CN101649214B - 外燃式油页岩干馏工艺及装置 - Google Patents
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Abstract
一种用外燃方式对油页岩进行干馏炼油的工艺及装置。可以有效改进现行内燃式干馏工艺和设备日处理量小，占地面积大，收油率低，污染环境，半焦得不到有效利用等缺陷，本发明能燃用半焦，结构简单、操作方便、安全可靠、投资节省，本发明的油收率为90％以上。其特征是用烟气和饱和蒸汽的混合物作为热载体，约700℃左右，连续均衡地送入干馏炉中部，将油页岩加热到550℃左右，发生干馏。实施这一工艺的主要装置是破碎筛分装置，热载体制取和加热装置，皮带运输机和给料装置，干馏炉，冷凝回收装置。其中热载体制取和加热装置为实现本工艺的关键设备，由半焦瓦斯混烧炉、余热锅炉、热载体混合管和调节阀等构成。
Description
所属技术领域
本发明涉及一种用外燃方式对油页岩进行干馏炼油的工艺及装置。
背景技术
目前，国内的油页岩干馏炼油均采用内燃方式，一种是抚顺式圆炉，收油率为60～65％左右，有时只能达到55％左右，处理粒度为12-75mm。单炉处理能力小，日处理油页岩100吨。一种茂名式方炉，是全内燃式，收油率为70％左右，处理粒度为30-120mm。单炉处理能力为200吨/日。两种炉型均有处理量小，占地面积大，收油率低、污染环境等缺陷。茂名式方炉因污染问题已于20世纪80年代全部停产。由钱家麟、尹亮主编的《油页岩-石油的补充能源》(中国石化出版社2008年7月第一版)详细介绍了抚顺式工艺及干馏炉、加热炉的结构及原理，并且在第146页和148页公开了干馏炉、加热炉的结构。干馏炉如图4所示，包括加料装置401、炉体403及排灰装置410，所述加料装置401设置于炉体403的上部，排灰装置410设置于炉体403的下部，所述的炉体403的上部设置气体收集伞402，中间部分设置循环气入口407、拱台406，所述拱台406将炉体403分为上部干馏段404与下部气化段408，助燃空气及水蒸气从风头409进入干馏炉，发生燃烧和汽化反应，产生的热量供应给干馏段，由于燃烧段产生的热量不够，又从循环气入口407通入循环瓦斯补充。循环瓦斯则用蓄热式瓦斯加热炉来加热，加热炉如图5所示，包括燃烧室504、蓄热室503、安全盖501、循环气入口505、循环气入口506，蓄热室503内填满了格子砖502。蓄热式加热炉为间歇工作，一般一组炉(共20台干馏炉，总处理能力为每天2000吨)设三台蓄热式加热炉，一台燃烧，一台加热热载体，一台备用，交替使用。内燃式 干馏炉的缺点是：一、由于炉内有燃烧反应，容易造成干馏产生的油气燃烧，降低了油的回收率；二、由于炉内有燃烧反应，燃烧产生的高温如控制不好，影响炉子的正常运行。温度高了，容易造成结焦，堵炉使干馏炉不能正常运行。发生结焦时不仅处理困难，劳动强度大，而且造成停工损失；温度低了，又可能造成干馏不完全，使收油率降低；三、内燃时有氧气进入干馏炉，如有残氧，和干馏产生的瓦斯混和，超过一定比例可引起爆炸，将对油回收系统构成重大安全隐患。四、内燃方式干馏炉为防止炉内氧气过剩，一般均采取缺氧燃烧，排出的半焦仍含有固定碳，抚顺式干馏炉半焦发热量在300-500大卡/公斤之间，弃之可惜，难于利用，但又处理困难，只能用来烧砖或被废弃，往往造成环境污染。
国外的澳大利亚的ATP炉，爱沙尼亚的基维特炉等也采用内燃方式，澳大利亚的ATP炉(Alberea-Taciuk Processor)。该装置设备庞大、结构复杂。逥转炉长62.5m，直径8.2m，重量2500t。设计油收率为92％，实际为75-80％，仅达设计水平的80％左右，处理能力为6000t/d，实际运行仅达到4400t/d，为设计的74％，而且经常停炉检修，开工率为50％左右，最长一次也只连续运行了96天。爱沙尼亚的基维特炉存在问题也是运转率不高，经常停炉检修。抚顺矿业集团引进一台ATP炉，总投资约15亿元，从2005年开始建设，到目前为止，尚未生产。
发明内容
本发明的目的在于为油页岩干馏外燃式工艺提供一种热载体的加热工艺和装置，可以有效改进现行内燃式干馏工艺和设备的缺陷，解决目前国内油页岩干馏炼油装置日处理量小，占地面积大，收油率低，污染环境，半焦得不到有效利用等缺陷，本发明外燃式工艺和装置不但能燃用半焦，热效率高，而且能向干馏炉提供连续均衡的热载体，并能保证干馏炉安全运行。本发明的技术关键是：一、能使低热值半焦较好燃烧，其热值能得到有效利用；二、能向干馏炉连续稳定供应温度在700℃左右的干馏热载体，热载体中含氧量低于安全极限1％，使干馏工艺和装置能安全稳定运行；三、热载体提供的热量能满足干馏炉的热量需要，使油页岩达到完全干馏。从而能使用先进的外燃式工艺处理低品位油页岩，解决 制约油页岩工业发展的技术瓶颈问题。本发明结构简单、操作方便、安全可靠、投资节省，本发明的油收率为90％以上。
具体方案为：
1.一种外燃式油页岩干馏炼油工艺，其特征在于包括如下步骤：
a.破碎筛分：将矿石破碎成25mm以下的规格，所用设备为国产已标准化的破碎筛分设备；
b.布料系统：由布料系统将破碎成25mm以下的规格的矿石送入干馏炉；
c.热载体制取和加热：将干馏炉排出的半焦和瓦斯在混烧炉中混烧，尾部设余热锅炉，得到烟气和饱和蒸汽，将其混合成700℃左右的热载体并引入干馏炉
d.干馏：用烟气和饱和蒸汽的混合物作为热载体，约700℃左右，连续均衡地送入干馏炉中部，将油页岩加热到550℃左右，发生干馏。干馏产生的油气从干馏炉上部排出进入冷凝回收系统，饱和蒸汽从干馏炉下部进入，将干馏完的半焦冷却至250℃，回收半焦的物理显热，补充干馏所需热量，半焦再经喷水冷却至80℃排出炉外，送到半焦瓦斯混烧炉作燃料用。
e.冷凝回收：干馏油气经油回收系统包括水喷淋、间冷塔，旋捕器、电捕器(收油后，进行油气水分离，油进入贮罐，水进入循环水池，不含油的干馏气体被送到半焦瓦斯混烧炉作燃料或送到发电厂发电用。
2、一种外燃式油页岩干馏炼油装置。本发明还公开了一种实现所述的外燃式油页岩干馏炼油工艺的装置，包括破碎筛分装置、布料装置、热载体制取和加热装置、干馏炉、冷凝回收装置等，其中热载体制取和加热装置为本发明的核心设备，其余设备均为国产定型设备或已公开的专利设备。
a、所述破碎筛分设备选用通用的国产已标准化的破碎筛分设备，将矿石破碎成25mm以下的规格：
b、所述布料系统采用通用的国产皮带运输机将由破碎筛分装置处理后的矿石送入干馏炉；
c、所述干馏炉采用沈阳成大弘晟能源研究院有限公司发明的《日处理300吨油页岩瓦斯全循环干馏炉》，专利号：2008102288910，或本发明人于2008年 11月20日申报的《日处理2000吨小颗粒油页岩干馏炉》发明专利，专利申请号：200810228892.5。使用时和这二项公开专利不同之处在于：1、热载体不是循环瓦斯，而是烟气和水蒸汽的混合物；2、从干馏炉的下部通入的不是循环瓦斯而是饱和蒸汽；3、出焦方式不是湿法出焦，而是采用沈阳成大弘晟能源研究院有限公司发明的《油页岩干法出焦的方法及干馏炉的喷水结构》，专利号：200910011819.7；
d、所述的冷凝回收装置，包括水喷淋装置、间冷塔，旋捕器、电捕器等设备均采用通用的国产设备，可根据需要向生产厂家订货；
e、所述的热载体制取和加热装置包括半焦瓦斯混烧炉5和余热锅炉7，鼓风机，以及相应的联接管道和调节阀，瓦斯半焦瓦斯混烧炉5和余热锅炉7中间有烟气通道25相连，翻转炉排2设置在半焦瓦斯混烧炉5炉膛的下部、一次瓦斯烧嘴3设置在翻转炉排的上部，二次瓦斯烧嘴6设置在炉膛的上部，料斗4设置在混烧炉的外侧，烟气出口25将瓦斯半焦瓦斯混烧炉和余热锅炉连接起来；与烟气出口25连接的余热锅炉7设置饱和蒸汽引出管17，蒸汽引出管上设调节阀16，烟气排出口18设在余热锅炉的后部，所述的余热锅炉产生的饱和蒸汽和烟气在混合管10中混和，余热锅炉7的烟气排出口18和烟气混合管10相连，饱和蒸汽和烟气在混合管10中混和后作为热载体被送至干馏炉，鼓风机将空气经送入管21送入，空气送入管21设置在翻转炉排尾部的上方，空气被灰渣预热后经预热空气入口24进入瓦斯半焦瓦斯混烧炉翻转炉排2的下部，作助燃空气用，燃尽的灰渣排入水封池23，由刮板运输机22排出炉外。所述的余热锅炉7由上锅筒8、下锅筒20和对流管束19组成。
本发明工艺的技术关键是用外燃方式向干馏炉连续均衡供给700℃左右的热载体，热载体是烟气和饱和蒸汽的混和物，热载体用半焦瓦斯混烧装置加热，700℃左右的热载体引入干馏炉后，使油页岩得到充分干馏。干馏所需热量全部由燃烧干馏的副产品瓦斯和半焦获得。为此采用了以下技术以达到发明的目的。一是在油页岩破碎筛分系统采用了一次筛分的技术。将矿石破碎成25mm以下的规格，大于25mm的矿石返回料仓重新碎筛，减少了多级筛分的投资和动力消耗。二是取消了全循环工艺中对油页岩的预热干燥，用烟气和水蒸汽的混合物作为热载体对油页岩直接进行干馏，大大提高了热能的利用效率，节省能源。三是干馏 炉采用先进的《日处理300吨油页岩瓦斯全循环干馏炉》，专利号：2008102288910，或本发明人于2008年11月20日申报的《日处理2000吨小颗粒油页岩干馏炉》发明专利，专利申请号：200810228892.5。这两种专利均有炉型大、工艺先进、油的回收率高的特点；四是用饱和蒸汽代替冷循环瓦斯冷却半焦，饱和蒸汽从干馏炉下部进入，将半焦冷却至250℃以下，回收了热量，这部分水蒸汽一出干馏炉就凝结为水，减少了干馏产物的体积，减轻了后处理装置的压力，同时改变了传统的抚顺工艺在下面通入空气冷却半焦的做法，避免了在干馏炉中燃烧油气和固定碳的缺陷，不但提高了油的回收率，同时也提高了半焦的热值。五是本发明工艺采用干法出焦技术，发明专利申请号：200910011819.7，在干馏炉下部通入常温水，形成水蒸气阻隔层，防止了瓦斯气体逸出，保护了环境。六是在热载体制取和加热装置中采用了瓦斯和半焦混合燃烧的技术，保证了半焦能基本烧尽以及干馏炉对热量和温度的要求，同时利用了低热值的半焦(发热量在800-1000大卡/公斤)，节省了能源，燃烧后的灰渣直接用于制造建材产品或矿井回填。七是采用了用水蒸汽调节热载体温度的办法，方法简单，操作方便，将进入干馏炉的热载体温度控制在700℃左右，取消了抚顺式蓄热炉，同时解决了抚顺式蓄热炉瓦斯气体温度波动、不均衡的缺陷，保证了进入干馏炉的热载体温度不低于700℃的要求。八是本工艺水实现了封闭循环，不排放，节水、节能、无污染。水用于油气的冷却后，经油水分离后进入循环水池，经处理后再回到水循环系统。
本发明的工艺流程如下：
用通用破碎筛分设备，将油页岩破碎成25mm以下的规格：用国产皮带运输机将由破碎筛分装置处理后的矿石经布料系统送入干馏炉；将干馏炉排出的半焦和瓦斯在混烧炉中混烧，得到烟气和水蒸汽，将其混合成700℃左右的热载体引入干馏炉，700℃左右的热载体从干馏炉中部均衡连续送入干馏炉。将油页岩加热到550℃左右发生干馏，干馏生成的油气从干馏炉上部引出，进入油的回收系统，干馏油气经水喷淋、间冷塔，旋捕器、电捕器收油后，进行油气水分离，油进入贮罐，水进入循环水池，处理后循环使用。不含油的干馏气体被送到瓦斯儲气柜，一部分引入半焦瓦斯混烧炉作燃料用，一部分进入瓦斯发电厂发电用。干馏后的油页岩成为半焦从干馏炉下部排出，半焦瓦斯混烧炉后部余热锅炉产生 的饱和蒸汽从干馏炉下部进入，将干馏完的半焦冷却至250℃，再经喷水装置将半焦冷却至80℃排出炉外，送到半焦瓦斯混烧炉作燃料用。
本发明和国内现在普遍使用的内燃式抚顺式油页岩干馏工艺相比，具有如下明显的优点。一是处理量大，抚顺炉日处理量为100吨，本发明单炉日处理量为300-2000吨，；二是油的回收率高，由于采用外燃式，炉内无燃烧反应，油气在炉内不会被烧掉，提高了油的回收率，抚顺式炉油的回收率为60-65％，本发明经工业试验，在试验装置不太完善的情况下，收油率已达到82％，按理论测算，油的回收率应在90％以上；三是节能，由于采用了烟气和水蒸汽的混合物作为热载体，取消了蓄热式加热炉，瓦斯和烟气之间没有热交换的过程，提高了热效率。半焦和瓦斯和混烧，半焦中的热量被充分利用。整个干馏炼油所需热量完全来源于油页岩本身，而且多余的瓦斯气体还用来发电，弥补了干馏厂用电负荷的80％以上；四是环保，本发明采用了水的封闭循环，脱硫，半焦和瓦斯混合燃烧，烟气回收利用、旋风除尘等技术，无废水排放，无污染物逸出，残渣回收利用，符合国家环保要求；五是投资省，工艺流程中取消了蓄热加热炉和干燥炉节省了投资；六是经济效益好，由于动力消耗降低，油收率提高，经济效益明显增加。
附图说明
图1是外燃式油页岩干馏工艺流程图；
图2是热载体制取和加热装置工作原理图；图中所示各部分分别是：1、给料装置，2翻转炉排，3、一次瓦斯烧嘴，4料斗，5、瓦斯半焦混烧炉，6、二次瓦斯烧嘴、7、余热锅炉，8、上锅筒，9、进水管，10、热载体混合管，11、控制阀，12、热载体入口，13、干馏炉，14、半焦出口，15、水蒸汽入口，16、调节阀，17、饱和蒸汽引出管
图3是热载体制取和加热装置结构示意图；图中所示各部分分别是：1、给料装置，2翻转炉排，3、一次瓦斯烧嘴，4料斗，5、瓦斯半焦混烧炉，6、二次瓦斯烧嘴、7、余热锅炉，8、上锅筒，9、进水管，10、热载体混合管，11、控制阀，16、调节阀，17、饱和蒸汽引出管，18、余热锅炉烟气排出口，19、对 流管束，20、下锅筒，21、空气经送入管，22、刮板运输机，23、水封池，24、预热空气入口，25、混烧炉烟气出口；
图4是抚顺式干馏炉的结构示意图；图中所示各部分分别是：加料装置401、气体收集伞402，炉体403、干馏段404，混合室405，拱台406，循环气入口407，气化段408，风头409，排灰装置410，灰皿411，水封412；
图5是抚顺式蓄热加热炉结构示意图，图中所示各部分分别是：安全盖501、格子砖502、蓄热室503、燃烧室504、循环气入口505、循环气入口506，
图6是日处理300吨油页岩瓦斯全循环干馏炉的结构示意图；
图7是日处理2000吨小颗粒油页岩干馏炉结构示意图。
具体实施方式
本发明工艺流程如图1所示，图中主要反映了这一新工艺的流程，从矿石破碎筛分开始，对热载体的制取和加热，干馏的过程、油气的回收系统，水的循环都有明晰的反映。具体包括如下步骤：
a.破碎筛分：将矿石破碎成小于25mm的规格；
b.布料系统：由布料系统将破碎成25mm以下的规格的矿石送入干馏炉；
c.热载体的制取和加热：将干馏炉排出的半焦和瓦斯在混烧炉中混烧，尾部设余热锅炉，得到烟气和饱和蒸汽，将其混合成700℃左右的热载体并引入干馏炉；
d.干馏：用烟气和饱和蒸汽的混合物作为热载体，约700℃左右，连续均衡地送入干馏炉中部，将油页岩加热到550℃左右，发生干馏。干馏产生的油气从干馏炉上部排出进入冷凝回收系统，饱和蒸汽从干馏炉下部进入，将干馏完的半焦冷却至250℃，再经喷水冷却至80℃用刮板排出炉外，送到半焦瓦斯混烧炉作燃料用；
e.冷凝回收：干馏油气经水喷淋、间冷塔，旋捕器、电捕器收油后，进行油气水分离，油进入贮罐，水进入循环水池，不含油的干馏气体被送到瓦斯气柜，一部分送到半焦瓦斯混烧炉作燃料用，一部分送到瓦斯发电厂发电用。
本发明还公开了实现上述干馏工艺的装置，包括破碎筛分装置、布料装置、干馏炉、热载体加热装置、冷凝回收装置，脱硫装置、气柜、储油罐等。
a、所述破碎筛分装置可按处理量及矿石性质选用国产标准化的破碎机和筛分机；
b、所述布料系统可选用通用的皮带运输机和给料机；
c、所述干馏炉可选用《日处理300吨油页岩瓦斯全循环干馏炉》，专利号：2008102288910，或本发明人于2008年11月20日申报的《日处理2000吨小颗粒油页岩干馏炉》发明专利，专利申请号：200810228892.5。其结构分别如图6和图7所示。
d、所述的热载体加热装置的结构如图3所示，半焦从设置在半焦瓦斯混烧炉外侧的给料装置1加入，一次瓦斯从翻转炉排2的上部的烧嘴3中喷出並燃烧，当炉膛温度超过650℃时半焦也开始燃烧，翻转炉排不断地将料层翻动并将物料向前推送，在推进过程中逐渐燃尽，炉膛温度达到1050℃以上，设在炉膛上部的二次瓦斯烧嘴6喷出纯瓦斯，将炉膛中的残氧消耗掉，燃烧产生的烟气经烟气出口25进入余热锅炉7。所述余热锅炉7吸收烟气的热量，将烟气温度降低到750℃左右，同时余热锅炉7中的水被加热成饱和蒸汽，饱和蒸汽从引出管17引出，蒸汽引出管上设调节阀16，余热锅炉7的烟气排出口18和热载体混合管10相连，饱和蒸汽和烟气在混合管10中混和成700℃左右的热载体，送至干馏炉，鼓风机将空气经送入管21送入，被灰渣预热后经预热空气入口24进入混烧炉翻转炉排的下部，作助燃空气用，燃尽的灰渣排入水封池23，由刮板运输机22排出炉外；
e、所述的冷凝回收装置包括水喷淋装置、旋捕器、间冷塔，电捕器等，这些设备均采用通用的国产设备，可根据需要向生产厂家直接订货；
f、所述的脱硫装置是用来脱除瓦斯气体中的含硫物质，以达到国家规定的排放标准，可根据瓦斯中的硫含量确定选用相应的规格和型号；
g、所述的气柜是用来储存瓦斯气体的，为通用设备，可按实际需要选定；
h、所述的储油罐为通用设备，可按实际需要选定。
本发明具体实施需要注意四个问题。一是在热载体加热装置中，一次瓦斯烧嘴喷出的是瓦斯和空气，可直接点燃，当炉膛温度超过650℃时，翻转炉排上的 半焦才能开始燃烧；二是翻转炉排上的半焦如燃烧不完全，可加大一次瓦斯的供给量或调整翻转炉排的推进速度；三是二次瓦斯烧嘴喷出的是纯瓦斯，不能含有空气，其目的是消耗炉膛中的残氧，不使其带入干馏系统；四是热载体进入干馏炉的温度应均衡、稳定在700℃左右，不能过高，也不能过低，调节的方法是兑入废热锅炉产生的130℃左右的水蒸汽。
Claims (2)
1.一种外燃式油页岩干馏工艺，其特征在于：用烟气和饱和蒸汽的混合物为热载体对油页岩进行干馏；将油页岩破碎成25mm以下的规格；用破碎筛分装置处理后的矿石经布料系统送入干馏炉；将干馏炉排出的半焦和瓦斯在混烧炉中混烧，得到烟气和水蒸汽，将其混合成700℃的热载体引入干馏炉，700℃的热载体从干馏炉中部均衡连续送入干馏炉，将油页岩加热到550℃发生干馏；干馏生成的油气从干馏炉上部引出，进入油的回收系统，干馏油气经水喷淋、间冷塔，旋捕器、电捕器收油后，进行油气水分离，油进入贮罐，水进入循环水池，处理后循环使用；不含油的干馏气体被送到瓦斯储气柜，一部分引入瓦斯半焦混烧炉作燃料用，一部分进入瓦斯发电厂发电用；瓦斯半焦混烧炉后部余热锅炉产生的饱和蒸汽从干馏炉下部进入，将干馏完的半焦冷却至250℃，再经喷水装置将半焦冷却至80℃排出炉外，送到瓦斯半焦混烧炉作燃料用。
2.一种油页岩干馏热载体制取和加热装置，其特征在于：油页岩干馏热载体制取和加热装置包括瓦斯半焦混烧炉(5)和余热锅炉(7)，瓦斯半焦混烧炉(5)和余热锅炉(7)中间有混烧炉烟气出口(25)相连，翻转炉排(2)设置在瓦斯半焦混烧炉(5)炉膛的下部、一次瓦斯烧嘴(3)设置在翻转炉排的上部，二次瓦斯烧嘴(6)设置在炉膛的上部，料斗(4)设置在混烧炉的外侧，混烧炉烟气出口(25)将瓦斯半焦混烧炉和余热锅炉连接起来；与混烧炉烟气出口(25)连接的余热锅炉(7)设置饱和蒸汽引出管(17)，蒸汽引出管上设调节阀(16)，烟气排出口(18)设在余热锅炉的后部，所述的余热锅炉产生的饱和蒸汽和烟气在热载体混合管(10)中混和，余热锅炉(7)的烟气排出口(18)和热载体混合管(10)相 连，饱和蒸汽和烟气在热载体混合管(10)中混和后作为热载体被送至干馏炉，鼓风机将空气经送入管(21)送入，空气送入管(21)设置在翻转炉排尾部的上方，空气被灰渣预热后经预热空气入口(24)进入瓦斯半焦混烧炉翻转炉排(2)的下部，作助燃空气用，燃尽的灰渣排入水封池(23)，由刮板运输机(22)排出炉外，所述的余热锅炉(7)由上锅筒(8)、下锅筒(20)和对流管束(19)组成。
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