CN205133515U - 一种由小颗粒油砂热解直接获取轻质油的设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型为一种由小颗粒油砂热解直接获取轻质油的设备，包含筒状的回转热解炉，其分为前部分的升温段和后部分的持温段，回转热解炉头端设进料口和第一出气口，尾端设沉降室，其顶部设第二出气口，第一、第二出气口分别设有第一、第二出口阀，沉降室内设蒸汽管线、若干汽提构件，底部设出料口，回转热解炉外侧包覆有保温层，其包含保温筒体及该保温筒体内壁与回转热解炉外壁间形成的保温腔，回转热解炉头端向上倾斜，倾角为1°～5°，加热方式采用外加热式，本实用新型的热解设备，可调整热解温度和热解时间获得不同产气量，使整个工艺过程燃料用量达到平衡，且全部在密闭空间进行，无可燃气外泄，无污水排放，符合环保要求。

Description

一种由小颗粒油砂热解直接获取轻质油的设备

技术领域

本实用新型属于能源技术领域，是涉及一种由小颗粒油砂热解直接获取轻质油的方法及设备，本方法适用于小颗粒的油砂，也适用于小颗粒油页岩和粉煤或页岩、粉煤与油砂的混合物。

背景技术

油砂，又称重油砂或焦油砂，是一种含有重油或焦油的砂或砂岩，属于非常规石油资源。其成分包括重油、石英砂、水、矿物质，粘土以及少量金属。作为非常规石油资源的主要来源，近年来在全球烃类能源中所占的比例不断增大，在世界能源供给中起着举足轻重的作用，是未来油气资源的重要接替资源。

通常，油砂分为水溶型油砂和油溶型油砂。对水溶型油砂一般使用的碱为NaOH、Na₂CO₃，表面活性剂为水溶性清蜡剂、阴离子表面活性剂以及阳离子表面活性剂等。将粉碎的油砂和水剂混合加热并搅拌，浸煮一段时间，让水剂与油砂相互作用形成砂浆，油和沥青乳化脱落，离心分离，油和沥青分散在水中形成乳状液，砂被分离出去，油和沥青与水的混合体再经过破乳、提取分离，得到原油与分离出的水剂，回收的水剂通过补充适量的化学剂用量可以继续重复使用，这种分离沥青的方法通常称之为水剂法。对油溶型油砂用有机溶剂萃取油砂中的胶质和沥青质，使用的溶剂有很多，主要有煤油、石脑油、燃料油、石油醚、芳烃溶溶剂等。这种方法是将有机溶剂与粉碎的油砂混合加热并搅拌，反应一段时间，让油砂中的油溶解，再通过分离设备将液相与固相分离，液相进入蒸馏塔蒸馏出有机溶剂，固相进行清洗，以洗掉残余有机溶剂。该方法尾砂中会带着部分溶剂，致使溶剂消耗量大，且洗涤出的产物基本为沥青成分，要与溶剂分离需消耗能源，分出来的沥青还要经过焦化工艺再转化成轻质油品，还要消耗能源，总的能耗高，这种分离沥青的方法通常称之溶剂萃取法。无论是水剂法还是溶剂萃取法洗出来的都是沥青组分，要将沥青组分转化为轻质油品还得进行二次加工处理，如延迟焦化或催化裂化等工艺处理，才能将沥青组分转化为汽柴油馏分。目前小颗粒油砂处理相对成熟的工艺为加拿大ATP技术，ATP技术为固体热载体技术，由于高温的固体热载体直接与物料接触，物料中的重油组分在短时间被加热气化，虽然热解可以得到部分轻质油品，但大部分是瞬间气化后产生的重质油品组分，热解产物大于350℃的馏分多，且ATP炉结构极为复杂、维修困难、运行周期短、投资大、经济性差，因而应用较少。鉴于目前小颗粒油砂热解直接获取轻质油品尚没有成熟的处理方法及工业应用装置,为此，提供了小颗粒油砂热解直接获取轻质油的方法和设备。

实用新型内容

本实用新型所解决的技术问题即在提供一种由小颗粒油砂热解直接获取轻质油的设备。

本实用新型所采用的技术手段如下所述。

本实用新型的一种由小颗粒油砂热解直接获取轻质油的设备，包含筒状的回转热解炉，其分为前部分的升温段和后部分的持温段，所述回转热解炉头端设进料口和第一出气口，连接处安设进料转动密封，尾端设沉降室，连接处安设出料转动密封，沉降室顶部设第二出气口，第一、第二出气口分别设有第一、第二出口阀；所述沉降室下部设置蒸汽管线以及内壁上设若干汽提构件，底部设出料口；所述回转热解炉外侧包覆有保温层，该保温层包含保温筒体及该保温筒体内壁与回转热解炉外壁间形成的保温腔；所述回转热解炉头端向上倾斜，其与水平之间的倾角为1°～5°；所述回转热解炉为外加热式。

所述回转热解炉的内壁上设强化传热内件，持温段的强化传热内件数量由头端向尾端逐渐减少，持温段尾端内壁上还设至少1道堰板。

所述保温腔内设置燃烧器，通过明火燃烧直接加热回转热解炉，或所述保温腔头端设出风口，尾端设入风口，通入热风加热回转热解炉。

所述保温层外包覆有防护铁皮。

本实用新型所产生的有益效果如下。

1、本实用新型的小颗粒油砂热解方法及设备，在没有热载体的情况下，热解炉外部的热量通过热传导给小颗粒油砂加热升温，持温段时间为不低于40min，较现有ATP固体热载体干馏技术的5-8min大大延长，油砂中的沥青组分获得充分热解，获得气体和轻质油品，即通过延长热解时间实现获得热解气和轻质油的目的。

2、本实用新型的小颗粒油砂热解方法及设备，热解生成的气体可从热解炉头端或尾端排出，可根据热解干气产率及应用情况灵活调节，改变油气采出的方式实现获得热解气和轻质油的目的。

3、本实用新型的小颗粒油砂热解设备，可实现小颗粒油砂的热解，直接获得轻质油品，热解液相产物中汽、柴油馏分占90wt%，油品质量好。

4、本实用新型的热解设备可以实现小颗粒油砂、小颗粒页岩及粉煤的热解，不利用任何载体，资源利用率为100%。其350℃之前轻质油收率可达90wt%。

5、本实用新型的回转热解设备结构简单、操作方便、资源利用率达100%。本实用新型全部在密闭空间进行，无可燃气外泄，安全性强，无污水排放，符合环保要求。

附图说明

图1为本实用新型中热解设备的侧面结构示意图。

图2为本实用新型中热解设备的A-A’截面结构示意图。

具体实施方式

本实用新型保护一种由小颗粒油砂热解直接获取轻质油的热解设备。

如图1所示，该热解设备包含筒状的回转热解炉1，其分为前部分的升温段11和后部分的持温段12，所述回转热解炉1头端设进料口21和第一出气口13，连接处安设进料转动密封3，尾端设沉降室5和第二出气口14，连接处安设出料转动密封4，第一、第二出气口13、14分别安装第一、第二出口阀131、141，热解气排出热解炉可从热解炉尾端的第二出气口14，也可从热解炉头端的第一出气口13，通过第一、第二出口阀131、141的选择性使用调节热解气排出位置。上述第一、第二出气口均与后续分馏塔相连。基于升温段和热解段的温度需要，回转热解炉壁材质需满足使用需求。

当第一出口阀131关闭，第二出口阀141打开时，热解气通过沉降室5后从第二出气口14排出。当第二出口阀141关闭，第一出口阀131打开时，热解气从第一出气口13排出，热解气从回转热解炉的尾端返回头端，增加了热解气在炉内的停留时间，热解气中的重质燃料油组分随着温度降低，凝结成液体落入物料中又重新热解，使得热解产物的总体干气量大，在干气满足热解需求的情况下造成干气过剩，但轻质油品收率得到提高，350℃之后的馏分可降到5wt%以下。上述出气口的选用，可根据热解干气产率及应用情况灵活调节。

所述沉降室5下部可设置蒸汽管线（图中未示出），所述蒸汽管线可采用环形布置，环绕于沉降室的内壁，沿沉降室中心方向，向下45°开孔，使蒸汽均匀的布满整个沉降室。沉降室下部内壁上还设若干汽提构件51，汽提介质为过热水蒸汽，该若干气体构件51沿沉降室中心方向，挡板上部开孔，孔的直径为10-50mm。出料口22设于沉降室的底部，沉降室下部出料缩径处接口采用剖光处理，避免物料架桥造成不下料。持温段12的热解固态产物，即尾砂，进入沉降室5，通过过热水蒸气汽提尾砂中夹带的热解油气，并随着蒸汽及前述大量的热解油气通过出气口排出。沉降室5外可用热烟气保温，避免重质燃料油提前冷凝与尾砂混合，另外，热解后产生的油气携带的小颗粒尾砂经过沉降，减少了后续冷凝系统的堵塞问题，同时降低了重质燃料油组分的机械杂质含量。当然，上述只是沉降室的一种形式，并不限定于此，采用其他现有方式的沉降室均可。

结合图1及图2所示，回转热解炉1外侧包覆有保温层6，该保温层6包含保温筒体62及该保温筒体内壁与回转热解炉1外壁间形成的保温腔61。所述保温筒体62厚度可介于200-600mm之间，优选300mm。所述保温腔61的厚度可介于300-1000mm，优选300-500mm。保温层6的外周还可设防护铁皮7。保温层的头端可预设出风口63，尾端预设入风口64。

上述回转热解炉1及包覆其的保温层6，可水平放置，通过加料推动向尾端运送。为了更有效的给油砂由头端向尾端行进提供助力，回转热解炉的头端略向上倾斜，回转热解炉和水平之间的倾角α为1°～5°，优选的α为1°-3°。

本实用新型中的回转热解炉1采用外加热式，其炉体材质可选用导热性能较佳的如钢板材质等。如采用明火燃烧直接加热，可在保温筒体62的内壁底部设置多个燃烧器，装置开工时可以用煤气、燃料油、甲醇等用作燃料，燃烧一段时间后，可将前述热解产生的干气（C₁-C₄气体）经脱硫净化后由鼓风机升压送入燃烧器燃烧，燃烧器火焰与回转热解炉壁呈切线，火焰方向与回转设备转动方向一致，保温腔61内温度不大于800℃。所述燃烧器可采用专业的C₁-C₄工业火嘴或其他种类的气体喷头，进行多排排列的方式喷射可燃气体。或者可采用更安全的热风加热的方式，通过预设的入风口64和出风口63，通入热风加热。为提高利用率，出风口63排出的温度较低的热风可进入烘干机参与油砂的预处理。

为了增强炉体加热的速度和面积，回转热解炉1的内壁上设强化传热内件（图中未示出），该强化传热内件可以是L型、直线型，安装方式可以是螺旋型排列或直线型排列。持温段12的强化传热内件数量由头端向尾端逐渐减少，甚至于尾端不设置，目的是减少热解后的尾砂与热解气接触，避免油气携带的粉尘量过大。

同时，回转热解炉的持温段12靠近尾端内壁上还可分段设堰板（图中未示出），其目的是增加物料的停留时间，使热解更彻底。堰板的数量可设置1-3道，堰板高度为20-100mm，优选的60-80mm。

所述的进料口21和出料口22，一般可采用螺旋进料的方式，现有的单螺旋或双螺旋进料，可根据实际情况选用安装。进料螺旋长度可达1.5-2米，其确保进料密封，防止油气外泄和空气倒入热解炉内。所述进料密封和出料密封采用转动密封，内加惰性气体保护，防止油气外泄。惰性气体可以是氮气、水蒸气等，优选氮气为保护介质。

另外，所述尾砂可用螺旋出料机直接进入尾砂冷却机，冷却后的尾砂采用气力输送至尾砂罐。螺旋出料机可采用高温不锈钢材质制成，水平安装，末端200-300mm可为无螺旋设置，防止物料送空，空气串入热解炉。

上述热解油砂的设备，日处理量可根据需要确定，一般单台装置的日处理量为800t～1000t。

采用上述由小颗粒油砂热解直接获取轻质油的设备的方法步骤如下。

a）预处理：将油砂原矿破碎，得到粒径0～25mm的小颗粒油砂，3-8mm粒径的为最佳，根据实际的油砂情况，可采用熟知的常规破碎设备进行多级破碎，而本实用新型在生产实践中最佳的实施例采用两级破碎。破碎后的小颗粒油砂通过传输带进入转筒烘干机，与热烟气进行顺流接触传热，烘干脱水0.5~2小时后，获得温度在120～150℃间的脱水油砂，含水量3wt%以下。

上述脱水油砂一部分进入回转热解炉进料料斗，另一部分作为备料进入库房，作为雨季物料难于烘干时使用。

b）快速升温：小颗粒脱水油砂经过进入回转热解炉进料料斗，通过进料口进入回转热解炉的升温段，该进料方式可采用螺旋进料。进入回转热解炉的升温段后，小颗粒脱水油砂快速加热。该升温段温度控制在350-600℃之间，升温速度为15-50℃/min。回转热解炉不停旋转有利于脱水油砂的快速且均匀的升温。

c）持温热解：经快速加热的小颗粒脱水油砂随后进入持温段，持温段的温度控制在350-600℃之间，停留时间为0.5～4小时，优选的加热温度为420～450℃，停留时间持续1～1.5小时。回转热解炉不停旋转促进脱水油砂的裂解。

经过高温加热，脱水油砂中的沥青质被热裂解并汽化，产生气态的轻质组分，该轻质组分包含有干气、重质燃料油、汽柴油组分和水蒸气。热解的固体产物是生成焦炭吸附在砂中称为尾砂，该尾砂通过出料口22运出，进入尾砂冷却系统，冷却后的尾砂可储存于尾砂罐进行二次利用。该尾砂的颗粒粒径在0～2000μm之间，优选的粒径范围为40-200μm。热尾砂冷却过程中，尾砂中夹带有热解油气，不利于尾砂的二次利用，可选择在尾砂运送至尾砂罐的过程中，将夹带的热解油气分离并进行焚烧处理。

上述轻质组分通过回转热解炉的出气口排出，并进入下一级处理。

上述热解炉内的热解压力为0.1～20kPa，优选的0.2～0.4kPa。热解炉尾部的沉降室内油气上升的速度为0.2～1m/s，优选的0.4～0.6m/s。

d）分馏：轻质组分经过管路进入分馏塔，气体管路线速控制在0～10m/s，优选的4～6m/s，管路内部可设有多组冲洗设施，冲洗介质为冷却后的轻油。

轻质组分分馏获得干气、汽柴油组分、重质燃料油组分和水。分馏塔下部获得重质燃料油组分，经冷却后进入罐区作为燃料油储存。分馏塔的顶部设箱式冷凝冷却器，其可为多组单管并联的冷凝、冷却设备，分馏塔上部干气、汽柴油组分和水经冷凝10～60分钟后进入油水分离罐，冷凝时间可优选20～30分钟。冷凝分离获得的干气为C₁～C₄气体，其为可燃气，其排出并经碱液脱除硫化氢后进入气柜，再经加压后可作为工艺燃料使用，也可将其中C₃、C₄回收作为产品使用。脱硫采用本领域技术人员熟知的成熟工艺即可。同时，冷凝还获得汽柴油组分和水，经过油水分离罐后汽柴油组分进入罐区作为加氢进料使用，脱出的水可经过处理及加热再利用。

以上为完整的将油砂原矿热解利用的步骤过程，同样适用于小颗粒油页岩和粉煤及其油砂、油页岩和粉煤二者或三者的混合物。不同地质环境，油砂含油量不同，通常适用于本实用新型的油砂含油量为12～35wt%，如油砂与油页岩和粉煤二者或三者混合，其混合物含油量大于12wt%。另外，本实用新型对原料含水没有特别限制，通常适用于含水量0～40wt%的原料。经烘干干燥后的原料含水3wt%以下。

以下为上述热解方法及设备的具体实施例。

实施例1。

在Φ2.6×35米装置上进行工业试验，回转热解炉倾斜角为3°保温筒体厚200mm，保温腔厚300mm，持温段尾端设2道高60mm的堰板，采用明火直接加热筒体，油砂原矿含水15wt%，含油28.5wt%（湿基）。

将油砂原矿破碎成φ3-8mm的粒料，烘干1小时，得到130℃的小颗粒脱水油砂。

经螺旋输送机直接进入升温段进行快速升温至380℃，升温速度为15℃/min，进料量8t/h，经快速升温后进入约380℃持温段，热解段停留时间为1.5小时。上述热解炉内热解压力为0.2kPa，沉降室内油气上升的速度为0.5m/s。

热解气送至分馏塔的管路线速4m/s，汽柴油组分和水在油水分离罐中的冷凝时间为30分钟。

经过上述步骤，获得产物为：水3.0wt%，热解气6.0wt%，350℃前轻质油馏分13.5wt%，大于350℃重质油馏分5.5wt%。

实施例2。

将油砂原矿破碎成3-8mm的粒料，烘干2小时，得到150℃的小颗粒脱水油砂。

经螺旋输送机直接进入升温段进行快速升温至400℃，升温速度为25℃/min，进料量12.5t/h，经快速升温后进入约400℃持温段，热解段停留时间为1小时。上述热解炉内热解压力为0.25KPa，沉降室内油气上升的速度为0.55m/s。

热解气送至分馏塔的管路线速5m/s，汽柴油组分和水在油水分离罐中的冷凝时间为28分钟。

经过上述步骤，获得产物：水3wt%，热解气wt6.5%，350℃前轻质油馏分wt14.0%，大于350℃重质油馏分4.0wt%。

实施例3。

将油砂原矿破碎成3-8mm的粒料，烘干0.5小时，得到120℃的小颗粒脱水油砂。经螺旋输送机直接进入升温段进行快速升温至450℃，升温速度为30℃/min，进料量15t/h，经快速升温后进入约450℃持温段，热解段停留时间为1小时。上述热解炉内热解压力为0.3KPa，沉降室内油气上升的速度为0.6m/s。

热解气送至分馏塔的管路线速6m/s，汽柴油组分和水在油水分离罐中的冷凝时间为26分钟。

经过上述步骤，获得产物：水3wt%，热解气7.0wt%，350℃前轻质油馏分15.4wt%，大于350℃重质油馏分1.9wt%。

实施例4。

将油砂原矿破碎成15-25mm的粒料，烘干1.5小时，得到140℃的小颗粒脱水油砂。经螺旋输送机直接进入升温段进行快速升温至500℃，升温速度为50℃/min，进料量12t/h，经快速升温后进入约500℃持温段，热解段停留时间为40分钟。上述热解炉内热解压力为0.4KPa，沉降室内油气上升的速度为0.8m/s。

热解气送至分馏塔的管路线速8m/s，汽柴油组分和水在油水分离罐中的冷凝时间为26分钟。

经过上述步骤，获得产物：水3wt%，热解气7.5wt%，350℃前轻质油馏分15.2wt%，大于350℃重质油馏分1.2wt%。

实施例5。

将油砂原矿破碎成6-20mm的粒料，烘干1小时，得到135℃的小颗粒脱水油砂。经螺旋输送机直接进入升温段进行快速升温至420℃，升温速度为35℃/min，进料量9t/h，经快速升温后进入420℃持温段，热解段停留时间为1.0小时。上述热解炉内热解压力为0.30KPa，轻质组分从第一出气口排出，沉降室内油气上升速度为0。

热解气由进料端送至分馏塔，管路线速6m/s，汽柴油组分和水在油水分离罐中的冷凝时间为30分钟。

经过上述步骤，获得产物：水3wt%，热解气8.5wt%，350℃前轻质油馏分15.0wt%，油品干点最高为347℃，无重质油馏分。

上述实施例2-4，均与实施例1采用相同规格的回转热解炉。

实施例6。

在Φ2.0×40米装置上进行工业试验，回转热解炉倾斜角为1°保温筒体厚300mm，保温腔厚500mm，持温段尾端设1道高70mm的堰板，采用明火直接加热筒体，油砂原矿含水15wt%，含油28.5wt%（湿基）。

将油砂原矿破碎成φ3-8mm的粒料，烘干1小时，得到135℃的小颗粒脱水油砂。

经螺旋输送机直接进入升温段进行快速升温至400℃，升温速度为20℃/min，进料量30t/h，经快速升温后进入约400℃持温段，热解段停留时间为1.2小时。上述热解炉内热解压力为0.35KPa，沉降室内油气上升的速度为0.55m/s。

热解气送至分馏塔的管路线速5.5m/s，汽柴油组分和水在油水分离罐中的冷凝时间为28分钟。

经过上述步骤，获得产物：水3wt%，热解气6.8wt%，350℃前轻质油馏分14.8wt%，大于350℃重质油馏分2.7wt%。

实施例7。

在Φ2.2×45米装置上进行工业试验，回转热解炉倾斜角为5°保温筒体厚300mm，保温腔厚800mm，持温段尾端设1道高80mm的堰板，采用热风加热筒体，油砂原矿含水15wt%，含油28.5wt%（湿基）。

将油砂原矿破碎成φ3-8mm的粒料，烘干1.5小时，得到130℃的小颗粒脱水油砂。

经螺旋输送机直接进入升温段进行快速升温至450℃，升温速度为40℃/min，进料量35t/h，经快速升温后进入约450℃持温段，热解段停留时间为1.1小时。上述热解炉内热解压力为0.38KPa，沉降室内油气上升的速度为0.7m/s。

热解气送至分馏塔的管路线速6m/s，汽柴油组分和水在油水分离罐中的冷凝时间为26分钟。

经过上述步骤，获得产物：水3wt%，热解气7.2wt%，350℃前轻质油馏分15.3wt%，大于350℃重质油馏分1.8wt%。

以上是本实用新型的工业实施例，由于本实用新型操作的工艺条件变化范围较大，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，任何工艺条件下实施本方案，视为本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种由小颗粒油砂热解直接获取轻质油的设备，其特征在于，包含筒状的回转热解炉，其分为前部分的升温段和后部分的持温段，所述回转热解炉头端设进料口和第一出气口，连接处安设进料转动密封，尾端设沉降室，连接处安设出料转动密封，沉降室顶部设第二出气口，第一、第二出气口分别设有第一、第二出口阀；

所述沉降室下部设置蒸汽管线以及内壁上设若干汽提构件，底部设出料口；

所述回转热解炉外侧包覆有保温层，该保温层包含保温筒体及该保温筒体内壁与回转热解炉外壁间形成的保温腔；

所述回转热解炉头端向上倾斜，其与水平之间的倾角为1°～5°；

所述回转热解炉为外加热式。

2.如权利要求1所述的一种由小颗粒油砂热解直接获取轻质油的设备，其特征在于，所述回转热解炉的内壁上设强化传热内件，持温段的强化传热内件数量由头端向尾端逐渐减少，持温段尾端内壁上还设至少1道堰板。

3.如权利要求1所述的一种由小颗粒油砂热解直接获取轻质油的设备，其特征在于，所述保温腔内设置燃烧器，通过明火燃烧直接加热回转热解炉。

4.如权利要求1所述的一种由小颗粒油砂热解直接获取轻质油的设备，其特征在于，所述保温腔头端设出风口，尾端设入风口，通入热风加热回转热解炉。

5.如权利要求1至4任一所述的一种由小颗粒油砂热解直接获取轻质油的设备，其特征在于，该保温层外包覆有防护铁皮。