CN201343520Y - 油页岩闪速干馏工艺装置 - Google Patents

Abstract

油页岩闪速干馏工艺装置，主要由给料仓、电子定量给料机和给料螺旋的给料单元、包括文丘里干燥器、旋风除尘器的干燥单元、包括干馏反应器、油气旋风分离器的干馏单元、包括悬浮脱焦炉、旋风分离器的脱焦单元、包括三级输送床冷却器和一级流态化冷却器的灰渣冷却单元、包括喷雾冷却塔、间接水冷器、静电捕雾器和煤气排送机的油气冷凝单元、包括分离槽、污泥罐和污泥泵的油水分离单元、包括袋式除尘器、粉尘输送斜槽、气力提升泵、排风机和烟囱的烟气净化单元构成。各单元通过有序组合形成具有生产实用功能的工艺装置。本实用新型可获得高的页岩油收率、节约利用资源和能源、节约生产装置用地、有效组织大规模集约化生产。

Description

油页岩闪速干馏工艺装置

技术领域

本实用新型涉及化工干馏工艺装置，特别是涉及一种用于油页岩的闪速干馏工艺装置。

背景技术

近年来，随着全球石油需求不断上升，国际油价持续走高，使得世界各国都在积极寻找石油替代资源。利用油页岩通过干馏技术生产页岩油替代石油资源已成为重要备选方案，因此，油页岩干馏技术受到各国政府和企业界的高度重视。目前我国油页岩干馏技术的工艺试验和干馏设备创新已取得新进展。油页岩干馏制油技术可分为地上干馏法和地下干馏法。地上干馏法又可分为移动床法和流化床法。立式炉和回转窑属于移动床。立式炉由于设备结构简单，维修方便的优点被普遍采用，但其缺点是：只能处理块状油页岩，资源利用率不高，半焦中的潜热利用率只能达到65％，提油率只能达到铝甑实验含油率的70％～75％，单机生产能力过小。回转窑工艺指标优于立式炉，但设备重量大、占地多。流化床法是较为先进的方法，根据传热介质不同，分为气体热载体流化床法和固体热载体流化床法。文献上公开的“DG法固体热载体快速热解技术”，采用外置燃烧炉供热提升管加热油页岩半焦作为热载体，給入螺旋混合器与油页岩生料混合进行预热解，送入仓式热解反应器干馏，生成的有机气体去冷凝系统分离油品和煤气，半焦給入提升管加热器。该工艺使用毫米级原料，利用快速流化床加热固体热载体，在机械混合器内产生预干馏反应，属于快速热解范畴，提油率90％～96％。该方法单机生产能力增加，可以处理细碎原料，有利于资源利用。由于采用重力式灰渣分离器，受其尺寸限制使得装置规模难以大型化。该装置的核心部分与上世纪60年代德国鲁奇-鲁尔技术相同，难以走出国门。专利公开号CN 1621493A“油页岩类物质流化床干馏及脱碳工艺”，采用高温干气在提升管式干馏反应器内加热油页岩，生成的有机气体经除尘和冷凝后送去分馏，剩余半焦送入提升管式脱碳反应器，引入适量空气将残留的碳烧掉。该技术采用气体热载体快速流化床加热微米级原料，传热快、提油率高(100％)、页岩灰残碳量低(1％)。缺点是页岩灰余热未充分回收、循环干气量太大增加动力消耗并使得干馏反应器体积相对增大，能耗较高、装置大型化受限。

发明内容

本实用新型是将平均粒度为75～100微米的粉状油页岩在气固相松弛流动和闪传热物理条件下，采用密相床干馏、悬浮床脱焦、输送床冷却等非均相反应操作单元技术进行加工，提取页岩油和煤气产品，副产蒸汽的油页岩闪速干馏工艺装置。

本实用新型的工艺流程为：

油页岩用胶带输送机送到给料仓1，经电子定量给料机2计量后送入给料螺旋3，再喂入文丘里干燥器4，被来自余热锅炉的热烟气将生料中的水分去除。

烟气和干生料混合物进入旋风除尘器5分离，干生料进入干馏反应器6与来自旋风分离器8的高温灰渣混合，在极短的时间内发生干馏反应，产生油气(煤气、油蒸气的混合物)和半焦。

干馏反应器6内的半焦送入悬浮脱焦炉7，将半焦残余有机质烧掉，产生的烟气和灰渣进入旋风分离器8。分离后的灰渣一部分进入干馏反应器6作为干馏反应的热源，另一部分进入灰渣冷却系统，分离后的烟气进入余热锅炉9回收热量后再去文丘里干燥器4干燥油页岩生料。

进入冷却系统的灰渣沿着一级冷却器10、二级冷却器11、三级冷却器12的顺序逐级冷却，然后进入流态化冷却器13被水间接冷却到80℃以下排出系统。

干馏产物油气先经旋风除尘器14净化，然后进入喷雾冷却塔15被雾化了的水冷却到80℃，再进入间接换热的水冷器16冷却到25～30℃，得到粗油和荒煤气。因荒煤气中含有油滴和少量粉尘，所以设静电捕雾器17进一步回收油品并净化煤气。荒煤气中含有氨、碳化氰、有机硫等有害物质，如果做工业燃料可直接使用，如果做民用燃料则必须进一步脱除有害物。分流少量煤气去悬浮脱碳炉补充不足的热量(如果半焦热值低的话)。

收集到的粗油进入分离槽18，将污水、污泥与油品分离。污水送水处理系统，页岩油送粗油罐区。污泥经污泥槽19、污泥泵20打到悬浮脱碳炉7中烧掉其中的有机物，避免危害环境。

旋风除尘器5分离的烟气进入袋式除尘器22净化，除下的粉尘经输送斜槽23、气力提升泵24送入悬浮脱焦炉。废气经排风机25、烟囱26排入大气。

本实用新型的工艺特点为：

1)处理粉状原料，给料平均粒度为75～100微米。

2)干燥、干馏、脱焦、灰渣冷却等过程传热速度数量级为1×10^-4℃/s，属于闪传热范畴。

3)高温烟气用余热锅炉回收热量，联产蒸汽。

4)本工艺采用3级输送床冷却加1级流化床冷却回收灰渣的热量，降低热耗。三级悬浮冷却在局部是顺流传热，整体是逆流传热。

5)油气冷却采用两步法。第一步：使用少量自生工艺循环水喷雾直接与油气接触降温；第二步：油气冷却到80℃后进入间接换热的水冷器内降温到25～30℃，从而减少污水量。

6)采用静电捕雾器进一步回收轻质油，同时减少煤气中的粉尘含量和水分。

7)粗油、污水、污泥的分离采用高效沉降槽，上部溢流得粗油，中部溢流得污水，底流为污泥。

8)污泥全部返回脱碳器焚烧，分解其中的有机物。如果将污泥弃掉会污染环境。

9)本工艺装置能耗低因而结余大量煤气，其用途决定了煤气净化系统的繁简：若用于民用燃料，则必须增加脱除硫、氨和氰化物装置以深度净化；如果用于燃气轮机发电或做工业燃料，一般可直接使用(除非硫含量超标)。由于燃气轮机发电装置小、工艺简单，因此流程图给出的是煤气经静电捕雾处理后直接用于发电。该工艺方法可以提高投入产出比。

油页岩闪速干馏工艺装置的结构构成方案是：

油页岩闪速干馏工艺装置，包括给料单元、干燥单元、干馏单元、脱焦单元、灰渣冷却单元、油气冷凝单元、油水分离单元、烟气净化单元。

所述的给料单元，包括带有料位和重量传感器的油页岩给料仓、用来调节产量并计量原料消耗的电子定量给料机和螺旋给料机。油页岩给料仓的出口下方设电子定量给料机，电子定量给料机连接螺旋给料机进料口，螺旋给料机的出料口连接文丘里干燥器。

所述的干燥单元，包括利用烟气余热去除原料水分的文丘里干燥器、分离固体与气体混合物的旋风除尘器。文丘里干燥器与余热锅炉的排烟口连接，旋风除尘器进料端与文丘里干燥器出料端经管道连接，旋风除尘器排料端通过管道连接干馏反应器。

所述的干馏单元，包括干馏反应器和油气旋风除尘器。干馏反应器为常压容器，决定其壳体外形为矩形或圆柱形，壳体内部砌筑耐火隔热内衬。灰渣进料口带有气动流量调节器，用以控制干馏温度。干馏反应器的排气口连接油气旋风除尘器，排料口连接悬浮脱碳炉。

所述的脱焦单元，包括将半焦残余有机质烧掉而产生载热灰渣的悬浮脱焦炉、分离烟气和灰渣的旋风分离器以及余热锅炉。悬浮脱焦炉为圆柱体，底部收缩为锥台体。从底部导管垂直导入的来自灰渣冷却装置的热空气进入炉内后将半焦和灰渣悬浮并产生高低温物料环流混合区，形成无焰燃烧。炉导管处设有采用少量自产煤气的燃烧器和燃气站，用于生产初期的启动和正常操作阶段稳定炉温。悬浮脱碳炉下部连接为自身输入半焦的干馏反应器，上部连接所述旋风分离器，旋风分离器通过排气管道连接余热锅炉，通过排料管道连接干馏反应器。

所述的灰渣冷却单元，包括一级冷却器、二级冷却器、三级冷却器和流态化冷却器。一、二、三级冷却器由带有内衬的管式输送床和旋风分离器组成，空气由第三级冷却器进入，沿着与灰渣相反的路径逐级上升，温度由低到高，最后通过导管进入悬浮脱焦炉。物料由一级冷却器逐级向下，温度由高到低，最后进入流态化冷却器。流态化冷却器由充气室和换热室组成，换热室内的管束管程走循环冷却水，壳程走灰渣，中间由充气板分开，流化介质为空气。一级冷却器连接悬浮脱焦炉和二级冷却器，二级冷却器连接三级冷却器，三级冷却器连接流态化冷却器。

所述的油气冷凝单元，包括喷雾冷却塔、间接换热水冷器和静电捕雾器。进入喷雾冷却塔和水冷器的水量受到控制以达到工艺要求。旋风除尘器连接干馏反应器和喷雾冷却塔，喷雾冷却塔连接间接换热水冷器，间接换热水冷器连接进一步回收油品并净化煤气的静电捕雾器。

所述的油水分离单元，包括将污水、污泥与油品分离的分离槽、污泥罐和污泥泵。分离槽连接间接换热水冷器和静电捕雾器，污泥罐连接分离槽，污泥泵连接污泥罐。

所述的烟气净化单元，包括袋式除尘器、粉尘输送斜槽、气力提升泵、废气排风机和烟囱。袋式除尘器连接旋风除尘器，粉尘输送斜槽连接袋式除尘器，气力提升泵连接粉尘输送斜槽，废气排风机连接袋式除尘器和烟囱。

上述的给料仓上方设有输送油页岩的胶带输送机。

上述的静电捕雾器一侧设有煤气排送机，煤气排送机连接静电捕雾器。

上述的污泥泵连接悬浮脱焦炉。

上述的闪速干馏工艺装置为负压操作。

上述的闪速干馏工艺装置经脱焦后的部分灰渣在干馏反应器、悬浮脱焦炉、旋风分离器三者内部循环，循环倍率2∶1-4∶1。

上述的闪速干馏工艺装置产生的灰渣在三级输送床冷却器和一级流化床冷却器内逐级冷却到80℃以下排出。

油页岩闪速干馏工艺装置的优点：

1)充分利用矿物资源。使用粉状而非块状油页岩原料，矿山开采不抛弃细小矿物，资源利用年限较高。

2)生产规模大。因传热和反应速度快，热力强度高，可以实现单台日处理原矿1.5万吨。

3)节约土地。与立窑和回转窑相比，装置占地面积仅为它们的1/9～1/15。对投资者而言节约土地购置费，对社会而言节约土地资源。

4)节能。由于采用了烟气余热回收技术、灰渣余热回收技术、半焦脱焦技术、先进的耐火隔热材料，以及规模化生产，可以节约自产煤气的使用量，将节余的煤气用做工业燃料。

5)劳动生产率高。该系统与传统立窑技术规模小、生产线多、自动化程度低的缺点相反，其集约化生产和计算机集散控制系统可以大大减少操作人员、简化组织机构、提高劳动生产率。

6)生产成本低。通常情况下生产成本为450～500元/吨油。

7)提油率高，是铝甑实验含油率的1.05～1.2倍。

8)由于副产煤气和蒸汽，有利于扩大企业生产链，例如IGCC循环发电或动力-冶金(化工)联合作业。

附图说明

图1是本实用新型工艺流程图

具体实施方式

实施例

某地油页岩，实验分析数据如下：

工业分析成分M_ad   A_ad    V_ad    FC_ad(％)

            5.18  41.06  27.53  26.23

铝甑实验数据半焦  油     水     气(％)

            71.6  11.0   11.6   5.8

对于该特性油页岩原料按下述工艺条件：给料平均粒度75微米，干馏反应器温度530℃，压力-2.5KPa；悬浮脱碳炉温度800℃，灰渣循环倍率3∶1，压力-3.0KPa；文丘里干燥器进口温度250℃，出口温度110℃；灰渣排出温度80℃，经过下述工艺装置处理可得到13％的页岩油、11％的煤气(Wt)。

油页岩闪速干馏工艺装置，包括给料单元、干燥单元、干馏单元、脱焦单元、灰渣冷却单元、油气冷凝单元、油水分离单元、烟气净化单元。所述的给料单元，包括油页岩给料仓1、电子定量给料机2和螺旋给料机3。油页岩给料仓1的出口连接电子定量给料机2，电子定量给料机2连接螺旋给料机进料口，螺旋给料机3的出料口连接文丘里干燥器4。所述的干燥单元，包括文丘里干燥器4、分离固体和气体混合物的旋风除尘器5，文丘里干燥器4与余热锅炉9排气管连接，分离固、气混合物的旋风除尘器5进料端与文丘里干燥器4出料端连接，旋风除尘器5排料管与干馏反应器6连接。所述的脱焦单元，包括将半焦残余有机物烧掉产生载热灰渣的悬浮脱焦炉7、分离烟气和灰渣的旋风分离器8和余热锅炉9。悬浮脱焦炉7与输出半焦的干馏反应器6排料口连接，悬浮脱焦炉7与所述旋风分离器8连接，旋风分离器8排气管与余热锅炉9连接，旋风分离器8排料管与干馏反应器6连接提供循环灰渣作为干馏反应传热介质。所述的灰渣冷却单元，包括一级冷却器10、二级冷却器11、三级冷却器12和流态化冷却器13。一级冷却器10连接二级冷却器11，二级冷却器11连接三级冷却器12，三级冷却器12连接流态化冷却器13，一级冷却器10排气管与悬浮脱焦炉7下部导管连接，二级冷却器11与旋风分离器8排料管连接。所述的油气冷凝单元，包括油气净化的旋风除尘器14、喷雾冷却塔15、间接换热水冷器16和静电捕雾器17。旋风除尘器14连接干馏反应器6，旋风除尘器14连接喷雾冷却塔15，喷雾冷却塔15连接间接换热水冷器16，间接换热水冷器16连接进一步回收油品并净化煤气的静电捕雾器17。所述的油水分离单元，包括将污水、污泥与油品分离的分离槽18、污泥罐19和污泥泵20。污泥泵20连接悬浮脱碳炉7，分离槽18连接间接换热水冷器16和静电捕雾器17，污泥罐19连接分离槽18，污泥泵20连接污泥罐19。所述的烟气净化单元，包括袋式除尘器22、粉尘输送斜槽23、气力提升泵24、废气排风机25和烟囱26。袋式除尘器22连接旋风除尘器5，粉尘输送斜槽23连接袋式除尘器22，气力提升泵24连接粉尘输送斜槽23，废气排风机25连接袋式除尘器22，烟囱26连接废气排风机25。上述的给料仓1上方设有输送油页岩的胶带输送机27。静电捕雾器17连接有煤气排送机21。

该装置采用计算机集散控制系统(DCS)进行生产控制和管理。

Claims (7)

1、油页岩闪速干馏工艺装置，是将平均粒度为75～100微米的粉状油页岩在气固相松弛流动和闪传热物理条件下，采用密相床干馏、悬浮床脱焦、输送床冷却非均相反应操作单元技术进行加工，提取页岩油和煤气产品，副产蒸汽的工艺生产装置，它包括给料单元、干燥单元、干馏单元、脱焦单元、灰渣冷却单元、油气冷凝单元、油水分离单元、烟气净化单元，其特征在于：

所述的给料单元，包括带有料位和重量传感器的油页岩给料仓(1)、用来调节产量并计量原料消耗的电子定量给料机(2)和螺旋给料机(3)；油页岩给料仓(1)的出口连接电子定量给料机(2)，电子定量给料机(2)连接螺旋给料机(3)进料口，螺旋给料机(3)的出料口连接文丘里干燥器(4)；

所述的干燥单元，包括利用烟气余热去除原料水分的文丘里干燥器(4)、分离固体与气体混合物的旋风除尘器(5)；文丘里干燥器(4)进气口与余热锅炉(9)的排烟管连接，排气口与旋风除尘器(5)的进料管连接，旋风除尘器(5)排料端通过管道与干馏反应器(6)连接；

所述的干馏单元，包括干馏反应器(6)和油气旋风除尘器(14)；干馏反应器(6)为常压容器，其壳体外形为矩形或圆柱形，壳体内部砌筑耐火和隔热内衬；干馏反应热源为油页岩干馏并脱焦后的灰渣；灰渣进料口带有气动流量调节器，用以控制干馏温度；干馏反应器(6)的油页岩进料口连接旋风除尘器(5)的排料管，灰渣进料口连接旋风分离器(8)的排料管；干馏反应器(6)的排气口连接油气旋风除尘器(14)进气管，排料口连接悬浮脱焦炉(7)；

所述的脱焦单元，包括将干馏半焦残余有机质烧掉产生载热灰渣的悬浮脱碳焦(7)、分离烟气和灰渣的旋风分离器(8)和余热锅炉(9)；悬浮脱焦炉(7)为圆柱体，底部收缩为锥台体；从底部导管垂直导入的来自灰渣冷却单元的热空气进入炉内后将半焦和灰渣悬浮并产生高低温物料环流混合区，形成无焰燃烧；炉导管处设有采用少量自产煤气的燃烧器和燃气站，用于生产初期的启动和正常操作阶段稳定炉温；悬浮脱焦炉(7)侧下部连接为自身输入油页岩半焦的干馏反应器(6)，上部连接所述旋风分离器(8)；旋风分离器(8)通过排气管道连接余热锅炉(9)，通过排料管道连接干馏反应器(6)；

所述的灰渣冷却单元，包括一级冷却器(10)、二级冷却器(11)、三级冷却器(12)和流态化冷却器(13)；一、二、三级冷却器由带有内衬的管式输送床和旋风分离器组成，空气由第三级冷却器(12)进入，沿着与灰渣相反的路径逐级上升，温度由低到高，最后通过导管进入悬浮脱焦炉(7)；物料由一级冷却器(10)逐级向下，温度由高到低，最后进入流态化冷却器(13)；流态化冷却器(13)由充气室和换热室组成，中间由充气板分开，流化介质为空气；换热室内的管束管程走循环冷却水，壳程走灰渣；一级冷却器(10)连接二级冷却器(11)、悬浮脱焦炉(7)和旋风分离器(8)，二级冷却器(11)连接三级冷却器(12)，三级冷却器(12)连接流态化冷却器(13)；

所述的油气冷凝单元，包括喷雾冷却塔(15)、间接换热水冷器(16)、静电捕雾器(17)和煤气排送机(21)；进入喷雾冷却塔(15)和水冷器(16)的水量受到控制以达到工艺要求；旋风除尘器(14)连接干馏反应器(6)和喷雾冷却塔(15)，喷雾冷却塔(15)连接间接换热水冷器(16)，间接换热水冷器(16)连接进一步回收油品并净化煤气的静电捕雾器(17)；静电捕雾器(17)连接煤气排送机(21)；

所述的油水分离单元，包括将污水、污泥与油品分离的分离槽(18)、污泥罐(19)和污泥泵(20)；分离槽(18)连接间接换热水冷器(16)、静电捕雾器(17)和污泥罐(19)，污泥罐(19)连接污泥泵(20)；

所述的烟气净化单元，包括袋式除尘器(22)、粉尘输送斜槽(23)、气力提升泵(24)、废气排风机(25)和烟囱(26)；旋风除尘器(5)连接袋式除尘器(22)，袋式除尘器(22)连接粉尘输送斜槽(23)，粉尘输送斜槽(23)连接气力提升泵(24)，气力提升泵(24)的输送管连接悬浮脱焦器(7)，废气排风机(25)连接袋式除尘器(22)和烟囱(26)。

2、根据权利要求1所述的油页岩闪速干馏工艺装置，其特征在于所述的给料仓(1)上方设有输送油页岩的胶带输送机(27)。

3、根据权利要求1所述的油页岩闪速干馏工艺装置，其特征在于所述的静电捕雾器(17)一侧设有煤气排送机(21)，煤气排送机(21)连接静电捕雾器(17)。

4、根据权利要求1所述的油页岩闪速干馏工艺装置，其特征在于所述的闪速干馏工艺装置为负压操作。

5、根据权利要求1所述的油页岩闪速干馏工艺装置，其特征在于所述的脱焦后的部分灰渣在干馏反应器(6)、悬浮脱碳器(7)、旋风分离器(8)三者内部循环，循环倍率2∶1～4∶1。

6、根据权利要求1所述的闪速干馏工艺装置，其特征在于装置产生的灰渣在三级输送床冷却器和二级流态化冷却器内逐级冷却到80℃以下排出。

7、根据权利要求1所述的闪速干馏工艺装置，其特征在于所述的污泥泵(20)连接悬浮脱焦炉(7)。

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