油頁巖干燥工藝的探究

劉爽

摘要：油頁巖從礦藏開采出來后，大都含有一定的水分，一般在5%～35%之間。正是由于油頁巖中含有水分，因此在油頁巖干餾的初期，必然先經過一個干燥脫水的過程。將油頁巖干燥這一過程獨立出來，作為一個獨立單元，并以樺甸油頁巖干餾工藝為例來研究。并認為干燥系統對于節約能源，降低系統負荷，提高頁巖油收率和干餾效率，減少污水量都是有利的。

關鍵詞：油頁巖;干燥;干餾工藝

前言

干燥技術的應用，在我國具有十分悠久的歷史。文明于世紀的造紙術，就顯示了干燥技術的應用?！短旃ら_物》一書中描述了人工加熱干燥的過程，總結了我國勞動人民的干燥實踐，反映了我國古代勞動人民的高度智慧。

在20世紀50年代，我國將干燥技術引入油頁巖煉油行業，但是由于受當時的技術和歷史環境等的制約，并未得到較大的發展。2007年12月，吉林成大弘晟能源有限公司成立，首次將先進的折返干燥技術應用于油頁巖煉油行業，從而將油頁巖干燥技術推上一個新的高度。

但是最近一段時間，有些專家對油頁巖的干燥技術提出了不同的看法，認為油頁巖干燥的弊大于利。本文就可干燥技術在油頁巖干餾工藝中所起的作用進行深入的分析。

一、油頁巖干燥現象

油頁巖從礦藏開采出來后，大都含有一定的水分，含水的高低與地理條件有關，一般在5%～35%之間。油頁巖的含水有兩部分，一部分是表面水，是被油頁巖吸附的水分，在被加熱的過程中能蒸發過來;另一部分是結晶水，又稱內部水，存在于油頁巖物質的內部，通過一般的加熱方式是不能分離出來的。油頁巖含水高，對其加工是不利的。

正是由于油頁巖中含有水分，因此在油頁巖干餾的初期，必然先經過一個干燥脫水的過程。國內傳統的干餾工藝將油頁巖干燥、油頁巖升溫、油頁巖干餾三個過程都合并在干餾爐中進行。

本文所說的頁巖干燥技術是將油頁巖干燥這一過程獨立出來，作為一個獨立單元，采用箱式干燥器、氣流干燥器、轉筒干燥器等干燥設備對油頁巖進行干燥。

二、油頁巖干燥設備

目前，國際上油頁巖干燥所用的干燥設備主要有兩類：轉筒干燥器和流化床干燥機。如：加拿大ATP干餾技術就采用轉筒干燥器。

轉筒干燥器，回轉圓筒干燥機由低速旋轉的傾斜圓筒（筒內壁安裝有反動物料的各式抄板）及燃燒爐、加料器、旋風分離器等主要設備。其工藝流程圖如2-1所示?；剞D圓筒干燥機技術成熟，但是體積龐大、占地面積大，特別是進口風溫高損失油頁巖的揮發分，進口風溫低緩熱效率低，設備體積進一步加大。而且物料在干燥機內被抄板不停的揚起、灑落，物料的力度受到很大的破壞。

流化床干燥機，流化床干燥器又名沸騰床干燥器，其裝置流程圖如圖2-2所示。沸騰床干燥機是以臨界氣流將物料吹成懸浮狀，適用于比重比較輕、粒度小而均勻的物料干燥，不適用于大量混合粒度物料的干燥。沸騰床的氣流速度受到上限與下限的限制。

樺甸油頁巖綜合開發利用項目另辟蹊徑，采用箱式結構的振動混流干燥器，結構圖如2-3所示。振動折返干燥機靠機械振動將濕物料分散、疏松，使氣流均勻通過料層，降低了氣流穿越物料的阻力，提高物料與氣流的接觸面積與接觸時間，適用于各種比重且粒度不均勻的物料干燥。

振動折返干燥機的振動床多層布置，層高較低，提高了干燥機的容積產量。振動折返干燥機的氣流速度不受限制，出口氣流在頂層振動床上濕物料的過濾作用下，只帶走極少的細物料，大部分物料從下部排出，占地面積小，熱效率高。用于比重大、顆粒不均，且需大批量連續生產的混合物料的干燥。

圖中1. 物料入口，2. 熱煙氣出口，3. 干燥振動床，4. 振動電機，5. 熱煙氣進口，6. 物料出口，7. 出料皮帶機，8. 振動折返預熱干燥機，9. 上料皮帶機。

三、油頁巖干燥的作用

3.1? 節約能源

在干餾工藝中，一般干燥系統的熱源主要來自于系統廢熱，如加熱爐煙氣的余熱，干餾爐廢渣的余熱等。

在樺甸式干餾工藝中，油頁巖先用加熱爐排除的煙氣進行預熱和干燥，這部分回收的熱量等于干餾爐減少的熱量能耗。

下面以樺甸工藝為例計算，干燥過程回收的熱量：

1）設計基本參數：

被干燥的物料：油頁巖

濕物料含水率X0：? 9.19%（濕基）

干品含水率? X1：? ?4.6%（濕基）

處理量Q： 80t/h

物料進口溫度tW0 ：? 10℃

2）干燥工藝參數：

物料降水 ： 9.19%→4.6%

進口風溫t11 ：255℃

出口風溫t12 ：105℃

物料出口溫度tW1 ： 50℃

3）干燥所需熱量計算：

絕干物料量Md：Md=Q×（1-X0）=80000×（1-9.19%）=72648（kg/h）

水分蒸發量Δw1：

干燥所需熱量Q總

水的蒸發潛熱λ1? ? ? 526kcal/kg

物料平均比熱C頁巖? ? 0.25kcal/kg·℃

q=水分蒸發熱量+物料升溫

=Δw1 （C水Δt水+λ1+ C水蒸氣Δt水蒸氣）+C頁巖×Md×（TW1- TW0）

由以上計算可知，干燥80t油頁巖去除其50%并將其由10℃升溫到50℃所需要的熱量是354.5×104 kcal，一天需要8508×104 kcal。折合成標準煤為15.5噸，年可節省5580噸。按設計，樺甸干餾廠共有五臺這樣的干燥爐，年節約標煤2.8萬噸。另外加熱爐的煙氣若不回收利用，這部分煙氣作為尾氣排放到大氣中去了，既浪費了能源，也給環境帶來了污染。

3.2? 降低加熱爐負荷

在油頁巖半循環半氣燃干餾工藝中，干餾爐干餾的熱量一部分來源于加熱爐的循環瓦斯，一部分來源于干餾爐內燃的氣燃瓦斯。在油頁巖全循環工藝中，干餾爐干餾的熱量全部來源于加熱爐的熱循環瓦斯。無論是采用何種干餾工藝，加熱爐都需要向干餾爐提供熱循環瓦斯。若系統中采用了油頁巖干燥工藝，則干餾爐需要的熱量降低，需要加熱爐提供的循環瓦斯量也隨之降低。

下面以樺甸工藝為例，對比采用干燥工藝與不采用干燥時干餾每噸油頁巖所用的瓦斯量。根據樺甸油頁巖的含水情況，分別做了如下計算。分別對油頁巖含水9.19%、去掉5%的水分所需要的冷、熱瓦斯量的計算，計算結果如下表3-1所示。

1 冷循環瓦斯 129.66 4367.03 135.90 4577.22

2 熱循環瓦斯 801.32 236149.07 725.16 213705.88

小計 930.98 240516.1 861.06 218283.1

未經過干燥的油頁巖每：干餾量80t/h時，瓦斯的消耗量為：

M未干燥=930.98×80=74478.4（kg）

Q未干燥=240516.1×80=1925×104（kcal）

而經過干燥的油頁巖每：干燥后去除5t的水，則干餾爐的處理量變為75t/h時，瓦斯的消耗量為：

M未干燥=861.06×75=64579.5（kg）

Q干燥=218283.1×75=1746.3×104（kcal）

以上數據表明，油頁巖經干燥后再干餾所用的熱量是未干燥前所用熱量的90%，即加熱爐所供熱量節省10%。

因此，采用干燥工藝，可以減少加熱爐的負荷，減少建設成本，也減少運行成本。

3.3? 降低回收系統負荷

在油頁巖干餾工藝中，進入到回收系統的瓦斯氣主要包括三部分熱循環瓦斯、冷循環瓦斯（或氣燃瓦斯）和自產干餾瓦斯，由于采用油頁巖干燥裝置，系統的熱循環瓦斯量降低，因此進入到回收系統的瓦斯量隨之降低。此外，下面以樺甸干餾工藝為例進行說明：

由上表可以看出油頁巖經干燥50%的水分后，干餾爐產生的氣體總體積為112277.58 Nm3，未經干燥就進干餾爐干餾的油頁巖，干餾后產生的氣體的總體積為142502.694 Nm3，即經過干燥后的油頁巖產生的氣體是未干燥的油頁巖產生氣體的84%。這就使頁巖油回收系統的管道、設備減少了16%的處理量。不僅減少了設備投資，也減少了正常運行時的費用支出。

3.4? 提高油收率

在油頁巖開采過程及破碎篩分過程中會產生大量的粉塵，這些粉塵在干餾爐干餾過程中，由爐出口瓦斯帶入回收系統，經過噴淋洗滌等過程后，會變成油泥（見表3-4）。油泥中含有油，且現有的技術還無法回收油泥中的頁巖油，因此，頁巖粉塵量越大，油泥量越大，損失的頁巖油越多。

若在干餾前加入干燥環節，則大量粉塵將在干燥爐內被熱煙氣帶走，從而大大減少進入系統的粉塵量，也會大大減少油泥生成量。以樺甸工藝為例，樺甸每年加工油頁巖300萬噸，大約會生成粉塵1萬噸，大約會生成油泥4萬噸。若采用干燥系統，則可減少油泥3萬噸，多回收頁巖油7500噸，增加頁巖油產量3%。

此外，由于進入系統的粉塵量減少，可減少回收系統、脫硫系統的堵塞，利于系統的長周期運行。

3.5? 提高干餾效率

油頁巖隨著環境溫度的變化，冬、夏季節溫差較大，造成干餾爐工況不穩定，頁巖油收率隨之波動，有的干餾爐夏季收油率可達65%，而寒冷地區到了冬季，有時收油率降低到40%以下，大大提高了成本，同時也浪費了大量的資源。

下面以樺甸頁巖為例驗證油頁巖干燥的效果，2008年7月29日在唐山神州機械有限公司場內60T/h振動折返干燥機試驗機上進行了油頁巖干燥試驗，試驗結果見下表

從檢測報告可以看出，含水率下降幅度在6.5至7.7之間，揮發分和含油率略有升高，證明這種干燥方式對物料性質無明顯破壞，油頁巖經過干燥后，其溫度恒定在80℃左右，基本上不受環境溫度的影響。由于干餾爐的進料溫度相對穩定，干餾爐可以處在穩定的工況條件運行。對提高油頁巖的油回收率有顯著作用。另外，由于干餾氣體中的水蒸氣的減少，含油物質的比例相對提高，也有利于油的回收。

3.6? 減少污水量

在干燥爐中由于是低溫干燥，分離出來的水蒸氣不含有其他有害物質，可直接排入大氣，不會產生環境污染。而經過干餾爐干餾排出的水蒸氣和干餾產物混在一起排出爐外。不進行干燥和進行預熱干燥的水蒸氣含量在80t/h干餾系統中大約相差5t/h左右，一年約4萬噸左右，樺甸干餾廠共5套干餾系統，這就意味著需增加每年20萬噸的污水處理量。

因此，在油頁巖干餾工藝中加入干燥爐可以有效的降低系統的污水量。

四、油頁巖干燥帶來的問題

4.1? 增加了系統的復雜程度

由于增加了一套獨立的干燥系統，使得整個油頁巖干餾工藝的工藝鏈加長，增加了操作的復雜性。同時也增加了引煙機、皮帶、星型進料器等動設備，也增加了相應的維護成本。

4.2? 頁巖粉塵的處理

由于油頁巖干燥系統運行過程中，熱煙氣會將附著在頁巖表面的粉塵以及0.6mm以下的頁巖粉末帶出干燥系統，因此，在干燥爐熱煙氣出口一般采用除塵器除塵。當粉塵量較少時，可直接裝入編制袋內。當粉塵量較大時，則需要風機通過管道輸送，輸送至罐區或使用地，此時需要較高的投資及較高的運行成本。

此外，干燥爐干燥油頁巖無論采用何種方式都需要外部提供熱源，因此，系統中需要有余熱或廢熱。

結論

油頁巖干餾初期，必然先經過一個干燥脫水的過程。將油頁巖干燥這一過程獨立出來，作為一個獨立單元，可以節約能源，降低加熱爐及回收系統負荷，提高頁巖油收率和干餾效率，減少污水量。雖然也因此增加了系統的復雜程度帶來粉塵處理的等問題，但是總體上來說，干燥系統對整個頁巖油干餾工藝是有利的，可以節約投資，降低運行成本，增加收入。

參考文獻：

[1]錢家麟，尹亮.《油頁巖-石油的補充能源》【M】北京：中國石化出版社，2008.

[2] 撫順石油一廠.《中國頁巖油工業》【M】北京：石油工業出版社，1960.