移动床油页岩炼制过程建模、模拟分析与系统集成

发布时间：2020-03-18 19:20

【摘要】：中国具有丰富的油页岩资源,油页岩储量按油折算约为476亿吨,是我国可开采石油储量233亿吨的2倍以上。油页岩作为一种非常规的化石能源,其开发与利用对于发展替代油气战略新兴产业,缓解我国油气资源短缺问题将具有重要的支撑作用。目前,中国油页岩的开发利用已经进入商业化阶段。油页岩开采采用近地表面露天开采,主要开采为埋藏深度100-400 m的浅层油页岩。油页岩加工炼制技术主要以抚顺炉技术为主,但抚顺炉技术存在原料利用率低,油收率低,以及页岩油重质组分含量高等问题。中国科学院过程工程研究所开发的两套内构件移动床技术可解决抚顺炉技术的瓶颈,并且这两套技术已经完成了中试。本研究建立了油页岩热解动力学模型,对两套内构件移动床炉子进行热力学平衡计算,分别确定了间接加热内构件移动床油页岩热解所需干馏气的循环供热量,以及内构件移动床固体热载体油页岩热解所需灰渣的循环供热量。另外,建立了两套新技术的油页岩炼制过程。对两套新技术的炼制过程进行单元过程的建模与模拟。在模拟的基础上,对两套新技术的炼制过程进行经济性能分析,并与传统的抚顺式炼制过程进行比较。发现间接加热内构件移动床炼制过程和内构件移动床固体热载体炼制过程具有竞争力的原油价格分别为51$/bbl和53$/bbl,而抚顺式炼制过程的竞争力原油价格为58$/bbl。2017年国际原油价在50$/bbl左右波动,两套新技术的炼制过程的经济优势较明显。本研究对两套新技术的油页岩炼制过程进行系统集成,主要解决油页岩热解产生的页岩油品质差的问题。分别针对间接加热内构件移动床油页岩炼制过程和内构件移动床固体热载体油页岩炼制过程提出了煤辅助油页岩制液体燃料过程和化学链增强的油页岩制液体燃料过程。首先分别对提出的两种集成过程进行工艺参数分析和模拟计算。在模拟基础上,分别对两种集成过程进行经济性能的评价分析。发现煤辅助油页岩制液体燃料过程和化学链增强的油页岩制液体燃料过程的轻组分加氢提质情景下的成本最低,收益最高。另外,特别是在低油价50$/bbl时,这两种集成系统的投资利润率分别为7%和5%,表现出较强的经济竞争力。本研究建立了油页岩/煤制液体燃料过程生命周期环境影响和成本评价模型。环境性能方面,传统抚顺油页岩制液体燃料和煤制液体燃料的空气污染物排放较严重,特别是CO_2和PM2.5的排放。新油页岩制液体燃料创新路线的空气污染物排放较抚顺油页岩制液体燃料有明显降低,特别是化学链增强的油页岩制液体燃料路线的空气污染物排放与石油路线的基本相当。内部成本分析发现传统抚顺油页岩制液体燃料和煤制液体燃料产品成本相当,其与常规石油炼制的竞争点原油价格在70$/bbl左右。而煤辅助油页岩制液体燃料过程和化学链增强的油页岩制液体燃料过程的竞争力原油价格为58$/bbl和55$/bbl。生命周期成本分析发现油页岩制液体燃料过程的生命周期成本较其内部成本增加幅度小,而煤制液体燃料过程的增加幅度较大,导致生命周期成本接近于100$/bbl,主要是因为CO_2排放大造成外部成本较高。
【图文】：

澳大利亚斯图亚特采用 ATP 技术建立了大型的油页岩炼制工厂。2008 年抚顺油页岩炼制厂引进了一台 ATP 炉，单炉的处理量为 6000 t/d 的油页岩，炉直径为 8 m，长度为 62 m，运行中的单炉油页岩处理量为 3000 t/d[41]。ATP 干馏炉主要分为三段：干燥段、干馏段和燃烧段[5]，其结构图如图 1-9 所示。在干燥段，页岩颗粒表面温度升高到 250 ℃左右，颗粒表面水分及部分内部毛细管水分被脱除。在干馏段，页岩颗粒与燃烧段返回的部分燃烧后的 750 ℃灰渣混合，页岩颗粒温度升高到 500 ℃，此时页岩颗粒发生热解反应，热解产生油气混合物和焦炭。油气经冷凝分离回收，而焦炭则燃烧产生页岩灰，经循环为页岩热解提供热量[42]。ATP 炉的优势有高原料利用率和高油收率。另外，单炉的处理量大，为 6000 t/d。但是，该炉的投资大。因为加工量为 6000 t/d 的 ATP 炉很庞大（直径 8 m，长 62 m，重 2500 t），需要分段制造后组装，，建设时间长。另外，ATP 炉维修时间长，运行时间短[15]。

术术采用的是电加热的方式，通过生产井，将电加热/min 的加热温度升温到转化温度，预计加热到页岩ICP 工艺还增设了冷冻墙技术，通过冷冻墙技术可止页岩层热解产生的流体向外溢出，不仅提高了采壳牌公司开展了冷冻墙技术的大规模试验，其中包是 2.4 米，并且建立了 68 米长的密封体[47]。2009壳牌开始研究向冷冻井中注入氨水，通过氨水循环牌的 ICP 技术示意图[47]。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TE662

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 张大权;张家强;王玉芳;唐跃;于汶加;;中国非常规油气勘探开发进展与前景[J];资源科学;2015年05期

2 孙龙德;朱兴珊;;能源革命——中国油气发展未来之路[J];国际石油经济;2015年01期

3 刘哲语;徐奕丰;房倚天;黄戒介;张永奇;赵建涛;;两段式煤气发生炉与灰熔聚流化床气化炉对比[J];煤气与热力;2014年12期

4 柏静儒;林卫生;潘朔;王擎;;油页岩低温热解过程中轻质气体的析出特性[J];化工学报;2015年03期

5 李振宇;卢红;朱庆云;王春娇;;我国未来汽柴油消费需求预测[J];中国能源;2014年08期

6 王中银;;我国煤制油项目进展[J];煤炭加工与综合利用;2014年08期

7 许迪恺;Tong Andrew;曾亮;罗四维;范良士;;铁基移动床化学链技术进展[J];化工学报;2014年07期

8 杨庆春;张俊;杨思宇;钱宇;;油页岩综合利用过程建模与技术经济分析[J];化工学报;2014年07期

9 白章;柏静儒;王擎;李雪梅;;抚顺式油页岩干馏工艺系统模拟及分析[J];中国电机工程学报;2014年14期

10 卢红;李振宇;李雪静;朱庆云;;我国汽柴油消费现状及中长期预测[J];中外能源;2014年01期

相关会议论文 前1条

1 迟姚玲;李术元;丁福臣;王虹;葛明兰;任晓光;;桦甸油页岩热解动力学[A];中国颗粒学会第六届学术年会暨海峡两岸颗粒技术研讨会论文集（下）[C];2008年

相关博士学位论文 前2条

1 项东;煤制烯烃过程技术经济分析与生命周期评价[D];华南理工大学;2016年

2 李恒冲;煤制天然气的技术经济分析与生命周期评价[D];华南理工大学;2015年

相关硕士学位论文 前1条

1 杨木玺;加氢裂化全流程仿真模拟[D];北京化工大学;2010年

本文编号：2589080