页岩油产品质量权重分析

摘要：页岩油作为一种重要的非常规油品，其产品质量与下游燃料、炼化紧密相关。为了提高页岩油产品质量管理水平，提出了一种质量指标权重分析法。通过分析工艺过程、实验研究、计算机模拟等步骤确定了产品质量指标权重矩阵，定义了工艺重要度参数。该方法在抚矿集团页岩炼油厂的应用实践表明对提升产品质量效果显著，具有较高的推广价值。

关键词：页岩油；质量管理；指标权重

随着我国能源需求总量不断增加，能源生产和消费结构不断优化，传统的常规石油产量在不断下降，非常规油气资源和新能源作为补充资源得到越来越多的关注［1］。页岩油是一种非常规石油，其制备方法是通过隔绝空气、低温加热、干馏分解油页岩［2］，把油页岩中的有机质转变为页岩油和干馏气。

我国油页岩可采储量约2 432亿t，可炼制页岩油120亿t，居世界第4位，通过油页岩炼制页岩油能够满足工业燃料油的需求［3］。如何高质量、低成本提炼页岩油已成为各国关注的焦点。现油页岩干馏工艺普遍存在工艺环节多、产品质量指标难以控制的问题［45］。抚矿页岩炼油厂为提升页岩油质量提出了产品质量指标权重分析法，本文将介绍该方法的应用及其取得的实际效果。

1页岩油生产工艺及其质量指标

1.1页岩油生产工艺

油页岩主要通过干馏工艺加工，分为地上和地下干馏技术，地上干馏技术是目前应用的主要页岩油提炼技术，分成外热式和内热式。

1.2页岩油工艺指标

经多道工序优化配置最终形成质量合格页岩油的产品。由本单位主持起草的国家推荐标准GB/T 35063—2018《煤基伴生油页岩油》规定了煤基伴生油页岩油的产品类别、技术要求、试验方法、检验规则及标志、包装、运输、储存等事项。在产品类别方面，按照油品密度分为3类：轻质油页岩油、中质油页岩油和重质油页岩油。其中，轻质油页岩油按密度分为1号、2号轻质油页岩油，按照含硫量指标分为Ⅰ级、Ⅱ级2个等级。中质油页岩油按密度分为3号、4号、5号中质油页岩油，按其机械杂质及硫含量指标可分为Ⅰ级、Ⅱ级和Ⅲ级3个等级。重质油页岩油按其机械杂质及硫含量指标可分为Ⅰ级、Ⅱ级和Ⅲ级3个等级。该标准分别从密度、凝点、闪点、运动黏度、硫含量、机械杂质、水含量和灰分对不同类别的产品质量指标做了规定。

图1为页岩油指标体系，不同牌号页岩油对不同质量指标有确定的数值要求。例如，1号和2号轻质页岩油须使闪点满足低于-65 ℃的要求，而闪点高于-65 ℃是中质（3～5号）和重质页岩油的必要条件。硫含量小于1.5%均可称为合格的页岩油产品，但根据具体数值又可分为Ⅰ级、Ⅱ级和Ⅲ级。由质量指标体系可知，满足某一牌号的页岩油标准需要综合考虑多个质量指标，因此提高页岩油产品质量需要从各个质量指标入手，优化工艺参数，改善工艺方法。

2页岩油质量指标权重分析法

页岩油作为最终产品，其质量指标（见图1）关系到销售、利润和品牌塑造等各方面，不同工艺环节对质量指标的影响权重不同。

生产中主要产品页岩油的关键参数指标（如凝点、灰分、闪点等）难以控制，为此我们对关键产品的质量指标进行分解，通过科学实验和模拟分析得到不同工艺过程对质量指标的影响权重，构建权重矩阵，质量指标权重分析法的主要原理如图2所示。

假设生产最终产品——页岩油需要n个主要工艺环节，每个工艺环节都有各自的主要指标，称为工艺指标。例如破碎和筛选过程，油页岩粒度即为一个工艺指标。设最终产品的质量指标有m个，则工艺指标与质量指标之间的影响关系可以用权重系数表示。例如，质量指标1主要受工艺指标1和2影响，且通过长期的经验积累或者科研实验/模拟研究，确定工艺指标1和2对产品质量指标1的影响权重分别为0.35和0.65，则可确定权重系数x11=0.35，x12=0.65，x13=x14=…=x1n=0。当确定了所有权重系数后，即获得了页岩油产品的权重矩阵，权重矩阵与工艺指标向量的乘积等于产品指标向量（见图2）。

由权重系数构成的权重矩阵是一个工厂整体质量控制的关键。多年的实践经验表明质量指标权重矩阵对改善产品质量具有重要作用，主要表现在以下方面：

（1） 有助于了解最终产品质量影响因素情况，确定关键工艺的关键指标，确定工艺改善方向；

（2） 对某一批次产品质量问题进行追溯时，首先检查权重系数较大的工艺；

（3） 借助质量指标权重矩阵对产品质量指标进行针对性调整，获得定制化的改进方案。

3成果应用实例

3.1应用过程

通过反复实验和模拟研究，确定了影响油页岩的主要工艺环节有破碎、筛分、低温干馏、洗涤、冷却、电捕和油水分离7个工艺过程，确定粒度、粒径均匀度、低温干馏温度、洗涤流量、冷却速率、电捕强度和油水分离率7个工艺参数。

通过经验总结、室内小型试样模型测试、计算机模拟等方式，测得各工艺参数对产品质量指标的影响权重，即权重系数，构建产品质量指标权重矩阵。

所构建的产品质量指标权重矩阵为8×7格式，每一行代表一个产品质量指标（用i表示），每一列代表一个工艺指标（用j表示）。如以x表示权重系数，则根据平衡关系，产品质量指标权重矩阵应满足：∑nj=1xij=1.0，i=1～8（1）为综合考察不同工艺过程对最终产品的影响程度，定义工艺重要度，计算方法为：Ij=∑mi=1xij，j=1～7（2）通过分析可知，低温干馏工艺重要度最高，即对产品质量指标的影响较为综合或者在特殊指标上权重系数较大；洗涤和电捕次之；以下依次为油水分离、筛选和原矿破碎。需要注意的是，工艺重要度仅是用来分析各个工艺对产品的综合影响程度，具有相对性。工艺重要度在有效提升产品质量方面具有指导作用，但重要度低不表示该工艺过程不重要，相反，任何一个工艺过程指标不合格，都有可能导致生产出不合格产品。

在应用质量指标权重分析法后，经不断试验摸索，确定各工艺的最优参数区间，例如最佳筛分粒度为12～75 mm，低温干馏最佳温度（500±5）℃，洗涤、冷却和油水分离等过程也设置了分指标。通过对分指标连续或间歇检测，达到“多出油、出好油”目标。

3.2应用效果

通过产品质量指标权重分析法控制产品质量，产品隆岩牌页岩油荣获省名牌产品称号；页岩油产品获ISO 9001质量体系认证。企业生产的产品质量好，售前、售中、售后服务优，获得了市场充分肯定，荣获省、市重合同守信用模范单位。

4结语

页岩油炼制工艺复杂，最终产品质量难以控制。通过质量指标权重层次分析法将页岩油质量指标分解，并与各个生产环节的分指标建立关联，通过严格把控分指标，达到生产优质页岩油的目的。其方法对于具有复杂生产工艺的工业产业质量控制有重要借鉴意义。

参考文献：

［1］侯宏娟，王晶，杜琼杰，等.塔式太阳能原位开采油页岩系统余热回收及参数优化研究［J］.太阳能学报，2023，44（1）：126132.

［2］汤月亮，吴昊，闫玉麟，等.油页岩热解技术研究进展［J］.辽宁化工，2022，51（8）：10941097.

［3］傅丛，丁华，陈文敏.我国油页岩与煤共生资源分布及综合利用［J］.煤质技术.2021，36（3）：113.

［4］王智景.近/超临界水及无水作用下抚顺油页岩热解行为及产物特性研究［D］.太原：太原理工大学.2022.

［5］郝田田.油页岩共价键在热解过程中解离规律的实验研究［D］.吉林：东北电力大学.2022.