CN102433143A

CN102433143A - 推进式真空直热油页岩干馏工艺及其装置

Info

Publication number: CN102433143A
Application number: CN2011103299810A
Authority: CN
Inventors: 金先奎; 魏峥
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-10-26
Filing date: 2011-10-26
Publication date: 2012-05-02

Abstract

本发明公开了一种推进式真空直热油页岩干馏工艺及其装置，包括以下步骤：(1)用制粉机将油页岩制成粉状；(2)在罐体内，将粉状油页岩运至推进式传送机上，同时加热油页岩；(3)保持推进式传送机出口外的压力小于出口内的压力，预热后的粉状油页岩经过出口时，压力骤降，使其闪蒸并且部分气化，粉状油页岩变为流化状态；(4)将流化状态的油页岩运至气化炉，炉出口温度保持450℃---500℃，压力为5---10KPA，油页岩粉成为页岩颗粒与页岩油气体的混合物；(5)将页岩颗粒与页岩油气体的混合物送入气固分离器进行气固分离。通过将页岩油粉闪蒸预先流化，其在气化炉中到达完全气化的时间被缩短，这样页岩油来不及分解就进行气固分离。

Description

推进式真空直热油页岩干馏工艺及其装置

技术领域

本发明涉及一种油页岩与页岩油的分离方法，属新能源领域，更准确地说，涉及一种通过真空加热方式将油页岩中的页岩油气化，然后气固分离从而获得的页岩油工艺方法，本发明还涉及这种分离方法的装置。

背景技术

首先，页岩油是制备烯烃、石油液化气汽油、柴油、重芳烃等的原料，是石油的替代品，页岩油作为一种可替代石油的资源，国家非常重视。随着国际、国内石油供需矛盾的加剧，加快油母页岩开发的步伐已成为各界的共识，油母页岩的产业发展迅速。全球油母页岩储量大约100000亿吨，可炼制页岩油约4750亿吨，比传统石油资源量多50％以上。我国油母页岩资源储量丰富，2006年探明储量7199亿吨，可采储量2432亿吨，相当于拥有一座120亿吨的油田。

现有技术中提炼页岩油采用的炉体分为固体热载体干馏炉和气体热载体干馏炉。其中，固体热载体干馏炉有爱沙尼亚葛劳特(Galoter)干馏炉、澳大利亚A.T.P干馏炉。

爱沙尼亚葛劳特(Galoter)干馏炉为水平回转窑式固体热载体干馏炉，1964年建成投产单炉能力为500吨/日的实验炉，运行了4100多天；八十年代初建成两台单炉能力为3000吨/日的干馏炉，运行时间6200小时/年。0～25mm颗粒页岩进入气流式干燥器，经废热锅炉的热烟气流化干燥后，在混合器与高温页岩灰按3∶1混合，然后进入回转式干馏炉。油页岩在490℃的高温下，油母分解生成页岩油、干馏煤气及页岩半焦，生成的物料在除尘室分离后，油气经湿式净化进入油品蒸馏系统，生产出轻、重质页岩油、汽油和干馏煤气。混有页岩灰的半焦在气流式燃烧器烧成760～810℃的页岩灰，再回到混合器作热载体。分离后的烟气在气流式干燥器将页岩加热到110～140℃，经除尘后排入大气。

澳大利亚A.T.P干馏炉的工艺特征：A.T.P干馏炉是加拿大人于1977年开发的焦油沙热解制油的中型装置形成的。澳大利亚南太平洋石油公司和中太平洋矿业公司利用该技术于1999年设计建成一套单炉能力为6000吨/日的A.T.P干馏炉，水平回转窑式，直径8m，长60m，总重2500吨，全炉由预热段、干燥段、燃烧段、干馏段组成，处理0～16mm颗粒页岩。油页岩干馏产物配有轻油加氢精制装置，生产超低硫汽油组分。该炉试运几年，年开工率只有50％，于2004年停运。A.T.P干馏炉虽然单炉能力大，截面强度高，但仍在实验阶段，开工率不足50％，还不十分成熟。固体热载体干馏炉技术经济指标比较如下表：

炉型	Galoter炉	A.T.P炉
			页岩粒度，mm	0～25	0～16
含油率，％	22～24	-
			采油率，％	75～85	85
单炉能力，t/d	3000	6000
			开工率，％	80～85	50

抚顺矿业集团投资十几亿固体热载体干馏装置历时7、8年，迄今，仍未投产。

气体热载体干馏炉有抚顺式干馏炉、茂名气燃方炉、美国帕拉厚(Paraho)干馏炉。其中抚顺式干馏炉工艺特征是：抚顺式干馏炉为立式圆筒炉，它由加料系统、炉内的阵伞、干馏段、混合室、发生段、风头和除灰系统构成。炉体结构简单，操作方便，运行周期长，建设投资少，但采油效率低，单炉能力少。10～75mm的页岩在干馏炉被高温循环煤气和发生炉煤气加热到550℃，油母分解生成页岩油和煤气，通过冷凝回收系统，获得页岩油和煤气，页岩半焦落入发生炉，半焦中的固定碳与增湿后的空气进行燃烧气化反应，产生发生煤气与高温循环煤气一起作为页岩干馏的热载体。

茂名气燃方炉工艺特征是：茂名气燃方炉是由加料设备、炉体和排灰设备组成，炉体为立式矩形体，由干馏、气燃和冷却段组成。炉内有四条布气花墙，花墙上部两侧有气燃煤气喷孔，下部两侧有冷却煤气喷孔，15～75mm的块页岩经加料分配系统，到干馏段与来自气燃段的热载体换热，页岩被加热到550℃，油母分解后产生的油气进入冷凝回收系统，回收页岩油和煤气。干馏后的页岩半焦落到炉子中部气燃段，与换热后的气燃煤气和空气进行燃烧，发生气化反应，反应后的高温页岩灰与气燃煤气和空气进行换热，页岩灰被冷却到300℃以下，冷却后的页岩灰再落到炉底灰皿中，用水继续冷却到70℃左右，由刮板机排出炉外。气燃方炉的特点：布料、布气均匀，减少过剩氧烧油，采油效率高，但炉出口煤气量大，冷凝回收系统负荷大，煤气热值低

美国帕拉厚(Paraho)干馏炉工艺特征是：美国发展工程公司研究开发的Paroho干馏炉既有美国矿务局气燃式流程，又有巴西Petrosix炉的全循环煤气流程。Paroho干馏炉由页岩布料器、油气抽出集合管、二层热载体布气管和炉子底部的排灰系统组成。当采用巴西Petrosix炉全循环煤气加热流程时，热载体系统不供风。a)全循环煤气加热流程：12～76mm块页岩经回转式布料器均匀布料，落入干馏炉，页岩与高温煤气换热，页岩中的油母被加热分解，生成页岩油、煤气和页岩半焦，油气经离心沉降器除去部分页岩油、粉尘和水，煤气再经电捕油器继续回收页岩油。净化后的煤气，部分作循环煤气，一部分作冷却煤气，一部分作燃烧煤气。循环煤气经加热炉，加热成700～800℃的高温煤气，通过干馏段二层布气管加热页岩。干馏后的页岩半焦在冷却段与冷却煤气换热，被冷却的页岩半焦，经排灰系统排出炉外。加热炉的热源由燃烧煤气的燃烧热提供，不足部分由燃料油的燃烧热补充。在选用全循环加热流程时，空气鼓风机停止送风。b)气燃煤气供热流程：Paraho干馏炉也有美国矿务局气燃炉的供热流程，该流程与全循环流程相比，只是供热方式不同。气燃煤气供热，没有煤气的加热系统，是靠煤气、空气在高温页岩半焦层进行燃烧，气化反应所产生的固体热载体技术设备效率低，高温页岩灰占设备容积的75％；因系统不封闭，油气泄露，空气污染严重；热能利用率低；设备庞大，系统复杂，可靠性差，投资高；自动化程度低。作为热载体直接加热页岩。Petrosix干馏炉全循环供热流程的特点为：没有过剩氧烧油，采油效率高，并且可减少“炼炉”，干馏炉运转率高，但没有利用页岩半焦固定碳，干馏炉热效率低。

爱沙尼亚基维特(Kiviter)干馏炉工艺特征是：Kiviter干馏炉是将原来单炉能力100吨/日的竖式炉，改为长方形百叶窗结构。热载体横向通过床层，形成薄层干馏，到60年代，干馏炉单炉能力由100吨/日提高到150～200吨/日。到80年代，将长方形横截面改为圆环形横截面，单炉能力又提高到240～260吨/日。采油效率也提高到80～85％，在此基础上，又相继建成两台单炉能力为1000吨/日炉，25～100mm的油页岩入炉后，经气燃煤气两段加热，油母分解生成油气和页岩半焦。油气从炉出口导出，经油洗塔洗涤，空气冷却器冷却，回收页岩油和煤气。干馏后的高温页岩灰，在干馏炉冷却段与冷却煤气换热，再经水冷却后排出装置。换热后的冷却煤气，作为热载体进入干馏段加热页岩。Kiviter干馏炉的特点为：结构简单，建设投资少，干馏段压降小，布料、布气均匀，采油效率高，但干馏煤气热值低。

巴西佩特劳瑟克斯(Petrosix)炉工艺特征是：巴西石油公司于1972年投资3500万美元，建一台单炉能力为1600吨/日干馏炉，又于1991年投资9300万美元建一台单炉能力为6000吨/日的干馏炉。巴西Petrosix干馏炉为立式圆筒炉，由加料系统、干馏段、冷却段和除灰系统组成。加料系统由气封装置、加料斗和布料器组成。干馏段由布气花墙、集气管和移动炉篦组成。排灰系统由料封段、气封系统、贮灰罐和水冷却系统组成。6～50mm油页岩经布料器进干馏炉，被高温循环煤气加热，油母热解生成页岩油、煤气和页岩半焦，油气经旋风器除去部分页岩油和粉尘，再经沉降器继续捕油，然后经压缩机加压。一部分为循环煤气，一部分为冷却煤气，一部分为燃烧煤气。还有一部分剩余煤气经淋洗塔，获得燃料气和液化石油气。循环煤气经管式加热炉被加热成高温热载体，进干馏炉的布气花墙，喷出后加热页岩。冷却煤气进干馏炉冷却段与高温半焦换热，冷却后的半焦经排灰系统排出炉外，再经水冷后送出装置。燃烧煤气作加热炉的燃料气，利用它的燃烧热，作为加热循环煤气的热源。回收系统回收的页岩油送油品蒸馏塔，生产出轻汽油和燃料油。Petrosix干馏特点为：单炉能力大，采油效率高，煤气热值高，但干馏炉热效率低。

各国气体热载体干馏炉比较如下表：

辽宁、吉林、内蒙等地有几十个页岩干馏及褐煤干馏小油厂建成投产，一般油页岩干馏采用抚顺式100吨/日干馏炉，褐煤干馏基本采用茂名气燃方炉。

综上所述，现有页岩油提取技术有以下缺陷：

固体热载体技术：

(1)固体热载体技术设备效率低，高温页岩灰占设备容积的75％；(2)因系统不封闭，油气泄露，空气污染严重；(3)热能利用率低；(4)页岩油受热时间太长，发生器分解，产生半焦和煤气；(5)设备庞大，系统复杂，可靠性差，投资高；(6)自动化程度低。

气体热载体技术：

(1)气体热载体技术设备效率低，油页岩在设备里停留时间太长；(2)因系统不封闭，油气泄露，空气污染严重；(3)热能利用率比固体热载体技术更低；(4)页岩油受热时间太长，发生器分解，产生半焦和煤气；(5)设备庞大，系统复杂，机械故障率高，投资高；原料利用率低，对油页岩块有体积上的要求，产生原料浪费；(6)产品油收率低，含油6％的油页岩，仅收4％页岩油；自动化程度极低。技术成熟，仅适合含油低的油页岩。

发明内容

本发明为了解决现有技术中存在的问题，提供一种推进式真空直热油页岩干馏工艺技术及其装置，简化了生产工艺，提高了设备的效率，降低了生产的能耗，减少了污染，提高了原料的利用率、避免了页岩油过热分解。

本发明的技术方案是：一种推进式真空直热油页岩干馏工艺，包括以下步骤：

(1)用制粉机将油页岩制成粉状；

(2)在罐体内，将粉状油页岩运至推进式传送机上，同时加热油页岩；

(3)保持推进式传送机出口外的压力小于出口内的压力，预热后的粉状油页岩经过出口时，压力骤降，使其闪蒸并且部分气化，粉状油页岩变为流化状态；

(4)将流化状态的油页岩运至气化炉，炉出口温度保持450℃---500℃，压力为5---10KPA，油页岩粉成为页岩颗粒与页岩油气体的混合物；

(5)将页岩颗粒与页岩油气体的混合物送入气固分离器进行气固分离。

优选的是：所述步骤(1)中将油页岩粉碎至50-200目。

优选的是：所述步骤(2)中油页岩被加热到260℃-320℃。

优选的是：所述步骤(2)中油页岩被加热到300℃。

优选的是：所述步骤(4)中页岩油气体在气化炉中的停留时间为30秒-50秒。

优选的是：所述步骤(4)中页岩油气体在气化炉中的停留时间为45秒。

优选的是：所述步骤(4)中的气固分离器为旋风式气固分离器。

优选的是：所述旋风式气固分离器的个数为至少2个。

优选的是：所述页岩颗粒与页岩油气体的混合物沿切线方向进入旋风式气固分离器。

优选的是：还包括以下步骤：页岩油气体由旋风分离器上口进入冷凝器，冷凝后的液体流入真空罐下部，然后泵进储罐，同时把系统内的不凝气体抽出、放空。

本发明公开的一种提炼油页岩的装置，包括：制粉装置、预热装置，所述预热装置为螺杆推进式传送机，所述推进式传送机包括进料口、传送段、出料口，所述出料口的宽度比传送段的宽度窄；还包括管道连接的气化装置和气固分离装置。

优选的是：在所述制粉装置和预热装置之间还设置油页岩粉罐，油页岩粉罐的上端通过管道连接制粉装置，下端连接螺杆推进式传送机的进料口，在油页岩粉罐的上端还设置有过滤器和引风机。

优选的是：所述螺杆推进式传送机的螺杆套管为夹套式。

优选的是：还设置有熔盐炉，所述熔盐炉通过管道和螺杆推进式传送机的夹套式螺杆套管连接。

优选的是：所述气固分离装置为旋风式气固分离器。

优选的是：所述旋风式气固分离器的下端连接有页岩渣罐，上端依次连接有冷凝器和真空罐。

优选的是：所述真空罐的上端还连接有真空泵。

本发明的有益效果在于：工艺简单、设备效率高---设备体积仅是以热载体加热的干馏工艺技术设备的几分之一、能耗低---热效率热载体加热的干馏工艺技术的几倍、零污染---零排放、原料利用率为100％、开工率高，通过将页岩油粉闪蒸预先流化，其在气化炉中到达完全气化的时间被缩短，这样页岩油来不及分解就进行气固分离，使热载体加热的干馏工艺技术中的那部分生成固定碳和煤气的页岩油被保存下来。

附图说明

图1示出了本发明部分装置的连接示意图。

图2示出了本发明部分装置的连接示意图。

图3示出了本发明工艺的流程图。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、采用的技术方案、取得的技术效果易于理解，下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明，以下内容只是实施本发明技术方案较佳的实施例，并非用来限定本发明所要保护的范围。

本实施例采用的油页岩为吉林桦甸含油16％的油页岩。

如图1、图2、图3所示，其中图1中螺杆推进式传送机2的出料口和图2中管式气化炉7的进料口通过管道连接在一起，附图较大，所以分为图1和图2，以标注5来表示其连接点。

①首先，用制粉机15将油页岩粉碎至50-200目。目的是为了破坏封闭页岩油的岩石结构，用机械的方式改变页岩油存在形式，即由岩石封闭形式转变为岩石表面吸附形式，便于后续工艺中的气化。

②通过管道将制粉机15的出料口和油页岩粉罐1连接，油页岩粉罐1的上端连接有过滤器3和引风机6，这样可以采用气体输送的方式将油页岩粉送至油页岩粉罐1。

③油页岩粉罐1的底部设有螺杆推进式传送机2，这样油页岩粉从油页岩粉罐1底部直接进入螺杆推进式传送机2。此步骤的主要作用是在油页岩粉的传输过程中对其进行预热，加热的方式有许多种，其中优选的方案是：将螺杆推进式传送机2的螺杆套管设置为夹套式，夹套中间流通着高温熔盐，熔盐的温度根据油页岩的规格和传送机2的传送速度进行调整，本发明熔盐的温度采用540℃。熔盐的流通可以通过一个熔盐炉来实现，本发明的熔盐炉4的出口通过管道和传送机2的螺杆套管连接。这样，就可以将螺杆推进式传送机输送的油页岩粉加热至260℃-320℃，优选将其加热到300℃。在螺杆推进式传送机2内，页岩油不气化、页岩粉不发生流化。推进式传送机2包括进料口、传送段、出料口，所述出料口的宽度比传送段的宽度窄；由于螺杆推进式的预流化器出口的尺度较小，起到一个限流的作用，使出口前后有一个压差。压力骤然降低，页岩油闪蒸、部分气化，使油页岩粉转变为流化状态，这样就可以严格控制气化的区域。

④螺杆推进式传送机2的出料口连接着气化装置，本发明的气化装置选用气化炉7，处于流化状态的油页岩粉进入气化炉。在炉内，页岩油的气化率随着温度的升高而提升，油页岩粉像沙尘暴一样，流动得越来越快。气化炉的出口温度达到450℃---500℃，压力为5---10KPA。油页岩粉中的页岩颗粒表面吸附的页岩油完全气化。油页岩粉成为页岩颗粒与页岩油气体的混合物。由于油页岩粉流动快，受热时间短，页岩油来不及深度分解就达到450℃---500℃。油页岩粉在管式气化炉中的停留时间仅为30-50秒，优选45秒。这样就不会产生半焦和煤气。在工业上，温度、受热时间均是控制油品分解深度的重要手段。例如乙烯裂解炉是用受热时间控制油品分解深度的，炉管不结焦的前提下，可以最大限度地多产乙烯。

⑤气化炉7的出料口连接着旋风式气固分离器，所述分离器的下端连接有页岩渣罐8，上端依次连接着冷凝器9和真空罐11，将上述混合物沿切线方向进入旋风式气固分离器中，在离心力和重力的作用下，页岩颗粒沿旋风式气固分离器壁落下，最终落入页岩渣罐8。页岩渣罐8的入口设有阀门，这样多个页岩渣罐可以切换使用。一个页岩渣罐中装满页岩渣后，打开底部的排渣阀进行排渣。排出的渣页岩渣由车运走即可。

⑥页岩油气体由旋风式气固分离器上口出来，进入到冷凝器9中。冷凝器9连接有循环冷却水，将页岩油气体冷凝成液体，流入到真空罐11的下部。最后液体页岩油通过页岩油泵12泵去储罐14。在真空罐11的上端连接真空泵13。通过真空泵13可以把系统内的不凝气体抽出、放空。真空泵13抽出的主要是空气、水蒸汽。

为了提高气固分离的效率，可以设置二级或者继续设置三级旋风式气固分离器。

采用该工艺技术可以大大提高页岩油的分离率，和传统的提炼工艺相比，本发明的装置体积小，工艺简单，而且干馏的工艺过程中无污染排放。

试验表明，在绝对压力10Kpa条件下，页岩油的干点(油品没有沸点，有一个馏程，在特定压力下，开始气化的温度叫初馏点。100％气化的温度叫干点)为380℃左右。此时，沥青质、胶质均已气化，下表是本发明工艺提炼出来的页岩油：

项目	数据	项目	数据	项目	数据
						密度(20℃)，g·cm^-3	0.895	含蜡量，％	18.64	组成分析，％
馏程，℃		康氏残炭，％	0.87	链烷烃	32.2
						IBP，10％	201/271	BMCI值	14.5	环烷烃	18.7
30％，50％	336/392	元素组成，％		芳烃	32.0
						70％，90％	442/548	C	84.76	沥青质	0.6
95％，EBP	-/749	H	11.75	胶质	17.1
						运动粘度，mm²·s^-1(50℃)	10.04	S	0.52	金属分析，μg·g^-1
凝点，℃	33	N	1.1771	V/Ni	0.03/2.28
								O(估计)	1.05	Fe/Ca	3.34/0.32

Claims

1.一种推进式真空直热油页岩干馏工艺，其特征在于：包括以下步骤：

(1)用制粉机将油页岩制成粉状；

2.根据权利要求1所述的干馏工艺，其特征在于：所述步骤(1)中将油页岩粉碎至50-200目。

3.根据权利要求1所述的干馏工艺，其特征在于：所述步骤(2)中油页岩被加热到260℃-320℃。

4.根据权利要求3所述的干馏工艺，其特征在于：所述步骤(2)中油页岩被加热到300℃。

5.根据权利要求1所述的干馏工艺，其特征在于：所述步骤(4)中页岩油气体在气化炉中的停留时间为30秒-50秒。

6.根据权利要求5所述的干馏工艺，其特征在于：所述步骤(4)中页岩油气体在气化炉中的停留时间为45秒。

7.根据权利要求1所述的干馏工艺，其特征在于：所述步骤(4)中的气固分离器为旋风式气固分离器。

8.根据权利要求7所述的干馏工艺，其特征在于：所述旋风式气固分离器的个数为至少2个。

9.根据权利要求1或8所述的干馏工艺，其特征在于：所述页岩颗粒与页岩油气体的混合物沿切线方向进入旋风式气固分离器。

10.根据权利要求9所述的干馏工艺，其特征在于：还包括以下步骤：页岩油气体由旋风分离器上口进入冷凝器，冷凝后的液体流入真空罐下部，然后泵进储罐，同时把系统内的不凝气体抽出、放空。

11.一种提炼油页岩的装置，其特征在于：包括：制粉装置、预热装置，所述预热装置为螺杆推进式传送机，所述推进式传送机包括进料口、传送段、出料口，所述出料口的宽度比传送段的宽度窄；还包括管道连接的气化装置和气固分离装置。

12.根据权利要求11所述的提炼油页岩的装置，其特征在于：在所述制粉装置和预热装置之间还设置油页岩粉罐，油页岩粉罐的上端通过管道连接制粉装置，下端连接螺杆推进式传送机的进料口，在油页岩粉罐的上端还设置有过滤器和引风机。

13.根据权利要求11所述的提炼油页岩的装置，其特征在于：所述螺杆推进式传送机的螺杆套管为夹套式。

14.根据权利要求13所述的提炼油页岩的装置，其特征在于：还设置有熔盐炉，所述熔盐炉通过管道和螺杆推进式传送机的夹套式螺杆套管连接。

15.根据权利要求11所述的提炼油页岩的装置，其特征在于：所述气固分离装置为至少一个旋风式气固分离器。

16.根据权利要求15所述的提炼油页岩的装置，其特征在于：所述旋风式气固分离器的下端连接有页岩渣罐，上端依次连接有冷凝器和真空罐。

17.根据权利要求16所述的提炼油页岩的装置，其特征在于：所述真空罐的上端还连接有真空泵。