CN101942313B - 桦甸式油页岩干馏工艺及装置 - Google Patents

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Abstract

一种利用瓦斯作为热载体在全循环的状态下对油页岩进行分级干馏的工艺和装置。油页岩经破碎筛分后,分成大、中、小三种不同的规格(例如0-6mm、6-20mm、20-50mm),先用瓦斯加热炉排出的废烟气将油页岩干燥加热至50℃以上、150℃以下再进入不同规格的干馏炉干馏。干馏油气经水喷淋、间冷塔,旋捕器,电捕器收油后,进行油气水分离,油进入贮罐,水进入循环水池。瓦斯气体一部分作为热载体,循环使用。一部分作为加热炉燃料,和半焦混合燃烧。该发明理论收油率能达到90%以上。

Description

桦甸式油页岩干馏工艺及装置
技术领域
本发明涉及一种用瓦斯作为热载体在瓦斯全循环状态下对油页岩进行分级干馏的工艺及装置。
背景技术
油页岩是一种可以替代石油的新能源。我国油页岩资源丰富,是石油储量的上百倍,但开发利用水平很低。2009年全国页岩油产量仅30多万吨,发展潜力极为可观。开发利用水平低的原因主要是工艺装备落后。目前,国内的油页岩干馏炼油方式,一种业界称之为“抚顺工艺”,主要设备是抚顺式圆炉,是半内燃、半循环工艺。该工艺主要设备干馏炉下部设有燃烧装置,湿饱和空气从炉子底部进入,在干馏炉燃烧段油页岩不仅和空气发生燃烧反应,助燃空气中的水还和油页岩中的碳发生还原反应,生成CO和H2,由于炉内有燃烧反应,不可避免地烧掉了一部分干馏出来的油气,再加上反应生成物含氧量较高,在后部油回收系统不能使用电捕油设备,因此,收油率较低,仅为60~65%。该炉单炉处理能力小,日处理油页岩100吨。处理油页岩粒度为12~75mm,不能处理小颗粒油页岩。大约20%左右的小颗粒油页岩被废弃。还有一种被业界称之为“茂名”工艺,主要设备是茂名式方炉,是全内燃式工艺,空气也从炉子底部进入,油页岩在炉内发生燃烧反应,无水蒸汽进入,燃烧产生的烟气在上升过程中将油页岩干馏。收油率为70%左右,处理粒度为30~120mm。单炉处理能力为200吨/日。茂名式方炉因严重污染环境已于20世纪80年代全部停产。两种工艺和主要炼油装置均有处理量小,占地面积大,收油率低、污染环境等缺陷。在国外比较先进的有巴西的佩特罗西克斯(Petrosix)炉,采用全循环工艺干馏炼油,处理油页岩粒度为6.4~50mm,日处理量为6000吨。但该种炉型管式加热炉部分体积庞大,造价昂贵,引进条件苛刻,且该炉半焦没有利用,造成污染。抚顺工艺主要装置见图11。抚顺工艺的流程是:油页岩经破碎筛分,小于12mm的小颗粒油页岩被废弃,12~75mm的油页岩从干馏炉的上部加入,湿饱和空气从炉子底部进入,油页岩在干馏炉的燃烧段发生燃烧反应,助燃空气中的水还和油页岩中的碳发生还原反应,产生的气体和从干馏炉中部进入的瓦斯混合,将油页岩加热至530℃左右,发生干馏,干馏产生的油气和燃烧产物及瓦斯一起从干馏炉顶部排出,经油回收系统回收页岩油后,一部分瓦斯作为循环气在加热炉中加热后被送往干馏炉作为干馏在补充热源,一部分瓦斯作为加热炉的燃料。抚顺式干馏炉的结构,如图11所示,包括加料装置1、炉体3及排灰装置10,所述加料装置1设置于炉体3的上部,排灰装置10设置于炉体3的下部,所述的炉体3的上部设置气体收集伞2,中间部分设置混合室5,从进气口7进入的热瓦斯和燃烧汽化段8产生的气体在混合室混合,混合室5下面设拱台6,所述拱台6将炉体3分为上部干馏段4与下部燃烧气化段8,湿饱和空气从设置于炉子底部的风头9进入干馏炉,排灰装置10设置于灰皿11中,并用水封12封闭。
发明内容
本发明的目的在于解决目前国内油页岩干馏炼油装置日处理量小,占地面积大,收油率低,污染环境,半焦得不到有效利用,进口设备价格昂贵等问题,提供一种日处理量大,收油率高且环保的干馏工艺。2008年6月经吉林省发改委批准同意桦甸油页岩干馏厂采用本发明的干馏新工艺进行干馏炼油。按业界惯例称之为“桦甸工艺”。具体工艺方案为:
一、一种瓦斯全循环油页岩分级干馏工艺,其特征在于包括如下步骤:
1、破碎筛分:用破碎筛分设备将矿石破碎成小、中、大三种不同的规格,具体规格根据需要干馏的油页岩筛分试验的结果确定,比例为1∶2∶2。比如:0~6mm,6~20mm,20~50mm,或者:0~10mm,10~25mm,25~60mm(不限于举例);油页岩破碎后的最大粒度不宜超过75mm,大于75mm粒度的油页岩返回破碎机重新破碎。
2、分级入仓:由矿石输送系统按矿石的规格分别送入不同的料仓贮存待用。
3、干燥预热:油页岩干燥预热装置将油页岩从环境温度预热到50℃以上但不超过150℃,去掉油页岩中的部分以至大部分的水分,同时将油页岩中小于1mm的微小颗粒去除。
预热干燥使用的热风为瓦斯加热炉排出的废烟气,废烟气进入干燥炉的温度为250℃左右,废烟气如超出300℃,可兑入适量的空气,使其降低到250℃左右;
去水的程度根据油页岩中含水率和干馏工艺的需要确定。用调控风温、风量以及油页岩在干燥炉中的停留时间的办法来调节油页岩的去水程度。风温越高、风量越大、油页岩在干燥炉中的停留时间越长,去掉的水分越多。一般应保证油页岩进入干馏炉时的含水率低于5%,干馏时油页岩含水率越低越好;
除去油页岩中的微小颗粒的粒径用调控烟气流速的方法控制,烟气流速可在8m-15m/S之间选择,当烟气流速达到15m/S时可去除油页岩中粒径1mm以下的微小颗粒。
4、分级干馏:将已经破碎筛分、分仓存储并经预热干燥的不同粒径的油页岩送入不同结构的干馏炉中,进行干馏。
干馏炉的共同特征是:干馏的热载体为循环瓦斯。炉内不设燃烧装置,用干馏产生的油气经冷却收油后的瓦斯气体作为热载体,循环使用。循环瓦斯分两种:一种是热循环瓦斯,一种是冷循环瓦斯。热循环瓦斯由瓦斯加热炉供给,温度为600-750℃之间,均衡连续送入干馏炉中部;冷循环瓦斯由瓦斯循环系统供给,温度为35-75℃之间从干馏炉下部进入。热循环瓦斯是油页岩干馏所需热量的主要来源,冷循环瓦斯主要用来冷却干馏完的半焦,回收半焦的物理显热,回收的热量作为油页岩干馏所需热量的补充来源。干馏的原理是用干馏热载体将油页岩加热到520℃-550℃之间,发生干馏。因此干馏炉的干馏段温度应控制在520℃-550℃之间,不宜过高,也不宜过低。过高会引起油的二次裂解,过低会使干馏不完全。干馏完的半焦被冷循环瓦斯冷却后,再经冷却水冷却后从干馏炉下部排入水封的半焦池,半焦在水封池中被冷却至80℃用刮板运输机排出炉外。油页岩干馏产生的油气从干馏炉的上部和干馏热载体一起被导出,进入油回收系统,干馏油气导出时的温度以110℃左右为宜(但不限于110℃)。
5、冷凝回收:干馏产生的110℃左右的油气经水喷淋,间冷塔,旋捕器,电捕器冷却收油后,温度降到38℃左右,(但不限于38℃,可在30℃-75℃之间调控,)温度降得越低,油回收率越高。油气在冷却过程中不断有油凝结,回收系统进行油、气、水分离,油进入贮罐;水进入循环水池,冷却处理后循环使用;瓦斯气一部分作为热载体经加热炉加热后继续循环使用,一部分作为冷循环瓦斯直接进入干馏炉冷却半焦,一部分作为加热炉的燃料,多余的瓦斯气进入气柜,可用于燃气发电。
6、瓦斯脱硫:干馏产生的油气一般含有硫化氢,矿石中含硫量越高,瓦斯中硫化氢含量也越高。因此将油、气、水分离后的瓦斯气体导入脱硫装置脱硫,在脱硫装置里,瓦斯中的硫化氢在脱硫塔中和脱硫碱液发生反应,生成单体硫析出,将瓦斯中硫化氢含量降到50mg以下后再送往加热炉使用。脱硫塔的反应温度应控制在35℃-45℃之间,不宜过高,也不宜过低。
7、瓦斯加热:冷凝收油后的的瓦斯气体经罗茨风机加压后送入瓦斯加热炉,在两级瓦斯加热炉中热循环瓦斯被加热至700℃左右(不限于700℃,视系统工况确定,加热炉可在600℃-750℃之间调控),送入干馏炉作为干馏热载体循环使用。瓦斯加热炉使用的燃料可以是干馏产生的半焦和瓦斯(但不限于半焦和瓦斯,也可使用煤或天然气,煤气等)。
二、一种实现所述的本发明干馏工艺的装置,包括破碎筛分装置、预热干燥装置、布料装置、干馏炉、循环瓦斯加热炉、冷凝回收装置、脱硫装置、瓦斯循环装置、水循环装置。
1、所述的破碎筛分装置包括破碎机,筛分设备,采用市售通用标准设备。其作用是将矿石破碎成小、中、大三种不同的规格,具体规格根据矿石特性和干馏工艺要求在0-75mm之间选定。筛板的孔径可在6mm-40mm之间选择;油页岩破碎后的最大粒度不宜超过75mm,大于75mm粒度的油页岩返回破碎机重新破碎。
2、所述的干燥装置和联接方式见图2、图3。干燥装置包括料仓201、给料机202、皮带运输机203、料斗204、干燥炉本体205、鼓风机206、排料机207、布袋除尘器208、烟囱209、引风机210、排料运输带211,多层振动床212;
所述料仓201与皮带运输机203连接、料斗204设置在干燥炉本体205的上部,排料机207、鼓风机206设置在干燥炉本体205的下部,排料机207下部设置排料运输带211,干燥炉本体205的顶部设置烟气排出管道,与布袋除尘器208、烟囱209、引风机210依次相连。干燥炉中设有多层振动床212,振动床的层数n根据物料的湿度确定,(n=3-7)。振动床212在干燥炉中按“Z”字形布置。布袋除尘器的数量根据烟尘量的多少确定,可以设一级也可设多级,以排放达标为标准。
3、所述布料装置包括料斗、皮带运输机、给料装置等,将由破碎筛分装置处理后不同粒径的油页岩送入干燥系统预热干燥,再将预热干燥后的矿石送入干馏炉。
4、所述干馏炉分两种型号,一种是适用于粒径大于6mm的油页岩干馏炉(简称大颗粒干馏炉),一种是适用于粒径小于25mm的油页岩干馏炉(简称小颗粒干馏炉)。
所述大颗粒干馏炉的结构见图4。包括炉体、加料装置、油气导出装置、炉内布料和布气装置,半焦冷却装置及排灰装置。中块和大块油页岩均使用这种结构的干馏炉。所述大颗粒干馏炉的炉体由耐火砖301砌成,外面包上钢板302;所述加料装置设置于炉体的上部,由料斗303、给料阀304组成;所述油气导出装置由设置于炉子上部的阵伞305和干馏气体导出管306组成;所述炉内布料和布气装置由设置于炉子中部的人字形档板307、鼎形装置308、热循环瓦斯进气管309组成;所述的半焦冷却装置设于炉子的下部,由花墙310、冷循环瓦斯进口管311和冷却水管312组成;所述排灰装置由排料阀314、刮板运输机315、水封池316组成。
所述小颗粒干馏炉的结构见图5。小块油页岩使用这种结构的干馏炉,可有效防止堵炉。小颗粒干馏炉包括炉体、加料装置、油气导出装置、振动床,半焦冷却装置及排灰装置。所述炉体由耐火砖503砌成,外面包上钢板504;所述加料装置设置于炉体的上部,由料斗507、给料阀508组成;所述油气导出装置由设置于炉子上部的干馏气体导出管501组成;干馏炉内设有多层振动床502,共九层。振动床502由振动电机506带动;振动床的由上向下数的一、二、三层为干馏炉的预热段,四、五、六、七层为干馏炉的干馏段,八、九层为干馏炉的冷却段;热循环瓦斯进口505设置于四、五、六、七层振动床的下部;冷循环瓦斯进口509设置于第九层振动床的下部;所述的半焦冷却装置设于炉子的下部,由冷循环瓦斯进口管509和冷却水管511组成;所述排灰装置由排料阀510、刮板运输机512、水封池513组成。油页岩从干馏炉上部加入炉内,作为热载体的热循环瓦斯从干馏炉中部进入,干馏产生的油气从干馏炉上部排出,冷循环瓦斯和冷却水从炉子的下部进入,被冷却后的半焦从炉子底部排出。
5、所述的循环瓦斯加热炉包括瓦斯半焦混烧加热炉,蓄热式管式瓦斯加热炉或小球式蓄热式瓦斯加热炉;
所述瓦斯半焦混烧加热炉由半焦混烧炉和管式换热器两部分组成。瓦斯半焦混烧加热炉如图6所示,其结构为:在半焦混烧炉的炉膛下部设置翻转炉排407,瓦斯烧嘴405设置在翻转炉排407的上部,料斗406设置在半焦混烧炉的炉膛外部、翻转炉排的上方,半焦混烧炉炉膛和管式换热器烟气进口404相连接,所述管式换热器设置被加热气体进口402和被加热气体出口403,被加热气体可以是瓦斯,也可以是空气,瓦斯半焦混烧加热炉的烟气出口401设置在管式换热器的尾部。
所述蓄热式管式瓦斯加热炉的结构和联接方式见图7。蓄热式管式瓦斯加热炉包括两个蓄热室、两个燃烧室、四通换向阀、鼓风机、排烟机和换热管束。换热管束603设置于炉子的中央,换热管束603两侧设置两个燃烧室602,两个蓄热室601,一侧燃烧室燃烧时,另一侧的燃烧室、蓄热室变成烟气通道。两侧的蓄热室、燃烧室通过四通换向阀交替使用,6分钟切换一次。排烟管道和助燃空气管也为同一管道606,通过四通换向阀611换向时实现功能转换。燃料瓦斯的喷咀604设置于燃烧室602下部,蓄热室601的上部;蓄热室601设置于燃烧室602的下面,蓄热室601内装有蓄热小球605,管道606设置于蓄热室601的下部,管道606既可以作为助燃空气通入的管道,又可以作为排烟管道使用,其不同的功能通过四通换向阀611换向时实现;换热管束603上部设有被加热瓦斯的入口607和出口608。鼓风机610、助燃空气管道606、排烟机612、排烟管道606通过四通换向阀611相连接。
所述小球式蓄热式瓦斯加热炉的结构和联接方式见图8。小球式蓄热式瓦斯加热炉包括蓄热室、燃烧室、四通换向阀、鼓风机、排烟机和热瓦斯引出管。燃烧室701设置于炉子的上部,燃料瓦斯的喷咀702设置于燃烧室701的下部,蓄热室703设置于燃烧室701的下面,蓄热室703内装有蓄热小球704,助燃空气管705、燃料瓦斯引入管712和瓦斯的喷咀702相连接,排烟管道706和排烟机707相连,低温循环瓦斯引入管709设置于炉子的下部,700℃热循环瓦斯的引出口710设置于炉子的上部,换向阀708和低温循环瓦斯引入管709、排烟管道706以及排烟机707相连接。为保证安全,炉顶设有安全阀711。
6、所述脱硫装置包括脱硫塔、再生塔、碱液槽等。
7、所述瓦斯循环装置包括罗茨风机、瓦斯管道、气柜及相关设备,用瓦斯管道将其联接为一个封闭的循环系统。
8、所述水循环装置包括水泵、水处理设备、循环水池及管道,用管道将其联接为一个水的循环系统。
本发明工艺是多种先进技术的综合运用。技术关键是用干馏自身产生的瓦斯气体作为油页岩干馏炼油的热载体,循环使用。通过加热炉向干馏炉连续均衡供给700℃左右的(不限于700℃,视系统工况确定)热循环瓦斯,使不同粒度的油页岩在不同的干馏炉中得到充分干馏。干馏所需热量全部由循环瓦斯供给。本发明装置的核心设备是适用于不同粒径的油页岩干馏炉,炉内取消了传统干馏炉的内燃装置,采用了有利于气体均匀分布和物料均衡下落、防止堵塞的结构,使油页岩能够实现完全干馏。为此采用了以下技术以达到发明的目的。
一是在油页岩破碎筛分系统采用了分级筛分,分级配送的技术。将矿石破碎成小、中、大三种不同的规格,分级入仓,分级干馏,避免了大小块同时进一个干馏炉,所需干馏时间不一致、受热不均匀、小块过热、大块干馏不完全、浪费热量,影响处理能力的缺陷。
二是对油页岩采用了振动折返式预热干燥技术。在不损失油页岩含油率的情况下,利用加热炉排出的废烟气将油页岩从环境温度预热到50℃以上,同时去除了矿石中的含水,这样,不仅降低了干馏炉的热量需求,节省了能源,减少了油回收系统冷却水的用量,同时提高并稳定了原料的入炉温度,改善了干馏炉的工况。更重要的是,由于在油页岩干燥过程中,还去除了部分油页岩微尘,这将大大减少油回收系统的油泥,从而提高了整个工艺的油回收率。一般,油泥中含油约25%,不仅堵塞设备,清理困难,影响正常运行,而且油不能回收。所以减少油回收系统的油泥,就是提高了整个工艺的油回收率。
三是采用了分级干馏技术。不同粒径的油页岩进不同结构的干馏炉进行干馏。干馏炉采用与处理粒度相适应的结构。在大颗粒油页岩干馏炉中,利用鼎形装置进行布料、布气,在小颗粒油页岩干馏炉中利用振动方式输送物料,利用混流方式对物料进行干馏,两种炉型均可使物料和热循环瓦斯均衡接触,均温干馏,不堵炉,不结焦,干馏完全,油的回收率高。传统干馏炉为防止堵炉和结焦,将12mm以下的小颗粒油页岩废弃,浪费了资源,其余的油页岩不分大小块,进同一干馏炉进行干馏,由于大小块实现完全干馏所需时间不一样,不是干馏过火就是干馏不完全,出生料,既浪费了热量,又降低了油的回收率。
四是采用了瓦斯全循环技术。将油页岩干馏过程中产生的含油气体经收油后作为干馏的热载体循环使用。这对于油页岩干馏工艺来说,是一种最方便、最经济、最理想的热载体。这种热载体和干馏产物的性质、组分、发热值完全一样。干馏油气引出干馏炉后经水喷淋-冷却塔-旋捕器-电捕油器收油后由罗茨风机加压,一部分瓦斯作为热载体在加热炉中被加热至700℃以上(不限于700℃,视系统工况确定),从干馏炉的中部送入,将油页岩加热到530℃-550℃左右,使油页岩发生干馏;一部分瓦斯作为冷循环瓦斯直接从干馏炉下部通入冷却半焦,将半焦冷却,回收热量。循环瓦斯随同干馏油气再一起进入油回收系统,如此反复循环,反复干馏,形成连续的工艺。瓦斯全循环技术取消了干馏炉内的燃烧装置,使干馏段温度稳定在530℃上下,既防止了因干馏段温度过高导致结焦和油的二次裂解,又防止了因干馏段温度过低而异致干馏不完全,提高了油的回收率。一部分瓦斯作为加热炉的燃料,多余的瓦斯气进入气柜,可用于燃气发电。这一工艺改变了传统干馏炉在下面通入空气冷却半焦的做法,避免了在干馏炉中燃烧油气和固定碳的缺陷,不但提高了油的回收率,同时也提高了半焦的热值,为半焦的后续利用创造了条件。
五是采用了瓦斯和半焦混合燃烧和蓄热式的瓦斯加热炉技术,保证了干馏炉对全循环的热量和温度的要求,解决了抚顺式蓄热炉瓦斯气体温度波动、不均衡的缺陷,保证了干馏炉进炉瓦斯温度不低于700℃的要求。充分利用了热能。瓦斯和半焦混合燃烧技术的应用,使低热值的半焦(发热量在800~1000大卡/公斤),得以利用,充分利用了油页岩的热能,节省了能源,燃烧后的灰渣可直接用于制造建材产品或矿井回填。
六是采用了间冷技术和水封刮板式出焦技术,防止了瓦斯气体逸出,保护了环境。本工艺瓦斯循环系统是封闭的,冷却瓦斯时,循环水在管内流动,不和瓦斯气体直接接触。出焦又采用了水封,瓦斯不会逸入大气,有效地解决了传统干馏炉瓦斯污染环境的问题。
七是采用了废烟气回收技术,节约了能源,提高了系统的热效率。本工艺将加热炉排出的350℃左右(不限于350℃)的烟气经加压配风后引入油页岩振动折返式干燥炉,对油页岩干燥预热,同时使排烟温度降到150℃以下,充分利用了热能。
八是本工艺系统实现了水的封闭循环。用于油气的冷却的水是循环水,对干馏油气进行冷却时不直接接触油气,所以不会污染循环水。循环水对干馏油气进行冷却进入循环水池,经降温后再回到水循环系统,循环使用;油水分离产生的废水不排放,进入污水处理池,经处理后用继续用作喷淋水或用于冷却半焦。本工艺节水、节能、无污染。
九是采用了脱硫技术。将循环瓦斯进行脱硫处理,使瓦斯中硫化氢含量降到50mg/m3以下,降低了硫对设备的腐蚀,延长了设备的使用寿命,同时使燃烧产物中的二氧化硫含量低于国家排放标准(二类地区850mg/m3),保护了环境。
本发明的工艺流程如下:
从矿山开采出来的小于300mm油页岩经破碎筛分装置按1∶2∶2的比例破碎筛分为小、中、大三种不同的规格,筛板的孔径可在6mm-40mm之间选择;油页岩破碎后的最大粒度不宜超过75mm,大于75mm粒度的油页岩返回破碎机重新破碎。破碎后的油页岩分级入仓,分仓存储;通过皮带运输机将油页岩送入振动折返式干燥炉进行干燥预热,油页岩在干燥炉中被去掉一定的水分和微尘并被加热至50℃以上,150℃以下;布料系统再将油页岩送入不同规格的干馏炉进行干馏;油页岩从干馏炉的上部加入,干馏完的油页岩半焦从干馏炉的下部排出。干馏的热载体是循环瓦斯。循环瓦斯有两种,一种是在瓦斯加热炉中被加热至700℃以上热循环瓦斯,均衡连续送入干馏炉中部,将油页岩加热至520℃-550℃左右,使油页岩完全干馏;一种是未经加热的冷循环瓦斯,38℃左右的冷循环瓦斯从干馏炉下部进入,将干馏完的半焦冷却,回收半焦余热。半焦再经冷却水冷却后排入水封的半焦池,冷却至80℃用刮板运输机排出炉外;半焦的一部分被送入加热炉和瓦斯混合燃烧,一部分送往电厂作为燃料;干馏产生的约110℃左右的油气随同循环瓦斯一起从干馏炉顶部导出,经水喷淋,冷却塔,旋捕器,电捕器冷凝收油,油气被冷却至38℃左右,在油气冷却过程中,不断有页岩油冷凝析出,回收系统进行油、气、水分离,油进入贮罐;不和瓦斯接触的水进入循环水池,冷却后循环使用,和油、气接触的水进入污水处理池,经处理后再利用。瓦斯气体一部分作为热载体,循环使用,一部分作为加热炉燃料,一部分用作燃气发电。
本发明工艺的生产运行采用DCS系统进行管理。依靠高速、可靠、开放的通讯网络,对各工艺单元以及各PLC控制单元进行集中管理和分散、独立控制。对整个生产过程做到能观、能控,实现生产的“安全、稳定、长周期、满负荷、优质”的目的。
本发明和国内现在普遍使用的抚顺式油页岩干馏炉相比,具有如下明显的优点。
一是处理量大。抚顺炉单炉日处理量为100吨/天。本发明大颗粒干馏炉单炉日处理量为300~400吨/天,小颗粒干馏炉单炉日处理量为2000吨/天,下一步还可以进一步扩大处理能力,达到单炉日处理量3000吨/天以上。
二是油的回收率高。抚顺式炉油的回收率为60~65%,本发明经工业试验,在试验装置不太完善的情况下,收油率已达到82%,按理论测算,油的回收率应在90%以上。
三是节能。由于本发明采用了瓦斯全循环工艺、蓄热燃烧技术、废烟气回收技术等多种节能技术,整个干馏炼油系统热效率高,干馏所需热量完全来源于油页岩本身,而且多余的瓦斯气体还可用来发电,弥补了干馏厂的用电需要。
四是环保。本发明采用了瓦斯全循环,水的封闭循环,硫胺的回收,半焦和瓦斯混合燃烧,烟气回收利用、布袋除尘等技术,无废水排放,无污染物逸出,残渣回收利用,各种指标均符合国家环保要求。
五是资源利用率高。抚顺炉只能利用12mm以上的油页岩,资源利用率在80%以下。本发明可以利用各种不同规格的油页岩,资源利用率100%。
六是工况稳定、运行稳定。由于本工艺油页岩经过预热后再干馏,入炉温度稳定,干馏工况稳定而且干馏炉内没有燃烧反应,最高温度为550℃,大大低于油页岩的软化温度和灰熔点,所以根本不会发生结焦等问题,也不需要打焦,运行状况好于抚顺工艺。
七是自动化程度高,适合于大规模工业化生产。本工艺从矿石破碎筛分开始,一直到页岩油装车发运,全部采用计算机控制。大大减轻了劳动强度,而且提高了企业管理水平。
八是经济效益好。小颗粒油页岩可以炼油,使原料成本下降25%以上,分级干馏使干馏热量消耗降低10%以上,矿石预热干燥使干馏炉的热量消耗降低20%以上,全循环工艺的应用使油回收率提高20个以上百分点,电捕油的使用又使油回收率提高5个以上百分点;按日处理量为1万吨的干馏炼油厂,油页岩含油率为10%进行测算,光提高20个百分点的收油率每年就多产页岩油6万吨,按5000元/吨油计算,每年净增加收入3亿元。
附图说明
图1是瓦斯全循环油页岩分级干馏工艺流程图;
图2是油页岩干燥预热装置的结构和联接方式示意图;
图3油页岩干燥装置结构示意图;
图4是大颗粒油页岩干馏炉的结构示意图;
图5是小颗粒油页岩干馏炉的结构示意图;
图6是半焦瓦斯混烧加热炉的结构示意图;
图7是蓄热式管式瓦斯加热炉的结构和联接方式示意图;
图8是小球式蓄热式瓦斯加热炉的结构和联接方式示意图;
图9是循环瓦斯原则流程图;
图10是水循环原则流程图;
图11抚顺式油页岩干馏炉的结构示意图。
具体实施方式
本发明工艺流程如图1所示,图中主要反映了这一新工艺的流程,依次是:矿石破碎筛分、分级入仓、干燥预热、分级干馏,冷凝回收、瓦斯脱硫、瓦斯加热。对不同级别的油页岩送入不同规格的干馏炉干馏;瓦斯的全循环过程、油气的冷凝回收系统都有明晰的反映。具体包括如下步骤:
1、破碎筛分:从矿山开采出来的小于300mm的油页岩用破碎筛分设备将矿石破碎成小、中、大三种不同的规格,具体规格根据需要干馏的油页岩筛分试验的结果确定,具体规格应保证筛分产品的比例为:小∶中∶大=1∶2∶2。在实际操作时,调整筛板的孔径即可实现。筛板的孔径可在6mm-40mm之间选择;油页岩破碎后的最大粒度不宜超过75mm,大于75mm粒度的油页岩返回破碎机重新破碎。
2、分级入仓:由矿石输送系统按矿石的规格分别送入不同的料仓贮存待用。
3、干燥预热:油页岩干燥预热装置将油页岩从环境温度预热到50℃以上但不超过150℃,去掉油页岩中的部分以至大部分的水分;去水的程度根据需要干馏的油页岩中含水率确定,一般应保证油页岩进入干馏炉时的含水率低于5%,含水率越低越好;干燥使用的热风为瓦斯加热炉排出的废烟气,废烟气进入干燥炉的温度为250℃左右,废烟气如超出300℃,可兑入适量的空气,使其降低到250℃左右。
4、分级干馏:布料系统将预热干燥后的不同粒径的油页岩送入不同结构的干馏炉中进行干馏。用干馏产生的油气经冷却收油后的瓦斯气体作为热载体,700℃热循环瓦斯均衡连续送入干馏炉中部,对油页岩进行干馏。未经加热炉加热的冷循环瓦斯从干馏炉下部进入,冷却已干馏完的半焦,回收半焦的物理显热。干馏段温度应控制在520℃-550℃之间,不宜过高,也不宜过低。干馏完的半焦被冷循环瓦斯冷却并经冷却水进一步冷却后,从干馏炉下部排入水封的半焦池,半焦在水封池中被冷却至80℃用刮板运输机排出炉外。油页岩干馏产生的油气由干馏炉的上部导出进入油回收系统,干馏油气导出时的温度以110℃左右为宜。
5、冷凝回收:干馏产生的110℃左右的油气经水喷淋,冷却塔,旋捕器,电捕器进行收油后,温度降到38℃左右,油气在冷却过程中不断有油凝结,回收系统进行油、气、水分离,油进入贮罐;水进入循环水池,冷却后循环使用;瓦斯气一部分作为热载体在瓦斯加热炉中加热后循环使用,一部分作为冷循环瓦斯直接进入干馏炉冷却半焦,一部分作为加热炉的燃料,多余的瓦斯气进入气柜。
6、瓦斯脱硫:干馏产生的油气进行油、气、水分离后的瓦斯气体进入脱硫装置脱硫,瓦斯中的硫化氢在脱硫塔中和脱硫碱液发生反应,生成单体硫析出,将瓦斯中硫化氢含量降到50mg以下后再送往加热炉使用。
7、瓦斯加热:冷凝收油后的38℃左右的瓦斯气体经罗茨风机加压后在两级瓦斯加热炉中加热,热循环瓦斯被加热至700℃左右送入干馏炉作为干馏热载体循环使用。
图2和图3是油页岩干燥预热装置的结构和联接方法示意图。
在生产运行时,油页岩从料仓201通过给料机202经皮带运输机203进入干燥炉的料斗204,从加热炉出来的废烟气经鼓风机206从干燥炉的下部进入对油页岩进行预热干燥。干燥炉中设有多层振动床212,振动床的层数n(n=3-7)根据物料的湿度确定,振动床212在干燥炉中按“Z”字形布置,油页岩沿振动床212从上往下运动,烟气从下往上运动,在接触混流过程中油页岩被预热干燥。油页岩的去湿程度可以通过调整烟气的流量、温度和油页岩在干燥炉中的停留时间来控制。一般,由于烟气量和温度已经设定,可通过调控振动电机的频率来调控振动床的运动速度,延长或减少油页岩在炉中的停留时间,达到调控的目标。烟气对油页岩干燥预热后温度降到150℃以下,设置于干燥炉本体205的顶部的排烟管道与布袋除尘器208、烟囱209、引风机210依次相连。布袋除尘器的数量根据烟尘量的多少确定,可以设一级也可设多级,以排放达标为标准。烟气从干燥炉顶部排出,排出速度的高低决定烟气中含尘颗粒的最大重量,烟气流速可在8m-15m/S之间选择,当烟气流速达到15m/S时可去除油页岩中粒径1mm以下的微小颗粒。因此,调控风速可以调控油页岩中微小颗粒油页岩的含量。风速越高,被干燥完的油页岩中含有的微小颗粒油页岩越少,这对油回收系统是十分重要的。引风机210将烟气引入布袋除尘器208除尘,再经烟囱209排放。经过布袋除尘的烟气中含尘量达到国家排放标准。干燥预热后的油页岩从干燥炉底部排出,排料机207设置在干燥炉本体205的下部,排料运输带211设置在排料机207的下部。通过排料运输带211将干燥预热后的油页岩送往干馏炉。
图4所示为大颗粒干馏炉的结构示意图。包括炉体、加料装置、油气导出装置、炉内布料和布气装置,半焦冷却装置及排灰装置。中块和大块油页岩均使用这种结构的干馏炉。经干燥预热后的油页岩从干馏炉上部料斗303经给料阀304加入炉内,油页岩在下落过程中由于人字形档板307、鼎形装置308的作用被均匀分布,作为热载体的700℃左右的热循环瓦斯经热循环瓦斯进气管309从干馏炉中部进入,沿鼎形装置308的周边向外喷出对油页岩进行干馏,38℃左右的冷循环瓦斯从设置于炉子的下部的冷循环瓦斯进口管311进入干馏炉,冷循环瓦斯在上升过程中和半焦接触,吸收半焦热量后温度达400℃以上,从顶部开有气孔的鼎形装置308的顶部喷出,进入干馏炉的预热段,对油页岩进行升温加热。热循环瓦斯、冷循环瓦斯会同干馏产生的油气一起升至干馏炉顶部经阵伞305收集后,再经干馏气体导出管306从干馏炉上部排出。干馏完的半焦被38℃左右的冷循环瓦斯冷却后继续下行,又被从冷却水管312进入的20℃左右的冷却水进一步冷却,冷却水管312中的循环水在冷却半焦的同时被加热至70℃左右,送往热水站使用。被冷却后的半焦从炉子底部由排料阀314排入水封池316,被冷却至80℃经刮板运输机315排出。加料装置和排灰装置是同步联动的,当发现干馏段温度超出550℃时,可增加给料量,当发现干馏段温度低于530℃时,可减少给料量。
图5所示为小颗粒干馏炉的结构示意图。小块油页岩使用这种结构的干馏炉,可有效防止堵炉。
小颗粒油页岩从干馏炉上部料斗507通过给料阀508加入炉内,落到振动床502上,在振动电机506的作用下,逐层下落。作为热载体的700℃左右的热循环瓦斯从干馏炉中部进入,在上升过程中和油页岩充分接触,并将油页岩加热至530℃-550℃,使油页岩发生干馏。38℃左右的冷循环瓦斯和20℃左右的冷却水分别从设置于炉子的下部的冷循环瓦斯进口管509和冷却水管511进入,冷循环瓦斯吸收半焦热量后温度达400℃以上,至振动床第七层下部和热循环瓦斯会合,对油页岩进行升温加热。热循环瓦斯、冷循环瓦斯会同干馏产生的油气从干馏炉上部干馏气体导出管501排出。已被冷循环瓦斯冷却的半焦在下落过程中又碰上从冷却水管511喷出的常温水,被进一步冷却至100℃左右,从炉子底部排出。振动床502由振动电机506带动,调整振动电机506的频率即可调整振动床502的运动速度,当发现油页岩干馏不完全时,可降低振动电机506的频率,延长油页岩在干馏炉中的停留时间,使油页岩完全干馏后再排出。
图6、图7、图8是循环瓦斯加热炉的结构和联接方式示意图,包括瓦斯半焦混烧加热炉、蓄热式管式瓦斯加热炉和小球式蓄热式瓦斯加热炉。其在整个干馏炼油工艺中的功能是为干馏炉提供符合工艺要求的热载体。在使用时可根据实际情况进行选择和配套。当选择蓄热式管式瓦斯加热炉时,半焦瓦斯混烧加热炉加热的是循环瓦斯,半焦混烧加热炉可将循环瓦斯加热到500℃,再送往蓄热式管式瓦斯加热炉,最终将循环瓦斯加热到700℃以上,再送往干馏炉使用。当选择小球式蓄热式瓦斯加热炉时,瓦斯半焦混烧加热炉加热的是空气,半焦混烧加热炉可将空气加热到400℃-500℃,再送往小球式蓄热式瓦斯加热炉,作为助燃空气使用,最终由小球式蓄热式瓦斯加热炉将循环瓦斯加热到700℃以上,再送往干馏炉使用。
图6为半焦瓦斯混烧加热炉结构和联接示意图。半焦从设置在半焦混烧炉的炉膛外部、翻转炉排的上方的料斗406加入,分布在翻转炉排407之上。燃烧瓦斯从瓦斯烧嘴405喷出,在瓦斯半焦混烧加热炉的炉膛中燃烧,当温度达到到800℃以上时,翻转炉排407上的半焦也开始燃烧,这时炉膛温度逐渐升到1000℃以上,燃烧产生的烟气和管式换热器中的被加热气体发生热交换,将被加热气体由常温加热至400℃-500℃左右,经被加热气体排出管送往蓄热式管式瓦斯加热炉或小球式蓄热式瓦斯加热炉利用。半焦在翻转炉排409的作用下,一边燃烧,一边向前推进,在行进过程中逐渐燃尽排出炉外。
图7为蓄热式管式加热炉的结构和联接示意图。蓄热式管式加热炉包括两个蓄热室、两个燃烧室、四通换向阀、鼓风机、排烟机和换热管束。换热管束603设置于炉子的中央,换热管束603两侧设置两个燃烧室602,两个蓄热室601,一侧燃烧室燃烧时,另一侧的燃烧室、蓄热室变成烟气通道。两侧的蓄热室、燃烧室通过四通换向阀交替使用,6分钟切换一次。排烟管道和助燃空气管也为同一管道606,通过四通换向阀611换向时实现功能转换。
蓄热式管式瓦斯加热炉运行时,助燃空气由鼓风机609加压,经过助燃空气管道606从蓄热室601下部进入加热炉,被蓄热小球605预热,至蓄热室601上部时和从瓦斯喷咀604中喷出的燃烧瓦斯相遇,发生燃烧,燃烧温度达到1200℃左右,燃烧产生的烟气横向冲刷换热管束603,将在换热管束603中流动的循环瓦斯由500℃加热至700℃,500℃的循环瓦斯来源于半焦混烧炉,通过热瓦斯的入口管607送入,被加热后的700℃的循环瓦斯通过热瓦斯的出口管608送往干馏炉。烟气在和换热管束603换热后经叧一侧的蓄热室排出炉外,在经叧一侧的蓄热室时,将蓄热室内的蓄热小球605加热至1000℃左右。烟气在把热量交换给蓄热小球605后,通过排烟机612排出炉外。6分钟后,四通换向阀611换向,助燃空气从叧一侧的蓄热室进入,同时燃烧瓦斯也从该侧蓄热室上部的瓦斯喷咀中喷出,发生燃烧。燃烧产生的烟气横向冲刷换热管束后,经过另一侧的蓄热室,将蓄热室内的蓄热小球加热,再经排风机排出。如此循环往复,形成连续的工艺,向干馏炉供应稳定的,温度不波动的、700℃左右的热循环瓦斯。
图8为小球式蓄热式瓦斯加热炉的结构示意图。
小球式蓄热式瓦斯加热炉包括蓄热室、燃烧室、四通换向阀、鼓风机、排烟机和热瓦斯引出管。燃烧室701设置于炉子的上部,燃料瓦斯的喷咀702设置于燃烧室701的下部,蓄热室703设置于燃烧室701的下面,蓄热室703内装有蓄热小球704,助燃空气管705和瓦斯的喷咀702相连接,排烟管道706和排烟机707相连,循环瓦斯引入管709设置于炉子的下部,热循环瓦斯的引出口710设置于炉子的上部,换向阀708和循环瓦斯引入管709、排烟管道706以及排烟机707相连接。为保证安全炉顶设有安全阀711。
小球式蓄热式瓦斯加热炉运行时,在半焦混烧加热炉中已被加热到400℃以上的空气和燃烧瓦斯从混合喷咀702中喷出,在燃烧室701中发生燃烧,炉膛温度可达1200℃左右,燃烧产生的烟气向下经过蓄热室703时,将蓄热室703内的蓄热小球704加热至1000℃左右。烟气在把热量交换给蓄热小球704后,通过排烟管道706和排烟机707排出炉外。这时系统切断空气和燃烧瓦斯的供应,换向阀708动作,循环瓦斯从引入管709进入炉中,经过蓄热室703内的蓄热小球704时被加热至700℃以上,再经热循环瓦斯的引出口710送往干馏炉。当热循环瓦斯的送出温度低于700℃时,换向阀708切断循环瓦斯的供应,同时开启空气和燃烧瓦斯的供应,混合喷咀中再次喷出空气和燃烧瓦斯,进入下一轮循环。换向阀708半小时动作一次。为保证热循环瓦斯连续不断地供应,小球式蓄热式瓦斯加热炉共有三台。一台燃烧,一台供气,一台备用或者二台燃烧,一台供气。
图9为瓦斯循环系统图。装置包括罗茨风机、瓦斯管道、气柜及相关设备。在干馏起始阶段,干馏炉产生的瓦斯收集储存于气柜之中,当瓦斯量达到可以满足瓦斯循环系统要求时,启动罗茨风机,瓦斯经脱硫塔脱硫后,一部分提供给瓦斯加热炉作燃料用,一部分进入瓦斯加热炉,被加热至700℃以上,供给干馏炉作干馏热载体用,一部分直接送至干馏炉下部冷却半焦。干馏产生的油气经水喷淋、间冷塔、旋捕塔、电捕器收油后,瓦斯重新进入罗茨风机,开始下一轮循环。在整个瓦斯循环过程中,循环的瓦斯量没有变化,只有温度的变化。瓦斯循环过程是连续不断的,因此,油页岩干馏的工艺也是连续不断的。如果瓦斯循环系统中某一设备发生故障,瓦斯循环过程就会中断,油页岩干馏的工艺也将中断。
图10为水循环系统图。装置包括水泵、水处理设备、循环水池及管道。水循环系统的主要功能是对干馏产生的油气进行冷却,让页岩油分离出来。水循环系统实际上有二个。一个是和干馏油气有直接接触的,一个是和干馏油气没有直接接触的。和干馏油气有直接接触的水的循环过程是,水泵将水加压后,对干馏油气进行喷淋,对油气进行降温,凝结下来的油和水混在一起,进入油水分离罐,水经处理后,再由水泵将水加压后,对干馏油气进行喷淋。反复循环。和干馏油气没有直接接触的水的循环过程是,水泵将水加压后,在间冷塔中对干馏油气进行间接冷却,对油气进行降温,水进行降温处理后,再由水泵将水加压后送入间冷塔,反复循环。
图11为传统抚顺式干馏炉的结构示意图。从图中可以看出,该工艺炉内有燃烧段,炉下部通入空气,炉上部无均料装置。炉下部空气的进入,和在炉内发生的燃烧反应不可避免地会烧掉一部分油气,降低了收油率,燃烧反应也可能造成炉内局部过热、结焦等现象发生,无均料装置容易产生偏炉等现象。
本发明具体实施需要三个条件。一是有一个能去除矿石水分、提高原料入炉温度但又不导致油页岩中的含油和挥发份同时被蒸发的并能去除一部分微尘的预热干燥炉;二是有一个能确保向干馏炉供应温度均衡、不波动(稳定在700℃左右)且能保证干馏所需热量的瓦斯加热炉;三是有一个能适应不同粒度需要的干馏炉。本说明书中提供的干燥炉、大颗粒干馏炉、小颗粒干馏炉、半焦瓦斯混烧加热炉、蓄热式管式瓦斯加热炉、小球式蓄热式瓦斯加热炉可以满足本发明工艺的工艺要求。

Claims (8)

1.一种瓦斯全循环油页岩分级干馏工艺,其特征在于包括如下步骤:
(1)破碎筛分:用破碎筛分设备将矿石破碎成小、中、大三种不同的规格,具体规格是:0~6mm,6~20mm,20~50mm,或者:0~10mm,10~25mm,25~60mm;比例为1:2:2;筛板的孔径在6mm-40mm之间选择;油页岩破碎后的最大粒度不宜超过75mm,大于75mm粒度的油页岩返回破碎机重新破碎;
(2)分级入仓:由矿石输送系统按矿石的规格分别送入不同的料仓贮存待用;
(3)干燥预热:油页岩干燥预热装置将油页岩从环境温度预热到50℃以上但不超过150℃,去掉油页岩中的部分以至大部分的水分,同时将油页岩中小于1mm的微小颗粒去除;预热干燥使用的热风为瓦斯加热炉排出的废烟气,废烟气进入干燥炉的温度为250℃,废烟气如超出300℃,兑入适量的空气,使其降低到250℃;
(4)分级干馏:将已经破碎筛分、分仓存储并经预热干燥的不同粒径的油页岩送入不同结构的干馏炉中,进行干馏;
干馏炉的共同特征是:干馏的热载体为循环瓦斯;炉内不设燃烧装置,用干馏产生的油气经冷却收油后的瓦斯气体作为热载体,循环使用;
(5)冷凝回收:干馏产生的110℃的油气经水喷淋,间冷塔,旋捕器,电捕器冷却收油后,温度降到38℃以下;
(6)瓦斯脱硫:将油、气、水分离后的瓦斯气体导入脱硫装置脱硫,脱硫塔的反应温度控制在35℃-45℃之间;在脱硫装置里,瓦斯中的硫化氢在脱硫塔中和脱硫碱液发生反应,生成单体硫析出,将瓦斯中硫化氢含量降到50mg以下后再送往加热炉使用;
(7)瓦斯加热:冷凝收油后的38℃的瓦斯气体经罗茨风机加压后送入瓦斯加热炉,在两级瓦斯加热炉中热循环瓦斯被加热至700℃送入干馏炉作为干馏热载体循环使用。
2.根据权利要求1所述的油页岩分级干馏工艺,其特征是:对油页岩在干燥炉中除去油页岩中的微小颗粒的粒径大小用调控烟气流速的方法控制,烟气流速在8m-15m/S之间选择。
3.根据权利要求1所述的油页岩分级干馏工艺,其特征是:对油页岩的干馏热载体为循环瓦斯;所述循环瓦斯分两种,一种是热循环瓦斯,一种是冷循环瓦斯;热循环瓦斯由瓦斯加热炉供给,温度在600-750℃之间调控,均衡连续送入干馏炉中部;冷循环瓦斯由瓦斯循环系统供给,温度在30℃-75℃之间调控,从干馏炉下部进入。
4.根据权利要求1所述的油页岩分级干馏工艺,其特征是:干馏炉的干馏段温度控制在520℃-550℃之间。
5.根据权利要求1所述的油页岩分级干馏工艺,其特征是:用冷循环瓦斯回收半焦余热;干馏完的半焦被冷循环瓦斯冷却后从干馏炉下部排入水封的半焦池,半焦在水封池中被冷却至80℃用刮板运输机排出炉外。
6.根据权利要求1所述的油页岩分级干馏工艺,其特征是:油页岩干馏产生的油气从干馏炉的上部和干馏热载体一起被导出,进入油回收系统,干馏油气导出时的温度以110℃为宜。
7.根据权利要求1所述的油页岩分级干馏工艺,其特征是:干馏油气经回收系统进行油、气、水分离,油进入贮罐;水进入循环水池,冷却处理后循环使用;瓦斯气一部分作为热载体经加热炉加热后继续循环使用,一部分作为冷循环瓦斯直接进入干馏炉冷却半焦,一部分作为加热炉的燃料,多余的瓦斯气进入气柜,用于燃气发电。
8.根据权利要求1所述的油页岩分级干馏工艺,其特征是:系统中水是封闭循环的,冷却油气的循环水,对干馏油气进行冷却时不直接接触油气,循环水对干馏油气进行冷却后进入循环水池,经降温后再回到水循环系统,循环使用;油水分离产生的废水不排放,进入污水处理池,经处理后继续用作喷淋水或用于冷却半焦。
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