CN203462003U - 直接间接并热式小颗粒页岩低温干馏炉 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于固体燃料热加工炉，特别是一种小颗粒页岩低温干馏采用簿料层、大透气面、在干燥段、燃烧段和冷却段采用直接加热，气体热载体横流贯穿页岩料层，在干馏段采用紧凑性高的间接加热热方式加热。有益效果是系统压力降小、动力消耗低、夹带粉尘少，小颗粒页岩加热快、干馏均匀性好，自产燃气量少、热值高、回收系统紧凑性高，污染物排放少，热半焦直接燃烧，充分回收灰分热量，效率高。
Description
所属技术领域
本发明属于固体燃料热加工炉，特别是一种小颗粒页岩低温干馏炉
背景技术
我国经济增长持续快速发展，加大了能源供求关系的矛盾。高油价时代已经来临，2011年我国石油对外依存度已经达到56.5％，并将持续上升。石油生产供给已关系到我国今后相当长时期的重要战略安全问题。为此，我国目前正在多方面积极实施多元化的能源战略以保障能源供应的持续性，一方面大力研究可再生能源，另一方面也在推进非常规油气能源开发，诸如页岩油以及页岩气，油砂等。
油页岩一般是指干酪根含量高并足以分馏出相当数量页岩油的沉积岩，属于高灰分的固体可燃有机岩，灰分含量＞40％，一般含油率3.5～30％。世界油页岩资源量巨大，据推算世界油页岩的查明资源量为10万亿吨。相当于石油资源可开采储量的5.4倍。我国油页岩资源储量达7199亿吨，折合成页岩油为476亿吨，接近我国目前为止累计探明的天然石油储量的总和，占世界第四位。油页岩是一种重要的能源矿产，它可用于提炼页岩油、直接用作燃料燃烧、发电等。
世界上美国、俄罗斯、爱沙尼亚、中国、巴西、澳大利亚等国家对油页岩的利用进行过长期的研发工作，开发出多种多样的干馏工艺。
公知的页岩低温干馏炉，按热载体分有气体热载体炉和固体热载体两种，气体热载体炉按传热方式分有直接加热和间接加热两种。以气体为热载体的有抚顺式干馏炉、桦甸茂名气燃式方型炉、神木三江SJ型干馏方炉、爱沙尼亚的Kiviter(基维特)干馏炉、巴西的Petrosix(派特罗锡克斯)干馏炉、美国Paraha(帕拉厚)干馏炉等，使用固体做热载体的干馏炉有爱沙尼亚的Galoter(噶洛特)干馏炉、加拿大和澳大利亚的ATP干馏炉、美国的Tosco---干馏炉、我国大连工学院的DG干馏工艺、茂名流化干馏工艺等。
以气体为热载体的低温干馏炉是一种的运行历史最长，技术最为成熟的工业炉。处理量有100～200T/d的抚顺式干馏炉、桦甸茂名气燃式方型炉、500T/d的神木三江SJ型干馏方炉；1000T/d的Kiviter基维特干馏炉；直到6000T/d的Petrosix干馏炉。
它们共同的缺点是只能处理8～125mm的块状页岩，小颗粒油页岩不能利用；炉子阻力降高达5000Pa左右；炉出口气体量大(为页岩单位自产燃气的三倍以上)，回收系统庞大，污染物排放量大；如以燃烧废气为热载体则自产燃气被稀释，热值低(如SJ型干馏方炉只有2750kj/m3)，如以热自产燃气热载体，热值虽高，但需另配自产燃气加热系统，尽管在炉内是直接加热，而这里却是间接加热(管式加热)或为不稳定的蓄热式加热；此外，由于页岩本身的导热性不良，对大块径页岩而言，加热时其表面与中心存在较大的温差，这种温差随着页岩块径的增大而增大。所以，在热载体温度一定时，大块状页岩比小颗粒页岩需要更长的加热时间才能完成干馏，这使得气体热载体竖井式干馏炉产品干馏均匀性不高，直接影响炉子的出油率。
为克服气体热载体竖井式干馏炉的上述缺点，从上世纪30年代开始，国内外开展了固体热载体低温干馏炉和小颗粒页岩低温干馏炉的研发工作，但大多数尚处于研发階段，只有两项进行了大规模的商业化运作。
1.爱沙尼亚的Galotcr(噶洛特)固体热载体干馏炉，该炉为水平倾斜式圆筒型已工业化，在500℃下进行干馏，停留约30分钟，半焦和页岩灰进入气流式燃烧炉，以空气作流化剂，燃烧成700-800℃的页岩灰作热载体，处理量达3750T/d，页岩粒径＜25mm，收油率90％以上，该项技术工艺成熟，自产燃气热值较高，半焦中碳利用率高。
该项技术的缺点是：系统单元设备多，复杂；维修困难；投资大；圆筒型干馏炉端易泄漏；系统磨损严重。
吉林省能源交通总公司已买断该项在中国的使用权。
2.澳大利亚ATP(Alberta-Taciuk processor)干馏技术是一个水平放置的两层旋转圆筒，全长62.5m，直径8.2m，重2500t，炉体转速4r/min，页岩油日产量4500桶。采油率平均在75％-80％。由：燃烧段、干馏段、预热段和冷却段四个部分组成。
破碎后的小于8mm的油页岩进入由五根等距排列的大管子，由燃烧后750℃的页岩灰和烟气在管外间接加热，预热到250℃，进入干馏段(比外筒较小的密闭内筒)，和燃烧后的750℃高温页岩灰混合，页岩被快速升温干馏，干馏后的半焦进入燃烧器，通入空气在750℃下燃烧，一部分高温页岩灰返回干馏段作固体热载体，另外的页岩灰及烟气沿筒壁流向预热段，最后分别排出炉外。
该项技术工艺成熟，自产燃气热值较高，半焦中碳利用率高。
ATP干馏的缺点是：设备庞大、结构复杂、投资大、动力消耗大、维修费高。
抚顺矿业集团有限责任公司引进了该技术，设计工作正在进行中。
发明内容
为克服上述两项已成熟的处理小颗粒页岩工业装置存在的缺点，本实用新型提供了一种直接间接并热式小颗粒页岩低温干馏炉，采取的技术措施是：采用簿料层(直接加热料层≤200mm间接加热料层≤80mm)，大透气面(10～20m2/m3/s)。在干燥段、燃烧段和冷却段采用直接加热，在干馏段采用紧凑性高的间接加热方式加热、气体热载体横流贯穿页岩料层。下面结合附图和典型的实施例，对本实用新型作进一步的描述。
应说明，所述附图和实施例是用来说明本实用新型，并非用于限制本实用新型的范围。在阅读本实用新型后，如对本实用新型作各种改动或修改，都属于等价的改动或修改，同样包括于本申请所附权利要求书限定的范围内。
附图说明
图1是直接间接并热式小颗粒页岩低温干馏炉正剖视图，图2是图1A-A剖视图，图3是图1B-B剖视图，图4是图1C-C剖视图，图5是图1D向视图。图中：1.壳体，2.干燥段烟气总集气角盒，3.干燥段收气角盒，4.干燥段排气角盒，5.干燥段烟气总进气角盒，6.干燥段烟气进口管，7.U型弯头，8.第一干馏段烟气出口，9.第一干馏段烟气出口汇流室，10.扁平盒式换热元件，11.第一干馏段烟气配流室，12.第一干馏段烟气进口管，13.第二干馏段烟气配流室，14.第二干馏段烟气进口管，15.第二干馏段烟气汇流室，16.第二干馏段烟气出口管，17.燃烧段烟气出口管，18.燃烧段烟气角盒，19.燃烧段烟气透气角盒，20.燃烧段料封，21.冷却段冷空气透气角盒，22.热空气流道，23.冷却段空气透气角盒，24.燃烧空气进口，25.排料箅，26.排料锥，27.卸料口，28.干燥段烟气出口管，29.烟囱，30.自产燃气出口管，31.自产燃气集气角盒。
直接间接并热式小颗粒页岩低温干馏炉是一种内廓为方形的竖井式炉，用金属材料制成，是由干燥段、干馏段、燃烧段、冷却段和卸料段等五个工艺段组成，为防止段间窜气，炉顶部有加料段，干燥段与干馏段间和干馏段与燃烧段间设置料封段。炉内廓为方形，炉外有保温层(图中未示)。
从炉顶加入的原料页岩，沿炉而下，经干燥段、干馏段、燃烧段、冷却段和卸料段等五个工艺段，历经一系列物理-化学变化，最后成为页岩灰由卸料口(27)外排。
干燥段内交叉并列多个烟气收气角盒(3)和烟气排气角盒(4)，由干馏段来的烟气经干燥段烟气进口管(6)、干燥段烟气总进气角盒(5)分别进入到干燥段排气角盒(4)，经侧面的孔板或百叶窗穿透收气角盒(3)和烟气排气角盒(4)间的页岩料层，对页岩料直接加热并使其干燥，干燥后的烟气经收气角盒(3)侧面的孔板或百叶窗、干燥段烟气总集气角盒(2)、最后经干燥段烟气出口管(28)和烟囱(29)外排。
为减少干馏段自产燃气在于馏段中的流速，降低其压力降，减轻带出灰尘量，本实用新型推荐将干馏段分为两段，即第一干馏段和第二干馏段，自产燃气的出口管(30)在它们的中间，干馏段中并列多个扁平盒式换热元件(10)，内设置翅片。
由燃烧段产生的高温烟气经高温除尘后，经第二干馏段烟气进口管(14)、第二干馏段烟气配流室(13)、扁平盒式换热元件(10)、第二干馏段烟气汇流室(15)第二干馏段烟气出口(16)、U型弯头(7)、第一干馏段烟气进口管(12)、第一干馏段烟气配流室(11)、扁平盒式换热元件(10)、第一干馏段烟气汇流室(9)、第一干馏段烟气出口管(8)，后经U型弯头(7)送往干燥段。
扁平盒式换热元件(10)内的烟气通过间壁将热传给扁平盒式换热元件(10)间的页岩料，使其发生热解，热解气态产物(自产燃气和焦油)经自产燃气出口(30)送到回收系统，页岩半焦经料封段进到燃烧段。
燃烧空气进口管(24)送入的冷空气经冷却段透气角盒(23)分别送到冷空气透气角盒(21)，冷空气透气角盒(21)的侧板为透气的孔板或百叶窗，于是冷空气透过页岩灰层，将热灰冷却，本身被预热，进入到侧板是透气孔板的热空气透气角盒(22)，由下向上流，于是，热空气透过页岩半焦使之燃烧，产生的烟气经燃烧段烟气透气角盒(19)进入到燃烧段烟气角盒(18)，再经燃烧段烟气出口管(17)送往高温烟除尘系统(图中未示)。在燃烧段烟气透气角盒(19)和冷空气透气角盒(21)有燃烧段料封(20)。
冷却后的页岩灰经排料箅(25)，排料锥(26)，卸料口(27)外排。
具体实施方式
将≤12mm的小颗粒页岩从炉顶加入，被从干馏段来的≤200℃烟气加热到低于页岩分解温度(≤180℃)，进入到第一干馏段被烟气间接加热到≈450℃，在第二干馏段被烟气间接加热到≈480-500℃干馏终温，自产燃气和焦油从中间的自产燃气出口管(30)送往回收系统。
进入到燃烧段热半焦(≈480-500℃)与已经预热的空气进行燃烧反应，调控燃烧强度，使送往干馏段的烟气温度≤850℃。燃尽的页岩灰被冷空气到80℃左右外排。
有益效果
处理小颗粒扩大了原料利用率，而且小颗粒页岩加热快、干馏均匀性好，自产燃气量少、热值高、回收系统紧凑性高，污染物排放少，采用簿料层、大透气面，系统压力降小、动力消耗低、夹带粉尘少，热半焦直接燃烧，充分回收灰分热量，效率高。
Claims (7)
1.一种直接间接并热式小颗粒页岩低温干馏炉，是一种内廓为方形的竖井式炉，用金属材料制成，由干燥段、干馏段、燃烧段、冷却段和卸料段五个工艺段组成，为防止段间窜气，炉顶部有加料段，干燥段与干馏段间和干馏段与燃烧段间设置料封段，炉外有保温层，其特征在于：热载体是在燃烧段燃烧半焦产生的烟气，干燥段、燃烧段和冷却段对页岩进行直接加热，干馏段对页岩进行间接加热。
2.根据权利要求1所述的直接间接并热式小颗粒页岩低温干馏炉，其特征在于：在干燥段、干馏段、燃烧段和冷却段工艺段采用采用簿料层，直接加热料层≤200mm，间接加热料层≤80mm，大透气面10～20m2／m3／s的结构尺寸。
3.根据权利要求1所述的直接间接并热式小颗粒页岩低温干馏炉，其特征在于：干燥段内交叉并列多个烟气收气角盒(3)和烟气排气角盒(4)，它们的侧面为孔板或百叶窗。
4.根据权利要求1所述的直接间接并热式小颗粒页岩低温干馏炉，其特征在于：干馏段分成两个或多个分段，自产燃气出口管(30)设置在分段中间。
5.根据权利要求1所述的直接间接并热式小颗粒页岩低温干馏炉，其特征在于：设置在干馏段内并列的扁平盒式换热元件(10)内设置有翅片。
6.根据权利要求1所述的直接间接并热式小颗粒页岩低温干馏炉，其特征在于：燃烧段内交叉并列多个燃烧段烟气透气角盒(19)和热空气流道(22)，它们的侧面为孔板或百叶窗。
7.根据权利要求1所述的直接间接并热式小颗粒页岩低温干馏炉，其特征在于：冷却段内交叉并列多个冷却段冷空气透气角盒(21)和热空气流道(22)，它们的侧面为孔板或百叶窗。
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