基于ATP工艺技术优势与页岩炼油的探索

摘要：本文对ATP工艺的技术特点和优势进行分析，并对该项工艺在页岩炼油中的应用流程与优化措施加以阐述。在掌握炉体结构与工艺原理的基础上，力求通过优化进料系统、温度控制系统、燃烧区结构等方式，使燃烧强度得以提高，温度场分布更适宜，进一步促进原矿利用率、产油率的提升。

关键词：ATP工艺;技术优势;页岩炼油

引言：在现代化工业飞速发展下，传统干馏炉工艺难以满足页岩炼油新需求，ATP干馏工艺应运而生，采用小颗粒油页岩进行炼油生产，弥补了国内外在小颗粒页岩炼制方面的空缺，可对粒径在0—12mm之间的油页岩尾矿问题得到良好处理。与传统工艺相比，ATP工艺在提高原矿利用率、产品质量、产油率等方面具有较大优势，可充分满足现代工业生产需求，拥有广阔发展前景。

1ATP工艺的技术特点

1.1原矿利用率较高

以往的干馏炉对料床通透性要求较高，只有具备较强的通透性才可使大量气流通过页岩层，只能对12—75mm质检的页岩粒度进行处理，页岩湿、碎均会导致加热不均匀，部分油母页岩难以充分热解。此外，受不均匀气流影响，导致局部温度迅速提升形成炼炉，这就要求对进料油页岩的尺寸进行限定，以抚顺干馏炉为例，原矿的利用率不足80%。而ATP炉应用后，可以0—12mm粒径的油页岩颗粒为主要进料，全部进料油页岩与热循环页岩充分混合起来，不会产生局部温度激增情况，避免炉渣与熔块形成，使原矿的利用率超过90%。

1.2产品质量优良

在传统抚顺炉技术应用中，干馏过程涉及到油页岩干燥、预热、热解以及冷却等相关反应，上述反应在相同的干馏炉内完成，这说明全部燃烧的水蒸气、废气、碳氢化合物等均混合在爐内。而ATP炉在干馏期间，只对进料油页岩与汽化炉中的水进行预热，产生的化合物与气体可单独排出炉外，与抚顺炉相比，ATP炉的油气浓度超过15倍。因ATP炉中的油气浓度较高，可减少油气出炉速度，发挥气体沉降作用，降低机械杂质与页岩油气的含量，使后续除尘设备的工作强度降低，减少油内机械杂质含量，使页岩油质量得到保障。因ATP炉的出炉速度较低，可减少沥青挥发，进而减少油内沥青质含量，节约大量深加工成本，使页岩油的产品质量更加优良[1]。

1.3产油率较高

ATP炉气体排出温度为500℃，全部产品油都以气体形态存在，与以往垂直干馏炉相比，油产量还有2—4%的提升空间，因垂直干馏炉在炉体顶端与页岩接触，此处页岩温度较低，可形成汽化冷凝循环，产生预热和热解作用。垂直干馏炉的进料尺寸在12—75mm之间，在与料床中气流充分融合后，很容易出现加热或者热解不均匀等情况，进而降低平均产油率。而在ATP技术应用后，可使进料能够充分混合，每个颗粒的热解温度相同，与以往垂直炉相比，科室产油率提高15%左右。

2ATP炉在页岩炼油中的工艺流程与优化措施

2.1炉体结构

ATP炉主体为回转窑筒，在轴线长度由两个同心圆筒构成，内筒带有两个密封腔室，负责油页岩预热与干馏工作;外筒为半焦燃烧区、高温状态页岩反馈区域。ATP炉属于固体热载干馏炉型，形成的干馏气量较小，但热值较高。以斯图尔特油页岩为例，每加工1吨便可形成35.5kg的干馏气，可将其作为燃料材料，为燃烧器运行提供热量支持。

2.2工艺流程

将油页岩经过预热管干燥处理后密封起来，与燃烧后的页岩灰渣充分混合，使温度为250℃的进料页岩迅速升温到500℃，页岩内的油母也可在绝氧环境下热解，变成碳氢化合物，经过中心蒸汽管道进入回收装置内。经过干馏处理的油页岩半焦经过另一侧密封进入旋筒内，最终返回到燃烧前区，受助燃空气影响，将干馏后的油页岩变为半焦状态，最终将油页岩废渣温度加热到750℃。此时，一些燃烧后的油页岩废渣进入干馏区，为后续热解提供热量支持，剩下的油页岩与烟气一同输入到冷却区，将热量回传给预热管。此类油页岩在冷却处理后，可将废渣在除尘器内分离，使其变为含尘烟气，利用布袋除尘装置剔除烟气内的微尘后，排放到大气环境中。ATP干馏区生成碳氢化合物蒸汽，先利用旋分器剔除底油与粉尘，再将剩余的杂质输入到干馏区进一步热解，此举可确保回收物为轻质岩页原油。将油蒸汽洗涤后，在分馏塔内形成重油与尾气，尾气内的轻质油可传送到吸收塔内，使轻油杯被可能的回收，剩余气体作为燃料促进锅炉燃烧[2]。

2.3系统优化设计

（1）进料系统优化。针对ATP工艺现存的现场设备使用随机、恢复生产时间较长、未定期维护等问题，可采取以下措施进行优化。一是健全轮换机制，当前设备大多为一个使用一个备用，可设计合理的交替运行时间，避免某个设备长期运行增加故障概率;二是创建数据库，以设备运行为中心，分析运行故障时间，创建设备检修、维护时间表等，由此预防故障发生;三是采取有效的处理方式。当某个供料线因个别设备停跳而暂停运行时，可利用程序自控启动备用供料线，并非等待操作人员手动开启其他设备。

（2）温度控制系统优化。可在ATP炉内设置温度内模控制器，首先在排除鲁棒性与约束的情况下设置稳定的控制器，再安装滤波器，通过改变和修正滤波器结构与参数等方式，使系统品质达到最佳状态。

（3）燃烧区结构优化。针对该区域结构布设存在的缺陷，可采用Solidworks Flow Simulation软件进行优化。一是最大限度减少直流喷射燃烧器产生的气流作用，可利用旋流平焰燃烧器来实现;二是在燃烧范围内加设旋风阻流板，使燃烧空气在内部停留一段时间，为空气和物流间的接触预留充足时间，以免半焦高温区外延到冷却区;三是延长炉体燃烧长度，促进半焦料与燃烧空气的充分融合，避免高温区扩散。

结论：综上所述，本文以页岩炼油为中心，对ATP工艺优势与流程进行介绍，并描述ATP炉的组成结构与原理，最后提出ATP工艺优化的有效措施。通过优化进料系统、温度控制系统、燃烧区结构等方式，有效解决燃烧不均匀、温度控制不当、燃烧区结构不合理等问题，使原矿利用率、产油率等方面得到极大提升，生产出更多品质优良的油产品，充分满足现代工业生产需求，并朝着加氢精制、裂化一体化等方向发展。

参考文献：

[1]刘晔.油页岩炼油氨氮废水和烟气SO_2协同处理研究[J].中国环保产业，2020，No.260（02）：54-56.

[2]章小明，潘一，杨双春，等.油页岩地面干馏技术研究[J].当代化工，2019（09）：012-014.

作者简介：杨静;女;1980 .03;甘肃山丹民族;汉族;兰州理工大学;高级工;炼油