CN102942943A - 油页岩气固热载体干馏及半焦燃烧发电一体化工艺 - Google Patents

Abstract

一种油页岩气固热载体干馏及半焦燃烧发电一体化工艺，其特点是：将破碎至≤75mm的油页岩储存于原料仓中并筛分，粒径<15mm的小颗粒页岩和15～75mm大颗粒页岩分别送入中温气体间接或直接换热干燥加热器的左、右仓室，加热干燥后的15～75mm大颗粒页岩进行气体热载体干馏；<15mm的小颗粒页岩与半焦混合进行固体热载体干馏；固体热载体干馏产生的油气混合物进行沉降和气固分离后进行净化、冷凝和分离处理的页岩油送入储油罐，分离出的瓦斯气一部分作为15～75mm大颗粒页岩干馏的热载体，剩下的瓦斯气送入储气罐；半焦燃烧生产的过热蒸汽送入汽轮机发电机组发电；半焦燃烧高温热灰的一部分作为<15mm的小颗粒页岩干馏的热量；另一部分排放的热灰冷却后送至建材厂。

Description

油页岩气固热载体干馏及半焦燃烧发电一体化工艺

技术领域

本发明涉及油页岩资源综合利用技术领域，具体地说，是一种集油页岩气固热载体干馏炼油、半焦燃烧、发电和灰渣综合利用一体化工艺。该一体化工艺亦可用于煤、油砂、废旧轮胎、石油焦、有机废料和生物质。

背景技术

能源是人类社会存在的基石，是保证国民经济正常运转必不可少的因素，一次能源的合理开发利用将对经济社会发展起到重要的推动作用。根据2011年数据统计，世界的煤炭、石油和天然气的储产比分别为112年、54.2年和63.6年，而中国分别为33年、9.9年和29.8年。根据新一轮油气资源评价，我国的页岩油和油砂油资源量分别达到476.44亿吨和 59.7亿吨。当前油页岩作为石油、煤、天然气的理想替代能源，在大力开发利用的基础上提高资源利用率对社会的发展和进步有着重要的意义。

以油页岩为主要代表的固体燃料，利用方式主要包括通过干馏来制取液体燃料，或进行燃烧生产电能。油页岩是一种富含有机质，具有微细层理，可以燃烧的细粒沉积岩，油页岩中有机质的绝大部分是不溶于普通有机溶剂的成油物质（油母质）。

油页岩干馏，即将油页岩至于隔绝空气的环境中加热至450～550℃，使得油母质发生热解反应，生成页岩油和干馏瓦斯气，页岩油不仅可以直接作为供船用轮机使用的液体燃料，也可经过精馏等工艺生产汽油和柴油等。目前常用的技术主要包括气体热载体和固体热载体两种，即分别使用气体和固体作为热载体来加热油页岩。

气体热载体法干馏常采用直立圆筒型炉，仅限于处理15～75mm的块状页岩，利用经过加热炉加热后的高温瓦斯来提供干馏所需要的热量，干馏炉内的温度维持在520℃左右。气体热载体法因其干馏特性存在以下几点不足：1、因只可处理块状页岩，粒径较大，所需要的干馏时间较长，且部分页岩未得到彻底干馏，由此气体热载体干馏法存在干馏效率低和出油率低等不足；2、破碎过程中产生的小颗粒页岩往往扔弃，没有得到充分利用，造成了严重的资源浪费；3、干馏炉产生的半焦含有一定的固定碳，未得到充分利用，使得整体的干馏热效率较低；4、需要燃烧瓦斯气来加热干馏炉所需要的气体热载体或建立单独的煤气发生炉产生煤气作为气体热载体。

现有的固体热载体干馏均采用回转式干馏炉，要求处理颗粒油页岩，粒度一般小于25mm。一般采用回转式的水平圆筒形干馏炉，同时单独设置半焦燃烧炉来制取高温热灰，或设立瓦斯燃料炉加热作为热载体的瓷球。相对于气体热载体而言，由于油页岩的颗粒粒径小，能与固体热载体充分混合，使得干馏时间短，开采的页岩利用率可达到100%、出油率高、能源资源浪费少。但此类干馏方法需将油页岩破碎至很小的粒径，破碎耗能较大，同时燃烧炉只提供高温热灰，未参与电能的生产，使得系统的产品过于单一。

中国发明专利申请公开（公告）CN101117584公开了本申请人，发明名称为：“油页岩干馏炼油、半焦燃烧发电集成工艺”，它能够实现在油页岩干馏炼油的同时，燃烧干馏的半焦发电，由于该工艺所处的研究阶段与现在不同，当时并没有考虑利用循环流化床锅炉产生的烟气干燥湿油页岩，同时也没有考虑循环流化床锅炉底部热灰渣作为固体热载体送入干馏中与页岩混合干馏，所以，该工艺有局限性，尚未实现油页岩综合利用的最大化。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之不足，并对现有技术进行实质性创新，提出一种流程合理，应用范围广，处理量大，干馏速度快，效率高，能够使15～75mm大颗粒页岩和<15mm的小颗粒页岩综合利用最大化的油页岩气固热载体干馏及半焦燃烧发电一体化工艺。该一体化工艺亦可适用于煤、油砂、废旧轮胎、石油焦、有机废料和生物质。

本发明的目的是由以下技术方案来实现的：一种油页岩气固热载体干馏及半焦燃烧发电一体化工艺，其特征是：将破碎至≤75mm的油页岩储存于原料仓1中并进行筛分，粒径<15mm的小颗粒页岩和15～75mm大颗粒页岩分别送入中温气体间接或直接换热干燥加热器2的左仓室、右仓室中，加热温度50～150℃，加热干燥后的15～75mm大颗粒页岩作为干馏原料送入大颗粒干馏炉3中与在半焦燃烧循环流化床加热瓦斯炉6加热至600～750℃的高温循环瓦斯进行混合加热干馏，反应器内温度控制在450～550℃；<15mm的小颗粒页岩作为固体热载体干馏原料与热灰集合仓15分离出的750～850℃的高温热灰送入页岩混合器9进行混合，进而再送入固体热载体干馏反应器10进行干馏；固体热载体干馏反应器10产生的焦油气混合物送入旋风分离器11进行沉降和气固分离，分离出的油气混合物与来自高温气体间接干馏反应器3的油气混合物一起送入油气分离收集系统12进行净化、冷凝和分离处理，得到的页岩油送入储油罐14，分离出的瓦斯气一部分作为循环瓦斯送入半焦燃烧循环流化床加热瓦斯炉6中加热为高温气体间接干馏反应器3的15～75mm大颗粒页岩干馏提供热量，剩下的瓦斯气送入储气罐13中储存；高温气体间接干馏反应器3产生的半焦经由半焦破碎机4破碎后送入半焦仓斗5中，固体热载体干馏反应器10产生的半焦经过旋风分离器11沉降和分离后也送入半焦仓斗5，半焦在半焦仓斗5内经过混合后作为燃料按需分别送至半焦燃烧循环流化床加热瓦斯炉6和半焦燃烧循环流化床发电锅炉7内继续燃烧，燃烧温度为830～920℃，其中半焦燃烧循环流化床加热瓦斯炉6加热循环瓦斯，以加热温度至600～750℃，半焦燃烧循环流化床发电锅炉7生产的过热蒸汽送入汽轮机发电机组8发电；半焦燃烧循环流化床加热瓦斯炉6和半焦燃烧循环流化床发电锅炉7内燃烧产生750～850℃的高温热灰的一部分作为固体热载体送入热灰集合仓15中为后续<15mm的小颗粒页岩干馏提供热量；另外一部分排放的750～850℃高温热灰将经过冷渣器16冷却后送至建材厂17；半焦燃烧循环流化床加热瓦斯炉6和半焦燃烧循环流化床发电锅炉7内燃烧产生的烟气会同来自热灰集合仓15的烟气一同送往中温气体间接或直接换热干燥加热器2中提供干燥热源，再送入除尘器18除尘后通过引风机19经由烟囱20对外排放。 

所述储气罐13内的瓦斯气送入燃气轮机发电机组进行发电或作为煤气供应站的气源。

本发明的油页岩气固热载体干馏及半焦燃烧发电一体化工艺的优点体现在：

（1）通过集成气体热载体和固体热载体这两组不同的干馏方式，能够充分的利用大小不同颗粒的油页岩，使其综合利用最大化，并能优化系统中热能利用，减少热能损失；

（2）相对单一的油页岩干馏方式，具备处理量大，干馏速度快，效率高等特点；

（3）由于工艺系统充分利用在破碎工序中产生的不同粒径的油页岩，这将减少因单一固体热载体干馏过程中对油页岩的破碎耗能；

（4）通过两组循环流化床锅炉对两种不同干馏方式进行整合，可以充分利用在干馏过程中产生的半焦，不仅提高了系统的整体热经济性，同时还降低了固体废弃物对环境带来的污染；

（5）相对单一的干馏方式而言，工艺技术结构紧凑合理，并可共用采矿、破碎机和油气清涤器等诸多设备，以降低系统设备投资；

（6）通过设置两组不同功能的半焦循环流化床燃烧炉，可方便调节系统中干馏与发电之间的比例关系，以提高工艺系统的操作协调性；

（7）此工艺系统充分利用了在干馏和燃烧过程中半焦和灰渣产生的废弃物，在降低环境污染的同时还提高了整体的经济效益；

（8）亦可适用于煤、油砂、废旧轮胎、石油焦、有机废料和生物质。

附图说明

 图1为油页岩气固热载体干馏及半焦燃烧发电一体化工艺流程示意图。

 图中：1油页岩原料仓，2中温气体间接或直接换热干燥加热器，3高温气体间接干馏反应器，4半焦破碎机，5半焦仓斗，6半焦燃烧循环流化床加热瓦斯炉，7半焦燃烧循环流化床发电锅炉，8汽轮机发电机组，9页岩混合器，10固体热载体干馏反应器，11旋风分离器，12油气分离收集系统，13储气罐，14储油罐，15热灰集合仓，16冷渣器，17建材厂，18除尘器，19引风机，20烟囱。

具体实施方式

下面利用附图和实施例对本发明作进一步说明。

参照图1，本发明的油页岩气固热载体干馏及半焦燃烧发电一体化工艺，将破碎至≤75mm的油页岩储存于原料仓1中并进行筛分，粒径<15mm的小颗粒页岩和15～75mm大颗粒页岩分别送入中温气体间接或直接换热干燥加热器2的左仓室、右仓室中，加热温度50～150℃，加热干燥后的15～75mm大颗粒页岩作为干馏原料送入高温气体间接干馏反应器3中与在半焦燃烧循环流化床加热瓦斯炉6加热至600～750℃的高温循环瓦斯进行干馏，反应器内温度控制在450～550℃；<15mm的小颗粒页岩作为固体热载体干馏原料与热灰集合仓15分离出的750～850℃的高温热灰送入页岩混合器9进行混合，进而再送入固体热载体干馏反应器10进行干馏。固体热载体干馏反应器10产生的焦油气混合物送入旋风分离器11进行沉降进行气固分离，并利用旋风分离对油气进行一次除尘处理，分离出的油气混合物随后和来自高温气体间接干馏反应器3的油气混合物一起送入油气分离收集系统12进行净化、冷凝和分离处理，得到的页岩油送入储油罐14。分离出的瓦斯气一部分作为循环瓦斯送入半焦燃烧循环流化床加热瓦斯炉6中加热为高温气体间接干馏反应器3的大颗粒页岩干馏提供热量，剩下的瓦斯气送入储气罐13。剩下的瓦斯气送入燃气轮机中进行发电或送至城市煤气供应站或直接作为燃料送入各燃烧炉中进行燃烧。高温气体间接干馏反应器3产生的半焦经由半焦破碎机4破碎后送入半焦仓斗5中，固体热载体干馏反应器10产生的半焦经过旋风分离器11沉降和分离后也送入半焦仓斗5，半焦在半焦仓斗5内经过混合后作为燃料按需分别送至半焦燃烧循环流化床加热瓦斯炉6和半焦燃烧循环流化床发电锅炉7内继续燃烧，燃烧温度为830～920℃，其中半焦燃烧循环流化床加热瓦斯炉6承担加热循环瓦斯的任务，加热温度600～750℃，半焦燃烧循环流化床发电锅炉7生产的过热蒸汽送入汽轮机发电机组8中并带动发电机发电。

半焦燃烧循环流化床加热瓦斯炉6和半焦燃烧循环流化床发电锅炉7内燃烧产生750～850℃的高温热灰的一部分作为固体热载体送入热灰集合仓15中为后续<15mm的小颗粒页岩干馏提供热量；另外一部分排放的750～850℃高温热灰将经过冷渣器16冷却后送至建材厂17生产水泥、砌砖等建筑材料；半焦燃烧循环流化床加热瓦斯炉6和半焦燃烧循环流化床发电锅炉7内燃烧产生的烟气会同来自热灰集合仓15的烟气一同送往中温气体间接或直接换热干燥加热器2中提供干燥热源，再送入除尘器18除尘后通过引风机19经由烟囱20对外排放。该一体化利用工艺亦适用于煤、油砂、废旧轮胎、石油焦、有机废料和生物质；也适用于其他行业产生的固体燃料和有机废料的热加工生产液体和气体燃料。

本发明的油页岩气固热载体干馏及半焦燃烧发电一体化工艺所涉及的中温气体间接或直接换热干燥加热器、高温气体间接干馏反应器、半焦破碎机、汽轮机发电机组、页岩混合器、固体热载体干馏反应器、旋风分离器、半焦混合器、冷渣器、除尘器和引风机等主要设备均可以按照燃料特性予以开发实施。

本发明的油页岩气固热载体干馏及半焦燃烧发电一体化工艺仅为具体实施例，并非穷举，本领域技术人员不经过创造性劳动的复制和改进应属于本发明权利要求所保护的范围。

Claims (2)

1.一种油页岩气固热载体干馏及半焦燃烧发电一体化工艺，其特征是：将破碎至≤75mm的油页岩储存于原料仓（1）中并进行筛分，粒径<15mm的小颗粒页岩和15～75mm大颗粒页岩分别送入中温气体间接或直接换热干燥加热器（2）的左仓室、右仓室中，加热温度50～150℃，加热干燥后的15～75mm大颗粒页岩作为干馏原料送入高温气体间接干馏反应器（3）中与在半焦燃烧循环流化床加热瓦斯炉（6）中加热至600～750℃的高温循环瓦斯进行干馏，反应器内温度控制在450～550℃；<15mm的小颗粒页岩作为固体热载体干馏原料与热灰集合仓（15）分离出的750～850℃的高温热灰送入页岩混合器（9）进行混合，进而再送入固体热载体干馏反应器（10）进行干馏；固体热载体干馏反应器（10）产生的焦油气混合物送入旋风分离器（11）进行沉降和气固分离，分离出的油气混合物与来自高温气体间接干馏反应器（3）的油气混合物一起送入油气分离收集系统（12）进行净化、冷凝和分离处理，得到的页岩油送入储油罐（14），分离出的瓦斯气一部分作为循环瓦斯送入半焦燃烧循环流化床加热瓦斯炉（6）中加热为高温气体间接干馏反应器（3）的15～75mm大颗粒页岩干馏提供热量，剩下的瓦斯气将送入储气罐（13）中储存；高温气体间接干馏反应器（3）产生的半焦经由半焦破碎机（4）破碎后送入半焦仓斗（5）中，固体热载体干馏反应器（10）产生的半焦经过旋风分离器（11）沉降和分离后也送入半焦仓斗（5），半焦在半焦仓斗（5）内经过混合后作为燃料按需分别送至半焦燃烧循环流化床加热瓦斯炉（6）和半焦燃烧循环流化床发电锅炉（7）内继续燃烧，燃烧温度为830～920℃，其中半焦燃烧循环流化床加热瓦斯炉（6）加热循环瓦斯，加热温度600～750℃，半焦燃烧循环流化床发电锅炉（7）生产的过热蒸汽送入汽轮机发电机组（8）发电；半焦燃烧循环流化床加热瓦斯炉（6）和半焦燃烧循环流化床发电锅炉（7）内燃烧产生750～850℃的高温热灰的一部分作为固体热载体送入热灰集合仓（15）中为后续<15mm的小颗粒页岩干馏提供热量；另外一部分排放的750～850℃高温热灰将经过冷渣器（16）冷却后送至建材厂（17）；半焦燃烧循环流化床加热瓦斯炉（6）和半焦燃烧循环流化床发电锅炉（7）内燃烧产生的烟气会同来自半焦混合器（15）的烟气一同送往中温气体间接或直接换热干燥加热器（2）中提供干燥热源，再送入除尘器（18）除尘后通过引风机（19）经由烟囱（20）对外排放。

2.根据权利要求1所述的油页岩气固热载体干馏及半焦燃烧发电一体化工艺，其特征是：所述储气罐（13）中储存的瓦斯气送入燃气轮机发电机组进行发电或作为煤气供应站的气源。

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