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油页岩废渣陶粒的生产应用

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《炼油技术与工程》2017年第12期

摘要:我国油页岩远景储量巨大,随着石油和燃料价格的不断上涨,利用油页岩提取页岩油和发电效益可观。但在这一利用过程中会产生大量废渣,废渣不仅占用大量土地,同时也污染周边环境,这制约了油页岩的开发和利用。本项目利用油页岩发电及提取页岩油废渣生产新型建筑材料,所研制的轻质和超轻人造轻骨料———陶粒,质量达到国家标准要求,既利废又环保,同时为油页岩的开发和循环利用提供了有利条件,且具有填充、承重功能。利用油页岩废渣陶粒生产的新型建筑材料节能保温效果良好,对当前我国大力推进的节能减排意义重大。

关键词:油页岩;废渣;陶粒;轻骨料

0引言

根据吉林省发布的《能源“十三五”规划》,吉林省油页岩已探明储量为1086亿t,占全国探明资源量的80%以上,位列全国第一[1]。截至2014年,吉林省在松辽盆地已经发现了4处超百亿吨的大型油页岩矿床。其中,扶余—长春岭拥有油页岩资源达453亿t的大型矿床,是目前最有开发前景的矿床之一[2]。油页岩的主要用途是提炼页岩油和做燃料。用油页岩提炼页岩油附加值较高,但产生的半焦量极大,提炼1t页岩油要产生20t~30t半焦(发热量在4000kJ/kg左右),生产占地很大,同时也对环境造成很大的污染。因此,利用油页岩发电,既节煤又可缓解铁路运输压力,效益明显。但是,利用油页岩发电也存在着排渣量大的问题。油页岩发热量低,灰分含量高,是煤的3倍~5倍,每万千瓦装机容量年排渣量10万t左右。因此,废渣及废渣的综合利用是制约油页岩开发与应用的关键问题之一。本文利用油页岩废渣生产新型建筑材料,既利废环保,又有利于油页岩的开发和利用,经济效益和社会效益显著。

1油页岩废渣陶粒的生产

1.1原材料的选择

油页岩废渣陶粒由4种原材料组成:油页岩废渣、发气材料、塑化材料、外加剂。

1.1.1油页岩废渣

油页岩综合利用过程中,产生两种废渣,一种是提油后产生的半焦,另一种是油页岩或半焦做燃料发电后产生的油页岩废渣。本项目试验室小试研究利用东北电力大学提油半焦做燃料后所产生的油页岩废渣。

1.1.2发气材料

发气材料选择代号为A,B,C的三种材料。A选自吉林省长春市农安区;B选自吉林省蛟河市;C选自吉林省桦甸市和东北电力大学。

1.1.3塑化材料

塑化材料来自吉林省桦甸市西台子乡和乐屯的塑化材料。1.2生产性试验在对小试工作经验、数据分析与总结的基础上,利用试验室最佳配合比及热工参数,对油页岩废渣陶粒进行生产性试验,整个生产性试验分为物料粉磨、选粒、焙烧等几个阶段。

1.2.1配合比

通过试验,我们确定A,B,C这3种发气材料的最佳配比、温度波动范围。A材料配比:A料:粘土:油页岩废渣=13:15:72;A料的波动范围10%~16%;预热温度范围:650℃~710℃;焙烧温度1100℃~1140℃;B料的配比:B料:粘土:油页岩废渣=15:15:70;B料波动范围:13%~21%;预热温度范围:700℃~750℃;焙烧温度范围:1120℃~1140℃;C材料配比:C料:粘土:油页岩废渣=10:15:75;C料的波动范围:7%~13%;预热温度范围:750℃~800℃;焙烧温度范围:1120℃~1140℃。

1.2.2生产工艺

通过选择确定在长春市某陶粒厂用二阶式回转窑进行油页岩废渣陶粒焙烧的生产性试验。

1.2.3原材料准备

生产性试验废渣选用东北电力大学提油半焦做燃料后所产生的油页岩废渣;发气材料选用吉林省桦甸市和东北电力大学;塑化材料选用吉林省桦甸市西台子乡和乐屯的塑化材料。

1.2.4原料处理与加工原料

入球磨机粉磨,需控制入磨原材料的水分,要求原材料的含水量在3%~5%,对不符合要求的原料需进行加工处理除。

1.2.5陶粒生产试验

本项目陶粒烧制试验在长春某陶粒厂进行。该生产线为粘土陶粒生产线,陶粒焙烧窑为2段式,预热段和焙烧段均由调速电机驱动。造粒采用对辊式挤出造粒,造粒机直径φ0.5m,造粒粒度φ10mm左右,含水率22%,呈圆柱状。焙烧以煤粉为燃料,通过可调速电机带动的螺旋输送机和风机将煤粉按照一定的速度喷入陶粒窑中,以控制焙烧温度。煤粉对陶粒焙烧影响主要表现在热值水分和细度上,其中含水率的影响往往受到忽视。在生产时,煤粉含水率应控制在2%以内,否则潮湿的煤粉会对陶粒质量和焙烧制度的稳定造成影响。该窑生产能力为40m3/班(12h)。生产试验时,以原生产单位的工艺参数为基础,根据试验室经验结合生产实践经验,进行适当调整,最终总结出的工艺参数及生产控制方法如下。(1)轻质陶粒预热窑转速较原中试厂工艺参数减慢,窑温控制在700℃左右;烧成窑转速较中试厂原工艺参数加快,窑温控制在1100℃左右;加煤器转速较中试厂原工艺参数减慢,煤的加量较中试厂原加量降低20%左右。所烧轻质陶粒为深褐色类球状颗粒,堆积密度为600级~800级;(2)超轻陶粒预热窑转速维持中试厂工艺参数或加快,窑温控制在750℃左右;烧成窑转速较原工艺参数减慢,窑温控制在1150℃左右,加煤器转数维持中试厂原参数不变或略快,使加煤量与中试厂原工艺参数相同或略多。烧制出超轻陶粒外观为棕色类球状颗粒,堆积密度达到400,500级。试验中主要调节和控制的工艺参数包括:两节窑的各自转速、加煤器的转速(调整加煤量)、送料量;在生产性试验中,有轻质和超轻陶粒的生产配比,也有相同配比不同细度的对比焙烧试验。生产性试验结果是令人满意的。成功地烧制了400(已接近300级上限)级,500级超轻油页岩废渣陶粒和600级~800级轻质陶粒。

1.2.6陶粒性能检测

生产性试验结束后,对试生产样品进行了检测。

1.3陶粒制品的试制

利用前面所述生产试验所生产出的轻质陶粒与超轻陶粒,在进行了几个单项的性能检测之后,我们在长春市某新型墙体材料有限公司进行轻质陶粒混凝土小型空心砌块与承重陶粒混凝土小型空心砌块的生产性试验。试验中所采用原材料除轻质与超轻陶粒外,其它原材料都采用该厂原材料。各种原材料的主要技术指标如下。炉渣:烧失量10%,松散密度600kg/m3,筒压强度1.5MPa;水泥:鼎鹿复合32.5级,细度1.8%(0.08mm方孔筛筛余),28d抗压强度43.5MPa;粉煤灰:热电二厂磨细灰,比表面积360m2/kg;筛分碎石:粒径0.1mm~10mm;轻陶粒500级:堆积密度412kg/m3,筒压强度2.61MPa;混重陶粒800级:堆积密度736kg/m3,筒压强度8.96MPa;砌块生产时,首先进行炉渣与石粉的筛分,筛除大颗粒炉渣,选用小颗粒炉渣与炉灰,剔除小颗粒石子及石粉,保留大粒瓜子石,同时对陶粒进行淋湿、浸泡以待生产;其次进行生产配料,把重量配比转换成体积配比,用小车进行人工配料,每斗配料在0.5m3左右;然后进行搅拌,混合料在搅拌机中干拌2min左右,然后加水、加外加剂进行拌合,最后压制成型。试生产样品成型后1d脱模。自然养护28d后进行性能检测。利用试生产出的超轻和轻质陶粒样品试制了两个配方共10m3砌块。所生产的非承重与承重陶粒砌块的部分性能为:轻集料混凝土陶粒砌块的抗压强度为5.9MPa,密度730kg/m3,热阻0.47m2•K/W(200mm厚,其中包括10mm砂浆厚度);承重陶粒砌块的抗压强度为10.6MPa,密度1230/m3,热阻0.60m2•K/W(200mm厚,其中包括10mm砂浆厚度),全部达到国家标准要求。

2存在的问题及今后改进意见

本项目工业化生产时,要适当调整原料配比,争取在发气材料加量的下限时能稳定生产出合格产品,以降低生产成本。同时,要在生产中逐步确定并完善轻质、超轻陶粒,尤其是300级陶粒的热工制度与生产工艺参数,300级超轻陶粒的生产是今后要深入研究的问题。在油页岩废渣陶粒制品方面还要进行深入研究,提高制品强度与节能保温性能,降低制品成本。

3结语

通过对小试、生产性试验和陶粒及其制品试验所取得的试验数据进行全面分析,笔者认为本项目的研究工作已全部达到了立项研究目标,各项指标已达到或超过了合同指标,完全达到并超过了国家相关标准要求。通过项目研究,可以得出如下结论:(1)利用油页岩废渣且掺加量在70%左右时,完全可以生产出轻质和超轻陶粒,这在研究与生产方面是一个创新;(2)在两阶式回转窑中,在适当的热工制度下,可以生产出300级超轻陶粒;(3)轻质陶粒的生产成本和超轻陶粒的生产成本虽略高于粘土陶粒,但社会效益显著;(4)利用油页岩废渣陶粒生产非承重油页岩废渣陶粒小型空心砌块的热阻为0.60m2•K/W,是混凝土小型空心砌块的1.8倍左右,保温隔热性能良好。

参考文献

[1]吉林省能源局.吉林省能源局发展“十三五”规划[Z].2017-05-10.

[2]财经头条网.中国最隐秘石油大省浮现:坐拥140亿吨石油正蓄势崛起[EB/OL].

作者:付强1;杜全胜2;杜颖1;刘岩1;于国强3 单位:1:吉林省建筑材料工业设计研究院,1:吉林省达兴工程检测有限公司,3:白山市科学技术研究所

炼油技术与工程杂志责任编辑:张雨    阅读:人次