CN116792774A - 一种烟气除氧装置及烟气除氧方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于流态化热解工艺技术领域，具体涉及一种烟气除氧装置及烟气除氧方法；其中，烟气除氧装置包括除氧反应器；除氧反应器的进气端与燃烧炉连通，除氧反应器的出气端与热解装置连通；燃烧炉工作时产生的高温烟气进入除氧反应器中，除氧反应器能够将高温烟气中的氧气转化为二氧化碳，二氧化碳随高温烟气进入热解装置中与流动状态下的油基岩屑混合传热。该烟气除氧装置中的除氧反应器设置在燃烧炉与热解装置之间，除氧反应器能够将燃烧炉产生的高温烟气回收利用，并降低高温烟气中的氧含量，使得高温烟气可以直接作为油基岩屑流态化热解工艺的热载体使用，以使无氧高温烟气的制备成本降低，从而有效的降低油基岩屑流态化热解工艺的成本。

Description

一种烟气除氧装置及烟气除氧方法

技术领域

本发明属于流态化热解工艺技术领域，具体涉及一种烟气除氧装置及烟气除氧方法。

背景技术

油基岩屑是页岩气开采的钻井过程中产生的一种含矿物油和水的危险废物。目前，油基岩屑的处理工艺大多采用的是间接加热回转窑热解工艺，但该类工艺存在系统结构复杂，且工艺条件恶劣以及能耗高等诸多缺点。

流态化处理工艺是一种转动设备少、热解时间短、传热效率高以及装置占地面积小的极具优势的处理工艺，具有在油基岩屑热解领域开发利用的潜在价值。

油基岩屑流态化热解工艺需要采用高温气体作为载热体，将高温气体与油基岩屑在流动状态下强力混合传热传质。

由于油基岩屑含矿物油在热解过程中产生大量高温矿物油蒸汽，如与空气接触将发生燃烧爆炸事故，因此，油基岩屑流态化热解不能采用含有氧气的气体作为载热体，而无氧的高温气体的制备的成本较高，使得油基岩屑流态化热解工艺的成本大幅度提高，导致油基岩屑流态化热解工艺无法得到大面积的推广及应用，因此，发明一种能够有效降低油基岩屑流态化热解工艺的成本的的烟气除氧装置，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

为了解决现有技术存在的上述问题，本发明提供一种用于油基岩屑流态化热解工艺中的烟气除氧装置，以解决现有技术中无氧的高温气体的制备的成本高，导致油基岩屑流态化热解工艺的成本较高的技术问题。

本发明通过以下技术方案具体实现：

一种烟气除氧装置，包括除氧反应器；

所述除氧反应器的进气端与燃烧炉连通，所述除氧反应器的出气端与热解装置连通；所述燃烧炉工作时产生的高温烟气进入所述除氧反应器中，所述除氧反应器能够将高温烟气中的氧气转化为二氧化碳，二氧化碳随高温烟气进入所述热解装置中与流动状态下的油基岩屑混合传热。

为了更好的实现本发明，在上述结构中作进一步的优化，该烟气除氧装置还包括循环管路A和控制系统；

所述循环管路A的进气端与所述除氧反应器的出气端连通，所述循环管路A的出气端通过循环风机与所述除氧反应器的进气端连通；

所述除氧反应器的出气端设置有氧含量传感器，所述氧含量传感器和所述循环风机均与所述控制系统信号连接。

为了更好的实现本发明，在上述结构中作进一步的优化，所述除氧反应器的进气端和所述除氧反应器的出气端分别设置有温度传感器A和温度传感器C，所述温度传感器A、所述温度传感器C和所述燃烧炉中的燃烧机均与所述控制系统信号连接。

为了更好的实现本发明，在上述结构中作进一步的优化，该烟气除氧装置还包括用于除去所述热解装置在进行热解工艺过程中产生的烟气中的油蒸汽和水分的分离装置，所述热解装置的出气端与所述分离装置连通，所述分离装置的出气端与大气连通。

为了更好的实现本发明，在上述结构中作进一步的优化，该烟气除氧装置还包括循环管路B，所述分离装置的出气端通过三通接头与所述循环管路B的进气端以及大气连通，所述三通接头与大气连通的端口处设置有启闭阀A，所述启闭阀A与所述控制系统信号连接；所述循环管路B的出气端与所述燃烧炉连通，所述循环管路B的出气端设置有启闭阀B，所述启闭阀B与所述控制系统信号连接。

为了更好的实现本发明，在上述结构中作进一步的优化，所述循环管路B的出气端还设置有降温管道，所述降温管道上设置有启闭阀C；所述除氧反应器的出气端通过通气管路与所述热解装置连通，所述通气管路的出气端设置有温度传感器B，所述降温管道的出气端与所述通气管路连通，所述温度传感器B和所述启闭阀C均与所述控制器信号连接。

为了更好的实现本发明，在上述结构中作进一步的优化，所述除氧反应器的内部设置有活性炭或者木炭，所述活性炭或者所述木炭为蜂窝状结构，所述除氧反应器的进气端通过所述活性炭或者所述木炭上的空隙与所述除氧反应器的出气端连通。

综上所述，本发明提供的烟气除氧装置具有以下技术效果：

该烟气除氧装置中的除氧反应器设置在燃烧炉与热解装置之间，除氧反应器能够将燃烧炉产生的高温烟气回收利用，并降低高温烟气中的氧含量，使得高温烟气可以直接作为油基岩屑流态化热解工艺的热载体使用，以使无氧高温烟气的制备成本降低，从而有效的降低油基岩屑流态化热解工艺的成本。

一种烟气除氧方法，所述方法由上述的烟气除氧装置实施，所述方法包括以下步骤：

所述燃烧炉工作时产生的高温烟气进入所述除氧反应器中；

所述除氧反应器将高温烟气中的氧气转化为二氧化碳；

二氧化碳随高温烟气进入所述热解装置中与流动状态下的油基岩屑混合传热。

为了更好的实现本发明，在上述方法中作进一步的优化，所述燃烧炉产生的高温烟气的温度为800℃-1100℃。

为了更好的实现本发明，在上述方法中作进一步的优化，所述除氧反应器的空塔速度为0.8-1米/秒；高温烟气在所述除氧反应器的停留时间大于2秒。

综上所述，本发明提供的烟气除氧方法具有以下技术效果：

该烟气除氧方法能够将燃烧炉在工作时产生的高温烟气通过除氧反应器降低其氧气的含量，使得高温烟气能够作为热载体直接用于油基岩屑流态化热解工艺中，从而有效的降低油基岩屑流态化热解工艺的成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一种烟气除氧装置的结构示意图；

图2是本发明一种烟气除氧装置中燃烧炉与除氧反应器的连接结构图；

图3是本发明一种烟气除氧装置中热解装置的结构示意图。

附图标记：

1、除氧反应器；11、通气管路；

2、燃烧炉；21、燃烧机；

3、热解装置；31、分离装置；

41、循环管路A；411、循环风机；42、循环管路B；421、降温管路；

51、温度传感器A；52、温度传感器B；53、温度传感器C；

6、氧含量传感器；

71、启闭阀A；72、启闭阀B；73、启闭阀C；

8、控制系统。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，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；可以是机械连接，也可以是电连接；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，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例一：

如图1至图3所示：

一种烟气除氧装置，其包括除氧反应器1；其中，

除氧反应器1的进气端与燃烧炉2连通，除氧反应器1的出气端与热解装置3连通；燃烧炉2工作时产生的高温烟气进入除氧反应器1中，除氧反应器1能够将高温烟气中的氧气转化为二氧化碳，二氧化碳随高温烟气进入热解装置3中与流动状态下的油基岩屑混合传热。

该烟气除氧装置中的除氧反应器1设置在燃烧炉2与热解装置3之间，除氧反应器1能够将燃烧炉2产生的高温烟气回收利用，并降低高温烟气中的氧含量，使得高温烟气可以直接作为油基岩屑流态化热解工艺的热载体使用，以使无氧高温烟气的制备成本降低，从而有效的降低油基岩屑流态化热解工艺的成本。

为了进一步降低油基岩屑流态化热解工艺的成本，可以将油基岩屑热解时产生大量矿物油送入燃烧炉2中燃烧，并将矿物油燃烧时产生的高温烟气作为热载体；

但是，为使矿物油能够充分完全的燃烧，需向燃烧炉中给入过量的燃烧空气，该操作方式会导致矿物油燃烧完全后的高温烟气中含有10％左右的氧气，其不能直接用于油基岩屑流态化热解工艺中；而除氧反应器1的设置便能够有效的降低高温烟气中的氧含量，使得得高温烟气可以直接作为油基岩屑流态化热解工艺的热载体使用。

优化的，该烟气除氧装置还包括循环管路A41和控制系统8；其中，

循环管路A41的进气端与除氧反应器1的出气端连通，循环管路A41的出气端通过循环风机411与除氧反应器1的进气端连通；

除氧反应器1的出气端设置有氧含量传感器6，氧含量传感器6和循环风机411均与控制系统8信号连接。

在正常运行的状态下，循环风机411处于中速档位运行，部分高温烟气会直接进入热解装置3中作为热载体与油基岩屑接触，另一部分高温烟气则会在循环风机411的抽吸作用下通过循环管路A41重新进入除氧反应器1中进行循环；

当氧含量传感器6监测到除氧反应器1的出气端的高温烟气的氧含量超过设定值时，氧含量传感器6会向控制系统8发送电信号，控制系统8在接收到氧含量传感器6发送的电信号后，控制系统8便会提高循环风机411的转速，从而加大高温烟气的循环量，以进一步降低高温烟气中的氧含量；

反之，控制系统8则会降低循环风机411的转速，以减少高温烟气的循环量。

需要说明的是，为确保热解装置3的运行安全，经除氧反应器1处理后的高温烟气的氧含量须控制在≤2％的范围内，工作人员可以通过控制系统调节氧含量的设定值；

上述的控制系统8可以为单片机、PLC控制器或者是DCS控制系统等。

优化的，上述的除氧反应器1的进气端和除氧反应器1的出气端分别设置有温度传感器A51和温度传感器C53，温度传感器A51、温度传感器C53和燃烧炉2中的燃烧机21均与控制系统8信号连接；

当温度传感器A51监测到除氧反应器1的进气端的高温烟气的温度高于设定值，或者是温度传感器C53监测到除氧反应器1的出气端的高温烟气的温度高于设定值时，控制系统8便会减少燃烧机21的进料，以降低矿物油的燃烧量，使得高温烟气的温度降低；

反之，控制系统8便会增加燃烧机21的进料，以增加矿物油的燃烧量，使得高温烟气的温度升高，以满足除氧反应器1的工作需求。

优化的，该烟气除氧装置还包括分离装置31；

热解装置3的出气端与分离装置31连通，分离装置31的出气端与大气连通；

分离装置31能够除去热解装置3在进行热解工艺过程中产生的烟气中的油蒸汽和水分，分离出的油蒸汽则可以通过上述的燃烧机21进入燃烧炉2内燃烧，以更好的实现资源的回收利用，分离出的气体则可以直接排放至大气中，以减少对环境的污染。

需要说明的是，上述的分离装置31可以是申请号为：2023105778282，名称为《一种高温混合蒸汽分离方法及高温混合蒸汽分离系统》的中国发明专利申请中记载的高温混合蒸汽分离系统。

优化的，该烟气除氧装置还包括循环管路B42；其中，

上述的分离装置31的出气端通过三通接头与循环管路B42的进气端以及大气连通，三通接头与大气连通的端口处设置有启闭阀A71，启闭阀A71与控制系统8信号连接；

循环管路B42的出气端与燃烧炉2连通，循环管路B42的出气端设置有启闭阀B72，启闭阀B72与控制系统8信号连接；

分离装置31排出的气体可以分为两部分，一部分气体由循环管路B42引入燃烧炉2中，与燃烧炉2内的高温烟气混合，由于该部分气体不含氧分，其与燃烧炉2内的高温烟气混合能够进一步降低高温烟气中的氧含量；

另一部分气体则可以直接向大气中排放。

优选的，分离装置31的出气端设置有引风机，引风机与上述的控制系统8信号连接，引风机的设置能够加快分离装置31的出气效率。

优化的，上述的循环管路B42的出气端还设置有降温管道421；其中，

降温管道421上设置有启闭阀C73；

除氧反应器1的出气端通过通气管路11与热解装置3连通，通气管路11的出气端设置有温度传感器B52，降温管道421的出气端与通气管路11连通，温度传感器B52和启闭阀C73均与控制器信号连接；

在正常运行的状态下，启闭阀C73处于关闭状态；

若温度传感器B52监测到除氧反应器1的出气端的高温烟气的温度高于热解装置3所需要的温度时，温度传感器B52会向控制系统8发送电信号；控制系统8在接收到温度传感器B52发送的电信号后会开启启闭阀C73，使得循环管路B42中的部分气体可以通过启闭阀C73进入通气管路11中与高温烟气混合，以降低高温烟气的温度。

需要说明的是，控制系统8可以通过控制启闭阀C73的开度来调整高温烟气的温度，从而使该烟气除氧装置的运行更加的智能化。

优化的，上述的除氧反应器1的内部设置有活性炭或者木炭，活性炭或者木炭为蜂窝状结构，除氧反应器1的进气端通过活性炭或者木炭上的空隙与除氧反应器1的出气端连通；

活性炭或木炭是一种多孔性具有很大比表面积的含碳物质，其具有很强的吸附功能，一般作为吸附剂使用；因活性炭或木炭中主要成分为碳元素，碳在高温下易与氧气发生氧化反应生成二氧化碳；

本发明利用活性炭或木炭在高温下与氧气发生氧化反应的性质，使高温烟气(含氧)与活性炭或木炭在高温工况下接触发生氧化反应，将高温烟气中的氧气转化为二氧化碳二氧化碳，以便于将高温烟气中的氧气转化为二氧化碳，从而满足热解装置3的使用需求。

需要说明的是，活性碳或木炭与氧气的最佳反应温度在800-1100℃，矿物油在助燃空气过剩系数为1.2的情况下燃烧产生的烟气温度在1500-2000℃之间，工作人员可以通过控制系统8来增大启闭阀B72的开度，以增加引入燃烧炉2内的循环的气体，使循环的气体与高温烟气混合后的温度降低至800-1100℃的范围内，从而更好满足除氧反应器1的工作需求。

优选的，高温烟气在除氧反应器1的停留时间大于2秒，以增加高温烟气中的氧气与活性炭或者木炭的反应时间，以更好的完成对氧气的转化。

实施例二：

如图1至图3所示：

一种烟气除氧方法，该方法由上述的烟气除氧装置实施，该方法包括以下步骤：

燃烧炉2工作时产生的高温烟气进入除氧反应器1中；

除氧反应器1将高温烟气中的氧气转化为二氧化碳；

二氧化碳随高温烟气进入热解装置3中与流动状态下的油基岩屑混合传热。

该烟气除氧方法能够将回收的矿物油在燃烧后产生的高温烟气通过除氧反应器1降低其氧气的含量，使得高温烟气能够作为热载体直接用于油基岩屑流态化热解工艺中，从而有效的降低油基岩屑流态化热解工艺的成本。

优化的，上述的燃烧炉2产生的高温烟气的温度为800℃-1100℃，从而更好满足除氧反应器1的工作需求，提高对氧气的转化效率。

优化的，上述的除氧反应器1的空塔速度为0.8-1米/秒；高温烟气在除氧反应器1的停留时间大于2秒，以增加高温烟气中的氧气与活性炭或者木炭的反应时间，从而进一步提高除氧反应器1对氧气的转化效率。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，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，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种烟气除氧装置，其特征在于：包括除氧反应器(1)；

所述除氧反应器(1)的进气端与燃烧炉(2)连通，所述除氧反应器(1)的出气端与热解装置(3)连通；所述燃烧炉(2)工作时产生的高温烟气进入所述除氧反应器(1)中，所述除氧反应器(1)能够将高温烟气中的氧气转化为二氧化碳，二氧化碳随高温烟气进入所述热解装置(3)中与流动状态下的油基岩屑混合传热。

2.根据权利要求1所述的烟气除氧装置，其特征在于：还包括循环管路A(41)和控制系统(8)；

所述循环管路A(41)的进气端与所述除氧反应器(1)的出气端连通，所述循环管路A(41)的出气端通过循环风机(411)与所述除氧反应器(1)的进气端连通；

所述除氧反应器(1)的出气端设置有氧含量传感器(6)，所述氧含量传感器(6)和所述循环风机(411)均与所述控制系统(8)信号连接。

3.根据权利要求2所述的烟气除氧装置，其特征在于：所述除氧反应器(1)的进气端和所述除氧反应器(1)的出气端分别设置有温度传感器A(51)和温度传感器C(53)，所述温度传感器A(51)、所述温度传感器C(53)和所述燃烧炉(2)中的燃烧机(21)均与所述控制系统(8)信号连接。

4.根据权利要求3所述的烟气除氧装置，其特征在于：还包括用于除去所述热解装置(3)在进行热解工艺过程中产生的烟气中的油蒸汽和水分的分离装置(31)，所述热解装置(3)的出气端与所述分离装置(31)连通，所述分离装置(31)的出气端与大气连通。

5.根据权利要求4所述的烟气除氧装置，其特征在于：还包括循环管路B(42)，所述分离装置(31)的出气端通过三通接头与所述循环管路B(42)的进气端以及大气连通，所述三通接头与大气连通的端口处设置有启闭阀A(71)，所述启闭阀A(71)与所述控制系统(8)信号连接；所述循环管路B(42)的出气端与所述燃烧炉(2)连通，所述循环管路B(42)的出气端设置有启闭阀B(72)，所述启闭阀B(72)与所述控制系统(8)信号连接。

6.根据权利要求5所述的烟气除氧装置，其特征在于：所述循环管路B(42)的出气端还设置有降温管道(421)，所述降温管道(421)上设置有启闭阀C(73)；所述除氧反应器(1)的出气端通过通气管路(11)与所述热解装置(3)连通，所述通气管路(11)的出气端设置有温度传感器B(52)，所述降温管道(421)的出气端与所述通气管路(11)连通，所述温度传感器B(52)和所述启闭阀C(73)均与所述控制器信号连接。

7.根据权利要求1所述的烟气除氧装置，其特征在于：所述除氧反应器(1)的内部设置有活性炭或者木炭，所述活性炭或者所述木炭为蜂窝状结构，所述除氧反应器(1)的进气端通过所述活性炭或者所述木炭上的空隙与所述除氧反应器(1)的出气端连通。

8.一种烟气除氧方法，其特征在于：所述方法由权利要求1至7中任一项所述的烟气除氧装置实施，所述方法包括以下步骤：

所述燃烧炉(2)工作时产生的高温烟气进入所述除氧反应器(1)中；

所述除氧反应器(1)将高温烟气中的氧气转化为二氧化碳；

二氧化碳随高温烟气进入所述热解装置(3)中与流动状态下的油基岩屑混合传热。

9.根据权利要求8所述的烟气除氧方法，其特征在于：所述燃烧炉(2)产生的高温烟气的温度为800-1100℃。

10.根据权利要求9所述的烟气除氧方法，其特征在于：所述除氧反应器(1)的空塔速度为0.8-1米/秒；高温烟气在所述除氧反应器(1)的停留时间大于2秒。