卡茨张原源;曹祖宾;韩冬云
【摘 要】According to the process characteristics of flashing retorting process,a set of suitable for high temperature oil washing oil vapor recovery technology was designed,combined with pilot plant field data,using plus Aspen software for process simulation.Shale oil was separated to heavy oil,heavy diesel oil,light oil fraction and gasoline fraction by the oil washing method.The process produced steam as by-product and it had the advantages of high recovery rate,low oil loss,low energy consumption,and could effectively avoided environmental pollution.Using this process,the rate of gas recovery could be greatly enhanced:crude oil washing tower could recycle 39.7% of the oil steam,heavy diesel oil washing tower could recycle 60.3% of the oil steam.Compared with the traditional process,it could improve the recovery rate of 10%-20%.%针对闪速干馏工艺特点,设计了一套适合高温油洗法回收油气工艺,并结合中试装置现场数据,运用Aspen Plus 软件进行了工艺模拟.油洗工艺可将页岩油粗分为重油、重柴油馏分、轻油馏分、汽油馏分.该
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工艺副产水蒸气,具有油损失小、能耗低、可减轻环境污染等特点,采用该回收工艺,可大幅度提升干馏油气的回收率,重油洗涤塔可回收 39.7%的油蒸气,重柴油洗涤塔可回收 60.3%的油蒸气,与传统工艺相比回收率可提高 10%~20%.新经济导刊
【期刊名称】《辽宁石油化工大学学报》
【年(卷),期】2016(036)001
【总页数】狸御殿7页(P20-26)
【关键词】干馏;油页岩;油气回收;油洗;模拟
【作 者】张原源;曹祖宾;韩冬云
【作者单位】辽宁石油化工大学 化学化工与环境学部,辽宁 抚顺 113001;辽宁石油化工大学 化学化工与环境学部,辽宁 抚顺 113001;辽宁石油化工大学 化学化工与环境学部,辽宁 抚顺 113001
【正文语种】中 文
【中图分类】TQ028
近年来，全球石油需求量不断攀升，而地球上的石油资源有限，供求矛盾越发突显，各国都在积极寻求石油替代资源。页岩油是全球公认的最具潜力的非传统烃类资源，已成为替代传统石油的备选资源。页岩油因资源丰富和开发利用的可行性强而被列为21世纪重要的替代能源[1]。若将全球油页岩折算成页岩油，其储量可达4 000亿t，相当于原油探明可采储量的5.4倍[2]。我国油页岩储量仅次于美国，居世界第2位[3]。
我国油页岩理论与工艺研究已经取得了一定进展[4-9]。油页岩干馏技术中的回收系统直接影响产品的质量、能耗、环保等问题。我国现有的干馏回收工艺为水洗工艺，水洗工艺流程为：包括页岩油、水及干馏煤气在内的干馏气体从干馏炉出口导出后，分别在集合管、洗涤塔、冷却塔内与循环水直接接触进行冷却与洗涤，形成水洗工艺系统。水洗工艺的缺点是能耗大、循环水量大、产生的废水量大等。
国外油页岩干馏工艺的回收系统除了采用水洗工艺之外还采用油洗工艺，油洗工艺能够回收高温油气的热量，具有将油气粗分为净油气、汽油、柴油和重油等的优点。
分级授权
针对闪速干馏工艺，本文设计了一套工业化油洗回收系统，并运用Aspen Plus软件对油洗回收单元进行了模拟。Aspen Plus作为化工类系统模拟软件[10-12]，在石油化工和热力发电等领域得到了广泛的应用[13-19]。文献[20]采用闪蒸罐模型代替洗涤塔，本文采用精确度更高的RadFrac模型进行了模拟，以确保模拟最大限度地接近真实情况，并结合动力学模型进行处理，计算了干馏工艺系统的物料平衡和热平衡，分析了不同条件对系统产生的影响。模拟分析结果可为现场实际运行和后期技术改进提供一定的理论支持和参考，并对关键设备的设计及优化、整个回收系统参数的确定具有一定的意义。
闪速干馏技术是沈阳鑫博工业技术发展有限公司出资建设、抚矿集团工程技术研究中心配合试运行的一项高新技术，以固体热载体为反应热源。闪速干馏工艺通过密相床，在气固相松弛流动和闪速传热物理条件下，对平均粒度为75～10 μm的粉末状油页岩进行干馏[21]。由给料系统将油页岩送入干燥系统和余热锅炉系统，然后送至闪速干馏系统，再依次送入灰渣冷却系统、除尘排风系统和干燥系统。该干馏工艺的特点为：可处理粉状原料，工艺过程传热数量级为1×10-4 ℃/s，属于闪速传热范畴，回收高温烟气的热量；采用3级输送床加1级流化床冷凝回收灰渣热量，降低热耗，3级悬浮冷却在局部是顺流传热，整体是逆流传热。闪速干馏工艺流程图如图1所示。
中试回收装置采用抚顺矿务局水洗法工艺。该工艺采用两步法。第一步，使用少量自生工艺循环水喷雾直接与油气接触降温。第二步，油气冷却到80 ℃后进入间接换热的水冷器内降温25～30 ℃，得到油和荒煤气；将油和荒煤气送至捕集油雾设备，以保证干馏气含有雾状的页岩油，并将雾状的页岩油捕集下来；降低干馏气的温度后，吸收气体汽油，最后送往燃气电站机组进行发电或供给锅炉作为燃料[22]。抚顺矿务局水洗法工艺流程如图2所示。
针对闪速干馏油气的特性，确定了一套工业化回收系统，工业油气回收流程如图3所示。
干馏阶段导出的490～530 ℃干馏气体送至重油洗涤塔塔底，与重油洗涤塔内自上而下的200～300 ℃的循环洗涤油充分接触，进行洗涤并换热，洗涤后油气中重油馏分与循环洗涤油一同流出塔底，经循环泵9送入换热器14，而后分为两股，一部分送回重油洗涤塔塔顶作为循环洗涤油，另一部分送入重质油产品系统。
经重油洗涤塔处理后的塔顶干馏气的温度为200～300 ℃，将其送入重柴油洗涤塔2塔底，与重柴油洗涤塔内循环洗涤油逆流接触，油气中重柴油馏分与循环洗涤油流出塔底(此时塔底流出油的温度为150～200 ℃)，通过循环泵10送入换热器15，换热后分两股，一部分送
回重柴油洗涤塔塔顶，作为重柴油洗涤塔循环洗涤油，另一部分送入重柴油产品系统。
重油洗涤塔和重柴油洗涤塔的换热器都以水为冷却介质，因此可副产水蒸气，减少能耗，提高收益。
经过二次油洗后，干馏气的温度为100～110 ℃。将干馏气送至间冷塔3，间接换热后的高温净水为重油洗涤塔换热器与重柴油洗涤塔换热器提供待蒸发水，高温净水还可用于生活采暖(冬季)、空调制冷(夏季)和发电[22]。间冷塔塔底的轻油由泵11送入轻油成品油系统。
经间冷系统后，温度为90～100 ℃的干馏气送入水洗塔4中水洗，依据密度不同，从塔底流出的油水可分为汽油馏分和洗涤水。上层的汽油馏分进入汽油馏分产品系统，下层的洗涤水由循环泵12再送回水洗塔内循环洗涤；将水洗塔塔顶导出的40～50 ℃的干馏气体送进静电捕油塔5，捕集油气中的汽油馏分，而后送入汽油馏分产品系统；静电捕油塔塔顶导出的干馏气经瓦斯排送风机6由负压变为正压，由瓦斯排送风机进行加压后送至瓦斯分配台7，经调整并控制分配台的压力后将瓦斯输送至干馏加热炉装置、干馏炉、瓦斯循环系统、储罐等。
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模拟条件见表1-3。
油蒸气的平均摩尔质量为350。油页岩下料量为70 t/h，标准状况下油气流量为5 083.33 m3/h。根据中国石油天然气总公司发布的标准SY/T6143—1996，将标准状况下油气流量通过式(1)折算成实际工况下的油气流量。
式中，QN为标准状态下的体积流量，Nm3/h；Tg为介质的绝对温度，K；ZN为标准状态下的压缩系数；Zg为工作状态下的压缩系数；Pg为表压，kPa；Pa为当地大气压，kPa；PN为标准大气压，kPa，本文取101.325 kPa；TN为标准状态下的绝对温度，293.15 K。根据沈阳鑫博工业技术发展有限公司提出的要求，富余系数取1.3。经过计算得知，实际工况下的油气流量为18 105.00 m3/h。
模拟采用Refinery估算方法[23]，热力学模型采用SRK法，气液的焓熵采用SRK模型进行计算[23]，液相密度采用API法测定。根据净煤气中的各元素比和相对分子质量，做出模拟假设：复杂的净煤气中碳氢化合物用C2H4替代进行模拟。水洗塔洗涤法和间冷塔冷凝法都是国内已经很成熟的技术，在此不再进行模拟，只对国内研究很少的油洗单元进行详细计算与模拟。基于上述内容建立模拟流程，如图4所示。
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