地上干馏是将油页岩开采出来后，在干馏炉内加热，生产页岩油。一般都采用内热式干馏炉。内热式干馏炉分为块状、颗粒和粉末页岩等三种干馏炉型。
块状页岩干馏通常使用热燃烧气或热干馏气，作为气体热载体进行进入干馏炉内加热干馏油页岩。块状页岩由于页岩块本身传热系数小，自页岩块表面升温至其中心的传热速率慢，故干馏所需时间约数小时。当前，应用于工业生产的块状页岩干馏炉，在中国有抚顺式干馏炉，每台日处理油页岩100t;在爱沙尼亚有基维特炉，每台日处理油页岩200t和1000t。在巴西有佩特罗瑟克斯炉，每台日处理油页岩1500t和6000t。
颗粒页岩干馏通常使用烧热的页岩灰作为固体热载体和页岩混合，进行加热干馏。颗粒页岩由于粒度小、升温快，干馏所需时间仅几分钟或十几分钟。固体热载体的热源通常来自页岩干馏气或页岩半焦燃烧所产生的热烟气。当前，应用于工业生产的颗粒页岩干馏炉有爱沙尼亚的葛洛特炉，每台日处理油页岩3000t。此外，加拿大开发的塔瑟克颗粒页岩干馏炉(ATP)曾在澳大利亚放大为日处理油页岩6000t。
粉末页岩干馏通常在流化状态下与烧热的页岩灰粉混合进行干馏炼油。热页岩灰的来源通常来自页岩半焦的流化燃烧。流化干馏所用的流化剂通常是蒸汽或者干馏气。粉末页岩由于粒度很小，干馏所需时间仅约2～3min。干馏温度一般450℃。粉末页岩干馏炉的最大优点是干馏强度大，但在流化状态下干馏生成的油气出炉时易带出较多的粉尘，处理上比较困难。
块状页岩干馏炉所用的页岩要求有一定的块度，而原料油页岩从矿上开采出来后，经破碎筛分至一定块度，会产生10%～20%的细颗粒，这部分资源不能用于块状干馏炉，造成损失。而颗粒或粉末页岩干馏炉则能将开采出来的所有页岩破碎筛分至所需粒度而全部用掉，不会导致原料的浪费。
图3－2 抚顺式干馏炉
1.抚顺式干馏炉
抚顺式块状页岩干馏炉，又名抚顺内热式干馏炉，
简称抚顺式炉(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。抚顺式炉是油页岩干馏和页岩半焦气化过程连接
在一起的直立圆筒形块状页岩干馏炉，上部为干馏段，下部为气化段。抚顺式炉加工12～75mm的块状油页岩。干馏所需的热量是由两部分热源提供:①页岩半焦与从炉底通入的带饱和水蒸气的空气(主风)在气化段发生气化燃烧所产生的高温气体，向上进入干馏段加热页岩，是为第一种热源;②另向干馏炉中部通入在干馏炉外被蓄热炉加热了的热循环气，向上进入干馏段加热页岩，是为页岩干馏的第二种热源。抚顺式炉采用水洗冷却方式。抚顺式炉能利用页岩半焦中的固定碳，加工低品位油页岩(含油率6%以上)时热量能自给有余，并经过长期工业生产考验，是一种经济性好，可靠性高的油页岩干馏炉型。
抚顺式炉每20个装置共用一套冷凝回收系统，称为“部”。每部炉日处理块状油页岩2000t，年产页岩油3×104t。
抚顺式炉的优点是结构简单，设备耐用，维修和操作管理方便，适合于品位低的油页岩，可进行大规模工业生产，开工周期长(350d/a)。
抚顺式炉的缺点是处理矿石量小(100t/d)，且油收率仅能得到铝甑含油率的65%;只能处理12～75mm的油页岩颗粒，资源利用率低;系统自动化程度低，控制系统较为落后，操作人员的劳动强度大;尚未完全解决环境污染问题，尤其是大气污染。这些缺点制约了抚顺式炉的发展与对外推广。
为了克服上述缺点，近年抚顺矿业集团页岩炼油厂对抚顺式炉进行了升级方案的研究，准备对其现有9部炉进行升级改造。同时，2006年以来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，开发出一种新型页岩油回收工艺。新工艺在保留抚顺干馏炉优点的同时，移植运用了多项冶金煤气生产中先进、成熟、高效的技术装备，对其传统的油页岩干馏采油工艺进行优化改造，新工艺在工业化小型试验装置上获得成功。此后，在抚顺集团年处理油页岩200×104t、年生产8×104t页岩油的E部油页岩炼油技改工程中，全面采用了新型工艺进行建设。E部油页岩炼油工程由40个抚顺式炉组成，共用一套冷凝回收系统。该工程于2007年10月开工，2008年9月顺利投产运行。新型工艺自动化程度明显提高;油收率最高达80%，较传统工艺提高了10%～15%，接近国际先进水平;产生的废水量少，比较环保;体积缩小了一半，比较节能。新型工艺基本实现了节能、高效、环保的预期目标。
2.茂名圆炉
茂名圆炉与抚顺式炉相似，也是带有气化段的内热式块状页岩干馏炉。其与抚顺式炉结构的主要区别为干馏炉中部采取了气体混合室，具有多面布气的结构。工艺流程与抚顺式炉相同，从炉顶进料，油页岩在炉内分段进行干馏和气化，炉底送进主风。使页岩半焦中的固定碳在气化段燃烧、气化、供给油页岩干馏所需要的一部分热量，其余的热量则由热循环气供给。气化段产生的气体与热循环气混合从干馏段中部喷孔喷出供热，并向上流动与油页岩逆流接触换热，进行干馏。干馏产物由炉顶抽出，页岩灰则从炉底排出。日处理油页岩矿石量100t，油收率为铝甑的65%(罗荣陶，1991;Lin，1988)。
图3－3 茂名方炉
3.茂名方炉
茂名方形干馏炉最初应用于20世纪60年代。茂名方炉又称茂名气燃式方炉，是采用循环气燃烧供热以干馏油页岩的一种内热式块状页岩干馏炉(图3－3)。它由进入炉中部的均匀混合的循环气和空气在高温的页岩半焦层中进行燃烧与还原反应，由反应所产生的高温气体热载体供给油页岩干馏所需的热量。采用气燃供热方式，使炉内有充足的热量和较厚的高温层，从而保证油页岩能充分地干馏。日处理量300t油页岩，油收率较茂名圆炉稍高，约铝甑的70%。
从炉底通入水蒸气饱和了的冷循环气，既能与高温页岩灰换热而回收其携带的大部分显热，并使从炉底排出的灰温度降到300℃以下，其水蒸气又能和页岩半焦中的固定碳在炉灰冷却段上部的高温层进行部分还原反应，有助于发生气热值的提高(罗荣陶，1991;Lin，1988)。
20世纪90年代，神木县三江煤化工公司对茂名方形干馏炉进行改造，形成SJ方形立式干馏炉，应用于神木的煤干馏工艺。神木县三江煤化工公司拥有SJ方形干馏炉的中试装置(处理矿石能力1t/h)和工业化装置(处理矿石能力10t/h、20t/h)，有近20a的技术开发经验。目前有300多个不同型号的SJ方形干馏炉已经投入生产，不同处理能力的SJ方形干馏炉已经在陕西得到广泛的应用。
目前SJ方形干馏炉也已经成功的由煤干馏工艺应用于油页岩干馏工艺。已经完成两种不同类型油页岩的测试，平均油收率＞80%。SJ方形干馏炉对油页岩颗粒的要求是8～60mm。
4.爱沙尼亚基维特干馏炉
基维特(Kiviter)干馏炉呈立式圆筒形(图3－4)，处理块状油页岩。炉子由钢板外壳、耐火材料衬里制成，炉上部中间和炉中部两侧有长方形燃烧室，有烧嘴通入空气和干馏循环气进行燃烧，生成热烟气横向进入炉上半部的两个平行的长方形横截面的干馏室，加热自上而下的油页岩(形成薄层干馏)，生成的油气经抽气室导出，页岩半焦被炉下部进入的冷循环干馏气冷却后经水封排出，半焦潜热未充分利用，热效率不高(约70%)。炉出口油气被炉内燃烧生成的烟气所冲稀，热值不高。基维特干馏炉生产成熟，每台炉日处理量1000t。其油收率达实验室铝甑油收率的75%～80%(Yefimov等，1999;Sonne等，2003;钱家麟，2006)。
图3－4 基维特干馏炉
图3－5 佩特洛瑟克斯干馏炉
5.巴西佩特洛瑟克斯干馏炉
巴西佩特洛瑟克斯(Petrosix)干馏炉是当前世界上最大处理量的块状页岩干馏炉(图3－5、图3－6)，日加工油页岩6000t。炉子内径11m，上部为油页岩干馏段，下部为页岩半焦冷却段，经过管式加热炉加热了的热循环气进入干馏炉的中部，对上部的油页岩进行加热干馏，使其热解产生页岩油气和半焦。油气从上部导出，经冷凝回收系统回收页岩油，页岩干馏气一部分经管式加热炉加热后循环进入干馏炉中部。炉内的半焦进入炉下部，由炉底的冷循环气冷却，冷却后出炉。佩特洛瑟克斯炉技术成熟，页岩干馏油收率达铝甑的85%～90%。干馏气热值高，但出炉半焦的固定碳热值未加利用(钱家麟等，2006;Martignoni等，2002，2006)。
图3－6 佩特洛瑟克斯装置工艺流程
6.美国联合油公司岩石泵炉
美国联合油公司岩石泵(UnionB)的工艺不同于一般的块状页岩干馏炉(图3－7、图3－8)。
页岩自下往上，由岩石泵炉底的两台岩石泵轮流向上送入炉内干馏，生成的页岩半焦约510℃，自炉顶一侧排出。B型炉的炉顶有经过加热的热循环气(540℃)进入，自上而下，对页岩进行加热和干馏。干馏气由炉下方导出，经冷却油水分离，去脱硫净化后，可作为高热气利用。炉子下方有页岩油导出。B型炉的油收率接近铝甑测定的含油率的100%。油页岩日处理量达10000t/d，是世界上规模最大的炉型。但于1990年关闭(Barnet，1982;Callahan，1983)。
7.爱沙尼亚葛洛特炉
爱沙尼亚葛洛特(Galoter)炉是一种回转式固体热载体颗粒页岩干馏炉(图3－9)，用热页岩灰作为固体热载体与颗粒页岩在回转炉内混合而进行干馏，制取页岩油，干馏后的半焦和页岩灰混合物由空气在喷射式管中燃烧，生成的页岩灰的一部分作为热载体循环使用。每台炉日处理3000t颗粒油页岩，油收率约铝甑的85%～90%，技术已基本成熟。
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，即今之莫斯科市俄罗斯能源研究所(ENIN)研究开发了葛洛特炉型。1946年建起了实验室装置，此后历经半个多世纪，逐步扩大至工业生产规模。中试和工业试验装置主要由苏联列宁格勒市设计院，今圣彼得堡市原子能设计院设计，有UIT－25、UIT－50、UIT－100、UIT－200、UIT－500及UIT－3000等型号。
图3-9 葛洛特装置工艺流程
1984年，爱沙尼亚纳尔瓦(Narva)油页岩电厂建起了两台日处理3000t颗粒页岩的葛洛特干馏装置(UIT－3000)，运转至今。由于该装置规模扩大了，流程复杂，设备及转动机械较多，操作不易掌握，其运转人员花了很大的精力和物力，对其进行了不断的改进和完善。据介绍，当前的运行情况已趋正常，年操作时间达6200～7200h(设计年运行时间为6800h)。加工库克瑟特油页岩的运转情况，如果实验室铝甑含油率为14%，则预计葛洛特工艺可得页岩油12%，即约铝甑含油率的86%。干馏气体积热值46000kJ/m3，含烯烃30%，可作化工原料或家用煤气(Golmshtok等，2007)。
目前，纳尔瓦油页岩电厂与来自芬兰的奥图泰(OUTOTEC)合作，研发新一代Enefit技术(改进型的葛洛特炉，图3－10)。设计宗旨是加强余热回收、减少机械设备、减少排放、获得更高的出油率和利用率。首个工厂的设计正在进行，不久将开始建造，计划2012年建成。葛洛特炉的改进型称为Enefit280，改进后干馏炉的油页岩处理量由Enefit140型葛洛特炉原来的3000t/d(140t/h)提高至6000t/d(280t/h);将原来的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除用于干馏外，剩余热量用于发电;增加了废热回收锅炉，提高了干馏过程的热效率;干馏出的油气直接进分馏塔，将页岩油分成轻油和重油;排出的热灰用流化床冷却取热(Weber，2009)。Enefit280是目前唯一能将产油、能效、利用副产品最大化的技术。
图3－10 Enefit280型Caloter装置示意图
Enefit280型Galoter炉优点:
(1)对环境影响低:低烟气排放;灰渣中无残留有机物，含量少于1%;石油提炼工艺不需要水。
(2)灵活性:也可以用于低热值细颗粒的油页岩(0～25mm);所有开采出的油页岩都能够被利用，油页岩没有浪费;无需使用外部燃料(如天然气、石油、电力);容易适用于其他油页岩，没有对油页岩的含油量有技术上的限制;容易控制，如不需要有些设备(如干燥)时修改工艺容易。
(3)效益高:工艺化学效益是80%;产油率与Fischer相比是103%;热效益超过80%;高利用率(超过90%)。
(4)综合利用:一套设备年消耗油页岩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———低黏度(1.2厘沱，+15℃)、硫的含量低(＜0.7%)、低凝点(－15℃);高热值的干馏气;干馏气能用于制氢和发电。
8.加拿大－澳大利亚塔瑟克炉
加拿大塔瑟克(Taciuk)炉亦称阿尔伯达塔瑟克工艺(AlbertaTaciukProcess，简称ATP炉)，以加拿大UMATAC工程公司的发明人WilliamTaciuk命名。ATP也属于颗粒页岩固体热载体干馏炉。ATP炉开发始于1977年，已经研发40多年。澳大利亚南太平洋石油公司/中太平洋矿业公司(SPP/CPM)于1986年确定采用ATP技术，放大约30倍，设计用于干馏澳大利亚昆士兰油页岩，在澳大利亚建设一套日加工6000t油页岩的塔瑟克炉。
该装置由澳大利亚柏克德公司(Bechtel)设计，德国克虏伯－波里修斯(KruppPolysius)公司制造，总投资约2.8亿澳元，于1997年开始建设，于1999年建成试运。该装置试运了5～6a，时开时停，年开工率达60%(Schmidt，2003;McFarland，2003，2004)。运行效果不太好，有气味产生，遭到当地绿色组织抗议。
至2004年，SPP公司将该装置和有关油页岩资源售于美国的昆士兰能源公司，该装置遂于2004年中停运。
该装置将油页岩的干燥、干馏和半焦的燃烧三个过程设计在一个卧式的圆筒形回转炉内(图3－11)，设想巧妙，但操作难以控制。我国抚顺进口了一台塔瑟克炉(6000t/d)，将于2010年底前试车。
图3－11 塔瑟克炉
总体来说，ATP技术不成熟，开工率60%。ATP直接从240t/d处理能力的中试放大到6000t/d处理能力的生产。澳大利亚现在也放弃了ATP，将ATP工厂卖给了美国公司。该设备太大，长60m，直径11m。
9.德国鲁奇－鲁尔盖斯炉
德国鲁奇－鲁尔盖斯(Lurgi－Luhrgas，简称LG)工艺由德国鲁奇(Lurgi)公司与鲁尔煤气(Luhrgas)公司于20世纪50年代联合进行开发。该工艺可用于颗粒油页岩和煤的干馏及重油的热解。该工艺用于煤或油页岩的干馏时，系将热的半焦或热的页岩灰作为固体热载体，在双螺旋混合器中与煤或页岩混合加热，再去移动层反应器中干馏完毕，生成油气和半焦由空气送入提升管，自下而上进行燃烧，生成的热半焦或页岩灰，有一部分返回螺旋混合器，循环使用(图3－12)。
图3－12 Lurgi－Lohrgas装置工艺流程
对于煤的干馏，1957～1961年，在德国道司顿(Dorsten)建有日加工240t烟煤的装置;1963～1968年，南斯拉夫建有日处理1600t褐煤的装置;1975～1978年，在德国巴特洛勃(Bottrop)建有日加工350t烟煤的装置;1977～1979年在英国建有日加工700t烟煤的装置。对于油页岩的干馏，先后在德国赫尔顿(Herten)日加工12t的中试装置和在德国埃逊(Essen)日加工8t的中试装置及法兰克福(Frankfurt)日加工24t的中试装置上试验过美国、澳大利亚、约旦和中国等的油页岩(Rammler，1982)。
10.大连理工大学固体热载体干馏炉
大连理工大学于1984年研制开发了颗粒页岩和煤的固体热载体干馏新工艺，称为“大工新法干馏技术”(图3－13)。该新法干馏原理流程与德国的鲁奇－鲁尔盖斯工艺(LG)相仿，但关键设备的形式和结构由大连理工大学自行开发和设计制造。
大连理工大学于1984年建成了每小时处理5～10kg油页岩的新法干馏连续试验装置，完成了冷模试验。1985～1986年曾进行了桦甸页岩、茂名页岩、云南褐煤、内蒙古平庄褐煤和黄县褐煤等的试验。1990～1992年间在平庄矿务局建立了日加工150t褐煤的工艺试验装置，并于1992～1993年进行了试验，取得了初步成功。
图3－13 大连理工大学新法干馏装置工艺流程
大工新法干馏工艺原理是颗粒油页岩与作为热载体的页岩灰在移动床干馏反应器内混合而被加热干馏，生成页岩油气和半焦。半焦和页岩灰混合物在加热提升管(喷射燃烧管)，被空气喷射上流，半焦含有固定碳等有机质而燃烧，生成页岩灰。部分页岩灰自旋分器分出而循环去与页岩混合于螺旋推进器内(初步发生页岩热解反应)，进入干馏反应器中加热干馏页岩，页岩油气导出，去冷凝回收页岩油。页岩灰的一部分排出，一部分连续循环使用系统(Qian，2008;大连工学院煤化工研究室，1986)。
对于较高热值、高含油率的油页岩，其页岩半焦中的有机质在提升管中燃烧放热，足够加热干馏页岩的需要，不需通过加热提升管下部补充外来的燃料。对于低热值油页岩，其页岩半焦中的固定碳有机质的燃烧产生的热量不足以提供干馏所需，则需要在提升管下端的燃烧室加入干馏气与空气，燃烧补充热量。
桦甸和茂名油页岩在大工新法干馏小试装置(10kg/h)上，4个样品对铝甑的采油率为90%～94%，干馏气产率为40～60m3/t，热值在18130kJ/m3以上(Guo等，1988)。
11.粉末页岩流化干馏炉
茂名石油公司在1970年代进行了两器流化干馏(粉末页岩流化干馏、粉末半焦流化燃烧)中型试验(日处理24t油页岩)，取得了初步成功(罗荣陶，1984，1981;Luo，1988)(图3－14)。
近年来，中煤龙化哈尔滨煤化工公司则正在黑龙江省依兰县进行达连河油页岩两器流化干馏的中型试验(日处理50t油页岩)，取得了初步成功，最长连续运转192h，油收率达铝甑的80%(Wang等，2009)。
中煤龙化的这套流化干馏系统，好处是能充分利用油页岩资源，即把油页岩磨碎成＜3mm的油页岩粉末颗粒，然后进入干馏炉处理;产品有页岩油、瓦斯气、灰渣(可作为水泥、陶粒、砌砖的原料)。页岩油生产成本在2000元/t左右，如深加工(加氢制成汽油、柴油)则成本为2700元/t。中煤龙化工艺在国际上是创新，而且加工能力较大，达到2000t/炉。中煤龙化工艺比抚顺式炉好。抚顺式炉是1929年日本人研发的，只有100t/炉;而且抚顺式炉只能处理大颗粒，不能处理小颗粒(＜12mm的颗粒)。
比较而言，中煤龙化的中试工作比中石油大庆中试工作要深多了，而且前者油收率比后者高一些，放大倍数也比后者高;但前者的流化粉尘比后者多多了，不好处理。
图3-14 茂名流化干馏装置工艺流程