油页岩炼制过程基础模型、过程开发与集成优化
发布时间：2021-02-04 07:32
油页岩作为一种非常规能源,储量巨大,其开发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。但是,与石油化工行业相比,我国油页岩加工利用技术仍然相当落后,存在油收率低、油品质量差、干馏气利用效率低、经济性能不佳、环境污染严重等问题。而在现有的工程研究中,还几乎未考虑炼制工艺过程集成、油气产品高值化利用、过程污染物控制以及能量梯级匹配等问题。上述问题严重制约着我国油页岩资源的大规模开发利用和可持续发展。为此,本文建立了油页岩炼制过程关键单元及整体工艺的基础分析模型,并采集工业数据对模型进行校验。在模型可靠的基础之上,采用常规和先进?分析方法,弄清了油页岩炼制过程物质、能量利用情况及瓶颈。结果表明,油页岩炼制过程?效率只有34.17%,具有较大的改进空间。在众多设备中,干馏炉具有最大的改进空间。通过对干馏炉进行优化,使得干馏炉的可避免?损失降低了28%。针对传统热力学和经济学分析方法的不足,提出了一种基于先进?经济的系统分析与优化框架,并论证了新方法在量化系统可避免费用,分析各单元在技术经济性能上的相互关系,以及确定系统改进空间等方面的优势。利用该方法对传统油...
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：180 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
全球油页岩资源分布图（单位：亿吨）
[31]。ATP 技术于 2008 年由抚顺油页岩炼厂引入国内，油页岩处理规模为 6000 t/d。截目前，该装置已在试产中，处理量已达到设计值得一半左右[22]。ATP 技术的最为显著的技术特点是采用回转炉，如结构图 1-7 所示。从设备结构来，主要可以划分为干燥段、干馏段和燃烧段等[23]。油页岩原料首先进入 ATP 炉的干段，在 250 ℃左右的条件下，脱除页岩表面的自由水；干燥后的油页岩进入干馏段， 750 ℃页岩灰进行换热，温度提升至 500 ℃左右，发生干馏反应得到页岩油气混合和半焦[22]。产生的半焦进入 ATP 炉燃烧段，在 800℃左右的条件下，与空气发生燃烧应，得到高温页岩灰[31]。产生的油气混合物进入后续的油气分离单元，分离得到页岩和干馏气。与 DG 技术一样，ATP 技术亦具有高油页岩利用率、高页岩油收率等诸多优点。但，该技术的核心设备庞大（ATP 炉重 2500 t，长 62 m，直径 8 m）而且比较复杂，导该技术需要较长的建设时间，维修时间长，运行时间短[13]。此外，该技术单炉处理量（高达 6000 t/d），操作困难，没有成熟的工业经验。
72(b) 优化后图 4-9 优化前后系统 经济费用和 分布Figure 4-9 Comparison of oil shale refinery process (a) before and (b) after optimization4.6 新系统分析与优化框架与其他方法的比较本章所提出的系统分析与优化框架将过程的 损失费用和非能量费用划分为两类：内部/外部，以及可避免/不可避免。所提出的方法与常规方法相比，具有以下优点：（1）所提出的系统分析与优化框架可以确定 损失费用和非能量费用中可以节省的比例。常规 经济分析表明，油页岩炼制过程的总 损失费用和非能量费用分别为174.38 106元/年和 148.71 106元/年。基于所提出的框架（如图 4-10 所示），分析发现总 损失费用和总非能量费用分别有 54.67%和 13.61%可以避免，即它们的改进空间。
【参考文献】：
期刊论文
[1]桦甸式油页岩气体热载体综合利用系统改造建模及分析[J]. 柏静儒,王林涛,张庆燕,白章,王擎. 化工进展. 2017(04)
[2]油页岩固体热载体综合利用系统的分析模型[J]. 柏静儒,张庆燕,白章,王擎. 东北电力大学学报. 2017(01)
[3]油页岩与半焦混合气化发电系统模拟分析[J]. 柏静儒,王林涛,张庆燕,白章,王擎. 科学技术与工程. 2016(36)
[4]油页岩开发利用技术及系统集成的研究进展[J]. 杨庆春,周怀荣,杨思宇,钱宇. 化工学报. 2016(01)
[5]低温煤焦油加氢精制-裂化工艺流程模拟[J]. 唐巍,夏芝香,夏良燕,方梦祥,王勤辉,骆仲泱. 浙江大学学报(工学版). 2015(05)
[6]中国非常规油气勘探开发进展与前景[J]. 张大权,张家强,王玉芳,唐跃,于汶加. 资源科学. 2015(05)
[7]油页岩炼制过程技术经济分析[J]. 周怀荣,张俊,杨思宇. 化工进展. 2015(03)
[8]油页岩干馏残渣和稻草混烧动力学解析[J]. 王擎,宣阳,刘洪鹏,王旭东. 电站系统工程. 2015(01)
[9]世界油页岩勘探开发加工利用近况——并记2014年国外两次油页岩国际会议[J]. 李术元,何继来,侯吉礼,王薇,钱家麟. 中外能源. 2015(01)
[10]Coking-resistant Ni-ZrO2/Al2O3 catalyst for CO methanation[J]. Qing Liu,Fangna Gu,Jiajian Gao,Huifang Li,Guangwen Xu,Fabing Su. Journal of Energy Chemistry. 2014(06)
博士论文
[1]煤低温热解焦油加氢实验研究及工艺流程模拟[D]. 唐巍.浙江大学 2014
[2]双气头煤基多联产系统集成优化与CO2减排特性研究[D]. 易群.太原理工大学 2013
[3]煤基化工—动力多联产系统开拓研究[D]. 高林.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2005
硕士论文
[1]油页岩炼制过程深加工工艺研究[D]. 王亚军.华南理工大学 2016
[2]煤基合成气固体氧化物燃料电池系统建模及性能分析[D]. 李元姣.上海交通大学 2014
[3]ATP干馏炉温度控制系统研究[D]. 梁岩.东北大学 2011
[4]加氢裂化全流程仿真模拟[D]. 杨木玺.北京化工大学 2010
[5]煤、油页岩热解与共热解研究[D]. 何德民.大连理工大学 2006
本文编号：3017967
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：180 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
全球油页岩资源分布图（单位：亿吨）
[31]。ATP 技术于 2008 年由抚顺油页岩炼厂引入国内，油页岩处理规模为 6000 t/d。截目前，该装置已在试产中，处理量已达到设计值得一半左右[22]。ATP 技术的最为显著的技术特点是采用回转炉，如结构图 1-7 所示。从设备结构来，主要可以划分为干燥段、干馏段和燃烧段等[23]。油页岩原料首先进入 ATP 炉的干段，在 250 ℃左右的条件下，脱除页岩表面的自由水；干燥后的油页岩进入干馏段， 750 ℃页岩灰进行换热，温度提升至 500 ℃左右，发生干馏反应得到页岩油气混合和半焦[22]。产生的半焦进入 ATP 炉燃烧段，在 800℃左右的条件下，与空气发生燃烧应，得到高温页岩灰[31]。产生的油气混合物进入后续的油气分离单元，分离得到页岩和干馏气。与 DG 技术一样，ATP 技术亦具有高油页岩利用率、高页岩油收率等诸多优点。但，该技术的核心设备庞大（ATP 炉重 2500 t，长 62 m，直径 8 m）而且比较复杂，导该技术需要较长的建设时间，维修时间长，运行时间短[13]。此外，该技术单炉处理量（高达 6000 t/d），操作困难，没有成熟的工业经验。
72(b) 优化后图 4-9 优化前后系统 经济费用和 分布Figure 4-9 Comparison of oil shale refinery process (a) before and (b) after optimization4.6 新系统分析与优化框架与其他方法的比较本章所提出的系统分析与优化框架将过程的 损失费用和非能量费用划分为两类：内部/外部，以及可避免/不可避免。所提出的方法与常规方法相比，具有以下优点：（1）所提出的系统分析与优化框架可以确定 损失费用和非能量费用中可以节省的比例。常规 经济分析表明，油页岩炼制过程的总 损失费用和非能量费用分别为174.38 106元/年和 148.71 106元/年。基于所提出的框架（如图 4-10 所示），分析发现总 损失费用和总非能量费用分别有 54.67%和 13.61%可以避免，即它们的改进空间。
【参考文献】：
期刊论文
[1]桦甸式油页岩气体热载体综合利用系统改造建模及分析[J]. 柏静儒,王林涛,张庆燕,白章,王擎. 化工进展. 2017(04)
[2]油页岩固体热载体综合利用系统的分析模型[J]. 柏静儒,张庆燕,白章,王擎. 东北电力大学学报. 2017(01)
[3]油页岩与半焦混合气化发电系统模拟分析[J]. 柏静儒,王林涛,张庆燕,白章,王擎. 科学技术与工程. 2016(36)
[4]油页岩开发利用技术及系统集成的研究进展[J]. 杨庆春,周怀荣,杨思宇,钱宇. 化工学报. 2016(01)
[5]低温煤焦油加氢精制-裂化工艺流程模拟[J]. 唐巍,夏芝香,夏良燕,方梦祥,王勤辉,骆仲泱. 浙江大学学报(工学版). 2015(05)
[6]中国非常规油气勘探开发进展与前景[J]. 张大权,张家强,王玉芳,唐跃,于汶加. 资源科学. 2015(05)
[7]油页岩炼制过程技术经济分析[J]. 周怀荣,张俊,杨思宇. 化工进展. 2015(03)
[8]油页岩干馏残渣和稻草混烧动力学解析[J]. 王擎,宣阳,刘洪鹏,王旭东. 电站系统工程. 2015(01)
[9]世界油页岩勘探开发加工利用近况——并记2014年国外两次油页岩国际会议[J]. 李术元,何继来,侯吉礼,王薇,钱家麟. 中外能源. 2015(01)
[10]Coking-resistant Ni-ZrO2/Al2O3 catalyst for CO methanation[J]. Qing Liu,Fangna Gu,Jiajian Gao,Huifang Li,Guangwen Xu,Fabing Su. Journal of Energy Chemistry. 2014(06)
博士论文
[1]煤低温热解焦油加氢实验研究及工艺流程模拟[D]. 唐巍.浙江大学 2014
[2]双气头煤基多联产系统集成优化与CO2减排特性研究[D]. 易群.太原理工大学 2013
[3]煤基化工—动力多联产系统开拓研究[D]. 高林.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2005
硕士论文
[1]油页岩炼制过程深加工工艺研究[D]. 王亚军.华南理工大学 2016
[2]煤基合成气固体氧化物燃料电池系统建模及性能分析[D]. 李元姣.上海交通大学 2014
[3]ATP干馏炉温度控制系统研究[D]. 梁岩.东北大学 2011
[4]加氢裂化全流程仿真模拟[D]. 杨木玺.北京化工大学 2010
[5]煤、油页岩热解与共热解研究[D]. 何德民.大连理工大学 2006
本文编号：3017967
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