CN112899006B - 一种油页岩低温抽提结合精馏塔耦合制油系统及方法 - Google Patents

一种油页岩低温抽提结合精馏塔耦合制油系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种油页岩低温抽提结合精馏塔耦合制油系统及方法，所述系统包括油页岩干馏炉、固液混合产物储存罐、固液混合搅拌装置、半焦储存罐、液体储存罐、蒸馏塔、有机溶剂储存罐、沥青储存罐、精馏塔、循环流化床锅炉和第一换热器。本发明可有效降低油页岩干馏温度，减少气相产物的生成、杜绝二次裂解和碳化反应，提升页岩油的产率，降低污染；同时将油页岩干馏、精馏与半焦燃烧有机结合，燃烧产生的高温烟气为干馏和精馏提供热量，实现热量的内部热耦合，同时实现了固体半焦废气物和废气的资源化利用，有效减少了环境污染。

Description

一种油页岩低温抽提结合精馏塔耦合制油系统及方法
技术领域
本发明涉及一种油页岩低温抽提结合精馏塔耦合制油系统及方法，属于油页岩资源多联产综合利用技术领域。
背景技术
油页岩作为一种新兴的矿物能源，能够通过干馏制取页岩油，是一种储量十分可观的石油可替代能源。目前，世界上已探明储量的页岩油为4000多亿吨(按油页岩原位储量计算)，远远高于世界原油探明可采储量。另外，随着对油页岩资源的进一步开发、利用，这一数字将继续增大。作为世界上为数不多的油页岩资源储量大国之一，我国油页岩的资源为7199.37亿吨，折算成页岩油的储量为476.44亿吨。
近年来随着世界常规能源的减少，如何对新能源和可再生能源进行有效利用已成为当务之急。由于巨大的储量，油页岩作为石油的可替代能源受到全世界广泛关注，并被大量研究。美国、以色列、约旦等国家一直在对油页岩的热解特性进行深入研究，并将其作为重要的石油补充能源。因此，众多油页岩工作者们建议化工制油行业应采用集“混合热解炼油-发电-化工/材料”为一体的油页岩结合生物质的全面综合利用方法，以实现油页岩资源的高效及清洁利用。
发明专利CN201110443734.3提出了一种油页岩回转窑干馏结合循环流化床燃烧工艺，采用燃烧后的页岩灰作为循环综合利用系统的热载体，将原料干馏过程与半焦燃烧有机结合，很大程度上提升了油页岩的综合利用效率，但在500℃下干馏形成的油页岩半焦热值较低，对锅炉燃烧的要求较高，导致锅炉构造成本升高，此外，以页岩灰作为热载体，对后续油页岩干馏过程的挥发分会有一定的吸附作用，会降低页岩油产率。发明专利CN201410158250.8对油页岩干馏产生的固体半焦进行气化，并重新利用，以提升了油页岩半焦的利用效率，然而对气相产物并未做详细处理与利用，油页岩干馏产生的气体瓦斯对大气的污染并未从该系统中获得有效控制。此外，上述研究均注重于固体半焦的回收利用，对于通过调控干馏过程本身以提升页岩油产率、降低污染物排放的综合利用鲜有报道。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本发明的目的是提供一种油页岩低温抽提结合精馏塔耦合制油系统及方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种油页岩低温抽提结合精馏塔耦合制油系统，包括油页岩干馏炉、固液混合产物储存罐、固液混合搅拌装置、半焦储存罐、液体储存罐、蒸馏塔、有机溶剂储存罐、沥青储存罐、精馏塔、循环流化床锅炉和第一换热器；其中，
所述油页岩干馏炉具有固液混合产物出口、气体产物出口、进气口，所述固液混合产物出口与固液混合产物储存罐相连，所述固液混合产物储存罐与固液混合搅拌装置相连，所述固液混合搅拌装置分别与半焦储存罐和液体储存罐相连，所述液体储存罐与蒸馏塔相连，所述蒸馏塔分别与有机溶剂储存罐和沥青储存罐相连，所述有机溶剂储存罐与固液混合搅拌装置相连，所述沥青储存罐与精馏塔相连，所述气体产物出口分别与循环流化床锅炉的进口和第一换热器相连，所述半焦储存罐的出口连接于油页岩干馏炉的气体产物出口和循环流化床锅炉的进口之间，所述循环流化床锅炉的出气口分别与精馏塔和第一换热器相连，所述第一换热器与油页岩干馏炉的进气口相连。
一种实施方案，所述有机溶剂储存罐为乙醇储存罐。
一种实施方案，还包括第二换热器，所述沥青储存罐经第二换热器与精馏塔相连。
一种优选方案，所述第二换热器分别与油页岩干馏炉的气体产物出口和第一换热器相连。
一种实施方案，还包括烟囱，所述第一换热器与烟囱相连。
一种油页岩低温抽提结合精馏塔耦合制油方法，包括如下步骤：
a)将干燥、粉碎后的油页岩送入油页岩干馏炉中进行干馏，产生瓦斯气、含有沥青和半焦的固液混合产物；
b)固液混合产物先被送入固液混合产物储存罐，然后被送入固液混合搅拌装置中，有机溶剂储存罐中的有机溶剂被送入固液混合搅拌装置中，在有机溶剂和固液混合搅拌装置的作用下，固液混合产物中的沥青混合有机溶剂形成的混合溶液被送入液体储存罐，固液混合产物中的半焦被分离后送入半焦储存罐；
c)液体储存罐中的混合溶液被送入蒸馏塔中进行蒸馏分离，分离出的有机溶剂被送入有机溶剂储存罐中进行循环利用，分离出的沥青先被送入沥青储存罐中，然后被送入精馏塔中进行精馏，生成轻质、中质、重质油并被分别存储；
d)步骤a)中油页岩干馏炉中干馏产生的瓦斯气一部分连同步骤b)中分离出的半焦一并被送入循环流化床锅炉中进行燃烧，另一部分作为循环瓦斯被送入第一换热器中；循环流化床锅炉燃烧产生的高温烟气一部分作为热源被送入精馏塔中为精馏提供热量，另一部分被送入第一换热器中对第一换热器中的循环瓦斯进行加热，第一换热器中被加热的循环瓦斯作为循环热载体被送入油页岩干馏炉中。
一种实施方案，步骤a)中，油页岩干馏炉的干馏温度为300～400℃(以350℃为佳)。
一种实施方案，步骤a)中，油页岩的粒径为20～40mm(以30mm为佳)。
一种实施方案，步骤b)中，所述有机溶剂为乙醇。
一种实施方案，步骤c)中，分离出的沥青先被送入沥青储存罐中，然后经第二换热器被送入精馏塔中进行精馏。
一种实施方案，步骤d)中，步骤a)中油页岩干馏炉中干馏产生的瓦斯气一部分连同步骤b)中分离出的半焦一并被送入循环流化床锅炉中进行燃烧，另一部分作为循环瓦斯先被送入第二换热器然后被送入第一换热器中。
相较于现有技术，本发明的有益技术效果在于：
1、将油页岩干馏、精馏与半焦燃烧有机结合，燃烧产生的高温烟气为干馏和精馏提供热量，实现热量的内部热耦合，同时实现了固体半焦废气物和废气的资源化利用，有效减少了环境污染；
2、利用瓦斯气体作为油页岩干馏炉的热载体，克服了固体热载体容易吸附挥发分从而导致页岩油产量降低的问题，且可有效降低油页岩干馏温度，有效降低了气相产物的生成、杜绝二次裂解和碳化反应，降低了污染；
3、固液混合产物经固液混合产物储存罐被送入固液混合搅拌装置中，然后在固液混合搅拌装置中经有机溶剂进行低温抽提，有效降低了能量损耗，并且避免了在高温干馏条件下由于二次裂解产生过多的有害气体，并提高了页岩油产率；
4、所述系统及方法对原料的适应性广，且综合利用程度较高，对于含油率高和低的油页岩均适用，也可用于其他固体有机废弃物的回收再利用；
5、所述系统及方法能够实现按照页岩油中不同轻重组分的分级存储，做到对页岩油多方面利用，提高页岩油的利用效率，同时避免了固体废弃物和热解气对环境的污染问题，最终实现油页岩的洁净、高效利用。
附图说明
图1是本发明实施例中提供的油页岩低温抽提结合精馏塔耦合制油系统的示意图；
图中标号示意如下：1、油页岩干馏炉；1-1、固液混合产物出口；1-2、气体产物出口；1-3、进气口；2、固液混合产物储存罐；3、固液混合搅拌装置；4、半焦储存罐；5、液体储存罐；6、蒸馏塔；7、有机溶剂储存罐；8、沥青储存罐；9、精馏塔；10、循环流化床锅炉；11、第一换热器；12、第二换热器；13、烟囱。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步详细描述。
实施例
如图1所示，本发明提供的一种油页岩低温抽提结合精馏塔耦合制油系统，包括油页岩干馏炉1、固液混合产物储存罐2、固液混合搅拌装置3、半焦储存罐4、液体储存罐5、蒸馏塔6、有机溶剂储存罐7、沥青储存罐8、精馏塔9、循环流化床锅炉10和第一换热器11；其中，
所述油页岩干馏炉1具有固液混合产物出口1-1、气体产物出口1-2、进气口1-3，所述固液混合产物出口1-1与固液混合产物储存罐2相连，所述固液混合产物储存罐2与固液混合搅拌装置3相连，所述固液混合搅拌装置3分别与半焦储存罐4和液体储存罐5相连，所述液体储存罐5与蒸馏塔6相连，所述蒸馏塔6分别与有机溶剂储存罐7和沥青储存罐8相连，所述有机溶剂储存罐7与固液混合搅拌装置3相连，所述沥青储存罐8与精馏塔9相连，所述气体产物出口1-2分别与循环流化床锅炉10的进口和第一换热器11相连，所述半焦储存罐4的出口连接于油页岩干馏炉1的气体产物出口1-2和循环流化床锅炉10的进口之间，所述循环流化床锅炉10的出气口分别与精馏塔9和第一换热器11相连，所述第一换热器11与油页岩干馏炉1的进气口1-3相连。
一种油页岩低温抽提结合精馏塔耦合制油方法，包括如下步骤：
a)将干燥、粉碎后的油页岩送入油页岩干馏炉1中进行干馏，产生瓦斯气、含有沥青和半焦的固液混合产物；
b)固液混合产物先被送入固液混合产物储存罐2，然后被送入固液混合搅拌装置3中，有机溶剂储存罐7中的有机溶剂被送入固液混合搅拌装置3中，在有机溶剂和固液混合搅拌装置3的作用下，固液混合产物中的沥青混合有机溶剂形成的混合溶液被送入液体储存罐5，固液混合产物中的半焦被分离后送入半焦储存罐4；
c)液体储存罐5中的混合溶液(包括沥青、有机溶剂、水等物质)被送入蒸馏塔6中进行蒸馏分离，分离出的有机溶剂被送入有机溶剂储存罐7中进行循环利用，分离出的沥青先被送入沥青储存罐8中，然后被送入精馏塔9中进行精馏，生成轻质、中质、重质油并被分别存储；
d)步骤a)中油页岩干馏炉1中干馏产生的瓦斯气一部分连同步骤b)中分离出的半焦一并被送入循环流化床锅炉10中进行燃烧，另一部分作为循环瓦斯被送入第一换热器11中；循环流化床锅炉10燃烧产生的高温烟气一部分作为热源被送入精馏塔9中为精馏提供热量，另一部分被送入第一换热器11中对第一换热器11中的循环瓦斯进行加热，第一换热器11中被加热的循环瓦斯作为循环热载体被送入油页岩干馏炉1中。
进一步的，步骤a)中，油页岩干馏炉1的干馏温度为300～400℃，以350℃为佳。低温干馏有效减少了气相产物的生成、杜绝二次裂解和碳化反应，提升页岩油的产率，同时降低污染。本发明中，油页岩干馏产生的部分瓦斯在第一换热器11和循环流化床锅炉10的作用下作为热载体回到油页岩干馏炉1中，促进了油页岩干馏，有效保障了油页岩干馏炉1在300～400℃下低温干馏的效果。
步骤a)中，油页岩的粒径为20～40mm，以30mm为佳，将油页岩破碎成30mm，适用于油页岩干馏炉1干馏，同时克服了后续半焦进入循环流化床锅炉10燃烧过程需要进一步破碎的问题。
步骤b)中，所述有机溶剂为乙醇，相应的，所述有机溶剂储存罐7为乙醇储存罐。
所述油页岩低温抽提结合精馏塔耦合制油系统包括第二换热器12，所述沥青储存罐8经第二换热器12与精馏塔9相连。使得，步骤c)中，分离出的沥青先被送入沥青储存罐8中，然后经第二换热器12被送入精馏塔9中进行精馏，第二换热器12对流过的沥青起到预热作用，更利于沥青的后续精馏。
此外，所述第二换热器12分别与油页岩干馏炉1的气体产物出口1-2和第一换热器11相连。即，油页岩干馏炉1的气体产物出口1-2经第二换热器12与第一换热器11相连。使得，步骤d)中，步骤a)中油页岩干馏炉1中干馏产生的瓦斯气一部分连同步骤b)中分离出的半焦一并被送入循环流化床锅炉10中进行燃烧，另一部分作为循环瓦斯先被送入第二换热器12然后被送入第一换热器11中。循环瓦斯先进入第二换热器12，可以对经过第二换热器12的沥青进行预热，然后再进入第一换热器11中，同时，循环流化床锅炉10燃烧产生的高温烟气加热一部分进入第一换热器11中对第一换热器11中循环瓦斯进行加热，被加热的循环瓦斯作为循环热载体被送入油页岩干馏炉1中，为油页岩干馏炉1提供热量。实现热量的内部热耦合，同时实现了固体半焦废气物和废气的资源化利用，有效减少了环境污染。
所述油页岩低温抽提结合精馏塔耦合制油系统还包括烟囱13，所述第一换热器11与烟囱13相连。第一换热器11中的烟气流入烟囱13中经烟囱13排放。
综上所述，本发明利用油页岩低温抽提结合精馏塔耦合制油系统，可有效降低油页岩干馏温度，减少气相产物的生成、杜绝二次裂解和碳化反应，提升页岩油的产率，同时降低污染；同时可以将低温条件下生成的具有较高热值的油页岩半焦混合气相产物进行燃烧，为油页岩低温干馏与精馏进行热量供应，实现热源的完全内部供给；此外，本发明将油页岩低温干馏炉、精馏塔和循环流化床锅炉结合，综合考量了资源、环境、经济效益等多方面因素，真正实现了油页岩的高效、科学利用。
最后有必要在此指出的是：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揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种油页岩低温抽提结合精馏塔耦合制油系统，其特征在于：包括油页岩干馏炉、固液混合产物储存罐、固液混合搅拌装置、半焦储存罐、液体储存罐、蒸馏塔、有机溶剂储存罐、沥青储存罐、精馏塔、循环流化床锅炉和第一换热器、第二换热器；其中，
所述油页岩干馏炉具有固液混合产物出口、气体产物出口、进气口，所述固液混合产物出口与固液混合产物储存罐相连，所述固液混合产物储存罐与固液混合搅拌装置相连，所述固液混合搅拌装置分别与半焦储存罐和液体储存罐相连，所述液体储存罐与蒸馏塔相连，所述蒸馏塔分别与有机溶剂储存罐和沥青储存罐相连，所述有机溶剂储存罐与固液混合搅拌装置相连，所述沥青储存罐与精馏塔相连，所述气体产物出口分别与循环流化床锅炉的进口和第一换热器相连，所述半焦储存罐的出口连接于油页岩干馏炉的气体产物出口和循环流化床锅炉的进口之间，所述循环流化床锅炉的出气口分别与精馏塔和第一换热器相连，所述第一换热器与油页岩干馏炉的进气口相连，所述沥青储存罐经第二换热器与精馏塔相连，所述第二换热器分别与油页岩干馏炉的气体产物出口和第一换热器相连。
2.根据权利要求1所述的油页岩低温抽提结合精馏塔耦合制油系统，其特征在于：所述有机溶剂储存罐为乙醇储存罐。
3.根据权利要求1所述的油页岩低温抽提结合精馏塔耦合制油系统，其特征在于：还包括烟囱，所述第一换热器与烟囱相连。
4.一种油页岩低温抽提结合精馏塔耦合制油方法，其特征在于，采用权利要求1所述的油页岩低温抽提结合精馏塔耦合制油系统，包括如下步骤：
a) 将干燥、粉碎后的油页岩送入油页岩干馏炉中进行干馏，产生瓦斯气、含有沥青和半焦的固液混合产物；
b) 固液混合产物先被送入固液混合产物储存罐，然后被送入固液混合搅拌装置中，有机溶剂储存罐中的有机溶剂被送入固液混合搅拌装置中，在有机溶剂和固液混合搅拌装置的作用下，固液混合产物中的沥青混合有机溶剂形成的混合溶液被送入液体储存罐，固液混合产物中的半焦被分离后送入半焦储存罐；
c) 液体储存罐中的混合溶液被送入蒸馏塔中进行蒸馏分离，分离出的有机溶剂被送入有机溶剂储存罐中进行循环利用，分离出的沥青先被送入沥青储存罐中，然后经第二换热器被送入精馏塔中进行精馏，生成轻质、中质、重质油并被分别存储；
d) 步骤a)中油页岩干馏炉中干馏产生的瓦斯气一部分连同步骤b)中分离出的半焦一并被送入循环流化床锅炉中进行燃烧，另一部分作为循环瓦斯先被送入第二换热器然后被送入第一换热器中；循环流化床锅炉燃烧产生的高温烟气一部分作为热源被送入精馏塔中为精馏提供热量，另一部分被送入第一换热器中对第一换热器中的循环瓦斯进行加热，第一换热器中被加热的循环瓦斯作为循环热载体被送入油页岩干馏炉中。
5.根据权利要求4所述的油页岩低温抽提结合精馏塔耦合制油方法，其特征在于：步骤a)中，油页岩干馏炉的干馏温度为300～400℃。
6.根据权利要求4所述的油页岩低温抽提结合精馏塔耦合制油方法，其特征在于：步骤b)中，所述有机溶剂为乙醇。
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