CN102002377A - 有氧低温干馏工艺及装置 - Google Patents

Abstract

一种在有氧、低温情况下对原料(油页岩或煤炭)进行干馏的工艺和装置。适用于各种品质的油页岩，特别是低品质油页岩。干馏时直接从干馏炉下部通入空气，原料干馏所需要的热量主要由油页岩或煤炭裂解产生的甲烷低温氧化放出的热量提供；干馏炉内最高温度控制在550℃以下，干馏段温度保持在500℃～550℃之间；干馏炉出口气体中的氧含量控制在2％以内，油回收系统可以使用电捕油器。油回收率为90％以上。

Description

有氧低温干馏工艺及装置

所属技术领域

本发明是一种在有氧、低温(低于550℃)情况下对原料(油页岩或煤炭)进行干馏的工艺和装置。

背景技术

目前，国内外的干馏工艺都是在隔绝空气的条件下，即无氧条件下，通过高温(温度超过600℃)烘烤的方法使被干馏物质(如：煤炭、油页岩等)释放出可燃油气，得到焦炭。在油页岩干馏炼油行业，也是如此。把氧气视为大忌，因为氧气和可燃油气的接触，在高温状态下容易燃烧，甚至产生爆炸。因此，干馏工艺中一直把干馏物和空气的隔绝作为一项必不可少的措施。例如在干馏厂开工前，第一道工序，就是对系统进行吹扫、用惰性气体置换，防止有残氧混入。至于对干馏设备，措施更为严格，不允许有氧气泄入。桦甸式全循环油页岩干馏工艺严格控制系统和设备中进入空气，抚顺式油页岩园形干馏炉，茂名式方形干馏炉均为二段式干馏炉，虽然在下部燃烧段允许有空气进入，但在上部干馏段则不允许空气进入。在下部燃烧段，氧气和固定炭燃烧产生1000℃以上的高温，用燃烧产生的高温烟气对油页岩进行干馏。从上部干馏段以后直到油回收系统则不允许有空气混入，严格控制氧含量不超过2％。国外巴西的佩特罗西克斯(Petrosix)油页岩干馏炉在整个干馏系统中，不允许有空气混入；澳大利亚的ATP油页岩干馏炉也不允许空气进入干馏段。无氧高温干馏工艺带来的问题是，由于需要防止氧气混入瓦斯气体，造成干馏炉的结构复杂，操作繁琐，管理难度大，成本高。另外，抚顺式油页岩圆形干馏炉，茂名式方形干馏炉由于在炉内设有燃烧段，不可避免要烧掉一部分油，页岩油回收率只有65％左右。巴西的佩特罗西克斯(Petrosix)油页岩干馏炉，虽然收油率较高，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。

发明内容

本发明的目的在于解决目前国内油页岩和煤干馏炼油系统复杂，操作繁琐，装置日处理量小，占地面积大，管理难度大，成本高，收油率低，进口设备价格昂贵等问题，提供一种日处理量大，收油率高且投资小，操作简便的干馏工艺。

本发明的技术关键在于，在有氧条件下使油页岩或煤发生低温(低于550℃)干馏，干馏炉起动时不用点火。主要特征是：1、油页岩或煤的干馏在有氧条件下发生，在加热炉中被加热到低于500℃的循环气从干馏炉中部两侧送入，空气从干馏炉下部两侧送入，干馏所需要的热量主要由油页岩或煤裂解产生的甲烷低温氧化放出的热量提供。2、干馏炉内温度的控制通过进入空气量的多少来调节，最高温度控制在550℃以下，干馏段温度保持在500℃～550℃之间(油页岩和煤最理想的干馏温度。温度低了，不能实现完全干馏，温度高了，油二次裂解，同样会降低收油率)；3、干馏炉出口气体中的氧含量控制在2％以内，使干馏炉和油回收系统设备在安全条件下运行。

为了解决有氧干馏的技术关键问题，达到发明的目的，采取了如下技术措施。一是用原料(油页岩或煤炭)分解出来的甲烷发生低温氧化产生的热量来提升干馏段的温度。向干馏炉直接连续供给400℃左右的循环气，循环气可以是干馏产生的瓦斯气体，也可以是空气、或含有氧气的烟气。供给的循环气应能将原料(油页岩或煤炭)加热到250℃以上，这一温度是原料(油页岩或煤炭)可以裂解产生少量的甲烷气体的温度，这时通入适量的空气，甲烷则和氧气发生低温氧化反应，放出的热量将油页岩加热到理想的干馏温度500℃～550℃之间。二是干馏炉内温度的控制通过进入空气量的多少来调节，将干馏段温度控制在500℃～550℃之间。从干馏炉下部进入的空气在上升过程中和原料释放出来的甲烷接触，发生氧化反应，空气在吸收反应热，温度不断升高的时候，其中含有的氧气也逐渐被消耗，在到达循环气入口处和循环气混合，混合后的温度控制在450～500℃之间。剩余的氧气继续和甲烷反应，产生的热量将原料加热到500℃～550℃左右。在干馏炉的氧化反应段和干馏段气体中的含氧量越高，氧化反应的速度越快，但速度越快，容易引起油页岩局部升温过快、过高，甚至结焦；速度低，又延长了油页岩在干馏炉中的停留时间，降低了干馏炉的处理能力。调节方法是：当干馏炉内温升速度过快时，减少空气量的供给；当干馏炉内温升速度太慢时，增加空气量的供给；当干馏炉内温度达到550℃以上时，停止空气量的供给。三是根据干馏炉处理量的大小对进入干馏炉的空气进行总量控制。供给空气的总量和原料(油页岩或煤炭)的性质有关，计算公式为：

V_空气＝λE_气G_处理量，

公式中V_空气为空气的总供应量；E_气为原料(油页岩或煤炭)的气体发生量，由实验测定；G_处理量为干馏炉处理量；λ为经验系数。λ在3.0～4.0之间选取。四是采取控制空气进入干馏炉的总量来控制干馏炉出口含氧量小于2％。进入干馏炉的氧气除了和甲烷发生低温氧化反应被消耗之外，剩余部分将和干馏气体一同排入油回收系统，含氧量大于2％将影响油回收系统的安全运行。所以当干馏炉出口气体含氧量大于2％时应减少空气总量的供给。五是采取冷空气从干馏炉下部通入的办法，不仅可回收半焦的热量，同时予热了空气，节省了能源，使甲烷具备氧化反应的温度条件，避免了在干馏炉中燃烧固定碳的缺陷，提高了油的回收率，同时也提高了半焦的热值。

本发明的工艺流程如下：原料(油页岩或煤炭)经破碎筛分后，先用加热炉排出的废烟气干燥予热至50℃以上再送入干馏炉干馏(如原料含水低，也可以不干燥)。用加热炉加热循环气，加热后从干馏炉的中部送入，循环气送入干馏炉的温度为400℃左右，当干馏炉内原料(油页岩或煤炭)温度达到250℃以上时，从干馏炉下部送入冷空气，这时干馏炉内发生低温氧化反应，氧化反应放出的热量将干馏炉内原料(油页岩或煤炭)加热到500℃～550℃，原料(油页岩或煤炭)实现完全干馏。干馏产生的油气随同混合气体(从中部送入的循环气、从下部送入的空气)一起从干馏炉上部排出进入油的回收系统。干馏油气经冷却塔，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循环气，循环使用。一部分作为加热炉燃料，一部分用作燃气发电。干馏完的半焦被从干馏炉下部进入的空气冷却后排入水封的半焦池，冷却至80℃用刮板排出炉外。本发明工艺理论收油率能达到90％以上。

本发明和国内现在使用的桦甸式、抚顺式、茂名式油页岩干馏工艺相比，具有如下明显的优点。一是简化了加热炉，降低了对循环瓦斯的质量和温度的要求。桦甸式、抚顺式工艺中都要求循环瓦斯的温度达到700℃以上，且不允许有氧气混入，这就增加了设备的复杂程度和操作管理的难度。本工艺只要求循环气进入干馏炉的温度在400℃～450℃之间，甚至低于400℃也可以，只要能将原料加热到250℃以上即可，而且允许混入氧气，这就大大减小了加热炉设备的体积、简化了加热炉的结构、降低了加热炉的造价；二是提高了系统的热效率。加热炉中由于燃烧及烟气和循环气之间发生热交换，必然产生热损失。抚顺式、茂名式油页岩干馏工艺干馏炉内最高温度达1000℃，炉体的散热损失、排焦的物理热损失都很大。而本工艺甲烷低温氧化产生的热量直接被油页岩吸收，几乎没有热损失；干馏炉炉内最高温度仅550℃，又用半焦予热冷空气，回收了半焦的部分余热，因此，热损失较小；三是油的回收率高，抚顺式工艺油的回收率为60～65％，茂名式工艺油的回收率为70～75％，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85～90％，如操作合理，本发明油的回收率应在90％以上；四是本发明适应范围宽，可以适用于各种品质的油页岩，特别是低品质油页岩。一般油页岩含气量超过2％，都可以应用本工艺来干馏炼油，这是其他几种工艺都很难做到的，即使勉强做到，收油率也很低。五是本发明干馏炉开炉程序简单。开炉时只需将循环气和空气通入干馏炉即可，不用点火，不用吹扫和置换管道、设备中的空气，避免了现有干馏工艺吹扫、置换、点火燃烧等复杂程序。六是本发明实行计算机控制，正常运行管理操作方便，可控性强，只要控制好进入干馏炉的空气量和氧气浓度，就可以达到理想的收油效果。七是经济效益好。由于本发明油的回收率高，管理成本低，经济效益明显高于其他工艺。八是利用本发明的工艺技术可对现有油页岩或煤的干馏炼油厂进行简单的改造，就可以大幅度提高油的收油率并降低管理成本。

附图说明

附图1是油页岩(或煤)有氧低温干馏工艺流程图。

附图2是油页岩(或煤)有氧低温干馏工艺干馏炉的结构示意图，图中所示各部分分别是：1、皮带运输机；2、给料装置；3、循环气入口；4、空气入口；5、水封池；6、刮板式排料机；7、布气花墙；8、集气伞；9、干馏气出口。

具体实施方式

本发明具体实施的工艺流程见附图1。原料(油页岩或煤炭)经破碎筛分为6～50mm的颗粒后，先用加热炉排出的废烟气干燥予热至50℃以上再送入干馏炉干馏(如原料含水低，也可以不干燥)。经加热炉加热的循环气(空气、烟气、干馏产生的瓦斯气体，氧气含量从0～21％均可)，加热到400℃以上后从干馏炉的中部送入，循环气进入干馏炉的温度也可以低于400℃，只要能将原料加热到250℃以上即可。当干馏炉内原料温度达到250℃以上时，释放出甲烷气体，这时从干馏炉下部送入冷空气，空气和甲烷相遇时，干馏炉内发生低温氧化反应，放出热量，将干馏炉内原料加热到500℃～550℃，实现完全干馏。干馏产生的油气随同混合气体(从中部送入的循环气、从下部送入的空气)一起从干馏炉上部排出，进入油的回收系统。干馏油气经冷却塔，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。瓦斯气体经脱硫装置脱硫后进入气柜，一部分作为循环气，循环使用，一部分作为加热炉燃料，一部分用作燃气发电。

本发明具体实施需要有一个能适合于有氧低温氧化干馏工艺的干馏炉。其结构见附图2。皮带运输机1将6～50mm的原料(油页岩或煤炭)送入设置于干馏炉顶部的给料装置2，给料装置2将原料(油页岩或煤炭)送入干馏炉内，原料(油页岩或煤炭)随着设置于干馏炉底部的刮板式排料机的排料而缓慢下降。400℃～450℃的循环气从设置于干馏炉中部两侧的循环气入口3进入干馏炉内，将原料(油页岩或煤炭)加热到250℃以上；空气从设置于干馏炉下部两侧的空气入口4进入干馏炉内，布气花墙7将空气均匀分布于炉内，空气在上升过程中吸收从上而下排出的半焦的热量被予热，同时和原料(油页岩或煤炭)中分解出来的甲烷发生氧化反应，放出热量，逐渐将原料(油页岩或煤炭)加热到500℃～550℃，原料(油页岩或煤炭)被完全干馏。干馏产生的油气随同循环气、氧气已经大部分或全部被消耗的空气一起上升，到达干馏炉上部时，被设置于干馏炉上部的集气伞8收集，经干馏气出口9排出炉外进入油回收系统。干馏气经油回收系统冷凝收油后被送入气柜，一部分回到循环系统经加热炉加热后再送入干馏炉，一部分作为加热炉的燃料，多余部分可用作瓦斯发电。被干馏后的原料(油页岩或煤炭)从干馏炉底部排出后，被水封池中的水冷却到80℃后，由设置于干馏炉下部的刮板式排料机6排出炉外，送到堆场。

本发明具体实施时，系统中的加热炉应能向干馏炉提供400℃以上循环气。这一加热炉应当是可以连续加热含有干馏产生的瓦斯气体的加热炉，可以是带有管式换热器的加热炉，也可以是蓄热式瓦斯加热炉。另外，向干馏炉提供空气的鼓风机出口压力应大于4000pa，并能根据需要随时调节风量的大小。实际操作时，要密切注意干馏炉内温度的变化，防止局部过热和原料结焦。干馏炉内温度应控制在500℃～550℃之间，当干馏炉内温升速度过快或干馏炉出口气体含氧量超过2％时，减少空气量的供给；当干馏炉内温升速度太慢时，增加空气量的供给；当干馏炉内温度达到550℃以上时，停止空气量的供给。干馏炉的处理量用调控进入干馏炉的空气总量来调整，空气量供给大时，加大给料和排料速度，空气量供给小时，降低给料和排料速度。当干馏炉出口气体氧含量超过2％时，禁止开启油回收系统的电捕油器。

Claims (6)

1.一种在有氧低温情况下对油页岩或煤进行干馏的工艺，其特征是：油页岩或煤炭的干馏在有氧条件下发生，在加热炉中被加热到低于500℃的循环气从干馏炉中部两侧送入，空气从干馏炉下部两侧送入，干馏所需要的热量主要由油页岩或煤炭裂解产生的甲烷低温氧化放出的热量提供。

2.根据权利要求1所述的有氧低温干馏工艺，其特征是：干馏炉内温度的控制通过进入空气量的多少来调节，最高温度控制在550℃以下，干馏段温度保持在500℃～550℃之间。

3.根据权利要求1所述的有氧低温干馏工艺，其特征是：对进入干馏炉的空气总量根据干馏炉处理量的大小进行控制，计算公式为：

V_空气＝λE_气G_处理量，

公式中V_空气为空气的总供应量；E_气为原料(油页岩或煤炭)的气体发生量，由实验测定；G_处理量为干馏炉处理量；λ为经验系数，λ在3.0～4.0之间选取。

4.根据权利要求1所述的有氧低温干馏工艺，其特征是：干馏炉起动时不用点火，干馏炉出口气体中的氧含量控制在2％以内。

5.根据权利要求1所述的有氧低温干馏工艺，其特征是：进入干馏炉的循环气温度可低于400℃。

6.一种适合在有氧低温情况下对油页岩或煤进行干馏的干馏炉装置，其特征是：给料装置设置于干馏炉顶部，循环气入口设置于干馏炉中部的两侧，空气入口设置于干馏炉下部的两侧，干馏炉下部设置有布气花墙，集气伞设置于干馏炉上部，干馏气出口设置于干馏炉顶部，干馏炉底部设有水封池，水封池底部设置刮板式排料机。

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