CN102585865B - 油页岩原位开采地上干馏与发电联产集成系统 - Google Patents

油页岩原位开采地上干馏与发电联产集成系统 Download PDF

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Abstract

一种油页岩原位开采地上干馏与发电联产集成系统，主要包括循环流化床锅炉及辅助设备、抽汽背压式汽轮机及辅助设备、气汽换热器、地下干馏循环泵母管、电力配套设施、沸腾式油页岩干馏炉、油页岩固体热载体法干馏炉。该发明的有益效果是将矿区的不同层位油页岩全面开采有效利用，用地面干馏油页岩产出的页岩半焦发电，用最节约的自产电能的方式辅助ICP原位开采技术，做到最大效率的收益；实现油页岩资源产气、产油、产电、产建筑材料的科学有效利用。

Description

油页岩原位开采地上干馏与发电联产集成系统
技术领域：
本发明涉及矿物开采利用领域，尤其涉及一种油页岩原位开采地上干馏与发电联产集成系统。
背景技术：
目前国内外对油页岩的开采局限于依据层位的不同而采用不同的开采方式，从油页岩制取页岩油的加工技术分为两大类，既地面干馏技术(Surface Retorting)和原位开采技术（In-situTechnology），地面干馏是指油页岩露天开采或井下坑道开采运输至地面，并经过破碎筛分至所需的粒度或块度，在传输至干馏炉内，经加热低温干馏生成页岩油、页岩气及页岩半焦。目前所采用的干馏炉大部分要求油页岩块度在10mm以上，通常10mm以下碎屑页岩约占总量的20％被舍弃；炼油收率为铝甄油收率的60～85％，有15～40％的页岩油损失；干馏后的页岩半焦热值还有2500～5000kJ／kg，固体热损失大；排渣、废气、污水对环境污染超标。
原位开采技术则是指埋藏于地下的油页岩不经开采，直接在地下设法加热转化为页岩油或页岩气，并传输至地面。当地下的油页岩层倾角较缓、埋深较浅，即岩土覆盖层较薄，例如在地面以下不深于500m，且油页岩层很厚，例如达数十米厚，则通常可以采用露天开采油页岩的方法，即剥离覆盖于油页岩层上面的岩土，使油页岩敞露于地表，而进行开采。当油页岩层面埋深大于500m时，通常采用地下开采，即井下开采油页岩的方法，此种开采方式耗资大。壳牌的原位开采（ICP）技术是指：向地下打一批井，插入电阻加热，经过3-4年的时间将地下的油页岩加热到343℃（650℉）。在这期间，干酪根发生裂解排出大量致密的油和气。
国家新一轮油页岩资源评价范围对1000m以上的资源量进行统计，而对于资源较好的矿点，500m以下有更大储量的资源，这部分资源量有多少，如何用现有的技术设备干馏技术可采资源同时，开发这些埋深较深的资源，并综合利用资源，得到最大经济效益。
目前的开采方式单一且普遍存在的不足：（1）对于大部分浅层地面干馏的矿区，500M以下有资源量更大的油页岩因无法经济开采而弃置；（2）地面干馏油页岩半焦未完全燃烧，是一种资源的浪费；（3）原位开采技术多数应用外部能源，投入与产出有时会有亏损，并且运转周期长，人力物力投入较大；（4）目前的开采设备所需的电力都是高价从电网购得。
发明内容：
本发明目的是将矿区的不同层位油页岩全面开采有效利用，用地面干馏油页岩产出的页岩半焦发电，用最节约的自产电能的方式辅助ICP原位开采技术，做到最大效率的收益；实现油页岩资源产气、产油、产电、产建筑材料的科学有效利用；由于是低温燃烧，有效控制NOX排放；废渣可应用制水泥等建筑材料，有很高的社会和环境效益；应用循环流化床锅炉燃烧小颗粒油页岩，并充分利用回料富裕热量在沸腾式干馏炉中干馏制油，更有效应用了10mm以下碎屑页岩，同时产出高温页岩灰与汽轮机抽气预热后油页岩再次在固体热载体法干馏炉中干馏油页岩制油，将页岩半焦的热值循环充分利用。其结构简单，具有普遍性、经济性与模型多样化的特点。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种油页岩原位开采地上干馏与发电联产集成系统，主要包括循环流化床锅炉及辅助设备、抽汽背压式汽轮机及辅助设备、气汽换热器、地下干馏循环泵母管、电力配套设施、沸腾式油页岩干馏炉、油页岩固体热载体法干馏炉,其特征是：该系统的工作流程是，首先将加工油页岩原料粒度0～10mm的页岩送至循环流化床锅炉空负荷燃烧，启炉时产出的蒸汽温度压力不符合与汽轮机并汽条件，产出蒸汽对空排放，尾气同时并入油页岩颗粒预热器，预热油页岩颗粒，为沸腾式油页岩干馏炉干馏制油做准备工作，油页岩颗粒预热器中的原料粒度在0～10mm，正常运行的循环流化床锅炉尾气排烟温度约为150℃，将油页岩预热器中颗粒预热到100℃以上；待循环流化床锅炉床温达到500℃以上时与沸腾式油页岩干馏炉并入，这时温度可以正常运转沸腾式油页岩干馏炉，正常运行的循环流化床锅炉的高温旋风分离器出口高温烟气在640℃～680℃，送至沸腾式油页岩干馏炉的高温烟气应大于600℃，可快速干馏油页岩，15～30分钟完成一次干馏；沸腾式油页岩干馏炉干馏后的页岩半焦送至循环流化床锅炉中与未干馏油页岩或其他燃料共同燃烧，其他燃料包括未干馏油页岩、煤、可燃物料，待循环流化床锅炉汽包蒸汽负荷达到与抽汽背压式汽轮机并汽额定负荷时,循环流化床锅炉额定压力在3.82MPa,额定温度在450℃；抽汽背压式汽轮机额定压力在3.136～3.625MPa，额定温度在420℃～445℃，并汽入蒸汽系统，带动抽汽背压式汽轮机做功发电，抽汽背压式汽轮机部分启机调速稳定后，并入电网，初期自产电能主要为矿区原位开采做冰屏障准备工作，和自身设备的厂用电，富裕电量上网外供；并网同时逐渐开启抽气门，根据机组负荷参数依据调整各部压力温度达到设备额定要求，即12MW抽汽背压式汽轮机额定抽气压力在1.06～1.3MPa，额定温度在332℃，最大抽气量50/80th时，将已通入循环干馏气的气汽换热器并入运行，气汽换热器用于预热油页岩颗粒，将粒度小于0～10mm的油页岩预热到150～280℃后送入螺旋式混合器，再送入油页岩固体热载体法干馏炉，与来自循环流化床锅炉的450～750℃热页岩灰混合，干馏制油，15～30分钟完成一次干馏；混合物料从混合器下落到干馏反应器进行干馏后，页岩半焦经高温旋风分离器筛分后再送至循环流化床锅炉再次燃烧，循环利用油页岩半焦以更好的利用半焦热量；背压蒸汽压力在0.392～0.686MPa，温度在238℃，与经气汽换热器的余热蒸汽用于加热汽水换热器，换热后的水介质温度约为100℃，通过地下干馏循环泵组循环加热矿区深部油页岩，以配合ICP技术节约成本开发地下油页岩；蒸汽疏水送至疏水联箱，经除氧后再送入锅炉汽包循环生产；地面干馏油页岩经油气收集处理后提炼出页岩油气，页岩灰直接用于建筑材料，后期冰墙达标后，应用自产的电能将矿区深层油页岩原位干馏。
本发明的有益效果是，将矿区的不同层位油页岩全面开采有效利用，用地面干馏油页岩产出的页岩半焦发电，用最节约的自产电能的方式辅助ICP原位开采技术，做到最大效率的收益；实现油页岩资源产气、产油、产电、产建筑材料的科学有效利用；由于是低温燃烧，有效控制NOX排放；废渣可应用制水泥等建筑材料，有很高的社会和环境效益；应用循环流化床锅炉燃烧小颗粒油页岩，并充分利用回料富裕热量在沸腾式干馏炉中干馏制油，更有效应用了10mm以下碎屑页岩，同时产出高温页岩灰与汽轮机抽气预热后油页岩再次在固体热载体法干馏炉中干馏油页岩制油，将页岩半焦的热值循环充分利用。其结构简单，具有普遍性、经济性与模型多样化的特点。
附图说明：
图1是本发明结构示意图。
图中：循环流化床锅炉1、抽汽背压式汽轮机2、气汽换热器3、地下干馏循环泵母管4、电力配套设施5、沸腾式油页岩干馏炉6、油页岩固体热载体法干馏炉7、油页岩颗粒预热器8、汽水换热器9、疏水联箱10。
具体实施方式：
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
一种油页岩原位开采、地上干馏与发电联产集成系统，主要包括循环流化床锅炉1及辅助设备、抽汽背压式汽轮机2及辅助设备、气汽换热器3、地下干馏循环泵母管4、电力配套设施5、沸腾式油页岩干馏炉6、油页岩固体热载体法干馏炉7,其特征是：该系统的工作流程是，首先将加工油页岩原料粒度0～10mm的页岩送至循环流化床锅炉1空负荷燃烧，启炉时产出的蒸汽温度压力不符合与汽轮机并汽条件，产出蒸汽对空排放，尾气同时并入油页岩颗粒预热器8，预热油页岩颗粒，为沸腾式油页岩干馏炉6干馏制油做准备工作，油页岩颗粒预热器8中的原料粒度在0～10mm，正常运行的循环流化床锅炉尾气排烟温度约为150℃，将油页岩预热器中颗粒预热到100℃以上；待循环流化床锅炉床温达到500℃以上时与沸腾式油页岩干馏炉6并入，这时温度可以正常运转沸腾式油页岩干馏炉6，正常运行的循环流化床锅炉1的高温旋风分离器出口高温烟气在640℃～680℃，送至沸腾式油页岩干馏炉6的高温烟气应大于600℃，可快速干馏油页岩，15～30分钟完成一次干馏；沸腾式油页岩干馏炉6干馏后的页岩半焦送至循环流化床锅炉1中与未干馏油页岩或其他燃料共同燃烧，其他燃料包括未干馏油页岩、煤、可燃物料，待循环流化床锅炉1汽包蒸汽负荷达到与抽汽背压式汽轮机2并汽额定负荷时,循环流化床锅炉1额定压力在3.82MPa,额定温度在450℃；抽汽背压式汽轮机2额定压力在3.136MPa～3.625MPa，额定温度在420℃～445℃，并汽入蒸汽系统，带动抽汽背压式汽轮机2做功发电，抽汽背压式汽轮机2部分启机调速稳定后，并入电网，初期自产电能主要为矿区原位开采做冰屏障准备工作，和自身设备的厂用电，富裕电量上网外供；并网同时逐渐开启抽气门，根据机组负荷参数依据调整各部压力温度达到设备额定要求，即12MW抽汽背压式汽轮机2额定抽气压力在1.06～1.3MPa，额定温度在332℃，最大抽气量50/80th时，将已通入循环干馏气的气汽换热器3并入运行，气汽换热器3用于预热油页岩颗粒，将粒度小于0～10mm的油页岩预热到150～280℃后送入螺旋式混合器，再送入油页岩固体热载体法干馏炉7，与来自循环流化床锅炉1的450～750℃热页岩灰混合，干馏制油，15～30分钟完成一次干馏；混合物料从混合器下落到干馏反应器进行干馏后，页岩半焦经高温旋风分离器筛分后再送至循环流化床锅炉1再次燃烧，循环利用油页岩半焦以更好的利用半焦热量；背压蒸汽压力在0.392～0.686MPa，温度在238℃，与经气汽换热器3的余热蒸汽用于加热汽水换热器9，换热后的水介质温度约为100℃，通过地下干馏循环泵母管4循环加热矿区深部油页岩，以配合ICP技术节约成本开发地下油页岩；蒸汽疏水送至疏水联箱10，经除氧后再送入锅炉汽包循环生产；地面干馏油页岩经油气收集处理后提炼出页岩油气，页岩灰直接用于建筑材料，后期冰墙达标后，应用自产的电能将矿区深层油页岩原位干馏。
该发明的有益效果是将矿区的不同层位油页岩全面开采有效利用，用地面干馏油页岩产出的页岩半焦发电，用最节约的自产电能的方式辅助ICP原位开采技术，做到最大效率的收益；实现油页岩资源产气、产油、产电、产建筑材料的科学有效利用；由于是低温燃烧，有效控制NOX排放；废渣可应用制水泥等建筑材料，有很高的社会和环境效益；应用循环流化床锅炉燃烧小颗粒油页岩，并充分利用回料富裕热量在沸腾式干馏炉中干馏制油，更有效应用了10mm以下碎屑页岩，同时产出高温页岩灰与汽轮机抽气预热后油页岩再次在固体热载体法干馏炉中干馏油页岩制油，将页岩半焦的热值循环充分利用。其结构简单，具有普遍性、经济性与模型多样化的特点。

Claims (1)

1.一种使用油页岩原位开采地上干馏与发电联产集成系统的方法，该油页岩原位开采地上干馏与发电联产集成系统包括循环流化床锅炉（1）及辅助设备、抽汽背压式汽轮机（2）及辅助设备、气汽换热器（3）、地下干馏循环泵母管（4）、电力配套设施(5)、沸腾式油页岩干馏炉(6)、油页岩固体热载体法干馏炉(7),其特征是：该系统的工作流程是，首先将加工油页岩原料粒度0～10mm的页岩送至循环流化床锅炉(1)空负荷燃烧，启炉时产出的蒸汽温度压力不符合与汽轮机并汽条件，产出蒸汽对空排放，尾气同时并入油页岩颗粒预热器(8)，预热油页岩颗粒，为沸腾式油页岩干馏炉(6)干馏制油做准备工作，油页岩颗粒预热器(8)中的原料粒度在0～10mm，正常运行的循环流化床锅炉尾气排烟温度为150℃，将油页岩预热器中颗粒预热到100℃以上；待循环流化床锅炉床温达到500℃以上时与沸腾式油页岩干馏炉(6)并入，这时温度可以正常运转沸腾式油页岩干馏炉(6)，正常运行的循环流化床锅炉(1)的高温旋风分离器出口高温烟气在640℃～680℃，送至沸腾式油页岩干馏炉(6)的高温烟气应大于600℃，可快速干馏油页岩，15～30分钟完成一次干馏；沸腾式油页岩干馏炉(6)干馏后的页岩半焦送至循环流化床锅炉(1)中与未干馏油页岩或其他燃料共同燃烧，其他燃料包括未干馏油页岩、煤、可燃物料，待循环流化床锅炉(1)汽包蒸汽负荷达到与抽汽背压式汽轮机（2）并汽额定负荷时,循环流化床锅炉(1)额定压力在3.82MPa,额定温度在450℃；抽汽背压式汽轮机（2）额定压力在3.136MPa～3.625MPa，额定温度在420℃～445℃，并汽入蒸汽系统，带动抽汽背压式汽轮机（2）做功发电，抽汽背压式汽轮机（2）部分启机调速稳定后，并入电网，初期自产电能主要为矿区原位开采做冰屏障准备工作，和自身设备的厂用电，富裕电量上网外供；并网同时逐渐开启抽气门，根据机组负荷参数依据调整各部压力温度达到设备额定要求，即12MW抽汽背压式汽轮机（2）额定抽气压力在1.06～1.3MPa，额定温度在332℃，最大抽气量50/80th时，将已通入循环干馏气的气汽换热器（3）并入运行，气汽换热器（3）用于预热油页岩颗粒，将粒度小于0～10mm的油页岩预热到150～280℃后送入螺旋式混合器，再送入油页岩固体热载体法干馏炉(7)，与来自循环流化床锅炉（1）的450～750℃热页岩灰混合，干馏制油，15～30分钟完成一次干馏；混合物料从混合器下落到干馏反应器进行干馏后，页岩半焦经高温旋风分离器筛分后再送至循环流化床锅炉（1）再次燃烧，循环利用油页岩半焦以更好的利用半焦热量；背压蒸汽压力在0.392～0.686MPa，温度在238℃，与经气汽换热器（3）的余热蒸汽用于加热汽水换热器（9），换热后的水介质温度为100℃，通过地下干馏循环泵母管（4）循环加热矿区深部油页岩，以配合ICP技术节约成本开发地下油页岩；蒸汽疏水送至疏水联箱（10），经除氧后再送入锅炉汽包循环生产；地面干馏油页岩经油气收集处理后提炼出页岩油气，页岩灰直接用于建筑材料，后期冰墙达标后，应用自产的电能将矿区深层油页岩原位干馏。
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Inventor after: Wang Haixue

Inventor after: Chen Zhengqi

Inventor after: Zhang Heng

Inventor before: Fu Xiaofei

Inventor before: Chen Zhe

Inventor before: Sun Yonghe

Inventor before: Liu Zongbao

Inventor before: Yuan Hongqi

Inventor before: Wang Haixue

Inventor before: Chen Zhengqi

Inventor before: Zhang Heng

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