【摘要】：中國具有豐富的油頁巖資源,油頁巖儲量按油折算約為476億噸,是我國可開采石油儲量233億噸的2倍以上。油頁巖作為一種非常規(guī)的化石能源,其開發(fā)與利用對于發(fā)展替代油氣戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè),緩解我國油氣資源短缺問題將具有重要的支撐作用。目前,中國油頁巖的開發(fā)利用已經(jīng)進入商業(yè)化階段。油頁巖開采采用近地表面露天開采,主要開采為埋藏深度100-400 m的淺層油頁巖。油頁巖加工煉制技術主要以撫順爐技術為主,但撫順爐技術存在原料利用率低,油收率低,以及頁巖油重質(zhì)組分含量高等問題。中國科學院過程工程研究所開發(fā)的兩套內(nèi)構件移動床技術可解決撫順爐技術的瓶頸,并且這兩套技術已經(jīng)完成了中試。本研究建立了油頁巖熱解動力學模型,對兩套內(nèi)構件移動床爐子進行熱力學平衡計算,分別確定了間接加熱內(nèi)構件移動床油頁巖熱解所需干餾氣的循環(huán)供熱量,以及內(nèi)構件移動床固體熱載體油頁巖熱解所需灰渣的循環(huán)供熱量。另外,建立了兩套新技術的油頁巖煉制過程。對兩套新技術的煉制過程進行單元過程的建模與模擬。在模擬的基礎上,對兩套新技術的煉制過程進行經(jīng)濟性能分析,并與傳統(tǒng)的撫順式煉制過程進行比較。發(fā)現(xiàn)間接加熱內(nèi)構件移動床煉制過程和內(nèi)構件移動床固體熱載體煉制過程具有競爭力的原油價格分別為51$/bbl和53$/bbl,而撫順式煉制過程的競爭力原油價格為58$/bbl。2017年國際原油價在50$/bbl左右波動,兩套新技術的煉制過程的經(jīng)濟優(yōu)勢較明顯。本研究對兩套新技術的油頁巖煉制過程進行系統(tǒng)集成,主要解決油頁巖熱解產(chǎn)生的頁巖油品質(zhì)差的問題。分別針對間接加熱內(nèi)構件移動床油頁巖煉制過程和內(nèi)構件移動床固體熱載體油頁巖煉制過程提出了煤輔助油頁巖制液體燃料過程和化學鏈增強的油頁巖制液體燃料過程。首先分別對提出的兩種集成過程進行工藝參數(shù)分析和模擬計算。在模擬基礎上,分別對兩種集成過程進行經(jīng)濟性能的評價分析。發(fā)現(xiàn)煤輔助油頁巖制液體燃料過程和化學鏈增強的油頁巖制液體燃料過程的輕組分加氫提質(zhì)情景下的成本最低,收益最高。另外,特別是在低油價50$/bbl時,這兩種集成系統(tǒng)的投資利潤率分別為7%和5%,表現(xiàn)出較強的經(jīng)濟競爭力。本研究建立了油頁巖/煤制液體燃料過程生命周期環(huán)境影響和成本評價模型。環(huán)境性能方面,傳統(tǒng)撫順油頁巖制液體燃料和煤制液體燃料的空氣污染物排放較嚴重,特別是CO_2和PM2.5的排放。新油頁巖制液體燃料創(chuàng)新路線的空氣污染物排放較撫順油頁巖制液體燃料有明顯降低,特別是化學鏈增強的油頁巖制液體燃料路線的空氣污染物排放與石油路線的基本相當。內(nèi)部成本分析發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)撫順油頁巖制液體燃料和煤制液體燃料產(chǎn)品成本相當,其與常規(guī)石油煉制的競爭點原油價格在70$/bbl左右。而煤輔助油頁巖制液體燃料過程和化學鏈增強的油頁巖制液體燃料過程的競爭力原油價格為58$/bbl和55$/bbl。生命周期成本分析發(fā)現(xiàn)油頁巖制液體燃料過程的生命周期成本較其內(nèi)部成本增加幅度小,而煤制液體燃料過程的增加幅度較大,導致生命周期成本接近于100$/bbl,主要是因為CO_2排放大造成外部成本較高。
【圖文】：

澳大利亞斯圖亞特采用 ATP 技術建立了大型的油頁巖煉制工廠。2008 年撫順油頁巖煉制廠引進了一臺 ATP 爐，單爐的處理量為 6000 t/d 的油頁巖，爐直徑為 8 m，長度為 62 m，運行中的單爐油頁巖處理量為 3000 t/d[41]。ATP 干餾爐主要分為三段：干燥段、干餾段和燃燒段[5]，其結(jié)構圖如圖 1-9 所示。在干燥段，頁巖顆粒表面溫度升高到 250 ℃左右，顆粒表面水分及部分內(nèi)部毛細管水分被脫除。在干餾段，頁巖顆粒與燃燒段返回的部分燃燒后的 750 ℃灰渣混合，頁巖顆粒溫度升高到 500 ℃，此時頁巖顆粒發(fā)生熱解反應，熱解產(chǎn)生油氣混合物和焦炭。油氣經(jīng)冷凝分離回收，而焦炭則燃燒產(chǎn)生頁巖灰，經(jīng)循環(huán)為頁巖熱解提供熱量[42]。ATP 爐的優(yōu)勢有高原料利用率和高油收率。另外，單爐的處理量大，為 6000 t/d。但是，該爐的投資大。因為加工量為 6000 t/d 的 ATP 爐很龐大（直徑 8 m，長 62 m，重 2500 t），需要分段制造后組裝，，建設時間長。另外，ATP 爐維修時間長，運行時間短[15]。

術術采用的是電加熱的方式，通過生產(chǎn)井，將電加熱/min 的加熱溫度升溫到轉(zhuǎn)化溫度，預計加熱到頁巖ICP 工藝還增設了冷凍墻技術，通過冷凍墻技術可止頁巖層熱解產(chǎn)生的流體向外溢出，不僅提高了采殼牌公司開展了冷凍墻技術的大規(guī)模試驗，其中包是 2.4 米，并且建立了 68 米長的密封體[47]。2009殼牌開始研究向冷凍井中注入氨水，通過氨水循環(huán)牌的 ICP 技術示意圖[47]。
【學位授予單位】：華南理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TE662

【參考文獻】

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本文編號：2589080