CN105542863A - 一种外热辐射蓄热式油页岩干馏炉 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种外热辐射蓄热式油页岩干馏炉，设有多排间隔排列的干馏室和燃烧室；每排燃烧室由多层独立的燃烧通道组成，燃烧室产生的热量通过花墙结构导热墙以热辐射和热传导的方式传给干馏室内的油页岩；干馏炉下部的气化段、冷却段、冷却水套及蒸气喷嘴设施，既能充分回收利用半焦内残炭，又能回收利用半焦和灰渣余热；以半焦与水蒸气反应生成的水煤气作为带出油页岩热解油气的媒介，出口气量小、干馏气纯度高、热值高；本干馏炉日处理能力可达500t以上，油收率可达90％以上，耗水、耗电量小，辅助回收系统小。本干馏炉解决了目前外热干馏技术不能利用半焦残炭、热效率低、维护困难和产量低的问题，尤其适用于水资源匮乏的地区使用。

Description

一种外热辐射蓄热式油页岩干馏炉

技术领域

本发明涉及一种外热辐射蓄热式油页岩干馏炉，具体地说是一种应用外热辐射加热技术和蓄热式燃烧技术对油页岩进行干馏炼油的干馏炉，属于油页岩干馏炼油领域。

背景技术

目前，中国广泛使用的油页岩干馏炼油技术主要有三种。第一种是抚顺式油页岩干馏炉，上半段为干馏段，下半段为气化段；循环干馏气从干馏炉中部通入，与半焦在气化段燃烧后产生高温烟气一起加热干馏段的页岩，单炉处理能力为100t/天，处理粒度为12～75mm，油收率为75％左右。第二种是全循环式干馏炉，炉内无燃烧装置，依靠从干馏炉中部通入的热循环瓦斯对上部的油页岩进行干馏，单炉处理能力为300t/天，处理粒度为6～50mm，油收率为90％左右。第三种SJ型气燃式方炉，干馏气与空气燃烧生成的高温烟气通过布气花墙从炉底向上流动，加热干馏段的油页岩，单炉处理能力为300-500t/天，处理粒度为6～80mm，油收率为80％左右。

以上三种炉子均属于采用气体热载体干馏工艺，工艺成熟稳定，但存有气体热载体工艺存在的炉内布气不均匀、偏流严重的问题；同时由于气体热载体干馏炉的出口气体包括自产干馏气、燃烧烟气、循环煤气、水蒸汽等，气体量非常大，从而辅助工程庞大，耗水量大，投资大，热效率低；尤其不适合用于缺水的地区。

还有一种是采用外热式干馏工艺的干馏炉，是将燃烧烟气的热量间接的传递给油页岩，烟气不与油页岩接触，因此，干馏煤气纯度高、热值高，煤气中页岩油的浓度也高，有利于页岩油的回收；同时可以大大缩小辅助回收系统，可节约大量用水。但外热式干馏工艺的难点在于难以保证炉内热量的有效传递。上世纪20～60年代国外一度盛行的外热式炉均因为热效率低、炉子规模难以放大的原因关停了。近年来国内也有提出的一些外热式油页岩干馏工艺的专利，虽然在干馏炉热效率和产量问题上有所改善，但均不能回收利用半焦潜热(即半焦内残炭，也称固定碳)和半焦显热，半焦出炉后直接排放，造成了资源浪费和环境污染。也有的干馏炉采用在炉子内部(燃烧室烟道附近)设置蓄热室，会产生维修困难的问题，也会带来漏气串气的隐患。

因此，亟需开发一种能克服上述存在的问题，且热效率高、能充分回收利用半焦潜热和显热，同时日处理油页岩量高的外热式油页岩干馏炉。

发明内容

本发明的目的是要解决上述现有技术存在的问题，而提供一种应用外热辐射加热技术和蓄热式燃烧技术对油页岩进行干馏炼油的外热辐射蓄热式油页岩干馏炉，且该干馏炉结构稳定，能充分回收利用半焦潜热和显热，热效率高，投资低，建设规模灵活，易维修，干馏炉外围辅助回收系统较简单，尤其适用于在水资源匮乏的地区建设。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种外热辐射蓄热式油页岩干馏炉，包括干馏炉的炉体，炉体上部的进料系统以及炉体底部的排渣装置；所述干馏炉的炉体上部的进料系统设有上料装置，布料小车，上、下料钟和三角挡板；干馏炉的炉体内上部为油页岩的预热段，干馏炉的炉体内中部间隔布置有燃烧室与干馏室，燃烧室布置在干馏室两侧；干馏室的上方与炉内上部的预热段连通，干馏室的下方与炉内下部的气化段、冷却段连通；

所述干馏炉的炉体上部的上、下料钟组成双料钟机构，用于提高干馏炉的密封性；

所述干馏炉的炉体内上部的预热段设有集气系统的排气口；

所述干馏炉的炉体内中部间隔布置的燃烧室与干馏室为多排结构，燃烧室砌筑在由钢梁支撑的钢结构上，每排燃烧室由从下到上竖直叠加排列的多层燃烧通道构成，每层燃烧通道均由导热的耐火材料砌筑而成，在每层燃烧通道的两端炉墙上均安装有蓄热式烧嘴，燃料经蓄热式烧嘴在燃烧通道中燃烧，产生的热量通过导热墙以热辐射和热传导的方式传递给干馏室；所述的燃烧通道两侧的导热墙砌成花墙结构，即燃烧通道内侧导热墙砌成城垛式结构墙面，导热墙外侧砌成平直面结构墙面；两排相邻燃烧通道的导热墙外侧平直面结构墙面之间围成了干馏室；

干馏炉的炉体内下部设有气化段、冷却段、冷却水套、蒸气喷嘴和蒸气管道；所述的气化段为半焦内残炭与水蒸气反应段；冷却水套由钢板围成环道，用槽钢固定在冷却段的两侧，冷却水套内充满软水，并与干馏炉外的软水供应系统和余热锅炉系统相连；所述的蒸气喷嘴均匀布置于冷却段底部且与蒸气管道相连；

所述干馏炉炉体底部的排渣装置设有刮板式除渣机和水池，刮板式除渣机和干馏炉之间用水封连接，保证干馏炉的密封性，半焦气化反应后生成的灰渣由排渣装置排出。

所述的每层燃烧通道是相互独立的，既能充分提供燃烧的热能，又能保证干馏炉的稳定性；根据干馏炉的处理量燃烧室数量为5～20排，燃烧通道的层数为6～12层。

所述的燃烧通道两侧的导热墙采用组合砖砌筑成内侧为城垛式结构墙面和外侧为平直面结构墙面，用以保证导热墙的强度和导热性，同时通过调整蓄热式烧嘴工作状态使燃烧通道内侧导热墙温度控制在1000～1350℃，导热墙外侧的平直面结构墙面温度稳定在600～700℃。

所述燃烧通道两端安装的蓄热式烧嘴采用交互式的工作方式，当一端的蓄热式烧嘴燃烧时，另一端的蓄热式烧嘴处于蓄热状态；蓄热式烧嘴的换向控制采用在每只蓄热式烧嘴前安装气动快切阀分散控制，每只蓄热式烧嘴前安装有煤气、空气、烟气气动快切阀各一只。

所述干馏炉下部冷却水套内充满的软水吸收冷却段内灰渣热量生成水蒸汽，水蒸汽在外部配套余热锅炉内进行气液分离后，水蒸气经蒸气管道和蒸气喷嘴从冷却段底部喷入，在水蒸气上升过程中继续吸收页岩灰渣热量形成过热蒸气，并在气化段与半焦内残炭气化反应生成水煤气，同时带走部分半焦显热；水煤气上行过程中带走干馏室内的高温油气。

本发明的外热辐射蓄热式油页岩干馏炉干馏工艺流程为：

1、油页岩从干馏炉炉体上部的进料系统送入，通过双料钟布料，与上行的高温油气接触预热后，在燃烧室上方的三角形挡板的作用下，油页岩均匀分布于各个干馏室内。

2、燃烧室为干馏室中油页岩的干馏提供热量。多排燃烧室砌筑在由钢梁支撑的钢结构上，每排燃烧室从下到上由多层独立的燃烧通道构成。燃烧室的导热墙采用高导热的耐火材料砌筑而成，保证了燃烧室的强度和高的导热性，燃烧通道两侧导热墙采用组合砖砌筑成花墙结构，即燃烧通道的内侧为城垛式结构墙面，外侧为平直面结构墙面；燃烧通道采用蓄热式燃烧，蓄热式烧嘴布置在燃烧通道两端的炉墙上；所述蓄热式烧嘴采用交互式的工作方式，当一端的蓄热式烧嘴燃烧时，另一端的蓄热式烧嘴处于蓄热状态；蓄热式烧嘴的换向控制采用在每只蓄热式烧嘴前安装气动快切阀分散控制，每只蓄热式烧嘴前安装有煤气、空气、烟气气动快切阀各一只。

3、干馏瓦斯气在燃烧通道中燃烧加热四周的导热墙，热量通过城垛式结构墙面以热辐射和热传导的方式传给干馏室内堆积的油页岩；油页岩受热热解生成页岩油和瓦斯气；

4、在干馏室下部气化段生成的水煤气的带动下，高温油气穿过下行的油页岩料层到达干馏室上部预热段，预热油页岩后，经集气系统的排气口汇入总瓦斯管道进入后续的处理工序。

5、油页岩经干馏后生成的高温半焦继续下行到干馏炉下部气化段；高温半焦内的残炭与从冷却段上行的过热水蒸气气化反应生成水煤气(主要为一氧化碳和氢气)，同时带走部分半焦显热；水煤气上行过程中作为媒介带走干馏室中的油气。

6、半焦气化反应后的高温灰渣继续下行到冷却段；冷却水套内的软水吸收灰渣热量生成大量蒸气，水蒸气通过外部配套的余热锅炉进行气液分离后，水蒸气经蒸气管道从冷却段底部的蒸气喷嘴喷入冷却段，在上行过程中继续吸收页岩灰渣热量形成过热水蒸气。此外，通入的水蒸气对干馏炉起到一定的密封作用。

7、上升的高温油气(包括半焦气化生成的水煤气)在干馏炉上部与油页岩充分接触时，将油页岩预热至150℃左右，同时使油气自身温度降低，随后经过集气系统排气口导出；冷凝回收的页岩油送入油罐；回收的瓦斯气(包括半焦气化反应生成的水煤气)净化除硫后大部分送入蓄热式烧嘴，经燃烧产生高温烟气继续加热导热墙，为干馏室内的油页岩提供干馏所需热量。

8、页岩灰渣降温后进入密封水池最终由刮板式除渣机排除炉外，灰渣排除后，由于重力作用上部油页岩自然下落，继续干馏过程，如此循环。

本发明的外热辐射蓄热式油页岩干馏炉与现有技术相比具有的有益效果是：

⑴、本发明的干馏炉运行稳定。干馏炉上部采用双料钟进料，使干馏炉的密闭性大大提高。

⑵、本发明的干馏炉可以充分回收利用半焦潜热(残炭)和半焦显热，提高干馏炉热效率；

⑶、本发明干馏炉的干馏室和燃烧室是采用相互间隔布置的结构，每排燃烧室从下到上顺序布置独立的燃烧通道，热效率高，又能保证炉子的稳定性，可以解决已有外热式技术热效率低下等缺陷。

⑷、本发明的干馏炉导热墙采用花墙式结构，在保证导热性的同时可以保证干馏炉结构的稳定性；燃烧室内侧导热墙为花墙的城垛式结构，可大大提高烟气与导热墙的接触面积，提高换热量；导热墙连接干馏室的一侧为平直面结构墙面，便于油页岩在干馏室内的移动；同时本发明将蓄热式烧嘴安装在燃烧通道两端炉墙上，即在炉子外部，便于维修，可以较好地解决常规干馏炉蓄热室维修困难的缺陷。

⑸、本发明的干馏炉利用半焦残炭与水蒸气反应生成纯度高的水煤气，水煤气可以与干馏油气一起直接回收利用，回收的水煤气与干馏油气经分离净化后，又进一步采取脱硫处理，降低了硫对设备的腐蚀；处理后的煤气直接作为燃烧通道所用燃料。本发明的干馏炉采用高效环保的蓄热式喷嘴，可对烟气余热回收利用，燃料燃烧后氮氧化物的排放量也非常小。

⑹、本发明以水煤气作为带出油页岩干馏油气的媒介，而不是采用冷循环瓦斯，进一步降低了排气口出气量。由于本发明的干馏炉减少了干馏气的体积流量，从而减轻后续油回收工段负荷及公辅设施，也减少了大量冷却用水。

⑺、本发明的干馏炉底部刮板式除渣机和干馏炉之间用水封连接，以保证干馏炉的密封性。本发明的干馏炉排除的灰渣温度低，水池中水的蒸发量也明显减少，从而可以减少池中水的补给量，因此本发明的干馏炉可比同等规模气体热载体干馏炉节省水电50％以上，尤其适合于在水资源较匮乏的地区使用。

⑻、本发明的干馏炉投资低，建设规模灵活，燃烧室和干馏室的数量可根据生产需要和现场条件适量增加，以提高单炉产能。

附图说明

图1为本发明的外热辐射蓄热式油页岩干馏炉结构示意图。

图2为图1的A—A向剖视示意图。

图3为图2的B—B向剖视示意图。

上述图中：1—上料装置，2—布料小车，3—上料钟，4—下料钟，5—排气口，6—三角挡板，7—燃烧室，8—干馏室，9—气化段，10—冷却段；11—冷却水套，12—导热墙，13—城垛式结构墙面，14—平直面结构墙面，15—蓄热式烧嘴，16—蒸气管道，17—蒸气喷嘴，18—燃烧通道，19—刮板式除渣机。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明的实施不限于此。

实施例1：本发明提供一种外热辐射蓄热式油页岩干馏炉，其结构如图1、2、3所示，干馏炉包括干馏炉的炉体，炉体上部的进料系统以及炉体底部的排渣装置，所述的炉体上部的进料系统设有上料装置1，布料小车2，上料钟3、下料钟4和三角挡板6。油页岩经上料装置1被提升到干馏炉炉顶，加入到布料小车2中，布料小车2沿设置在炉顶的料车轨道运动，在运动过程中，通过设置在布料小车2上的振动布料机构，将油页岩均匀地散布在设于干馏炉炉顶的上料钟3里，上料钟3和设置于其下面的下料钟4组成双料钟机构，完成向干馏炉的均匀布料。每一个双料钟为两个干馏室8布料。

所述干馏炉的炉体内上部为油页岩的预热段，干馏炉炉体内的预热段还设有集气系统的排气口5；干馏炉炉体内中部设有燃烧室7与干馏室8，燃烧室布置在干馏室两侧；干馏室8的上方与炉体内上部的预热段连通，干馏室的下方与炉内下部的气化段9、冷却段10连通；

所述干馏炉的炉体内中部的燃烧室与干馏室为多排结构，根据干馏炉的处理量燃烧室数量可以为5～20排。每排燃烧室7由从下到上竖直叠加排列的多层独立的燃烧通道18构成，燃烧通道18的层数可为6～12层。本实施例的干馏炉设有4排干馏室，5排燃烧室，每排燃烧室有6层独立的燃烧通道，参见图1。燃烧室均由高导热的耐火材料砌筑成导热墙12。

参见图2、3，在每层燃烧通道18的两端炉墙上均安装有蓄热式烧嘴15，安装的蓄热式烧嘴大部分在炉体外，便于更换与维修。蓄热式烧嘴15采用交互式的工作方式，当一端的蓄热式烧嘴燃烧的时候，另一端的蓄热式烧嘴处于蓄热状态；蓄热式烧嘴15的换向控制是通过在每只蓄热式烧嘴前安装的气动快切阀分散控制的，每只蓄热式烧嘴前安装有煤气、空气、烟气气动快切阀各一只。当燃料经蓄热式烧嘴在燃烧通道18中燃烧时，产生的热量通过导热墙12以热辐射和热传导的方式传递给干馏室8内的油页岩；所述的每个燃烧通道18的两侧导热墙采用花墙式结构，每个燃烧通道内两侧导热墙砌成城垛式结构墙面13，可大大提高烟气与导热墙的接触面积，提高换热量；导热墙外侧砌成平直面结构墙面14，便于油页岩在干馏室内的移动。两排相邻燃烧室的导热墙外侧墙面之间围出了干馏室8的空间。

油页岩经上、下料钟和三角挡板6均布于干馏室8内部，由干馏室底部开始堆积直至三角挡板6上部0.5～1m处。瓦斯气和空气则在各燃烧通道18内燃烧，本实施例中导热墙12的城垛式结构墙面13被加热到1300℃左右，热量传递到平直面结构墙面14，平直面结构墙面温度可达到700℃，再通过平直面结构墙面14将热量以热辐射和热传导方式传递给干馏室8内的油页岩。

油页岩热解生成的页岩油和瓦斯气，在干馏室下部气化段内半焦气化反应生成的水煤气带动下透过油页岩缝隙向上流动，将干馏室8上部预热段的油页岩加热至150℃左右。油气从排气口5排出后，通过外部配套的油气分离净化装置进行油气分离；得到的页岩油送入油罐进行后续处理；得到的瓦斯气(包括半焦气化反应生成的水煤气)除硫后经管道输送回蓄热式烧嘴中，作为气体燃料在燃烧通道18中燃烧为干馏室提供热量，剩余的高热值瓦斯气还可以外供。

干馏炉炉内下部设有气化段9、冷却段10、冷却水套11、蒸气管道16和蒸气喷嘴17，所述的气化段即为半焦内残炭与水蒸气反应段，半焦进入气化段9的温度为550℃左右，高温半焦内的残炭，即固定碳与上行的过热水蒸气反应生成水煤气；水煤气上行过程中带动干馏生成的油气进入干馏炉上部的集气系统；半焦残炭与水蒸气反应后生成的高温灰渣继续下行到冷却段10。

冷却水套11由钢板围成的环道构成，用槽钢固定在冷却段10的两侧。冷却水套11内的软水吸收高温灰渣余热，生成大量高温蒸气，通过外部配套余热锅炉进行气液分离后，高温水蒸气经蒸气管道16通过均匀布置的蒸气喷嘴17从冷却段10底部通入，上行过程中与高温灰渣充分接触，吸收灰渣热量形成过热蒸气，上行到气化段9与半焦进行气化反应。

干馏炉炉体底部设有排料装置，降温后的页岩灰渣进入密封水池最终由刮板式除渣机19排除炉外，如图3所示。灰渣排除后，由于重力作用上部油页岩自然下落，继续干馏过程。

实施例2：本发明提供的一种外热辐射蓄热式油页岩干馏炉，其结构与实施例1基本相同，不同的是为扩大单炉产能，燃烧室7设计成20排，每排燃烧室设计有12层燃烧通道18，相应的有19排干馏室8，通过瓦斯气和空气在燃烧通道18内燃烧，导热墙12的城垛式结构墙面13被加热到1000℃，热量传递到平直面结构墙面14，平直面结构墙面温度可达到600℃，其余同实施例1。本发明的干馏炉日处理能力可达500t以上，油收率为90％以上。

本发明的干馏炉结构独特，运行稳定，热效率高，辅助回收系统小，干馏产出的煤气纯度高、热值高，可比同等规模气体热载体干馏炉节省水电50％以上，特别适合于在水资源较匮乏的地区使用。

Claims (5)

1.一种外热辐射蓄热式油页岩干馏炉，包括干馏炉的炉体，炉体上部的进料系统以及炉体底部的排渣装置；所述干馏炉的炉体上部的进料系统设有上料装置，布料小车，上、下料钟和三角挡板；干馏炉的炉体内上部为油页岩的预热段，干馏炉的炉体内中部间隔布置有燃烧室与干馏室，燃烧室布置在干馏室两侧；干馏室的上方与炉内上部的预热段连通，干馏室的下方与炉内下部的气化段、冷却段连通；其特征在于：

所述干馏炉的炉体上部的上、下料钟组成双料钟机构，用于提高干馏炉的密封性；

所述干馏炉的炉体内上部的预热段设有集气系统的排气口；

所述干馏炉的炉体内中部间隔布置的燃烧室与干馏室为多排结构，燃烧室砌筑在由钢梁支撑的钢结构上，每排燃烧室由从下到上竖直叠加排列的多层燃烧通道构成，每层燃烧通道均由导热的耐火材料砌筑而成，在每层燃烧通道的两端炉墙上均安装有蓄热式烧嘴，燃料经蓄热式烧嘴在燃烧通道中燃烧，产生的热量通过导热墙以热辐射和热传导的方式传递给干馏室；所述的燃烧通道两侧的导热墙砌成花墙结构，即燃烧通道内侧导热墙砌成城垛式结构墙面，导热墙外侧砌成平直面结构墙面；两排相邻燃烧通道的导热墙外侧平直面结构墙面之间围成了干馏室；

干馏炉的炉体内下部设有气化段、冷却段、冷却水套、蒸气喷嘴和蒸气管道；所述的气化段为半焦内残炭与水蒸气反应段；冷却水套由钢板围成环道，用槽钢固定在冷却段的两侧，冷却水套内充满软水，并与干馏炉外的软水供应系统和余热锅炉系统相连；所述的蒸气喷嘴均匀布置于冷却段底部且与蒸气管道相连；

所述干馏炉炉体底部的排渣装置设有刮板式除渣机和水池，刮板式除渣机和干馏炉之间用水封连接，保证干馏炉的密封性，半焦气化反应后生成的灰渣由排渣装置排出。

2.根据权利要求1所述的外热辐射蓄热式油页岩干馏炉，其特征在于：所述的每层燃烧通道是相互独立的，既能充分提供燃烧的热能，又能保证干馏炉的稳定性；根据干馏炉的处理量燃烧室数量为5～20排，燃烧通道的层数为6～12层。

3.根据权利要求1所述的外热辐射蓄热式油页岩干馏炉，其特征在于：所述的燃烧通道两侧的导热墙采用组合砖砌筑成内侧为城垛式结构墙面和外侧为平直面结构墙面，用以保证导热墙的强度和导热性，同时通过调整蓄热式烧嘴工作状态使燃烧通道内侧导热墙温度控制在1000～1350℃，导热墙外侧的平直面结构墙面温度稳定在600～700℃。

4.根据权利要求1所述的外热辐射蓄热式油页岩干馏炉，其特征在于：所述燃烧通道两端安装的蓄热式烧嘴采用交互式的工作方式，当一端的蓄热式烧嘴燃烧时，另一端的蓄热式烧嘴处于蓄热状态；蓄热式烧嘴的换向控制采用在每只蓄热式烧嘴前安装气动快切阀分散控制，每只蓄热式烧嘴前安装有煤气、空气、烟气气动快切阀各一只。

5.根据权利要求1所述的外热辐射蓄热式油页岩干馏炉，其特征在于：所述干馏炉下部冷却水套内充满的软水吸收冷却段内灰渣热量生成水蒸汽，水蒸汽在外部配套余热锅炉内进行气液分离后，水蒸气经蒸气管道和蒸气喷嘴从冷却段底部喷入，在水蒸气上升过程中继续吸收页岩灰渣热量形成过热蒸气，并在气化段与半焦内残炭气化反应生成水煤气，同时带走部分半焦显热；水煤气上行过程中带走干馏室内的高温油气。