CN103361103B - 间接空冷式油页岩干馏气冷却工艺及页岩油回收装置 - Google Patents

Abstract

本发明是一种用空气间接冷却方式对油页岩干馏气体进行冷却并回收页岩油的工艺及装置。其特征在于：用空气作为冷载体和干馏油气进行间接换热，将干馏油气冷却到接近环境大气温度。本发明和传统的用循环水作为冷载体的页岩油回收工艺及装置相比，突破了只能将干馏油气冷却到40℃左右的温度瓶颈，从而提高了页岩油的回收率，提高页岩油回收率2～4个百分点；动力消耗仅为循环水冷却的5％左右，节能节水，无污水排放，环保；而且不要建冷凝水塔和循环水池，节省了投资。

Description

间接空冷式油页岩干馏气冷却工艺及页岩油回收装置

所属技术领域

本发明涉及一种用空气间接冷却方式对油页岩干馏气体进行冷却并回收页岩油的工艺及装置。

背景技术

目前，国内的油页岩干馏炼油厂均利用循环水来冷却干馏炉产生的干馏油气，将干馏油气冷却到40℃左右，使干馏油气中所含的页岩油冷凝为液体，回收页岩油。图1为一种典型的利用循环水来冷却干馏炉产生的干馏油气的二段式页岩油回收装置的工作原理图。80℃左右的干馏油气从油回收塔的上部进入，下部排出。循环水在设置于油回收塔内的横管中流动。干馏油气在经过第一段横管时被冷却到50℃左右。第一段横管中的循环水，入口为20℃，出口为50℃；干馏油气在第一段横管时被冷却到50℃左右后进入第二段横管，在第二段横管中被冷却到40℃左右。第二段横管循环水入口温度为20℃，出口为35℃。干馏油气在冷却过程中不断有页岩油冷凝出来，进入气液分离器，将页岩油分离出来，送往页岩油贮罐。循环水排入冷却塔，冷却到20℃后再循环使用。这一传统的干馏油气冷却页岩油回收工艺有三个弊病。一是能源消耗高。因为使用循环水冷却，水在流动过程中阻力损失大，要求扬程大，压头高，因此电动机功率大，另外，循环水在冷却干馏油气时，自身温度升高，必须将其冷却后才能重新循环使用。在这一系统中不仅使循环水和干馏油气发生对流换热要消耗能源，将温度升高后的循环水的温度降下来还需要消耗能源。据测算，将1000m3的干馏油气从80℃降低到40℃大约耗电9.7kwh；二是油回收率低。因为这种工艺使用的循环水温度不能太低，一般都在25℃左右，如果太低，则需要制冷，这将消耗更多的电能，得不偿失。水温到零度就会结冰，不能循环。而被冷却的干馏油气和冷载体之间必需有一个温差，一般在15℃左右，否则传热效率很差。因此在这种工艺条件下干馏油气只能被冷却到40℃左右。而干馏油气的特点却是温度越低，冷凝产生的页岩油越多，有些干馏油气需要冷却到零下8℃才能将全部页岩油凝结出来。而且温度越低，凝结出来的页岩油品质越好。一般40℃左右的干馏油气仍含页岩油6g/m³左右，所以传统工艺的页岩油损失率大约在6％左右。这对于一个年产50万吨页岩油的干馏厂来说，每年少产页岩油3万吨左右，这是一个巨大损失，按现行价格测算，每年损失1.8亿元。三是系统复杂，建设投资高，不仅要建油回收塔，而且要建冷凝水塔和循环水池，相应还要增加动力设备。

发明内容

本发明的目的在于为油页岩干馏工业提供一种新的干馏油气冷却工艺和页岩油回收装置，降低页岩油回收过程中的动力消耗并提高页岩油回收率。解决目前国内油页岩干馏厂油回收系统动力消耗大、回收率低的缺陷。生产实践需要将干馏油气冷却到较低的温度，即低于20℃的温度，而且越低越好，甚至零度以下。传统工艺用水作为冷载体难于实现，即使能实现，成本也较高。另外新工艺使用的冷载体应为常见物质，容易获得，不仅可以将干馏油气冷却到需要的温度，而且生产成本应低于用水作为冷载体的成本。

本发明的技术关键是：一、用大流量环境空气对干馏油气进行冷却，能使干馏油气降低到接近环境温度，从而提高页岩油的回收率；二、采取空气和干馏油气间接换热的方式，保护环境；三、对冷载体空气采取低温排放的技术措施降低系统的阻力损失，从而降低系统的动力消耗。

具体方案为：

1、一种使用空气对油页岩干馏气体进行间接冷却方并回收页岩油的工艺，其特征在于：用空气作为冷载体和干馏油气进行间接换热，将干馏油气冷却到接近环境大气温度；干馏油气在冷却过程中页岩油不断析出，通过气液分离器进行油、气分离，将页岩油送往贮罐。所述间接换热是指在空气作为冷载体和干馏油气进行换热时并不直接接触，干馏油气在密封的塔器中自上而下运动，空气在管中流动。

2、一种使用空气对油页岩干馏气体进行间接冷却方并回收页岩油的装置，其结构见图2，特征在于：80℃左右的干馏油气从塔器的上部进入，下部排出。空气通过鼓风机经过管道被引入塔器。塔器内从上到下均铺设横管。空气通过横管后直接排入大气。塔器下部设有气液分离装置。凝结出来的页岩油用油泵经过管道被引入贮油罐，含油物质被分离后的干馏气体从塔器下部导出。干馏油气在经过横管后被冷却到接近大气温度。因空气取之不尽，不循环使用，空气通过横管后直接排入大气。塔器下部设有气液分离装置。凝结出来的页岩油用油泵经过管道被引入贮油罐，含油物质被分离后的干馏气体从塔器下部导出。干馏油气在经过横管后被冷却到接近大气温度。换热后温升不高，经过横管后再排入大气。所述的油回收塔其结构见图2，图中：干馏油气入口管1设置于油回收塔2的上部；空气入口管5设置于油回收塔2的一侧，并和空气入口管箱3、冷却横管4相连通；冷却横管4设置于油回收塔2的内部；干馏油气排出管6设置于油回收塔2的下部；油回收塔2的下部设置有气液分离器7；冷凝油排出管8设置于油回收塔2的底部；空气排出管箱9设置于油回收塔2的另一侧，空气排出管10和空气排出管箱9相连通；空气入口管箱3和空气排出管箱9通过冷却横管4相连通。

本发明工艺的技术关键是用空气作为冷载体对干馏油气进行冷却。而用空气作为冷载体需要解决如下技术问题。一是换热器体积要小。空气的传热系数比水小得多，用空气作冷载体的换热器体积庞大，通常在工业生产中一般都不用空气作为冷载体，本发明的换热器体积不应大于用水作冷载体的换热器体积。二是解决环保问题，换热后的空气应当是清洁的。这就要求用空气作冷载体时不能直接和干馏油气直接接触，否则将污染空气，而清洁空气中的污染物极其困难。三是动力消耗要少。用空气作冷载体不能增加系统的动力消耗，造成能源浪费。四是油回收率要高。用空气作冷载体必须将干馏油气而冷却到比循环水冷却更低的温度，提高页岩油回收率，否则将失去意义。为此采用了以下技术以达到发明的目的。一是根据热交换理论，换热量和换热体之间的温差的平方成正比，因此扩大换热体之间的温差将可以缩小换热面积，解决空气换热系数小，换热器体积庞大的问题。用循环水冷却时，平均温差为15℃，而用空气冷却时，平均温差为35℃左右，这就增加了换热强度，弥补了空气换热系数小的缺陷；二是采用间接换热的技术，冷载体空气在管内行走，和干馏油气不直接接触，防止干馏油气对空气造成污染，这样空气排出时，除了温度有所升高外，其他组分不发生任何变化，是清洁的、环保的；三是利用空气取之不尽，换热后无需降温的特点，在设计中使空气经过横管后直接排出，不做循环流动，这样虽然加大冷载体流量，但也降低了冷载体的温升，降低了冷载体的流动阻力损失，减少系统的动力消耗，节省能源。用循环水冷却时，循环水排出温度最高为50℃，和80℃左右的干馏油气温差只有30℃左右，而用空气冷却时，排出温度最高为35℃左右，大多数时间为15℃～20℃，和80℃左右的干馏油气温差可以达到60℃左右，这就增加了换热强度。四是根据干馏油气被冷却的温度越低析出页岩油越多的特性，尽量将干馏油气冷却到接近环境温度，但不低于零度，以获得最高的页岩油回收率。用循环水冷却时，一般只能将干馏油气冷却到40℃，而用空气冷却时，大多数时间可将干馏油气冷却到15℃～20℃，这就提高了页岩油的回收率。

本发明的工艺流程如下：80℃左右的干馏油气从油回收塔的上部进入，下部排出。鼓风机将环境温度的空气通过管道送入油回收塔的空气管箱，空气经管箱分配进入油回收塔的横管。干馏油气和横管内的空气进行间接换热，干馏油气在下行过程中逐渐冷却，页岩油不断冷凝出来，干馏油气在离开油回收塔下部横管时被冷却到接近环境温度，从油回收塔下部设置的干馏油气排出管排出。冷凝出来的页岩油进入设置在油回收塔下部的气液分离器，用油泵将页岩油送往页岩油贮罐。空气经过横管后由于吸收了干馏油气的热量，温度有所升高，经管箱汇集后排入大气。

本发明在我国北方地区、干旱缺水地区具有很好的实用价值。例如新疆吉木萨尔油页岩矿区，年平均气温为5～8℃，最热月(7月)平均气温为25℃，11月～次年4月共6个月的平均气温在0℃以下，又严重缺水，年降水量仅190mm，使用空气冷却具有得天独厚的条件。即使在南方地区，一般平均气温也低于25℃，使用空气冷却也是可行的。最重要的是使用空气冷却在一年中的大多数时间都可以将干馏油气冷却到20℃以下，从而提高页岩油的回收率。本发明结构简单、操作方便、安全可靠、投资节省，本发明可使页岩油的回收率提高2～4个百分点。本发明用空气间接冷却方式对油页岩干馏气体进行冷却并回收页岩油的工艺及装置，不仅动力消耗少、油回收率高，而且取材方便、操作简单、无污染、清洁环保。

本发明和国内现在普遍使用的循环水油回收工艺和装置相比，具有如下明显的优点。一是油的回收率提高。由于采用环境空气冷却干馏油气，突破了用循环水冷却，只能将干馏油气冷却到40℃左右的技术瓶颈。使用循环水冷却干馏油气时，虽然环境条件下的水温可能低于20℃，但一进入循环系统之后，水温最高将升到50℃，已不具备再进行冷却干馏油气的条件，必须将其冷却后再进入循环系统，而冷却高温水是需要付出代价的，所以一般均将高温水冷却到20～25℃，因为干馏油气和循环水之间必须有15℃左右的温差，否则换热不能进行。所以40℃成了循环水冷却干馏油气的温度瓶颈。当夏天气温高于25℃时，由于水冷凝塔不可能将循环水冷却到大气温度之下，故干馏油气的出口温度还要高，相应油的回收率更低。而用空气冷却时，一年中大多数时间，气温低于10℃，例如新疆吉木萨尔油页岩矿区，年平均气温只有5～8℃，因此将干馏油气冷却到20℃左右是可以实现的。这样就提高了油的回收率。二是工艺简化、装置结构简单，投资节省，运行成本降低。本发明由于不需要对工作后的冷载体进行降温冷却，无需建设冷凝塔和循环水池。简化了油回收工艺也节省了投资，降低了运行成本。三是节能节水。由于采用了空气作为冷载体，取消了冷凝塔和冷却风机，取消了循环水池和循环水泵，减少了系统的动力消耗，动力消耗仅为循环水冷却的50％左右；同时减少了水的消耗，在循环水冷却系统中，由于要将高温水冷却为低温水，水会挥发了一部分，需要补水。四是清洁环保。本发明采用了间接冷却，空气和干馏油气不直接接触，无废水排放，无污染物逸出，符合国家环保要求。五是是经济效益好，由于动力消耗降低，油收率提高，经济效益明显增加。

附图说明

图1是循环水冷却干馏油气工艺流程图。101、干馏油气入口管，102、干馏油气排出管，103、页岩油贮罐，104、页岩油泵，105、气液分离器，106、二段循环水泵、107、二段循环水池，108、二段冷凝水泵，109、二段冷却风机，110、二段冷凝水塔，111、二段循环水横管，112、一段冷凝水泵，113、一段冷却风机，114、一段冷凝水塔，115、一段循环水池，116、一段循环水泵，117、一段循环水横管，118、页岩油回收塔。

图2是空气间接冷干馏油气工艺流程图。图中所示各部分分别是：1、干馏油气入口管，2、空气间冷式页岩油回收塔，4、空气冷却横管，5、空气入口管，6、干馏油气排出管，7、气液分离器，8、页岩油排出管，10、空气排出管，11、鼓风机，12、油泵，13、油罐。

图3是空气间接冷却页岩油回收塔结构示意图。图中所示各部分分别是：1、干馏油气入口管，2、空气间冷式页岩油回收塔，3、空气入口管箱，4、空气冷却横管，5、空气入口管，6、干馏油气排出管，7、气液分离器，8、页岩油排出管，9、空气排出管箱，10、空气排出管。

具体实施方式

图1为传统的用循环水冷却干馏油气工艺流程图。从图中可以看出，该工艺相对复杂，系统中除页岩油回收塔外，还设置了2个冷凝水塔，2个循环水池，2个循环水泵，2个冷凝水泵，2个冷却风机，系统动力消耗大。

图2是空气间接冷干馏油气工艺流程图。从图中可以看出，工艺流程较用循环水冷却干馏油气工艺流程简化了很多，设备只有空气间冷式页岩油回收塔，气液分离器，鼓风机，油泵和油罐。和用循环水冷却干馏油气工艺流程相比，没有冷凝水塔，循环水池，循环水泵，冷凝水泵，冷却风机，系统动力消耗大大降低。

图3是本发明空气间接冷却页岩油回收塔结构示意图。从图中可以看出，80℃左右的干馏油气通过设置于油回收塔2的上部的干馏油气入口管1进入，从设置于油回收塔2下部的干馏油气排出管6排出。空气通过空气入口管5经过空气入口管箱被分配进入设置于油回收塔2内的空气冷却横管4。油回收塔2的内部从上到下均铺设有冷却横管4。空气通过横管后经空气排出管箱9收集后，再经空气排出管10直接排入大气。油回收塔2的下部设有气液分离器7。干馏油气在经过横管后被逐渐冷却，最后冷却到接近大气温度。干馏油气在冷却过程中不断有页岩油凝结出来，凝结出来的页岩油进入气液分离器，经过页岩油排出管8被引入贮油罐。

本发明具体实施需要注意四个问题。一是要对干馏油气的页岩油最低析出温度进行检测认定，把干馏油气的最低冷却温度确定在一个合理的区间，本发明虽然可以使干馏油气冷却到接近环境温度，但太低了并无必要。例如干馏油气的最低析出温度为10℃，那就没有必要将干馏油气冷却到10℃以下，否则将浪费系统的能源。二是根据不同的季节、不同的时点合理确定干馏油气的冷却温度，以谋求在当时条件下的最大油回收率。因为大气温度一年四季、一天之中总在不停地变化，故不能将干馏油气的冷却温度设定为一个衡值。例如夏天可高一点，冬天可低一点，白天可高一点，夜晚可低一点等。当大气温度低于0℃时，可减少通入的空气量，节省动力消耗。三是系统的动力消耗的多少取决于通入空气量的多少，如干馏油气的冷却温度已经低于理想值，则可适当减少空气的流量，减少动力消耗。四是当设备运行一段时间后，如出现干馏油气的出口温度升高的现象，说明管道有凝油发生，如加大空气流量，仍没有明显改善，则需要对管道表面进行清洗。

Claims (2)

1.一种使用空气对油页岩干馏气体进行间接冷却并回收页岩油的工艺，其特征在于：用空气作为冷载体和干馏油气进行间接换热，80℃的干馏油气从油回收塔的上部进入，下部排出；鼓风机将环境温度的空气通过管道送入油回收塔的空气管箱，空气经管箱分配进入油回收塔的横管；干馏油气和横管内的空气进行间接换热，干馏油气在下行过程中逐渐冷却，页岩油不断冷凝出来，干馏油气在离开油回收塔下部横管时被冷却到接近环境温度，从油回收塔下部设置的干馏油气排出管排出；冷凝出来的页岩油进入设置在油回收塔下部的气液分离器，用油泵将页岩油送往页岩油贮罐；空气经过横管后由于吸收了干馏油气的热量，温度有所升高，经管箱汇集后排入大气。

2.一种使用空气对油页岩干馏气体进行间接冷却并回收页岩油的装置，其结构特征在于：干馏油气入口管(1)设置于油回收塔(2)的上部；空气入口管(5)设置于油回收塔(2)的一侧，并和空气入口管箱(3)、冷却横管(4)相连通；冷却横管(4)设置于油回收塔(2)的内部；干馏油气排出管(6)设置于油回收塔(2)的下部；油回收塔(2)的下部设置有气液分离器(7)；冷凝油排出管(8)设置于油回收塔(2)的底部；空气排出管箱(9)设置于油回收塔(2)的另一侧；空气排出管(10)和空气排出管箱(9)相连通；空气入口管箱(3)和空气排出管箱(9)通过冷却横管(4)相连通。