CN103889581B - 用于给蒸气混合物除尘的方法和装置 - Google Patents

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在用于给通过含烃材料特别是油页岩的热解得到的含尘蒸气混合物(VGM)除尘的方法中，将所述含尘VGM在380‑480℃的温度下在干式静电除尘器中处理以从所述VGM中分离粉尘。

Description

用于给蒸气混合物除尘的方法和装置
本发明涉及用于给通过优选地固体含烃材料特别是油页岩的热解得到的含尘蒸气混合物(VGM)除尘的方法和装置。
为了从油页岩中得到油，将所述油页岩在回转窑中直接通过热的热载体(灰)加热到约500℃的温度。以此方式，油从所述油页岩中蒸发，形成所谓的蒸气混合物(VGM)。然后将所述蒸气混合物(也含有细颗粒的气体)在冷凝单元中骤冷用于获得油。该油含有微粒物质(细粉)，将所述微粒物质从所述油中分离是非常难的且由于例如催化剂失活阻止它的质量的进一步改进。传统上，这种分离通过使用洗涤器完成。能在所述洗涤器底部的冷却油中发现通过在所述洗涤器中产生的液滴收集的所述粉尘颗粒。如果使用有高的压力损失的文丘里洗涤器，其在所述回转窑中需要相应的高压从而增加了设备成本。此外，将含尘重油再循环到所述裂解区且因此不能直接作为产物使用。从油中去除细粉尘颗粒是还没有完全被解决的非常昂贵的程序和技术上的挑战。
根据美国专利4548702A，将原料油页岩进料到特定的表面干馏釜，接着将在1000-1400℃下的固体热载体材料进料到特定的表面干馏釜。将获取的产物料流在旋流分离器或过滤器中部分地除尘。在分馏塔、洗涤器或骤冷塔中将另外的粉尘去除。然后将所述油级分进料到加氢处理器中，接着将催化剂和加氢处理气体进料到加氢处理器中。从所述油级分中去除的粉尘和含有该粉尘的所述水浆料流与干馏的页岩一起用作燃料来加热所述热载体材料且来干馏所述原油。
从文件DE19611119C2中，用于提纯在电弧炉中生产碳化钙过程中得到的含有粉尘和焦油的热废气的方法是已知的，其包含在200-900℃下使用陶瓷过滤器对所述废气进行除尘且随后在50-200℃下使用气体洗涤器或电过滤器去除所述焦油。在这样的温度下，不得不预期更重油级分的基本冷凝，使得该方法不适合于对VGM进行除尘。
本发明的目的是提供更有效的从油页岩等中生产油。特别地，应该优化从通过热解得到的所述蒸气混合物中除尘。
根据本发明，提供了包含权利要求1的特征的方法，其中将所述含尘蒸气混合物在380-480℃的温度下在静电除尘器(ESP)中处理以从所述蒸气混合物中分离粉尘。所述静电除尘器在高于所述油的冷凝温度的温度下在干燥状态下运行，使得所述粉尘被分离而没有油的任何冷凝。这充分地降低了产物(热解油)的污染。这对于随后的需要具有非常低尘负荷的油提级是非常重要的。
静电除尘器(ESP)是使用感应静电荷的力将颗粒从所述VGM中去除的颗粒收集装置。因此，它是最低限度地阻碍气体通过所述除尘器的流动且能轻易地从所述VGM中去除细小粉尘颗粒的高效过滤装置。为了实施本发明，所述静电除尘器可是管式、板式或腔式除尘器，其中优选管式除尘器。
应当指出的是，代替油页岩的其他含烃材料，例如油砂、生物质、塑料、油废物、废油脂，含动物脂肪材料或含植物油材料可用于本发明的方法，只要含油的蒸气混合物能通过所述材料的热解产生即可。优选地，所述烃材料含有8-80wt％的烃。
根据本发明优选的实施方案，所述蒸气混合物包含40-90wt％的C5+烃、4.5-40wt％的C4-烃、0.01-30wt％的不凝级分(即气体像H2、N2、H2S、SO2、NO等)和5-30wt％的水。优选地，所述蒸气混合物的组成如下：55-85wt％的C5+烃、7-25wt％的C4-烃、0.1-15wt％的不凝级分和7-20wt％的水，更优选地，所述蒸气混合物的组成如下：60-80wt％的C5+烃、13-22wt％的C4-烃、0.3-10wt％的不凝级分和7-15wt％的水。
所述含尘蒸气混合物的含尘量优选为3-300g/Nm3，更优选20-150g/Nm3。
为了改进所述粉尘分离，提供至少两个连续的静电除尘器，其中将所述含尘蒸气混合物在380-480℃的温度下处理。
由于将油的冷凝显著地避免了，能将在所述静电除尘器中分离的粉尘通过敲击或振动所述除尘器机械地去除。
在本发明范围中的是，在所述静电除尘器中处理之后，将所述蒸气混合物冷却到310-360℃的温度。因此，能从所述VGM中通过冷凝分离具有小于80ppm的含灰量且可被用作循环料流或作为产物的超重质油料流。如果将所述VGM冷却至室温(约23℃)，所述裂解油的所有的油级分可被冷凝。
所述冷却优选地通过用空气或水间接冷却或通过注入额外的油(直接冷却)完成。
在本发明的非常优选的实施方案中，在所述冷却步骤之后，将所述VGM在通过所述冷却器规定的温度，即310-360℃下或在适于分离所述期望的油级分的另一个温度下在湿式静电除尘器中处理。在所述湿式静电除尘器中，可将所述重油级分或其他油级分中的另外部分从所述VGM中分离且再循环或用作产物。
在所述静电除尘器中除尘以后，将清洁的VGM在精馏设备中处理以分离各种期望的油级分。在优选的实施方案中，将所述清洁的VGM导入到至少一个另外的静电除尘器中，在那里将它在适于分离期望的所述油的级分的温度下处理。可连续地提供几个在不同温度下操作的静电除尘器以基于它们的冷凝温度得到期望的油级分。
因此，得到了不同的低尘产物油级分，包含小于30ppm的粉尘。
本发明也涉及用于给通过含有8-80wt％的烃的材料特别是油页岩的热解得到的蒸气混合物除尘的装置，该装置适于实施如上描述的方法。所述装置包含至少一个在380-480℃下操作的静电除尘器
优选地，在所述静电除尘器的下游提供冷却器。在另一个实施方案中，可在所述冷却器的下游提供湿式静电除尘器。
在所述干式和/或湿式静电除尘器的下游可提供合适的精馏设备用于分离各种油级分。
在优选的实施方案中，所述精馏设备包含一个或多个静电除尘器，每个静电除尘器与用于调整进入各除尘器的所述VGM的温度到适于分离(冷凝)所述期望的油级分的值的冷却器结合。
现在，在优选的实施方案和附图的基础上更详细地描述本发明。
在附图中：
图1是根据本发明的第一个实施方案的装置的示意图，
图2是根据本发明的第二个实施方案的装置的示意图，和
图3是根据本发明的第三个实施方案的装置的示意图。
在如图1所示的描述本发明的基本概念的本发明的第一个实施方案中，将通过油页岩或任何其他合适的材料热解得到的且具有3-300g/Nm3含尘量的蒸气混合物(VGM)引入到在380-480℃的温度下运行的热的静电除尘器1中。在所述静电除尘器中，将所述粉尘从所述油蒸气中分离且沉降在管壁上，通过振动或敲击可将其从管壁上去除。
然后将所述清洁的(除尘的)油蒸气传导到精馏设备2，例如标准的精馏塔中，用于根据它们的冷凝温度分离各种产物油级分。所述油级分可通过标准的方法得到且具有小于30ppm的含尘量。
在根据图2的稍微更具体的实施方案中，通过油页岩在回转窑3中或任何其他合适的热解设备中热解得到的所述VGM进入到第一静电除尘器4.1。如图2所示，将两个静电除尘器4.1和4.2串联提供且所述VGM连续通过。静电除尘器4.1和4.2都作为干式除尘器在380-480℃、优选地400-460℃的温度下操作，其基本对应于所述回转窑3的出口温度且远远高于所述油的冷凝温度，使得可以避免甚至重质油级分的冷凝。将所述静电除尘器4.1和4.2的温度通过电气式伴热器5.1和5.2或任何其他合适的加热装置来保持。通过电极6.1和6.2提供合适的电压例如5kV-120kV，优选地10kV-30kV以分离通过线路7排出的粉尘。
在所述静电除尘器4之后提供冷却器8用于将所述除尘的VGM冷却到接近环境温度的温度，特别约23℃，然后所述VGM进入也在该温度下操作的湿式静电除尘器9中。将所述湿式除尘器在低于包含在所述气体中的烃的冷凝温度的温度下操作。随着将所述VGM冷却，形成了在所述气流中作为气溶胶分散的小冷凝液滴。将所述冷凝液滴的主要部分在所述冷却器的表面收集，所述液滴保持在气流中，其足够小，通过所述冷凝器。在经过所述电极使将它们带电之后，将它们在所述反电极上分离。因此，所述湿式静电除尘器将来自所述气体的所有湿的/冷凝的组分沉淀。在所述湿式静电除尘器9中，将生成的油气溶胶分离以使得油可以通过线路10排出。由于在冷却器8中已经有一些超重质油级分的冷凝，该冷凝物也可被排出或与从所述湿式静电除尘器9中排出的所述热解油合并。
在根据图3的实施方案中，在两个静电除尘器4.1和4.2之间提供额外的冷却器11。
在所述第一静电除尘器4.1中将粉尘分离并排出。同样在第二实施方案中，将所述静电除尘器4.1在380-480℃，优选地400-460℃的温度下操作。然后所述VGM进入到所述冷却器11中，其中优选用空气间接地冷却到310-360℃的温度。所述油的超重质级分可被冷凝并通过线路12排出。在该实施方案中将所述第二静电除尘器4.2在基本上对应于所述冷却器11的所述出口温度的310-360℃的更低的温度下作为湿式静电除尘器操作。
在所述第二静电除尘器4.2之后，提供将所述VGM冷却到所述环境温度，优选约23℃的额外的冷却器8，优选间接用水冷却，然后再将所述VGM引入到所述湿式静电除尘器9中，在那里可将所述热解油分离且可作为产物排出或用于进一步处理。将所述废气通过线路13排出。
现在将本发明通过实施例的方式进一步解释，实施例分别地基于根据图2和图3的研究设备。
实施例1(基于图2)
表1：蒸气混合物VGM
将所述蒸气混合物(VGM)通过Ⅰ型油页岩的热解生产。VGM的主要组分的质量流量示于表1中。所述VGM料流在430℃下进入两个连续的管式静电除尘器4.1和4.2。两个ESP的管的尺寸是60.3x2.9mm，材料是不锈钢。两个管都是电接地的。将给所述电极6.1和6.2提供的电压控制在5kV-20kV。将所述ESP的管分别通过电气式伴热器5.1和5.2从外面加热，且将壁的温度控制在430℃。每15分钟将ESP通过机械敲打来清洁且将所述分离的粉尘收集在玻璃瓶中。在测试过程中收集的粉尘是52g/h。将所述VGM通过两个静电除尘器清洁粉尘之后，将所述VGM通过间接水冷却(冷却器8)冷却到23℃且将最终的油雾通过湿式静电除尘器(9)从气流中分离出来。将550g/h的热解油料流收集在玻璃瓶中。测定所述油的含尘量且是30ppm(＝0.003wt％)。
实施例2(基于图3)
将所述蒸气混合物(VGM)通过II型油页岩的热解生产。所述VGM的组成示于表2中。所述VGM料流在430℃下进入第一管式静电除尘器4.1。将给所述电极提供的电压控制在5kV-30kV。将所述第一静电除尘器4.1的管通过电气式伴热器5.1从外面加热，且将壁的温度控制在430℃。每15分钟将ESP4.1通过机械敲打来清洁且将所述分离的粉尘收集在玻璃瓶中。在测试过程中收集的粉尘是37g/h。
在所述第一个ESP4.1之后，将VGM通过间接空气冷却器11冷却到315℃的温度。然后所述VGM进入第二个ESP4.2。所述第二个ESP4.2的管通过所述电气式伴热器5.2从外面加热且将壁的温度控制在315℃。将所述油雾和未通过所述第一个ESP4.1收集的残留的粉尘在所述第二个ESP4.2中分离。将所述第二个ESP作为湿式ESP操作。所述油级分与残留的粉尘一起流下所述ESP管且收集在玻璃瓶中。所述第二个ESP4.2不需要机械敲打。将30g/h(收集的总油量的7wt.％)和100ppm的含尘量的热解油的超重质级分从ESP4.2中收集。在所述第二个ESP4.2之后，将所述VGM通过间接水冷却8冷却到23℃且将最终的油雾通过在23℃下操作的湿式ESP9从残留的气流中分离出来。将410g/h(收集的总油量的93wt.％)的热解油料流收集在玻璃瓶中。测定该油料流的含尘量且是小于10ppm(<0.001wt％)。
SC附图标记
1 静电除尘器
2 精馏设备
3 回转窑
4 静电除尘器
5 电气式伴热器
6 电极
7 线路
8 冷却器
9 湿式静电除尘器
10 线路
11 冷却器
12 线路
13 线路
ESP 静电除尘器
VGM 蒸气混合物

Claims (12)

1.用于给通过含烃材料的热解得到的含尘蒸气混合物除尘的方法，其中将所述含尘蒸气混合物在380-480℃的温度下在干式静电除尘器中处理以从蒸气混合物中分离粉尘，在所述静电除尘器中除尘之后，将蒸气混合物冷却且导入到至少一个另外的静电除尘器中，在那里将其在适于分离油的期望的级分的温度下处理。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于蒸气混合物通过含有8-80wt％烃的材料的热解得到。
3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于蒸气混合物包含40-90wt％的C5+烃、4.5-40wt％的C4-烃、0.01-30wt％的不凝级分和2-30wt％的水。
4.根据权利要求1或2的方法，其特征在于所述含尘蒸气混合物的含尘量为3-300g/Nm3。
5.根据权利要求1或2的方法，其特征在于连续地提供所述干式静电除尘器和所述至少一个另外的静电除尘器，其中将蒸气混合物在380-480℃的温度下处理。
6.根据权利要求1或2的方法，其特征在于在所述干式静电除尘器中处理之后，将蒸气混合物冷却到310-360℃的温度。
7.根据权利要求1的方法，其特征在于蒸气混合物通过间接冷却或通过引入额外的油冷却。
8.根据权利要求6的方法，其特征在于在所述冷却步骤之后，将蒸气混合物在310-360℃的温度下在湿式静电除尘器中处理。
9.根据权利要求1或2的方法，其特征在于在所述冷却步骤中和/或在湿式静电除尘器中将重油级分从蒸气混合物中分离。
10.根据权利要求1的方法，其中所述含烃材料是油页岩。
11.用于实施根据上述权利要求中任一项的方法的装置，包含至少一个在380-480℃下操作的静电除尘器和在静电除尘器的下游提供的冷却器，其特征在于，在所述静电除尘器的下游提供精馏设备，所述精馏设备包含一个或多个静电除尘器，所述一个或多个静电除尘器中的每一个与用于调整进入各静电除尘器的蒸气混合物的温度的冷却器结合。
12.根据权利要求11的装置，其特征在于在所述冷却器的下游提供湿式静电除尘器。
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