CN105131992B - 油页岩快速热解的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种油页岩快速热解的系统和方法，该系统包括：快速热解反应器和喷淋塔，其中，快速热解反应器包括反应器本体、多层蓄热式辐射管、油页岩入口、布料器、布料气入口、多个热解气出口、半焦出口；快速热解反应器适于采用蓄热式辐射管对油页岩进行快速热解处理，得到半焦和热解气；喷淋塔与多个热解气出口相连，且适于采用冷却液对热解气进行喷淋处理，得到页岩油和燃气。该系统可以实现油页岩的快速热解，并且所得页岩油产率较高。

Description

油页岩快速热解的系统和方法

技术领域

本发明属于化工领域，具体而言，本发明涉及一种油页岩快速热解的系统和方法。

背景技术

油页岩热解系统根据加热方式可以分为直接传热炉和间接传热炉，而直接传热炉根据采取的热载体不同可以分为固体热载体和气体热载体热解炉。由于直接传热比间接传热速度快、效率高，所以现代干馏技术主要采用直接传热炉。目前基于直接传热炉开发的技术主要有澳大利亚的ATP炉(固体热载体)，爱沙尼亚的葛洛特(Galoter)炉(固体热载体)和美国Tosco公司开发的Tosco-Ⅱ油页岩干馏技术(固体热载体)，近两年国内研究的油页岩热解系统主要有大连理工大学的DG技术(固体热载体)和以上海博生公司研制的油页岩流化床干馏及脱碳工艺(气体热载体)，但采取热载体的直接加热技术涉及热载体的分离、再热等，工艺复杂，导致系统连续开机时间不长。而间接传热炉主要包括旋转窑、步进炉和旋转炉等，但都存在机械运动，设备结构复杂、维护成本高，而且间接传热一般热效率不高。

因此，现有的油页岩热解技术有待进一步改善。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种油页岩快速热解的系统和方法，该系统可以实现油页岩的快速热解，并且所得页岩油产率较高。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种油页岩快速热解的系统。根据本发明的实施例，该系统包括：

快速热解反应器，

所述快速热解反应器包括：

反应器本体，所述反应器本体内限定出反应空间，所述反应空间自上而下形成分散区、热解区和出料区；

多层蓄热式辐射管，所述多层蓄热式辐射管在所述热解区中沿所述反应器本体高度方向间隔分布，并且每层所述蓄热式辐射管包括多个沿水平方向间隔分布的蓄热式辐射管；

布料器；

油页岩入口，所述油页岩入口位于所述分散区且位于所述布料器的上方；

布料气入口，所述布料气入口位于所述分散区且与所述布料器相连通，以便采用布料气将所述布料器中的油页岩吹出进入分散区，均匀地落入热解区；

多个热解气出口，所述多个热解气出口分别设置在所述分散区和/或所述热解区；

半焦出口，所述半焦出口设置在所述出料区；

其中，所述快速热解反应器适于采用所述蓄热式辐射管对油页岩进行快速热解处理，以便得到半焦和热解气；

喷淋塔，所述喷淋塔与所述多个热解气出口相连，且适于采用冷却液对所述热解气进行喷淋处理，以便得到页岩油和燃气。

在本发明的油页岩快速热解反应系统中，蓄热式辐射管以多层的方式布置。相邻的两个蓄热式辐射管在水平方向上和竖直方向上以一定的间距隔开。

温度场

根据本发明的一个实施例，多层蓄热式辐射管用于提供热源，使得在热解区形成一个或多个温度场，并且每个温度场的温度是均匀的，由此，在热解区形成温度梯度。

例如，在本发明的一个实施例中，所述热解区自上而下形成预热段、快速热解段和完全热解段。(即，形成了3个温度场)

温度场的个数以及温度梯度可根据需要设置。

温度场的温度可通过多种方式调节，例如，调整蓄热式辐射管在水平方向和/或竖直方向上的个数；蓄热式辐射管的层数；蓄热式辐射管彼此之间的间距(竖直方向和/或水平方向)；各蓄热式辐射管本身的温度；等等。

在本发明的一个实施例中，蓄热式辐射管上设置有燃气调节阀，用于调整通入蓄热式辐射管的燃气的流量，从而能够精确控制蓄热式辐射管的温度。

蓄热式辐射管

蓄热式辐射管在管体的两端分别具有燃烧器，在一端燃烧器燃烧产生的火焰在喷出时形成温度梯度，即，从燃烧器向外温度逐渐降低。类似的是，在另一端燃烧器燃烧产生的火焰在喷出时也形成温度梯度。当两端的燃烧器交替进行燃烧时，所形成的两个温度梯度叠加，使得温度互补，导致整个蓄热式辐射管整体的温度均匀。例如，单根所述蓄热式辐射管上的温度差不大于30℃。

本发明的油页岩快速热解反应系统使用本发明的蓄热式辐射管的布置方式，由于蓄热式辐射管本身固有的属性(如上所述，在蓄热式辐射管两端的燃烧器能够快速交替燃烧，实现蓄热式燃烧)，允许根据需要在反应器布置一个或多个不同的温度场，实现温度梯度并且确保每个温度场具有均匀的温度。

在本发明的一个实施方案中，各蓄热式辐射管的温度相同或不同，只要确保温度场的温度均匀即可。

在本发明的一个实施方案中，介于相邻蓄热式辐射管之间的间距可以相同或不同，只要确保温度场的温度均匀即可。例如，相邻所述蓄热式辐射管外壁间的水平距离和竖直距离分别独立地为100～500mm，例如200～300mm，例如200mm，例如300mm。

在所述热解区自上而下形成预热段、快速热解段和完全热解段的实施例中，在预热段中的各蓄热式辐射管的温度相同或不同，优选相同，只要确保预热段的温度均匀即可。

在所述热解区自上而下形成预热段、快速热解段和完全热解段的实施例中，在快速热解段中的各蓄热式辐射管的温度相同或不同，优选相同，只要确保快速热解段的温度均匀即可。

在所述热解区自上而下形成预热段、快速热解段和完全热解段的实施例中，在完全热解段中的各蓄热式辐射管的温度相同或不同，优选相同，只要确保完全热解段的温度均匀即可。

虽然并不限于理论，但据信，如果油页岩在热解区不能均匀受热，局部温度过高则导致热解过程中局部油页岩发生高温裂解，使热解产物中部分能产页岩油的高分子物质直接生成了燃气和半焦，或者局部温度过低则导致热解过程中局部油页岩热解不充分，致使油页岩中的挥发分不能释放出来，从而降低了页岩油产率。

在本发明中，当蓄热式辐射管被布置成形成一个或多个温度场时，由于温度场各自的温度是大致均匀的，因此，油页岩在落入各温度场时均匀受热，发生反应的程度大体相同。由此，顺而避免页岩油产率下降。

热解气的快速导出

利用本发明的油页岩快速热解反应系统，能够在油页岩热解之后实现热解气的快速导出。具体而言，在本发明的一个实施方案中，油页岩快速热解反应系统的反应器在热解区的侧壁和/或分散区的顶壁上设有一个或多个热解气出口。在热解反应过程中，产生热解气，使得该反应器内部的压力升高。产生的热解气在升高的压力的驱使下快速从热解气出口导出。

在本发明的一个优选实施方案中，在反应器外部设有与热解气出口连通的抽气装置，有利于将热解气从该反应器中快速导出。

热解过程中产生的热解气从反应器侧部导出，而位于热解气出口处、反应器内侧的热解气与上方落下来的物料接触，把进入反应器侧部的热解气中的细尘在所述物料重力作用下被携带下落，使得导出的热解气中含尘率低，从而冷却后得到的页岩油中含尘率低。

热解气出口是至少2个，例如2-100个，3-80个，5-70个，10-50，20-40，30-40个。更具体而言，热解气出口是8个、15个、22个或28个。本发明并不限于此。

热解气的快速冷却

从热解气出口导出的热解气通过冷却装置被快速冷却，由此将不可凝气体与页岩油分离。

布料

另外本发明通过使用布料器，可以使得油页岩在热解区中均匀分散，进而显著提高装置的运行稳定性。

油页岩

通过设置的布料系统使小颗粒油页岩分散的、均匀的进入热解反应器，小颗粒油页岩在均匀的温度场中经换热，每个油页岩颗粒都受热均匀，避免了油页岩团聚造成升温速率不均匀和降低进而导致油气产率下降的问题。例如油页岩粒径小于3mm。

效果

由于采用本发明的蓄热式辐射管布置方式，油页岩在热解过程中在反应器内能够被快速升温。同时产生的热解气能够被快速导出反应器并且被快速冷却。由此减少了在热解过程、导出过程和冷却过程中可能发生的二次反应(该反应会降低页岩油产率)，因此，所得的页岩油产率被显著提高。

同时较传统的使用气体热载体或固体热载体作为热解热源的热解反应装置相比，本发明的快速热解的系统不需要设置预热单元和载体分离单元，从而可以极大简化快速热解反应工艺流程，进而显著降低装置的故障率。

本发明通过采用特定的蓄热式辐射管布置方式，可以在反应器中形成一个或多个温度场并能够确保每个温度场的温度均匀，同时允许反应器各个温度场的温度是可控的。由此，使油页岩在反应器中能够均匀受热，实现快速烘干和更充分的热解，进而提高了页岩油产率，提高了油页岩的快速热解效率。

另外，根据本发明上述实施例的油页岩快速热解的系统还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，所述油页岩快速热解的系统进一步包括：气化炉，所述气化炉分别与所述半焦出口和所述蓄热式辐射管相连，且适于对所述半焦进行气化处理，以便产生可燃气，并将所述可燃气供给至所述蓄热式辐射管。由此，利用热解产物半焦进行气化，可以弥补油页岩热解气产率不足的缺点，从而可以显著降低油页岩的快速热解处理成本。

在本发明的一些实施例中，所述油页岩快速热解的系统进一步包括：油页岩料斗，所述油页岩料斗适于存储油页岩；烘干提升管，所述烘干提升管分别与所述油页岩料斗和所述油页岩入口相连，且适于采用热烟气对所述油页岩进行烘干和提升，并将得到的干燥油页岩供给至所述快速热解反应器中；以及第一风机，所述第一风机分别与所述蓄热式辐射管和所述烘干提升管相连，且适于将所述蓄热式辐射管产生的高温烟气供给至所述烘干提升管作为所述热烟气使用。由此，使得油页岩入炉时水分小，耗热少，从而实现油页岩的快速加热，可以进一步提高油页岩的热解效率。

在本发明的一些实施例中，所述油页岩快速热解的系统进一步包括：油泵，所述油泵与所述喷淋塔相连，且适于将所述页岩油的一部分返回至所述喷淋塔作为所述冷却液使用；储油罐，所述储油罐与所述油泵相连，且适于储存另一部分所述页岩油；燃气储罐，所述燃气储罐与所述喷淋塔相连，且适于储存所述燃气；第二风机，所述第二风机分别与所述燃气储罐和所述蓄热式辐射管相连，且适于将所述燃气的一部分供给至所述蓄热式辐射管；以及第三风机，所述第三风机分别与所述燃气储罐和所述布料气入口相连，且适于将所述燃气的另一部分供给至所述布料气入口作为布料气使用。由此，可以实现冷却液和燃料的循环利用，从而显著降低成本。

在本发明的一些实施例中，每层所述蓄热式辐射管包括多个平行并且均匀分布的蓄热式辐射管且每个所述蓄热式辐射管与相邻上下两层蓄热式辐射管中的每一个蓄热式辐射管平行并且沿反应器本体高度方向错开分布。由此，物料进入反应器可以通过辐射管进行物料均布，保障了物料在反应器的均匀加热，从而进一步提高油页岩的快速热解效率。

在本发明的一些实施例中，所述反应器本体的高度为2～20m，所述蓄热式辐射管的管径为100～500mm，相邻所述蓄热式辐射管外壁间的水平距离和竖直距离分别独立地为100～500mm。由此，可以保障油页岩快速热解停留时间，从而进一步提高油页岩的快速热解效率。

在本发明的一些实施例中，蓄热式辐射管为蓄热式燃气辐射管，即通过辐射管管体将燃烧燃气产生的热量以辐射的方式进行供热。

在本发明的一些实施例中，所述蓄热式辐射管上设置有燃气调节阀，使用多层蓄热式辐射管提供热解过程所需的热源，能够调整通入蓄热式辐射管的燃气的流量，从而能够精确控制热解过程的温度。

在本发明的一些实施例中，多层蓄热式辐射管的层数可以为6-30层。发明人发现，该种结构布置可以使得热解区中温度场分布均匀，从而可以显著提高油页岩的快速热解效率，进而提高页岩油的产率。

在本发明的一些实施例中，单根所述蓄热式辐射管上的温度差不大于30℃，所述热解区自上而下形成预热段、快速热解段和完全热解段，所述预热段的蓄热式辐射管温度为550～900℃，所述快速热解段的蓄热式辐射管温度为500～800℃，所述完全热解段的蓄热式辐射管温度为500～800℃。由此，可以实现反应器各个区域温度均匀，并调节反应器各个区域温度，实现油页岩的快速烘干和完全热解，进一步提高油页岩的快速热解效率。

在本发明的另一个方面，本发明提出了一种油页岩快速热解的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：

将油页岩从所述油页岩入口供给至所述反应空间中，将可燃气和空气分别供给至所述蓄热式辐射管中，使得所述可燃气在所述蓄热式辐射管中燃烧产生热量对所述油页岩进行快速热解处理，以便得到热解气和半焦；以及

在喷淋塔中，采用冷却液对经所述热解气出口排出的所述热解气进行喷淋处理，以便得到页岩油和燃气。

根据本发明实施例的油页岩快速热解的方法通过使用多层蓄热式辐射管为热解过程提供热源，可以通过调整通入蓄热式辐射管的燃气的流量来实现对热解过程的精确控温，并且蓄热式辐射管通过两端的快速换向和蓄热式燃烧，保证了温度场的均匀性，从而可以显著提高油页岩的快速热解效率，进而提高页岩油的产率，同时较传统的使用气体热载体或固体热载体作为热解热源的热解反应装置相比，本发明的快速热解的系统不需要设置预热单元和载体分离单元，从而可以极大简化快速热解反应工艺流程，进而显著降低装置的故障率且所得油页岩中含尘率较低，另外本发明通过使用布料器，可以使得油页岩在热解区中均匀分散，并且又能防止油页岩对辐射管的磨损，进而显著提高装置的运行稳定性。

另外，根据本发明上述实施例的油页岩快速热解的方法还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，所述热解区自上而下形成预热段、快速热解段和完全热解段，所述预热段的蓄热式辐射管温度为550～900℃，所述快速热解段的蓄热式辐射管温度为500～800℃，所述完全热解段的蓄热式辐射管温度为500～800℃。由此，可以实现反应器各个区域温度均匀，并调节反应器各个区域温度，实现油页岩的快速烘干和完全热解，进一步提高油页岩的快速热解效率。

在本发明的一些实施例中，所述油页岩快速热解的方法进一步包括：采用所述气化炉对所述半焦进行气化处理，以便得到可燃气，并将所述可燃气供给至所述蓄热式辐射管。

在本发明的一些实施例中，所述油页岩的粒径低于3mm，所述油页岩的快速热解反应时间为2～30秒。由此，可以进一步提高油页岩的快速热解反应效率。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明一个实施例的油页岩快速热解的系统结构示意图；

图2是根据本发明一个实施例的油页岩快速热解的系统中的快速热解反应器的结构示意图；

图3是根据本发明再一个实施例的油页岩快速热解的系统结构示意图；

图4是根据本发明又一个实施例的油页岩快速热解的系统结构示意图；

图5是根据本发明又一个实施例的油页岩快速热解的系统结构示意图；

图6是根据本发明又一个实施例的油页岩快速热解的系统结构示意图；

图7是根据本发明一个实施例的油页岩快速热解的方法流程示意图；

图8是根据本发明再一个实施例的油页岩快速热解的方法流程示意图；

图9是根据本发明又一个实施例的油页岩快速热解的方法流程示意图；

图10是根据本发明又一个实施例的油页岩快速热解的方法流程示意图；

图11是根据本发明又一个实施例的油页岩快速热解的方法流程示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种油页岩快速热解的系统。下面参考图1-5对本发明实施例的油页岩快速热解的系统进行详细描述。根据本发明的实施例，该系统包括：

快速热解反应器100：根据本发明的实施例，参考图2，快速热解反应器100包括反应器本体10，反应器本体10内限定出反应空间11，根据本发明的具体实施例，反应空间11自上而下形成分散区12、热解区13和出料区14。

根据本发明的实施例，反应空间11中具有多层蓄热式辐射管15和布料器16。

根据本发明的实施例，反应器本体10上具有油页岩入口101、布料气入口102、多个热解气出口103和半焦出口104。

根据本发明的实施例，油页岩入口101位于分散区12且位于布料器16的上方，且适于将油页岩供给至反应空间11中并经布料器后均匀分散在热解区中。具体的，油页岩入口101可以位于分散区12的侧壁上。

根据本发明的实施例，布料气入口102位于分散区12内部且与布料器16相连通，且适于向布料器16中供给布料气(氮气等)，以便将布料器16中的油页岩吹出进入分散区12，从而使得油页岩在热解区中均匀分布，进而进一步提高油页岩的快速热解效率。具体的，布料气入口102可以位于分散区12的侧壁上。

根据本发明的实施例，多层蓄热式辐射管15在热解区13中沿反应器本体10高度方向间隔分布，并且每层蓄热式辐射管包括多个沿水平方向间隔分布的蓄热式辐射管，根据本发明的具体实施例，每层蓄热式辐射管包括多个平行并且均匀分布的蓄热式辐射管且每个蓄热式辐射管与相邻上下两层蓄热式辐射管中的每一个蓄热式辐射管平行并且沿反应器本体高度方向错开分布。根据本发明的具体示例，蓄热式辐射管的管径可以为100～500mm。由此，可以显著提高油页岩的快速热解效率，进而提高页岩油的产率。

根据本发明的实施例，相邻蓄热式辐射管外壁间的水平距离和竖直距离分别独立地为100～500mm。需要解释的是，相邻蓄热式辐射管外壁间的水平距离可以理解为在同层上蓄热式辐射管外壁间的距离，而相邻蓄热式辐射管外壁间的竖直距离可以理解为相邻上下两层间的相邻蓄热式辐射管外壁间的距离。

根据本发明的实施例，多层蓄热式辐射管的层数可以为6-30层。发明人发现，该种结构布置可以使得热解区中温度场分布均匀，从而可以显著提高油页岩的快速热解效率，进而提高页岩油的产率。

根据本发明的实施例，蓄热式辐射管可以为蓄热式燃气辐射管，即通过在辐射管管体中燃烧燃气以热辐射的方式进行供热。根据本发明的具体实施例，蓄热式辐射管上可以设置有燃气调节阀(未示出)。由此，可以通过调整燃气调节阀调节通入蓄热式辐射管的燃气的流量来等实现对热解过程的精确控温，从而可以显著提高油页岩的快速热解效率，进而提高页岩油的产率。

具体的，可以通过调整通入蓄热式辐射管的燃气的流量等实现对热解过程的精确控温，并采用快速切换阀，使得单个辐射管的温度场相差不大于30℃，从而保证反应空间中温度场的均匀性。

根据本发明的实施例，热解区自上而下形成预热段、快速热解段和完全热解段，预热段的蓄热式辐射管温度为550～900℃，快速热解段的蓄热式辐射管温度为500～800℃，完全热解段的蓄热式辐射管温度为500～800℃。由此，可以进一步提高油页岩的热解效率。

根据本发明的实施例，布料器16可以位于分散区12内部，且适于采用氮气等惰性气体将布料器16中的油页岩吹出进入分散区，均匀地落入热解区，从而使其均匀散落在热解区中。由此，较传统快速热解工艺相比，本发明通过采用布料器可以省去转动(搅拌)单元，进而显著降低装置的故障率。需要说明的是，本文中的“布料器”可以为现有技术中采用气体将油页岩吹散的任意装置。具体的，布料器16可以位于分散区12的侧壁上。

根据本发明的实施例，多个热解气出口103可以分别设置在分散区12和/或热解区13。根据本发明的具体实施例，多个热解气出口103可以分别设置在分散区12的顶端和/或热解区13的侧壁上。发明人发现，通过采用顶端出气和/或侧壁出气结合的方式，可以使得热解气中的半焦被沉降分离，从而显著降低热解气的含尘率。从工艺设计的角度，从热解区的侧壁出气的方式是优选的。

根据本发明的实施例，半焦出口104可以设置在出料区14，且适于将热解生成的半焦排出出料区。具体的，半焦出口104可以设置在出料区14的底端。

根据本发明的实施例，分散区12的内壁面可以呈球面型或锥形。由此，可以使得经布料器打散的油页岩经分散区后均匀洒落在热解区，从而进一步提高油页岩的热解效率。

根据本发明的实施例，出料区14可以呈倒锥形。由此，可以使得热解生成的半焦顺利排出出料区。

根据本发明的实施例，反应器本体10的高度可以为2～20m。由此，可以实现对油页岩的完全热解。

根据本发明的实施例，快速热解反应器适于采用蓄热式辐射管对油页岩进行快速热解处理，以便得到半焦和热解气。由此，可以制备得到价值高的页岩油。根据本发明的一个实施例，油页岩的粒度并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，油页岩的粒度可以低于3mm。由此，可以解决现有技术中粉状油页岩无法利用的难题。根据本发明的再一个实施例，油页岩的快速热解时间为2～30秒。由此，可以有效降低热解产物的二次热解反应和交联反应程度，从而显著提高页岩油的产率。

喷淋塔200：根据本发明的实施例，喷淋塔200与多个热解气出口103相连，且适于采用冷却液对热解气进行喷淋处理，从而可以得到页岩油和燃气。根据本发明的具体实施例，喷淋塔200内部可以设置有多层喷嘴21，并且喷淋塔200内部位于每层喷嘴的下方均设置有填料22。由此，可以实现燃气的捕捉和净化，从而显著提高燃气和页岩油的分离效率。具体的，喷淋塔内部可以设置有两层喷嘴。需要说明的是，每层喷嘴中可以包括多个喷嘴。根据本发明的一个实施例，冷却液的具体类型并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，冷却液可以采用页岩油。根据本发明的再一个实施例，热解气在喷淋塔中在1～2秒内从450～500摄氏度降至60摄氏度以下。由此，可以进一步提高燃气和页岩油的分离效率。

根据本发明实施例的油页岩快速热解反应系统通过使用多层蓄热式辐射管为热解过程提供热源，可以通过调整通入蓄热式辐射管的燃气的流量来实现对热解过程的精确控温，并且蓄热式辐射管通过两端的快速换向和蓄热式燃烧，保证了温度场的均匀性，从而可以显著提高油页岩的快速热解效率，进而提高页岩油的产率，同时较传统的使用气体热载体或固体热载体作为热解热源的热解反应装置相比，本发明的快速热解的系统不需要设置预热单元和载体分离单元，从而可以极大简化快速热解反应工艺流程，进而显著降低装置的故障率且所得油页岩中含尘率较低，另外本发明通过使用布料器，可以使得油页岩在热解区中均匀分散，并且又能防止油页岩对辐射管的磨损，进而显著提高装置的运行稳定性。

参考图3，根据本发明实施例的油页岩快速热解的系统进一步包括：

气化炉300：根据本发明的实施例，气化炉300分别与半焦出口104和和蓄热式辐射管15相连，且适于对半焦进行气化处理，从而可以产生可燃气，并将该可燃气供给至蓄热式辐射管中。由此，通过使用系统内部产生的半焦进行气化产生可燃气，可以显著节省原料成本，并且不需要额外设置可燃气供给装置，从而显著降低处理成本。

参考图4，根据本发明实施例的油页岩快速热解的系统进一步包括：

油页岩料斗400：根据本发明的实施例，油页岩料斗400适于存储油页岩。需要说明的是，本文中的“油页岩料斗”可以为现有技术中存在的可以用于储存油页岩的任何装置。

烘干提升管500：根据本发明的实施例，烘干提升管500分别与油页岩料斗400和油页岩入口101相连，且适于在将油页岩进行快速热解反应之前，采用热烟气对油页岩进行干燥和提升，并将得到的干燥的油页岩供给至快速热解反应器100中。根据本发明的一个实施例，热烟气的温度并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，热烟气的温度可以为200～250℃。由此，不仅可以充分利用烟气的余热，使得系统能耗显著降低，而且可以有效避免油页岩温度过高带来的着火安全隐患。具体的，本领域技术人员也可以采用旋风分离器对经过干燥的油页岩混合物进行气固分离，并将所得的干燥油页岩储存至干燥油页岩料斗中，然后通过干燥油页岩料斗向快速热解反应器中供给干燥油页岩进行快速热解反应，同时将经旋风分离器所得的烟气进行净化处理后再进行排放。

第一风机600：根据本发明的实施例，第一风机600分别与蓄热式辐射管15和烘干提升管500相连，且适于将蓄热式辐射管得到的高温烟气供给至烘干提升管作为热烟气使用。由此，可以充分利用烟气的余热，从而进一步降低生产成本。

参考图5，根据本发明实施例的油页岩快速热解的系统进一步包括：

油泵700：根据本发明的实施例，油泵700与喷淋塔200相连，且适于将页岩油的一部分返回至喷淋塔200作为冷却液使用。由此，通过使用系统内部分离出的页岩油作为冷却液使用，可以省去额外的冷却液补给装置，从而节省设备成本的投资。

储油罐800：根据本发明的实施例，储油罐800与油泵700相连，且适于储存另一部分页岩油。

参考图6，根据本发明实施例的油页岩快速热解的系统进一步包括：

燃气储罐900：根据本发明的实施例，燃气储罐900与喷淋塔200相连，且适于储存燃气。

第二风机1000：根据本发明的实施例，第二风机1000分别与燃气储罐900和蓄热式辐射管15相连，且适于将燃气的一部分供给至蓄热式辐射管15。由此，可以实现系统中能源的循环利用，从而显著降低处理成本。

第三风机1100：根据本发明的实施例，第三风机1100分别与燃气储罐900和布料气入口102相连，且适于将燃气的另一部分供给至布料气入口作为布料气使用。由此，可以采用燃气将从油页岩入口进入的油页岩打散，从而使其均匀散落在热解区中。

为了方便理解，下面对采用本发明实施例的油页岩快速热解系统的工艺进行详细描述。

具体的，油页岩(粒度低于3mm)经油页岩料斗底部的卸料口进入烘干提升管，在热烟气(200～250℃)的作用下对油页岩进行烘干和提升，得到含有降温烟气和干燥油页岩的混合物(80～100℃)，然后将得到的含有降温烟气和干燥油页岩的混合物供给至旋风分离器进行气固分离处理，得到干燥油页岩和降温烟气，将得到的干燥油页岩存储至干燥油页岩料斗中，然后将储存在干燥油页岩料斗中的干燥油页岩经螺旋输送机供给至快速热解反应器中反应空间中，通过调整通入蓄热式辐射管的燃气和空气的流量等实现对热解过程的精确控温，使得预热段的蓄热式辐射管温度为550～900℃，所述快速热解段的蓄热式辐射管温度为500～800℃，所述完全热解段的蓄热式辐射管温度为500～800℃，进入的油页岩被位于油页岩入口下方的布料器打散并在分散部中分散开，使得油页岩均匀分散在热解区，生成的热解气从反应器本体侧壁和/或顶端的热解气出口排出，而热解过程中产生的半焦经半焦出口排出反应器本体，将从热解气出口排出的热解气供给至旋风分离器中进行气固分离处理，分离得到半焦颗粒和净化的热解气，得到的半焦颗粒存储在半焦料斗中，然后所得的半焦和半焦颗粒通过输送机供给至气化炉中进行气化处理，以便产生可燃气，并将所得可燃气供给至蓄热式辐射管中，将辐射管中产生的高温烟气通过第一风机供给至烘干提升管中作为热烟气使用，而将得到净化的热解气供给至喷淋塔中进行喷淋处理，热解气在1～2秒内从450～500℃降到60℃以下，其中油蒸汽被捕捉下来形成页岩油，从而与燃气进行分离，得到的页岩油的一部分通过油泵供给至喷淋塔中作为冷却液使用，另一部分热解经油泵打入到储油罐中进行储存，同时，将分离得到的燃气储存至燃气储罐中，然后将储存在燃气储罐中的一部分燃气经第二风机供给至蓄热式辐射管中，将燃气储罐中的另一部燃气经第三风机供给至布料气入口作为布料气将从油页岩入口进入的油页岩打散，使其均匀散落在反应空间中。

如上所述，根据本发明实施例的油页岩快速热解的系统可以具有选自下列的优点至少之一：

根据本发明实施例的油页岩快速热解的系统能够处理粉状油页岩，并且所得页岩油产率达葛金实验的近90％，由于页岩油价值高，因此该系统的经济性效益非常高，有利于其市场推广；

根据本发明实施例的油页岩快速热解的系统采取蓄热式辐射管技术，为间接加热技术，工艺简化，相同处理量的设备占地面积和造价下降接近一半，并能延长系统的无故障连续运行时间。

在本发明的第二个方面，本发明提出了一种油页岩快速热解的方法。根据本发明的实施例，该方法是采用上述描述的油页岩快速热解的系统进行的。下面参考图7-11对本发明实施例的油页岩快速热解的方法进行详细描述。根据本发明的实施例，该方法包括：

S100：将油页岩在快速热解反应器中进行快速热解处理

根据本发明的实施例，将油页岩从油页岩入口供给至反应空间中，将可燃气和空气分别供给至蓄热式辐射管中，使得可燃气在蓄热式辐射管中燃烧产生热量对油页岩进行快速热解处理，从而可以得到热解气和半焦。

根据本发明的一个实施例，油页岩的粒度并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，油页岩的粒度可以低于3mm。由此，可以解决现有技术中粉状油页岩无法利用的难题。根据本发明的再一个实施例，油页岩的快速热解时间为2～30秒。由此，可以有效降低热解产物的二次热解反应和交联反应程度，从而显著提高页岩油的产率。

具体的，可以通过调整通入蓄热式辐射管的燃气的流量等实现对热解过程的精确控温，并采用快速切换阀，使得单个辐射管的温度场相差不大于30℃，从而保证反应空间中温度场的均匀性，并且通过调整使得预热段的蓄热式辐射管温度为550～900℃，所述快速热解段的蓄热式辐射管温度为500～800℃，所述完全热解段的蓄热式辐射管温度为500～800℃。

S200：将热解气在喷淋塔中进行喷淋处理

根据本发明的实施例，在喷淋塔中，采用冷却液对经热解气出口排出的热解气供给至喷淋塔中进行喷淋处理，从而可以得到页岩油和燃气。根据本发明的一个实施例，冷却液的具体类型并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，冷却液可以采用页岩油。根据本发明的再一个实施例，热解气在喷淋塔中在1～2秒内从450～500摄氏度降至60摄氏度以下。由此，可以进一步提高燃气和页岩油的分离效率。

根据本发明实施例的油页岩快速热解的方法通过使用多层蓄热式辐射管为热解过程提供热源，可以通过调整通入蓄热式辐射管的燃气的流量来实现对热解过程的精确控温，并且蓄热式辐射管通过两端的快速换向和蓄热式燃烧，保证了温度场的均匀性，从而可以显著提高油页岩的快速热解效率，进而提高页岩油的产率，同时较传统的使用气体热载体或固体热载体作为热解热源的热解反应装置相比，本发明的快速热解的系统不需要设置预热单元和载体分离单元，从而可以极大简化快速热解反应工艺流程，进而显著降低装置的故障率且所得油页岩中含尘率较低，另外本发明通过使用布料器，可以使得油页岩在热解区中均匀分散，并且又能防止油页岩对辐射管的磨损，进而显著提高装置的运行稳定性。

参考图8，根据本发明实施例的油页岩快速热解的方法进一步包括：

S300：采用气化炉对半焦进行气化处理，并将所得到的可燃气供给至蓄热式辐射管

根据本发明的实施例，采用气化炉对半焦出口得到的半焦进行气化处理，从而可以产生可燃气，并将该可燃气供给至蓄热式辐射管中。由此，通过使用系统内部产生的半焦进行气化产生可燃气，可以显著节省原料成本，并且不需要额外设置可燃气供给装置，从而显著降低处理成本。

参考图9，根据本发明实施例的油页岩快速热解的方法进一步包括：

S400：预先在烘干提升管中采用热烟气对油页岩进行干燥和提升

根据本发明的实施例，在将油页岩供给至反应空间之前，预先在烘干提升管中采用热烟气对油页岩进行干燥和提升，从而可以得到含有降温烟气和干燥油页岩的混合物。根据本发明的一个实施例，热烟气的温度并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，热烟气的温度可以为200～250℃。由此，不仅可以充分利用烟气的余热，使得系统能耗显著降低，而且可以有效避免油页岩温度过高带来的着火安全隐患。具体的，本领域技术人员也可以采用旋风分离器对经过干燥的油页岩混合物进行气固分离，并将所得的干燥油页岩储存至干燥油页岩料斗中，然后通过干燥油页岩料斗向快速热解反应器中供给干燥油页岩进行快速热解反应，同时将经旋风分离器所得的烟气进行净化处理后再进行排放。

S500：采用第一风机将高温烟气供给至烘干提升管中

根据本发明的实施例，采用第一风机将高温烟气经烟气出口供给至烘干提升管中作为热烟气使用。由此，可以充分利用烟气的余热，从而进一步降低生产成本。

参考图10，根据本发明实施例的油页岩快速热解的方法进一步包括：

S600：采用油泵将页岩油的一部分供给至喷淋塔

根据本发明的实施例，采用油泵将页岩油的一部分返回至喷淋塔作为冷却液使用。由此，通过使用系统内部分离出的页岩油作为冷却液使用，可以省去额外的冷却液补给装置，从而节省设备成本的投资。

S700：将页岩油的另一部分储存在储油罐中

根据本发明的实施例，将喷淋塔分离得到的页岩油的另一部分储存在储油罐中。

参考图11，根据本发明实施例的油页岩快速热解的方法进一步包括：

S800：将燃气储存在燃气储罐中

根据本发明的实施例，根据本发明的实施例，将喷淋塔中分离得到的燃气储存在燃气储罐中。

S900：采用第二风机将燃气的一部分供给至蓄热式辐射管作为燃料

根据本发明的实施例，采用第二风机将且适于将燃气的一部分供给至蓄热式辐射管作为燃料。由此，可以实现系统中能源的循环利用，从而显著降低处理成本。

S1000：采用第三风机将燃气的另一部分供给至布料气入口

根据本发明的实施例，采用第三风机将燃气的另一部分供给至布料气入口作为布料气使用。由此，可以采用燃气将从油页岩入口进入的油页岩打散，从而使其均匀散落在热解区中。

需要说明的是，上述针对油页岩快速热解的系统所描述的特征和优点同样适于该油页岩快速热解的方法，此处不再赘述。

下面参考具体实施例，对本发明进行描述，需要说明的是，这些实施例仅仅是描述性的，而不以任何方式限制本发明。

实施例1

本实施例1采用图1-6的生物质快速热解的系统，其中，30层蓄热式辐射管15在热解区13中沿反应器本体10高度方向间隔分布，并且相邻的蓄热式辐射管沿水平和反应器本体高度两个方向上以相同间距隔开且平行错落分布。蓄热式辐射管采用管径为100mm的圆形管，水平上相邻辐射管的外壁距离为100mm，上下层相邻辐射管的外壁间距为100mm。

利用本发明的油页岩快速热解反应系统对油页岩进行处理，粒径在3mm以下的范围，其油页岩分析数据、工艺操作参数和物料平衡见表1-3，快速热解时间30s。

表1油页岩分析数据

表2工艺操作参数

序号	参数名称	参数值
			1	预热段辐射管温度	550℃
2	反应器预热段温度	424℃
			3	快速热解段辐射管温度	500℃
4	反应器快速热解段温度	455℃
			5	完全热解段辐射管温度	500℃
6	反应器完全热解段温度	485℃

注：表2中的反应器指快速热解反应器。

表3物料平衡表

实施例2

本实施例2采用图1-2的油页岩快速热解的系统，其中，6层蓄热式辐射管15在热解区13中沿反应器本体10高度方向间隔分布，并且相邻的蓄热式辐射管沿水平和反应器本体高度两个方向上以相同间距隔开且平行错落分布。蓄热式辐射管采用管径为500mm的圆形管，水平上相邻辐射管的外壁距离为500mm，上下层相邻辐射管的外壁间距为500mm。

利用本发明的油页岩快速热解反应系统对油页岩进行处理，粒径在2mm以下的范围，待热解油页岩原料同实施例1，工艺操作参数和物料平衡见表4-5，快速热解时间2s。

表4工艺操作参数

序号	参数名称	参数值
			1	预热段辐射管温度	900℃
2	反应器预热段温度	487℃
			3	快速热解段辐射管温度	800℃
4	反应器快速热解段温度	526℃
			5	完全热解段辐射管温度	800℃
6	反应器完全热解段温度	572℃

注：表4中的反应器指快速热解反应器。

表5物料平衡表

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种油页岩快速热解的系统，其特征在于，包括：

快速热解反应器，

所述快速热解反应器包括：

反应器本体，所述反应器本体内限定出反应空间，所述反应空间自上而下形成分散区、热解区和出料区；

所述分散区包括：

布料器；

油页岩入口，所述油页岩入口位于所述布料器的上方；

布料气入口，所述布料气入口与所述布料器相连通，以便采用布料气将所述布料器中的油页岩吹出进入分散区，均匀地落入热解区；

所述热解区包括：

多层蓄热式辐射管，所述多层蓄热式辐射管在所述热解区中沿所述反应器本体高度方向间隔分布，并且每层所述蓄热式辐射管包括多个沿水平方向间隔分布的蓄热式辐射管；

所述出料区包括：半焦出口；

多个热解气出口，所述多个热解气出口分别设置在所述分散区和/或所述热解区；

其中，所述快速热解反应器适于采用所述蓄热式辐射管对油页岩进行快速热解处理，以便得到半焦和热解气；

喷淋塔，所述喷淋塔与所述多个热解气出口相连，且适于采用冷却液对所述热解气进行喷淋处理，以便得到页岩油和燃气。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，进一步包括：

气化炉，所述气化炉分别与所述半焦出口和所述蓄热式辐射管相连，且适于对所述半焦进行气化处理，以便产生可燃气，并将所述可燃气供给至所述蓄热式辐射管。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，进一步包括：

油页岩料斗，所述油页岩料斗适于存储油页岩；

烘干提升管，所述烘干提升管分别与所述油页岩料斗和所述油页岩入口相连，且适于采用热烟气对所述油页岩进行烘干和提升，并将得到的干燥油页岩供给至所述快速热解反应器中；以及

第一风机，所述第一风机分别与所述蓄热式辐射管和所述烘干提升管相连，且适于将所述蓄热式辐射管产生的高温烟气供给至所述烘干提升管作为所述热烟气使用。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，进一步包括：

油泵，所述油泵与所述喷淋塔相连，且适于将所述页岩油的一部分返回至所述喷淋塔作为所述冷却液使用；

储油罐，所述储油罐与所述油泵相连，且适于储存另一部分所述页岩油；

燃气储罐，所述燃气储罐与所述喷淋塔相连，且适于储存所述燃气；

第二风机，所述第二风机分别与所述燃气储罐和所述蓄热式辐射管相连，且适于将所述燃气的一部分供给至所述蓄热式辐射管；以及

第三风机，所述第三风机分别与所述燃气储罐和所述布料气入口相连，且适于将所述燃气的另一部分供给至所述布料气入口作为布料气使用。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，每层所述蓄热式辐射管包括多个平行并且均匀分布的蓄热式辐射管且每个所述蓄热式辐射管与相邻上下两层蓄热式辐射管中的每一个蓄热式辐射管平行并且沿反应器本体高度方向错开分布。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述反应器本体的高度为2～20m，所述蓄热式辐射管的管径为100～500mm，相邻所述蓄热式辐射管外壁间的水平距离和竖直距离分别独立地为100～500mm。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述蓄热式辐射管上设置有燃气调节阀。

8.一种利用权利要求1-7任一项所述的油页岩快速热解的系统进行油页岩快速热解的方法，其特征在于，包括：

将油页岩从所述油页岩入口供给至所述反应空间中，将可燃气和空气分别供给至所述蓄热式辐射管中，使得所述可燃气在所述蓄热式辐射管中燃烧产生热量对所述油页岩进行快速热解处理，以便得到热解气和半焦；以及

在喷淋塔中，采用冷却液对经所述热解气出口排出的所述热解气进行喷淋处理，以便得到页岩油和燃气，

任选的，单根所述蓄热式辐射管上的温度差不大于30℃，所述热解区自上而下形成预热段、快速热解段和完全热解段，所述预热段的蓄热式辐射管温度为550～900℃，所述快速热解段的蓄热式辐射管温度为500～800℃，所述完全热解段的蓄热式辐射管温度为500～800℃。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，进一步包括：

采用气化炉对所述半焦进行气化处理，以便得到可燃气，并将所述可燃气供给至所述蓄热式辐射管。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述油页岩的粒径低于3mm，所述油页岩的快速热解反应时间为2～30秒。