油页岩地上干馏工艺
散装油页岩干馏通常使用热燃气或热干馏气作为气体热载体进入干馏炉加热干馏油页岩。由于页岩块本身传热系数小，从页岩块表面到其中心的传热速率较慢，所以干馏所需时间约为几个小时。目前，工业生产中使用的富顺型块状油页岩干馏炉，每台日产油页岩65，438+000吨；爱沙尼亚有Kievit炉，每个炉每天处理200t和1000t油页岩。巴西有Petrossex熔炉，每个熔炉每天处理1500t和6000t油页岩。
颗粒页岩干馏通常采用加热后的页岩灰作为固体热载体，与页岩混合进行加热干馏。颗粒页岩由于颗粒小，升温快，只需要几分钟或更长时间。固体热载体的热源通常来自页岩干馏气或页岩半焦燃烧产生的热烟气。目前，工业生产中使用的颗粒页岩干馏炉包括爱沙尼亚的Glot炉，每个干馏炉每天处理3000吨油页岩。此外，由加拿大开发的Tasek颗粒页岩蒸馏炉(ATP)已经扩大到在澳大利亚每天处理6000吨油页岩。
粉状页岩干馏通常在流化状态下与热页岩灰粉末混合进行干馏和炼油。热页岩灰的来源通常来自页岩焦的流化燃烧。用于流化干馏的流化剂通常是蒸汽或干馏气体。由于粉页岩的粒径较小，干馏所需时间仅为2 ~ 3分钟左右。干馏温度一般为450℃。粉页岩干馏炉最大的优点是干馏强度高，但干馏炉在流化状态下产生的油气在出炉时容易带出较多粉尘，处理难度较大。
块状页岩干馏炉使用的页岩需要一定程度的破碎，但原料油页岩从矿山开采出来，经过一定程度的破碎筛分后，会产生10% ~ 20%的细颗粒，不能用于块状页岩干馏炉，造成损失。而颗粒状或粉末状的页岩干馏炉，可以将开采出来的页岩全部破碎筛分到所需粒度，全部利用，不会导致原料的浪费。
图3-2抚顺干馏炉
1抚顺干馏炉
抚顺块状页岩干馏炉，也称为抚顺内热干馏炉，
简称抚顺炉(图3-2)。抚顺干馏炉是世界四大油页岩干馏工艺之一，形成于20世纪30年代，发展于50年代，成熟于60年代。抚顺炉是油页岩干馏和页岩半焦气化的连接点。
立式圆柱形块状页岩干馏炉一起具有位于上部的干馏段和位于下部的气化段。抚顺炉加工12 ~ 75 mm块状油页岩。干馏所需的热量由两个热源提供:①页岩半焦气化燃烧产生的高温气体和从炉底引入的含有饱和水蒸气的空气(主空气)向上进入干馏段加热页岩，这是第一个热源；(2)另外，干馏炉外蓄热炉加热的热循环气被引入干馏炉中部，向上进入干馏段加热页岩，这是页岩干馏炉的第二个热源。抚顺炉采用水洗冷却方式。抚顺炉可以利用页岩半焦中的固定碳，加工低品位油页岩(含油6%以上)时热量可以自给。经过长期工业生产试验，是一种经济性好、可靠性高的油页岩干馏炉。
抚顺炉每20台设备用一套冷凝回收系统，称为“部”。每炉每天处理2000吨块状油页岩，年产页岩油3×104吨。
抚顺炉结构简单，设备耐用，维护和运行管理方便，适用于低品位油页岩，可大规模工业化生产，启动周期长(350d/a)。
抚顺炉的缺点是处理矿石量少(100t/d)，出油率只能是铝甑的65%。只能处理12 ~ 75 mm油页岩颗粒，资源利用率低；系统自动化程度低，控制系统落后，操作人员劳动强度大；环境污染，特别是空气污染的问题还没有完全解决。这些缺点制约了抚顺炉的发展和推广。
为了克服上述缺点，近年来，抚顺矿业集团页岩炼油厂研究了抚顺炉的升级改造方案，准备对其现有的9台炉进行升级改造。同时，从2006年开始，抚顺矿业集团页岩炼油厂还与陕西省冶金设计研究院合作，开发新的页岩油回收工艺。新工艺在保留抚顺干馏炉优点的同时，移植和使用了冶金制气中一批先进、成熟、高效的技术设备，优化了其传统的油页岩干馏制油工艺。新工艺已在工业小型试验设备上获得成功。此后，在抚顺集团年加工能力200×104t、年生产能力8×104t的E部分油页岩炼油技改项目中，采用了新技术进行建设。E区油页岩炼油项目由40台抚顺炉组成，采用一套冷凝回收系统。该项目于2007年6月开工，2008年9月顺利投产。新工艺的自动化程度明显提高；最高出油率为80%，比传统工艺提高10% ~ 15%，接近国际先进水平。产生的废水更少，更环保；体积缩小一半，更节能。新技术基本达到了节能、高效、环保的预期目标。
2.茂名圆炉
茂名圆炉类似抚顺炉，也是内热式块状页岩干馏炉，带气化段。与抚顺炉结构的主要区别在于干馏炉中部采用了混气室，具有多面配气结构。工艺流程与抚顺炉相同，油页岩从炉顶进料，在炉内分段干馏气化，主风进入炉底。页岩半焦中的固定碳在气化段燃烧气化，提供油页岩干馏所需的部分热量，其余热量由热循环气提供。气化段产生的气体与热的循环气体混合，从干馏段中部的喷孔喷出加热，向上流动与油页岩逆流接触换热，从而干馏。干馏产物从炉顶提取，页岩灰从炉底排出。油页岩矿石日处理量100t，出油率为铝甑的65%(罗，1991；林，1988).
图3-3茂名方炉
3.茂名方炉
茂名方甑于20世纪60年代首次使用。茂名方炉，又称茂名燃气方炉，是一种内热式块状油页岩干馏炉，利用循环气体燃烧，为干馏油页岩提供热量(图3-3)。均匀混合的循环气体和空气进入炉膛中部，在高温页岩半焦层中进行燃烧和还原反应，油页岩干馏所需的热量由反应产生的高温气体热载体提供。采用燃气加热方式，炉内有足够的热量和较厚的高温层，保证油页岩得到充分干馏。300吨油页岩日处理能力略高于茂名环式炉，约为铝干馏炉的70%。
从炉底引入饱和水蒸气的冷循环煤气，既能与高温页岩灰进行热交换，回收其大部分显热，又能使从炉底排出的灰渣温度降低到300℃以下，其水蒸气能与灰渣冷却段上部高温层页岩半焦中的固定碳部分还原，有利于煤气热值的提高(罗，191；林，1988).
20世纪90年代，神木县三江煤化工公司将茂名方形干馏炉改造成SJ方形立式干馏炉，应用于神木煤干馏工艺。神木三江煤化工公司拥有SJ方干馏炉中试厂(矿石处理能力1t/h)和工业工厂(矿石处理能力10t/h，20t/h)，具有近20年的技术开发经验。目前已有300多台不同型号的SJ方形干馏炉投产，不同处理能力的SJ方形干馏炉在陕西得到广泛应用。
目前，SJ方形干馏炉已成功应用于油页岩干馏工艺。测试了两种不同类型的油页岩，平均出油率在80%以上。SJ方形干馏炉对油页岩颗粒的要求是8 ~ 60 mm
4.爱沙尼亚Kievit反驳。
Kiviter干馏炉是立式圆筒形的(图3-4)，它加工块状油页岩。该炉由钢板外壳和耐火炉衬组成。在炉子上部的中间和炉子中部的两侧有长方形的燃烧室。有燃烧器引入空气和干馏循环气体进行燃烧。产生的热烟气横向进入炉膛上部两个截面平行的矩形干馏室，自上而下加热油页岩(形成薄层干馏)，产生的油气通过排气室导出。页岩半焦被进入炉膛下部的冷循环干馏煤气冷却，然后通过水封排出。半焦的潜热没有充分利用，热效率不高(70左右炉出口的油气被炉内燃烧产生的烟气稀释，热值不高。Kievit干馏炉生产成熟，每台干馏炉日处理能力为1000t。其出油率为实验室铝甑出油率的75% ~ 80%(Yefimov等，1999；Sonne等人，2003年；钱家林，2006)。
图3-4 Kievit干馏炉
图3-5 Petelaud Sikes干馏炉
5.巴西彼得劳德的埃塞克斯干馏炉。
巴西彼得劳德的Petrosix干馏炉是目前世界上最大的块状页岩干馏炉(图3-5和图3-6)，日加工油页岩6000吨。炉膛内径为11m，上部为油页岩干馏段，下部为页岩半焦冷却段。被管式加热炉加热的热循环气进入干馏炉的中部，上部的油页岩被加热干馏，从而热解产生页岩油气和半焦。油气从上部引出，通过冷凝回收系统回收页岩油。一部分页岩干馏气被管式加热炉加热，然后循环到干馏炉中部。炉内半焦进入炉下部，被炉底冷循环气冷却，冷却后排出。Petelaud Sikes炉技术成熟，页岩干馏油收率达到铝干馏油的85% ~ 90%。干馏煤气热值高，但排出的半焦的固定碳热值没有得到利用(钱家林等，2006；Martignoni等人，2002年，2006年)。
图3-6 Pete laud Sikes工厂的工艺流程
6.联合石油公司岩石泵炉
美国联合石油公司的UnionB工艺不同于一般的块状页岩干馏炉(图3-7，图3-8)。
自下而上，页岩由岩泵底部的两台岩泵依次送入炉内干馏，生成的页岩半焦约为510℃，从顶侧排出。加热后的热循环气(540℃)进入B型炉顶部，页岩自上而下被加热干馏。干馏气从炉底引出，经冷却油水分离，脱硫净化，可作为高温煤气使用。页岩油在炉下出口。B型炉的出油率接近铝甑测定的含油量的100%。油页岩日处理能力为10000t/d，是世界上最大的炉型。但在1990收盘(巴尼特，1982；卡拉汉，1983).
7.爱沙尼亚的格莱特炉
爱沙尼亚的Galoter炉是一种旋转式固体热载体颗粒页岩干馏炉(图3-9)。热页岩灰作为固体热载体，在回转炉中与颗粒页岩混合干馏制备页岩油。干馏后，半焦和页岩灰的混合物在喷射管中被空气燃烧，产生的部分页岩灰作为热载体被回收。每炉每天处理颗粒油页岩3000吨，出油率约为铝甑的85% ~ 90%。技术基本成熟。
图3-7岩石泵炉
图3-8岩石泵炉装置工艺流程
早在1945年，前苏联科学院能源研究所，也就是今天位于莫斯科的俄罗斯能源研究所(ENIN)就研发了格洛特炉型。1946年建成实验室设备，半个多世纪后逐渐扩大到工业生产规模。中试和工业试验装置主要由苏联列宁格勒设计院和今天的圣彼得堡原子能设计院设计，有UIT-25、UIT-50、UIT-100、UIT-200、UIT-500和UIT-3000。
图3-9格洛特工厂工艺流程
1984年，爱沙尼亚纳尔瓦油页岩电厂建成了两台日产量为3000吨颗粒页岩的Glot干馏装置(UIT-3000)，并一直运行至今。因为装置规模放大，工艺复杂，设备和旋转机械多，操作不易掌握。它的运营者花费了大量的精力和物力来不断改进和完善它。据介绍，目前运行情况已趋于正常，年运行时间6200 ~ 7200 h(设计年运行时间6800h)。根据加工炊事用具油页岩的操作，如果实验室的铝甑含油量为14%，则估计铝甑含油量可为12%，约为86%。干馏气的体积热值为46000kJ/m3，含30%的烯烃，可用作化工原料或家用燃气(Golmshtok等，2007)。
目前，Narwa油页岩电厂与来自芬兰的OUTOTEC合作开发新一代Enefit技术(改进型Glot炉，图3-10)。设计目的是加强余热回收，减少机械设备，减少排放，获得更高的出油率和利用率。第一家工厂的设计正在进行中，即将开工建设，计划2012年竣工。改进后的Glot炉称为Enefit280，改进后的干馏炉油页岩产能从3000t/d(140t/h)提高到6000t/d(280t/h)。将原半焦提升管燃烧改为循环流化床燃烧，半焦燃烧产生的热量用于干馏，余热用于发电；增加余热回收锅炉，提高干馏过程的热效率；干馏出来的油气直接进入分馏塔，将页岩油分为轻油和重油；排出的热灰在流化床中冷却以获得热量(Weber，2009)。Enefit280是唯一能够最大限度提高石油产量、能源效率和副产品利用率的技术。
图3-3-10 ene fit 280 280 Caloter设备示意图
Enefit280 Galoter炉的优点:
(1)低环境影响:低烟尘排放；灰分中无残留有机质，含量小于65438±0%；炼油过程不需要水。
(2)柔韧性:也可用于低热值、细颗粒(0 ~ 25mm)的油页岩；提取的油页岩全部可以利用，不浪费油页岩；无需使用外部燃料(如天然气、石油、电力)；易于适用于其他油页岩，对油页岩含油量没有技术限制；容易控制，如果不需要某些设备(如干燥)也很容易修改工艺。
(3)高效益:该工艺的化学效益为80%；与费歇尔相比，产油率为103%；热效益超过80%；利用率高(90%以上)。
(4)综合利用:油页岩年消耗量226×104t，页岩油年产量29×104t，天然气年产量7500×104m3，发电量35MW。
(5)产品质量高:页岩油——粘度低(1.2李托，+15℃)，硫含量低(< 0.7%)，倾点低(-15℃)；高热值干馏气；干馏气可用于制氢和发电。
8.加拿大-澳大利亚塔塞克炉
加拿大的Taciuk炉，又称AlbertaTaciukProcess(简称ATP炉)，是以加拿大UMATAC工程公司的发明人WilliamTaciuk命名的。ATP也属于颗粒页岩固体热载体干馏炉。ATP炉的研制始于1977，至今已有40多年的发展历史。1986年，澳大利亚南太平洋石油公司/中太平洋矿业公司(SPP/CPM)决定采用ATP技术，放大约30倍，设计用于澳大利亚昆士兰油页岩干馏，并在澳大利亚建设一座日处理6000吨油页岩的Tasek炉。
该装置由澳大利亚Bechtel公司设计，德国KruppPolysius公司制造，总投资约2.8亿澳元。1997开始施工，1999完成试运行。机组试运行5 ~ 6年，启停，年开工率60%(Schmidt，2003；麦克法兰，2003年，2004年).操作效果不太好，有异味，当地绿色组织抗议。
到2004年，SPP公司将该装置及相关油页岩资源出售给美国昆士兰能源公司，该装置于2004年年中关闭。
该装置设计了油页岩干燥、干馏和半焦燃烧三个过程在卧式圆筒回转炉内进行(图3-11)，构思巧妙，但操作上难以控制。中国抚顺进口一台Tasek炉(6000t/d)，将于2010年底前调试。
图3-11塔塞克炉
总的来说，ATP技术不成熟，开工率60%。ATP从240t/d处理能力的中试直接放大到6000t/d处理能力的生产。澳大利亚现在已经放弃了ATP，把自己的ATP工厂卖给了美国公司。设备太大，长60m，直径11m。
9.德国鲁奇-吕格斯熔炉
德国的Lurgi-Luhrgas (LG)工艺是由Lurgi和Luhrgas在20世纪50年代联合开发的。该工艺可用于颗粒油页岩和煤的干馏以及重油的热解。该工艺用于煤或油页岩干馏时，以热半焦或热页岩灰为固体热载体，在双螺杆混合机中与煤或页岩混合并加热，然后在移动床反应器中完成干馏。产生的油气和半焦由空气送入提升管，自下而上燃烧，部分产生的热半焦或页岩灰返回螺旋混合器循环利用(图3-12)。
图3-12鲁奇-洛尔加斯工厂工艺流程
煤干馏，1957 ~ 1961年在德国多斯顿建成了一套日处理240t烟煤的装置。1963 ~ 1968期间，南斯拉夫建成1600t褐煤日处理厂；从1975到1978，在Batlo建造了一个每天加工350吨烟煤的装置。1977 ~ 1979年，英国建成了一套日处理700吨烟煤的装置。油页岩干馏方面，美国、澳大利亚、约旦和中国的油页岩(Rammler，1982)在德国赫滕日处理能力为12t，埃森日处理能力为8t，法兰克福日处理能力为24t。
10.大连理工大学固体热载体干馏炉
1984大连理工大学开发了一种固体热载体颗粒页岩和煤干馏新技术，称为“大工程法干馏技术”(图3-13)。新型干馏法的原理流程与德国Lurgi-Rueges工艺(LG)相似，但关键设备的形式和结构由大连理工大学开发、设计和制造。
1984年，大连理工大学新建了油页岩干馏连续试验装置，能力为5 ~ 10kg/小时，并完成了冷模试验。在1985 ~ 1986期间，对桦甸页岩、茂名页岩、云南褐煤、内蒙古平庄褐煤和黄县褐煤进行了实验。平庄矿务局在1990 ~ 1992期间，建立了日加工褐煤150t的工艺试验装置，并在1992 ~ 1993期间进行了试验，取得初步成功。
图3-13大连理工大学新建干馏装置工艺流程
大型干馏工艺的原理是将颗粒油页岩和作为热载体的页岩灰在移动床干馏反应器中混合，加热干馏生成页岩油气和半焦。半焦和页岩灰的混合物在加热提升管(喷射燃烧管)中被空气向上喷射，半焦中含有固定碳等有机物，燃烧生成页岩灰。部分页岩灰被旋转分离器分离并回收，在螺旋推进器中与页岩混合(页岩热解反应开始发生)，进入干馏反应器加热干馏页岩，页岩油气输出冷凝回收页岩油。页岩灰一部分排放，一部分继续回收(钱，2008；大连理工大学煤化工实验室，1986)。
对于高热值、高含油量的油页岩，页岩半焦中的有机质在提升管内燃烧，足以加热干馏页岩，不需要通过加热提升管下部补充外部燃料。对于低热值油页岩，页岩半焦中固定碳有机质燃烧产生的热量不足以提供干馏，需要在提升管下端的燃烧室中加入干馏气和空气来补充热量。
采用大公新方法对桦甸油页岩和茂名油页岩进行了中试(10kg/h)。四个样品的原油采收率为90% ~ 94%，干馏产气量为40 ~ 60 m3/t，热值在18130kJ/m3以上(郭等，660 kJ/m3)
11.粉状页岩流化干馏炉
茂名石油公司在1970年代进行了双容器流态化干馏(粉页岩流态化干馏，粉半焦流态化燃烧)，并取得初步成功(罗，1984，1981；罗，1988)(图3-14)。
近年来，中煤龙华哈尔滨煤化工公司正在黑龙江依兰县进行达连河油页岩流态化干馏中型试验(日处理油页岩50t)，已初见成效，最长连续运行192h，出油率达到铝干馏的80%(王等，2009)。
中煤龙华这种流态化干馏系统的优点是可以充分利用油页岩资源，即将油页岩磨成小于3 mm的油页岩粉末颗粒，然后在干馏炉中进行处理；产品包括页岩油、天然气和灰渣(可用作水泥、陶粒和砌砖的原料)。页岩油生产成本2000元/t左右，深加工(加氢制汽柴油)成本2700元/t，中煤龙华工艺世界创新，加工能力大，达到2000t/炉。中煤龙华工艺优于抚顺炉。抚顺炉是日本人在1929年研制的，只有100t/炉；而且抚顺炉只能处理大颗粒，不能处理小颗粒(颗粒< < 12mm)。
相比较而言，中煤龙华的试点工作比中石油大庆深入得多，前者的出油率比后者高，放大倍数也比后者高。但前者的流化粉尘比后者多，很难处理。
图3-14茂名流化干馏装置工艺流程