CN102952558B - 一种油页岩干燥、加热、炼油、半焦燃烧一体化工艺 - Google Patents

Abstract

本发明是一种油页岩干燥、加热、炼油、半焦燃烧一体化工艺，其特点是：将破碎至≤15mm的油页岩经中温气体间接或直接换热干燥加热器加热干燥，与来自循环流化床燃烧炉燃烧产生的热灰渣一起送入固体热载体干馏反应器进行混合换热完成干馏炼油；来自循环流化床燃烧炉的高温烟气送入高温气体间接干馏反应器与油页岩换热实现固体燃料的干馏炼油；从固体热载体干馏反应器出来的油页岩半焦经半焦仓斗和高温气体间接干馏反应器排放的固体半焦都送入循环流化床燃烧炉内继续燃烧，同时从循环流化床燃烧炉排出的多余热灰渣通过冷渣器冷却排放送入建材厂。可完成油页岩燃料干燥、加热、炼油及半焦燃烧。亦可用于煤、油砂、废旧轮胎、石油焦、有机废料和生物质。

Description

一种油页岩干燥、加热、炼油、半焦燃烧一体化工艺

技术领域

本发明涉及油页岩资源综合利用技术领域，是一种油页岩干燥、加热、炼油、半焦燃烧一体化工艺。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

油页岩是一种重要的能源资源。世界各大洲都发现了油页岩矿床，其数量已超过600个油页岩盆地。在世界范围内，油页岩储量折成发热量仅次于煤炭位列第二位；折算成页岩油相当于4750亿吨，为天然石油可采储量的5.4倍，是当前石油、煤、天然气的理想替代能源。中国油页岩远景资源量约2万亿吨，折页岩油800亿吨，为石油剩余可采储量25亿吨的32倍，居世界第四位。1989 年探明的储量315.67亿吨，在最近新一轮资源评价中，我国确认资源总量7199亿吨，折页岩油476亿吨。

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，俗称油母。因此，油页岩又称油母页岩。

作为一种能源资源，油页岩开发利用主要技术路线，一是干馏炼油，二是直接燃烧发电。油页岩干馏炼油属于低温干馏技术，即在隔绝空气或氧气的情况下将油页岩在干馏炉内加热后热解制取页岩油和燃料气，而页岩油可以直接用做燃料油，也可精加工为汽油、柴油等液体燃料。加热温度一般控制在450～550℃范围内。

现有油页岩干馏技术主要为气体热载体干馏技术和固体热载体干馏技术。气体热载体干馏技术是在干馏炉内将15～75mm的大颗粒油页岩通过与热煤气直接接触换热而实现低温干馏。当油页岩干馏产生的煤气量不充足时须额外补充煤气等气体。该技术主要优点为节省油页岩的破碎能耗。所存在的不足在于：1) 由于是干馏15～75mm的大颗粒油页岩，使得采矿或破碎过程中15mm以下的小颗粒的油页岩不能送入干馏炉内被利用，这部分页岩量占总开采量的20%～25%，因此资源浪费巨大；2) 气体热载体的热煤气需要被加热到700～800℃，这需要消耗部分煤气或其它燃料；3) 由于采用的是大颗粒油页岩，干馏时间相当长，一般需要12～24小时，且通常大颗粒内部存在黑心，造成干馏效率低、出油率低、利用率低；4) 干馏后的半焦热量占油页岩热量的35～45%，能源浪费大，且干馏后的半焦不能直接制作建筑材料，需要进一步焙烧处理；5) 干馏后的半焦若继续作为锅炉燃料利用，必须先冷却后破碎以适合锅炉燃料颗粒的要求，如果是湿法除半焦，必须先用水冷却，再干燥，再破碎，因此，耗能较大；6) 因气体热载体煤气需要与大颗粒油页岩直接接触换热而实现低温干馏，致使由干馏炉出来的油气量加大，后续冷凝设备不但体积增加，布置也相对复杂。

固体热载体干馏技术是在干馏炉内将25mm以下、或15mm以下、或8mm以下、或6mm以下的小颗粒油页岩通过与固体载体热灰直接接触换热而实现低温干馏。现有固体热载体干馏主要采用水平圆筒形干馏炉，固体热载体的来源为干馏炉生成的半焦燃烧产生，或单独设立燃烧煤气的加热炉加热瓷球等作为热载体。固体热载体与气体热载体比较，由于要求的油页岩颗粒度小，且与固体热载体混合良好，因此，干馏时间短，通常30分钟内即可完成，开采的页岩利用率可达到100%，出油率高，能源资源浪费少。

虽然该方法主要用于处理小颗粒的油页岩，但其主要缺点是需要额外的固体颗粒加热炉，装置复杂庞大，磨损严重、连续运行时间短、剩余的半焦及灰渣被大量丢弃，能量利用率低，而由于燃烧炉只是用来提供固体热载体的热灰，所以不能实现发电的目的(Galator技术)。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，能够使油页岩综合利用最大化的油页岩干燥、加热、炼油、半焦燃烧一体化工艺。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。

本发明的目的是由以下技术方案来实现的：一种油页岩干燥、加热、炼油、半焦燃烧一体化工艺，其特征是：将破碎至≤15mm的油页岩由储料仓1送入中温气体间接或直接换热干燥加热器2中，加热温度50～150℃，加热干燥后的油页岩按需分为三路，第一路与从半焦仓斗13落下的半焦混合送入循环流化床燃烧炉4中进行燃烧；第二路与来自循环流化床燃烧炉4燃烧产生的750～850℃高温循环页岩灰经页岩混合器5混合，油页岩：循环页岩灰混合的重量比为1:2～4，混合后通过管道一起送入固体热载体干馏反应器6进行混合换热，经过15～30分钟完成干馏炼油；第三路油页岩送入高温气体间接干馏反应器3，与来自循环流化床燃烧炉4的高温烟气进行间接换热实现固体燃料的干馏炼油，高温气体间接干馏反应器3内的温度控制在450～550℃；固体热载体干馏反应器6产生的温度为450～550℃的油气混合物送入旋风分离器7中，沉降和旋风分离出的固体颗粒从旋风分离器7的底部落出，分离出的油气混合物从旋风分离器7的顶部出口送出；油气混合物旋风分离器7分离出的油气混合物和从高温气体间接干馏反应器3排出温度为100～150℃的油气混合物一起送入油气分离收集系统9进行净化、冷凝和分离处理，完成粉尘净化、油气分离和脱硫，分离出的页岩油送入储油罐11中储存，分离出的瓦斯气送入储气罐10中储存，从旋风分离器7底部落出的固体颗粒与来自高温气体间接干馏反应器3的半焦一同送入半焦混合器8，在半焦混合器8中固体颗粒与半焦混合，利用空气预热器12排出的部分烟气输送至半焦仓斗13中，再从半焦仓斗13送入循环流化床燃烧炉4中进行燃烧，从空气预热器12来的预热空气将作为流化介质直接从底部送入循环流化床燃烧炉4中，炉内燃烧温度为830～920℃，燃烧烟气中的部分固体小颗粒页岩灰将通过循环流化床燃烧炉4内部的旋风分离器进行气固分离，其中一部分页岩灰通过返料装置回送入循环流化床燃烧炉4中，另一部分与循环流化床燃烧炉4的炉底渣一同作为高温循环页岩灰，其温度为750～850℃，送入页岩混合器5中；从半焦仓斗13分离出的烟气直接送入除尘器14中，从高温气体间接干馏反应器3流出的中温烟气依次送入中温气体间接或直接换热干燥加热器2和空气预热器12进行热量回收，再经过除尘器14除尘后通过引风机15从烟囱16排放；从循环流化床燃烧炉4底部排出多余的热灰渣通过冷渣器17冷却后排放送入建材厂18，从除尘器14中排出的粉尘也送至建材厂18作为建筑材料。

所述储气罐10中储存的瓦斯气作为燃料输入循环流化床燃烧炉4燃烧气源，或者作为煤气供给站的煤气源，或送入燃气轮机内发电。

所述的高温气体间接干馏反应器3或为用于产生蒸汽或热水的烟气余热锅炉。

本发明的一种油页岩干燥、加热、炼油、半焦燃烧一体化工艺，将破碎≤15mm的油页岩经中温气体间接或直接换热干燥加热器加热干燥，与来自循环流化床燃烧炉燃烧产生的热灰渣一起送入固体热载体干馏反应器进行混合换热，完成干馏炼油过程；来自循环流化床燃烧炉的高温烟气送入高温气体间接干馏反应器与油页岩换热实现固体燃料的干馏炼油；从固体热载体干馏反应器出来的油页岩半焦经半焦仓斗和高温气体间接干馏反应器排放的固体半焦都送入循环流化床燃烧炉内继续燃烧，同时从循环流化床燃烧炉排出的多余热灰渣通过冷渣器冷却送入排放送入建材厂；从高温气体间接干馏反应器出来的中温烟气在依次进入中温气体间接或直接换热干燥加热器、空气预热器和除尘器，直至烟囱排放；从固体热载体干馏反应器出来的油气混合物经旋风分离器除去悬浮颗粒，随后与来自高温气体间接干馏反应器的油气混合物一起送入后续油气分离收集系统。本发明可有效处理油页岩和干馏后的半焦，高效、稳定地同时完成固体燃料干燥、加热、炼油及半焦燃烧。

本发明一种油页岩干燥、加热、炼油、半焦燃烧一体化工艺的优点体现在：

（1）不仅适应油页岩干燥，而且适用于煤、油砂、废旧轮胎、石油焦、有机废料和生物质等单独或同步处理的要求，提高了对燃料的广泛适用性；

（2）由于采用循环流化床燃烧技术，能够充分利用干馏反应器中产的固体废弃物，在提高资源利用率的同时还能降低环境污染；

（3）两组不同的干馏子系统共用一组循环流化床燃烧炉，用来生产两种干馏热载体，相对单一的利用工艺节省了设备投资，同时也降低了工艺的复杂性；

（4）循环流化床燃烧炉产生的灰渣含碳量低，经炉底排出后可直接作为建材原料送至建材厂生产水泥、陶粒或砌砖等；

（5）工艺流程合理，应用范围广，处理量大，干馏速度快，效率高，能够实现油页岩等固体燃料综合利用最大化。

附图说明

图1为一种油页岩干燥、加热、炼油、半焦燃烧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循环流化床燃烧炉，5页岩混合器，6固体热载体干馏反应器，7旋风分离器，8半焦混合器，9油气分离收集系统，10储气罐，11储油罐，12空气预热器，13半焦仓斗，14除尘器，15引风机，16烟囱，17冷渣器，18建材厂。

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，本发明的一种油页岩干燥、加热、炼油、半焦燃烧一体化工艺，是将破碎至≤15mm的油页岩由储料仓1送入中温气体间接或直接换热干燥加热器2中，加热温度50～150℃，加热干燥后的油页岩按需分为三路输送。第一路与从半焦仓斗13落下的半焦混合送入循环流化床燃烧炉4中进行燃烧；第二路与来自循环流化床燃烧炉4燃烧产生的750～850℃高温循环页岩灰经页岩混合器5混合，油页岩：循环页岩灰混合的重量比为1:2～3，混合后通过管道一起送入固体热载体干馏反应器6进行混合换热，经过15～30分钟完成干馏炼油；第三路油页岩送入高温气体间接干馏反应器3，与来自循环流化床燃烧炉4的高温烟气进行间接换热实现固体燃料的干馏炼油，高温气体间接干馏反应器3内的温度控制在450～550℃。固体热载体干馏反应器6产生的温度为450～550℃的油气混合物送入旋风分离器7中，沉降和旋风分离出的固体颗粒从旋风分离器7的底部落出，分离出的油气混合物从旋风分离器7的顶部出口送出；油气混合物旋风分离器7分离出的油气混合物和从高温气体间接干馏反应器3排出温度为100～150℃的油气混合物一起送入油气分离收集系统9进行净化、冷凝和分离处理，完成粉尘净化、油气分离和脱硫，分离出的页岩油送入储油罐11中储存，分离出的瓦斯气送入储气罐10中储存。从旋风分离器7底部落出的固体颗粒与来自高温气体间接干馏反应器3的半焦一同送入半焦混合器8，在半焦混合器8中固体颗粒与半焦混合，利用空气预热器（12）排出的部分烟气输送至半焦仓斗（13）中，再从半焦仓斗13送入循环流化床燃烧炉4中进行燃烧，从空气预热器12来的预热空气将作为流化介质直接从底部送入循环流化床燃烧炉4中，燃烧温度为830～920℃，燃烧烟气中的部分固体小颗粒页岩灰将通过循环流化床燃烧炉4内部的旋风分离器进行气固分离，其中一部分页岩灰通过返料装置回送入循环流化床燃烧炉4中，另一部分与循环流化床燃烧炉4的炉底渣一同作为高温循环页岩灰，其温度为750～850℃，送入页岩混合器5中。从半焦仓斗13分离出的空气直接送入除尘器14中，从高温气体间接干馏反应器3流出的中温烟气依次送入中温气体间接或直接换热干燥加热器2和空气预热器12进行热量回收，再经过除尘器14除尘后通过引风机15从烟囱16排放；从循环流化床燃烧炉4底部排出多余的热灰渣通过冷渣器17冷却后排放送入建材厂18，从除尘器14中排出的粉尘也送至建材厂18作为建筑材料。所述储气罐10中储存的瓦斯气作为燃料可输送到循环流化床燃烧炉4中用于燃烧，或者作为煤气供给站的煤气源，或送入燃气轮机内发电。所述的高温气体间接干馏反应器3还可用现有的烟气余热锅炉代替用于产生蒸汽或热水。

本发明的一种油页岩干燥、加热、炼油、半焦燃烧一体化工艺所涉及的循环流化床燃烧炉、固体热载体干馏反应器、高温气体间接干馏反应器、中温气体间接或直接换热干燥加热器、空气预热器等主要设备均可以按照燃料特性予以开发实施。

本发明的一种油页岩干燥、加热、炼油、半焦燃烧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 (3)

1. 一种油页岩干燥、加热、炼油、半焦燃烧一体化工艺，其特征是：将破碎至≤15mm的油页岩由储料仓（1）送入中温气体间接或直接换热干燥加热器（2）中，加热温度50～150℃，加热干燥后的油页岩按需分为三路，第一路与从半焦仓斗（13）落下的半焦混合送入循环流化床燃烧炉（4）中进行燃烧；第二路与来自循环流化床燃烧炉（4）燃烧产生的750～850℃高温循环页岩灰经页岩混合器（5）混合，油页岩：循环页岩灰混合的重量比为1:2～3，混合后通过管道一起送入固体热载体干馏反应器（6）进行混合换热，经过15～30分钟完成干馏炼油；第三路油页岩送入高温气体间接干馏反应器（3），与来自循环流化床燃烧炉（4）的高温烟气进行间接换热实现固体燃料的干馏炼油，高温气体间接干馏反应器（3）内的温度控制在450～550℃；固体热载体干馏反应器（6）产生的温度为450～550℃的焦油气混合物送入旋风分离器（7）中，沉降和旋风分离出的固体颗粒从旋风分离器（7）的底部落出，分离出的油气混合物从旋风分离器（7）的顶部出口送出；油气混合物旋风分离器（7）分离出的油气混合物和从高温气体间接干馏反应器（3）排出温度为100～150℃的油气混合物一起送入油气分离收集系统（9）进行净化、冷凝和分离处理，完成粉尘净化、油气分离和脱硫，分离出的页岩油送入储油罐（11）中储存，分离出的瓦斯气送入储气罐（10）中储存，从旋风分离器（7）底部落出的固体颗粒与来自高温气体间接干馏反应器（3）的半焦一同送入半焦混合器（8），在半焦混合器（8）中固体颗粒与半焦混合，利用空气预热器（12）排出的部分烟气输送至半焦仓斗（13）中，再从半焦仓斗（13）送入循环流化床燃烧炉（4）中进行燃烧，从空气预热器（12）来的预热空气将作为流化介质直接从底部送入循环流化床燃烧炉（4）中，燃烧温度为830～920℃，燃烧烟气中的部分固体小颗粒页岩灰将通过循环流化床燃烧炉（4）内部的旋风分离器进行气固分离，其中一部分页岩灰通过返料装置回送入循环流化床燃烧炉（4）中，另一部分与循环流化床燃烧炉（4）的炉底渣一同作为高温循环页岩灰，其温度为750～850℃，送入页岩混合器（5）中；从半焦仓斗（13）分离出的烟气直接送入除尘器（14）中，从高温气体间接干馏反应器（3）流出的中温烟气依次送入中温气体间接或直接换热干燥加热器（2）和空气预热器（12）进行热量回收，再经过除尘器（14）除尘后通过引风机（15）从烟囱（16）排放；从循环流化床燃烧炉（4）底部排出多余的热灰渣通过冷渣器（17）冷却后排放送入建材厂（18），从除尘器（14）中排出的粉尘也送至建材厂（18）作为建筑材料。

2.根据权利要求1所述的一种油页岩干燥、加热、炼油、半焦燃烧一体化工艺，其特征是：所述储气罐（10）中储存的瓦斯气作为燃料输入循环流化床燃烧炉（4）燃烧气源，或者作为煤气供给站的煤气源。

3. 根据权利要求1所述的一种油页岩干燥、加热、炼油、半焦燃烧一体化工艺，其特征是：所述的高温气体间接干馏反应器（3）或为用于产生蒸汽或热水的烟气余热锅炉。

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