CN112500877A - 多孔介质热管式自熄焦油页岩干馏炉及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明属油页岩干馏炼油领域，尤其涉及一种多孔介质热管式自熄焦油页岩及其使用方法，其中炉体分为上部进料区、中部燃烧干馏区及下部冷却排渣区；上部模块包括料仓（1）和下料管（2）；中部燃烧干馏区包括内干馏室（10）、加热室（8）、外干馏室（11）及燃烧室（13）；下部冷却排渣区包括内熄焦室（21）、外熄焦室（22）、冷却室（12）、炉底（17）及出料口（18）；在加热室（8）、内干馏室（10）与外干馏室（11）之间以及冷却室（12）、内熄焦室（21）与外熄焦室（22）之间固定设有传热管束（7）。本发明负荷调节范围广，具有较高的燃烧效率和稳定性，燃烧极限大，污染物含量少，可实现干馏和熄焦一体化。

Description

多孔介质热管式自熄焦油页岩干馏炉及其使用方法

技术领域

本发明属油页岩干馏炼油领域，尤其涉及一种多孔介质热管式自熄焦油页岩及其使用方法。

背景技术

目前，自由火焰为特征的空间燃烧仍然是油页岩干馏炉燃烧室燃气燃烧的主要方式，这种方式导致火焰面附近温度梯度较大而且分布不均匀，局部的高温造成大量的氮氧化物的生成，即使是当前比较先进的烧嘴依然会存在燃烧不充分、燃烧不稳定和燃烧效率低而产生大量一氧化碳的情况并且烟气和干馏残渣的热量、不能得到很好的利用，同时残渣的冷却系统冷却方法单一。

基于上述所有关注和疑问，国内外学者对油页岩干馏炉的燃烧室结构已经做了大量的研究，也包括对喷嘴的设计做了很多工作。然而至今还没有学者把多孔介质预混燃烧技术引进到油页岩干馏炼油领域。多孔介质中的预混燃烧有很多优点：较高的燃烧效率和稳定性、负荷调节范围广、燃烧室结构紧凑、燃烧极限扩大等，而且燃烧产物中氮氧化物和硫化物等污染物的含量减少。因此，多孔介质中的预混燃烧应用在油页岩干馏炼油领域具有很大的发展前景。

热管式干馏工艺的油页岩干馏炉是将燃烧烟气的热量间接通过热管传递给油页岩，烟气不与油页岩接触因此油页岩气体更加纯净。近年来国内提出了一些外热式油页岩干馏工艺的专利，虽然在干馏炉热效率和产量问题上有所改善，但是均采用自由火焰的燃烧方式和外热式加热油页岩，这样势必造成干馏室温度分布不均，半焦固定碳利用率较低等问题，有的干馏炉炉内设置蓄热室和/或设置烧嘴，会产生维修困难的问题，也会带来漏气串气的隐患。

因此，亟需开发一种能克服上述存在的问题，并且热效率高，维修方便，同时日处理油页岩量大的热管式油页岩干馏炉。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的不足之处而提供一种负荷调节范围广，具有较高的燃烧效率和稳定性，燃烧极限大，污染物含量少，可实现干馏和熄焦一体化的多孔介质热管式自熄焦油页岩。

本发明还提供一种上述多孔介质热管式自熄焦油页岩的使用方法。

为解决上述技术问题，本发明是这样实现的：

多孔介质热管式自熄焦油页岩干馏炉,包括炉体；所述炉体分为上部进料区、中部燃烧干馏区及下部冷却排渣区；

所述上部模块包括料仓和下料管；

所述中部燃烧干馏区包括内干馏室、加热室、外干馏室及燃烧室；所述燃烧室为柱状腔体，且分布于炉体中部区域；所述加热室固定套装于燃烧室的外部，且将炉体上部内腔沿径向分割为内干馏室及外干馏室两个环形空间；

所述下部冷却排渣区包括内熄焦室、外熄焦室、冷却室、炉底及出料口；所述冷却室固定套装于燃烧室的外部，且将炉体中部内腔沿径向分割为内熄焦室及外熄焦室两个环形空间；

所述料仓的出口经下料管分别与内干馏室及外干馏室的腔体相通；所述内干馏室与内熄焦室以及外干馏室与外熄焦室分别上下连通；所述加热室与冷却室之间固定设有隔断；在所述加热室、内干馏室与外干馏室之间以及冷却室、内熄焦室与外熄焦室之间分别固定设有传热管束；所述出料口与内熄焦室及外熄焦室底部相通；所述燃烧室上部热烟气出口经热烟气导管与加热室底部热烟气入口相通；所述冷媒进口与冷却室底部入口相通；所述冷媒出口与冷却室上部出口相通；在所述内干馏室与外干馏室的上部固定设有油页岩气导管。

作为一种优选方案，本发明在所述加热室的上部固定设有热废气导管。

进一步地，本发明所述燃烧室可采用多孔介质燃烧室。

进一步地，本发明所述燃烧室从上至下包括气体混合区、预热区及燃烧区；所述气体混合区固定设有扰流板；所述预热区包括阻燃膨胀板和下方抽换层；所述下方抽换层采用多孔介质；所述燃烧区由上方抽换层构成。

进一步地，本发明所述燃烧区沿径向形成三个不同孔密度的多孔介质层，且燃烧区内每个多孔介质层的孔密度小于预热区中下方抽换层多孔介质的孔密度。

进一步地，本发明所述预热区下方抽换层的孔密度为50～60PPI；所述燃烧区的三个多孔介质层的孔密度由外向内的孔密度分别为8～15PPI、15～22PPI及22～30PPI。

进一步地，本发明所述下方抽换层采用陶瓷泡沫板；所述下方抽换层的高径比为1:1，孔隙率为80%以上；所述阻燃膨胀板上开设有多个通孔，其高径比为1:4，孔隙率为80～90%；所述通孔的平均孔径为2～4mm。

进一步地，本发明所述出料口与炉底之间通过水封连接。

进一步地，本发明所述出料口采用可升降结构；所述出料口的侧壁采用与传热管束位置相对应的镂空结构，以使其与传热管束中的第一排传热管无缝贴合。

上述多孔介质热管式自熄焦油页岩干馏炉的使用方法，可按如下步骤实施：

a、将气体混合区中的燃料引燃后，经过预热区在燃烧区内部形成稳定火焰；

b、通过上部进料区将油页岩送入内干馏室及外干馏室；将步骤a产生的热能传至加热室；通过传热管束再将加热室的热能传至内干馏室及外干馏室，以实现对油页岩进行移动干馏；在填料初期，出料口升至隔断位置，之后出料口开始缓慢下降；

c、在冷却室中的冷媒从内熄焦室与外熄焦室吸热过程中，实现对进入内熄焦室与外熄焦室干馏料的熄焦；

d、油页岩灰渣通过出料口排出炉体。

本发明当燃气为浓度低于爆炸极限下限，热值低于250Kca1/m³～420Kca1/m³或粉尘含量较高的燃气时，能够实现低浓度、低热值完全燃烧，提高加热的均匀性，热效率高，并且解决了多孔介质的更换和清理问题。本发明结构设计合理、使用方便、建设费用低、热效率高，可实现干馏和熄焦一体化。

本发明油页岩干馏炉在燃烧室内选用陶瓷泡沫板，多孔介质和阻燃膨胀板的组合代替传统的烧嘴，具有较高的燃烧效率和稳定性，负荷调节范围广，燃烧室结构紧凑，燃烧极限大，而且燃烧产物中氮氧化物和硫化物等污染物的含量减少，同时由于燃烧区和预热区采用抽拉结构，降低了维护的工作量。此外，预混作用的多孔介质和阻燃屏障板可以有效地把热量传导出去，可以防止由于操作不当引起的回火的发生。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。本发明的保护范围不仅局限于下列内容的表述。

图1为本发明整体结构示意图。

图2为本发明横向剖视图。

图中：1、料仓；2、下料管；3、热废气出口；4、油页岩气出口；5、炉外壁；6、干馏室墙；7、传热管束；8、加热室；9、炉内壁；10、内干馏室；11、外干馏室；12、冷却室；13、燃烧室；14、冷却气出口；15、冷空气进口；16、炉底架；17、炉底；18、出料口；19、多孔介质燃烧室支架；20、加热室墙；21、内熄焦室；22、外熄焦室；23、隔断；24、冷空气导管；25、热烟气导管；26、热废气导管；27、油页岩气导管；28、环形油页岩气集气管；29、冷却气导管；30、扰流板；31、阻燃膨胀板；32、下方抽换层；33、上方抽换层；34、热管保护伞。

具体实施方式

如图所示，多孔介质热管式自熄焦油页岩干馏炉,包括炉体；所述炉体分为上部进料区、中部燃烧干馏区及下部冷却排渣区；

所述上部模块包括料仓1和下料管2；

所述中部燃烧干馏区包括内干馏室10、加热室8、外干馏室11及燃烧室13；所述燃烧室13为柱状腔体，且分布于炉体中部区域；所述加热室8固定套装于燃烧室13的外部，且将炉体上部内腔沿径向分割为内干馏室10及外干馏室11两个环形空间；

所述下部冷却排渣区包括内熄焦室21、外熄焦室22、冷却室12、炉底17及出料口18；所述冷却室12固定套装于燃烧室13的外部，且将炉体中部内腔沿径向分割为内熄焦室21及外熄焦室22两个环形空间；

所述料仓1的出口经下料管2分别与内干馏室10及外干馏室11的腔体相通；所述内干馏室10与内熄焦室21以及外干馏室11与外熄焦室22分别上下连通；所述加热室8与冷却室12之间固定设有隔断23；在所述加热室8、内干馏室10与外干馏室11之间以及冷却室12、内熄焦室21与外熄焦室22之间分别固定设有传热管束7；所述出料口18与内熄焦室21及外熄焦室22底部相通；所述燃烧室13上部热烟气出口经热烟气导管25与加热室8底部热烟气入口相通；所述冷媒进口15与冷却室12底部入口相通；所述冷媒出口14与冷却室12上部出口相通；在所述内干馏室10与外干馏室11的上部固定设有油页岩气导管27。

本发明在所述加热室8的上部固定设有热废气导管26。

本发明所述燃烧室13可采用多孔介质燃烧室。

本发明所述燃烧室13从上至下包括气体混合区、预热区及燃烧区；所述气体混合区固定设有扰流板30；所述预热区包括阻燃膨胀板31和下方抽换层32；所述下方抽换层32采用多孔介质；所述燃烧区由上方抽换层33构成。

本发明所述燃烧区沿径向形成三个不同孔密度的多孔介质层，且燃烧区内每个多孔介质层的孔密度小于预热区中下方抽换层32多孔介质的孔密度。

本发明所述预热区下方抽换层32的孔密度为50～60PPI；所述燃烧区的三个多孔介质层的孔密度由外向内的孔密度分别为8～15PPI、15～22PPI及22～30PPI。

本发明所述下方抽换层32采用陶瓷泡沫板；所述下方抽换层32的高径比为1:1，孔隙率为80%以上；所述阻燃膨胀板31上开设有多个通孔，其高径比为1:4，孔隙率为80～90%；所述通孔的平均孔径为2～4mm。

本发明所述出料口18与炉底17之间通过水封连接。

本发明所述出料口18采用可升降结构；所述出料口18的侧壁采用与传热管束7位置相对应的镂空结构，以使其与传热管束7中的第一排传热管无缝贴合。

上述多孔介质热管式自熄焦油页岩干馏炉的使用方法，可按如下步骤实施：

a、将气体混合区中的燃料引燃后，经过预热区在燃烧区内部形成稳定火焰；

b、通过上部进料区将油页岩送入内干馏室10及外干馏室11；将步骤a产生的热能传至加热室8；通过传热管束7再将加热室8的热能传至内干馏室10及外干馏室11，以实现对油页岩进行移动干馏；在填料初期，出料口18升至隔断23位置，之后出料口18开始缓慢下降；

c、在冷却室12中的冷媒从内熄焦室21与外熄焦室22吸热过程中，实现对进入内熄焦室21与外熄焦室22干馏料的熄焦；

d、油页岩灰渣通过出料口18排出炉体。

参见图1及图2所示，本发明在具体设计时包括传热管束7、加热室8、内干馏室10、外干馏室11、冷却室12、燃烧室13、内熄焦室21及外熄焦室22；加热室8、内干馏室10、外干馏室11、冷却室12、内熄焦室21及外熄焦室22均为同心圆环形布置；加热室8、内干馏室10与外干馏室11位于炉体的上半部；冷却室12、内熄焦室21及外熄焦室22位于炉体的下半部；内干馏室10与外干馏室11以及内熄焦室21及外熄焦室22均为内外两层，内干馏室10与外干馏室11以及内熄焦室21及外熄焦室22分别上下连通；加热室8夹在内干馏室10与外干馏室11之间；冷却室12夹在内熄焦室21与外熄焦室22之间；加热室8和冷却室12中间设有隔断23。在加热室8、内干馏室10与外干馏室11之间以及内熄焦室21与外熄焦室22之间均设有传热管束7。传热管束7上方设有热管保护伞34，以防止被油页岩碎块砸坏，传热管束7的吸热端分别设在加热室8或内熄焦室21及外熄焦室22，放热端分别设在内干馏室10与外干馏室11或冷却室12。炉体顶部上设有加料孔。内熄焦室21与外熄焦室22的底部均设有出料口。炉体顶部与内干馏室10与外干馏室11之间设有水封槽，对内干馏室10与外干馏室11进行封闭；炉体由金属材料和非金属耐热内衬构成。传热管束7选用中温热管元件。内干馏室10与外干馏室11和内熄焦室21与外熄焦室22竖向对应且上下贯通，沿着冷却室12和加热室8中间隔断划一水平线作为内干馏室10和外干馏室11与内熄焦室21和外熄焦室22的理论转换点，油页岩自上而下移动干馏后通过这一转换点进入内熄焦室21和外熄焦室22进行熄焦。本发明选用超导热管作为导热元件，实行干馏和干熄焦一体化，在炉体的上半部，由传热管束7把热量从加热室8传至内干馏室10及外干馏室11。内干馏室10及外干馏室11对油页岩进行加热，在炉体的下半部，由传热管束7将内熄焦室21和外熄焦室22干馏料的热量传向冷却室12，由风冷或水冷带走热量，从而达到了干熄焦的目的。

本发明干馏炉体中部的燃烧室13布置在内干馏室10与外干馏室11之间并建筑在由钢梁支撑的钢结构上；加热室8炉内上部的热烟气导管25连通；这样既能提供所需热能，又能保证干馏炉的稳定性；本发明燃烧室13由一个圆柱型多孔介质燃烧器组成，在功能上整个多孔介质燃烧器从下至上依次为气体混合区、预热区、燃烧区。燃烧室产生的热量通过燃烧区上方的热烟气导管25进入环形加热室8，加热传热管束7，由传热管束7再加热内干馏室10与外干馏室11中的油页岩。

在结构上整个多孔介质燃烧器从下至上包括预混气体区、阻燃膨胀板31、下方抽换层32及上方抽换层33。燃烧区由上方抽换层33构成，其内为沿径向的三个不同孔密度的环形多孔介质层，用以燃烧产热同时传热至预热区预热气体和温度分布均匀；预热区由阻燃膨胀板31和下方抽换32层组成，下方抽换层32内为多孔介质，用以增强燃料和空气的混合和输运，有利于提高燃烧速度。阻燃膨胀板31的作用是防止回火；气体混合区由扰流板30组成，用于通入混合气体。

预热区可以有效储存燃烧区产生的热量，同时由于多孔介质特有的流道桥路和弥散作用能够增强燃料和空气的混合和输运，有利于提高燃烧速度，同时由于流道是不同的，因此可以有效过滤粉尘等杂质，并放在阻燃膨胀板31上面。多孔介质和阻燃膨胀板31可以迅速把热量导出去，防止由于操作不当引起回火的发生，同时可以促进燃料和空气混合。

干馏炉下部是冷却段和排渣段冷却段由冷却室12、冷却气出口14及冷空气进口15组成。当冷却系统采用水冷时，冷水从冷却水进口进入从冷却水出口流出。当使用空气作为冷却介质时进出口相反。

上述的多孔介质的材料，选用陶瓷泡沫板，预热区的多孔介质的孔密度为50PPI～60PPI，燃烧区的三个多孔介质层的多孔介质的孔密度分别为8PPI～15PPI、15PPI～22PPI、22PPI～30PPI。下方抽换层为陶瓷泡沫板，预热区的陶瓷泡沫板的高径比为1:1，孔隙率为80%以上，所述阻燃膨胀板上开设有多个通孔，所述的阻燃膨胀板的高径比为1:1，孔隙率为80～90%，所述的挡板砖的通孔的平均孔径为2～4mm燃烧区包括沿径向由为外而内设置的多个环形多孔介质层和中心介质层；所述的两个环形多孔介质层和中心介质层共同形成泡沫陶瓷板燃烧区的泡沫陶瓷板的厚度比为1：1.5：2，孔隙率分别为80～85%、85～90%及90%以上。

本发明沿着隔断23设置一水平线作为干馏室和熄焦室的理论转换点，传热管束7按照一定的角度在内干馏室10及外干馏室11布置传热管束7的吸热端在加热室8，放热端在内干馏室10及外干馏室11。内熄焦室21与外熄焦室22以同样的角度反向布置，吸热端在内熄焦室21与外熄焦室22，放热端在冷却室12。

油页岩在进料初期通过下料管2进入内干馏室10及外干馏室11，此时，干馏温度为400度到1600度，待出料口18升到隔断23位置，温度在区间500度到750度之间，随着油页岩的干馏成为灰渣，其中微粒含量不高于20g/NM³，之后以油页岩干馏的速度缓慢下降，当下降到炉底17时停止下降。油页岩灰渣由出料口（18）排出。

本发明热源来自多孔介质燃烧室，燃烧室13中的热烟气经热烟气导管25进入加热室8，将传热管束7吸热端加热，热量瞬间传入内干馏室10及外干馏室11，达到油页岩干馏的目的，油页岩自上而下动态移动便于气体析出，油页岩下移到与隔断23同一水平位置时完成干馏的目的，继续向下移动，进入内熄焦室21与外熄焦室22，干馏料的热量通过传热管束7传递给冷却室12；冷空气由冷却进口15进入，从冷却出口14排出，冷却出口14与炉体外的热空气供应系统相连（使用水冷系统则进出口相反），干馏料的温度降到燃点以下经出料口18排出，可适当增加其富氧比到20%至95%，使之燃烧更充分。可通过控制出料速度使油页岩干馏的更加彻底。油页岩在内外干馏室加热的过程中，不断有气体析出，气体通过内外干馏室气体导管27导入环形气体集气管28经气体出口吸出净化。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语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。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语 “设置”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神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，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种多孔介质热管式自熄焦油页岩干馏炉,包括炉体，其特征在于：所述炉体分为上部进料区、中部燃烧干馏区及下部冷却排渣区；

所述上部模块包括料仓（1）和下料管（2）；

所述中部燃烧干馏区包括内干馏室（10）、加热室（8）、外干馏室（11）及燃烧室（13）；所述燃烧室（13）为柱状腔体，且分布于炉体中部区域；所述加热室（8）固定套装于燃烧室（13）的外部，且将炉体上部内腔沿径向分割为内干馏室（10）及外干馏室（11）两个环形空间；

所述下部冷却排渣区包括内熄焦室（21）、外熄焦室（22）、冷却室（12）、炉底（17）及出料口（18）；所述冷却室（12）固定套装于燃烧室（13）的外部，且将炉体中部内腔沿径向分割为内熄焦室（21）及外熄焦室（22）两个环形空间；

所述料仓（1）的出口经下料管（2）分别与内干馏室（10）及外干馏室（11）的腔体相通；所述内干馏室（10）与内熄焦室（21）以及外干馏室（11）与外熄焦室（22）分别上下连通；所述加热室（8）与冷却室（12）之间固定设有隔断（23）；在所述加热室（8）、内干馏室（10）与外干馏室（11）之间以及冷却室（12）、内熄焦室（21）与外熄焦室（22）之间分别固定设有传热管束（7）；所述出料口（18）与内熄焦室（21）及外熄焦室（22）底部相通；所述燃烧室（13）上部热烟气出口经热烟气导管（25）与加热室（8）底部热烟气入口相通；所述冷媒进口（15）与冷却室（12）底部入口相通；所述冷媒出口（14）与冷却室（12）上部出口相通；在所述内干馏室（10）与外干馏室（11）的上部固定设有油页岩气导管（27）。

2.根据权利要求1所述的多孔介质热管式自熄焦油页岩干馏炉，其特征在于：在所述加热室（8）的上部固定设有热废气导管（26）。

3.根据权利要求2所述的多孔介质热管式自熄焦油页岩干馏炉，其特征在于：所述燃烧室（13）采用多孔介质燃烧室。

4.根据权利要求3所述的多孔介质热管式自熄焦油页岩干馏炉，其特征在于：所述燃烧室（13）从上至下包括气体混合区、预热区及燃烧区；所述气体混合区固定设有扰流板（30）；所述预热区包括阻燃膨胀板（31）和下方抽换层（32）；所述下方抽换层（32）采用多孔介质；所述燃烧区由上方抽换层（33）构成。

5.根据权利要求4所述的多孔介质热管式自熄焦油页岩干馏炉，其特征在于：所述燃烧区沿径向形成三个不同孔密度的多孔介质层，且燃烧区内每个多孔介质层的孔密度小于预热区中下方抽换层（32）多孔介质的孔密度。

6.根据权利要求5所述的多孔介质热管式自熄焦油页岩干馏炉，其特征在于：所述预热区下方抽换层（32）的孔密度为50～60PPI；所述燃烧区的三个多孔介质层的孔密度由外向内的孔密度分别为8～15PPI、15～22PPI及22～30PPI。

7.根据权利要求6所述的多孔介质热管式自熄焦油页岩干馏炉，其特征在于：所述下方抽换层（32）采用陶瓷泡沫板；所述下方抽换层（32）的高径比为1:1，孔隙率为80%以上；所述阻燃膨胀板（31）上开设有多个通孔，其高径比为1:4，孔隙率为80～90%；所述通孔的平均孔径为2～4mm。

8.根据权利要求7所述的多孔介质热管式自熄焦油页岩干馏炉，其特征在于：所述出料口（18）与炉底（17）之间通过水封连接。

9.根据权利要求8所述的多孔介质热管式自熄焦油页岩干馏炉，其特征在于：所述出料口（18）采用可升降结构；所述出料口（18）的侧壁采用与传热管束（7）位置相对应的镂空结构，以使其与传热管束（7）中的第一排传热管无缝贴合。

10.一种如权利要求1～9任一所述多孔介质热管式自熄焦油页岩干馏炉的使用方法，其特征在于,按如下步骤实施：

a、将气体混合区中的燃料引燃后，经过预热区在燃烧区内部形成稳定火焰；

b、通过上部进料区将油页岩送入内干馏室（10）及外干馏室（11）；将步骤a产生的热能传至加热室（8）；通过传热管束（7）再将加热室（8）的热能传至内干馏室（10）及外干馏室（11），以实现对油页岩进行移动干馏；在填料初期，出料口（18）升至隔断（23）位置，之后出料口（18）开始缓慢下降；

c、在冷却室（12）中的冷媒从内熄焦室（21）与外熄焦室（22）吸热过程中，实现对进入内熄焦室（21）与外熄焦室（22）干馏料的熄焦；

d、油页岩灰渣通过出料口（18）排出炉体。

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