CN205635488U

CN205635488U - 一种油页岩热解系统

Info

Publication number: CN205635488U
Application number: CN201620246910.2U
Authority: CN
Inventors: 耿层层; 陈水渺; 姜朝兴; 任守强; 马正民; 孙祖平; 薛逊; 吴道洪
Original assignee: Beijing Shenwu Environmental and Energy Technology Co Ltd
Current assignee: Shenwu Technology Group Corp Co Ltd
Priority date: 2016-03-28
Filing date: 2016-03-28
Publication date: 2016-10-12
Anticipated expiration: 2026-03-28

Abstract

本实用新型涉及一种油页岩热解系统，其包括依次连通的油页岩料斗、微波干燥器、机械活化器、热解料斗和移动床热解反应器。移动床热解反应器包括：油页岩入口，位于所述反应器的顶部；半焦出口，位于所述反应器的底部；蓄热式辐射管，在所述移动床热解反应器的内部沿着所述反应器的高度方向多层布置，每层具有多根在水平方向上彼此平行的蓄热式辐射管；油气导出管道和集气管，集气管延伸穿过所述反应器的侧壁伸入到所述反应器内且与所述油气导出管道相连通。本实用新型提高了原料的利用率，加快了反应速度，能快速导出油气，有效地抑制了油气的二次裂解，提高了页岩油收率，并能得到品质较高的热解油。

Description

一种油页岩热解系统

技术领域

本实用新型总地涉及热解系统，具体涉及一种油页岩热解系统。

背景技术

我国的油页岩资源丰富，已探明油页岩储量若换算成页岩油约有400多亿吨。当前，对于中国等国家而言，生产的原油不能满足本国的需求，必须依靠大量的进口原油。这不仅牵扯到国民经济发展，还关系到国家能源安全问题。面对紧缺的石油资源，页岩油工业应加以大力规划发展。

油页岩干馏炉可分为块状页岩干馏炉(油页岩粒度一般在8mm或者10mm以上)、颗粒和粉末油页岩干馏炉。中国页岩油产量每年在不断增长，但国内的干馏炉型只能用来热解块状页岩并且装置的油收率较低，造成小颗粒页岩无法充分利用，油页岩利用率不高，且由于以气体为热载体，干馏气被冲稀，其冷凝回收系统庞大，气体热值低，难以进一步综合利用。而国外成熟的颗粒油页岩干馏技术多为固体热载体直接加热原料，存在工艺复杂操作环节太多，制造成本高昂等缺点。此外，目前油页岩干馏技术均未设有预活化装置，存在热解油较重，分子量较大等问题。

图1是现有技术一的油页岩热解工艺流程图。该系统包括：1、加料设备；2、气收集伞；3、炉体；4、干馏段；5、混合室；6、拱台；7、循环气入口；8、气化段；9、风头；10、排灰器；11、灰皿；12、水封。该中国抚顺炉是油页岩干馏和油页岩半焦气化过程连接在一起的直立圆筒型炉，上部为干馏段，下部为气化段。8-75mm的原料页岩，从干馏炉顶装入机加入炉内，在炉上部的干馏段中进行干燥、干馏。干馏后的页岩半焦即进入干馏段下面的气化段，在气化段页岩半焦与上升的热主风相遇，进行激烈的燃烧反应，形成高温的氧化层。氧化层的温度在800-1000℃左右，半焦通过氧化层氧化后成为页岩灰排出炉外。气化段的发生气则进入干馏段，加热原料油页岩。干馏炉出口的干馏油气，经过一系列冷凝、冷却及页岩油回收之后，所得气体一部分送蓄热式加热炉进行加热，作为干馏炉循环气；一部分作为蓄热式加热炉的燃料；剩余部分则送往锅炉作燃料。

现有技术一的缺点为：未设有机械活化装置，热解油较重，品质低；抚顺炉下部由于进入了空气，会有剩余空气进入干馏段，烧掉一部分油气，导致油收率低；炉内加入大量的空气,所含氮气冲稀了干馏气,降低了气体的热值，并且致使冷凝回收系统和设备庞大，冷却用水量太多；只能干馏块状油页岩，油页岩利用率低；干馏炉的干馏段并不能够及时导出热解油气，一次热解产物滞留易发生二次裂解，且气化段燃烧温度不好控制，过高温度的气体进入干馏段也增加了油气二次裂解程度，油收率较低。

图2是现有技术二的油页岩热解工艺流程图。该工艺将油页岩的干燥、热解和页岩半焦的燃烧三项工艺流程集合在一个回转式炉内完成。该炉为水平倾斜的回转式窑。日加工6000t油页岩炉子的直径为8.2m，长62.5m。油页岩原料进入干馏炉，经干燥段由热烟气进行间接加热干燥，干燥后的油页岩进入热解(干馏)段，与来自燃烧段的热页岩灰(750℃)相混合而加热至约500℃，页岩热解生成页岩油、气和半焦。油气导出、冷凝生成页岩油和高热值干馏气。半焦(与页岩灰)则入燃烧段，遇空气燃烧亦成为页岩灰，约800℃，部分热页岩灰通过炉子外面的一根螺旋管输入干馏段作为固体热载体而加热干馏油页岩，形成循环利用；另一部分的热页岩灰经冷却段被运送出炉。

现有技术二的缺点为：三项工艺流程集合在一个回转炉内实现，工艺流程太过复杂，长时间正常运行比较困难；设备庞大，结构复杂，维修量大，运行成本高。

图3是现有技术三的油页岩热解工艺流程图。该工艺利用热烟气对油页岩颗粒原料进行干燥，采用半焦或干馏气燃烧产生的高温烟气对干燥油页岩颗粒进行间接加热以实现热解，得到高温油气和半焦。对高温油气进行过滤和换热之后，进行分馏得到汽油、柴油、重油以及干馏气。

现有技术三的缺点为：原料油页岩颗粒较小，在干馏室内堆积较为致密，干馏室内热解油气不能够及时导出，易发生二次裂解，油收率不高；油页岩在反应器内堆积致密，流动性差，不易排出；油页岩未预先活化，热解油较重，品质低。

因此，为了提高原料的利用率，提高加热燃烧的热效率，得到品质较高的热解油，快速导出油气，避免油气的二次裂解，提高页岩油收率，有必要提出一种新的油页岩热解系统。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种油页岩热解系统，主要通过预先对油页岩进行干燥和活化，进而快速热解，快速导出油气，提高页岩油收率，得到品质较高的热解油。

本实用新型提供了一种油页岩热解系统，其包括油页岩料斗、微波干燥器、机械活化器、热解料斗和移动床热解反应器，其中移动床热解反应器包括：

油页岩入口，所述油页岩入口位于所述反应器的顶部；

半焦出口，所述半焦出口位于所述反应器的底部；

蓄热式辐射管，所述蓄热式辐射管在所述移动床热解反应器的内部沿着所述反应器的高度方向多层布置，每层具有多根在水平方向上彼此平行的蓄热式辐射管；

油气导出管道，所述油气导出管道的管壁上设置有通孔；

集气管，所述集气管包括集气总管以及与所述集气总管相连通的集气支管，

其中，所述集气总管竖直地设置在所述反应器外部，

所述集气支管延伸穿过所述反应器的侧壁伸入到所述反应器内且与所述油气导出管道相连通；

其中，所述油页岩料斗、微波干燥器、机械活化器和热解料斗依次连通，所述热解料斗与所述移动床热解反应器的油页岩入口相连通。

上述的系统，所述机械活化器为球磨机。

上述的系统，还包括第二螺旋进料器，所述第二螺旋进料器分别与所述热解料斗的出口和所述热解反应器的油页岩入口相连通。

上述的系统，还包括第一螺旋进料器，所述第一螺旋进料器分别与所述油页岩料斗的出口和所述微波干燥器的入口相连通。

上述的系统，所述系统还包括热解旋风分离器、过滤器和分馏塔，所述热解旋风分离器分别与所述热解反应器的油气导出管道出口和所述过滤器的入口相连通，所述过滤器的出口与所述分馏塔的入口相连通。

上述的系统，还包括燃气罐，所述分馏塔的气体出口与所述燃气罐相连通。

上述的系统，还包括气化炉，所述气化炉通过螺旋输送机与所述热解反应器的半焦出口相连通。

上述的系统，所述系统还包括可燃气通道，所述可燃气通道将所述气化炉和所述热解反应器的蓄热式辐射管的可燃气入口相连通。

上述的系统，所述集气支管为多个，并且沿所述集气总管的长度方向彼此平行布置；任选的，所述集气支管垂直于所述集气主管；同一层所述油气导出管道连通至同一根所述集气支管。

上述的系统，所述油气导出管道沿所述反应器的高度方向多层布置，每层具有多根在水平方向上彼此平行的油气导出管道；任选的，所述油气导出管道与所述蓄热式辐射管平行布置，且所述蓄热式辐射管各自的左右两侧对称设置有两根油气导出管道，所述油气导出管道与邻近的所述蓄热式辐射管的管壁之间距离为所述油气导出管道管径d的1/2-3倍。

本实用新型的有益效果在于，此种油页岩热解系统，采取蓄热式辐射管下行床工艺加热粉末油页岩，温度分布均匀，加热效果好，可实现物料的快速热解，油气产率高。该系统应用微波干燥技术，干燥速度快，效率高，干燥均匀，实现了节能、清洁生产，且易于实现自动化控制。该系统还对油页岩进行了预先机械活化，增加了油页岩的化学反应活性，降低了热解反应所需要的温度，从而热解焦油较轻，品质好，汽柴油馏分高。该系统设有油气快速导出管道，热解产生的油气通过快速导出管道能被迅速导出，有效地抑制了油气的二次裂解，提高了页岩油收率。整体而言，该系统的热解炉操作温度低，能耗低，且装置易于日常维护。

附图说明

图1为现有技术一的油页岩热解工艺流程图；

图2为现有技术二的油页岩热解工艺流程图；

图3为现有技术三的油页岩热解工艺流程图；以及

图4为本实用新型的油页岩热解工艺流程图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本实用新型的方案及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本实用新型的限制。

如图4所示，本实用新型实施例的一种油页岩热解系统流程图，该蓄热式下行床热解系统包括：1.油页岩料斗；2.微波干燥器；3.蓄热式下行床反应器；4.球磨机(机械活化器)5.热解料斗；6.螺旋进料器；7.热解旋风分离器；8.过滤器；9.分馏塔；10.燃气引风机；11.燃气罐；12.燃气送风机；13.气化炉；14.螺旋输送机。

油页岩料斗1通过进料装置连接至微波干燥器2入口，微波干燥器2出口与球磨机4入口相连接。

球磨机4出口与热解料斗5入口相连接，热解料斗出口通过螺旋进料器6连接到蓄热式下行床反应器3的入料口。

下行床反应器3包括上部进料口，燃气、空气入口和油气、烟气、半焦出口，其中油气由油气导出管道输出。

油气导出管道出口与一级热解旋风分离器7入口连接，二级热解旋风分离器7的出气口与过滤器8入口连接；过滤器8出口与分馏塔9入口连接，分馏塔9出气口与燃气引风机10入口连接；燃气引风机10出口与燃气罐11入口连接，燃气罐11出口与燃气送风机12入口连接；燃气送风机12出口与下行床反应器3的燃气入口连接。

下行床反应器3半焦出口设计在底部，连接在螺旋输送机14的入口；二级热解旋风分离器7出料口与螺旋输送机14的入口相连接；螺旋输送机14的出口与气化炉13入口连接；气化炉13的燃气出口与下行床反应器3的燃气入口相连接。

本实用新型的蓄热式下行床热解工艺包括：

(1)破碎至粒度≤20mm的颗粒油页岩通过油页岩料斗1进入微波干燥器2，在微波干燥器中，油页岩被快速、均匀的干燥后进入到球磨机4中进行机械活化，球磨机中装有球磨介质钢球若干，由搅拌电机带动旋转，旋转过程中钢球对油页岩进行摩擦、碰撞、冲击、剪切等机械力作用，增加了油页岩的化学活性，机械活化时间控制在10min-2h范围内。经过机械活化的粉末油页岩进入到热解料斗5中。

(2)油页岩在热解料斗5中经螺旋进料器6进入蓄热式下行床反应器3，在蓄热式下行床反应器中均匀布置了单向蓄热式辐射管，管壁温度利用燃气调节阀控制在400-700℃范围，油页岩在反应器中自上而下停留5s-5min，并加热到400-600℃，完成热解过程。

(3)热解产生的油气从反应器排出并通过两级旋风分离器7后进入过滤器8中过滤，过滤后的油气进入分馏塔9分馏得到汽油、柴油和重油，分馏之后剩下的干馏气经燃气风机10送入燃气罐11，干馏气经燃气送风机12和气化炉13产生的可燃气一起送入热解反应器3的辐射管燃气入口。

(4)油页岩热解产生的半焦与两级旋风分离器7分离下来的粉末半焦一起通过螺旋输送机14送入气化炉13，气化后的灰渣被排出。

该系统应用微波干燥技术，将微波能转化为分子运动能，并以热量的形式表现出来，使水的温度升高而脱离物料，从而使物料得到干燥。在传统的干燥工艺中，为提高干燥速度，需升高外部温度，加大温差梯度，然而随之容易产生物料外焦内生的现象。但采用微波加热时，不论物料形状如何，热量都能均匀渗透，并可产生膨化效果，利于粉碎。因微波能穿透物料直接加热，物料中的极性分子在微波场的作用下极速震荡，提高了化学反应的活化能，加快了反应速度，同时干燥均匀，效率高，实现了节能、清洁生产，且易于实现自动化控制。

该系统还可以对油页岩进行预先机械活化，机械活化是指固体物质在摩擦、碰撞、冲击、剪切等机械力作用下，使晶体结构及物化性能发生改变，使部分机械能转变成物质的内能，从而引起固体的化学活性增加，油页岩化学活性增强，颗粒化学能增加，提高了油页岩的化学反应活性，热解反应所需要的温度降低，从而热解焦油较轻，品质好。机械活化后的油页岩进入蓄热式快速热解反应装置中，经过快速热解可大量提取油气产品。

该系统还在每根蓄热式辐射管周围安装油气导出管道，热解产生的油气通过油气导出管道被迅速导出，有效地抑制了油气的二次裂解，提高页岩油收率。

进一步地，在油气快速导出管道的上方还安装有挡板，既能防止管道堵塞，又有利用于物料的打散，更好地促进热解效果。

实施例

利用本实用新型的蓄热式下行床热解系统对龙口油页岩进行处理，原料的基础数据、工艺操作参数和物料平衡见表1-表3。

表1：龙口油页岩基础数据

表1中M_ad代表空干基水分；A_d代表干燥基灰分；V_ad代表空干基挥发分；

表2：工艺操作参数

序号	参数名称	参数值	序号	参数名称	参数值
						1	上部辐射管壁面温度	500℃	反应器下部温度	450℃
2	中部辐射管壁面温度	500℃		反应器出口温度	440℃
						3	下部辐射管壁面温度	470℃	旋风出口温度	425℃
4	反应器上部温度	425℃		反应器压力	1.8Kpa
						5	反应器中部温度	450℃

表3：物料平衡表

利用该系统制得的热解油品性质：热解油密度为0.90g·cm^-3，密度较低，油品较轻；对热解油品进行模拟蒸馏得到，汽油馏分占15％，柴油馏分占54％，汽柴油馏分含量高。

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之中。

Claims

1.一种油页岩热解系统，其特征在于，所述系统包括油页岩料斗、微波干燥器、机械活化器、热解料斗和移动床热解反应器，

其中移动床热解反应器包括：

油页岩入口，所述油页岩入口位于所述反应器的顶部；

半焦出口，所述半焦出口位于所述反应器的底部；

油气导出管道，所述油气导出管道的管壁上设置有通孔；

其中，所述集气总管竖直地设置在所述反应器外部；

所述油页岩料斗、微波干燥器、机械活化器和热解料斗依次连通，所述热解料斗与所述移动床热解反应器的油页岩入口相连通。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述机械活化器为球磨机。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括第二螺旋进料器，所述第二螺旋进料器分别与所述热解料斗的出口和所述热解反应器的油页岩入口相连通。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括第一螺旋进料器，所述第一螺旋进料器分别与所述油页岩料斗的出口和所述微波干燥器的入口相连通。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括热解旋风分离器、过滤器和分馏塔，所述热解旋风分离器分别与所述热解反应器的油气导出管道出口和所述过滤器的入口相连通，所述过滤器的出口与所述分馏塔的入口相连通。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述系统还包括燃气罐，所述分馏塔的气体出口与所述燃气罐相连通。

7.根据权利要求1或5所述的系统，其特征在于，所述系统还包括气化炉，所述气化炉通过螺旋输送机与所述热解反应器的半焦出口相连通。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述系统还包括可燃气通道，所述可燃气通道将所述气化炉和所述热解反应器的蓄热式辐射管的可燃气入口相连通。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述集气支管为多个，并且沿所述集气总管的长度方向彼此平行布置；任选的，所述集气支管垂直于所述集气主管；同一层所述油气导出管道连通至同一根所述集气支管。

10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述油气导出管道沿所述反应器的高度方向多层布置，每层具有多根在水平方向上彼此平行的油气导出管道；

任选的，所述油气导出管道与所述蓄热式辐射管平行布置，且所述蓄热式辐射管各自的左右两侧对称设置有两根油气导出管道，所述油气导出管道与邻近的所述蓄热式辐射管的管壁之间距离为所述油气导出管道管径d的1/2-3倍。