CN101451069B - 一种旋风分离器组、流化床装置及油页岩的干馏方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种用于干馏油页岩类物质的旋风分离器组,包括第一级分离结构和第二级分离结构,所述第一级分离结构包括第一旋风分离器,所述第二级分离结构包括多个旋风分离器,所述第一旋风分离器的排气装置与第二级分离结构中的多个旋风分离器的进气装置连接。在本发明提供的旋风分离器组中,经第一旋风分离器分离后的油气被分流后由第二级分离结构中的多个旋风分离器同时进行分离。由于每台第二级分离结构中的分离器的处理量被减小,因此油气在第二级分离结构的旋风分离器中的停留时间变长,有助于提高分离效率,更多的颗粒被分离下来返回至流化床。
Description
技术领域
本发明涉及流化床干馏装置,具体涉及一种用于干馏油页岩类物质的旋风分离器组、流化床干馏装置及干馏油页岩类物质的方法。
背景技术
油页岩是一种含有10%~50%有机质的沉积岩,为低热值化石燃料。据勘察资料报道,世界上油页岩储量非常丰富,已探明的油页岩储量所含的页岩油总量约410Gt,数倍于世界探明的石油可采储量160Gt,被认为是最有可能补充和接替石油的资源之一。在缺氧的条件下将油页岩加热到约500℃进行干馏,油页岩会分解成页岩油和干馏气,剩下固体残渣(也称为页岩半焦)。页岩油可作燃料油,亦可进一步加工制取汽、柴油和其他化学品,页岩半焦可以作锅炉燃料燃烧产热及发电,燃烧后的页岩灰可作水泥等建筑材料及其它化学品。
油页岩干馏制油技术分地上干馏和地下干馏两种方法。地下干馏,亦称就地干馏,是指地下的油页岩不经开采,直接在地下设法加热干馏,生成的页岩油及干馏气导致地面。此法因生成的油气易向地下岩层渗漏,故收油率不高且过程控制困难,难以应用。
地上干馏是指油页岩开采运至地面,通过干馏装置制油气,是目前工业应用的主要技术。根据所处理的油页岩原料颗粒大小,地上干馏技术又可分为块状油页岩干馏技术和粉状页岩干馏技术。其中,粉状油页岩干馏工艺具有颗粒小、易混合均匀、传热效率高、油收率高、原料利用率高、方便综合利用等优点受到各方面的重视。
在粉状油页岩干馏工艺中,流化床油页岩干馏工艺就是一种先进的粉状油页岩干馏工艺。中国专利文件200310116687.7、200810046995.X及200810046996.4分别公开了使用流化床干馏油页岩的工艺路线,但是以上文献并未涉及到干馏反应器内高温油气的除尘问题。
油页岩通常为片层状,在干馏的过程中,由于油母质的气化,油页岩将产生许多裂缝并变脆,稍有碰撞、摩擦就会破碎成细粉末。因此,采用粉状油页岩进行干馏制油的过程中细粉尘的生成量很大。在现有技术中,对粉状油页岩进行流化床干馏时,人们借用了石油流化床催化裂解工艺及循环流化床燃烧装置的油气旋风分离器除尘设计思路:即采用多组两级旋风分离器串联、甚至多组三级旋风分离器串联操作,但却并没有达到很好的除尘效果,而且还造成旋风分离器的排料不畅或者堵塞,反而降低了旋风分离器的分离效果。
本发明人发现,油页岩颗粒在干馏过程中的特性,如破碎特性和粘附性等对分离、流动、排料等造成的影响与石油裂解催化剂颗粒的情况不同。在上述多级旋风分离器串联的方案中,含尘油气一次通过各级分离器,最后从末级分离器排出,绝大部分粉尘在第一级分离器中被捕集后经由料腿返回至流化床,剩下的一部分颗粒到第二级、第三级分离器内进一步分离。由于各级分离器处理相同的气量,但是气流携带的粉尘量则越来越少,颗粒粒径也越来越小,这意味着不仅分离的难度越来越大,而且后级旋风分离器料腿排料的难度也越来越大。
另外,为了提高后级旋风分离器的分离能力,分离器的入口速度必须逐级提高,这不但要消耗较多的能量,而且不断提高的入口气速加剧了颗粒的破碎与磨损,也造成后级的颗粒变得越来越难以分离,使得分离效率下降。并且,不断提高的入口气速也使得分离器的压降逐渐升高,高的分离器压降导致高的分离器料腿的负压,增加了旋风分离器料腿的排料难度,这也使得分离效果进一步下降。
因此,需要一种可以改善油页岩干馏油气分离效果的旋风分离器组件。
发明内容
本发明解决的技术问题在于,提供一种可以改善油页岩干馏油气分离效果的旋风分离器组件
为解决上述技术问题,本发明提供一种用于干馏油页岩类物质的旋风分离器组件,包括第一级分离结构和第二级分离结构,所述第一级旋风分离结构包括第一旋风分离器,所述第二级分离结构包括多个旋风分离器,所述第一旋风分离器的排气装置与第二级分离结构中的多个旋风分离器的进气装置连接。
优选的,所述第二级分离结构包括第二旋风分离器和第三旋风分离器。
优选的,所述第一旋风分离器包括设置在其顶部竖直的第一排气管,所述第一排气管在同一截面处设置有两根沿第一排气管的切线方向延伸的第二排气管和第三排气管,所述第二排气管和第三排气管分别与第二旋风分离和第三旋风分离器的进气装置连接。
优选的,所述第一旋风分离器包括设置在其顶部的第一排气管,所述第一排气管上设置有沿垂直于其轴向方向延伸的第二排气管,所述第二排气管沿其延伸方向分成两部分分别与第二旋风分离器和第三旋风分离器的进气装置连接。
本发明提供一种用于干馏油页岩类物质的旋风分离器组件,包括第一级分离结构和第二级分离结构,所述第一级分离结构包括多个旋风分离器,所述第二级分离结构包括第三旋风分离器,所述第一级分离结构中的多个旋风分离的排气装置与第三旋风分离器的进气装置连接。
优选的,所述第一级分离结构包括第一旋风分离和第二旋风分离器,所述第三旋风分离器的进气装置包括两根进气管,所述第一旋风分离器和第二旋风分离器的排气装置分别与所述两根进气管连接。
本发明还提供一种用于干馏油页岩类物质的流化床干馏装置,包括以上任一技术方案所述的旋风分离器组件。
本发明还提供一种油页岩类物质的干馏方法,包括:
a)将油页岩在流化床干馏装置的流化床部分进行干馏生成夹带页岩粉微粒的油气;
b)所述夹带页岩粉微粒的油气上升至流化床干馏装置上部后进入第一旋风分离器进行第一级除尘;
c)从第一旋风分离器排出的油气被分流分别进入至少两个旋风分离器进行第二级除尘。
本发明还提供一种油页岩类物质的干馏方法,包括:
a)将油页岩在流化干馏装置的流化床部分进行干馏生成夹带页岩粉微粒的油气;
b)所述夹带页岩粉微粒的油气上升至流化床干馏装置上部后被分流分别进入至少两个旋风分离器进行第一级除尘;
c)第一级除尘后排出的油气进入第二级分离结构中的旋风分离器进行第二级除尘。
本发明提供一种用于油页岩的旋风分离器组件。本发明提供的旋风分离器组包括第一级分离结构和第二级旋风分离结构,本发明将第一级分离结构的第一级旋风分离器的气体排出装置与第二级分离结构的多个旋风分离器的进口装置连接,经过第一旋风分离器分离后的油气被分流同时由第二级分离结构中的多个旋风分离器进行分离。由于每台二级分离结构中的分离器的处理量被减小,因此油气在第二级分离结构的旋风分离器中的停留时间增长,有助于提高分离效率,更多的颗粒被分离下来返回流化床。
另外,由于第二级分离结构中的每个旋风分离器的处理量被减小,因此油气以较低的速度进入第二级分离结构中的旋风分离器后,分离总压被降低,节约装置的能耗。而且由于第二级分离机构的压降低,因此第二级分离结构的旋风分离器的料腿顶端的负压小,有利于料腿排料。
此外,由于颗粒以较低的速度进入第二级分离结构中的旋风分离器,降低了页岩粉颗粒磨损、破碎等情况的发生,减少微细粉的生成量。
采用本发明提供的旋风分离器组件制备的流化床干馏装置,由于分离效率被大大提高,因此可以有效控制高温干馏油气中的粉尘含量,避免油气冷凝后产生大量的油泥。
附图说明
图1为本发明提供的旋风分离器组件的第一种具体实施方式的示意图;
图2是图1中沿A-A方向的剖视图的局部示意图;
图3是本发明提供的旋风分离器组件的第二种具体实施方式的示意图;
图4是本发明提供的旋风分离器组件的第三种具体实施方式的示意图;
图5是本发明比较例中使用的旋风分离器组件的示意图;
图6是本发明的气体流量与分离效率关系图。
具体实施方式
为了进一步了解本发明,下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述,但是应当理解,这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点,而不是对本发明权利要求的限制。
请参见图1和图2,图1为本发明提供的用于油页岩的旋风分离器组件的第一种具体实施方式的俯视图,图2为图1中的旋风分离器组沿A-A方线的剖视图的局部示意图。如图1所示,在第一种具体实施方式中,旋风分离器组件包括第一级分离结构和第二级旋风分离结构,第一级分离结构包括第一旋风分离器11,第二级分离结构包括第二旋风分离器12和第三旋风分离器13,该三个旋风分离器具有相同的结构。
请同时参见图2,在第一旋风分离器11的第一排气管11a的顶端,沿其切线方向连接有第二排气管11b和第三排气管11c,第二排气管11b连接在第二旋风分离器12的入口处;第三排气管11c连接在第三旋风分离器13的入口处。对于第二排气管和第三排气管的连接位置,可以设置在第一排气管的任意位置。第二排气管和第三排气管可以设置在第一排气管的同一截面上,以便更加均匀、稳定的将第一旋风分离器的油气进行分流。在本实施方式中,油气在第二旋风分离器和第三旋风分离器的旋向相同,如图1中的箭头所示。
在本实施方式中,包括两级串联的分离结构,对于第二级分离结构中分离器的数量,可以为两个,也可以为两个以上,对此本发明并无特别的限制。对于第二级分离结构中的旋风分离器的直径,可以与第一级分离结构中的旋风分离器的直径相同,也可以小于第一级分离结构中的分离器的直径。
以下,具体说明本发明提供的旋风分离器组的工作原理:油页岩粉在干馏反应器内的流化床部分在约470℃~550℃的范围内被干馏,生成夹带页岩粉微粒的油气,干馏后产生的夹带页岩粉微粒的油气上升到反应腔的上部,然后由第一分离器的入口11d进入第一旋风分离器。
在第一旋风分离器11内,夹带页岩粉微粒的油气以涡流方式流动时,页岩粉微粒和油气经过第一级分离,分离后的页岩粉微粒经过第一旋风分离器的料腿返回至流化床干馏装置的流化床部分,分离后的油气夹带剩余的页岩粉微粒进入气体排出管11a。
在第一排气管11a的顶端,在第二旋风器12和第三旋风分离器13的进气口的作用下,油气被分流经第二排气管12和第三排气管13分别进入第二旋风分离器和第三旋风分离器进行第二级分离,进一步将从第一旋风分离器中随油气逃逸的微细粉尘,分离后的油气被引入后续的冷凝、分熘段制油和不凝气,分离后的微细页岩粉返回流化床反应器。
按照本发明的提供的旋风分离器组,经过第一旋风分离器分离后的油气被分流,然后由第二级分离结构中第二旋风分离器和第三旋风分离器共同分离,因此两个旋风分离器的处理量只有一级的一半。若入口气速相同,则因第二级分离结构中的两个分离器的直径只是第一旋风分离器直径的倍,故第二级分离结构的两个旋风分离器的离心力可增大1倍,所以具有更高的分离能力。
按照本发明提供的旋风分离器组件,即使第二级分离结构中的旋风分离器的入口气速取得比常规的低一些,仍可具有较高的分离效率。由于旋风分离器的压降与入口气速平方成正比,所以在较低的进口速度下,不仅有利于降低页岩粉微粒的磨损、破碎,还可有效降低压降,并有利于第二级分离结构中的旋风分离器的料腿排料。
解决第二级分离结构中的旋风分离器的料腿排料问题可以有效提高整个流化床反应装置工作的稳定性和可靠性。这是因为,对于第一级分离结构中的旋风分离器而言,料腿排料负压差小,颗粒流量达,几乎不会影响分离效率的料腿排料问题,因此改善第二级分离结构中的旋风分离器的料腿排料性能是保证整个旋风分离系统操作稳定的关键。
将本具体实施方式提供的分离器组装在分离腔内构成流化床干馏装置时,由于分离效率的提高,可以有效地控制干馏油气中的粉尘含量,避免油气冷凝后大量油泥的产生。
本发明所述油页岩类物质可以包括油页岩、煤、煤矸石、泥煤、泥炭等。
还可以对旋风分离器组件进行进一步的改进。
请参见图3,为本发明提供的旋风分离器组件的第二种具体实施方式的示意图,与第一种实施方式的区别在于,在第二种实施方式中,对第一级分离结构中的旋风分离器与第二级分离结构中的旋风分离器的连接方式进行了改变,在第一旋风分离器11的第一排气管11a的顶端,沿着垂直于第一排气管的轴向方向延伸有第二排气管11b,该第二排气管11b沿着其轴向分成两部分,分别与第二旋风分离器12和第三旋风分离器13的入口连接。在第二种具体实施方式中,油气在第二旋风分离器12和第三旋风分离器13内具有相反的旋向。
在第二种实施方式中,本发明提供的旋风分离器组件包括两级串联的分离结构,对于第二级分离结构中的旋风分离器的数量,至少为两个,也可以为多个,对此本发明并无特别的限制。对于第二级分离结构中的旋风分离器的直径,可以与第一级分离结构中的旋风分离器的直径相同,也可以小于第一级分离结构中的分离器的直径。第二种实施方式提供的旋风分离组件的工作原理与第一种实施方式的工作原理相同,在此不再赘述。
请参见图4,为本发明提供的旋风分离器组件的第三种具体实施方式的示意图。在第三种实施方式中,包括第一级分离结构和第二级分离结构,其中第一级分离结构包括第一旋风分离器11和第二旋风分离器12,第二级分离结构包括第三旋风分离器,第三旋风分离器具有第一入口13a和第二入口13,所述第一入口13a与第一旋风分离器11的排气管11a连接,所述第二入口和第二旋风分离器12的排气管12a连接。
在第三种具体实施方式中,本发明提供的旋风分离器组件包括两级串联的分离结构,其中第一级分离结构包括两个旋风分离器,对于第一级分离结构中的旋风分离器的数量,至少为两个,也可以为两个以上,对此本发明并无特别的限制。对于第一级分离结构中的旋风分离器的数量,可以小于第二级分离结构中的分离器的直径,也可以小于第二级分离结构中的分离器的直径。
在这种具体实施方式中,干馏油页岩产生的夹带页岩粉微粒的油气在反应腔内被分流分别进入第一级分离结构的第一旋风分离器和第二旋风分离器进行分离;由第一级分离结构中的两台旋风分离器分离后的油气再由第二级分离结构中的第三旋风分离器进行第二级分离。
在第三种具体实施方式中,干馏油气被两台旋风分离器同时进行第一级分离,与多级串联的结构相比,由于每台一级分离结构中的分离器处理量被减小,因此油气在第一级分离结构的旋风分离器的停炉时间长,可以提高分离效率,由于可以取较低的入口速度,因此分离总压降低,可以节约装置的能耗,而且使得第二级分离结构的旋风分离器的料腿的负压减小,有利于其排料。并且,第二级分离结构的旋风分离器采用双进口方式,可以进一步提高分离效率。
以下以对比试验说明采用本发明提供的旋风分离器组件对页岩粉油气进行分熘的方法。
实施例
准备如图3所示的旋风分离器组件,第一旋风分离器的直径为900mm,第二旋风分离器和第三旋风分离器的直径为650mm,额定处理气量8000m3/h,变化范围为6500m3/h~9500m3/h,额定设计总压降为5.5kpa。
试验温度常温,试验介质为常态空气和325目滑石粉。由该旋风分离器组件进行分离,气体流量与分离效率关系图如图6所示,平均分离效率为97.8%。
比较例
准备如图5所示的旋风分离器组件,在该比较例中,将两台实施例1中的第一旋风分离器串联,额定处理气量8000m3/h,变化范围为6500m3/h~9500m3/h,额定设计总压降为5.5kpa。
试验温度常温,试验介质为常态空气和325目滑石粉。由该旋风分离器组件进行分离,气体流量与分离效率关系图如图6所示,平均分离效率为97.2%。
根据以上对比试验可知,采用图1所示的旋风分离器组件的分离效率比图5中的旋风分离器组件的分离效率提高了约0.6个百分点,折算成带出率,实施例中的带出率与比较例的带出率相比降低了22%,效果明显。
以上对本发明所提供的旋风分离器组件、流化床干馏装置、干馏油页岩的方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以对本发明进行若干改进和修饰,这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (3)
1.一种用于干馏油页岩类物质的旋风分离器组件,包括第一级分离结构和第二级分离结构,所述第一级分离结构包括第一旋风分离器,所述第二级分离结构包括多个旋风分离器,所述第一旋风分离器的排气装置与第二级分离结构中的多个旋风分离器的进气装置连接,所述第二级分离结构包括第二旋风分离器和第三旋风分离器,第一旋风分离器包括设置在其顶部竖直的第一排气管,所述第一排气管在同一截面处设置有两根沿第一排气管的切线方向延伸的第二排气管和第三排气管,所述第二排气管和第三排气管分别与第二旋风分离器和第三旋风分离器的进气装置连接。
2.一种用于干馏油页岩类物质的旋风分离器组件,,其特征在于,包括第一级分离结构和第二级分离结构,所述第一级分离结构包括第一旋风分离器,所述第二级分离结构包括多个旋风分离器,所述第一旋风分离器的排气装置与第二级分离结构中的多个旋风分离器的进气装置连接,所述第二级分离结构包括第二旋风分离器和第三旋风分离器,所述第一旋风分离器包括设置在其顶部竖直的第一排气管,所述第一排气管上设置有沿垂直于其轴向方向延伸的第二排气管,所述第二排气管沿其延伸方向分成两部分分别与第二旋风分离器和第三旋风分离器的进气装置连接。
3.一种用于干馏油页岩类物质的流化床干馏装置,包括权利要求1至2任一项权利要求所述的旋风分离器组件。
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