CN109385288B - 一种油砂和油泥综合利用方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种油砂和油泥综合利用方法及装置，具体地，本发明的加工装置包括破碎设备(L)、预混设备(T)、干馏反应器(A)、预反应器(F)、沉降器(B)、加热器(G)、煅烧器(J)、取热器(M)、急冷器(R)、洗涤器(N)、液固分离器(P)、重质油换热器(O)、中段抽出油换热器(Q)和上段抽出油换热器(U)，具体连接详见说明书。本发明的加工方法通过对油砂和油泥进行清洁高效加工以及尾砂无害化和资源化处理，具有原料适应广、产品质量好、能量利用好、环境友好等优点，将为油砂和油泥处理提供一条高效化、清洁化、资源化、无害化的加工路线。
Description
技术领域
本发明属于油砂加工利用领域，具体涉及一种油砂和油泥的综合利用方法及装置。
背景技术
油砂又名焦油砂或沥青砂，是一种含有油的砂或砂岩，是一种非常规石油资源，目前油砂的含油储量已经超过天然石油的探明储量，主要分布在加拿大、委内瑞拉、印尼、俄罗斯和中国等国家。
油砂是由砂粒的核心和外面包裹着的油膜构成，基本组成为泥沙、粘土、油、水和无机矿物等，常温下通常为固态，一般情况下，油砂中固体含量约70％～80％，油含量通常为10～30％。根据结构特性，油砂分为亲水性、亲油性和中性三类。亲水性油砂是指油和砂体之间存在水膜，比较典型的亲水性油砂为加拿大阿萨巴斯卡油砂；亲油性油砂是油和砂体直接接触，仪器探测不到油砂中水的存在；而中性油砂的特性处于亲水性和亲油性两者之间。
油砂资源的开发利用方式根据其埋藏深度通常有：对于埋藏较深的油砂可采用蒸汽吞吐法、蒸汽辅助重力泄油法(SAGD)法、注入溶剂法、井下就地催化改质开采技术和水热裂解技术等，对于埋藏深度较浅的油砂采用露天开采法。露天开采法获得的油砂分离油砂中的油，目前主要以下三种方式：水洗法、溶剂萃取法和干馏方法。
水洗法是将粉碎后的油砂与热水混合，再通过搅拌、浮选、离心和静置等方式分离出油砂中的油，水洗法是首个被商业化应用的油砂油提取工艺。水洗法简单易于工业化生产，但也面临着严重环保问题。水洗工艺提取油砂油耗水量巨大，生产一桶油约耗四桶水，同时产生大量的尾矿，尾矿中混合着水、细小的颗粒、粘土和残余沥青/重油，同时含有环烷酸、芳香烃和石脑油等组分，使得尾矿问题难于处理，此外，水洗法对亲水性油砂效果较好，而对亲油性油砂提取效果差。
溶剂萃取法是通过溶剂从油砂中萃取油，再通过蒸馏回收溶剂的循环利用过程，溶剂萃取法相对于水洗法而言，其适用性更广，而且分离的效率更高；但溶剂萃取法易造成溶剂浪费和环境污染，溶剂成本高，溶剂回收能耗高，目前，溶剂萃取法尚未有工业化应用。
油砂干馏法是指在隔绝氧气(或空气)的环境中对油砂进行加热，使油砂中的油发生裂解反应，起到脱碳及改善碳氢比的作用，改善了油品性质，相比水洗法和溶剂萃取法，油砂干馏法具有原料适应广、油品质量好、环境影响小等特点，将成为开采出的油砂进行加工利用的发展趋势，应用前景广阔。
对于开采出的油砂加工利用目前相应的方法和技术均处于研发阶段，在现有方法和技术中大都关注油砂中油的提取，而忽视了油提取后剩余尾砂的无害化、资源化处理。
油砂加工领域急需一种对于开采出的油砂进行清洁高效加工以及尾砂无害化和资源化处理的综合加工方法。
含油污泥是在石油开采、运输、储存、炼制及含油污水处理过程中产生的含油固体废物。我国石油化学行业中，平均每年产生80万吨罐底泥、池底泥。含油污泥中含有苯系物、酚类、蒽、芘等有恶臭的有毒物质，若不加以处理，不仅污染环境，而且造成资源的浪费。我国含油污泥处理水平低，处理方法单一，含油污泥中的有害物质会对大气、土壤、水体造成环境污染，因此，我国已将石油污泥列入《国家危险废物目录》。
含油污泥成份复杂，本领域目前暂没有一种成熟的处理技术可以处理所有类型的含油污泥，因此，本领域需要一种原料适应性强、资源化利用好、无害化处理程度高的污油处理技术来满足油泥处理的需要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种对油砂和油泥进行清洁高效加工以及尾砂无害化和资源化处理的方法及装置。
本发明的技术解决方案是：
提供了一种油砂和油泥综合利用装置，所述装置包括破碎设备L、预混设备T、干馏反应器A、预反应器F、沉降器B、加热器G、煅烧器J、取热器M、急冷器R、洗涤器N、液固分离器P、重质油换热器O、中段抽出油换热器Q和上段抽出油换热器U；
所述沉降器上下设置沉降段和气提段；包括一级气固分离器C、二级气固分离器D和气体分布器E；所述一级气固分离器C和二级气固分离器D属于沉降段，一级气固分离器C设置在沉降器内部，二级气固分离器D设置在沉降器内部或外部；所述气体分布器E属于气提段，设置在沉降器内部的下部；
所述加热器包括气固分离器H和气体分布器I；所述气固分离器设置在加热器内部或外部；所述气体分布器设置在加热器内部的下部；
所述煅烧器包括气体分布器K；所述气体分布器K设置在煅烧器内部的下部；
其中，破碎设备入口与取热器出口相连，破碎设备出口和干馏反应器入口相连；预混设备入口与上段抽出油换热器出口相连，预混设备出口和干馏反应器入口相连；干馏反应器出口与沉降器内部的一级气固分离器相连，干馏反应器入口分别与破碎设备出口、预混设备出口和预反应器出口相连；预反应器入口分别与沉降器出口、液固分离器出口相连，预反应器出口与干馏反应器入口相连；沉降器下部出口分别与预反应器、加热器入口相连；加热器下部出口分别与预反应器和煅烧器入口相连；煅烧器上部出口与加热器的气体分布器相连，煅烧器下部出口与取热器入口相连；
沉降器中的二级气固分离器与急冷器入口相连，急冷器出口与洗涤器底部入口相连；洗涤器底部设有出口与液固分离器入口相连；液固分离器出口分别与预反应器、重质油换热器入口相连；重质油换热器出口与洗涤器下部相连；洗涤器中部设有出口和急冷器相连；
上段抽出油换热器入口和出口分别与洗涤器中部和上部相连，上段抽出油换热器上还设有出口和预混设备相连；中段抽出油换热器的入口和出口分别与洗涤器中部的上下相连；且中段抽出油换热器的入口设置在洗涤器和急冷器的连接管上。
优选地，沉降器下部与加热器设有连接管，连接管上设调节阀。
优选地，沉降器下部与预反应器设有连接管，连接管上设调节阀。
优选地，加热器下部与预反应器设有连接管，连接管上设调节阀。
优选地，加热器下部与煅烧器设有连接管，连接管上设调节阀。
优选地，煅烧器下部与取热器设有连接管，连接管上设调节阀。
优选地，所述干馏反应器上任选地设有外来原料入口。
优选地，所述破碎设备上设有原料入口。
优选地，所述预混设备上设有原料入口。
优选地，所述煅烧器、加热器和沉降器上设有气体入口。
优选地，所述煅烧器上设有外来燃料入口和任选的外来高温气体入口。
优选地，所述取热器上设有产品输出口。
优选地，所述气固分离器上设有产品输出口。
优选地，所述重质油换热器、中段抽出油换热器和上段抽出油换热器上设有产品输出口。
提供了一种油砂和油泥综合利用方法，包括提供上述油砂和油泥综合利用装置和以下步骤：
(I)原料油砂和来自取热器的物料进入破碎设备中进行混合破碎，得到破碎的油砂进料；
原料油泥与来自上段抽出油换热器的物料进入预混设备中进行混合，得到混合的油泥进料；
破碎的油砂进料和混合的油泥进料分别进入干馏反应器中，与来自预反应器的物料进行干馏反应；干馏反应后得到的物料进入沉降器进行分离，分离得到的气体物料进入急冷器，分离得到的固体物料一部分进入加热器，另一部分返回预反应器；
(II)来自沉降器的固体物料在加热器中与来自煅烧器的气体进行加热，加热后得到物料经分离后得到固体物料和气体物料；其中，气体物料输出作为产品；一部分固体物料返回预反应器中，一部分固体物料进入煅烧器进行煅烧；
来自加热器的固体物料在煅烧器中经过煅烧后得到的物料进入取热器，经回收热量后得到的物料，一部分返回破碎设备，其余部分作为产品送出；
(III)来自沉降器的气体物料经急冷器后进入洗涤器底部；
洗涤器底部分离出含固重质油；含固重质油进入液固分离器进行分离；分离出的低含固重质油经过换热器换热后返回洗涤塔作为洗涤液或输出作为产品；分离出的高含固重质油进入预反应器中进行裂解反应；
洗涤器中段抽出油，一部分作为急冷油进入急冷器，另一部分经中段抽出油换热器取热后返回洗涤塔作为洗涤液或输出作为产品；
洗涤器上段抽出油经过上段抽出油换热器换热后，一部分作为物料进入预混设备，另一部分返回洗涤塔作为洗涤液或输出作为产品。
优选地，干馏反应器的操作条件为：压力为0.1～0.8MPa，温度为450～600℃。
优选地，沉降器的操作条件为：压力为0.1～0.8MPa，温度为450～600℃。
优选地，预反应器的操作条件为：压力为0.1～0.8MPa，温度为480～650℃。
优选地，破碎设备的操作条件为：压力为0.01～0.5MPa，温度为0～200℃。
优选地，预混设备的操作条件为：压力为0.01～1.5MPa，温度为20～250℃。
优选地，加热器的操作条件为：压力为0.1～0.8MPa，温度为560～800℃。
优选地，煅烧器的操作条件为：压力为0.1～1.0MPa，温度为700～1300℃。
优选地，沉降器的操作条件为：压力为0.1～4.0MPa，温度为40～1300℃。
优选地，急冷器的操作条件为：压力为0.1～0.8MPa，温度为350～480℃。
优选地，洗涤器的操作条件为：压力为0.1～0.8MPa，温度为80～400℃。
优选地，干馏反应器气体线速0.2～8.0米/秒。
优选地，预反应器气体线速0.2～8.0米/秒。
优选地，沉降器上部气体线速0.1～3.0米/秒。
优选地，加热器上部气体线速0.1～3.0米/秒。
优选地，煅烧器上部气体线速0.1～5.0米/秒。
优选地，干馏反应后得到的物料进入沉降器进行分离包括步骤：
干馏反应后得到的物料进入沉降器后，首先通过一级气固分离器进行分离，经一级气固分离器分离得到的气体物料进入二级气固分离器进行分离，一级气固分离器分离得到的固体物料进入气提段；
经过二级气固分离器分离得到的气体物料进入急冷器；经过二级气固分离器分离得到的固体返回沉降器并进入气提段；
经气提段后得到的固体物料一部分进入加热器，另一部分返回预反应器。
优选地，所述的原料油砂粒径≤50厘米。
优选地，所述的原料油泥中，碳氢元素含量范围：5～95％(重量)。
优选地，原料油砂经过破碎设备破碎后的物料粒径≤8毫米。
优选地，破碎后的物料粒径范围：0.03～3毫米。
优选地，所述的原料油砂还可掺入含碳氢化合物的固体物质；所述掺入的固体物质选自下组中的一种或多种：褐煤、粘结指数GR.I.<50烟煤、长焰煤、无烟煤、油页岩、污泥。
优选地，所述固体物质的掺入粒径≤50厘米。
优选地，所述固体物质的掺入比例≤50％(重量)。
优选地，干馏反应器中还可注入含碳氢化合物的流动物质(液体或含固液体)，所述流动物质可与破碎的油砂进料、混合的油泥进料和来自预反应器的物料一起进行干馏反应；所述流动物质选自下组的一种或多种：重油、渣油、焦油、油浆、废油、污油、页岩油。
优选地，所述流动物质与原料油砂的比例优选：0：100％～50％：50％(重量)。
优选地，所述流动物质的固体含量小于15％(重量)。
优选地，所述流动物质元素范围：氢含量7～20％(重量)，碳含量75～92％(重量)。
优选地，原料油砂与原料油泥的比例为：100％：0％～100％：95％(重量)。
优选地，在煅烧器中通入含氧气体与来自加热器的固体物料在煅烧器中进行煅烧供热。
优选地，所述煅烧器中可补入外来燃料与含氧气体进行反应供热。
优选地，所述煅烧器中可补入高温气体直接供热。
本发明的技术方案主要具有以下的有益效果：
(1)本发明固体原料油砂掺入干馏尾砂进行混合破碎，解决了固体原料油砂由于粘性大而容易出现的破碎设备和缓存设备粘连堵塞、输送管道输送难度大堵塞及流化设备流化难度大等问题；本发明固体原料油泥与分离出的抽出油混合后作为液体形式进入干馏反应器，解决了固体原料油泥由于粘性大难以固体进料的问题。
(2)本发明原料油砂和原料油泥在干馏反应器中与高温供热尾砂充分返混接触实现了油砂油的快速裂解，由于流化方式可实现快速的传质传热，且干馏反应器内部设有强制返混的结构，达到充分返混的效果，使得干馏反应器内反应温度均匀，通过调节高温供热尾砂供应量可以精准控制干馏反应器内反应温度，可实现在原料油砂和原料油泥在合适温度下的裂解从而获得最大化的轻油产率。
(3)本发明在干馏反应器前设置的预反应器，一方面将分离出的含固重质油进行在线回炼裂解，既避免不产或少产低价值含固重质油，又可增加高价值轻质油产率,大大提升了产品附加值；另一方面，通过预反应器将高温干馏尾砂在进入干馏反应器前进行一次预降温，避免过高温度的干馏尾砂直接进入干馏反应器造成局部高温而使得油品发生二次裂解多而降低油产率；
(4)本发明干馏反应器的反应产物经过一级气固分离器，实现油气和固体尾砂的快速分离，避免了干馏反应生成油跟高温尾砂长时间接触后发生二次裂解反应多而降低油产率；经过一级气固分离器的油气再经过沉降器和二级气固分离器，从而分离出油气中大部分细粉固体，大大降低了油气后续洗涤除尘的负担。此外，沉降器下部设置的气提段通过注入气体将固体中夹带的气体气提出，避免夹带油气携带至后续加热器中而降低油气收率。
(5)本发明加热器利用流化床可快速达到充分传热的特点，将煅烧器产生的高温含固气体在加热器中加热干馏尾砂，加热后的干馏尾砂一部分循环至反应器供热，一部分至煅烧器中可根据后续要求进行不同程度的高温煅烧获得高价值的尾砂产品(可作为优质的水泥、建材等原料)，从而充分利用了高温含固气体的热量，实现了不同品位热量的梯级利用，提高了能量利用效率，降低了供热成本及能耗。
(6)本发明通过对煅烧后高温尾砂采用密闭多级换热方式，在实现能量梯级回收的同时，可获得低温的干馏尾砂产品，很好地解决了尾砂干法冷却的问题。
(7)本发明通过对干馏含固油气采用高温多级气固分离与低温多段洗涤相结合，在线除尘获得清洁油气，提高了产品附加值，很好地解决了现有流化干馏方法存在的油气难以在线除尘的问题。
(8)本发明干馏反应器器在实现油砂干馏反应的同时，既能做到同时再裂化含碳氢化合物的流体物质(液体或含固液体，如重油、渣油、焦油、油浆、废油、页岩油等)，也还能掺入粉煤、油页岩、油泥、污泥等含碳氢化合物的固体，实现多种液体和固体物质的混合加工。
(9)本发明对油砂和油泥进行清洁高效加工以及尾砂无害化和资源化处理，具有原料适应广、产品质量好、能量利用好、环境友好等优点，将为油砂和油泥的处理提供一条高效化、清洁化、资源化、无害化的加工路线。
附图说明
图1是本发明的一种油砂和油泥综合利用方法和装置的示意图。
具体实施方式
本文中，不大于可以理解为小于等于。
下面结合附图对本发明作进一步的阐述。具体实施方式和实施例并不限制本发明要求保护的范围。
如图1所示为本发明的一种油砂和油泥综合利用装置：
该装置设有破碎设备L、预混设备T、干馏反应器A、预反应器F、沉降器B、加热器G、煅烧器J、取热器M、急冷器R、洗涤器N、液固分离器P及重质油换热器O、中段抽出油换热器Q、上段抽出油换热器U。
破碎设备入口与取热器出口相连，破碎设备出口和干馏反应器入口相连。破碎设备还设有原料入口。预混设备入口与上段抽出油换热器出口相连，预混设备出口和干馏反应器入口相连。预混设备上还设有原料入口。干馏反应器出口连接沉降器内部的一级气固分离器C，干馏反应器的入口(一个或多个)分别连接预反应器出口、破碎设备出口、预混设备出口。沉降器顶部设置二级气固分离器D，二级气固分离器可设在沉降器内部或外部；沉降器下部设气体分布器E，沉降器下部出口与预反应器设有连接管，连接管上设调节阀b；沉降器下部与加热器设有连接管，连接管上设调节阀a。加热器上部设置气固分离器H，气固分离器可设在加热器内部或外部；气固分离器上设有产品输出口；加热器下部设气体分布器I。加热器下部出口设有与预反应器和煅烧器的连通管，连通管上分别设有调节阀c和d；煅烧器上部入口与加热器下部的气体分布器相连，煅烧器下部出口与取热器入口相连。取热器设有产品输出口。沉降器二级气固分离器与急冷器入口相连，急冷器出口与洗涤器底部入口相连，洗涤器底部设有与液固分离器的连通管，液固分离器出口分别与预反应器入口、重质油换热器入口相连。重质油换热器出口与洗涤器下部相连以及设有产品输出口。上段抽出油换热器L入口和出口分别与洗涤器中上部和上部相连，并设有产品输出口。洗涤器中部与急冷器相连；中段抽出油换热器Q入口和出口分别与洗涤器中部上下相连；且所述急冷器和洗涤器的连接管上设有与中段抽出油换热器Q的连接管，用于连接中段抽出油换热器Q的入口；中段抽出油换热器Q还设有产品输出口。
所述的破碎设备L将固体原料油砂1-1与来自取热器的固体干馏尾砂23进行混合破碎形成反应进料2，解决了固体原料油砂由于粘性大而容易出现的破碎设备和缓存设备粘连堵塞、输送管道输送难度大堵塞及流化设备流化难度大等问题。原料油砂1-1粒径不大于50厘米。破碎后的固体物料粒径不大于8毫米，破碎后固体物料优选粒径范围：0.03～3毫米。所述的固体原料油砂1-1还可掺入含碳氢化合物的固体物质27，掺入的固体物质粒径不大于50厘米；优选褐煤、粘结指数GR.I.<50烟煤、长焰煤、无烟煤、油页岩、污泥等；掺入的比例不大于50％(重量)。破碎设备L的操作条件为：压力为0.01～0.5MPa，温度为0～200℃。
所述的预混设备T将固体原料油泥1-2与洗涤器分离出的抽出油46混合后形成物料47作为液体形式进入干馏反应器，解决了固体原料油泥由于粘性大难以固体进料的问题。所述的预混设备T具有强制混合功能，优选搅拌混合以及循环混合设备。所述的固体原料油泥1-2碳氢元素含量范围：5～95％(重量)。预混设备T的操作条件为：压力为0.01～1.5MPa，温度为20～250℃。
固体原料油砂1-1与固体原料油泥1-2比例为：100％：0％～100％：95％(重量)。
所述的干馏反应器A采用流化型式，内部设置带分流、折流功能的强制返混结构，可将反应进料2、物料47、任选的外来原料28与来自预反应器的高温物料15快速达到充分返混和传质传热，从而使得干馏反应器内反应温度较均匀，通过调节高温供热尾砂供应量可以精准控制干馏反应器内反应温度，实现油砂油在合适温度下的裂解从而获得最大化的轻油产率。所述的外来原料28为含碳氢化合物的流动物质(液体或含固液体)。流动物质元素范围优选：氢含量7～20％(重量)，碳含量75～92％(重量)。流动物质种类优选：重油、渣油、焦油、油浆、废油、污油、页岩油等。流动物质的固体含量优选小于15％(重量)。流动物质与原料油砂的比例优选：0：100％～50％：50％(重量)。干馏反应器A的操作条件为：压力为0.1～0.8MPa，温度为450～600℃，气体线速0.2～8.0米/秒。
所述的预反应器F将来自沉降器B气提后的干馏尾砂12、来自加热器G的供热尾砂16及来自液固分离器P的高含固重质油34进行混合。预反应器F内部设置带分流、折流功能的返混结构，保证干馏尾砂、供热尾砂以及高含固重质油的充分返混接触，预反应器一方面将分离出的含固重质油进行在线回炼裂解，既避免不产或少产低价值含固重质油，又可增加高价值的轻质油产率,大大提升了产品的附加值；另一方面，通过预反应器将高温干馏尾砂在进入干馏反应器前进行一次预降温，避免过高温度供热干馏尾砂直接进入干馏反应器造成局部高温而使得油砂油发生二次裂解多而降低油产率。预反应器F的操作条件为：压力为0.1～0.8MPa，温度为480～650℃，气体线速0.2～8.0米/秒。
所述的沉降器B内部设置一级气固分离器C，使得进入沉降器B的来自A的反应物料3通过一级气固分离器C实现油气和固体的快速分离，可尽量减少干馏生成的油气跟高温固体接触时间长后油品的二次裂解增多而降低油产率。一级气固分离器优选倒L型分离器、单级旋风分离器等。经过一级气固分离器分离出的含固油气4通过沉降器后6进入二级气固分离器D进行油气的二次除尘，经过二级气固分离器D固体细粉含量已大幅降低的油气7至急冷器R，经过二级气固分离器D分离出的固体细粉返回至沉降器。二级气固分离器优选采用两级旋风分离器，旋风分离器入口线速10～40米/秒，可设置于沉降器内部或外部。经过一级气固分离器分离出的固体5进入沉降器下部气提段，在气提段通过气体分布器E注入气提气29将固体9中夹带的油气脱除，避免夹带油气携带至加热器而降低油收率。沉降器下部设置人字挡板或环形挡板或其它提高气固逆流接触的结构，提高气提效果。气提气29可采用以下气体中的一种或几种：蒸汽、干馏气、干气、氢气、甲烷气、乙烷气、轻烃气、氮气、二氧化碳、烟气等，其中，优选蒸汽或自产干馏气作为气提气。沉降器B操作条件为：压力为0.1～0.8MPa，温度为450～600℃，上部气体线速0.1～3.0米/秒。
所述的加热器G上部为固体沉降段，下部为换热段，来自沉降器的固体9经过调节阀a经提升气10提升为11至加热器内与来自煅烧器J的高温含固气体21进行混合换热。换热段优选采用湍流流化床型式，经过气体分布器I分布后的气体改善换热段内流场分布，以达到充分的换热效果。换热后的气体通过上部固体沉降段后形成17进入气固分离器H分离出大部分固体细粉后的气体18送出，固体细粉返回至加热器中部。气固分离器H优选采用两级旋风分离器，旋风分离器入口线速10～40米/秒，可设置于加热器G内部或外部。通过加热器G最大限度利用了来自煅烧器J高温含固气体的高温位热量，除煅烧器高温含固气体供热外，也可通过补入含氧气体30与干馏尾砂中的有机成分反应放热供热，所述的含氧气体30优选：空气、富氧气、氧气、空气与蒸汽混合气、氧气与蒸汽混合气。加热器G的操作条件为：压力为0.1～0.8MPa，温度为560～800℃，气体线速为0.1～3.0米/秒。
来自加热器G的干馏尾砂20经过调节阀d控制进入煅烧器J与经过气体分布器K的含氧气体25进行反应放热。除干馏尾砂和含氧气体25反应放热外，也可通过补充外来燃料26-1进入煅烧器J与含氧气体25进行反应放热供热，或直接补充外来高温气体26-2供热。所述的含氧气体25优选：空气、富氧气、氧气、空气与蒸汽混合气、氧气与蒸汽混合气；所述的外来燃料26-1优选：干馏气、荒煤气、干气、天然气、合成气；所述的外来高温气体36优选：高温烟气、高温合成气、高温荒煤气。在煅烧器中干馏尾砂可根据后续要求进行不同程度的高温煅烧从而获得高价值的尾砂产品(可作为优质的水泥、建材等原料)。煅烧器J的操作条件为：压力为0.1～1.0MPa，温度为700～1300℃，气体线速为0.1～5.0米/秒。
煅烧器J经调节阀e控制排放的煅烧尾砂22进入取热器M热量回收后，一部分循环至破碎设备，剩余部分作为产品24输出。所述的取热器根据产品温度要求可采用以下方式：一级取热、一级取热+二级取热、一级取热+二级取热+三级取热。取热器可采用直接冷却或间接冷却方式，冷却介质可选：水、蒸汽、烟气、惰性气(氮气、二氧化碳)、热解气、荒煤气、合成气等，通过取热器其尾砂产品温度控制范围为30～700℃。取热器的操作条件为：压力为0.1～4.0MPa，温度为40～1300℃。
所述的提升气13-1及13-2优选：热解气、荒煤气、干气、天然气，所述的提升气10优选：空气、蒸汽、空气与蒸汽混合气、氧气与蒸汽混合气。
经过二级气固分离器D分离出大部分固体后的高温油气7至急冷器R被来自洗涤器分离出的急冷油38冷却，将高温油气7急冷到一定温度以下可最大限度避免油气中油品的裂化结焦堵塞设备及管道。急冷器R的操作条件为：压力为0.1～0.8MPa，温度为350～480℃。
洗涤器N分为上下两段，急冷油及油气的混合物31进入洗涤器下段，油气在洗涤器下段上升过程中，与洗涤油40进行逆流接触，进行气液分离同时，油气进一步除尘。洗涤器下段设置洗涤液体分布结构、人字挡板或环形挡板或其它提高气液逆流接触的结构，提高气液接触效果。洗涤器F下段分离出的含固重质油32至液固分离器P进行液固分离，分离出的低含固重质油33进入换热器O中换热后返回洗涤器与进入洗涤器底部的油气进行逆流气液分离及除尘，换热后的低含固重质油41也可作为产品送出。液固分离器P分离出的高含固重质油34至预反应器进行回炼，既避免不产或少产低价值含固重质油，又可增加高价值的轻质油产率,大大提升了产品的附加值。液固分离器P优选沉降分离及旋流分离方式。洗涤器中部分离出的油35经过抽出油换热器Q后部分形成36返回至洗涤器上部，与进入洗涤器F上部的油气进行二次逆流气液分离及除尘；部分作为产品37送出。洗涤器上段设置洗涤液体分布结构、分离塔盘或分离填料或其它提高气液逆流接触的结构，提高气液接触效果。经过两段分离洗涤分离出重质油后的清洁油气39从洗涤器顶部送出，后续可分离出不含固油和不含固干馏气，不含固油中重质油含量低，轻质油含量高，有利于后续加工成液化气、汽柴油或芳烃等高附加值产品，不含固干馏气中氢气和甲烷含量高，可提取出高附加值氢气及甲烷产品。上段抽出油43经过换热器L取热后，一部分进入预混设备T，另一部分返回洗涤器或作为产品输出。还可补充外来原料42至洗涤器下段与油气进行逆流分离除尘，外来原料42优选以下液体或含固液体：重油、渣油、焦油、油浆、废油、污油、页岩油等。洗涤器N的操作条件为：压力为0.1～0.8MPa，温度为80～400℃；液固分离器P的操作条件为：压力为0.1～0.8MPa，温度为80～400℃；换热器O的操作条件为：压力为0.1～2.0MPa，温度为200～380℃；换热器Q的操作条件为：压力为0.1～1.5MPa，温度为120～340℃；换热器U的操作条件为：压力为0.1～1.5MPa，温度为80～180℃。
所述的设备特征优选为：干馏反应器A长度为1～15米、预反应器F长度为1～10米、沉降器B长度为3～40米，加热器G长度为3～40米，煅烧器J长度为3～30米，洗涤器N长度为5～40米。
实施例
本实施例采用本发明的装置和方法来加工印尼布敦油砂和罐区油泥。
该装置所采用的印尼布敦油砂和油泥主要性质分别见表1、表2。
表1印尼布敦油砂原料主要性质
| 项目 | 单位 | 数值 | 备注 |
| 水份 | 重量％ | 2.4 | |
| 灰份 | 重量％ | 52.6 | |
| 挥发份 | 重量％ | 44.2 | |
| 硫含量 | 重量％ | 0.8 |
油砂原料粒径范围：粒径<20cm；
表2油泥原料主要性质
油砂与油泥的比例＝90％：10％(重量)。
(1)操作方法
装置如图1所示。
所述的破碎设备L将原料油砂1-1与来自取热器的固体干馏尾砂23进行混合破碎形成反应进料2。破碎后的固体物料粒径约为小于3毫米。
所述的预混设备T将原料油泥1-2与洗涤器分离出的抽出油46混合后形成物料47作为液体形式进入干馏反应器。所述的预混设备T为循环混合设备。
所述的干馏反应器A采用流化型式，内部设置带分流、折流功能的强制返混结构，将反应进料2、物料47与来自预反应器的高温物料15快速达到充分返混和传质传热。
所述的预反应器F将来自沉降器B气提后的干馏尾砂12、来自加热器G的供热尾砂16及来自液固分离器P的高含固重质油34进行混合。预反应器F内部设置带分流、折流功能的返混结构。
所述的沉降器B内部设置一级气固分离器C，使得进入沉降器B的来自A的反应物料3通过一级气固分离器C实现油气和固体的快速分离。一级气固分离器采用倒L型分离器。经过一级气固分离器分离出的含固油气4通过沉降器后6进入二级气固分离器D进行油气的二次除尘，经过二级气固分离器D固体细粉含量已大幅降低的油气7至急冷器R，经过二级气固分离器D分离出的固体细粉返回至沉降器。二级气固分离器采用两级旋风分离器，设置于沉降器顶部。经过一级气固分离器分离出的固体5进入沉降器下部气提段，在气提段通过气体分布器E注入气提气29(蒸汽)将固体9中夹带的油气脱除。沉降器下部设置人字挡板提高气固逆流接触的结构。
所述的加热器G上部为固体沉降段，下部为换热段，来自沉降器的固体9经过调节阀a经提升气10(空气)提升为11至加热器内与来自煅烧器J的高温含固气体21进行混合换热。换热段采用湍流流化床型式，经过气体分布器I分布后的气体改善换热段内流场分布。换热后的气体通过上部固体沉降段后形成17进入气固分离器H分离出大部分固体细粉后的气体18送出，固体细粉返回至加热器中部。气固分离器H采用两级旋风分离器，设置于加热器G顶部。
来自加热器G的干馏尾砂20经过调节阀d控制进入煅烧器J与经过气体分布器K的含氧气体25(空气)进行反应放热。
煅烧器J经调节阀e控制排放的煅烧尾砂22进入取热器M热量回收后，一部分循环至破碎设备，剩余部分作为产品24输出。所述的取热器一级取热+二级取热。取热器的冷却介质为水。
所述的提升气13-1为热解气及提升气13-2为热解气。
经过二级气固分离器D分离出大部分固体后的高温油气7至急冷器R被来自洗涤器分离出的急冷油38冷却。
洗涤器N分为上下两段，急冷油及油气的混合物31进入洗涤器下段，油气在洗涤器下段上升过程中，与洗涤油40进行逆流接触，进行气液分离同时，油气进一步除尘。洗涤器下段设置洗涤液体分布结构、人字挡板提高气液逆流接触的结构。洗涤器F下段分离出的含固重质油32至液固分离器P进行液固分离，分离出的低含固重质油33进入换热器O中换热后返回洗涤器与进入洗涤器底部的油气进行逆流气液分离及除尘，换热后的低含固重质油41也可作为产品送出。液固分离器P分离出的高含固重质油34至预反应器进行回炼。液固分离器P采用沉降分离方式。洗涤器中部分离出的油35经过抽出油换热器Q后部分形成36返回至洗涤器上部，与进入洗涤器F上部的油气进行二次逆流气液分离及除尘；部分作为产品37送出。洗涤器上段设置洗涤液体分布结构、分离塔盘提高气液逆流接触的结构，提高气液接触效果。经过两段分离洗涤分离出重质油后的清洁油气39从洗涤器顶部送出。上段抽出油43经过换热器L取热后，一部分进入预混设备T，另一部分返回洗涤器或作为产品输出。
主要操作条件：
破碎设备L的操作条件为：压力为0.1～0.15MPa，温度为50～80℃。
预混设备T的操作条件为：压力为0.6～0.8MPa，温度为80～120℃。
干馏反应器A操作条件为：压力为0.2～0.4MPa(G)，温度为480～520℃，气体线速0.4～0.6米/秒。
沉降器B的操作条件为：压力为0.2～0.4MPa(G)，温度为480～520℃，上部气体线速0.1～0.3米/秒。
预反应器F操作条件为：压力为0.2～0.4MPa(G)，温度为550～580℃，气体线速0.5～0.7米/秒。/>
加热器G操作条件为：压力为0.2～0.4MPa(G)，温度为600～670℃，气体线速0.1～0.3米/秒。
煅烧器J操作条件为：压力为0.25～0.45MPa(G)，温度为930～960℃，气体线速0.4～0.6米/秒。
取热器的操作条件为：压力为0.15～1.0MPa，温度为80～950℃。
急冷器R操作条件为：压力为0.2～0.4MPa(G)，温度为400～420℃。
洗涤器N操作条件为：压力为0.15～0.35MPa(G)，温度为120～380℃。/>液固分离器P操作条件为：温度为280～320℃。
换热器O的操作条件为：压力为0.3～0.8MPa，温度为280～360℃。
换热器Q的操作条件为：压力为0.5～1.5MPa，温度为220～320℃。
换热器U的操作条件为：压力为0.1～1.5MPa，温度为105～150℃。
一级气固分离器入口线速16～22米/秒。
二级气固分离器入口线速18～24米/秒。
气固分离器H入口线速18～24米/秒。
干馏反应器A长度为6米。
预反应器F长度为8米。
沉降器B长度为25米。
加热器G长度为24米。
煅烧器J长度为16米。
洗涤器N长度为28米。
(2)产品分布：
表2产品分布
备注：含固重质油全部回炼，不产含固重质油和中间抽出油。(3)产品主要性质：
表3产品油气(C4以下组分)主要组成
| 名称 | 体积％ | 备注 |
| 氢气 | 46.2％ | |
| 甲烷 | 17.6％ | |
| 乙烷 | 4.2％ | |
| 乙烯 | 10.8％ | |
| 丙烷 | 6.3％ | |
| 丙烯 | 5.2％ | |
| 碳四 | 5.8％ | |
| 二氧化碳 | 3.5％ | |
| 一氧化碳 | 0.4％ |
表4产品油气(C4以上组分)模拟蒸馏数据
| 重量％ | 蒸馏温度℃ | 备注 |
| 5％ | 95 | |
| 10％ | 134 | |
| 30％ | 218 | |
| 50％ | 275 | |
| 70％ | 314 | |
| 90％ | 372 | |
| 95％ | 405 |
表5煅烧尾砂主要化学组成
在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
Claims (10)
1.一种油砂和油泥综合利用装置，其特征在于，所述装置包括破碎设备L、预混设备T、干馏反应器A、预反应器F、沉降器B、加热器G、煅烧器J、取热器M、急冷器R、洗涤器N、液固分离器P、重质油换热器O、中段抽出油换热器Q和上段抽出油换热器U；
所述沉降器上下设置沉降段和气提段；包括一级气固分离器C、二级气固分离器D和气体分布器E；所述一级气固分离器C和二级气固分离器D属于沉降段，一级气固分离器C设置在沉降器内部，二级气固分离器D设置在沉降器内部或外部；所述气体分布器E属于气提段，设置在沉降器内部的下部；
所述加热器包括气固分离器H和气体分布器I；所述气固分离器设置在加热器内部或外部；所述气体分布器设置在加热器内部的下部；
所述煅烧器包括气体分布器K；所述气体分布器K设置在煅烧器内部的下部；
其中，破碎设备入口与取热器出口相连，破碎设备出口和干馏反应器入口相连；预混设备入口与上段抽出油换热器出口相连，预混设备出口和干馏反应器入口相连；干馏反应器出口与沉降器内部的一级气固分离器相连，干馏反应器入口分别与破碎设备出口、预混设备出口和预反应器出口相连；预反应器入口分别与沉降器出口、液固分离器出口相连，预反应器出口与干馏反应器入口相连；沉降器下部出口分别与预反应器、加热器入口相连；加热器下部出口分别与预反应器和煅烧器入口相连；煅烧器上部出口与加热器的气体分布器相连，煅烧器下部出口与取热器入口相连；
沉降器中的二级气固分离器与急冷器入口相连，急冷器出口与洗涤器底部入口相连；洗涤器底部设有出口与液固分离器入口相连；液固分离器出口分别与预反应器、重质油换热器入口相连；重质油换热器出口与洗涤器下部相连；洗涤器中部设有出口和急冷器相连；
上段抽出油换热器入口和出口分别与洗涤器中部和上部相连，上段抽出油换热器上还设有出口和预混设备相连；中段抽出油换热器的入口和出口分别与洗涤器中部的上下相连；且中段抽出油换热器的入口设置在洗涤器和急冷器的连接管上；
所述破碎设备上设有原料入口，所述预混设备上设有原料入口。
2.一种油砂和油泥综合利用方法，其特征在于：包括提供权利要求1所述的油砂和油泥综合利用装置和以下步骤：
(I)原料油砂和来自取热器的物料进入破碎设备中进行混合破碎，得到破碎的油砂进料；
原料油泥与来自上段抽出油换热器的物料进入预混设备中进行混合，得到混合的油泥进料；
破碎的油砂进料和混合的油泥进料分别进入干馏反应器中，与来自预反应器的物料进行干馏反应；干馏反应后得到的物料进入沉降器进行分离，分离得到的气体物料进入急冷器，分离得到的固体物料一部分进入加热器，另一部分返回预反应器；
(II)来自沉降器的固体物料在加热器中与来自煅烧器的气体进行加热，加热后得到物料经分离后得到固体物料和气体物料；其中，气体物料输出作为产品；一部分固体物料返回预反应器中，一部分固体物料进入煅烧器进行煅烧；
来自加热器的固体物料在煅烧器中经过煅烧后得到的物料进入取热器，经回收热量后得到的物料，一部分返回破碎设备，其余部分作为产品送出；
(III)来自沉降器的气体物料经急冷器后进入洗涤器底部；
洗涤器底部分离出含固重质油；含固重质油进入液固分离器进行分离；分离出的低含固重质油经过换热器换热后返回洗涤塔作为洗涤液或输出作为产品；分离出的高含固重质油进入预反应器中进行裂解反应；
洗涤器中段抽出油，一部分作为急冷油进入急冷器，另一部分经中段抽出油换热器取热后返回洗涤塔作为洗涤液或输出作为产品；
洗涤器上段抽出油经过上段抽出油换热器换热后，一部分作为物料进入预混设备，另一部分返回洗涤塔作为洗涤液或输出作为产品。
3.如权利要求2所述的油砂和油泥综合利用方法，其特征在于：干馏反应后得到的物料进入沉降器进行分离包括步骤：
干馏反应后得到的物料进入沉降器后，首先通过一级气固分离器进行分离，经一级气固分离器分离得到的气体物料进入二级气固分离器进行分离，一级气固分离器分离得到的固体物料进入气提段；
经过二级气固分离器分离得到的气体物料进入急冷器；经过二级气固分离器分离得到的固体返回沉降器并进入气提段；
经气提段后得到的固体物料一部分进入加热器，另一部分返回预反应器。
4.如权利要求2所述的油砂和油泥综合利用方法，其特征在于：所述的原料油砂粒径≤50厘米。
5.如权利要求2所述的油砂和油泥综合利用方法，其特征在于：原料油砂经过破碎设备破碎后的物料粒径≤8毫米。
6.如权利要求2所述的油砂和油泥综合利用方法，其特征在于：所述的原料油砂还可掺入含碳氢化合物的固体物质；所述掺入的固体物质选自下组中的一种或多种：褐煤、粘结指数GR.I.<50烟煤、长焰煤、无烟煤、油页岩、污泥。
7.如权利要求2所述的油砂和油泥综合利用方法，其特征在于：干馏反应器中还可注入含碳氢化合物的流动物质，所述流动物质可与破碎的油砂进料、混合的油泥进料和来自预反应器的物料一起进行干馏反应；所述流动物质选自下组的一种或多种：重油、渣油、焦油、油浆、废油、污油、页岩油。
8.如权利要求7所述的油砂和油泥综合利用方法，其特征在于：所述流动物质与原料油砂的比例为：0：100％～50%：50％(重量)。
9. 如权利要求2所述的油砂和油泥综合利用方法，其特征在于：原料油砂与原料油泥的比例为：100%：0% ～ 100%：95%(重量)。
10.如权利要求2所述的油砂和油泥综合利用方法，其特征在于：在煅烧器中通入含氧气体与来自加热器的固体物料在煅烧器中进行煅烧供热。
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