CN102827622A

CN102827622A - 一种油砂干馏炼油工艺及装置

Info

Publication number: CN102827622A
Application number: CN2012103537902A
Authority: CN
Inventors: 吴冠峰
Original assignee: SHENYANG HAIYUAN RETORTING EQUIPMENT TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co Ltd
Current assignee: SHENYANG HAIYUAN RETORTING EQUIPMENT TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co Ltd
Priority date: 2012-09-21
Filing date: 2012-09-21
Publication date: 2012-12-19

Abstract

一种油砂干馏炼油的工艺和干馏装置，其特征在于：利用在一个干馏装置内安装多个滚筒的方法分别实现油砂预热干燥、干馏和冷却等功能，利用油砂干馏过程中产生的干馏气体作为油砂干馏的气体热载体，利用空气冷却油回收塔冷却干馏气体回收油砂中的含油组分。本发明产品为燃料油，比重在0.9kg／L左右，油品质量好。油回收率达90%以上。本发明干馏装置结构简单、操作方便、资源利用率高。各种规格油砂均可用作原料，特别是用水浸法不能分离沥青的油润性油砂也可以进行干馏炼油。资源利用率为100%。本发明采用了水封出渣技术，无气体外泄，无污水排放，符合环保要求。

Description

一种油砂干馏炼油工艺及装置

技术领域

本发明是一种用干馏方法对油砂中的沥青进行分离并获得燃料油的工艺及装置。本工艺和装置适用于露天开采的油砂矿区，对水润型油砂和油润型油砂均可使用，日处理量可根据需要确定，一般每台装置的日处理量为2000t～5000t，产油量为200～500t。

背景技术

油砂是沥青、水、砂和粘土等矿物的混合物。每单位重量含有10%～12%的沥青、4%～6%的水以及砂、粘土等其他矿物质，其中沥青即为油砂内所含的原油，它比常规原油粘稠，属超重油。通常，油砂分成水润型油砂和油润型油砂两种。对水润型油砂中含有的沥青的分离方法是：将采出的水润型油砂先用热水和碱混合，然后用浮选法析出沥青；或在采出的油砂内注入热水或蒸汽，再用离心法取得沥青。这种分离沥青的方法通常称之为水浸法。对油润型油砂则需要通过溶剂提取等其他特殊方法才能将沥青分离出来。由于世界上主要油砂产地加拿大的油砂为水润型油砂，所以目前常见的油砂中沥青分离方法均为水润型油砂的分离方法，对油润型油砂的沥青分离方法尚没有成熟的商业应用模式。对从油砂中采集的沥青，一般需要就地处理，使用轻油等稀释剂加工为合成原油，以适应管道运输之需。利用水浸方法分离沥青的缺陷：一是分离沥青时，需要消耗大量热能，产生大量温室气体，同时形成大量污水，造成大气和环境污染；二是得到的产品是沥青，属超重油，输送困难。这二项缺陷已成为制约油砂开发利用的技术瓶颈。为此，加拿大ATP公司曾推出油砂热裂解技术，虽然采用这一干馏法可以得到轻质油，但ATP炉筒体全长62.5m，直径8.2m，在同一滚筒上又分成预热段、燃烧段、干馏段、冷却段，处理器主要由一个卧式回转窑构成, 包含两个同心圆筒, 内筒有两个密封室，用于油砂的预热和干馏, 外筒为燃烧区，燃烧后的油砂沿外筒逆向流动, 并将热量传给内筒中正向移动的油砂。ATP炉结构极为复杂，操作也很麻烦。由于该工艺和设备结构复杂、维修困难、运行周期短、投资大、没有经济性，因而在市场上没有得到推广应用。鉴于目前油砂地上干馏尚没有成熟的工业应用装置，因此世界上油砂的开发利用主要采取原位向地下注气干馏的方法，收油率仅40％左右。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工艺简单、操作方便、投资较少、油收率较高，可以充分利用资源，不会造成环境污染的油砂干馏方法及装置。本发明的油砂资源利用率为100%，油收率为90%以上，产品为可以直接用于管道输送的比重在0.9kg／L左右的轻质燃料油。

本发明的油砂干馏方法的技术特征是，利用在干馏装置内安装多个滚筒的方法分别实现油砂预热干燥、干馏、冷却等功能，利用油砂干馏过程中产生的干馏气体作为油砂干馏的气体热载体，利用空气冷却油回收塔冷却干馏气体回收油砂中的含油组分，产品是燃料油。本发明的工艺流程见图1。将采出的油砂通过输料系统进入干馏装置进行干馏，干馏装置中设有多个滚筒，油砂在预热干燥段滚筒内被去除水分并被加热到200℃～250℃，油砂在干馏段滚筒内被加热到500℃～550℃，油砂被干馏，释放出干馏油气，被干馏完的油砂在冷却段滚筒内被冷却到150℃～180℃后排出炉外。加热油砂的是从干馏装置中部通入的630℃～670℃的气体热载体，气体热载体是油砂干馏过程中产生的干馏气体，干馏气体经过空气冷却油回收塔冷凝回收燃料油，经回收燃料油后的剩余可燃气体一部分作为加热炉的燃料；一部分作为气体热载体送入加热炉加热，加热到630℃～680℃再送入干馏装置，循环使用；一部分从干馏装置下部送入，回收油砂干馏后产生的灰渣的余热，用于补充油砂干馏需要的热量。

具体工艺过程是：小于25mm的油砂通过输送装置送到干馏装置的顶部料斗，给料器将油砂加入干馏装置，落入预热干燥段滚筒内，滚筒在中轴的带动下，不停地旋转，滚筒内的油砂也随之在筒内不停地翻滚，气流从滚筒壁上开有的气孔进入，和油砂发生充分的混合并将油砂加热；油砂在筒内翻滚的同时在导流板作用下向前运动，走至滚筒未端时掉入干馏段滚筒内，油砂在干馏段滚筒内继续重复预热干燥段滚筒内的程序，向前推进。走至干馏段滚筒未端时掉入冷却段滚筒内。630℃～670℃的气体热载体从干馏段滚筒的下部进入，因滚筒上开有气孔，热载体经过气孔进入滚筒，和滚筒内的油砂混合发生热交换，将油砂从常温加热到500℃～550℃时，油砂中的沥青发生热裂解，生成干馏气体，干馏气体和气体热载体混合在一起，通过滚筒上开有的气孔进入上部的预热干燥段滚筒，再和上一段滚筒内油砂混合。冷却段滚筒的下部设有冷瓦斯进口，35℃～40℃的冷瓦斯进入干馏装置后通过滚筒上开有的气孔进入冷却段滚筒内，和干馏完的油砂灰渣混合，回收油砂灰渣的物理显热，同时将灰渣冷却到150℃～180℃。由于气体热载体和油砂是逆向流动，因此在整个混合过程中，油砂是从环境温度被加热到500℃～550℃，而气体热载体则从630℃～670℃被冷却到80℃～110℃排出干馏装置外。干馏气体（其中含气体热载体和从下部通入的冷瓦斯）排出干馏装置后经过空气冷却油回收塔，温度降低到25℃～45℃，干馏气体中含有的轻质燃料油被冷凝成液体，经油水分离器分离后送入贮罐。收油后的干馏气体一部分作为气体热载体循环使用，一部分送入加热炉作为燃料使用，将气体热载体加热到630℃～670℃。油砂经干馏后，沥青已经全部分离出来，剩余的是灰渣，被从干馏装置下部进入的35℃～40℃的冷瓦斯冷却到150℃～180℃后排出炉外。

本发明的油砂干馏装置的特征是：干馏装置内设有多个滚筒，干馏装置为直立方型炉，内砌耐火砖，外面包有铁皮，上部设有油砂入料口和干馏气体排出口，中部设有热载体进口，下部设有冷瓦斯进口，底部设有干馏后油砂灰渣的排出口和水封池，水封池底部设有刮板运输机，装置内设有的多段滚筒呈倾斜形布置，首尾相连，滚筒和水平之间的倾角为1^o～5^o，滚筒安装在干馏装置外的支架上。干馏装置中滚筒的结构虽然相同，但各个滚筒的功能各不相同。图2是设有3个滚筒的干馏装置的结构图。第1个滚筒的功能是使油砂预热、去水、干燥，第2个滚筒的功能是使油砂干馏，第3个滚筒的功能是回收油砂干馏后灰渣的余热。干馏装置内每种功能的滚筒至少有1个。同一功能的滚筒可以纵向排列，也可以横向排列。为了充分利用场地，减少设备的占地面积，提高设备的处理能力，干馏装置内的每段滚筒的数量可以根据需要设置。图4为一个有5层滚筒，每层又有2个滚筒的干馏装置示意图，其中由上而下数第1、2层滚筒为预热干燥段，预热干燥段滚筒共有4个（纵向排列2个，横向排列2个）；由上而下数第3、4层滚筒为干馏段滚筒，干馏段滚筒共有4个（纵向排列2个，横向排列2个）；由上而下数第5层滚筒为冷却段滚筒，冷却段滚筒共有2个（纵向排列1个，横向排列1个）。

所述的滚筒的结构见图3，滚筒中轴为转动轴，滚筒用辐条固定在中轴上，滚筒中轴和变速箱、电动机相连接。滚筒在电动机带动下做旋转运动，滚筒内安装有导流板，滚筒外壁开有气孔。滚筒一侧设进料口，另一侧设排料口。在正常运转时，气流从滚筒下方的气孔中进入滚筒内，从滚筒上方的气孔中排出。在滚筒内，热载体和油砂充分的接触并换热，将油砂加热到干馏需要的温度，油砂从滚筒的一侧进入，另一侧排出。

本发明的技术关键是利用斜置于干馏装置内的多个滚筒输送油砂，油砂在移动中和热循环瓦斯充分接触，实现预热、去水、干燥，干馏，冷却等功能。为实现这一干馏工艺，采用了如下技术：一是油砂在滚筒转动力和导流板的双重作用下以螺旋方式推进，可以克服油砂因粘结性较大容易粘附在滚筒壁上的缺陷。二是采用了混流技术，热瓦斯和油砂既有横向接触，又有纵向接触，油砂和滚筒筛板的接触处于若即若离的状态。油砂料层始终处于蓬松状态。保证了热载体和油砂的充分接触。三是采用了分层调控的方法，尽管滚筒的结构几乎一样，但转动速度，油砂行进速度和筒内温度却并不一样，从而实现不同的功能。四是用调整电机频率的方法来调整不同滚筒里的油砂的行进速度，控制物料在装置中的停留时间，操作简便。五是采用了热瓦斯全循环的干馏工艺，瓦斯的加热在装置外进行，装置中无燃烧发生，无空气进入，干馏所需热量完全依靠热循环瓦斯带入，提高了瓦斯的热值。六是冷循环瓦斯从下部进入，对干馏完的油砂灰渣降温，回收热量。七是下部采用水封刮板方式出渣，防止了瓦斯气体逸出，保护了环境。

目前国内外均没有用这种方法对油砂进行干馏的装置。本发明具有如下特点：

1、本发明产品为燃料油，油品质量好。一般水浸法分离沥青的产品为沥青，属超重油，常温下为粘稠状物质，输送困难。本发明产品为比重在0.9kg／L左右的轻质燃料油，输送方便，并可直接用于工业生产。

2、本发明油砂干馏工艺油回收率高。地下注气法油回收率仅40％左右，水浸法油回收率虽可达到90％左右，但产出的沥青还需要二次加工。本发明采用瓦斯全循环干馏工艺，由于油砂与热瓦斯之间换热充分，装置内无空气进入，无燃烧反应，最高温度仅550℃，不会结焦，油回收率达90%以上。

3、本发明干馏装置结构简单、操作方便。ATP干馏装置仅炉本体占地面积就达到1000㎡以上，本发明同等处理能力的干馏装置本身占地面积不足100㎡。ATP炉由于炉内有燃烧反应且中间发生多次换热，结构复杂，操作繁琐，运行成本高，至今并没有实现商业应用。本发明结构简单，操作方便，仅需调整电动机频率即可调整油砂行进速度，实现干馏炼油。

4、本发明资源利用率高。各种规格油砂均可用作原料，特别是用水浸法不能分离沥青的油润性油砂也可以进行干馏炼油。资源利用率为100%。

5、本发明采用了水封出渣技术，无气体外泄，无污水排放，符合环保要求。

附图说明

附图1是多个滚筒式油砂干馏工艺流程图。

附图2是有3个滚筒的油砂干馏装置结构图；图中所示各部分分别是：1、给料输送系统；2、料斗；3、给料器；4、耐火砖；5、炉体铁皮；6、第1层滚筒；7、第2层滚筒；8、第3层滚筒；9、刮板式出料系统；10、水封池；11、冷却气体进口；12、热载体进口；13、电动机；14、变速箱；15、滚筒中轴； 16、滚筒筒体；17、滚筒辐条；18、干馏气体出口。

附图3是滚筒的结构图。图中所示各部分分别是：15、滚筒中轴； 16、滚筒筒体；17、滚筒辐条；19、气孔；20、滚筒导流板。

附图4为设有5层滚筒，每层（水平方向）又安装有2个滚筒的干馏装置结构图。图中所示各部分分别是：1、给料输送系统；2、料斗；3、给料器；4、耐火砖；5、炉体铁皮；6、第1层滚筒；7、第2层滚筒；8、第3层滚筒；9、刮板式出料系统；10、水封池；11、冷却气体进口；12、热载体进口；13、电动机；14、变速箱；15、滚筒中轴； 16、滚筒筒体；17、滚筒辐条；18、干馏气体出口；21、第4层滚筒；22、第5层滚筒。

具体实施方式

图1是本发明的油砂干馏工艺的流程，技术特征是：利用有多个滚筒的干馏装置干馏油砂，利用油砂干馏过程中产生的干馏气体作为油砂干馏的气体热载体，利用空气冷却器冷却干馏气体回收油砂中的含油组分，产品是燃料油。将采出的油砂通过输料系统进入多段滚筒式干馏装置进行干馏，从干馏装置中部通入630℃～670℃的气体热载体，气体热载体是油砂干馏过程中产生的干馏气体，干馏气体经过空气冷却器冷凝回收燃料油，经回收燃料油后的剩余可燃气体一部分作为加热炉的燃料，一部分作为气体热载体送入加热炉加热，加热到630℃～670℃再送入干馏装置，循环使用。

图2为设有3个滚筒的油砂干馏装置结构图，特征在于：干馏装置内设有首尾相连的3个滚筒，滚筒与滚筒之间首尾相连，滚筒和水平之间的倾角为1^o～5^o，滚筒安装在支架上，由电动机带动做旋转运动，滚筒内安装有导流板，滚筒外壁开有气孔；在第2个滚筒下方开有热瓦斯进口，在第3个滚筒下方开有冷瓦斯进口；干馏装置炉顶部设给料系统和进料口、排气装置；干馏装置底部设排料装置和水封池。第1个滚筒的功能是使油砂预热、去水、干燥，第2个滚筒的功能是使油砂干馏，第3个滚筒的功能是回收油砂干馏后灰渣的余热，即对油砂干馏后灰渣进行冷却。

实际运行时，油砂从第1个滚筒的一侧进入，在导流板和滚筒旋转力的双重作用下，油砂在扬起的同时向前方运动，最后从滚筒的另一侧排出，进入第2个滚筒。油砂从第1个滚筒排出时，己被从下部上升上来的并通过气孔进入的气体热载体加热到250℃以上，油砂中的水分已经全部蒸发出来，第1个滚筒己完成对油砂预热、干燥和去水的功能。第2个滚筒的下方设有气体热载体的进口，630℃～670℃的气体热载体从这里进入干馏装置，因滚筒上开有气孔，热载体经过气孔进入滚筒，和滚筒内的油砂混合发生热交换，将油砂加热到500℃～550℃，油砂中的沥青发生热裂解，生成干馏气体，干馏气体和气体热载体混合在一起，通过滚筒上开有的气孔进入第1个滚筒，再和第1个滚筒内油砂混合，对油砂进行加热。由于气体热载体和油砂是逆向流动，因此在整个混合过程中，油砂在第1和第2个滚筒内是从环境温度被加热到500℃～550℃，而气体热载体则从630℃～670℃被冷却到80℃～110℃排出干馏装置外。油砂在第2个滚筒内完成了干馏的任务。干馏气体（其中含气体热载体）排出干馏装置后经过空气冷却油回收塔冷却，温度降低到25℃～40℃，干馏气体中含有的轻质燃料油被冷凝成液体，经油水分离器分离后送入贮罐。收油后的干馏气体一部分作为气体热载体循环使用，一部分送入加热炉作为燃料使用，将气体热载体加热到630℃～670℃再送入干馏装置。油砂经第2个滚筒干馏后，沥青已经全部分离出来，剩余的是灰渣，进入第3个滚筒，第3个滚筒下方设有冷瓦斯进口，35℃～40℃的冷瓦斯经过滚筒上开有的气孔进入第3个滚筒内，和滚筒内的500℃～550℃灰渣合发生热交换，将灰渣温度降低到150℃～180℃，灰渣物理显热被回收。灰渣排入水封池后冷却到80℃以下，经刮板运输机刮出炉外。

图3是滚筒的结构图。滚筒是本发明的多个滚筒式干馏装置的核心设备，其特征在于：滚筒用辐条固定在中轴上，滚筒中轴和变速箱、电动机相连接。滚筒在电动机带动下做旋转运动，滚筒内安装有导流板，滚筒外壁开有气孔。滚筒一侧设进料口，另一侧设排料口。滚筒不仅是物料输送设备，同时也是一个换热设备。在运转时，电动机通过变速箱带动中轴旋转，因滚筒固定在辐条上，辐条又固定在中轴上，因此整个滚筒随电动机一起旋转。滚筒在电动机带动下作旋转运动，滚筒外壁上安装有导流板，物料即向前推进，行进至排料口时排出；滚筒外壁又开有气孔，气流可以通过气孔和物料充分接触。

图4为设有5层滚筒，每层在水平方向又安装有2个滚筒的干馏装置结构图。

干馏装置内滚筒的直径和数量按照油砂的物理性质和处理量的大小确定，油砂含水高或处理量大时滚筒的直径可大一些，数量可多一些，反之则直径小一些、数量少一些；一般，一个干馏装置内垂直方向可安装有3～7个滚筒，水平方向可安装有1～3个滚筒。当干馏装置内安装有5层滚筒、每层又有2个滚筒时，如果滚筒的直径为2m时，干馏装置的处理量可以达到1000t／d～1500t／d，这时干馏装置由上而下数的第1、2层滚筒为预热干燥段，预热干燥段滚筒共有4个（纵向排列2个，横向排列2个）；由上而下数第3、4层滚筒为干馏段滚筒，干馏段滚筒共有4个（纵向排列2个，横向排列2个）；由上而下数第5层滚筒为冷却段滚筒，冷却段滚筒共有2个（纵向排列1个，横向排列1个）。当干馏装置内安装有7层滚筒、每层又有2个滚筒时，如果滚筒的直径为3m时，干馏装置的处理量可以达到3000t／d～5000t／d，这时干馏装置由上而下数第1、2、3层滚筒为预热干燥段，预热干燥段滚筒共有6个（纵向排列3个，横向排列2个）；由上而下数第4、5层滚筒为干馏段滚筒，干馏段滚筒共有4个（纵向排列2个，横向排列2个）；由上而下数第6、7层滚筒为冷却段滚筒，冷却段滚筒共有4个（纵向排列2个，横向排列2个）。

在实际运行时，滚筒转动速度越快，油砂在该滚筒中停留的时间越短。因此各滚筒的转动速度应根据工艺要求进行调整，比如：当油砂中含水量高时，为保证油砂中水分全部蒸发，预热干燥段滚筒的转动速度可慢一些；当灰渣中含有未干馏完的油时，需延长油砂在干馏段滚筒中的停留的时间，干馏段滚筒的转动速度可慢一些；当灰渣排出温度过高时，可适当降低冷却段滚筒的转动速度等。

Claims

1.一种油砂干馏炼油的工艺，其特征在于：利用在干馏装置内安装多个滚筒的方法分别实现油砂预热干燥、干馏、冷却等功能，利用油砂干馏过程中产生的干馏气体作为油砂干馏的气体热载体，利用空气冷却油回收塔冷却干馏气体回收油砂中的含油组分，产品是燃料油；油砂通过输料系统进入干馏装置进行干馏，干馏装置中设有多个滚筒，油砂在预热干燥段滚筒内被去除水分并被加热到200℃～250℃，油砂在干馏段滚筒内被加热到500℃～550℃，油砂被干馏，释放出干馏油气，被干馏完的油砂在冷却段滚筒内被冷却到150℃～180℃后排出炉外；加热油砂的是从干馏装置中部通入的630℃～670℃的气体热载体，气体热载体是油砂干馏过程中产生的干馏气体，干馏气体经过空气冷却油回收塔冷凝回收燃料油，经回收燃料油后的剩余可燃气体一部分作为加热炉的燃料；一部分作为气体热载体送入加热炉加热，加热到630℃～680℃再送入干馏装置，循环使用；一部分从干馏装置下部送入，回收油砂干馏后产生的灰渣的余热，用于补充油砂干馏需要的热量。

2.根据权利要求1所述的油砂干馏炼油的工艺，其特征在于：原料油砂的颗粒粒径在25㎜以下。

3.根据权利要求1所述的油砂干馏炼油的工艺，其特征在于：干馏油砂的气体热载体是油砂干馏过程中产生的干馏气体。

4.根据权利要求1所述的油砂干馏炼油的工艺，其特征在于：冷却油砂灰渣的冷瓦斯是经过回收燃料油的干馏气体。

5.一种实现油砂干馏炼油的干馏装置，其特征在于：干馏装置内设有多个滚筒，干馏装置为直立方型炉，内砌耐火砖，外面包有铁皮，上部设有油砂入料口和干馏气体排出口，中部设有热载体进口，下部设有冷瓦斯进口，底部设有干馏后油砂灰渣的排出口和水封池，水封池底部设有刮板运输机，炉内设有的多个滚筒呈倾斜形布置，首尾相连，滚筒和水平之间的倾角为1^o～5^o，滚筒安装在干馏装置外的支架上。

6.根据权利要求5所述的油砂干馏装置，其特征在于：干馏装置内设滚筒最少有3个，分别承担油砂预热干燥、干馏、油砂灰渣冷却的功能。

7.根据权利要求5所述的油砂干馏装置，其特征在于：干馏油砂的气体热载体的进口设置于干馏段滚筒的下部，冷却油砂灰渣的冷瓦斯进口设置于冷却段滚筒的下部。

8.根据权利要求5所述的油砂干馏装置，其特征在于：干馏装置内垂直方向安装有3～7个滚筒，水平方向安装有1～3个滚筒。

9.根据权利要求5所述的油砂干馏装置，其特征在于：滚筒用辐条固定在中轴上，滚筒中轴和变速箱、电动机相连接；滚筒在电动机带动下做旋转运动，滚筒内安装有导流板，滚筒外壁开有气孔；滚筒一侧设进料口，另一侧设排料口。