CN105567278A - 热解反应系统和对油页岩进行热解的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了热解反应系统和对油页岩进行热解的方法。其中，该热解反应系统包括：热解反应器和横管冷凝器。该系统内的热解反应器采取蓄热式辐射管进行热解处理，能够实现油页岩粉料的快速热解，并且油气产率高，反应系统结构简单，操作方便。同时，该热解反应器内安装搅拌组件，使物料在反应器内分布均匀，更充分的热解，且能够使热解产生的油气更快的释放出来。而且，在热解反应器的热解油气出口处设有抽气伞，热解产生的热解油气能够迅速导出，有效地抑制了油气的二次裂解，提高页岩油收率。热解油气经横管冷凝器冷凝后即可得到页岩油。该系统的结构简单，热解效率和页岩油收率高。

Description

热解反应系统和对油页岩进行热解的方法

技术领域

本发明涉及热解反应系统，以及利用热解反应系统对油页岩进行热解的方法。

背景技术

油页岩是一种具有片理结构的有机质沉积岩，为低热值固体化石燃料，又称为油母页岩。油页岩含有两种有机质：一是油母质(或干酪根)，有机高分子聚合物质，不溶于普通有机溶剂；另一种为沥青，可溶于有机溶剂，含量不超过油页岩总质量的1％。油页岩中的无机质含量一般在50％以上，大部分为碳酸盐岩、石英等物质。在隔绝空气或氧气的情况下油页岩被加热至约500℃(即进行干馏时)，油母质热解，从而得到页岩油、干馏气、固体含碳残渣及少量的热解水。页岩油可进一步加工制取汽油、柴油和化学品，也可以作为燃料油使用。油页岩可以用于锅炉燃烧产汽发电，燃烧之后剩余的页岩灰，还可用于制取水泥。

目前中国有10座页岩油厂，年产页岩油共约70x10⁴t。其中以抚顺中煤建设集团有限责任公司(原名抚顺矿务局)的产量最高，年产35x10⁴t。龙口矿业集团建有40台改进的抚顺炉，年产页岩油12万t，所产页岩油主要用作船用燃料油。汪清龙腾能源公司建设有40台抚顺炉，年产页岩油5万吨。桦甸共有3个民营页岩油厂，年产页岩油5万吨。北票煤矿集团在2011年时，建有44台抚顺炉。2013年新建了48台150t/d的抚顺炉并且已经投产。国内油页岩热解工艺大部分为抚顺炉，抚顺干馏炉能加工贫矿油页岩，而且投资小、建造快，有其独特的优点，但是抚顺干馏炉只能加工块状油页岩，导致了页岩利用率不高，且为气体热载体加热，导致干馏气被稀释，热值偏低，较难利用等缺点，再者抚顺炉油收率较低。

由此，制备页岩油的系统有待改进。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种热解反应系统，该系统内的热解反应器采取蓄热式辐射管进行热解处理，能够实现油页岩粉料的快速热解，并且油气产率高，反应系统结构简单，操作方便。同时，该热解反应器内安装搅拌组件，使物料在反应器内分布均匀，更充分的热解，且能够使热解产生的油气更快的释放出来。而且，在热解反应器的热解油气出口处设有抽气伞，热解产生的热解油气能够迅速导出，有效地抑制了油气的二次裂解，提高页岩油收率。热解油气经横管冷凝器冷凝后即可得到页岩油。

因而，根据本发明的一个方面，本发明提供了一种热解反应系统。根据本发明的实施例，该热解反应系统包括：热解反应器，所述热解反应器包括：物料入口、油气出口、半焦出口和烟气出口，其中，所述半焦出口位于所述热解反应器底部；蓄热式辐射管，所述蓄热式辐射管在所述热解反应器内部沿所述热解反应器的高度方向多层布置，每层具有多根在水平方向上彼此平行的蓄热式辐射管；搅拌组件，所述搅拌组件包括：可旋转的搅拌轴，所述搅拌轴由所述半焦出口伸入到所述热解反应器的内部；多个搅拌杆，所述搅拌杆沿所述搅拌轴的长度分别连接在所述搅拌轴上，所述搅拌杆位于所述蓄热式辐射管的层间；抽气伞，所述抽气伞布置在所述热解反应器内部、位于所述蓄热式辐射管顶层的上方，并与所述热解反应器的侧壁上的油气出口相连通；横管冷凝器，所述横管冷凝器具有油气入口和热解油出口，所述油气入口与所述油气出口相连。

根据本发明实施例的热解反应系统，该系统内的热解反应器采取蓄热式辐射管进行热解处理，能够实现油页岩粉料的快速热解，并且油气产率高，反应系统结构简单，操作方便。同时，该热解反应器内安装搅拌组件，使物料在反应器内分布均匀，更充分的热解，且能够使热解产生的油气更快的释放出来。而且，在热解反应器的热解油气出口处设有抽气伞，热解产生的热解油气能够迅速导出，有效地抑制了油气的二次裂解，提高页岩油收率。热解得到的热解油气经横管冷凝器冷凝后即可得到页岩油。该系统的结构简单，热解效率和页岩油收率高。

另外，根据本发明上述实施例的热解反应系统还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的实施例，所述搅拌组件可以利用电机驱动旋转。

根据本发明的实施例，该系统进一步包括：提升管干燥器，所述提升管干燥器具有烟气入口、原料入口和干燥原料出口，所述干燥原料出口与所述物料入口相连，所述烟气入口与所述烟气出口相连。

根据本发明的实施例，该系统进一步包括：热解旋风分离器，所述热解旋风分离器与所述油气出口和所述油气入口相连。

根据本发明的实施例，该系统进一步包括：干燥旋风分离器，所述干燥旋风分离器与所述干燥原料出口和所述物料入口相连。

根据本发明的又一方面，本发明提供了一种利用前述的热解反应系统对油页岩进行热解的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：在热解反应器中，在搅拌组件对油页岩的搅拌处理下，进行热解处理，以便得到热解油气和半焦，其中，热解油气通过抽气伞排出所述热解反应器；以及利用横管冷凝器对所述热解油气进行冷凝处理，以便得到页岩油和可燃气。

其中，在本发明中，热解反应器和蓄热式辐射管下行床可以互换使用。

根据本发明的实施例的前述热解反应系统对油页岩进行热解的方法，该方法可以对油页岩粉料进行快速热解，并且油气产率高。并且，该方法可以有效抑制油气二次裂解，页岩油收率高。另外，该方法中，热解反应器采用蓄热式辐射管加热技术，热效率高，工艺流程简便。

根据本发明的实施例，该方法进一步包括：利用提升管干燥器对所述油页岩进行干燥和提升处理，以便得到干燥的油页岩。

根据本发明的实施例，所述油页岩的粒径不大于3毫米。

根据本发明的实施例，所述干燥和提升处理是利用所述热解处理产生的烟气进行的。

根据本发明的实施例，所述热解处理的温度为500-700摄氏度，时间为1-10分钟。

根据本发明的实施例，当所述分离后的油页岩的温度为500-600摄氏度时，完成所述热解处理。

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显示了根据本发明一个实施例的热解反应系统的结构示意图；

图2显示了根据本发明一个实施例的热解反应系统的结构示意图；

图3显示了根据本发明一个实施例的利用热解反应系统对油页岩进行热解的方法的流程示意图；

图4显示了根据本发明一个实施例的利用热解反应系统对油页岩进行热解的方法的流程示意图。

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，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”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而不是要求本发明必须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。

需要说明的是，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一个或者更多个该特征。进一步地，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

热解反应系统

根据本发明的一方面，本发明提供了一种热解反应系统。参考图1，根据本发明的实施例，该热解反应系统包括：前述的热解反应器100和横管冷凝器200，横管冷凝器200与热解反应器100相连。其中，热解反应器100用于对油页岩等反应物进行热解处理，得到半焦和热解油气。

根据本发明的实施例，该热解反应系统进一步包括：螺旋出料器700，该螺旋出料器700与热解反应器100的半焦出口相连，用于将半焦等混合物输出。根据本发明的实施例，该热解反应系统进一步包括：提升管干燥器400，该提升管干燥器400具有烟气入口、原料入口和干燥原料出口，其中，干燥原料出口与物料入口相连，烟气入口与热解反应器的烟气出口相连。由此，利用热解产生的烟气对原料进行提升干燥处理，实现能源的综合有效利用，热解效果好，生产成本低。

根据本发明的实施例，该热解反应系统进一步包括：热解旋风分离器800，该热解旋风分离器800与油气出口和油气入口相连。由此，利用热解旋风分离器对热解反应器生产的热解油气进行固气分离处理，去除热解油气中的固体颗粒，从而，热解油气的品质好，纯度高，并且避免固定颗粒堵塞装置，保证热解反应系统的稳定性。

根据本发明的实施例，该热解反应系统进一步包括：干燥旋风分离器500，该干燥旋风分离器500与干燥原料出口和物料入口相连。由此，利用干燥旋风分离器去除干燥原料中的烟气，热解效果好。

在本发明的一些实施例中，该热解反应系统可以由以下形式提供，该热解反应系统包括：

加料斗；

提升管干燥器，所述提升管干燥器与所述加料斗相连，所述提升管干燥器具有烟气入口，所述提升管干燥器用于对反应物进行干燥和提升处理，以便得到干燥后的反应物；

干燥旋风分离器，所述干燥旋风分离器与所述提升管干燥器相连，所述干燥旋风分离器用于对干燥后的反应物进行分离处理，以便得到分离后的反应物；

热解料斗，所述热解料斗与所述干燥旋风分离器相连，所述热解料斗用于存放分离后的反应物；

螺旋进料器，所述螺旋进料器与所述热解料斗相连，通过螺旋进料器将分离后的反应物输送至热解反应器；

所述热解反应器的进料口与所述螺旋进料器相连，所述热解反应器的烟气出口与所述提升管干燥器的烟气入口相连。所述热解反应器用于对分离后的反应物进行热解处理，以便得到半焦和热解油气；

热解旋风分离器，所述热解旋风分离器与所述热解反应器的热解油气出口相连，所述热解旋风分离器用于对热解油气进行固气分离处理，以便去除热解油气中的固体颗粒，得到分离后的热解油气；

横管冷凝器，所述横管冷凝器与所述热解旋风分离器相连，所述横管冷凝器用于对分离后的热解油气进行冷凝处理，以便得到页岩油和可燃气；

燃气引风机，所述燃气引风机与所述横管冷凝器相连，所述燃气引风机用于输送可燃气；

燃气罐，所述燃气管与燃气引风机相连，所述燃气罐用于存储可燃气。

图3示出了一种热解反应系统的结构示意图。如图2所示，该系统包括：加料斗300、提升管干燥器400、干燥旋风分离器500、热解料斗600、螺旋进料器700、热解反应器100、热解旋风分离器800、横管冷凝器200、燃气引风机900和燃气罐1000。其中，提升管干燥器400与加料斗300相连，该提升管干燥器400具有烟气入口，提升管干燥器400用于对反应物进行干燥和提升处理，以便得到干燥后的反应物；干燥旋风分离器500与提升管干燥器400相连，干燥旋风分离器500用于对干燥后的反应物进行分离处理，以便得到分离后的反应物；热解料斗600与干燥旋风分离器500相连，热解料斗600用于存放分离后的反应物；螺旋进料器700与热解料斗600相连，通过螺旋进料器700将分离后的反应物输送至热解反应器100；热解反应器100的进料口与螺旋进料器700相连，热解反应器100的烟气出口与提升管干燥器400的烟气入口相连，热解反应器100用于对分离后的反应物进行热解处理，以便得到半焦和热解油气；热解旋风分离器800与热解反应器100的热解油气出口相连，热解旋风分离器800用于对热解油气进行固气分离处理，以便去除热解油气中的固体颗粒，得到分离后的热解油气；横管冷凝器200与热解旋风分离器800相连，横管冷凝器200用于对分离后的热解油气进行冷凝处理，以便得到页岩油和可燃气；燃气引风机900与横管冷凝器200相连，燃气引风机900用于输送可燃气至燃气罐1000，存储可燃气。

根据本发明的实施例，热解旋风分离器800可以为二级旋风分离器，由此，分离效果好。

对油页岩进行热解的方法

根据本发明的另一方面，本发明提供了一种利用前述的热解反应系统对油页岩进行热解的方法。

参考图3，根据本发明的实施例，对该方法进行解释，该方法包括：

S100热解处理

根据本发明的实施例，在热解反应器中，通过搅拌组件对油页岩的搅拌处理下，进行热解处理，以便得到热解油气和半焦，其中热解油气通过抽气伞排出所述热解反应器，半焦可用于燃烧发电。该热解反应器采取蓄热式辐射管进行热解处理，能够实现油页岩粉料的快速热解，并且油气产率高。同时，该热解反应器内安装搅拌组件，使物料在反应器内分布均匀，更充分的热解，且能够使热解产生的油气更快的释放出来。而且，在热解反应器的热解油气出口处设有抽气伞，热解产生的热解油气能够迅速导出，有效地抑制了油气的二次裂解，提高页岩油收率。

根据本发明的实施例，所述油页岩的粒径不大于3毫米。由此，原料利用率高，适于推广。

根据本发明的实施例，所述热解处理的温度为500-700摄氏度，时间为1-10分钟。

根据本发明的实施例，当所述油页岩的温度为500-600摄氏度时，完成所述热解处理。

S200冷凝处理

根据本发明的实施例，利用横管冷凝器对所述热解油气进行冷凝处理，页岩油冷凝液化，而可燃气不冷凝，从而分离得到页岩油和可燃气，其中，可燃气可以用于生产人造天燃气。

参考图4，根据本发明的实施例，该方法进一步包括：

S300干燥和提升处理

利用提升管干燥器对所述油页岩进行干燥和提升处理，以便得到干燥的油页岩。由此，热解效果更佳。

根据本发明的实施例，所述干燥和提升处理是利用所述热解处理产生的烟气进行的。由此，实现资源的合理高效利用，节能环保。

根据本发明的实施例，所述干燥和提升处理是在150-250摄氏度的条件下进行的。由此，干燥效果好。

根据本发明的实施例，该利用前述的热解反应系统对油页岩进行热解的方法可以由以下方法进行，该方法包括：

将油页岩进行粉碎处理，以便得到油页岩颗粒；

利用加料斗加入所述油页岩颗粒；

利用提升管干燥器对所述油页岩颗粒进行干燥和提升处理，以便得到干燥的油页岩颗粒；

利用干燥旋风分离器对所述干燥的油页岩颗粒进行第一分离处理，以便得到分离后的油页岩颗粒；

利用螺旋进料器将所述分离后的油页岩颗粒输送至热解反应器；

在热解反应器中，通过搅拌组件对所述分离后的油页岩颗粒的搅拌处理下，进行热解处理，以便得到热解油气和半焦，其中热解油气通过抽气伞排出所述热解反应器；

利用热解旋风分离器对所述热解油气进行第二分离处理，以便得到分离后的热解油气；

利用横管冷凝器对所述分离后的热解油气进行冷凝处理，以便得到页岩油和可燃气；

利用燃气引风机将所述可燃气输送至燃气罐进行存储。

进一步地，在本发明的一些实施例中，利用前述的热解反应系统对油页岩进行热解的方法的步骤可以具体如下：

1)破碎至粒度≤3mm的粉状油页岩通过加料斗300进入提升管干燥器300，利用来自蓄热式下行床反应器100的辐射管烟气出口处的150-250℃烟气对油页岩进行干燥和提升；

2)油页岩进入蓄热式下行床反应器100，反应器中均匀布置了蓄热式辐射管，管壁温度控制在500～700℃范围，油页岩在反应器中自上而下停留1-10分钟，并加热到500～650℃，完成热解过程。

3)在反应器100内设置有搅拌组件，对物料进行搅拌，使物料在反应器100内分布均匀，热解充分，且能够使热解产生的油气更快的释放出来。

4)热解产生的油气被抽气伞40迅速抽出反应器100外，有效地抑制了油气的二次裂解，提高页岩油收率。

5)油气进入橫管冷凝器200冷凝得到页岩油，不凝可燃气用于生产人造天燃气。

6)热解产生的半焦可用于燃烧发电。

下面参考具体实施例，对本发明进行说明，需要说明的是，这些实施例仅仅是说明性的，而不能理解为对本发明的限制。

实施例1

利用热解反应系统对油页岩进行处理，其中，热解反应系统的结构示意图如图2所示，原料的基础数据见表1，具体步骤如下：

表1：龙口油页岩基础数据

1)将龙口油页岩破碎至粒度≤3mm，通过加料斗300进入提升管干燥器300，利用来自蓄热式下行床反应器100的辐射管烟气出口处的约200℃烟气对油页岩进行干燥和提升；

2)油页岩进入蓄热式下行床反应器100，反应器100的工艺参数见表2，油页岩在反应器中自上而下停留5分钟，并加热到600℃，完成热解过程。

表2：工艺操作参数

序号	参数名称	参数值	序号	参数名称	参数值
						1	上部辐射管壁面温度	590℃	6	反应器下部温度	520℃
2	中部辐射管壁面温度	590℃	7	反应器出口温度	500℃
						3	下部辐射管壁面温度	530℃	8	旋风出口温度	470℃
4	反应器上部温度	500℃	9	反应器压力	1.9Kpa
						5	反应器中部温度	520℃

3)在反应器100内设置有搅拌组件，对物料进行搅拌，使物料在反应器100内分布均匀，热解充分，且能够使热解产生的油气更快的释放出来。

4)热解产生的油气被抽气伞40迅速抽出反应器100外，有效地抑制了油气的二次裂解，提高页岩油收率。

5)油气进入橫管冷凝器200冷凝得到页岩油，不凝可燃气用于生产人造天燃气。

6)热解产生的半焦用于燃烧发电。

利用本实施例的热解反应系统，对龙口油页岩进行处理，油收率高达9.8％，可达到铝甑含油率的95％，由此，本热解反应系统的油收率高。

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一定指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何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种热解反应系统，其特征在于，包括：

热解反应器，所述热解反应器包括：

物料入口、油气出口、半焦出口和烟气出口，其中，所述半焦出口位于所述热解反应器底部；

蓄热式辐射管，所述蓄热式辐射管在所述热解反应器内部沿所述热解反应器的高度方向多层布置，每层具有多根在水平方向上彼此平行的蓄热式辐射管；

搅拌组件，所述搅拌组件包括：

可旋转的搅拌轴，所述搅拌轴由所述半焦出口伸入到所述热解反应器的内部；

多个搅拌杆，所述搅拌杆沿所述搅拌轴的长度分别连接在所述搅拌轴上，所述搅拌杆位于所述蓄热式辐射管的层间；

抽气伞，所述抽气伞布置在所述热解反应器内部，位于所述蓄热式辐射管顶层的上方，并与所述热解反应器的侧壁上的油气出口相连通；

横管冷凝器，所述横管冷凝器具有油气入口和热解油出口，所述油气入口与所述油气出口相连。

2.根据权利要求1所述的热解反应系统，其特征在于，进一步包括：

提升管干燥器，所述提升管干燥器具有烟气入口、原料入口和干燥原料出口，所述干燥原料出口与所述物料入口相连，所述烟气入口与所述烟气出口相连。

3.根据权利要求1或2所述的热解反应系统，其特征在于，进一步包括：

热解旋风分离器，所述热解旋风分离器与所述油气出口和所述油气入口相连。

4.根据权利要求1-3任一项所述的热解反应系统，其特征在于，进一步包括：

干燥旋风分离器，所述干燥旋风分离器与所述干燥原料出口和所述物料入口相连。

5.一种利用权利要求1-4任一项所述的热解反应系统对油页岩进行热解的方法，其特征在于，包括：

在热解反应器中，在搅拌组件对油页岩的搅拌处理下，进行热解处理，以便得到热解油气和半焦，其中，热解油气通过抽气伞排出所述热解反应器；以及

利用横管冷凝器对所述热解油气进行冷凝处理，以便得到页岩油和可燃气。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，进一步包括：

利用提升管干燥器对所述油页岩颗粒进行干燥和提升处理，以便得到干燥的油页岩。

7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述油页岩的粒径不大于3毫米。

8.根据权利要求5-7任一项所述的方法，其特征在于，所述干燥和提升处理是利用所述热解处理产生的烟气进行的。

9.根据权利要求5-8任一项所述的方法，其特征在于，所述热解处理的温度为500-700摄氏度，时间为1-10分钟。

10.根据权利要求5-9任一项所述的方法，其特征在于，当所述油页岩的温度为500-600摄氏度时，完成所述热解处理。