【摘要】：中國(guó)具有豐富的油頁(yè)巖資源,油頁(yè)巖儲(chǔ)量按油折算約為476億噸,是我國(guó)可開(kāi)采石油儲(chǔ)量233億噸的2倍以上。油頁(yè)巖作為一種非常規(guī)的化石能源,其開(kāi)發(fā)與利用對(duì)于發(fā)展替代油氣戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè),緩解我國(guó)油氣資源短缺問(wèn)題將具有重要的支撐作用。目前,中國(guó)油頁(yè)巖的開(kāi)發(fā)利用已經(jīng)進(jìn)入商業(yè)化階段。油頁(yè)巖開(kāi)采采用近地表面露天開(kāi)采,主要開(kāi)采為埋藏深度100-400 m的淺層油頁(yè)巖。油頁(yè)巖加工煉制技術(shù)主要以撫順爐技術(shù)為主,但撫順爐技術(shù)存在原料利用率低,油收率低,以及頁(yè)巖油重質(zhì)組分含量高等問(wèn)題。中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所開(kāi)發(fā)的兩套內(nèi)構(gòu)件移動(dòng)床技術(shù)可解決撫順爐技術(shù)的瓶頸,并且這兩套技術(shù)已經(jīng)完成了中試。本研究建立了油頁(yè)巖熱解動(dòng)力學(xué)模型,對(duì)兩套內(nèi)構(gòu)件移動(dòng)床爐子進(jìn)行熱力學(xué)平衡計(jì)算,分別確定了間接加熱內(nèi)構(gòu)件移動(dòng)床油頁(yè)巖熱解所需干餾氣的循環(huán)供熱量,以及內(nèi)構(gòu)件移動(dòng)床固體熱載體油頁(yè)巖熱解所需灰渣的循環(huán)供熱量。另外,建立了兩套新技術(shù)的油頁(yè)巖煉制過(guò)程。對(duì)兩套新技術(shù)的煉制過(guò)程進(jìn)行單元過(guò)程的建模與模擬。在模擬的基礎(chǔ)上,對(duì)兩套新技術(shù)的煉制過(guò)程進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性能分析,并與傳統(tǒng)的撫順式煉制過(guò)程進(jìn)行比較。發(fā)現(xiàn)間接加熱內(nèi)構(gòu)件移動(dòng)床煉制過(guò)程和內(nèi)構(gòu)件移動(dòng)床固體熱載體煉制過(guò)程具有競(jìng)爭(zhēng)力的原油價(jià)格分別為51$/bbl和53$/bbl,而撫順式煉制過(guò)程的競(jìng)爭(zhēng)力原油價(jià)格為58$/bbl。2017年國(guó)際原油價(jià)在50$/bbl左右波動(dòng),兩套新技術(shù)的煉制過(guò)程的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)較明顯。本研究對(duì)兩套新技術(shù)的油頁(yè)巖煉制過(guò)程進(jìn)行系統(tǒng)集成,主要解決油頁(yè)巖熱解產(chǎn)生的頁(yè)巖油品質(zhì)差的問(wèn)題。分別針對(duì)間接加熱內(nèi)構(gòu)件移動(dòng)床油頁(yè)巖煉制過(guò)程和內(nèi)構(gòu)件移動(dòng)床固體熱載體油頁(yè)巖煉制過(guò)程提出了煤輔助油頁(yè)巖制液體燃料過(guò)程和化學(xué)鏈增強(qiáng)的油頁(yè)巖制液體燃料過(guò)程。首先分別對(duì)提出的兩種集成過(guò)程進(jìn)行工藝參數(shù)分析和模擬計(jì)算。在模擬基礎(chǔ)上,分別對(duì)兩種集成過(guò)程進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性能的評(píng)價(jià)分析。發(fā)現(xiàn)煤輔助油頁(yè)巖制液體燃料過(guò)程和化學(xué)鏈增強(qiáng)的油頁(yè)巖制液體燃料過(guò)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(jià)50$/bbl時(shí),這兩種集成系統(tǒng)的投資利潤(rùn)率分別為7%和5%,表現(xiàn)出較強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力。本研究建立了油頁(yè)巖/煤制液體燃料過(guò)程生命周期環(huán)境影響和成本評(píng)價(jià)模型。環(huán)境性能方面,傳統(tǒng)撫順油頁(yè)巖制液體燃料和煤制液體燃料的空氣污染物排放較嚴(yán)重,特別是CO_2和PM2.5的排放。新油頁(yè)巖制液體燃料創(chuàng)新路線的空氣污染物排放較撫順油頁(yè)巖制液體燃料有明顯降低,特別是化學(xué)鏈增強(qiáng)的油頁(yè)巖制液體燃料路線的空氣污染物排放與石油路線的基本相當(dāng)。內(nèi)部成本分析發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)撫順油頁(yè)巖制液體燃料和煤制液體燃料產(chǎn)品成本相當(dāng),其與常規(guī)石油煉制的競(jìng)爭(zhēng)點(diǎn)原油價(jià)格在70$/bbl左右。而煤輔助油頁(yè)巖制液體燃料過(guò)程和化學(xué)鏈增強(qiáng)的油頁(yè)巖制液體燃料過(guò)程的競(jìng)爭(zhēng)力原油價(jià)格為58$/bbl和55$/bbl。生命周期成本分析發(fā)現(xiàn)油頁(yè)巖制液體燃料過(guò)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(guò)程的增加幅度較大,導(dǎo)致生命周期成本接近于100$/bbl,主要是因?yàn)镃O_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(shù)建立了大型的油頁(yè)巖煉制工廠。2008 年撫順油頁(yè)巖煉制廠引進(jìn)了一臺(tái) ATP 爐，單爐的處理量為 6000 t/d 的油頁(yè)巖，爐直徑為 8 m，長(zhǎng)度為 62 m，運(yùn)行中的單爐油頁(yè)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(gòu)圖如圖 1-9 所示。在干燥段，頁(yè)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(xì)管水分被脫除。在干餾段，頁(yè)巖顆粒與燃燒段返回的部分燃燒后的 750 ℃灰渣混合，頁(yè)巖顆粒溫度升高到 500 ℃，此時(shí)頁(yè)巖顆粒發(fā)生熱解反應(yīng)，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(yè)巖灰，經(jīng)循環(huán)為頁(yè)巖熱解提供熱量[42]。ATP 爐的優(yōu)勢(shì)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?yàn)榧庸ち繛?6000 t/d 的 ATP 爐很龐大（直徑 8 m，長(zhǎng) 62 m，重 2500 t），需要分段制造后組裝，，建設(shè)時(shí)間長(zhǎng)。另外，ATP 爐維修時(shí)間長(zhǎng)，運(yùn)行時(shí)間短[15]。

術(shù)術(shù)采用的是電加熱的方式，通過(guò)生產(chǎn)井，將電加熱/min 的加熱溫度升溫到轉(zhuǎn)化溫度，預(yù)計(jì)加熱到頁(yè)巖ICP 工藝還增設(shè)了冷凍墻技術(shù)，通過(guò)冷凍墻技術(shù)可止頁(yè)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(kāi)展了冷凍墻技術(shù)的大規(guī)模試驗(yàn)，其中包是 2.4 米，并且建立了 68 米長(zhǎng)的密封體[47]。2009殼牌開(kāi)始研究向冷凍井中注入氨水，通過(guò)氨水循環(huán)牌的 ICP 技術(shù)示意圖[47]。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TE662

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2589080