CN110564438A - 一种一体化廻转式小颗粒物料干馏炉装置 - Google Patents
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Classifications
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- C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
- C10B53/00—Destructive distillation, specially adapted for particular solid raw materials or solid raw materials in special form
- C10B53/06—Destructive distillation, specially adapted for particular solid raw materials or solid raw materials in special form of oil shale and/or or bituminous rocks
Abstract
本发明公开了一种一体化廻转式小颗粒物料干馏炉装置，属于页岩油提炼加工设备技术领域。该装置包括进料粗洗密封组件、排烟排渣组件、廻转炉组件和烧嘴组件。廻转炉组件为内筒体和外筒体套接式结构，廻转炉组件分为预热段、干馏段和燃烧段。在预热段与干馏段交接处设有连通内筒体和外筒体的回料管，在干馏段邻近燃烧段设有连通干馏段末端的甩料管。该装置通过内外结合式的热载体循环方式，既高效地利用了残碳产生的热量，又充分地实现密封，防止热烟气进入到干馏内筒中。该装置从整体上实现了进料、预热、干馏、燃烧和热载体循环等工艺的卧式一体化集成，大大提高了整套装备的一体化程度。
Description
技术领域
本发明涉及一种一体化廻转式小颗粒物料干馏炉装置，属于页岩油提炼加工设备技术领域。
背景技术
含有石油的石头叫油页岩，为把其中的油分取出可采用地下取出和地上干馏两种形式。基于上述两种形式，油页岩中油分的开采主要有地下水力压裂法和地上加热干馏法。美国等国的页岩油开采一般是采取地下水力压裂法。由于我国油页岩质地较硬，地下水力压裂技术不适应我国的国情。地上加热干馏是我国目前油页岩炼油的基本形式，一直以来的这种加热干馏普遍采用气体热载体方法，即热气体游走于油页岩颗粒之间，油页岩颗粒中的油分受热后释放出油气，油气连同热载体气体被冷却后，混合气体中油分被冷凝出来。当然，混合气体中水分等也被冷凝出来，由于油和水的容重有很大的不同，具有十分明显的分层情况，所以取出成品页岩油是件十分容易的事。因此，油页岩炼油的核心问题是如何把油页岩颗粒中的油气弄出来，即干馏出来。一般地，当油页岩颗粒被加热到500℃左右时，其内部的油分会被全部干馏出来。目前，干馏油页岩的设备主要为干馏炉。干馏炉根据设置方式不同分为立式干馏炉和卧式干馏炉。
我国目前在线运行的干馏炉主要为立式固定干馏炉，原料自上而下移动，气体自下而上游走，这就要求原料颗粒之间必须要有足够的间隙，要保证足够大的间隙，就必须要有足够大的颗粒粒径。各企业一般的规定要求是不大于15毫米，但实际操作中一般都是在不小于18毫米，甚至不小于20毫米。由于颗粒直径过大也存在干馏不透的问题。所以立式炉最大颗粒粒径也不大于75毫米。因此，目前各企业的进炉颗粒粒径一般在18—75毫米之间，大于75毫米者好办，再破碎。而被俗称“小颗粒”的小于18毫米的筛下物，由于目前的干馏技术不行，这一相对采矿量的30％左右的小颗粒油页岩只能被迫扔掉，不仅浪费了资源，还因堆积物常常自燃严重污染了环境。
针对上述问题，页岩油的炼制单位也做了一些尝试。例如，中国石油天然气股份有限公司公开了一种小颗粒油页岩固体热载体干馏工艺评价装置(CN201737895U)。该专利技术针对固体热载体回转干馏工艺中存在的残碳燃烧不充分，对环境污染较大的问题，提出一种以干馏热灰为固态热载体的回转反应器+外循环热载体的小颗粒油页岩干馏装置。该装置将回转反应器内筒体固定在外筒体内，其一端通过垂直设置的提升机将热灰提升后重新与新料混合加热后进行干馏。虽然该装置能够有效实现残碳的充分燃烧，并在一定程度上利用热灰热量。但仍存在以下问题：第一，热灰需借助提升机提升后混合，热灰热量有所损失，且需要额外设置提升机，热量利用偏低，且需要额外设备支持；第二，回料、混合等装置没有与干馏装置整合，装备的一体化程度相对较低，且提升机等装置较高，检修维护等作业风险较大；第三，干馏气回收管道内径相对较小，且热烟气及其杂质有可能以残余油气的形式进入到冷凝器中造成冷凝馏分杂质过多等问题。
发明内容
为解决现有小颗粒油页岩干馏设备中存在的能量利用不充分、设备一体化程度较低、废烟气掺入干馏气中造成杂质含量偏大以及页岩油提取不充分的技术问题，本发明提供了一种一体化廻转式小颗粒物料干馏炉装置，所采取的技术方案如下：
一种一体化廻转式小颗粒物料干馏炉装置，该装置包括水平方向依次连接的进料粗洗密封组件I、排烟排渣组件II、廻转炉组件IV以及烧嘴组件III；旋转工作的所述廻转炉组件IV为内筒体和外筒体套接式结构，廻转炉组件IV分为预热段D1、干馏段D2和燃烧段D3；在所述预热段D1与干馏段D2交接处设有连通内筒体和外筒体的回料管19，在所述干馏段D2邻近燃烧段D3设有连通干馏段D2末端和燃烧段D3邻近烧嘴组件III的甩料管12；所述甩料管12呈螺旋状由内筒体穿出至外筒体外侧并穿入到外筒体终端，干馏新料干馏后经甩料管12进入燃烧段D3，经燃烧加热后，再从回料管19返回干馏段D2始端，并作为热载体与干馏新料换热；所述进料粗洗密封组件I设有粗洗塔1，所述粗洗塔1上部设有回收干馏气的出口；所述排烟排渣组件II位于外筒体始端外圆周，通过鱼鳞片30结构实现与外筒体的密封，在上部设有热烟气出口，下部设有残渣出口；所述烧嘴组件III通过鱼鳞片结构与外筒体末端密封，中部烧嘴与收油后的干馏可燃气连通，并引入燃烧段D3与干馏残碳混合燃烧。
优选地，所述内筒体伸入到外筒体的预热段D1和干馏段D2，内筒体与外筒体通过位于外筒体外壁和内筒体内壁之间的滑动支架16、固定支架20和滑动密封支架23连接。
优选地，所述外筒体始端与排烟排渣组件II连接处，沿圆周面设有长形孔26，热烟气通过长形孔26经排烟排渣组件II的排气口排出。
优选地，内筒体在预热段D1沿轴向排列的肋片22。
优选地，所述甩料管12缠绕在外筒体的螺旋圈数不少于两圈。
优选地，所述甩料管12直径与外筒体直径之比为1：15～30。
优选地，所述回料管19与外筒体内壁连接处设有吃渣口34，在引入内筒体后设有螺旋布置的渣封管35。
更优选地，所述渣封管35的螺旋圈数不少于两圈。
优选地，所述进料粗洗密封组件I设有沿内筒体轴向设置的螺旋进料装置2，在螺旋进料装置2的前端设有料斗3，中部设有粗洗塔1，织物补偿器4，后端设有密封轴承6和密封轴7，沿径向设置缓冲晃动的弹簧5；所述织物补偿器4位于粗洗塔1和密封轴承6之间；所述粗洗塔1顶部设有干馏气出口，底部设有油水收集口。
优选地，廻转炉组件IV的外筒体内壁沿轴向和周向均匀分布有扬料斗15；同时，在内筒体内壁和外筒体内壁设有推进物料前进的螺旋片；在外筒体外侧固定有用于与动力装置连接的大齿轮10，以及与托辊连接的多个托圈。
半焦：是指干馏完的原料与混合到一起的灰渣的统称。
焦封：是指廻转炉每转一圈时，一份半焦进入到甩料管内，该半焦在随着甩料管旋转过程中总趋落于底部，不但能够最终注入到燃烧段的始端，还可在甩料管中行走时形成密封结构，使干馏段的干馏气和燃烧段的烟气得以被阻断。
相对于现有技术，本发明获得的有益效果：
本专利所提供的新型干馏炉装置分为预热段、干馏段和燃烧段，其中，燃烧段是将经过干馏段干馏的半焦中残碳与收油后的干馏气进行混合燃烧，从而为干馏段的干馏过程提供充足的热量。燃烧产生的热残渣大部会通过回料管返回到干馏段中，作为固态热载体与经过预热段预热过的新料混合热交换后达到干馏温度。未进入回料管的残渣会在预热段为新料的预热提供充分的热量，从而保证了残渣热量的充分利用。
干馏炉装置的回料管接入干馏段内壁后设有至少两圈的螺旋渣封管，一方面能够使热灰渣进入干馏腔，另一方面也通过热灰渣趋落于渣封管下部的渣封作用，防止了燃烧段内的废热烟气和干馏段的干馏气互相串通。同时，通过设置延伸至外筒体外侧的甩料管实现了半焦的长距离输送，同时也通过半焦趋落于下部实现焦封，有效防止干馏段干馏气与燃烧段热烟气的串通。
该干馏炉装置通过内外结合式的热载体循环方式，既高效地利用了残碳产生的热量，又充分地实现密封，防止热烟气和干馏气的相互串通。该干馏炉装置从整体上实现了进料、预热、混料、干馏、燃烧和热载体循环利用等工艺流程的卧式一体化集成，大大提高了整套装备的一体化程度。
附图说明
图1为本发明一种优选实施方式中干馏炉装置的整体结构示意图。
图2为图1中圆圈A处的局部放大示意图。
图3为图1中标记B处的部分剖视结构示意图。
图4为图1中C-C向的剖视结构示意图。
图5为图1中D-D向的剖视结构示意图。
其中，1，粗洗塔；2，螺旋进料装置；3，料斗；4，织物补偿器；5，弹簧；6，密封轴承；7，密封轴；8，预热筒；9，干馏筒；10，大齿轮；11，膨胀节；12，甩料管；13，烧嘴；14，螺旋片I；15，扬料斗；16，滑动支架；17，螺旋片II；18，螺旋片III；19，回料管；20，固定支架；21，螺旋片IV；22，肋片；23，滑动密封；24，喷水嘴；25，粉料；26，长形孔；27，螺母；28，压板；29，螺栓；30，鱼鳞片；31，廻转炉冷外筒；32，保温层；33，廻转炉热内壁；34，吃渣口；35，渣封管；D1为预热段；D2为干馏段；D3为燃烧段；I为进料粗洗密封组件；II为排烟排渣组件；III为烧嘴组件；IV为廻转炉组件；P1为干馏气出口；P2为废烟气出口；P3为废渣出口：P4为干馏燃气进口；t1为托圈I；t2为托圈II；t3为托圈III。
具体实施方式
在本发明以下的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”和“竖着”等指示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。
在本发明以下的描述中，需要说明的是，除非另有明确规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接连接，也可以是通过中间介质间接连接，可以是两个部件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以是具体情况理解上书术语在本发明中的具体含义。
此外，在本发明以下的描述中，除非另有说明，“多个”、“多组”、“多根”的含义是两个或两个以上。
以下实施例所用材料、试剂、装置、设备、方法和控制过程，未经特殊说明，均为本领域普通材料、试剂、装置、设备、方法和控制过程，本领域技术人员均可通过商业渠道获得，或者根据具体需要进行常规设置即可，无需付出创造性劳动。
下面结合具体附图对本发明做进一步详细说明，但本发明不受以下详细说明的限制。
其中，图1为本发明一种优选实施方式中干馏炉装置的整体结构示意图。图2为图1中圆圈A处的局部放大示意图。图3为图1中标记B处的部分剖视结构示意图。图4为图1中C-C向的剖视结构示意图。图5为图1中D-D向的剖视结构示意图。从图1-5可知，该装置主要由进料粗洗密封组件I、排烟排渣组件II、烧嘴组件III和廻转炉组件IV组成。
上述进料粗洗密封组件I和廻转炉组件IV的连接是通过密封轴承6和密封轴7的旋转配合完成的。织物补偿器4和弹簧5是为了保障密封轴7旋转时径向有较大跳动时仍能严密配合，密封轴孔和螺旋送料装置2之间的环形孔形成干馏气流通的通道。此处的干馏气为微负压，密封轴承6和密封轴7之间的旋转配合可保证没有空气进入干馏气内。
进料粗洗密封组件I还有2个作用：
其一，向廻转炉组件供料并实现原料侧密封。由图1可知，小颗粒粉料25是通过螺旋送料装置2向迴转炉预热筒8始端供料的。但当料斗3的原料料位过低时，空气将通过螺旋送料装置2内的间隙进入预热筒8，所以料斗3内的料位应保持不低于一定高度。具体高度根据设备的实际尺寸等具体工况确定即可。
其二，对刚出迴转炉的干馏气在粗洗塔1内初步洗涤，粗洗后干馏气经P1口排出再二次洗涤，洗涤采用循环水，通过二次洗涤，干馏气中的60％油品将在下部水封中凝出。
排烟排渣组件II与廻转炉组件IV的连接方式如图2所示，核心零件是被称为鱼鳞片30的密封件，鱼鳞30由弹性好且耐高温的薄钢片制成，在圆周上叠压许多片。这样，φ1(廻转炉冷外筒内壁)相对于φ’(排烟排渣组件内壁)在径向上跳动就可通过鱼鳞片30的弹性变形来吸收，同时迴转炉冷外筒(即外筒体)还在启动运行和降温运行有少许的轴向位移，鱼鳞片30能让其畅移无阻。应该指出，鱼鳞片30密封片与片之间还是存在小缝隙的，但对于此处造成的烟气中多出部分空气，不会产生较大的问题，烟气中多些空气对系统运行没有较大妨碍。
如图2所示，迴转炉冷外筒在位于排烟排渣组件II内的轴向上的局部，在φ1的全圆周上开有多条长形孔26，当φ1、φ2(冷外筒保温层内壁)、φ3(内筒体内壁)旋转时，通过长形孔26可随时上排烟气至图1的废烟气出口P2，下排灰渣至图1的废渣出口P3。如图1所示，在排烟排渣组件II附近的φ2、φ3间走的是已经降了温的烟气和灰渣。
烧嘴组件III和廻转炉组件IV的连接方式如图1所示，二者也是鱼鳞片连接。组件IV中部设有个烧嘴13。由P1管口接出干馏气经再次洗涤、干馏风机和间冷(此三件图中略)后即接入干馏燃气进口P4。工作时，烧嘴13喷出的火焰是燃烧段供热量的主要来源。
迴转炉中各种产物的产出过程如下：
迴转炉由托辊(图1略)托住托圈t1、t2、t3。由电机、减速机、小齿轮(此3项图1略)带动大齿轮旋转。旋向为自左向右看去为顺时针。小颗粒粉料25进入迴转炉后，将产生干馏气、烟气和灰渣三种产物。如图3所示，在预热筒8内，焊有大量的肋片22，作用是尽快将原料“炒热”。
小颗粒粉料25自螺旋送料装置2进入预热段D1后，在螺旋片IV 21的作用下，随着旋转不断自左向右前行，在其内的干馏气、其外的烟气和灰渣的共同加热下，小颗粒粉料25不断升温，在到达回料管19即将要进入干馏段时位置时，其温度已达300℃左右，此时的回料管19不断向干馏段注入600℃左右的高温灰渣，并且其质量份数为300℃原料的2倍。这样混兑完后的物料温度将为500℃左右。此处后的干馏将剧烈进行，所产生的干馏气自右向左，在降低了一定温度后(热量由自左向右的原料吸收)，穿过密封轴7和螺旋送料装置2的环形孔进入粗洗塔。
回渣的过程如图4所示，当旋转速度n时，图中所示意的灰渣由于重力的作用和下部摩擦力的作用，就会位于左下方，吃渣口旋转自然会将灰渣“吃入”，然后像灌肠一样灌入渣封管35。渣封管35具有不低于2圈的长度，这样在渣封管35内就形成渣封，使干馏筒内的干馏气和干馏筒外的烟气互相隔绝。
干馏筒内的低温原料和高温灰渣混合后，在螺旋片III 18的作用下，向右前行，并在前行中不断干馏，干馏结束形成半焦。这种用高温的颗粒物通过和低温颗粒物混兑，使低温颗粒物达到几乎完全干馏的方法为固体热载体法。显然不同于气体热载体法需要较大颗粒之间的间隙，很小的颗粒粒径也能通过此法干馏。
迴转炉每转一圈，就有一份半焦进入甩料管12，这份半焦在甩料管12的旋转中总趋落于低部，不但能最终注入燃烧段的始端，这份半焦在甩料管中行走时还能形成“焦封”，使之干馏段的干馏气和燃烧段的烟气得以被阻断。
由甩料管12进入燃烧段始端即最右端的半焦在螺旋片I14的推动下往左移动，而每个扬料斗15的作用是当它转到下面时，将掏满一斗半焦，而转到上面时，又将斗内的半焦扬下，因半焦内含有一定量的固定碳，此扬下的固定碳很容易在高温下遇氧燃烧，这一固定碳的燃烧构成了燃烧段热量的第二来源，与第一来源即来自烧嘴13的收油后的干馏气燃烧一起支撑起小颗粒干馏炼油的整个工艺过程，扬料斗在整个φ2内有大量布置。
在干馏筒9和φ2之间有高温灰渣和烟气，灰渣在螺旋片II 17的推动下向左移动，而其间的烟气由于P2处为负压，烟气一直向左移动，其间还有扬料斗，扬料斗的作用是使其间的灰渣和烟气温度趋于一致，本区段的灰渣和烟气对干馏筒9有表面加热作用。
当灰渣移动到回料管19，每转一圈，灰渣将有大部分进入回料管去干馏筒9，余下的小部分继续向左移动。
在预热段的预热筒8和φ2间的灰渣在螺旋片II17的作用下继续向左移动，其中间的扬料斗不断扬起灰渣，以使灰渣和烟气温度趋于一致，目的就是对预热筒外表面尽可能好的被加热，使预热管8内的原料尽快地被“炒热”。
当预热筒8和φ2间的烟气和灰渣移动至排烟排渣组件II时，如图2所示烟气自然经长形孔26进入图1的烟气出口P2。灰渣也自然经长形孔由下部掉入图1的排渣口P3。
考虑到热胀冷缩和联动(一起转)等原因，如图1，设置了将φ1、φ2、φ3固定在一起的固定支架20、滑动支架16和滑动密封支架23。膨胀节11也是因φ1、φ2、φ3在轴向受热位移量不同而设。
虽然本发明已以较佳的实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做各种改动和修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。
Claims (10)
1.一种一体化廻转式小颗粒物料干馏炉装置，其特征在于，包括水平方向依次连接的进料粗洗密封组件(I)、排烟排渣组件(II)、廻转炉组件(IV)以及烧嘴组件(III)；旋转工作的所述廻转炉组件(IV)为内筒体和外筒体套接式结构，廻转炉组件(IV)分为预热段(D1)、干馏段(D2)和燃烧段(D3)；在所述预热段(D1)与干馏段(D2)交接处设有连通内筒体和外筒体的回料管(19)，在所述干馏段(D2)邻近燃烧段(D3)设有连通干馏段(D2)末端和燃烧段(D3)邻近烧嘴组件(III)的甩料管(12)；所述甩料管(12)呈螺旋状由内筒体穿出至外筒体外侧并穿入到外筒体终端，干馏新料干馏后经甩料管(12)进入燃烧段(D3)，经燃烧加热后再从回料管(19)返回干馏段(D2)始端，并作为热载体与干馏新料混合换热；所述进料粗洗密封组件(I)设有粗洗塔(1)，所述粗洗塔(1)上部设有回收干馏气的出口；所述排烟排渣组件(II)位于外筒体始端外圆周，通过鱼鳞片(30)结构实现与外筒体的密封，在上部设有热烟气出口，下部设有残渣出口；所述烧嘴组件(III)通过鱼鳞片结构与外筒体末端密封，中部烧嘴与收油后的干馏可燃气连通，并引入燃烧段(D3)与干馏残碳混合燃烧。
2.根据权利要求1所述的一种一体化廻转式小颗粒物料干馏炉装置，其特征在于，所述内筒体伸入到外筒体的预热段(D1)和干馏段(D2)，内筒体与外筒体通过位于外筒体外壁和内筒体内壁之间的滑动支架(16)、固定支架(20)和滑动密封支架(23)连接。
3.根据权利要求1所述的一种一体化廻转式小颗粒物料干馏炉装置，其特征在于，所述外筒体始端与排烟排渣组件(II)连接处，沿圆周面设有长形孔(26)，热烟气通过长形孔(26)经排烟排渣组件(II)的排气口排出。
4.根据权利要求1所述的一种一体化廻转式小颗粒物料干馏炉装置，其特征在于，内筒体在预热段(D1)沿轴向排列的肋片(22)。
5.根据权利要求1所述的一种一体化廻转式小颗粒物料干馏炉装置，其特征在于，所述甩料管(12)缠绕在外筒体的螺旋圈数不少于两圈。
6.根据权利要求1所述的一种一体化廻转式小颗粒物料干馏炉装置，其特征在于，所述甩料管(12)直径与外筒体直径之比为1：(15～30)。
7.根据权利要求1所述的一种一体化廻转式小颗粒物料干馏炉装置，其特征在于，所述回料管(19)与外筒体内壁连接处设有吃渣口(34)，在引入内筒体后设有螺旋布置的渣封管(35)。
8.根据权利要求7所述的一种一体化廻转式小颗粒物料干馏炉装置，其特征在于，所述渣封管(35)的螺旋圈数不少于两圈。
9.根据权利要求1所述的一种一体化廻转式小颗粒物料干馏炉装置，其特征在于，所述进料粗洗密封组件(I)设有沿内筒体轴向设置的螺旋进料装置(2)，在螺旋进料装置(2)的前端设有料斗(3)，中部设有粗洗塔(1)，织物补偿器(4)，后端设有密封轴承(6)和密封轴(7)，沿径向设置缓冲晃动的弹簧(5)；所述织物补偿器(4)位于粗洗塔(1)和密封轴承(6)之间；所述粗洗塔(1)顶部设有干馏气出口，底部设有油水收集口。
10.根据权利要求1所述的一种一体化廻转式小颗粒物料干馏炉装置，其特征在于，廻转炉组件(IV)的外筒体内壁沿轴向和周向均匀分布有扬料斗(15)；同时，在内筒体内壁和外筒体内壁设有推进物料前进的螺旋片；在外筒体外侧固定有用于与动力装置连接的大齿轮(10)，以及与托辊连接的多个托圈。
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