第38卷第6期2009年12月当代化工Contemporary Chemical Industry Vo1.38，No.6December ，2009
*收稿日期：2009-11-10
作者简介：张晶，高级工程师，1993年毕业于抚顺石油学院，一直从事煤制油及石油化工设计工作。
E-mail ：zhangjing_ 。
随着世界经济的发展，石油的消耗量迅速增
加，石油资源日趋紧张。2001年，世界原油的消耗量为35.106亿t ，据预测，到2010年，世界原油的
消耗量将达到44.74亿t 。
据现有探明的石油储量来看，全球石油资源只能维持约40年左右的开采，因此，寻可替代能源已引起全球各国的普遍关注。地球上油页岩储量大大超过天然石油的储量，在石油资源紧缺的背景下，沉寂多年的油页岩受到了各国的重视，油页岩的开发和利用成为研究的热潮。 目前，美国、中国、巴西、俄罗斯和爱沙尼亚等国都在利用油页岩炼油、发电，并探索提高效率、综合
利用和降低生产成本之路。美国具有世界上最丰富的油页岩资源，换算成页岩油，超过中东石油的储量，但美国始终没有页岩油的工业
化生产。美国能源部等机构，
根据国会发展非常规能源的法案，提出了发展页岩油生产的中长期设想，建议至2035年，年产页岩油达到1亿2千5百万t 。美国的壳牌公司、埃克逊莫比尔公司等，主要在进行地下干馏试验。巴西油页岩资源丰
富，含油率不高（8%～9%
），但露天开采，成本低；目前用于干馏炼油，已建成2台佩特罗瑟克斯（Petrobras ）块状页岩（6～50mm ）干馏炉。Petro-bras 干馏炉油收率高达85%～90%，1年可连运行330天以上，是世界最先进的固定块状页岩干馏炉。俄罗斯早在上世纪30年代就开始油页岩
干馏炼油，至20世纪80年代页岩油年产量达5Mt ，1998年减产至2Mt ，现已停产。最近，莫斯科动力研究所、圣彼得堡原子能设计院、圣彼得堡石油化工设计院联合，针对列宁格勒库克瑟特油页岩特性，结合爱沙尼亚Galoter 干馏炉运行经验，设计了日处理3000t 颗粒页岩干馏炉与发电联合装置，正待上级批准后建设。我国油页岩探明储量320亿t ，预测资源6000亿t 。目前，抚顺矿业集团年产页岩
油约30万t ，抚顺矿业集团拟在2010年将岩油加工能力扩大到约60万t/a 。前几年，抚顺矿业集团页岩油产量不够，故未进行深加工，目前产量已达到可以进行深加工的规模，生产清洁燃料，从资源利用、环境保护和经济效益方面都更趋合理。在当今世界石油价格居高不下、储采比逐渐下降的形势下，页岩油作为一种重要的可替代能源，其加工利用日益得到重视。
1页岩油的性质
油页岩又称油母页岩，是一种含有机质的沉积岩，为低热值固体化石燃料。油页岩由有机物质和无机物质组成，其无机物质常见的有石英、粘土、碳酸盐等，有时还含有铜、镍、钴、钼、钛、钒
等的化合物。油页岩有机物质可分为两类：一类为油母，是其主要成分，分析元素组成主要为C 、
H 、N 、S 、O 等；另一类为沥青，其含量一般在1％
张晶，周彦文，陈维思
摘要：介绍了世界上页岩油的各种加工方法，从工程设计的角度出发，研究了抚顺页岩油加工精制的工艺路线和工艺方法，提出了以煤制氢作为氢源的加氢精制工艺流程。关
键
中图分类号：TE 662
文献标识码：A酒精气化炉
文章编号：1671-0460（2009）06-0606-04
（中国石油集团工程设计有限责任公司抚顺分公司，辽宁抚顺113000）
左右。一般认为油母是一种具有三维结构的大分子聚合物的混合物。油母中的碳主要以脂族及环烷结构存在，也有部分芳香族。所以只要能把油页岩中油母提炼出来，就可得到类似石油原油，也即页岩原油。油页岩经低温干馏热加工后，油母分解生成页岩油、干馏煤气和页岩半焦。
页岩油常温下为褐膏状物，带有刺激性臭味。油页岩中的轻馏分较少，汽油馏分一般为2.5%～2.7%；360℃以下馏分约占40%～50%；含蜡重油馏分约占25%～30%；渣油约占20%～30%。页岩油中含有大量石蜡，凝固点较高，含沥青质较低，含氮量高，属于含氮较高的石蜡基油。
中国油页岩中硫和氮的质量分数分别为0.5%～1.0%和0.5%左右。页岩油中硫的质量分数为0.4%～0.7%，氮的质量分数为0.75%～1.27%。这表明，页岩油中硫、氮含量与油页岩的有机质中硫、氮含
量密切相关，有机质中硫、氮含量高，则页岩油中硫、氮含量亦高，与油页岩中硫、氮含量无直接关系。中国油页岩灰分组成，各矿虽有不同，但是以硅、铝为主，其中氧化硅质量分数为55%～62%，氧化铝质量分数为10%～27%，二者之和占绝大部分。从组成来看，这些灰分除了制取建筑材料外，尚可代替轻质碳酸钙、陶土等，用于橡胶和塑料制品填充剂，以扩大使用范围，提高经济效益[1]。
2页岩油加工工艺
2.1页岩油加氢工艺
页岩油是油页岩中的有机质受热分解生成的产物，类似于天然石油[2]。它与天然原油虽然都含有大量的碳氢化合物，但天然原油主要是由饱和烃所组成，一般说来容易加工精制，而且产品性质比较稳定。而页岩油比天然原油含有更多的氮、氧等有机杂环化合物及不饱和烃类化合物。这样就使页岩油的组成和性质变得复杂起来，给加工精制造成困难[3]。页岩油中含有较多的极性化合物，这些极性化合物给页岩油的加工利用带来诸多不变。我国页岩油中的极性化合物以含氮化合物为主[4]。分离和分析这些含氮化合物所用的方法有酸洗法、吸附谱法、离子交换谱法及络合法[5]。
页岩油中不饱和烃及非烃化合物是造成油品胶质增多、沉渣形成，从而导致性变差、颜变黑的主要原因。所以，不论是用页岩油进一步加工生产燃料油，还是生产其他产品，均需除去非烃化合物、饱和烯烃，从而保证产品质量。基于以上对页岩油及各馏分的性质分析，抚顺石油化工研究院（
FRIPP）采用页岩油全馏分直接加氢裂化，生产石脑油和精制柴油。
油页岩加氢精制工艺，是在300～400℃的温度，10.13～15.20MPa大气压和催化剂存在下，将页岩油馏分在氢压下除掉其硫、氮、氧等非烃化合物及金属杂质等，并将不饱和组分进行加氢饱和。经过加氢精制的油品，其性、感铅性、烟点、颜、气味、燃烧性能及粘度指数等，都会得到很大的改善。结果证明：热裂解柴油的加氢精制性能与一号粗柴油相比，无明显差异[6]。
加氢裂化装置采用加氢裂化、加氢精制一段串联反序流程。原料从装置外来经换热后与裂化生成油一起由加热炉加热至反应所需的温度后进入加氢精制反应器进行加氢精制反应，将原料中的硫、氮、氧及金属等非烃化合物脱除，原料和裂化生成油中的烯烃和芳烃进行加氢饱和。反应生成油经热高分和冷高分气液分离后，至硫化氢汽提塔，脱出硫化氢气体，产品分馏塔分离出石脑油、加氢柴油和加氢尾油。石脑油和加氢柴油作为产品出装置，＞370℃的加氢尾油循环至裂化反应器进行裂化反应，裂化生成油与新鲜页岩油原料一起进精制反应器。
流程特点如下：
（1）反应进料加热炉采用炉前混氢，简化流程，减少投资；
（2）设热高分，回收反应生成热，降低能耗；
音频信号分配器
（3）设循环氢脱硫系统，调节循环氢硫化氢含量，提高反应效率；
（4）＞370℃的加氢尾油全循环（少量外排）进行裂化反应，提高汽、柴油收率；
（5）产品分馏部分设硫化氢汽提塔和产品分馏塔双塔流程，降低石脑油硫含量。
2.2页岩油加氢的制氢方案
抚顺矿业集团页岩油加氢精制和加氢裂化方案的氢气来源考虑了3个方案。
第1个方案：抚顺矿业集团页岩油厂的干馏瓦斯含有10%左右的氢气，采用变压吸附从干馏瓦斯中将氢气提出比较简单，但是干馏瓦斯氢气含量较低，需要大量瓦斯气，目前干馏瓦斯气大
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张晶，等：抚顺页岩油加工方案初步研究2009年12月
都用于发电，所剩不多，因此方案不可行。
第2个方案：抚顺老虎台矿煤层气中含有36%甲烷，是制氢的理想原料。其方法是先采用PSA 法，将甲烷气从煤层气中提出，用烃转化制取粗氢，再用PSA 法将氢气提浓。但是由于煤层气来源不稳定而
加氢精制装置必需有稳定和连续的氢气供应，故也不可行。
第3方案：用煤造气制氢也是国内外广泛采用的方法，该方法原料（通常是褐煤）充足，技术先进可靠，是值得探讨的制氢方法之一。因为页岩矿常与煤矿伴生，所以制氢原料煤来源充足。该方案的核心是煤造气，CO 变换，煤气净化和提浓氢气的技术。
目前世界正在应用和开发的煤气化技术有数十种之多，气化炉型也是多种多样，最有发展前途的有10余种。所有煤气化技术都有一个共同的特征，即气化炉内煤炭在高温条件下与气化剂反应，使固体煤炭转化为气体燃料，剩下的含
灰残渣排出炉外。气化剂为水蒸气、
纯氧、空气、CO 2和H 2。粗煤气中成分主要是CO 、H 2、CO 2、CH 4、N 2、H 2O ，还有少量硫化物、烃类和其他微量
成分。各种煤气的组成和热值，
取决于煤的种类、气化工艺、气化压力、气化温度和气化剂的组成。煤气化分类无统一标准，有多种分类方法。①按气化炉供热方式可分为外热式(间接供热)和内热式（直接供热）两类；②按煤气热值可分为低热值煤气（＜8340kJ ／m 3）、中热值煤气（16～33
MJ ／m 3
室外隔音墙
）和高热值煤气（>33MJ ／m 3）3类；③按煤与气化剂在气化炉内运动状态可分为移动床（固定床）、流化床（沸腾床）、气流床和熔融床气化法等4类，这是目前比较通用的分类方法；④此外还有按气化炉压力、气化炉排渣方式、气化剂种类、气化炉进煤粒度和气化过程是否连续等进行分类的[7]。
煤气化方法按煤与气化剂在气化炉内运动状态可分为固定床、流化床、气流床和熔融床气
化等四类。
固定床气化炉包括鲁齐炉、U.G.I 炉、M 型炉和W-G 型炉。流化床气化炉包括恩德煤气化炉和U-gas 炉等。气流床气化炉包括壳牌
（Shell
）、GSP 和德士古（Texaco ）等炉型。炉型对比见表1。
表1几种炉型的技术对比表
Table 1
Technical contrast of different furnace type
二段一段GSP
恩德德士古
蓄电池防盗壳牌气化工艺气流床
液态排渣渣C 低气流床气流床
流化床固态排渣渣C ＜10%固定床固态排渣渣C ≥20%固定床固态排渣渣C ＜20%适用煤种褐煤烟煤石油焦烟煤（配比）
石油焦烟煤（配比）石油焦褐煤长焰煤不粘煤
弱粘煤弱粘煤进料方式＜80目＜200目＜80目＜10mm ＞20mm 块
＞20mm 块
气化压力/MPa 2.0～4.0 2.7～6.5 3.0常压常压
常压
温度/℃1400～1600
1300～1400
1400～1600
1050气化剂氧氧氧空气富氧纯氧空气空气
200010002000500～800180
氧气量ab胶管
1000m 3
（CO+H 2）330～360380～430
300～360180～297煤气中（CO+H 2），%90808646～783434～44
对环境的影响较低较低较低较低焦油、硫化物、粉尘焦油、
硫化物、粉尘气化效率，%80～83768069～76＜65＜70碳利用率，%9996～9798918086工业造气适宜性
量太大不宜量太大不宜量太大不宜较适合逐渐淘汰
厂内用
逐渐淘汰厂内用投资对比
高
高
高
较低
低
较低
单炉投料量/（t ·d -1）项目
608当代化工第38卷第6期
Study on Fushun Shale Oil Processing Plan
ZHANG Jing ，ZHOU Yan-wen ，CHEN Wei-si
（China Petroleum Engineering Co.，Fushun Branch Company ，Liaoning Fushun 113000，China ）
Abstract ：The shale oil processing methods in the world were introduced.From the viewpoint of engineering,the
process routes and methods to refine Fushun shale oil were studied.And the hydrofining process flow using the hy-drogen from coal as hydrogen source was put forward.
Key words ：Oil Shale ；Shale Oil ；Hydrofining ；Coal Gasification 通过以上气化技术对比，考虑到抚顺页岩油
加氢精制装置所需氢气量较少，恩德粉煤气化炉技术简单，造气规模比较适合，投资相对较低，是较合适的气化炉。煤气化后，煤气中CO+H 2质量分数在70%左右，经过低温甲醇洗或者NHD 技术脱硫和脱氮，煤气得到净化，再进入CO 变换装
置，使氢气含量达到70%，
然后用变压吸附技术（PSA ）提纯氢气，达到加氢精制装置所需的氢气
体积分数（99.9%
）。目前煤制氢方案，包括空分装置、
煤气化装置、煤气净化装置、变换装置和变压吸附装置，装置链条较长，尤其是空分装置和煤气化装置在生产规模较小的情况下，存在投资过高的问题，值得进一步探讨研究，通过经济测算得到合适的工业化规模。
3结束语
（1）页岩油是一种重要的非常规能源，我国
页岩油资源储量丰富，在今后一段时间内，开发、利用页岩油将是解决我国能源安全的途径之一。
（2）目前，国内生产的页岩油深加工率非常低，几乎都没有进行加工精制就作为燃料油直接
出售。页岩油含有的硫、
氮、氧化合物在燃烧过中，对环境有一定的污染，从长远的角度和趋势看，页岩油只有进一步加氢精
制生产清洁燃料油才能发挥更大的经济价值和环保效益。
（3）目前，抚顺石油化工研究院（FRIPP ）已经对页岩油加氢作了大量实验，提供了工业化基础。中国石油集团工程设计有限责任公司抚顺分
公司（CPEFS
）正在探讨开发用煤制氢为页岩油加氢提供氢气来源，设计一套经济合理的、切实可行的页岩油加氢工业化方案，为解决煤制氢投资过高的问题作出努力。
参考文献
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讨：油页岩开发利用论文集[C].抚顺：[出版者不详]，2008：43.[2]王爽.页岩油非加氢精制生产轻柴油的研究[J].辽宁城乡环境
科技，2003（6）：12-15.
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15-17.
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学，1991.
[6]侯祥麟.中国页岩油工业[M].北京.石油工业出版社，1983.[7]贺永德.现代煤化工手册[M].北京.化学工业出版社，2003.
Study on Combined Application of Catalysts FC-16and
FC-14in Hydrocracking Unit
红车轴草提取物WEI Jian-jun ，JIN Ai-jun
（Sinopec Jinling Company ，Jiangsu Nanjing 210033，China ）
Abstract ：The combined hydrocracking process with the simultaneous application of catalysts FC-16and FC-14was
put into use in one 1.0Mt/a hydrocracking unit ，and the operation of the hydrocracking unit was improved through this application.In this paper ，the activity ，selectivity and stability of the two catalysts as well as the compatibility with each other of the two catalysts were studied based on actual operation data.In addition,the commercial applica-tion has shown that the energy consumption has been reduced and the operation reliability has been improved signifi-cantly after the combined hydrocracking process with the simultaneous application of these two catalysts was put in-to use.
Key words ：Hydrocracking ；Catalyst ；FC-16；FC －14；Combined Process
（上接第585页）
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张晶，等：抚顺页岩油加工方案初步研究2009年12月
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