CN104010730A - 用于从蒸气混合物中获得油的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

在一种用于从通过含烃物质，例如油页岩热解获得的蒸气混合物(VGM)中获得油的方法中，对包含多种油级分的VGM除尘并且基于它们的冷凝温度分离该油级分。为了分离包含在蒸气混合物中希望的油级分，冷却除尘的VGM并且之后在至少两个静电除尘器阶段中在适合相应待分离的油级分的沸点温度对其进行分馏。

Description

用于从蒸气混合物中获得油的方法和设备
本发明涉及一种用于从蒸气混合物中获得油的方法和设备，所述蒸气混合物通过含烃的物质、特别是油页岩的热解获得，其中包含多种油级分的在热解中产生的蒸气混合物进行除尘并且基于油级分的冷凝温度对它们进行分离。
为了从油页岩中获得油，通过热的加热载体(灰)在回转窑中将该油页岩直接加热到大约500℃的温度。由此，来自油页岩的油蒸发形成所谓的蒸气混合物(VGM)。然后该蒸气混合物(还包含了微细颗粒的气体)在冷凝单元中骤冷以获得油。这种油包含颗粒状物质(细粉)，其常规在洗涤器中从油中分离。在洗涤器底部的冷却油中可以发现通过在洗涤器中产生的小液滴收集的灰尘颗粒。因此除尘的油进一步在精馏塔中基于它们的沸点在多重蒸馏中进行进一步处理以分离包含在热解油中的多种油级分。
精馏是标准过程且例如在Ullmann's Encyclopedia ofIndustrial Chemistry,Distillation,chapter4Rectification(多步蒸馏),Weinheim2010,Wiley-VCH Verlag GmbH&Co.KG aA,DOI:10.1002/14356007.B03_04.pub2中进行了描述。但是，在精馏塔中充分控制分级分离存在许多问题。精馏塔通常使用显著量的降低了生产力的回流进行操作。此外，由于在精馏阶段中提供的填料，在塔上存在显著压力损失。
本发明的目的在于提供一种更有效的从油页岩或类似物质中制备油的方法。特别的，应优化包含在通过热解获得的蒸气混合物中的希望的油级分的分离。
根据本发明，提供了一种包括权利要求1的特征的方法，其中冷却除尘的VGM并且之后在至少两个静电除尘器阶段中在适合相应待分离油级分的沸点温度下分馏。因此，本发明用数个静电除尘器和冷却器代替标准的精馏塔。通过静电除尘器进行的冷却和气溶胶沉淀确保捕获几乎所有希望的油级分的油冷凝物液滴而没有额外的能量耗费。与标准的精馏塔相比，静电除尘器不需要任何或至少较少的回流以至于设备建造得更小并且使得该方法更有效。此外，该设备还不需要包含任何填料且压力降小得多。
静电除尘器(ESP)是使用诱导的静电电荷的力从VGM中除去颗粒的颗粒收集装置。
应当注意的是代替油页岩的其他含烃物质，例如油砂、生物质、塑料、废油、包含动物脂肪的物质或包含植物油的物质可以用于本发明的方法，只要可以通过所述物质的热解产生包含油级分的蒸气混合物即可。优选的，该烃物质包含8到80％重量的烃。
取决于希望的油级分的数目，可以调整冷却器和静电除尘器的量以根据它们的沸点限定油级分。
根据本发明优选的实施方案，蒸气混合物包含40到90％重量的C5+烃，4.5到40％重量的C4-烃，0.01到30％重量的不凝级分(即气体例如H2、N2、H2S、SO2、NO等)，以及5到30％重量的水。优选的，蒸气混合物的组成如下：55到85％重量的C5+烃，7到25％重量的C4-烃，0.1到15％重量的不凝级分和7到20％重量的水，更优选蒸气混合物的组成如下：60到80％重量的C5+烃，13到22％重量的C4-烃，0.3到10％重量的不凝级分和7到15％重量的水。在除尘阶段中，在静电除尘器之前，包含在原始热解油中的粉尘粉尘已基本除去使得进入分馏阶段的VGM优选具有<30ppm的粉尘含量。
优选的，静电除尘器在5到120kV的电压下操作。
在本发明优选的实施方案中，对于每个分馏阶段，通过静电除尘器的电极施加的电压单独进行控制使得取决于会逐阶段变化的气体组成提供最佳的电极电压。
VGM的冷却可以在单独的冷却器或在静电除尘器中进行。优选的，提供使用水或空气的间接冷却。对于直接冷却，可以将油注入到VGM中。
可以在顶部或底部将VGM引入到静电除尘器的阶段中以便可能进行顺流或逆流操作。
在本发明优选的实施方案中，一部分从静电除尘器中卸出的油再循环到静电除尘器中以直接冷却除尘器中的VGM。
为了确保进入分馏阶段的VGM非常低的粉尘含量，将源自热解的VGM的除尘在处于380到480℃温度下操作的静电除尘器中进行。这种静电除尘器在高于油的冷凝温度的温度下以干式状态操作以便分离粉尘而没有任何油的冷凝。这显著减少了产物(热解油)的污染使得后续分馏产生较高品质的产物。静电除尘器是高度有效的过滤装置，其最低限度地阻止气体穿过除尘器的流动并且可以容易地从VGM中除去微细的粉尘颗粒。为了实现本发明，静电除尘器可以是管式、板式或腔室式除尘器，其中管式除尘器是优选的。通常，但是本发明还可以使用标准的除尘技术，例如洗涤器或热过滤装置，例如陶瓷或金属或其他耐热烛。
本发明还涉及一种从蒸气混合物中获得油的装置，所述蒸气混合物由含油物质，例如油页岩热解获得，该装置适合进行如上所述的方法并且包括用于从VGM中除去粉尘的除尘阶段和用于基于油级分的沸点分离VGM的油级分的分离阶段。根据本发明，该装置包括至少两个静电除尘器阶段，每一个都与冷却阶段相连并且在适合相应待分离的油级分的沸点的温度下操作。
在一个实施方案中，每个静电除尘器都与单独的冷却器相连。
优选的，电极和除尘器壁之间的距离为100到1000mm，更优选为200到600mm。
在另一个优选的实施方案中，静电除尘器形成为包括用于各分馏步骤的电极的冷凝塔。因此，虽然为有效制限制以多个阶段分馏提供了单独的电极，但是紧凑的结构还是有可能的。
在冷凝塔中，静电除尘器包括多个对应于待分离的油级分数的塔板，使得可以容易地捕获这些油级分并将其卸出。
优选的是静电除尘器具有冷却壁(有/没有增加的表面)，这协助或代替单独的冷却器。因此，更紧凑的结构也是有可能的。
现在将基于优选的实施方案和附图更详细描述本发明。
附图中：
图1是根据本发明第一个实施方案的装置的示意图，
图2根据第一个实施方案的装置的改进，
图3是基于根据图2的装置模拟蒸馏的结果，
图4是根据本发明第二个实施方案的装置，
图5是根据第二个实施方案的装置的改进，
图6是基于根据图5的装置模拟蒸馏的结果。
在如图1所示的本发明第一个实施方案中，用于获得油的装置包括用于对通过油页岩或任何其他合适的物质的热解获得的蒸气混合物(VGM)除尘的第一静电除尘器(ESP)1。静电除尘器1在380到480℃的温度下操作，并且通过电极2施加5到120kV的电压。因此，粉尘从油蒸气中分离并且在管壁上沉降，从那里它可以通过拍打或其他合适的机械措施除去。通过管线3卸出粉尘。静电除尘器1可以具有一个或多个阶段并且合并了干式的和湿式静电除尘器。
在静电除尘器1中的除尘阶段之后，提供了多个分馏阶段用于将由除尘阶段获得的热解油分离为不同的油级分。每一个这种分馏阶段都包括冷却器4和后续的静电除尘器5。静电除尘器优选作为湿式静电除尘器操作。湿式除尘器在低于包含在气体中的烃的冷凝温度以下操作。随着VGM冷却，形成作为气体物流中分散的气溶胶的小冷凝液滴。大部分冷凝液滴被收集在冷却器表面，保留在气体物流中的液滴足够小穿过冷却器。通过电极对它们施加电荷之后，它们在反电极处分离。由此，湿式静电除尘器从气体中沉淀了所有湿/冷凝组分。静电除尘器5是管式过滤器，其中电极7(包括电场和除尘器壁5a)之间的合适距离是100到1000mm，优选200到600mm。这明显取决于静电除尘器的尺寸。
在冷却器4中，VGM冷却到对应于希望的油级分的沸点/冷凝点的温度。例如，在第一分馏阶段中(冷却器4.1和静电除尘器5.1)，VGM冷却到大约270℃以便冷凝重质油级分。静电除尘器5.1在冷却器下游温度±10℃的恒定温度下操作。在冷却器4.1中冷凝的油级分积聚并且通过管线6.1卸出。在静电除尘器5.1中，通过电极7.1施加5到120kV的电压。该电场离子化的液滴由此加强了在壁上的沉积使得冷凝的重质油级分可以通过管线8卸出。
然后将剩余的VGM引入到下一个分馏阶段中，其基本上对应于第一分馏阶段，但是却在对应于下一个重质油级分的沸点/冷凝点的较低温度下操作。分馏阶段1到n的数目对应于待分离的希望油级分的数目。分馏阶段之间的温度差异通过各自的冷却器4和静电除尘器5确定例如为50℃。但是，调节分馏阶段之间的温度间隔是规则的。同样可能的是取决于希望的油级分选择不规则的间隔。
在根据图2的第一个实施方案的改进中，更详细显示了分馏阶段。静电除尘器5.1和5.2的温度通过各自的电气式伴热装置9或任何其他合适的加热装置保持。
在除尘阶段的下游，除尘的VGM在冷却器4.1中在进入第一静电除尘器5.1之前通过间接空气冷却而进行冷却。与之相反，冷却器4.2上游的第二静电除尘器5.2提供为间接水冷却器。该冷却介质可以根据需要选择。
虽然图2显示了仅用于分离热解油的重质级分和轻质级分的两个静电除尘阶段5.1和5.2，但是可以容易理解的是可以提供额外的冷却阶段4和静电除尘器5以提高分馏的选择性并且获得更多的油级分。
在根据图4的实施方案中，除尘的VGM的分馏在作为冷凝塔形成的静电除尘器10中进行，该冷凝塔包括用于各分馏步骤的电极11。
将离开除尘阶段1的VGM气体引入到静电除尘器10的下半部分12中。从这里，它进入静电除尘器的第一阶段中，在其中它冷却到预定的温度，例如通过注入循环油或通过冷却壁或部件，使得重质油级分冷凝并收集在塔板13.1上且从塔中卸出。将剩余的VGM引入预定的较低温度的下一个阶段中以冷凝下一个希望的油级分，其收集在塔板13.2上并且从塔中卸出。然后将剩余的VGM引入到在用于冷凝高沸点级分(轻质油级分)的预定温度下操作的下一个阶段中，所述高沸点级分(轻质油级分)收集在塔板13.3上轻质油并且从塔中卸出。通过管线14卸出废气。
对于静电除尘器10的每一个阶段都提供电极11，其在各个阶段中施加适合气体组成的合适的电压，通常在5到120kV之间。
图5显示了静电除尘器10更详细的结构。基于简化的目的，仅显示了两个用于卸出重质油物流和轻质油物流的分馏阶段。
将除尘的VGM引入静电除尘器10的下半部分12中。在静电除尘器10的底部收集的重质油借助泵15.1卸出并且在间接水冷却器16.1中冷却。然后该油物流分离成通过管线17.1卸出的产物流和通过再循环管线18.1卸出的再循环到塔中的再循环物流，并且通过喷嘴19.1将其引入到静电除尘器中以便冷却引入到静电除尘器10中的VGM。由此，重质油级分冷凝并且在塔的底部进行收集，且其通过泵15.1卸出。剩余的VGM在大约270℃进入静电除尘器10的上半部分20。在与下半部分12相似的结构中，在塔板21上收集在静电除尘器的上半部分20中冷凝的油级分并且通过泵15.2卸出，且其在冷却器16.2中间接冷却到室温。再一次的，该油物流分成通过管线17.2卸出的产物流和通过喷嘴19.2到静电除尘器中的再循环物流，以便冷却由下半部分12进入的VGM。通过管线14卸出废气。
电极11居中安装在静电除尘器10的顶板22上并且延伸入静电除尘器的相应部分12、20。电极11.1和11.2通过隔板23相互分开。
虽然图5仅显示了用于获得重质油级分和轻质油级分的静电除尘器10的两个部分12、20，但是可以容易的理解的是为了提高静电除尘器10的选择性和获得额外的油级分，还可以提供额外的部分。
现在本发明将进一步通过实施例的方式进行解释说明，所述实施例分别基于根据图2和图5的研究设备。
实施例1(基于图2)
表1：蒸气混合物VGM
通过油页岩类型I的热解制备蒸气混合物(VGM)并且之后对其除尘。VGM的组成如表1所示。除尘的VGM物流于430℃进入间接空气冷却器4中并且冷却到280℃。由于冷却到280℃，VGM物流的重质组分冷凝。一部分冷凝的相在冷却器中从气体物流中分离，但是冷凝相的大部分级分却作为微细气溶胶离开。然后通过静电除尘器5分离微细气溶胶。静电除尘器的温度通过电气式伴热装置9控制到280℃。施用于电极7的电压控制在5kV到20kV之间。通过空气冷却器4.1和静电除尘器5.1以37g/h(占总收集的油的12wt.-％)收集热解油的重质级分。
然后将剩余的VGM冷却到23℃并且使其进入同样在23℃下操作的管式静电除尘器5.2中。施用于电极的电压控制在5kV到20kV之间。以275g/h(占总收集的油的88wt.-％)收集热解油的轻质级分。
图3显示了重质油和轻质油级分的模拟蒸馏结果。该结果表明两种获得的油级分的沸点曲线有较大的差异。
实施例2(基于图5)
表2：蒸气混合物VGM
通过油页岩类型II的热解制备蒸气混合物(VGM)并且之后对其除尘。VGM的组成如表2所示。除尘的VGM物流进入冷凝单元10的下半部分12中。冷凝单元是管状排列的静电除尘器。将12-17kV的电压施用于电极11.1。通过由喷嘴19.1注入的重质油再循环物流将该VGM冷却到大约270℃。该注入的重质油雾化并且其他冷凝的VGM级分通过电场从气体物流中分离。泵15.1将重质油泵入喷嘴19.1。间接水冷却器16.1之后，重质油的某级分作为重质油产物流除去。剩余的级分通过喷嘴19.1再循环到静电除尘器10中。
剩余的VGM在大约270℃进入静电除尘器10的上半部分20。将15-25kV的电压施用于电极11.2。通过由喷嘴19.2注入冷凝单元中的轻质油再循环物流将剩余的VGM冷却到大约23℃。注入的轻质油雾化并且通过电场从气体物流中分离剩余VGM的其他冷凝级分。泵15.2通过冷却器16.2将轻质油泵入喷嘴19.2。间接水冷却器16.2之后，轻质油的某一级分作为轻质油产物物流除去。剩余的级分通过喷嘴19.2再循环到静电除尘器10中。废气通过管线14离开冷凝单元。以400g/h卸出热解的水物流，其在获得的由级分中形成分离相并且可以通过已知的技术分离，例如倾泻或类似方法。
以500g/h(占总收集的油的86％)收集轻质油产物物流(管线17.2)并且以80g/h(占总收集的油的14％)收集重质油产物物流(管线17.1)。
图6显示了轻质油和重质油产物的模拟蒸馏结果。
参考数字
1   静电除尘器
2   电极
3   管线
4   冷却器
5   静电除尘器
5a  除尘器壁
6   管线
7   电极
8   管线
9   电气式伴热
10  静电除尘器(冷凝塔)
11  电极
12  静电除尘器10的下半部分
13  塔板
14  管线(废气)
15  泵
16  冷却器
17  管线
18  循环管线
19  喷嘴
20  静电除尘器10的上半部分
21  塔板
22  顶板
23  隔板
ESP 静电除尘器
VGM 蒸气混合物

Claims (15)

1.一种用于从通过含烃物质，例如油页岩的热解获得的蒸气混合物(VGM)中获得油的方法，其中对包含多种油级分的该VGM除尘并且基于油级分的冷凝温度将它们分离，其特征在于，冷却除尘的VGM并且之后在至少两个静电除尘器阶段中在适合待分离的相应油级分的沸点的温度下对其进行分馏。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于VGM包括10-90％重量的C5+烃，4.5-40％重量的C4-烃，0.01-30％重量的不凝级分和2-30％重量的水。
3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于静电除尘器在5到120kV的电压下操作。
4.根据前述权利要求中任一项的方法，其特征在于对于各个分馏阶段单独控制通过静电除尘器的电极施加的电压。
5.根据前述权利要求中任一项的方法，其特征在于在静电除尘器中冷却VGM。
6.根据前述权利要求中任一项的方法，其特征在于在顶部或底部将VGM引入静电除尘器的阶段中。
7.根据前述权利要求中任一项的方法，其特征在于从静电除尘器中卸出的一部分油再循环到静电除尘器中用于冷却VGM。
8.根据前述权利要求中任一项的方法，其特征在于在分馏之前，在380℃到480℃的温度下操作的静电除尘器中对VGM除尘。
9.一种用于从通过含烃物质，例如油页岩的热解获得的蒸气混合物(VGM)中获得油，特别是用于实施根据前述权利要求中任一项的方法的设备，其包括用于从VGM中除去粉尘的除尘阶段和用于基于VGM的油级分的沸点将它们分离的分离阶段，其特征在于至少两个静电除尘器阶段(5，12，20)各自与冷却阶段相连并且在适合待分离的相应油级分的沸点温度下操作。
10.根据权利要求9的设备，其特征在于每个静电除尘器(5)都与分离冷却器(4)相连。
11.根据权利要求9或10的设备，其特征在于静电除尘器(5)中电极(7)和除尘器壁(5a)之间的距离为100到1000mm。
12.根据权利要求9的设备，其特征在于静电除尘器(10)形成为包括用于各分馏步骤的电极(11)的冷凝塔。
13.根据权利要求12的设备，其特征在于静电除尘器(10)包括的塔板(13)的数目对应于待分离的油级分的数目。
14.根据权利要求9到13中任一项的设备，其特征在于静电除尘器(10)具有冷却壁。
15.根据权利要求9到14中任一项的设备，其特征在于在用于对VGM除尘的分馏阶段的上游提供在380到480℃下操作的静电除尘器(1)。
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