第49卷第11期2020年11月
辽 宁化工Vol.49，No. 11 Liaoning Chemical Industry__________________________November，2020
许辉\张霜\荣青山2
(1.抚顺矿业集团有限责任公司工程技术研究中心，辽宁抚顺113009; 2.中国石油抚顺石化洗化厂，辽宁抚顺113003)
摘 要：页岩油是一种石油的可替代资源，油页岩经过热解得到页岩油，油页岩资源藏量非常丰富，具有广阔的开发价值和丰富的上下游产业链。ATP (Alberta Taciuk Process )是加拿大的小颗粒油页岩干馏技术，被抚顺矿业集团引进并消化，是目前世界上唯一一套工业化生产装置。FHQ (抚顺横流气体热载体干馏技术）是抚顺矿业集团自主研发的小颗粒油页岩干馏技术。两者分别是最新的固体热载体和气体热载体干馏工艺的技术合集，从不同角度推进着油页岩产业的进步发展，总结归纳两种工艺的运行特点，提出适合我国小颗粒干馏技术的发展方向。 关键词：小颗粒油页岩；干馏；气体热载体;
中图分类号：TE662.5 文献标识码：A
1研究背景
我国油页岩资源储量丰富，但不同于美国目前 大量开采的页岩油资源，我国的油页岩内页岩油是 以固态的形式赋存的，必须经过约500 t以上的高 温热解，才能将油品从页岩中释放出来。而我国的 热解干馏技术是块页岩干馏技术，副产大量的小颗 粒油页岩尾矿还未得到有效利用。本文通过分析国 内外小颗粒油页岩干馏工艺技术的特点，提出小颗 粒油页岩干馏技术发展方向：新型小颗粒油页岩干 馏工艺应具有高效、节能、环保、模块化等特点。2国内外技术对比分析
国际上的小颗粒页岩干馏技术除ATP工艺外，大多设备都已经拆除，不再运行，其核心设备干馏 器的形式都是回转类设备。国内的小颗粒油页岩干固体热载体
文章编号：1004-0935 ( 2020) 11-1375-05
馏工艺展现了多样化的发展途径，其中大连理工大 学和廊坊设计院依然采用回转类干馏器，上海博申 和沈阳鑫博则采用流化床技术，进一步研磨页岩成 粉末，大大缩短了干馏所需时间。抚顺矿业集团在 2005年着手引进ATP固体热载体干馏技术，2013 年投产，并在2010年开始自研FHQ干馏技术。
小颗粒油页岩干馏工艺设计关键点有两个：一 是为干馏提供热量的热源设计，二是热载体如何导 入
、导出干馏装置。由于这两点的不同，开发出不 同的反应器，不同的工艺路线，根据现有的工业技 术，很多工艺都可以实现，但如果长期运行，其维 护和检修的成本将数倍于块页岩干馏设备，目前还 在工业化运行的只有抚顺矿业集团引进的ATP生 产装置，具体工艺性能对比可参考表1。
表1国内外小颗粒页岩工艺性能对比表
^国际小颗粒页岩干馏技术国内小颗粒页岩干馏技术
技术--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Tosco II Galoter LR大连理工廊坊上海博申沈阳鑫博抚顺FHQ抚顺ATP 处理量/ (t.cT1)1000 6 000241501000505012 6 000
页岩块径/mm粉末0〜250-50〜100〜100〜3<200 目3〜100〜25干馏器水平水平螺旋螺旋水平类循环循环方形水平油收率/%10085-9090-100909090908086 〜90规模中试工业化中试中试中试中试中试中试工业化进展情况停产停产停产暂停暂停暂停暂停放大实验正常运行
收稿日期：2020-07-30
作者简介：许辉（ 1983-)，男，高级工程师，硕士研究生，辽宁省抚顺人，2012年毕业于吉林大学化学工程领域工程专业，研究方向：油页岩、油砂等非常规能源利用、煤矸石等固体废弃物综合利用。
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3 A T P小颗粒页岩干馏工艺
3.1 A T P干馏炉
ATP工艺的核心技术是ATP干馏炉，从整体看 是一个水平放置的大型回转筒体。回转套筒分两层，同轴同心，由外部落地的滑动轴套驱动旋转，两层 套筒嵌有导流螺旋砖，外壁设有返料导管，巧妙的 设计，使得两个套筒相同方向旋转，内部两层物料 页岩和灰渣向着相反的方向移动，使原料的进口和 灰渣的出口都在炉体的一端，热量在料流中充分利 用。在干馏室和预热室之间设有步进式料封口，页 岩料流将两个区隔离，使得干馏产物不会返流。
该干馏炉炉体长63 m，直径8.2 m，重量 2 500 t，转速为4「min'物料的停留时间为l h，设计处理量为6 000 t-f f1油页岩，设计油收率90%，目前处理l〇mm以下小颗粒油页岩。分为预热段、干馏段和燃烧段。预热段页岩走内圈，页岩热灰渣 和烟气走外圈，对页岩进行干燥、预热；干馏段页 岩与热灰渣混合完成干馏，干馏产物通过导出管进 人回收系统；干馏后的半焦和灰渣混合物通过窑炉 外的输
焦管送入燃烧段进行焚烧，从大体上看，可 以将干馏炉分成若干个功能区，具体功能及作用见 图1、2和表2。
燃烧烟气出n
预热蒸汽出口
辅助燃烧器
页岩进料口千燥脱水区
卜’卞’
燃烧区_
子锖产品出口k：燃烧空气进口
页岩灰渣出口
图1A TP干馏炉功能示意图
___________表2 A TP炉各个分区功能作用表___________区块名称功能作用
干燥脱水区~利用灰渣和烟气低温段余热，油页岩被预热到丨20 "C 预热区利用灰渣和烟气高温段余热，干页岩被加热到250 X；
干馏区间体热载体返混，混合后的反应温度500-600r
燃烧区干馏后的半焦进人燃烧区燃烧，温度750 ~ 800 X：
干馏产品出口干馏瓦斯及粉尘导出管.350 X；
辅助燃烧器将净化后的自产干馏瓦斯回用到ATP炉燃烧
灰渣换热区热渣与烟气一起在外筒4页岩换热500-300X；
灰渣出料区灰渣与烟气在外简间接预热原料页岩300 ~丨50 r
3.2 A T P工艺流程
干馏产物从炉出口高温管道导出，进人旋分除 尘系统，除尘后再经过烃蒸汽洗涤塔进行初级烃蒸 汽冷却；经过闪蒸塔后分馏出重质页岩油和轻质页 岩油，重质油收集在塔底的重油罐中，轻质油收集 在轻油罐中，瓦斯经过分馏后进入压缩机，之后再 次进人洗涤塔，回收石脑油组分，然后送入ATP干馏炉中燃烧，用于补充干馏热量。
图2 A T P干馏炉主体外观
整个回收系统多次采用闪蒸塔，分谐塔，用于 获得不同比重的油品，蒸汽消耗较大。塔、罐、换 热器等设备数量多且密集，自动化程度高，维修维
护量大，工艺流程框图见图3。
第49卷第11期许辉，等：ATP和FHQ干馏工艺研究1377
|原料采运系统j
尾矿页岩
1破碎筛分系统)|洗油循环系统1
|烟气换热器~[A T P干馏炉1'干馏产物.
柳5瓦斯进A T P炉燃烧段令
油泥回炼
1初冷洗涤塔今(多级分馏塔系统)瓦斯f f.缩机铀冋收系统j
冷滴器灰渣送出装置K I重油罐j1轻一罐1石脑油罐图3 A TP干馏技术工艺流程框图
4 F H Q小颗粒页岩干馏工艺
4.1 抚顺FH Q干馏炉
F H Q小颗粒页岩干馏工艺的核心技术是FHQ 干馏炉。抚矿集团研究中心在2013年建成0.5 t J T1小试装置；2014年建成30 t.t中试装置，逐步解 决了粉尘堵塞、料层阻力大、热载体分布不均等一 系列问题。干馏炉为立式方型炉，集成预热、干馏、气化及冷却为一体，逐步完成了 3 ~ 20 mm，3 ~ 10 mm粒度范围的页岩的均匀布料，均匀布气结 构设计，采用百页窗横流结构减小炉内料层阻力。干馏热能来自高温循环瓦斯和气化段发生瓦斯，小 颗粒页岩从上至下依次进入炉顶料仓段—阵伞缓冲 段—升温干馏段—强化干馏段—多层气化段—换热段—排渣段，灰渣经推灰机和板式排渣机排除炉外。干馏烃蒸汽经集气伞导出炉外，进人回收系统净化 收油。干馏炉示意图见图4，干馏炉内压力分布和 温度分布图见图5和图6，各个分区的功能见表3。
___________表3 FH Q炉各个分区功能作用表___________区块名称功能作用
炉顶料仓段~在炉外，主要结构是料仓、给料溜槽、控制器
阵伞缓存段在炉内，集气伞之上，料层下降后补充原料，温度<50X：升温干馏段垂直换热段，页S被热载体加热脱水，温度50〜250X：强化干馏段横向换热段，外部和下部混合供热，温度450-550T
多层气化段氧化还原反应段，半焦和主风反应，温度650-850X：换热段主风换热段，炽热的灰渣与主风换热，温度300-550"C 排渣段灰渣冷却段，灰淹排人水封彻底冷却，温度70~80"C
爾&.72C+02 7 94e+02 7 23e+02 6.59O+02 6.00e*02 5 47e*02 4 98e+02 4 54C+02 413e+02 3.77«s+02 3.43e+02
C o n to u rs o f S ta tic T e m p e ra tu re(k)图4 FH Q干馏炉示意
:P r e s s u r e (p a s ca l)
图5全炉压力分布图图6全炉温度分布图
4.2 FH Q工艺流程
FHQ工艺流程和块页岩抚顺工艺相近，但由于 原料为小颗粒页岩，其原料破碎筛分系统、加热炉系统、干馏炉系统、回收系统都需要加以改进，来 适应系统粉尘量大、油泥量大、系统阻力大、回收 油品中轻质油多等工况要求。首先尾矿原料进厂后
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需要进行再次筛分，送人主料仓，再进人炉顶料仓 最后进人干馏炉中，灰渣从炉底排出进人推灰机冷 却，再运送到系统外。100丈左右的干馏烃蒸汽导 出炉外，进人集气槽中与大量水接触喷淋，将大量 的粉尘和油品洗涤下来，然后进人洗涤塔进一步充 分喷淋洗涤除尘收油，之后经过旋捕塔在塔内作离 心运动收油，最后进人间冷塔，间接冷却到40 T
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降温收油，完成收油过程。加热炉采用一台连续式 燃烧供热的恒温加热炉，产生热烟气再与冷瓦斯换 热，得到热循环瓦斯，进入干馏炉横流段，完成强 化干馏。干馏炉主风由空气和蒸汽掺混完成，送人 干馏炉气化段，完成灰渣换热过程和半焦气化反应，工艺流程框图如图7。
辽 宁化工
1原料采运系统j
\/尾矿页岩
轻质油破碎筛分系统丨丨氨水泵系统1丨洗涤泵系统1
\/3~IOmin u
/\
\/
个
油品计量系统j
集气槽洗涤饱和塔旋捕塔)~^[~_间冷塔M瓦斯风机1
废渣仓主风进干馏炉
[软化水系统j—>{凉水塔系统j|加热炉系统
热循环瓦斯迸干馏炉*
J 图7 FH Q干馏技术工艺流程框图
5结论
抚顺FHQ工艺以干馏瓦斯为热载体，具有生产 调节灵活、原料适应性大等的优点，也面临原料筛 分效率低，干馏料层阻力大、干馏强度低、配套设 备技术难度高等困难。ATP工艺以热页岩灰为热载 体，具有卧式旋转炉的优点，并有内外多层套筒结 构，使其热效率大大提高，但由于高度的统一化、高度集成化设计，使物料在预热段区、干馏区、燃 烧区的停留时间无法独立调整，大大降低了生产弹 性，大型化后的各除尘、冷渣等设备保用成本很高。这些都是阻碍小颗粒页岩干馏技术发展的关键，需 要继续进行技术攻关。
综合上述的横向对比，在当前我国工业技术发 展的大环境中，小颗粒油页岩干馏技术发展方向如 下。
5.1资源利用分级化
0-12 mm粒度小颗粒油页岩是抚顺块页岩工艺 中无法利用的副产品，建议进一步分级，以达到更 适合的原料利用方式，再次分为3〜12 mm和0~3 m m 两个级配范围。3 m m以下的粉末页岩采用成型技 术，制成30 mm左右块状回用，3 mm以上页岩直 接作为原料干馏应用。5.2工艺过程简洁化
工艺过程简单化主要指干馏单元的设备简化，要尽量减少物料在设备之间的传递，减少设备的复 杂程度，在小颗粒页岩的干燥、干馏、燃烧、冷却 环节中，尽量避免发生黏化、熔融等容易堵塞料流 的现象。
5.3能量利用多级化
现有的小颗粒页岩干馏工艺中，能量的利用方 案基本明确，固体热载体工艺中首先利用页岩半焦 的燃烧热进行页岩干馏，利用烟气进行干燥，也可 以利用热渣冷却得到热风。气体热载体工艺中抚顺 FHQ工艺，利用半焦水煤气化得到发生瓦斯和外供 循环瓦斯双供热。这样干馏供热自给自足基本完成。在满足干馏自身所需能量后，在回收系统和排烟系 统中仍含有大量余热，可以通过换热器、热泵等设 备，进行有温度梯度的逐级利用，进一步获得蒸汽、热水、冷气等能源。
5.4环保治理资源化
目前仍在丁.业化运行的干馏工艺都存在环保治 理不彻底的现象。干馏污水也是业界公认的难治理 废水，小颗粒工艺中粉尘产生量更大，页岩灰渣也 属于工业固废。
这就需要在原料破碎筛分、运输、干馏、烟气
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排放、污水外排等各个环节进行完善，提升效率，降低成本。在工艺设计中，从源头上减少污染物的 产生，同时把污染物转化为各种化工产品，增加产 品线：如页岩灰由于已经高温活化，可直接用来提 取铝、铁资源，同时得到大量的二氧化硅庐料可以 用来制取白炭黑等，污水中也可以提取酚类、氨水 等物质，在产业路线中丰富产品种类，延长产品链 条，扩大经济效应。参考文献：
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Research on ATP and FHQ Retorting Process
X U H ui \ ZHANG Shuang\ RONG Qing-shan2
(1. Engineering R&D Center of Fushun Mining Group, Fushun Liaoning 113009, China;
2. PetroChina Fushun Petrochemical Company, Fushun Liaoning 113003, China )
Abstract:Shale oil is a kind of alternative resource of oil. The resource reserves of oil shale are very r
ich, and shale oil is obtained through pyrolysis, which has broad development value and rich upstream and downstream industry chain. ATP (Alberta Taciuk Process) is a small particle oil shale retorting technology from Canada, which was introduced and digested by Fushun mining group. It is the only one set of industrial production equipment in the world. FHQ (Fushun cross flow gas thermal carrier retorting technology) is a small particle oil shale retorting technology independently developed by Fushun mining group. They are the latest examples of solid heat carrier and gas heat carrier retorting technology respectively, which promote the development of oil shale industry from different angles. In this paper, the operation characteristics of the two processes were summarized, and the development direction of small-particle retorting technology suitable for China was discussed.
Key words:Small-particle oil shale; Retorting; Gas heat carrier; Solid heat carrier
(上接第1367页）
Study on Phase Transformation Mechanism of Vanadium
Slag during Calcination Roasting
QIN Ming-xiao
(China ENFI Engineering Co., Ltd., Beijing 100038, China )
Abstract:The calcification roasting process of vanadium slag has the characteristics of low additive dosage, mild reaction conditions and no toxic gas. It has been widely used in industry. The vanadium slag in Panzhihua area was selected as raw material to analyze the calcification roasting process of vanadium slag. The effect of different calcium carbonate additions on the transformation process of vanadium slag was investigated. The results showed that the phase of the calcined clinker did not change significantly with the increase of calcium carbonate dosage from 1% to 2%, which were all Fe2〇3, Fe2Ti05, CaV2〇5, CaCr04and Si02 phases. However, compared with untreated raw material, vanadium and iron were respectively oxidized to V4+, Fe3+, and suitable calcium carbonate additive dosage for the vanadium slag calcification roasting process was 1 %.
Key words:Vanadium slag; Calcification roasting; Calcium carbonate; Vanadium-titanium magnetite
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