CN108676570A - 一种费托合成渣蜡和油泥无害化处理及资源化系统及工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种费托合成渣蜡和油泥无害化处理及资源化系统及工艺，该系统包括四个部分：进料预处理及进料系统、核心反应器系统、热解产品回收系统和无害化焚烧系统，其中核心反应器系统由两个相互耦合的流化床反应器组成，包括一个流化床热解反应器和一个流化床燃烧炉，固体颗粒在两个反应器之间循环；其工艺过程为，给料经加热预处理后，经过过滤，经泵送或雾化给入流化床热解炉，迅速热解为富含碳氢化合物的热解气，热解气经过净化除尘后，经过分级冷凝和分离，生产高附加值的液态油品和石脑油，而热解残焦和冷凝剩下的不凝气体则送入燃烧室，通过燃烧或氧化释放热量，继而通过固体颗粒循环将热量供应给吸热的热解反应。
Description
技术领域
本发明涉及一种费托合成渣蜡和油泥无害化处理及资源化系统及工艺，尤其适合煤化工领域的煤间接液化费托合成工艺中的含蜡滤渣（渣蜡）、隔油池中产生的含油污泥（亦称油泥），石油天然气工业的含油污泥（亦称油泥），以及来自餐饮业和家庭的回收油脂的无害化处理及资源化利用。
背景技术
费托合成（Fischer-Tropsch synthesis）是煤间接液化的主要反应过程，其中煤气化的生产合成气在催化剂的作用下生成以饱和直链烃和蜡为主的油品，然后通过进一步加工生产化学品和汽油、柴油等燃料。
费托合成装置的典型操作压力为20-30 bar。根据操作温度不同，可分为低温费托合成（典型操作温度为200-250°C）和高温费托合成（典型操作温度为300-350°C）两种类型。低温合成的初级油品产物以饱和烃和蜡为主；高温合成的初级油品产物碳原子数和分子量较小，并含有较多的不饱和烃。
费托合成使用不同类型的催化剂，主要有钴基、铁基和镍基催化剂。
费托合成油品的蜡过滤单元产生含蜡滤渣，通称渣蜡，其中含有蜡、催化剂和矿物质。渣蜡从过滤单元排出时，是一种可流动的粘稠液体。冷却后的渣蜡是一种黑色块状固体废弃物。渣蜡中的蜡的物理化学特性与初级油品里的蜡大致相同。
不同过滤单元排出的渣蜡成分不同，其中蜡的含量（质量百分比）通常在15-60 %之间变化，催化剂含量通常在30-85%之间变化，其他矿物质和杂质的含量可在0-80%之间变化。因此，渣蜡里的碳氢化合物含量、发热量和物化特性都有变化。
在隔油池中会产生一种成分复杂的混合物，通称油泥，它一般以水、油、渣、气组成的多相浮泥或水、油、渣组成的乳状液体系形态存在。
渣蜡中含有成分复杂的碳氢化合物及其氧化组分，以及不同类型与配方的催化剂，具有不同的特征污染物、沥滤浸出特性和毒性，对它们的界定、处理和处置的要求各不相同。油泥中含有成分复杂的毒性有害物质，是一种危险废弃物。对它们的处理处置的主要目的是减量化、无害化，并在法规和条件允许时力求资源化。
渣蜡处理的可能方法包括物理分离、加氢裂解、催化裂解、焚烧（燃烧）、蒸汽重整、气化、改性和热解。
渣蜡中的蜡可以通过溶液萃取或加热融化后以离心力作用、过滤等物理方式与其中的固相成分分离出来，产生高附加值的石蜡产品。但是，溶液萃取后还需要进一步分离，并产生新的废弃物。离心分离对于近微米和亚微米级的颗粒分离效果不佳。各种液相过滤操作单元不仅体积大，成本高，而且滤渣层不易清除，导致过滤压降增大和运行不稳定。
加氢裂解是在360-400°C和高压（通常为20-50bar）条件下，通过加氢将渣蜡中的蜡加工为柴油、煤油等液体燃料和以直链烃为主的石脑油、润滑油等产品。这一过程的优点是液体产物产率较高，产品附加值较高。加氢裂解需要氢气，而在煤基费托合成系统中通常存。在氢气短缺，且制氢成本较高。渣蜡本为废弃物，如果采用加氢裂解会加剧费托合成主流程的氢气短缺。
催化裂解是在流化床反应器中，在催化剂存在和典型温区为495-565°C条件下，将渣蜡裂解为气相组分和少量残焦。气相组分通过冷凝为液态产品，残焦在流化床再生器中，在典型温区为675-735°C条件下氧化释放热量，同时使催化剂再生。如果催化裂解所需的催化剂与渣蜡中带有的费托合成催化剂不相兼容，则无法实施。
焚烧是指在有补充燃料和富裕氧气条件下，通过高温燃烧反应实现减量化和无害化，并通过余热利用产生蒸汽。渣蜡的发热量较高时，可以单独实施燃烧。焚烧工艺相对简单成熟，但运用到渣蜡时，却受到渣蜡加热熔融特性、挥发分析出和燃烧特性的制约，容易出现给料困难、局部超温等运行问题。焚烧过程的直接产物基本没有附加值，预热利用所产生的蒸汽附加值也不高。焚烧过程设计或操作不当时，会产生二噁因等剧毒二次污染物。
蒸汽重整是在增压、500-700°C典型温区和催化剂存在条件下，通过加蒸汽将渣蜡中的蜡重整为富含氢气（H2）的合成气并可在低温下通过一氧化碳转移反应进一步提高H2/CO比。蒸汽重整是从天然气制造纯氢气的主要方式，但尚未有应用于渣蜡处理的工业先例。尽管渣蜡中含硫量低，不易出现催化剂硫中毒的情况，但当渣蜡中的费托合成催化剂与蒸汽重整催化剂不兼容时，则无法实施。
气化是在高温条件下，以空气、富氧或纯氧及蒸汽为气化介质，将渣蜡转化为富含氢气（H2）和一氧化碳(CO)的合成气。如果由此产生的合成气被循环用于费托合成，则气化装置必须与费托合成反应器进行压力耦合，并以液态方式给料。否则，制成合成气压后再缩到费托合成反应气的压力将是大大提高气体压缩的设备和运行成本。由于气化炉在高温条件下运行，可能存在高温熔渣腐蚀，需要特殊的耐火材料，设备造价昂贵。合成气循环到费托合成工艺流程后，从蜡最终转化为费托合成油的总产率仅30-40%，因此处理费用高，而产品附加值不高
渣蜡改性是通过加热改变其物性，制成沥青或沥青改性剂，取代天然沥青，改善沥青的温度敏感性、抗疲劳强度、防水性能和环境适用性。渣蜡改性的工艺操作简单，成本低，但产品附加值低。渣蜡产生的沥青添加剂在普通建筑或工程使用时，存在危险废物民用的违规风险。
为此，本发明开发了一种基于双流化床热解（pyrolysis），亦称热裂解（thermalcracking）的渣蜡处理工艺和系统，不仅从渣蜡中提取液体燃料，而且工艺过程中的燃烧反应器完全符合废弃物焚烧的环保设计规范。本发明同时实现了固体废弃物的减量化、无害化和资源化。
鉴于费托合成成套装置流程中还会排出其他固体废弃物，如油泥，本发明也可以直接应用于渣蜡与油泥的协同处理。
发明内容
为克服上述现有技术存在的不足，本发明提供了一种费托合成渣蜡和油泥无害化处理及资源化系统及工艺。
本发明采取的技术方案之一是：一种费托合成渣蜡和油泥无害化处理及资源化系统，包括进料预处理及进料系统、核心反应器系统、热解产品回收系统和无害化焚烧系统，
所述进料预处理及进料系统包括给料加热器，所述给料加热器内设有搅拌桨，给料加热器的出口连接至核心反应器系统；
所述核心反应器系统包括流化床热解炉和流化床燃烧炉，所述流化床热解炉用于将给料中的蜡组分裂解为富含碳氢化合物的热解气，在流化床热解炉的内部或外部设有初级气固分离器，所述初级气固分离器的入口与流化床热解炉的顶部相连，初级气固分离器的热解气出口连接至所述热解产品回收系统，初级气固分离器的颗粒出口与流化床热解炉相连以便分离下来的固体颗粒返回流化床热解炉热解炉；所述流化床热解炉的底部设有洗气器，所述洗气器的颗粒出口与其底部的物料循环管相连，以蒸汽为介质防止热解气被夹带进入流化床燃烧炉；所述流化床燃烧炉通过燃烧或氧化反应释放热量，并通过固体颗粒循环子系统与所述流化床热解炉相连，为热解反应提供所需的热量，且热解产生的气体通过所述无害化焚烧系统净化后排放。
进一步的，所述给料加热器的下游设有粗滤器，粗滤器出口与给料泵相连；所述给料泵置于粗滤器的下游，其出口通过保温及伴热管线与一个或多个给料喷嘴相连。
进一步的，所述固体颗粒循环子系统包括上下两个分支，上部分支包括气固分离器、返料控制机构、流化床换热器，下部分支包括底部的物料循环管，所述气固分离器设置于流化床燃烧炉的下游，其烟气出口通过二燃室或直接连接至所述无害化焚烧系统，其固体出口与返料控制机构或流化床换热器相连，分离出的固体颗粒经过流化床换热器降温后，再经过返料控制机构送至流化床热解炉；所述物料循环管置于洗气器的下游，其出口与流化床燃烧炉相连。
进一步的，所述热解产品回收系统包括热解气过滤器、储灰罐、冷凝与分离子系统、储油罐和油水分离罐，所述热解气过滤器置于初级气固分离器下游，其热解气出口与冷凝与分离子系统相连，固体颗粒出口与储灰罐相连，所述储灰罐置于热解气过滤器的下方，用于临时储存被过滤器分离下来的飞灰和催化剂颗粒；所述冷凝与分离子系统包括两级或两级以上的冷凝与气液分离，且冷凝与分离子系统的液体出口分别连接储油罐和油水分离罐。
进一步的，所述冷凝与分离子系统包括一级冷凝器、一级汽液分离器、二级冷凝器和二级汽液分离器，所述一级冷凝器置于所述热解气过滤器下游，其气体出口与一级汽液分离器相连；所述一级汽液分离器置于一级冷凝器的下游，其气体出口与二级冷凝器相连，其液体出口通过第一输送泵连接至储油罐，所述二级冷凝器置于一级汽液分离器下游，其气体出口与二级汽液分离器相连；所述二级汽液分离器置于二级冷凝器下游，其气体出口通过增压风机与流化床燃烧炉相连，其液体出口通过第二输送泵连接至油水分离罐。
进一步的，所述油储油罐置于所述第一输送泵下游，用于储存回收的中等馏分油，且在第一输送泵和储油罐之间设置有无机膜微滤和/或超滤系统，用于提取高纯度的蜡；所述油水分离罐置于所述第二输送泵下游，用于储存和分离冷凝下来的石脑油和水。
进一步的，所述无害化焚烧系统包括余热锅炉、急冷装置、喷活性炭烟气管段、除尘器、焚烧回收储灰罐和烟囱，所述余热锅炉位于流化床燃烧炉的气体出口下游，其内部通过第三输送泵供水，其烟气出口与所述急冷装置相连；急冷装置置于余热锅炉下游，其采用喷水方式将烟气的温度在停留的时间内降至目标温区，且其出口与所述喷活性炭烟气管段相连；喷活性炭烟气管段置于急冷装置下游，其出口与所述除尘器相连，除尘器的烟气出口通过引风机与所述烟囱相连，除尘器的固体颗粒出口与所述焚烧回收储灰罐相连。
进一步的，所述余热锅炉与流化床燃烧炉之间设有二燃室，所述二燃室通过气固分离器与流化床燃烧炉烟气出口相连，二燃室置于气固分离器下游，且仅在燃烧炉操作温度低于1100°C时采用，二燃室的出口与余热锅炉相连。
进一步的，所述流化床热解炉的流动类型为鼓泡床或湍流床、流化床燃烧炉流动类型为快速床，或者流化床热解炉的流动类型为快速床、流化床燃烧炉流动类型为鼓泡床或湍流床，或者流化床热解炉和流化床燃烧炉的流动类型均为鼓泡床或湍流床；且在流化床热解炉底部和流化床燃烧炉床层上部之间设有一个提升管，其流动类型为密相或稀相气力输送。
进一步的，所述流化床热解炉的内部设有旋风分离器作为初级气固分离器，以用来来减少热损失和热解气凝结及管路堵塞。
本发明采取的技术方案之二是：一种费托合成渣蜡和油泥无害化处理及资源化工艺，该工艺采用上述的系统进行费托合成渣蜡和油泥的无害化及资源化处理，具体包括以下步骤：
S1：通过进料预处理及进料系统对渣蜡或油泥进行预处理，渣蜡或油泥在给料加热器中进行搅拌和加热，给料在加热后以高粘度流体状态经过过滤、雾化后送入流化床热解炉；
S2: 雾化后的给料液滴进入流化床热解炉后，与流化床层内的固体颗粒迅速接触、混合，并加热至热解反应所需的温度；
S3: 热解反应产生的热解气首先经过初级气固分离器进行固体颗粒初分离后，热解气进入热解过滤器，其中初级气固离器捕获的固体颗粒返回热解炉的反应器床内，热解过滤器捕获的细颗粒储存在储灰罐；热解后的残留催化剂和焦炭向流化床热解炉底部移动，在热解反应器底部设置了洗气器，以过热蒸汽为介质，防止热解气倍固体颗粒夹带入燃烧反应器；
S4: 经过热解过滤器除去固体颗粒的热解气进入由一级或多级冷凝器与气液分离器进行液体燃料产品的回收；其中一级冷凝器将热解气温度降至200-360°C，并经一级汽液分离器回收中等馏分油和少量未热解的蜡，再经第一输送泵送入储油罐；从一级汽液分离器离开的热解气进入二级冷凝器后温度降至35-65°C，并经二级汽液分离器回收轻质石脑油和冷凝水，残留的不凝气体被增压风机送至流化床燃烧器燃烧，冷凝下来的石脑油和水由第二输送泵送至油水分离罐进一步分离。
S5: 流化床热解炉内的固体颗粒从洗气器底部进入物料循环管，在过热蒸汽和压力差的推动下进入运行在较高操作风速下的流化床燃烧炉，流化床燃烧炉以热解中产生的残焦、冷凝系统残留的不凝气体和渣蜡加热器的排气为燃料进行燃烧反应，所释放的热量同时加热烟气和固体颗粒；
S6：流化床燃烧炉内的热烟气经过气固分离器，分离出的固体颗粒经过流化床换热器降温后，再经过返料控制机构送至流化床热解炉；
S7：从气固分离器离开的含固体颗粒较少的烟气进入余热锅炉冷却至500-700°C，然后进入急冷装置，烟气在急冷装置中进一步冷却至150-200°C以防止二噁因的中温生成，同时脱除酸性气体，随后在烟道中喷入活性炭作为吸附剂脱除固体颗粒上残留的二噁因，然后，烟气进入除尘器将固体颗粒捕获，并储存在飞灰罐里以备进一步处置，脱除粉尘和酸性气体的烟气经由引风机进入烟道排空。
本方案的工艺中，给料（如渣蜡、油泥）在加热后以高粘度流体状态进入热解炉，在热解过程中，其粘度和表面张力都随着热解气的析出而不断增加，直至以残焦形式固化。这一过程中，维持稳定运行的关键是液态存量的动态平衡，使之保持在特定阈值以下。热解反应的产物可分为液态油品（主要是中等馏分油）的蒸气、不凝气体和残焦三个主要类别。每一特定类别产物的产率是给料总转化率和特定产物类别选择性之乘积。鉴于不凝气体和残焦的潜在附加值远低于液态油品，热解产物的潜在总价值（TPV）是由各分馏组分的价值与其产率乘积的总和。
影响给料总转化率的主要因素是床温、平均停留时间和可能的传热阻力。本发明工艺的实施方式将通过控制和优化床温、给料在热解反应区内的平均停留时间，保证优良的流态化质量来减少传热阻力，从而提高总转化率。
影响液态油品选择性的主要因素是温度、停留时间分布、传质阻力，以及反应区内碳氢化合物的分压。本发明工艺的实施方式将通过建立合理的给料与床层的接触模式增加给料的比表面积，减少液层厚度，并通过蒸汽流化降低反应内的产物分压，以减少传质阻力，以提高热解产物对液态油品的选择性。
进一步的，流化床热解炉在450-600°C的温度范围内运行，优选温度区间为480-550°C。本发明优选采用固体物料循环为给热解反应提供热量。混和在惰性床料里的热解残焦与不凝气体（可选地还有其它辅助燃料）在另一个反应器（燃烧器）中以空气为供养载体进行燃烧或氧化反应，释放热量并加热固体颗粒。流化床燃烧炉的设计操作温度为800-1500°C，优选地，操作温度为1100-1300°C，更优选地，操作温度为1120-1250°C，且气固两相停留时间都大于2 s。氧化反应的操作温度区间为600-800°C，优选地，操作温度为650-750°C。
进一步的，无论流化床燃烧炉的设计操作温度如何，进入流化床热解炉的循环物料温度保持在比流化床热解炉温度高50-200°C的水平，优选地，循环物料进入热解反应器的温度比热解炉操作温度高100-150°C。
进一步的，固体物料的最低循环倍率，其定义为固体颗粒循环速率与给料速率之比，由给料的化学成分、水分、热解反应热、反应器的操作温度和散热量决定。本发明工艺的一个特征是，固体物料实际的循环倍率范围为5-40，优选地，循环倍率为10-30。
进一步的，所述急冷装置以稀碱液为急冷介质，在小于1 s的烟气停留时间内将烟气进一步冷却至150-200°C，以防止二噁因的中温生成，同时脱除酸性气体。
进一步的，所述流化床热解炉的操作压力为1.2-2.0 bar，流化床燃烧炉的操作压力1.0-1.3 bar；所述一级冷凝器的出口气温为200-360°C，二级冷凝器的出口气温为35-65°C
本发明的有益效果是：本发明不仅从渣蜡中提取液体燃料，而且工艺过程中的燃烧反应器完全符合废弃物焚烧的环保设计规范，其同时实现了固体废弃物的减量化、无害化和资源化。
本发明为基于双流化床热解的富含碳氢化合物的废弃物资源化成套工艺及系统，以渣蜡，或油泥，或渣蜡与油泥为典型给料，以蒸汽为雾化、流化和洗气介质，无需消耗任何催化剂、氢气或富氧资源，在中温和近常压条件下，将渣蜡中的蜡热解为热解气，并通过冷凝回收高附加值的液体燃料和石脑油等产品。少量残渣和不凝气体以空气为氧气来源，通过燃烧反应释放热量，为热解过程提供热量，使全系统达到热自持。
对于来自费托合成的渣蜡及油泥给料，本发明在常压热解与费托合成主流程压力解耦，消除了压缩合成气的高昂运行成本；中温热解能显著提高液油产率、产品的附加值。
本发明通过在热解炉里建立适当的进料和液固接触方式，形成适宜流化的固体颗粒。通过残焦和不凝气体经高温燃烧消除毒性和有害物质，并为热解系统提供热量，通过系统热集成提高总体热效率。通过固体热颗粒循环减少热解炉内的温度梯度，避免局部超温，并提高床层对高粘度液体的耐受性。
本发明灵活的工艺和系统设计，以适应不同给料类型及配比。对于含氯给料，二噁因的生成是焚烧系统的一个重要考虑因素。除了给料中可能存在的二噁因外，二噁因还可以在过程中合成，其反应途径包括几个主要因素：（A）含氯前体的存在、（B）200-600°C的温度区间、（C）富余氧气、（D）未燃尽的残碳、（E）较长（> 1 s）的停留时间、（F）催化介质的存在。
本发明可以通过将二噁因生成要素进行解耦来大大降低二噁因生成量。在本发明中，热解炉内没有富余氧气，因而无法合成二噁因，而燃烧炉在内没有含氯前体且运行温度显著高于合成二噁因的温度区间，也无法合成二噁因，因此能大大降低二噁因的生成。
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
图1是本发明的系统结构图。
图2是本发明的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
如图1所示，一种费托合成渣蜡和油泥无害化处理及资源化系统，包括进料预处理及进料系统、核心反应器系统、热解产品回收系统和无害化焚烧系统。
所述进料预处理及进料系统包括给料加热器100，所述给料加热器100内设有搅拌桨110，给料加热器100的下游设有粗滤器120，粗滤器120出口与给料泵130相连；所述给料泵130置于粗滤器120的下游，其出口通过保温及伴热管线140与一个或多个给料喷嘴150相连。
所述核心反应器系统包括流化床热解炉200和流化床燃烧炉300，所述流化床热解炉200用于将给料中的蜡组分裂解为富含碳氢化合物的热解气，在流化床热解炉200的内部或外部设有初级气固分离器210，所述初级气固分离器210的入口与流化床热解炉200的顶部相连，初级气固分离器210的热解气出口连接至所述热解产品回收系统，初级气固分离器210的颗粒出口与流化床热解炉200相连以便分离下来的固体颗粒返回流化床热解炉热解炉200；所述流化床热解炉200的底部设有洗气器220，所述洗气器220的颗粒出口与其底部的物料循环管230相连，以蒸汽为介质防止热解气被夹带进入流化床燃烧炉300；所述流化床燃烧炉300通过燃烧或氧化反应释放热量，并通过固体颗粒循环子系统与所述流化床热解炉200相连，为热解反应提供所需的热量，且热解产生的气体通过所述无害化焚烧系统净化后排放。
其中，所述固体颗粒循环子系统包括上下两个分支，上部分支包括气固分离器310、返料控制机构330、流化床换热器320，下部分支包括底部的物料循环管230，所述气固分离器310设置于流化床燃烧炉300的下游，其烟气出口通过二燃室350或直接连接至所述无害化焚烧系统，其固体出口与返料控制机构330或流化床换热器320相连，分离出的固体颗粒经过流化床换热器320降温后，再经过返料控制机构330送至流化床热解炉200；所述物料循环管230置于洗气器220的下游，其出口与流化床燃烧炉300相连。
所述热解产品回收系统包括热解气过滤器400、储灰罐410、冷凝与分离子系统、储油罐和油水分离罐，所述热解气过滤器400置于初级气固分离器210下游，其热解气出口与冷凝与分离子系统相连，固体颗粒出口与储灰罐410相连，所述储灰罐410置于热解气过滤器400的下方，用于临时储存被过滤器分离下来的飞灰和催化剂颗粒；所述冷凝与分离子系统包括两级或两级以上的冷凝与气液分离，且冷凝与分离子系统的液体出口分别连接储油罐和油水分离罐。
其中，所述冷凝与分离子系统包括一级冷凝器420、一级汽液分离器430、二级冷凝器460和二级汽液分离器470，所述一级冷凝器420置于所述热解气过滤器400下游，其气体出口与一级汽液分离器430相连；所述一级汽液分离器430置于一级冷凝器420的下游，其气体出口与二级冷凝器460相连，其液体出口通过第一输送泵440连接至储油罐，所述二级冷凝器460置于一级汽液分离器430下游，其气体出口与二级汽液分离器470相连；所述二级汽液分离器470置于二级冷凝器460下游，其气体出口通过增压风机480与流化床燃烧炉300相连，其液体出口通过第二输送泵490连接至油水分离罐。所述油储油罐450置于所述第一输送泵440下游，用于储存回收的中等馏分油，且在第一输送泵440和储油罐450之间设置有无机膜微滤和/或超滤系统，用于提取高纯度的蜡；所述油水分离罐500置于所述第二输送泵490下游，用于储存和分离冷凝下来的石脑油和水。
所述无害化焚烧系统包括余热锅炉520、急冷装置530、喷活性炭烟气管段540、除尘器550、焚烧回收储灰罐560和烟囱600，所述余热锅炉520位于流化床燃烧炉300的气体出口下游，其内部通过第三输送泵供水，其其烟气出口与所述急冷装置530相连；急冷装置530置于余热锅炉520下游，其采用喷水方式将烟气的温度在停留的时间内降至目标温区，且其出口与所述喷活性炭烟气管段540相连；喷活性炭烟气管段540置于急冷装置530下游，其出口与所述除尘器550相连，除尘器550的烟气出口通过引风机570与所述烟囱600相连，除尘器550的固体颗粒出口与所述焚烧回收储灰罐560相连。
其中，所述余热锅炉520与流化床燃烧炉300之间设有二燃室350，所述二燃室350通过气固分离器310与流化床燃烧炉300烟气出口相连，二燃室350置于气固分离器310下游，且仅在燃烧炉设计温度低于1100°C时才采用，二燃室的出口与余热锅炉520相连。
如图2所示，一种费托合成渣蜡和油泥无害化处理及资源化工艺，给料经加热预处理后，经过过滤后，经泵送或雾化给入流化床热解炉，迅速热解为富含碳氢化合物的热解气。热解气经过净化除尘后，经过分级冷凝和分离，生产高附加值的液态油品主要是中等馏分油，包括柴油、煤油、汽油，以及少量未转化的蜡和石脑油，而热解残焦和冷凝剩下的不凝气体则送入燃烧室，通过燃烧或氧化释放热量，继而通过固体颗粒循环将热量供应给吸热的热解反应。
该工艺的具体步骤如下：
S1：通过进料预处理及进料系统对渣蜡或油泥进行预处理，渣蜡或油泥在给料加热器100中进行搅拌和加热，给料在加热后以高粘度流体状态经过过滤、雾化后送入流化床热解炉200；
S2: 雾化后的给料液滴进入流化床热解炉200后，与流化床层内的固体颗粒迅速接触、混合，并加热至热解反应所需的温度；
S3: 热解反应产生的热解气首先经过初级气固分离器210进行固体颗粒初分离后，热解气进入热解过滤器400，其中初级气固离器捕获的固体颗粒返回热解炉的反应器床内，热解过滤器捕获的细颗粒储存在储灰罐410；热解后的残留催化剂和焦炭向流化床热解炉底部移动，在热解反应器底部设置了洗气器220，以过热蒸汽为介质，防止热解气倍固体颗粒夹带入燃烧反应器，造成可回收产物的损失；
S4: 经过热解过滤器400除去固体颗粒的热解气进入由一级或多级冷凝器与气液分离器进行液体燃料产品的回收；在本步骤中，一级冷凝器420将热解气温度降至200-360°C，并经一级汽液分离器430回收柴油、煤油等中等馏分油和少量未热解的蜡，再经第一输送泵440送入储油罐450。从一级汽液分离器离开的热解气进入二级冷凝器460将温度降至35-65°C，并经二级汽液分离器470回收轻质石脑油和冷凝水，残留的不凝气体被增压风机480送至燃烧器300燃烧。冷凝下来的石脑油和水由第二输送泵490送至油水分离罐500进一步分离。
S5: 流化床热解炉200内的固体颗粒从洗气器220底部进入物料循环管230，在过热蒸汽和压力差的推动下进入运行在较高操作风速下的流化床燃烧炉300，流化床燃烧炉300以热解中产生的残焦、冷凝系统残留的不凝气体和渣蜡加热器的排气为燃料进行燃烧反应，所释放的热量同时加热烟气和固体颗粒；
S6：流化床燃烧炉300内的热烟气经过气固分离器310，分离出的固体颗粒经过流化床换热器320降温后，再经过返料控制机构330送至流化床热解炉200；
S7：从气固分离器310离开的含固体颗粒较少的烟气进入余热锅炉520冷却至500-600°C，然后进入急冷装置520，急冷装置（520）以稀碱液为急冷介质，在小于1 s的烟气停留时间内将烟气进一步冷却至150-200°C，以防止二噁因的中温生成，同时脱除酸性气体；随后在烟道中喷入活性炭作为吸附剂脱除固体颗粒上残留的二噁因，然后，烟气进入除尘器540将固体颗粒捕获，并储存在飞灰罐550里以备进一步处置，脱除粉尘和酸性气体的烟气经由引风机560进入烟道570排空。
为了维持床内物料平衡和运行稳定，需要从热解炉或燃烧炉排出灰渣。优选地，灰渣从燃烧器的底部排出。可选地，灰渣可从热解炉的底部或返料控制机构330排出。
流化床换热器320和返料控制机构330可以集成为一个实体。返料控制机构330是一个非机械阀门，或滑动闸阀。优选地，返料控制机构330用蒸汽协助物料流动并防止来自燃烧器的含有富余氧气的烟气进入热解炉。
本发明中，热解炉的操作温度为450-650°C，优选地，操作温度为480-550°C。热解炉的操作压力为0.7-5.0 bar，优选地，操作压力为1.0-2.0 bar，更优选地，操作压力为1.2-1.8 bar。燃烧炉的操作压力为0.9-1.5 bar，优选地，操作压力为1.0-1.3 bar。
热解炉的流化介质为蒸汽，或增压的来自二级汽水分离器的不凝气体，或经过增压的来自一级汽水分离器的中间排气。
本发明的一种实施方式中，热解炉的流动类型是一个鼓泡床或湍流床，其表观风速为0.1-2.0 m/s，优选地，表观风速为0.3-1.5 m/s；燃烧炉的流动类型是一个快速床，其表观风速为4.0-8.0 m/s，优选地，表观风速为5.0-6.5 m/s。
在另一种实施方式中，热解炉是一个快速床，其表观风速为4.0-8.0 m/s，优选地，表观风速为5.0-7.0 m/s；燃烧炉是一个鼓泡床或湍流床，其表观风速为0.1-1.5 m/s，优选地，表观风速为0.2-1.0 m/s，更优选地，表观风速为0.2-0.6 m/s。
在另一种实施方式中，热解炉是一个鼓泡床或湍流床，其表观风速为0.1-2.0 m/s，优选地，表观风速为0.3-1.5 m/s；燃烧炉也是一个鼓泡床或湍流床，其表观风速为0.1-1.5 m/s，优选地，表观风速为0.2-1.0 m/s。在热解炉和燃烧炉之间有一个提升管，其流动类型为密相或稀相气力输送，操作风速为2-20 m/s，优选地，作密相气力输送时操作风速为1-4 m/s，作稀相气力输送时操作风速为8-20 m/s。
给料加热器内的操作温度为90-150°C，优选地，操作温度为100-130°C，以确保渣蜡具有合理的可泵送性和雾化性能。渣蜡加热器为密闭正压运行，以饱和蒸汽或减压后轻度过热的蒸汽为密封介质。
给料加热器的加热介质为2-10 bar的饱和蒸汽，或同等压力的过热蒸汽，或压力为1.5-5 bar的导热油；优选地，过热蒸汽或导热油的温度不超过350°C。如以蒸汽为加热介质，渣蜡加热器排出的热水可用于供暖。
热解炉和燃烧炉的液体或浆体给料的雾化方式为单流体压力雾化或双流体雾化。可选地，用于热解炉给料雾化的介质是压力为3-10bar的饱和蒸汽或过热蒸汽，用于燃烧炉给料雾化的介质为是为3-10bar的饱和蒸汽，或同等压力的过热蒸汽或空气。用于雾化的蒸汽温度为120-550°C，优选地，雾化蒸汽温度为130-350°C。
本发明中，为了防止热解气的重质由在初级分离器内的冷凝造成堵塞，初级分离器的工作温度不应低于热解炉操作温度10°C或更低；优选地，初级分离器应通过保温和伴热使其金属壁温不低于热解炉操作温度。
本发明中，热解气过滤器的基于过滤单元总面积的过滤面速率为0.005-0.05 m/s，优选地，过滤面速率为0.008-0.02 m/s。过滤器设有无氧反吹装置，根据过滤器的压降变化定期或不定期地除去过滤单元上积累的固体颗粒。
本发明的一种实施方式中，一级冷凝器采用间接冷却方式，如管壳式冷凝器。优选地，壳程走热解气，管程走冷凝介质。冷却介质为压力为2-10 bar的饱和蒸汽，或同等压力的导热油。一级冷凝器的出口气温为150-380°C，优选地，出口气温为200-360°C，以收集中等馏分油（包括柴油、煤油和汽油）及少量未热解的蜡，并使回收的油品保持良好的流动及泵送特性。
本发明的另一种实施方式中，一级冷凝器的冷却方式为直接喷液冷却，冷却介质为循环利用的中等馏分油（如柴油、煤油或汽油）。
本发明的另一种实施方式中，在一级冷凝器和中间馏分油储存罐之间可设置无机膜微滤和/或超滤系统，提高中间馏分油的纯度。
本发明的另一种实施方式中，一级冷凝器同时采用直接和间接冷却结合的冷却方式，并优先采用上面所述两种方式中所规定的冷却介质。
同上，二级冷凝器采用间接冷却方式，如管壳式冷凝器。优选地，冷却介质为水；可选地，冷却介质为空气。二级冷凝器的出口气温为35-65°C，优选地，出口气温为40-60°C，以收集石脑油和冷凝水。优选地，二级冷凝器的冷却介质为水。可选地，二级冷凝器的冷却介质为空气。
来自燃烧器或二燃室350的高温热烟气经余热锅炉520产生压力为5-20 bar的饱和蒸汽，优选地，饱和蒸汽压力为10-15 bar。余热锅炉出口烟气温度为500-600°C。
全部或饱和蒸汽经一级冷凝器420和流化床中间换热器320两级过热后，除供系统自用外，富余蒸汽还可以供热或以动力形式输出。过热蒸汽出口温度为450-600°C，优选地，过热蒸汽出口温度为500-550°C。
优选地，本发明的设备采用平衡通风方式，在烟囱前设置引风机。
本发明的实施方案可针对不同的给料要求进行单独或组合操作，产品线热态渣蜡，贮存库冷态渣蜡和隔油池油泥分别有预处理工艺和进料系统，相互之间不产生影响，可以有效应对原料来源的波动，并保证主处理系统，即双流化床系统的运行稳定性。
本发明的实施方式包括但不仅限于以下工艺的处理：
单独处理产品线热态渣蜡；
单独处理贮存库冷态渣蜡；
单独处理隔油池油泥；
组合处理处理产品线热态渣蜡和贮存库冷态渣蜡；
组合处理处理产品线热态渣蜡和隔油池油泥；
组合处理处理贮存库冷态渣蜡和隔油池油泥；
组合处理处理产品线热态渣蜡、贮存库冷态渣蜡和隔油池油泥。
对于渣蜡和油泥协同处理的实施方式，优选地，油泥应与渣蜡分开加热和进料。优选地，油泥加热的介质为渣蜡加热器排出的汽水混合物或热水。
油泥或渣蜡任一者占全部给料量的比例小于10%时，可考虑混合加热和进料。混合给料的加热条件按渣蜡单独加热的情形实施。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (17)
1.一种费托合成渣蜡和油泥无害化处理及资源化系统，包括进料预处理及进料系统、核心反应器系统、热解产品回收系统和无害化焚烧系统，其特征在于：
所述进料预处理及进料系统包括给料加热器（100），所述给料加热器（100）内设有搅拌桨（110），给料加热器（100）的出口连接至核心反应器系统；
所述核心反应器系统包括流化床热解炉（200）和流化床燃烧炉（300），所述流化床热解炉（200）用于将给料中的蜡组分裂解为富含碳氢化合物的热解气，在流化床热解炉（200）的内部或外部设有初级气固分离器（210），所述初级气固分离器（210）的入口与流化床热解炉（200）的顶部相连，初级气固分离器（210）的热解气出口连接至所述热解产品回收系统，初级气固分离器（210）的颗粒出口与流化床热解炉（200）相连以便分离下来的固体颗粒返回流化床热解炉热解炉（200）；所述流化床热解炉（200）的底部设有洗气器（220），所述洗气器（220）的颗粒出口与其底部的物料循环管（230）相连，以蒸汽为介质防止热解气被夹带进入流化床燃烧炉（300）；所述流化床燃烧炉（300）通过燃烧或氧化反应释放热量，并通过固体颗粒循环子系统与所述流化床热解炉（200）相连，为热解反应提供所需的热量，且热解产生的气体通过所述无害化焚烧系统净化后排放。
2.根据权利要求1所述的一种费托合成渣蜡和油泥无害化处理及资源化系统，其特征在于：所述给料加热器（100）的下游设有粗滤器（120），粗滤器（120）出口与给料泵（130）相连；所述给料泵（130）置于粗滤器（120）的下游，其出口通过保温及伴热管线（140）与一个或多个给料喷嘴（150）相连。
3.根据权利要求1所述的一种费托合成渣蜡和油泥无害化处理及资源化系统，其特征在于：所述固体颗粒循环子系统包括上下两个分支，上部分支包括气固分离器（310）、返料控制机构（330）、流化床换热器（320），下部分支包括底部的物料循环管（230），所述气固分离器（310）设置于流化床燃烧炉（300）的下游，其烟气出口通过二燃室（350）或直接连接至所述无害化焚烧系统，其固体出口与返料控制机构（330）或流化床换热器（320）相连，分离出的固体颗粒经过流化床换热器（320）降温后，再经过返料控制机构（330）送至流化床热解炉（200）；所述物料循环管（230）置于洗气器（220）的下游，其出口与流化床燃烧炉（300）相连。
4.根据权利要求1所述的一种费托合成渣蜡和油泥无害化处理及资源化系统，其特征在于：所述热解产品回收系统包括热解气过滤器（400）、储灰罐（410）、冷凝与分离子系统、储油罐和油水分离罐，所述热解气过滤器（400）置于初级气固分离器（210）下游，其热解气出口与冷凝与分离子系统相连，固体颗粒出口与储灰罐（410）相连，所述储灰罐（410）置于热解气过滤器（400）的下方，用于临时储存被过滤器分离下来的飞灰和催化剂颗粒；所述冷凝与分离子系统包括两级或两级以上的冷凝与气液分离，且冷凝与分离子系统的液体出口分别连接储油罐和油水分离罐。
5.根据权利要求4所述的一种费托合成渣蜡和油泥无害化处理及资源化系统，其特征在于：所述冷凝与分离子系统包括一级冷凝器（420）、一级汽液分离器（430）、二级冷凝器（460）和二级汽液分离器（470），所述一级冷凝器（420）置于所述热解气过滤器（400）下游，其气体出口与一级汽液分离器（430）相连；所述一级汽液分离器（430）置于一级冷凝器（420）的下游，其气体出口与二级冷凝器（460）相连，其液体出口通过第一输送泵（440）连接至储油罐，所述二级冷凝器（460）置于一级汽液分离器（430）下游，其气体出口与二级汽液分离器（470）相连；所述二级汽液分离器（470）置于二级冷凝器（460）下游，其气体出口通过增压风机（480）与流化床燃烧炉（300）相连，其液体出口通过第二输送泵（490）连接至油水分离罐。
6.根据权利要求5所述的一种费托合成渣蜡和油泥无害化处理及资源化系统，其特征在于：所述油储油罐（450）置于所述第一输送泵（440）下游，用于储存回收的中等馏分油，且在第一输送泵（440）和储油罐（450）之间设置有无机膜微滤和/或超滤系统，用于提取高纯度的蜡；所述油水分离罐（500）置于所述第二输送泵（490）下游，用于储存和分离冷凝下来的石脑油和水。
7.根据权利要求1或3所述的一种费托合成渣蜡和油泥无害化处理及资源化系统，其特征在于：所述无害化焚烧系统包括余热锅炉（520）、急冷装置（530）、喷活性炭烟气管段（540）、除尘器（550）、焚烧回收储灰罐（560）和烟囱（600），所述余热锅炉（520）位于流化床燃烧炉（300）的气体出口下游，其内部通过第三输送泵供水，其其烟气出口与所述急冷装置（530）相连；急冷装置（530）置于余热锅炉（520）下游，其采用喷水方式将烟气的温度在停留的时间内降至目标温区，且其出口与所述喷活性炭烟气管段（540）相连；喷活性炭烟气管段（540）置于急冷装置（530）下游，其出口与所述除尘器（550）相连，除尘器（550）的烟气出口通过引风机（570）与所述烟囱（600）相连，除尘器（550）的固体颗粒出口与所述焚烧回收储灰罐（560）相连。
8.根据权利要求7所述的一种费托合成渣蜡和油泥无害化处理及资源化系统，其特征在于：所述余热锅炉（520）与流化床燃烧炉（300）之间设有二燃室（350），所述二燃室（350）通过气固分离器（310）与流化床燃烧炉（300）烟气出口相连，二燃室（350）置于气固分离器（310）下游，且仅在燃烧炉本身操作温度低于1100°C时才需要采用，二燃室的出口与余热锅炉（520）相连。
9.根据权利要求1所述的一种费托合成渣蜡和油泥无害化处理及资源化系统，其特征在于：所述流化床热解炉（200）的流动类型为鼓泡床或湍流床、流化床燃烧炉（300）流动类型为快速床，或者流化床热解炉（200）的流动类型为快速床、流化床燃烧炉（300）流动类型为鼓泡床或湍流床，或者流化床热解炉（200）和流化床燃烧炉（300）的流动类型均为鼓泡床或湍流床；且在流化床热解炉底部和流化床燃烧炉床层上部之间设有一个提升管，其流动类型为密相或稀相气力输送。
10.根据权利要求1所述的一种费托合成渣蜡和油泥无害化处理及资源化系统，其特征在于：所述流化床热解炉（200）的内部设有旋风分离器作为初级气固分离器（210），以用于减少热损失和热解气凝结及管路堵塞。
11.一种费托合成渣蜡和油泥无害化处理及资源化工艺，其特征在于采用上述权利要求1至10中任一项所述的系统进行费托合成渣蜡和油泥的无害化及资源化处理，具体包括以下步骤：
S1：通过进料预处理及进料系统对渣蜡或油泥进行预处理，渣蜡或油泥在给料加热器（100）中进行搅拌和加热，给料在加热后以高粘度流体状态经过过滤、雾化后送入流化床热解炉（200）；
S2: 雾化后的给料液滴进入流化床热解炉（200）后，与流化床层内的固体颗粒迅速接触、混合，并加热至热解反应所需的温度；
S3: 热解反应产生的热解气首先经过初级气固分离器（210）进行固体颗粒初分离后，热解气进入热解过滤器（400），其中初级气固离器捕获的固体颗粒返回热解炉的反应器床内，热解过滤器捕获的细颗粒储存在储灰罐（410）；热解后的残留催化剂和焦炭向流化床热解炉底部移动，在热解反应器底部设置了洗气器（220），以过热蒸汽为介质，防止热解气倍固体颗粒夹带入燃烧反应器；
S4: 经过热解过滤器（400）除去固体颗粒的热解气进入由一级或多级冷凝器与气液分离器进行液体燃料产品的回收；
S5: 流化床热解炉（200）内的固体颗粒从洗气器（220）底部进入物料循环管（230），在过热蒸汽和压力差的推动下进入运行在较高操作风速下的流化床燃烧炉（300），流化床燃烧炉（300）以热解中产生的残焦、冷凝系统残留的不凝气体和渣蜡加热器的排气为燃料进行燃烧反应，所释放的热量同时加热烟气和固体颗粒；
S6：流化床燃烧炉（300）内的热烟气经过气固分离器（310），分离出的固体颗粒经过流化床换热器（320）降温后，再经过返料控制机构（330）送至流化床热解炉（200）；
S7：从气固分离器（310）离开的含固体颗粒较少的烟气进入余热锅炉（520）冷却至500-600°C，然后进入急冷装置（520），烟气在急冷装置中进一步冷却以防止二噁因的中温生成，同时脱除酸性气体，随后在烟道中喷入活性炭作为吸附剂脱除固体颗粒上残留的二噁因，然后，烟气进入除尘器（540）将固体颗粒捕获，并储存在飞灰罐（550）里以备进一步处置，脱除粉尘和酸性气体的烟气经由引风机（560）进入烟道（570）排空。
12.根据权利要求11所述的一种费托合成渣蜡和油泥无害化处理及资源化工艺，其特征在于：所述流化床热解炉（200）的反应温度设置为480-550°C，流化床燃烧炉（300）的操作温度高于800-1500°C，当流化床燃烧炉（300）的操作温度设计高于1100°C时，其出口处气固分离器（310）分离出的固体颗粒经过流化床换热器（320）降温至650-750°C后，再送至流化床热解炉（200）。
13.根据权利要求11或13所述的一种费托合成渣蜡和油泥无害化处理及资源化工艺，其特征在于：无论流化床燃烧炉的设计操作温度如何，进入流化床热解炉（200）的循环物料温度保持在比流化床热解炉（200）温度高100-150°C。
14.根据权利要求11所述的一种费托合成渣蜡和油泥无害化处理及资源化工艺，其特征在于：所述步骤S4中，一级冷凝器（420）将热解气温度降至200-360°C，并经一级汽液分离器（430）回收中等馏分油和少量未热解的蜡，再经第一输送泵（440）送入储油罐（450）；从一级汽液分离器（430）离开的热解气进入二级冷凝器（460）后温度降至35-65°C，并经二级汽液分离器（470）回收轻质石脑油和冷凝水，残留的不凝气体被增压风机（480）送至流化床燃烧器（300）燃烧，冷凝下来的石脑油和水由第二输送泵（490）送至油水分离罐（500）进一步分离。
15.根据权利要求11所述的一种费托合成渣蜡和油泥无害化处理及资源化工艺，其特征在于：固体物料的循环倍率为10-20。
16.根据权利要求11所述的一种费托合成渣蜡和油泥无害化处理及资源化工艺，其特征在于：所述急冷装置（520）以稀碱液为急冷介质，在小于1 s的烟气停留时间内将烟气进一步冷却至150-200°C，以防止二噁因的中温生成，同时脱除酸性气体。
17.根据权利要求11所述的一种费托合成渣蜡和油泥无害化处理及资源化工艺，其特征在于：所述流化床热解炉（200）的操作压力为1.2-2.0 bar，流化床燃烧炉（300）的操作压力1.0-1.3 bar；所述一级冷凝器的出口气温为200-360°C，二级冷凝器的出口气温为35-65°C。
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