CN108641737B - 高灰分油浆的固体热载体循环干馏工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高灰分油浆的固体热载体循环干馏工艺，固体热载体在加热炉内加热后从下部流入反应器，从反应器底部蒸汽喷入高灰分油浆，固体热载体和高灰分油浆通过水蒸汽混合提升,在反应器内发生干馏热解反应，经气固分离器分离后,油气产物和流化蒸汽进入分馏单元，灰渣与热载体回到加热炉燃烧并分离，热载体再次从下部流入反应器，灰分从顶部排出并收集。该系统利用高铝热载体与油浆灰分的粒度差与密度差完成风选分离，实现了固体热载体在系统内循环利用而灰渣物料外排的目的；分馏塔内利用馏分油对干馏气体洗涤，净化了最终产物。
Description
技术领域
本发明涉及化工领域，具体是一种高灰分油浆的固体热载体循环干馏工艺。
背景技术
地质学上将由动植物残骸形成的、有机成因的、可以燃烧的矿产统称为可燃有机岩，又可称为生物沉积矿床。可燃有机岩的成因复杂，物态多样，如呈固态（煤、油页岩）、液态（石油）、气态（天然气），是现代能源的物质基础，在世界经济中占有极为重要的作用。人们通常根据可燃有机岩的成因将其分为三类：腐殖类（泥炭、煤、烟煤、无烟煤）、腐泥类（藻煤、石煤、油页岩）、沥青类（石油、天然气、石蜡、油砂）。随着原油资源的短缺及价格的不断上涨，油砂、油页岩等石油替代资源的开发利用日渐受到重视。
相对于煤、石油、天然气等常规能源而言，我们国家油砂、油页岩等非常规替代能源的开发利用还处于相当初级的阶段。国内现有的非常规固态可燃有机岩处理工艺以抚顺式块状干馏炉工艺为代表，采取固定床式干馏，生产效率差、技术水平不高，气燃式方形炉工艺、吉林全循环干馏技术工艺等虽对抚顺式干馏炉工艺进行了一定改进，但本质上还是采取固定床干馏。大连理工大学的新法干馏工艺虽然开始采用流化床工艺，有利于提高反应效率，但目前仍处于研发工业试验初期，工业化规模生产还不成熟。以上所有工艺都主要用于煤干馏和油页岩干馏。
表1 各种干馏工艺主要性能指标和工艺特性对比
传统的热解干馏工艺都是采用固态块状原料进行加工，根据工艺和原料的不同将矿石破碎成一定粒度的固体颗粒，然而固体可燃有机岩中的油砂通常含有大量的沥青，容易受热软化、易粘连，采用传统机械破碎方法无法将其进行破碎成合适的粒度，并使用以上干馏工艺进行加工。
催化裂化是原油加工中非常重要的一个工艺环节，经过多年技术积累从固定床到移动床，流化床到现在的提升管式反应器不断进化完善，已经实现了处理能力大、自动化程度高、工艺流程短、反应完成度高的工业化大规模应用，纵观其工艺发展进程与固态可燃有机岩的工艺发展十分相似，若是可以借鉴采用相关技术则有希望在现有的固态可燃有机岩干馏工艺上取得突破性的进展。不过催化裂化工艺针对的是渣油，原油蒸馏过程中产生的重组分馏分油，灰分很少；而固态可燃有机岩是固态物料，而且固态可燃有机岩普遍含有大量的灰分，所以催化裂化工艺可以借鉴，但不能直接应用在固态可燃有机岩的加工上。
发明内容
针对上述实际生产过程中提出的需求，本发明提供一种高灰分油浆的固体热载体循环干馏工艺，适用于所有固体可燃有机岩矿物（如煤、油页岩，油砂等）的干馏热解。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：高灰分油浆的固体热载体循环干馏工艺，固体热载体在加热炉内加热后从下部流入反应器，从反应器底部蒸汽喷入高灰分油浆，固体热载体和高灰分油浆通过水蒸汽或可燃气混合提升在反应器内发生干馏热解反应，经气固分离器分离，反应后的灰渣与热载体经回料箱回到加热炉燃烧，热载体重新加热循环，灰渣燃烧后随烟气进入气固分离器并被收集；反应后的油气进入油气处理单元进行洗涤分馏，汽、柴油产品直接收集储存，分离后的馏分油作为洗涤除尘、回炼使用，污水进入水处理单元净化循环，可燃气加压储存并作为系统热量来源送至辅助燃烧室进行燃烧。
进一步地，反应器上部设有沉降室和气固分离器，反应器外部两端连接有回料箱，固体热载体和灰渣从沉降室底部溢流进入回料箱，固体热载体在回料箱底部形成料封，防止加热炉与反应器连通串气。
进一步地，所述固体热载体选用密度大（真密度在2～5g/cm3）、耐高温（熔点在1000～3000℃）、高比热容的高铝固体热载体颗粒（粒度在200～1000μm），利用固体热载体颗粒与灰渣的粒度差和密度差在加热炉内实现二者的风选分离。
进一步地，所述固体热载体的组成，以质量分数计为Al2O3 50%～100%、SiO2 0%～20%、Fe2O3 0%～10%、TiO2 0%～20%。
进一步地，高灰分油浆与固体热载体按1:4～1:10的比例混合给料。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：1、本发明采用固体热载体循环流化工艺，油砂浆与热载体颗粒在反应器内流态化混合，换热强度高，相比传统固定床干馏工艺极大提高反应效率，缩短生产周期，实现了连续化、规模化生产。2、本发明采用回料箱结构利用物料达到密封效果，防止反应器内进入空气或油气外泄，对比滑阀装置，回料箱具有结构简单，自动适应料位高度，不易阻塞，减少了对反应器和加热器的压力差要求等优点。3、本发明可根据原料成分组成选用颗粒适中，密度大、耐高温，比热容大的高Al2O3物质作为热载体，利用载体颗粒与油砂灰分的粒度差与密度差完成风选分离，实现载体在系统内循环利用而灰渣物料外排的目的。4、本发明可采用重油循环作为洗涤除尘和回炼原料，不仅将油气中携带的粉尘洗涤回收，净化了最终产物。还使其重新进入干馏单元发生多次循环热裂解，最终产物全部转变为轻油、燃气和积碳，提高总体的轻油收率。
附图说明
图1是本发明系统的工艺流程图。
1加热炉；1-1回料箱A；2反应器；2-1回料箱B；2-2沉降室；3分馏塔；3-1重油罐；4气固分离器A；5燃气净化单元；6储气罐；7油水分离器；8污水处理单元；9燃烧室；10气固分离器B；11灰渣存储装置。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步解释说明。
如图1所示，高灰分油浆的固体热载体循环干馏工艺流程图。加热炉1为流化床加热炉，反应器2为提升管式反应器，分馏塔3为带洗涤功能的分馏塔。固体热载体在加热炉1内加热后从下部流入反应器底部回料箱B 2-1，从反应器2底部蒸汽喷入高灰分油浆，固体热载体和高灰分油浆通过水蒸汽或可燃气混合提升在反应器2内发生干馏热解反应，反应器2顶部连接气固分离器A4，反应后的油气产物和流化蒸汽经多级除尘后进入分馏塔3。反应器2上部设有沉降室2-2，反应器外部连接有回料箱A 1-1，固体热载体和灰渣在顶部气固分离器A4中与气相分离沉降下来，最终从沉降室2-2底部溢流进入回料箱A 1-1，固体热载体在回料箱A 1-1底部形成料封，防止加热炉1与反应器2连通串气。回料箱A 1-1连接加热炉1，通过回料箱A 1-1底部通入的流化蒸汽将物料送回加热炉1燃烧再生。
加热炉1上部连接气固分离器B 10，燃烧后的灰渣从加热炉1顶部飞出经气固分离器B 10分离并收集储存在灰渣储存装置11中，除尘后的高温烟气进入换热器将循环水加热为水蒸气发电，其中一部分水蒸汽供给干馏反应单元做提升和流化使用，烟气剩余热量用来预热空气及系统保温，最后降温后的低温烟气脱硫脱硝布袋除尘后经烟囱排放。加热炉下方设燃烧室9，室内高温烟气作为整个系统的主要热源供给。高温烟气在加热炉1内提供热量，并促进固体热载体和灰渣积碳的燃烧，密度较大的固体热载体未被吹出，留在加热炉1内并从底部流出重新进入反应器2。
所述固体热载体选用密度大（真密度在2～5g/cm3）、耐高温（熔点在1000～3000℃）、高比热容的高铝固体热载体颗粒（粒度在200～1000μm），利用固体热载体颗粒与灰渣的粒度差和密度差在加热炉内实现二者的风选分离。
所述固体热载体为高铝热载体，其组成以质量分数计为Al2O3 50%～100%、SiO2 0%～20%、Fe2O3 0%～10%、TiO2 0%～20%。利用其与灰渣的粒度差和密度差，在加热炉1内实现风选分离，解决了固体热载体与大量灰渣的分离问题；而在渣油催化裂化工艺中只有催化剂的燃烧再生和回收使用，不存在和大量灰渣的分离问题。这是两套工艺的重要区别所在。
高灰分油浆与固体热载体按1:4～1:10的比例混合给料。
高灰油浆热裂解产生的油气的后续处理工序，高温蒸汽及少部分粉尘进入洗涤分馏塔3：第一步，在洗涤段，350℃的洗涤油把油气中的粉尘和重油分离出来进入塔的底部，收集并回炼；第二步，冷却油会把200-350℃的柴油组分分割出来并进行储存；第三步，冷却油会把200℃以下的汽油和水分离出来，经油水分离器7后，把汽油组分进行储存，水进入污水处理8进行处理；第四步，对于未被液化的可燃石油气，经燃气净化单元5后加压进入储气罐6，用做加热炉1的燃料进行使用，也可以出售。
系统中工业水基本循环利用，少部分多余水净化处理后外排。污水处理装置主要处理两部分污水，一部分来源于原料所含水分，一部分来源于用做流化蒸汽的油水分离器废水，污水经处理后作为循环用水使用。蒸汽制备装置主要包括蒸汽锅炉和蒸汽过热器，用来制备流化用高温蒸汽和发电使用。
还包括辅助单元包括但不限于原料制备，存储及运输、灰渣收集存储、油料储存，固体热载体储存等。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.高灰分油浆的固体热载体循环干馏工艺，其特征在于，固体热载体在加热炉内加热后从下部流入反应器，从反应器底部蒸汽喷入高灰分油浆，固体热载体和高灰分油浆通过水蒸汽或可燃气混合提升，在反应器内发生干馏热解反应，经气固分离器分离，反应后的灰渣与热载体回到加热炉燃烧，热载体重新加热循环，灰渣燃烧后随烟气进入气固分离器并被收集；反应后的油气进入油气处理单元进行洗涤分馏，汽、柴油产品直接收集储存，分离后的馏分油作为洗涤除尘、回炼使用，污水进入水处理单元净化循环，可燃气加压储存并作为系统热量来源送至燃烧室进行燃烧；所述高灰分油浆与固体热载体按1:4～1:10的比例混合；
所述固体热载体选用密度大、耐高温、高比热容的高铝固体热载体颗粒，其中颗粒真密度在2～5g/cm3 ，熔点在1000～3000℃，粒度在200～1000μm ，利用固体热载体颗粒与灰渣的粒度差和密度差在加热炉内实现二者的风选分离；
所述高灰分油浆为油砂。
2. 根据权利要求1所述的高灰分油浆的固体热载体循环干馏工艺，其特征在于，所述固体热载体的物质组成，以质量分数计为Al2O3 50%～100%、SiO2 0%～20%、Fe2O3 0%～10%、TiO2 0%～20%。
3.根据权利要求1所述的高灰分油浆的固体热载体循环干馏工艺，其特征在于，在加热炉烟气出口设有气固分离器及灰渣储存装置，用于分离和收集高灰分油浆干馏后的灰分产物。
4.根据权利要求1所述的高灰分油浆的固体热载体循环干馏工艺，其特征在于，所述反应器采用提升管式反应器，反应器的入口和出口都采用回料箱结构，利用入口和出口的回料箱结构保证了反应器密封性和安全性。
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