CN209276439U - 一种油砂热解油气的分离与能量回收集成的设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种油砂热解油气的分离与能量回收集成的设备，通过塔底泵循系统、一中泵循系统、二中泵循系统、塔顶泵循系统进行取热实现高品位能量的有效回收。分离后的热解气从冷凝回流系统顶部采出，汽油从冷凝回流系统的底部采出，柴油和馏分油由油洗分馏塔测线汽提后采出，重油从油洗分馏塔底部采出。经过该工艺分离与能量回收后，产品质量高，可以回收80‑90％的能量。本实用新型的优点是通过油洗分馏工艺，可以减少废水排放，降低油水分离的难度，实现能量的最大回收率，产品分离清晰且设备费用低。使用范围广，亦可用于煤、油页岩、废旧轮胎、石油焦、有机废料和生物质的热解干馏的产物分离。
Description
技术领域
本实用新型涉及油砂热解技术领域，具体的说，是一种油砂热解油气的分离与能量回收集成的方法和设备。
背景技术
油砂又名焦油砂或沥青砂，是一种由沥青、砂粒、矿物质、黏土和水组成的非常规的石油资源，随着常规化石资源的日益枯竭，日益受到人们的重视。我国油砂储量丰富，油砂地质储量约59.7亿吨，其中可开采量为22.58亿吨。
目前对于油砂分离利用技术主要有热水洗法、溶剂萃取法和热解法。热水洗法工艺简单，易于工业化生产，经济性好，但面临着严重的环保问题，产生大量难以处理的尾浆。溶剂萃取法及改进方法包括离子液体强化溶剂萃取与超临界流体萃取可以同时使用与亲油性和亲水性油砂，而且可以避免污水问题，但是仍存在着溶剂回收能耗高的问题。热解技术历史悠久技术成熟，无需消耗水或溶剂，没有尾矿问题无污染，工艺和设备简单，易于工业化生产，油砂热解可以在实现沥青和砂粒分离同时提高产品的性质。
但是目前关于油砂热解油气的分离回收工艺并不成熟，目前关于煤热解油气回收通常采用的是氨水喷淋工艺。CN105779023A提出了一种基于传统氨水喷淋工艺的优化工艺，该工艺操作简单，可以回收部分热量，但仍不能解决氨水喷淋工艺中存在的喷淋量大，产生废水多，后续废水处理复杂，油水分离处理量大，不能回收热解油气的高温热能以及只能回收少部分能量的问题，存在着能量的浪费。
CN106085489 A提出了一种油砂裂解生产燃料油及水泥半成品的联合装置，在实现气固分离的同时也回收了燃料油，但是该装置主要回收了热解后固态物资的热量回收，没有回收油砂热解油气的大量高温热能，同时也未能实现热解油品的精确分离回收。
CN101280200 A提出了一种油页岩煤直产汽、柴油干馏系统及工艺，同样可以适用于油砂热解系统，实现了汽油、柴油和重油的分离，并回收了部分热解油气所带有的热量，但是未针对油砂热解油气的特性进行针对性的产品分离与高温部分的能量回收。
CN10478929 A提出了一种油砂无害化资源化处理方法及装置，反应生成物油气通过沉降过滤器处理后进入冷却系统，可以有效实现气液固的分离，但不能进行能量的有效回收利用。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种处理方便、分离效果好、能量回收利用率高的油砂热解油气的能量回收与分离耦合集成的方法和设备。本实用新型的方法能够实现油砂热解油气的分离，同时回收油砂热解油气中所含有的高品味热量。
本实用新型的技术如下：
一种油砂热解油气的分离与能量回收集成的设备，包括油洗分馏塔(3)、塔底循环泵(5)、塔底循环换热器(7)、一中循环泵(10)、一中循环换热器(12)、二中循环泵(15)、二中循环换热器(17)、塔顶循环泵(49)、塔顶循环换热器(51)、馏分油汽提塔(22)、柴油汽提塔(26)以及冷凝回流系统；热解油气从底部进入油洗分馏塔(3)，
通过管道连接油洗分馏塔(3)与塔底循环泵(5)经过塔底循环换热器(7)之后返回油洗分馏塔(3)，
通过管道连接油洗分馏塔(3)与一中循环泵(10)经过一中循环换热器(12)之后返回油洗分馏塔(3)，
通过管道连接油洗分馏塔(3)与二中循环泵(15)经过二中循环换热器(17)之后返回油洗分馏塔(3)，
通过管道连接油洗分馏塔(3)与馏分油汽提塔(22)，汽提塔底部设有物流采出，塔顶气相返回油洗分馏塔(3)，
通过管道连接油洗分馏塔(3)与柴油汽提塔(26)，柴油汽提塔底部设有物流采出，塔顶气相返回油洗分馏塔(3)，
通过管道连接油洗分馏塔(3)冷凝回流系统，并在冷凝回流系统中设有物流采出，(3) 塔底设有物流采出。
而且，所述冷凝回流系统为分凝器或者水洗塔；
所述分凝器体系结构包括：冷凝换热器(53)、油水分离器(55)，油洗分馏塔(3)通过管道与冷凝换热器(53)连接，进入油水分离器(55)分别采出产品后通过管道回流至油洗分馏塔(3)顶部，油水分离器设有水相采出口与油相采出口；
所述水洗塔体系结构包括：水洗塔(29)、塔底采出泵(31)、油水分离器(33)、水循环泵(38)、循环水换热器(40)、汽油循环泵(36)；油洗分馏塔(3)分馏塔采出气相通过管道从底部进入水洗塔(29)，水洗塔底部通过塔底采出泵(31)后进入油水分离器(33)，油水分离器设有水相采出口与油相采出口，水相采出口通过水循环泵(38)经过循环水换热器(40)返回水洗塔(29)，油相采出口部分作为产品采出，油相采出口剩余部分返回油洗分馏塔(3)，水洗塔(29)塔顶设有物料采出。
本实用新型处理油砂种类多，不同干馏工艺的油砂热解产品均可处理，可以减少废水排放，降低油水分离的难度，实现能量的最大回收率，产品分离清晰且设备费用低。
附图说明
图1为本实用新型油砂热解油气的分离与能量回收集成的方法工艺流程图(冷凝回流系统采用水洗塔)。
图2另一种本实用新型油砂热解油气的分离与能量回收集成的方法工艺流程图(冷凝回流系统采用分凝器)。
图中标号的意义说明如下：
1-油砂热解油气，2-塔底汽提蒸汽，3-油洗分馏塔，4-塔底泵循采出物流，5-塔底循环泵， 6-塔底循环泵后物流，7-塔底循环换热器，8-塔底循环返回物流，9-一中循环采出物流，10- 一中循环泵，11-一中循环泵后物流，12-一中循环换热器，13-一中循环返回物流，14-二中循环采出物流，15-二中循环泵，16-二中循环泵后物流，17-二中循环换热器，18-二中循环返回物流，19-馏分油汽提采出物流，20-馏分油汽提蒸汽，21-馏分油汽提返回物流，22-馏分油汽提塔，23-柴油汽提采出物流，24-柴油汽提蒸汽，25-柴油汽提返回物流，26-柴油汽提塔，27- 分馏塔采出气相，28-汽油回流物流，29-水洗塔，30-水洗塔塔底物流，31-塔底采出泵，32- 塔底采出泵后物流，33-油水分离器，34-油水分离器油相，35-汽油循环物流，36-汽油循环泵， 37-油水分离器水相，38-水循环泵，39-水循环泵后物流，40-循环水换热器，41-循环水，42- 补充水，43-热解气相，44-汽油产品，45-柴油产品，46-馏分油产品，47-重油产品，48-塔顶循环采出物流，49-塔顶循环泵，50-塔顶循环泵后物流，51-循环换热器，52-塔顶循环返回物流，53-分凝器，54-冷凝物流，55-油水分离器，56油水分离器油相，57-水。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的提供的方法和设备进行进一步的说明。本实用新型是通过如下技术方案实现的：
一种油砂热解油气的分离与能量回收集成的设备，如图1所示，包括油洗分馏塔3、塔底循环泵5、塔底循环换热器7、一中循环泵10、一中循环换热器12、二中循环泵15、二中循环换热器17、塔顶循环泵49、塔顶循环换热器51、馏分油汽提塔22、柴油汽提塔26以及冷凝回流系统；
热解油气从底部进入油洗分馏塔3，通过管道连接油洗分馏塔3与塔底循环泵5经过塔底循环换热器7之后返回油洗分馏塔3；
通过管道连接油洗分馏塔3与一中循环泵10经过一中循环换热器12之后返回油洗分馏塔 3；
通过管道连接油洗分馏塔3与二中循环泵15经过二中循环换热器17之后返回油洗分馏塔 3；
通过管道连接油洗分馏塔3与馏分油汽提塔22，汽提塔底部设有物流采出，塔顶气相返回油洗分馏塔3；
通过管道连接油洗分馏塔3与柴油汽提塔26，柴油汽提塔底部设有物流采出，塔顶气相返回油洗分馏塔3；
通过管道连接油洗分馏塔3冷凝回流系统，并在冷凝回流系统中设有物流采出，油洗分馏塔3塔底设有物流采出。
其中冷凝回流系统可以采用分凝器或者水洗塔，具体分别说明如下：
分凝器体系结构包括：冷凝换热器53、油水分离器55，油洗分馏塔3通过管道与冷凝换热器53连接，进入油水分离器55分别采出产品后通过管道回流至油洗分馏塔3顶部，油水分离器设有水相采出口与油相采出口；
水洗塔体系结构包括：水洗塔29、塔底采出泵31、油水分离器33、水循环泵38、循环水换热器40、汽油循环泵36；油洗分馏塔3分馏塔采出气相通过管道从底部进入水洗塔29，水洗塔底部通过塔底采出泵31后进入油水分离器33，油水分离器设有水相采出口与油相采出口，水相采出口通过水循环泵38经过循环水换热器40返回水洗塔29，油相采出口部分作为产品采出，油相采出口剩余部分返回油洗分馏塔3，水洗塔29塔顶设有物料采出。
本申请中：二中循环大致位于理论板数的60-75％处，一中循环大致位于30-40％处，塔釜泵循位于90％以上。
本实用新型的工艺方法，说明如下：
油砂热解油气1与塔底汽提蒸汽2分别由底部进入油洗分馏塔3，
⑴由油洗分馏塔3采出塔底循环物流4经过塔底循环泵5与塔底循环换热器7后返回油洗分馏塔3；
⑵由油洗分馏塔3采出一中循环物流9经过一中循环泵10与一中循环换热器12后返回油洗分馏塔3；
⑶由油洗分馏塔3采出二中循环物流14经过二中循环泵15与二中循环换热器17后返回油洗分馏塔3；
⑷由油洗分馏塔3采出塔顶循环物流48经过塔顶循环泵49与塔顶循环换热器51后返回油洗分馏塔3；
⑸由油洗分馏塔3采出馏分油汽提物流19进入馏分油汽提塔22，22底部采出馏分油产品 46，馏分油汽提蒸汽20由底部进入22，汽提后21返回油洗分馏塔3；
⑹由油洗分馏塔3柴油汽提物流23进入柴油汽提塔26，26底部采出柴油产品45，汽提后25返回油洗分馏塔3；
⑺油洗分馏塔3塔底采出重油产品47；
⑻油洗分馏塔3塔顶采出气相27进入冷凝回流系统，并通过循环汽油物流28返回油洗分馏塔3。
⑼冷凝回流系统可以采用分凝器，油洗分馏塔塔顶采出气相27进入冷凝换热器53后进入油水分离器55，油水分离器设有气相采出口采出热解气43，水相采出口采出水57，油相采出口采出部分为汽油产品44，剩余部分为循环汽油物流28；
⑽冷凝回流系统或者采用水洗塔，油洗分馏塔塔顶采出气相27进入水洗塔29底部，29 底部采出物流34通过塔底采出泵进入油水分离器33，33水相出口通过水循环泵38经过循环水换热器40与补充水41返回29顶部，33油相出口部分为采出汽油产品44，剩余部分经过汽油循环泵36返回油洗分馏塔3。
本实用新型的油砂热解油气的分离与能量回收集成的方法和设备，是热解炉出来的高温热解油气未经冷却直接进入油洗分馏塔底部，热解气和汽油分别从油洗分馏塔顶部经冷凝回流系统回流并得到产品，柴油和馏分油通过油洗分馏塔测线经过汽提塔出来作为产品；重油产品由油洗分馏塔塔底采出；油洗分馏塔设置多个泵循回收热解油气不同温度段的能量；塔底循环温度是422-342℃，一中循环温度是301-231℃，二中循环温度是149-79℃，塔顶循环温度是125-70℃；油洗分馏塔具有10-80块理论，塔顶温度为70-125℃，塔底温度为397-467℃；分凝器温度为20-70℃，水洗塔具有4-20块理论板，塔顶温度为20-70℃，水洗塔塔底温度为30-80℃。
其中柴油测线采出位置是第3-28块理论板，馏分油测线采出位置是第7-50块理论板，塔底循环采出位置为第9-69块理论板，一中循环采出位置为第7-50块理论板，二中循环采出位置为第3-28块理论板，塔顶循环采出位置为第1-5块理论板。
柴油汽提塔理论板数为2-15块，馏分油汽提塔理论板数为2-15块。
冷凝回流系统回流与采出比为1-20。
油洗分馏塔塔顶压力为0.9-1.4bar，塔釜压力为1-1.5bar，水洗塔塔顶塔压力为0.9-1.3bar，塔釜压力为1-1.4bar，分凝器压力为0.9-1.3bar。
塔底循环温度是422-342℃，一中循环温度是301-231℃，二中循环温度是149-79℃，塔顶循环温度是125-70℃；油洗分馏塔具有10-80块理论，塔顶温度为70-125℃，塔底温度为 397-467℃；分凝器温度为20-70℃，水洗塔具有4-20块理论板，塔顶温度为20-70℃，水洗塔塔底温度为30-80℃。柴油测线采出位置是第3-28块理论板，馏分油测线采出位置是第7-50 块理论板，塔底循环采出位置为第9-69块理论板，一中循环采出位置为第7-50块理论板，二中循环采出位置为第3-28块理论板，塔顶循环采出位置为第1-5块理论板。柴油汽提塔理论板数为2-15块，馏分油汽提塔理论板数为2-15块。冷凝回流系统回流与采出比为1-20。油洗分馏塔塔顶压力为0.9-1.4bar，塔釜压力为1-1.5bar，水洗塔塔顶塔压力为0.9-1.3bar，塔釜压力为1-1.4bar，分凝器压力为0.9-1.3bar。
实施例1
将本实用新型方法用于油砂热解气油气的分离与能量回收，热解油气处理量为60吨/小时，与所述实用新型流程相同，采用分凝器作为冷凝回流系统，包括油洗分馏塔、塔底循环泵、塔底循环换热器、一中循环泵、一中循环换热器、二中循环泵、二中循环换热器、塔顶循环泵、塔顶循环换热器、馏分油汽提塔、柴油汽提塔、冷凝换热器、油水分离器。
油洗分馏塔塔顶压力为0.9bar，塔釜压力为1.0bar。油洗分馏塔共10块理论板，在理论板 3处测线采出进入柴油汽提塔，在理论板7处测线采出进入馏分油汽提塔，在理论板1处采出塔顶循环物流，通过塔顶循环进行取热，在理论板3处采出二中循环物流，通过二中循环进行取热，在理论板7处采出一中循环物流，通过一中循环进行取热，在理论板9处采出塔底循环物流，通过塔底循环进行取热。柴油汽提塔与馏分油汽提塔均有2块理论板。分凝器压力为0.9bar，汽油回流采出比为20:1.
塔底泵循采出温度为342℃，一中泵循采出温度为231℃，二中泵循采出温度为79℃，塔顶循环采出温度为70℃，塔顶温度为70℃，分凝器温度为20℃，塔釜温度为397℃。
每小时可以转化高压蒸汽14375.1kg，中压蒸汽5085.8kg，低压蒸汽5289.7kg。得到的热解气22780kg/h，汽油2722kg/h，柴油11175kg/h，馏分油13460kg/h和重油9863kg/h。
通过该工艺进行油砂热解油气的产品分离与能量回收，经计算废水比传统喷淋工艺减少 90％，可回收89％的热量。
实施例2
将本实用新型方法用于油砂热解气油气的分离与能量回收，热解油气处理量为60吨/小时，与所述实用新型流程相同，采用水洗塔作为冷凝回流系统，包括油洗分馏塔、塔底循环泵、塔底循环换热器、一中循环泵、一中循环换热器、二中循环泵、二中循环换热器、塔顶循环泵、塔顶循环换热器、馏分油汽提塔、柴油汽提塔、水洗塔、塔底采出泵、油水分离器、水循环泵、循环水换热器、汽油循环泵。
油洗分馏塔塔顶压力为1.3bar，塔釜压力为1.5bar。油洗分馏塔共80块理论板，在理论板 28处测线采出进入柴油汽提塔，在理论板50处测线采出进入馏分油汽提塔，在理论板5处采出塔顶循环物流，通过塔顶循环进行取热，在理论板28处采出二中循环物流，通过二中循环进行取热，在理论板50处采出一中循环物流，通过一中循环进行取热，在理论板69处采出塔底循环物流，通过塔底循环进行取热。柴油汽提塔与馏分油汽提塔均有15块理论板。水洗塔共有4块理论板，塔顶压力为0.9bar，塔釜压力为1.0bar。
油洗分馏塔底泵循采出温度为422℃，一中泵循采出温度为301℃，二中泵循采出温度为 149℃，塔顶循环采出温度为125℃，塔顶温度为125℃，塔釜温度为467℃。水洗塔塔顶温度为20℃，塔底温度为30℃，汽油回流采出比为1:1。
每小时可以转化高压蒸汽12321.5kg，中压蒸汽5435.4kg，低压蒸汽4532.4kg。得到的热解气20780kg/h，汽油3222kg/h，柴油11675kg/h，馏分油13460kg/h和重油9863kg/h。
通过该工艺进行油砂热解油气的产品分离与能量回收，经计算废水比传统喷淋工艺减少 79％，可回收80％的热量。
实施例3
将本实用新型方法用于油砂热解气油气的分离与能量回收，热解油气处理量为120吨/小时，与所述实用新型流程相同，采用分凝器作为冷凝回流系统，包括油洗分馏塔、塔底循环泵、塔底循环换热器、一中循环泵、一中循环换热器、二中循环泵、二中循环换热器、塔顶循环泵、塔顶循环换热器、馏分油汽提塔、柴油汽提塔、冷凝换热器、油水分离器。
油洗分馏塔塔顶压力为1.3bar，塔釜压力为1.4bar。油洗分馏塔共20块理论板，在理论板 6处测线采出进入柴油汽提塔，在理论板14处测线采出进入馏分油汽提塔，在理论板1处采出塔顶循环物流，通过塔顶循环进行取热，在理论板6处采出二中循环物流，通过二中循环进行取热，在理论板14处采出一中循环物流，通过一中循环进行取热，在理论板19处采出塔底循环物流，通过塔底循环进行取热。柴油汽提塔与馏分油汽提塔均有4块理论板。分凝器压力为1.3bar，汽油回流采出比为10:1。
塔底泵循采出温度为352℃，一中泵循采出温度为241℃，二中泵循采出温度为99℃，塔顶循环采出温度为80℃，塔顶温度为80℃，分凝器温度为70℃，塔釜温度为397℃。
每小时可以转化高压蒸汽28650.2kg，中压蒸汽10170.6kg，低压蒸汽10518.2kg。得到的热解气45560kg/h，汽油5444kg/h，柴油22350kg/h，馏分油26920kg/h和重油19726kg/h。通过该工艺进行油砂热解油气的产品分离与能量回收，经计算废水比传统喷淋工艺减少90％，可回收88％的热量。
实施例4
将本实用新型方法用于油砂热解气油气的分离与能量回收，热解油气处理量为30吨/小时，与所述实用新型流程相同，采用水洗塔作为冷凝回流系统，包括油洗分馏塔、塔底循环泵、塔底循环换热器、一中循环泵、一中循环换热器、二中循环泵、二中循环换热器、塔顶循环泵、塔顶循环换热器、馏分油汽提塔、柴油汽提塔、水洗塔、塔底采出泵、油水分离器、水循环泵、循环水换热器、汽油循环泵。
油洗分馏塔塔顶压力为1.4bar，塔釜压力为1.5bar。油洗分馏塔共40块理论板，在理论板 14处测线采出进入柴油汽提塔，在理论板25处测线采出进入馏分油汽提塔，在理论板2处采出塔顶循环物流，通过塔顶循环进行取热，在理论板14处采出二中循环物流，通过二中循环进行取热，在理论板25处采出一中循环物流，通过一中循环进行取热，在理论板34处采出塔底循环物流，通过塔底循环进行取热。柴油汽提塔与馏分油汽提塔均有10块理论板。水洗塔共有20块理论板，塔顶压力为1.3bar，塔釜压力为1.4bar。
油洗分馏塔底泵循采出温度为402℃，一中泵循采出温度为292℃，二中泵循采出温度为 129℃，塔顶循环采出温度为115℃，塔顶温度为105℃，塔釜温度为427℃。水洗塔塔顶温度为70℃，塔底温度为80℃，汽油回流采出比为20:1。
每小时可以转化高压蒸汽6160.7kg，中压蒸汽2727.2kg，低压蒸汽2310.2kg。得到的热解气10390kg/h，汽油1611kg/h，柴油5837kg/h，馏分油6734kg/h和重油4933kg/h。
通过该工艺进行油砂热解油气的产品分离与能量回收，经计算废水比传统喷淋工艺减少82％，可回收80％的热量。
Claims (1)
1.一种油砂热解油气的分离与能量回收集成的设备，其特征在于：包括油洗分馏塔(3)、塔底循环泵(5)、塔底循环换热器(7)、一中循环泵(10)、一中循环换热器(12)、二中循环泵(15)、二中循环换热器(17)、塔顶循环泵(49)、塔顶循环换热器(51)、馏分油汽提塔(22)、柴油汽提塔(26)以及冷凝回流系统；热解油气从底部进入油洗分馏塔(3)，
通过管道连接油洗分馏塔(3)与塔底循环泵(5)经过塔底循环换热器(7)之后返回油洗分馏塔(3)，
通过管道连接油洗分馏塔(3)与一中循环泵(10)经过一中循环换热器(12)之后返回油洗分馏塔(3)，
通过管道连接油洗分馏塔(3)与二中循环泵(15)经过二中循环换热器(17)之后返回油洗分馏塔(3)，
通过管道连接油洗分馏塔(3)与馏分油汽提塔(22)，汽提塔底部设有物流采出，塔顶气相返回油洗分馏塔(3)，
通过管道连接油洗分馏塔(3)与柴油汽提塔(26)，柴油汽提塔底部设有物流采出，塔顶气相返回油洗分馏塔(3)，
通过管道连接油洗分馏塔(3)冷凝回流系统，并在冷凝回流系统中设有物流采出，(3)塔底设有物流采出。
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| CN201820941433.0U CN209276439U (zh) | 2018-06-19 | 2018-06-19 | 一种油砂热解油气的分离与能量回收集成的设备 |
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Cited By (1)
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| CN108611104A (zh) * | 2018-06-19 | 2018-10-02 | 天津大学 | 一种油砂热解油气的分离与能量回收集成的方法和设备 |
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2018
- 2018-06-19 CN CN201820941433.0U patent/CN209276439U/zh active Active
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108611104A (zh) * | 2018-06-19 | 2018-10-02 | 天津大学 | 一种油砂热解油气的分离与能量回收集成的方法和设备 |
| CN108611104B (zh) * | 2018-06-19 | 2024-05-24 | 天津大学 | 一种油砂热解油气的分离与能量回收集成的方法和设备 |
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| GR01 | Patent grant | ||
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