CN87102474A - 油页岩干馏设备的控制方法 - Google Patents

Abstract

这里公开了油页岩干馏设备的控制方法。这种干馏的操作方式是，当以碎片形式载于转动炉箅上的一层油页岩水平输送时，油页岩与基本上以垂直方向流过油页岩层的热气流接触，使油页岩加热和干馏。连续监测了流过部分油页岩层的气体中所含的烃浓度，所指的那部分油页岩已加热到达到或超过干馏温度。改变热气流的温度和/或流速和/或转动炉箅的水平移动速度，可使烃浓度控制在预定的水平之下。

Description

本发明涉及油页岩干馏设备的控制方法，更具体地说，是涉及下述干馏设备的控制方法，该设备装有转动炉篦、分别固定在转动炉篦上下的空气室，空气室与转动炉篦保持气密，以便防止气体从相应的空气室向外泄漏（为方便起见，上述设备在下文被称为转动炉篦干馏釜），该控制方法包括控制干馏加热气体的温度，控制干馏加热气体的流速和/或转动炉篦的水平移动速度。

在油页岩的干馏中，一般均采用称为圆炉篦或直炉篦的转动炉篦干馏釜，其基本操作之一是使气体基本上以直角流经载于转动炉篦上并与转动炉篦几乎一起水平移动的固体碎片油页岩层，从而加热或冷却该油页岩。该操作相似于在这种设备内熟知的铁矿石的焙烧和冷却方法。

在这种转动炉篦干馏釜内干馏油页岩的优点是在它的处理过程中，油页岩不被粉碎成粉末，因为如上所述受干馏的油页岩是载于转动炉篦上，油页岩本身可以固定床的形式移动。

如在本技术领域内众所周知的，当油页岩受干馏处理时，油页岩内产生许多裂缝并变脆。因此，稍加碰撞就能使它们碎成粉末。当油页岩在设备内受干馏处理时，例如碎片状油页岩在从容器顶部进料，并从容器底部排出这类设备中受干馏处理时，容器内便形成油页岩的移动床，气体再流经移动床（该设备在下文被称为“移动床设备”），在油页岩碎片床的移动过程中，由于油页岩碎片在相互接触中碰撞和摩擦，形成许多油页岩粉末。

倘若上述油页岩粉末的生成量很大，气体流过油页岩碎片床的阻力就增加，这不仅要求增加鼓风的动力，而且在气体流过油页岩碎片床时产生沟流。因而油页岩就不能继续进行充分的干馏。而且大量油页岩粉末与生成的干馏油相混，会使干馏油的质量大大降低。因为上述理由，采用只产生极少量油页岩粉末的转动炉篦干馏釜进行干馏的方法才被认为是优良的方法。

采用转动炉篦干馏釜干馏油页岩的常规方法已经提出，如美国专利号3    325    395，4    058    905和4    082    645。在美国商业部National    Technical    Information    Seruice编的Oil    Shale    Data    Book，pB80-125636中也介绍了圆形炉篦干馏釜干馏方法（下文称为“常规方法”）。

大家知道，油页岩的质量变化很大，这取决于矿石的部位，甚至在同一区域开采时取决于开采深度。也就是说，油页岩主要由油母质和矿物质组成，它们的含量和组成变化很大。

众所周知，当油页岩加热干馏时，在350-500℃温度下，油母质大部分分解成页岩油和气体。另一方面大家也知道，在90-400℃的较低温度下，矿物质中的天然小苏打、片钠铝石等矿物质会分解。其中的水含量一般也变化很大，如从3%至20%。

当质量有上述变化的油页岩物料，在转动炉篦干馏釜内进行连续干馏处理时，会遇到下列问题。上述油母质和矿物质的上述热分解均为吸热反应，干馏时均需要相当大的热量。例如，天然小苏打和片钠铝石的分解放热报导如下：

天然小苏打的分解：

相似地，在干馏时水也蒸发。它的蒸发需要大量的潜热。在转动炉篦干馏釜中，提高油页岩显热所需的热量及进行上述热分解所需的反应热均由通过油页岩碎片层的气体中获得。这种转动炉篦干馏釜已通过保持恒定的温度和气体流速，得到顺利的操作。

在上述干馏中，油母质和矿物质热分解和蒸发水所需的热量是根据受干馏处理的油页岩进料的质量而变化的。因此在干馏中，油页岩达到的最高温度会不同。因此，一个潜在的问题是该页岩的温度可能达不到油母质热分解的水平（约500℃），因而页岩油的产量可能会下降。

习惯上，转动炉篦干馏釜已在许多情况下用于处理质量变化不大的原料，尤其是从热学观点出发与油页岩比较，它已用于如焙烧和冷却铁矿石等原料。因此上述缺点尚未过多地暴露出来。因而它们已经在预设定的加热气体的温度和流速、转动炉篦的转动速度等恒定条件下操作。也就没有多少必要去特别注意操作中的连续控制问题。

因而在这种常规技术延伸基础上用转动炉篦干馏釜进行油页岩的干馏过程中，尚未对油页岩进料的质量变化而引起的连续控制问题加以特别注意。至今几乎没有提出过有关的控制技术。

鉴于上述情况，本发明的目的之一是提供一种油页岩干馏设备的控制方法，以使页岩油的产率经常保持最大而不受油页岩进料质量的影响。

因此，本发明的一个方面是提供油页岩干馏设备的控制方法，所采用干馏设备的操作方式是：当以碎片形式载于转动炉篦上的一层油页岩水平输送时，油页岩与基本上以垂直方向流过油页岩层的热气流接触，使油页岩加热和干馏，控制方法包括：连续监测含在流过部分油页岩层的气体中的烃类物质浓度，在该部分中的油页岩已达到或超过干馏温度，改变热气体的温度、流速，和/或改变转动炉篦水平输送的速度，使烃类物质的浓度控制在预定水平之下。

按照本发明，流过加热到干馏温度（350℃）或更高温度的油页岩层的气体中所含烃类物质的浓度被连续监测，该加热气体的温度和/或流速，和/或转动炉篦的水平输送速度被控制，以保持烃类物质的浓度低于预定的水平，换言之，以完成干馏。因此，可达到下列显著效果：

1）页岩油的产率可经常保持最高，而不受油页岩进料质量变化的影响。

2）单位油页岩处理量的水、电、汽费用可达最低。

从说明书下文及所附权利要求，并结合有关附图，本发明的上述目的和其它目的，特别和优点将变得更加明显，附图中：

图1是按照本发明第一实施方案的控制方法的系统图;

图2是按照本发明第二实施方案的控制方法的系统图;

图3是按照本发明第三实施方案的控制方法的系统图;

图4是当油页岩受干馏时，温度和烃类物质生产率的关系图;

图5是温度和页岩油生产率之间的关系图。

本发明人注意到下述事实，即页岩油和气态烃是在基本上相同的温度下将油页岩加热和干馏时形成的，这导致了完成本发明。当加热油页岩时，它的热分解在350℃左右开始。页岩油生产率以430℃左右最高。该反应实际上在500℃时进行完全。已知的事实还有：氢气（H₂）和烃，如甲烷（CH₄）、乙烷（C₂H₆）和丙烷（C₃H₈）也在基本上相同的温度范围内同时产生。例如，在图4、5上示出的数据公开于IN SITU 4（1），1-37（1980）。

另一方面，烃的浓度可用装有火焰离子化检测器的常规仪器连续监测。在干馏中产生出的页岩油的数量是极难连续测量的。因而尚未研制出用于该目的的仪器。而烃的浓度却能极容易连续监测。

载于转动炉篦上的油页岩碎片受热时便放出页岩油和气体。在继续干馏时，因此可以认为烃是存在于流过油页岩层的气体中的。完成最后的干馏后，烃和页岩油便停止产出，流过油页岩层的气体中实际上不再含有烃。

现在以举例方式假定，在连续操作过程中，水分和易于热分解的矿物质的含量已经增加，即干馏需要的热量已经增加。若在不变的干馏条件下继续操作，则会出现不能使油页岩充分加热的情况。因而单位量油页岩的页岩油产量下降。相反，采用本发明的方法则可迅速改变干馏条件，如提高加热气体的强度，增加加热气体的流速和/或降低转动炉篦水平移动的速度等。这样就能保证油页岩的充分加热，使页岩油的产率经常维持最高。

另一方面，当遇到需要降低油页岩干馏的需热量时，本发明可降低加热气体的温度，降低加热气体的流速和/或增加转动炉篦的水平移动速度，因而可防止油页岩不必要的过热。也就是说，油页岩能经常在最佳条件下干馏，而不管它的质量如何改变。因此，单位处理量油页岩的水，电，汽费用可降至最低。这是一种极有效的节能操作。

为了更好地理解本发明，下面将参考附图对本发明的优选实施例进行描述。

在图1中，本发明已被应用于使用转动炉篦的直接加热系统中的干馏过程。当载于转动炉篦上的一层油页岩（下文称为油页岩层）2相继通过由间壁a、b限定的加热干馏区W、间壁b、c限定的用于页岩经干馏后将其中残余的碳烧掉的燃烧区X和间壁c、d限定的冷却区Y时，油页岩便分别与送入这些区内的气流接触而受到干馏、碳燃烧和冷却。

在图1中，油页岩碎片由位于加热干馏区W左边的油页岩加料器（未示出）加到转动炉篦1上，形成油页岩层2。当转动炉篦1移动时，该油页岩层2进入加热干馏区W，油页岩与该区中的热气流接触，此热气流是由循环气体中的干馏气燃烧获得的。油页岩加热干馏之后，油页岩层2移动到燃烧区X。

从加热干馏区W流出的气体，与伴随的干馏产生的油和水一起进入气液分离器S，在分离器S中，干馏油和干馏水与气体分离。该气体然后由风机3排出。该气体的一部分作为产品气体排出系统，而其余气体首先作为循环气体通入热交换器H。在热交换器H中，循环气体与燃烧区X流出的热气体进行热交换，使循环气体加热。然后循环气体又回到加热干馏区W。

从燃烧区X流出的气体由风机4排出系统之外。一部分循环气体通过装在加热干馏区W的气体入口的燃烧器B燃烧形成热气体。然后热气体用于供给干馏。另一方面，向冷却区Y通入空气，与那里的废页岩进行热交换。空气便在冷却区加热。然后一部分这种已加热的空气经管线g通入燃烧区X，而另一部分则通入加热干馏区W，两者均由鼓风机5输送。这两部分加热空气便分别被用于燃烧剩余碳和使气体循环。余下的那部分空气则被排出系统之外。

另一方面，已被气液分离器S分离出的干馏油和水，在油水分离器E中进一步分离成油和水，然后排出系统之外。

加热干馏区W中的干馏条件以下列方式控制。从图1上看，在加热干馏区W的右端部，油页岩层与热气流接触，被加热到干馏温度以上，并在那里完成干馏反应。在气体随后流经该区域的部位，安装了一根烃浓度监测器AN的取样管i。通过该取样管i，流经该部位气体中的烃浓度被烃浓度监测器AN连续监测。该监测数据然后由引线j输入控制器XC。

烃浓度预先已被储存于控制器XC中。根据预设定烃浓度与每个监测到的烃浓度的差值，一个信号便经引线K传送到控制阀V1，因而使控制阀V1按使上述差值减小的方向操作。现在假设在控制器XC内烃的浓度设定为2%。与烃浓度的监测值5%经引线j传送到控制器XC时，相应于差值3%的信号便从控制器XC送入控制阀V1，使控制阀V1打开。

当控制阀V1打开时，较大体积的燃烧空气便进入燃烧器B。较大部分的循环气便燃烧使干馏气体的温度升高。因而油页岩的干馏速度增加。这样便达到了实现充分干馏的条件。图1中，还示出了进料油页岩F、废页岩D、空气A、从系统排出的热空气AH、从燃烧区X燃烧剩余碳后排出的废气FF、干馏油φ和干馏水DW。

在图2中，是控制干馏气的流速而不是控制干馏气的温度。根据设定值和监测值的差值，一个信号便从控制器XC经引线1传送到控制阀V2，并使之操作。若监测值以举例的方式高于烃浓度设定值，则控制阀V2按上述控制方法打开，以增加要流过加热干区W的干馏气体的量。因而干馏的速度增加，使能实现充分的干馏。在这一情况下，采用温度传感器AT、温度控制器TC和空气流速控制阀V1使加热干馏区W的气体入口的干馏气温度保持不变。

在图3中，炉篦的转动速度是受控制的。根据设定值和监测值的差值，一个信号便从控制器XC经引线p传送到炉篦的驱动电机M，以控制电机M的转速。也就是说，电机M的控制方式是，当监测到的总烃浓度高于设定值时，炉篦的转动速度降低。

在图2和图3中，类似的数字和字母表示与图1类似的设备和引线。若不是象分别由1、2、3表示的那样独立地控制干馏热气的温度、热气的流速和炉篦的转速，也可以同时控制由上列参数中的2个或几个所构成的复杂条件。

下面用实例说明本发明的有益效果。

实例1

在直径为500mm的容器中填充1000mm高的油页岩碎片，让加热到700℃的气体流过油页岩，用装有火焰离子化检测器的监测器测定生成的排出气中的总烃浓度。在排出气体上方喷淋水使之冷却，收集生成的油并测量其数量。结果示于表1。

表1

试验号    总烃浓度（%）    油的产量（l）

1    4.1    10.0

2    4.3    11.4

3    2.51    13.5

4    0.01    14.3

所有总烃浓度均以甲烷表示。

由本例可知，在总烃浓度和油的产量之间存在一种关系。同时也可看出，在总烃浓度高的干馏条件下，油页岩的干馏不完全，因而油的产量低。

实例2

用图3所示的油页岩干馏设备，连续处理了3吨油页岩。获得了下列结果。

页岩油产量：228l

平均干馏时间：20min

对比例

在没有炉篦转速控制的情况下，用与例2相同矿的油页岩3吨进行连续干馏。获得了下列结果。

页岩油产量：195l

在上述干馏中，炉篦的转速保持不变，使平均干馏时间达20min。干馏气的浓度和流速与例2中所用的相同。

从实例2和对比例可以看出，按照本发明的方法控制干馏条件，可获得页岩油产量增加这一有益效果。

现已对本发明作了充分描述。但是很显然，本领域中一般的技术人员在不违背这里公开的本发明的精神和范围的情况下，还可进行许多变化和修改。

Claims (1)

1、油页岩干馏设备的控制方法，该干馏设备采用的方式是，当以碎片形式载于转动炉篦上的一层油页岩水平输送时，油页岩与基本上以垂直方向流过油页岩层的热气流接触，使油页岩加热和干馏，该方法包括连续监测流过部分油页层的气体中所含的烃浓度，所说的那部分油页岩已达到或超过了干馏温度，改变热气体的温度，和/或热气体的流速，和/或转动炉篦的水平移动速度，使烃浓度控制在预定的水平之下。

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