力大学李少华、王擎等申请了实用新型专利：油页岩干馏炼油、半焦燃烧发电集成系统,页岩干馏炼油、半焦燃烧发电集成系统图,该系统的基本原理是：首先将油页岩破 碎到12mm以下，其中大部分油页岩与 循环流化床锅炉燃烧产生的热的循环
12、灰 (固体热载体)混合后一起送入滚筒式干 馏炉中进行干馏炼油，干馏后的半焦与 部分油页岩一起送入循环流化床锅炉燃 烧发电，燃烧后的灰渣送入建材厂制作 建材。,油页岩渣制作建材： 2000年，吉林省桦甸市用油页岩渣作填充砌块，生产承重砌块和路面砖。,页岩废渣提取化学品工艺流程,在高油价时代，有关国家对油页岩的开发利用活跃起来。美国国会于2005年通过了发展非常规能源的法案，掀起了油页岩干馏炼油的研发高潮。美国总统布什于2008年6月18日声明，支持发展油页岩，鼓励国会放开对批准页岩油试验用地的限制。美国内政部己批准了6项给予石油公司的土地矿产租赁项目，支持开展油页岩干馏炼油。美国科罗拉多矿业学院
13、在2006年、2007年、2008年连续召开了第26届、27届、28届国际油页岩会议，参与人员众多。当前，美国有29家公司正开展油页岩加工利用的研究，其中14家公司开展地下干馏，11家开展地上干馏的研发，2家公司开展页岩油加氢制取轻质油品研究。,发 展 前 景,近年来，由于上轮全球能源需求的增长和解决废弃油页岩环境问题的需要，油页岩的勘探开发面临新的机遇。抚顺、桦甸、罗子沟、黄县等老油页岩矿先后恢复了页岩油生产。2008年，国内年产页岩油约40万吨，其中抚顺矿业集团油页岩炼油厂是目前我国正在运行的、最大的油页岩提炼厂，其产量达到35万吨。,针对现有抚顺炉单台装置处理能力小、油收率 低、污染环境
14、等缺点，抚矿集团于2006年成 立了“辽宁省抚矿集团工程技术研究中心“，将 油页岩综合利用作为重点，开发大型油页岩干 馏新工艺和相应的生产装置，研发页岩油生产 过程的废水、废渣的处理与循环利用技术。,虽然目前油页岩的开发利用还有局限性，但是，倘若今后油页岩综合利用技术能满足环境保护的要求，能具有一定的经济优势，那么油页岩开发利用前景将十分光明，尤其是中国这种能源高度依赖国际市场的国家，油页岩市场会更加宽广。国际能源机构在“2002年世界能源展望”中预言，2020年以后，非传统来源的石油供应量会有很大的增加，约占世界石油需求总量的8，这部分增量很可能由部分油页岩来满足“一。,随着经济的快速发展，中国对能源的需求将进 一步增多，对国际能源市场的依存度也会进一步增大，中国油页岩资源较丰富，有必要大力发展油页岩工业，以减轻中国的能源压力。在油页岩工业的发展过程中，要作好油页岩的综合利用工作和环境保护工作，在充分利用该资源的同时，更要重视环境和经济的可持续发展。,愿同学们前程似锦,2011.06,
