CN103146405A - 一种油页岩干馏装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种油页岩干馏装置及方法。所述装置包括：用于干馏油页岩颗粒的内燃干馏炉和用于分离油页岩燃烧后产生的烟气中的页岩油和瓦斯气的油-气分离装置。所述内燃干馏炉包括设置于内燃干馏炉顶部的加料装置、位于内燃干馏炉上部的烟气出口、炉体、位于内燃干馏炉底部的排渣装置以及贯穿于内燃干馏炉底部的空气进入通道和瓦斯气进入通道。本发明具有结构简单合理，收油率高，易于工业化放大，操作方便，生产成本低，并且对油页岩的粒径没有选择性，小于120mm的油页岩均可用于本发明。

Description

一种油页岩干馏装置及方法

技术领域

本发明涉及一种油页岩干馏装置，及利用所述油页岩干馏装置进行油页岩炼油的工艺方法，属于油页岩处理技术领域。

背景技术

油页岩（又称油母页岩）是一种高灰分的含可燃有机质的沉积岩，它和煤的主要区别是灰分超过40%，与碳质页岩的主要区别是含油率大于3.5%。油页岩经低温干馏可以得到页岩油，页岩油类似原油，可以制成汽油、柴油或作为燃料油，被称为人造石油。除单独成藏外，油页岩还经常与煤形成伴生矿藏，一起被开采出来。

油页岩的的干馏可以分为地下干馏和地上干馏，地下干馏避免了油页岩的开采，开采费用低，但其缺点是页岩油收率较低，由于页岩油与干馏水的逸出、渗漏，会污染地下水。而地上干馏大体可分为两种：①利用内热式气-固换热原理，主要处理块状油页岩的干馏技术；②利用固体热载体固-固换热原理，主要处理小颗粒油页岩的干馏技术。现有技术中，成熟的块状页岩干馏技术有：抚顺式干馏炉、Kiviter干馏炉、Petrosix干馏炉；小颗粒干馏技术有：Galoter干馏炉、Taciuk干馏炉。

抚顺式干馏炉为内热式垂直圆柱形炉，日加工粒径为10-75mm油页岩，上段是干燥干馏段，下段是油页岩半焦在空气和水蒸气氛围下的气化和燃烧。抚顺式干馏炉制得的页岩油的铝甑干馏收率为65-80%。

Kiviter干馏炉是一种垂直圆柱形干馏炉，日加工粒径为25-125mm，页岩油的铝甑干馏收率为75-80%。

Petrosix干馏炉油页岩入炉粒径为8-50mm，页岩油的铝甑干馏收率90%。

Galoter干馏炉油页岩入炉粒度0-25mm，在干馏炉内，干燥的页岩和高温的页岩灰混合，并被加热到500℃，之后页岩油和干馏气被导出。页岩半焦和页岩灰进入垂直的沸腾床燃烧室，生成的高温页岩灰再被循环去加热油页岩，高温烟气被用于干燥油页岩。页岩油铝甑干馏收率85～90%。

Taciuk干馏炉的加工过程分为：油页岩干燥、油页岩干馏、半焦燃烧三个。油页岩入炉粒径为0-25mm，页岩油铝甑干馏收率85%。

我国石油化工行业标准“SH/T0508-9油页岩含油率测定法”规定了油页岩低温干馏含油率的测定方法-铝甑法，被广泛应用于油页岩干馏制备页岩油的出油率测定方面。

现有技术资料表明，现有的油页岩干馏设备大都具有对油页岩粒径的选择性，无法对粒径范围较宽的油页岩进行干馏；且现有的油页岩干馏设备高度较高，对油页岩的处理效率并不高。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的一系列问题，提出一种对油页岩粒径没有选择性的，收油率高、节能效果好、生产成本低的干馏炼油装置及方法。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的目的之一在于提供一种油页岩干馏装置，所述装置包括：

（i）内燃干馏炉，用于干馏油页岩颗粒，包括设置于内燃干馏炉顶部的加料装置、位于内燃干馏炉上部的烟气出口、炉体、位于内燃干馏炉底部的排渣装置以及贯穿于内燃干馏炉底部的空气进入通道和瓦斯气进入通道；和

（ii）油-气分离装置，用于分离油页岩燃烧后产生的烟气中的页岩油和瓦斯气，依次包括连接内燃干馏炉烟气出口的烟气进口、页岩油收集装置和瓦斯气出口；

其中，内燃干馏炉炉体内部分为位于炉体上部的干馏层，位于炉体中部的还原层和位于炉体下部的灰层。

图1为本发明所述油页岩干馏装置的结构示意图，图中虚线部分为可选设备，本领域技术人员可以对虚线部分的设备进行加减，只要能够实现油-气分离装置的作用的设备均可用于本发明。

本发明所述内燃干馏炉充分综合了辐射传热、对流传热和传导传热三种传热方式，将油页岩与瓦斯气进行充分地、高强度地换热，实现了对油页岩的干馏，提高了干馏效率，降低了内燃干馏炉的高度，同时提高了收油率。

本领域技术人员可根据实际情况和经验对各部件进行选择，内燃干馏炉、油-气分离装置、排渣装置、页岩油收集装置以及各种管路和接口的具体结构形式均可从现有技术中获得，均能够实现本发明目的，并无特殊限制。以下为本发明结构的优选形式。

油页岩与瓦斯气在内燃干馏炉内相遇，在高温（860±100℃）下进行干馏，产生了烟气和渣灰；烟气经管道输送至油-气分离装置被分离为油相-页岩油和气相-瓦斯气，瓦斯气在抽气泵作用下，根据需要经管路再次输送至内燃干馏炉与油页岩进行干馏，循环往复；渣灰在重力作用下沉积在干馏炉底部的排渣装置中，被排出干馏炉。由于干馏产生的烟气量很大，得到的瓦斯气在供给干馏炉之后还有剩余的情况下，可以在抽气泵下游将瓦斯气接入炼油装置以外的待供热装置，例如锅炉等，进行利用。所述瓦斯气的主要成分为CO，CO₂，油气等。

本发明所述油-气分离装置的瓦斯气出口与瓦斯气进入通道相连通。

优选地，所述瓦斯气进入通道由内燃干馏炉底部中心通入内燃干馏炉，包括固定无缝连接的瓦斯气输送管和瓦斯气喷洒头；所述瓦斯气喷洒头为圆锥筒；

其中，瓦斯气喷洒头的圆锥筒表面开有向下喷射的第一出气孔。

优选地，所述空气进入通道贯穿于瓦斯气输送管，包括固定无缝连接的空气输送管和空气喷洒头，所述空气喷洒头完全暴露于内燃干馏炉的内腔；所述空气喷洒头为圆锥筒；

其中，空气喷洒头的圆锥筒表面开有向下喷射的第二出气孔；

其中，空气喷洒头的最高点高出灰层。

本发明所述的第一出气孔和第二出气孔实现向下喷射的方案典型但非限制性的实例为：在出气孔设伞状突起物，或者出气孔设为类似于擦板一样的半开孔等等。将出气孔的喷射方向设为向下，可以有效阻止油页岩以及渣灰堵塞出气孔，造成瓦斯和空气输送通道的不流畅。在瓦斯气喷洒头和空气喷洒头的圆筒表面具体开几个出气孔，本发明不做具体限定，本领域技术人员可以根据实际情况进行选择。

本发明所述的油-气分离装置的作用是将内燃干馏炉生成的烟气进行油-气分离，收集得到的油即为页岩油，收集得到的气即为瓦斯气。将所述烟气分离得到页岩油和瓦斯气的装置是本领域技术人员有能力获得的，本发明没有特殊限定。优选地，所述油-气分离装置包括旋捕器、喷淋器、折流板反应器和离心器中的任意1种或至少2种的组合，优选所述油-气分离装置为依次连接的旋捕器、喷淋器、折流板反应器和离心器。

优选地，所述内燃干馏炉的炉壁为夹层，夹层内设水冷。

本发明的目的之二在于提供一种利用目的之一所述装置进行的油页岩炼油方法，所述方法包括如下步骤：

（1）瓦斯气与空气分别在第一抽气泵和第二抽气泵的作用下，从内燃干馏炉底部进入内燃干馏炉，并在高温下燃烧放热，保持炉内温度为860±100℃；

（2）油页岩颗粒通过加料装置进料，在内燃干馏炉内与底部持续进入的瓦斯气相遇，无氧条件下进行干馏，产生烟气与渣灰；

（3）烟气随管路进入油-气分离装置，经分离得到页岩油和瓦斯气；渣灰在重力作用下沉积到位于内燃干馏炉底部的排渣装置中被排除内燃干馏炉；

（4）步骤（3）得到的瓦斯气在抽气泵的作用下被再次输送至内燃干馏炉与油页岩颗粒进行干馏；多余的瓦斯气被送至其他待供热设备中作为供热源。

优选地，所述油页岩颗粒的粒径≤120mm。

现有技术中，油页岩的加工对于粒径的大小有很强的选择性，因此在进入干馏炉之前需要先对油页岩进行粒径的筛选，增加了成本，造成了资源的浪费。

优选地，步骤（1）所述保持炉内温度为860±100℃是通过调节瓦斯气与空气的比例实现的；

当炉内温度过高时，降低空气的输送量；

当炉内温度过低时，增加空气的输送量。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明具有结构简单合理，收油率高，易于工业化放大，操作方便，生产成本低等优点。

本发明在对油页岩进行干馏炼油后的铝甑收油率能够达到98%以上，甚至于超过100%，远高于现有的油页岩干馏设备，相比辽宁成大公司的全循环炉，甘肃的GS气燃干馏炉等，收油率均有明显提高。

另外，本发明提供的油页岩干馏装置及方法对油页岩的粒径没有选择性，小于120mm的油页岩均可用于干馏炼油。

本发明提供的油页岩干馏装置优化了干馏过程的传热方式，大大提高了热传导的速率，降低了干馏炉的高度，内径3米的情况下，只需要8米就可实现油页岩的内燃干馏。

附图说明

图1是本发明提供的油页岩干馏装置的结构示意图；

图2是空气进入通道的结构示意图；

图3是瓦斯进入通道的结构示意图。

其中，1-加料装置、2-烟气出口、3-炉体、4-排渣装置、5-空气进入通道、6-瓦斯气进入通道；7-干馏层、8-还原层、9-灰层、10-烟气进口、11-页岩油收集装置、12-瓦斯气出口、13-旋捕器、14-喷淋器、15-折流板反应器、16-离心器、17-页岩油收集器、18-锅炉、19-第二抽气泵、20-内燃干馏炉、21-油-气分离装置、22-第一抽气泵；

5a-空气输送管、5b-空气喷洒头、5c-第二出气孔、6a-瓦斯气输送管、6b-瓦斯气喷洒头、6c-第一出气孔。

具体实施方式

为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，本发明的典型但非限制性的实施例如下：

实施例1

如图1所示，一种油页岩干馏装置包括依次连接的内燃干馏炉20、旋捕器13、喷淋器14、折流板反应器15和离心器16；

所述内燃干馏炉20顶部设加料装置1，上部设烟气出口2，底部设排渣装置4，贯穿内燃干馏炉20底部设瓦斯气进入通道6，沿瓦斯气进入通道6的轴线贯穿空气进入通道5。内燃干馏炉20的的炉壁为夹层，夹层内设水冷。

所述瓦斯气进入通道6包括瓦斯气输送管6a和瓦斯气喷洒头6b，瓦斯气喷洒头6b为圆锥筒，圆锥筒底部与瓦斯气输送管6a固定无缝连接；瓦斯气喷洒头6b的圆锥筒表开有向下喷射的第一出气孔6c。如图3所示（图3是瓦斯进入通道的结构示意图）。

所述空气进入通道5包括空气输送管5a和空气喷洒头5b，空气喷洒头5b完全暴露于内燃干馏炉20内腔，且空气喷洒头5b的最高点高出灰层9，所述空气喷洒头5b为圆锥筒，圆锥筒底部与空气输送管5a固定无缝连接，空气喷洒头5b的圆锥筒表面开有向下喷射的第二出气孔5c。如图2所示（图2是空气进入通道的结构示意图）。

烟气出口与旋捕器、喷淋器、折流板反应器和离心器依次连接，连接方式为：烟气出口2与旋捕器13的进气口连接，旋捕器13的出气口与喷淋器14的进气口连接，喷淋器14的出气口与折流板反应器15的进气口连接，折流板反应器15的出气口和离心器16的进气口连接，离心器16的出气口经第一抽气泵22与瓦斯气进入通道6连接。

旋捕器13、喷淋器14、折流板反应器15和离心器16的液体出口连接在一起，与页岩油收集器17相连。

实施例2

一种油页岩炼油方法包括如下步骤：

（1）瓦斯气与空气分别在第一抽气泵19和第二抽气泵22的作用下，从内燃干馏炉20底部进入内燃干馏炉3，并在高温下燃烧放热，升温至860±100℃，并保持炉内温度为860±100℃；

（2）粒径0-120mm的油页岩颗粒通过加料装置1进料，在内燃干馏炉20内与底部持续进入的瓦斯气相遇，无氧条件下进行干馏，产生烟气与渣灰；

（3）烟气随管路依次进入旋捕器13、喷淋器14、折流板反应器15和离心器16等气-液分离装置，经分离得到页岩油和瓦斯气；页岩油在气-液分离装置21底部汇集后进入页岩油收集器17；渣灰在重力作用下沉积到位于内燃干馏炉20底部的排渣装置4中被排除内燃干馏炉；

（4）步骤（3）得到的瓦斯气在第一抽气泵22的作用下被再次输送至内燃干馏炉20与油页岩颗粒进行干馏；多余的瓦斯气被送至锅炉18中作为供热源。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (9)

1.一种油页岩干馏装置，其特征在于，所述装置包括：

（i）内燃干馏炉（20），用于干馏油页岩颗粒，包括设置于内燃干馏炉（20）顶部的加料装置（1）、位于内燃干馏炉（20）上部的烟气出口（2）、炉体（3）、位于内燃干馏炉（20）底部的排渣装置（4）以及贯穿于内燃干馏炉（20）底部的空气进入通道（5）和瓦斯气进入通道（6）；和

（ii）油-气分离装置（21），用于分离油页岩燃烧后产生的烟气中的页岩油和瓦斯气，依次包括连接内燃干馏炉（20）烟气出口（2）的烟气进口（10）、页岩油收集装置（11）和瓦斯气出口（12）；

其中，内燃干馏炉（20）炉体（3）内部分为位于炉体（3）上部的干馏层（7），位于炉体（3）中部的还原层（8）和位于炉体（3）下部的灰层（9）。

2.如权利要求1所述的油页岩干馏装置，其特征在于，所述油-气分离装置的瓦斯气出口（12）与瓦斯气进入通道（6）连通。

3.如权利要求1或2所述的油页岩干馏装置，其特征在于，所述瓦斯气进入通道（6）由内燃干馏炉（20）炉底部中心通入内燃干馏炉（20），包括固定无缝连接的瓦斯气输送管（6a）和瓦斯气喷洒头（6b）；所述瓦斯气喷洒头（6b）为圆锥筒；其中，瓦斯气喷洒头（6b）的圆锥筒表面开有向下喷射的第一出气孔（6c）。

4.如权利要求1-3之一所述的油页岩干馏装置，其特征在于，所述空气进入通道（5）贯穿于瓦斯气输送管（6a），包括固定无缝连接的空气输送管（5a）和空气喷洒头（5b），所述空气喷洒头（5b）完全暴露于内燃干馏炉（20）的内腔；所述空气喷洒头（5b）为圆锥筒；

其中，空气喷洒头（5b）的圆锥筒表面开有向下喷射的第二出气孔（5c）；

其中，空气喷洒头（5b）的最高点高出灰层。

5.如权利要求1-4之一所述的油页岩干馏装置，其特征在于，所述油-气分离装置（21）包括旋捕器（13）、喷淋器（14）、折流板反应器（15）和离心器（16）中的任意1种或至少2种的组合，优选所述油-气分离装置（21）为依次连接的旋捕器（13）、喷淋器（14）、折流板反应器（15）和离心器（16）。

6.如权利要求1-5之一所述的油页岩干馏装置，其特征在于，所述内燃干馏炉（20）的炉壁为夹层，夹层内设水冷。

7.一种利用如权利要求1～6之一所述装置进行的油页岩炼油方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

（1）瓦斯气与空气分别在第一抽气泵（22）和第二抽气泵（19）的作用下，从内燃干馏炉（20）底部进入，并在高温下燃烧放热，保持炉内温度为860±100℃；

（2）油页岩颗粒通过加料装置（1）进料，在内燃干馏炉（20）内与底部持续进入的瓦斯气相遇，进行干馏，产生烟气与渣灰；

（3）烟气随管路进入油-气分离装置（21），经分离得到页岩油和瓦斯气；渣灰沉积到位于内燃干馏炉（20）底部的排渣装置（4）中被排出；

（4）步骤（3）分离得到的瓦斯气在抽气泵的作用下被再次输送至内燃干馏炉（20）中与油页岩颗粒进行干馏；多余的瓦斯气被送至其他待供热设备中作为供热源。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述油页岩颗粒的粒径≤120mm。

9.如权利要求7或8所述的方法，其特征在于，步骤（1）所述保持炉内温度为860±100℃是通过调节瓦斯气与空气的比例实现的；

当炉内温度过高时，降低空气的输送量；当炉内温度过低时，增加空气的输送量。

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