CN102757799A - 一种利用油页岩提油联产煤气和电能的设备与方法 - Google Patents

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刘鹤群
周宇江
邹成
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Abstract

本发明涉及一种利用油页岩提油联产煤气和电能的设备与方法，该种方法所使用的设备主要由油页岩破碎粉磨***、粉状油页岩均化***、悬浮干馏反应***、油气冷凝和分离***、脱半焦***和余热发电***组成，利用该种设备进行油页岩提油处理，同时可以联产高质量煤气和电能，单机日处理油页岩高达6000吨，与竖式干馏炉相比劳动生产率提高12倍，有机成分回收转化率达到95％以上。

Description

一种利用油页岩提油联产煤气和电能的设备与方法
技术领域
本发明涉及一种利用油页岩提取油及其他产品的方法，特别涉及一种石油化工行业利用油页岩提取页岩油联产煤气和电能的设备与方法。
背景技术
世界油页岩资源丰富，储量约10×1012吨，折算成页岩油475×109亿吨，是世界探明石油储量的2倍左右。我国油页岩储量约20×1010亿吨，居世界第四位，折算成页岩油8×1010亿吨，目前利用油页岩提油主要采用竖式干馏炉工艺，其缺点是单机处理能力小，日处理油页岩量仅为100～500吨；资源浪费严重，每生产1吨页岩油，丢弃3～5吨油页岩废料；有机成分回收率仅为65％～75％，且所需的循环冷却水量大，能源浪费严重，劳动强度大，生产率低，按油页岩原矿处理量计算，其生产率一般仅为1.10万吨/人·年。如何将油页岩更加经济地转化为油及其副产品，实现资源的综合利用，减少污染，对我国国民经济和国防建设具有重要的战略意义。
发明内容
本发明的目的是要探索出一种能够充分利用油页岩的新方法，使之明显提高油页岩中有机成分的回收率，减少环境污染，并能大幅提高劳动生产率。
为了达到上述目的，发明者进行了认真研究，经过反复实验，最终发明了利用油页岩提取页岩油，同时联产出煤气和电能的方法，该种方法所使用的设备如附图1所示，主要由油页岩破碎粉磨***(2)、粉状油页岩均化***(4)、干燥***(6)、悬浮干馏反应***(8)、油气冷凝和分离***(10)、燃料***(14)、脱半焦***(16)、灰渣冷却***(17)和余热发电***(21)组成，其中：油页岩破碎粉磨***(2)主要包括：定量给料机、输送机、磨粉机、提升机、选粉机、除尘器、排风机、空气斜槽输送机、冲板流量计、烟囱等组成，油页岩破碎粉磨***(2)的主体设备为各种磨粉机，具体包括立式磨粉机、管式磨粉机和高压挤压机；粉状油页岩均化***(4)的均化装置主体为带混合室的钢筋混凝土圆库，具体有多种形成方式，如多库搭配间歇式、机械倒料连续混合式等；干燥***(6)主要包括：螺旋给料机、文丘里干燥器、旋风分离器、除尘器、排风机、烟囱等设备组成；悬浮干馏反应***(8)主要由闪干馏反应器和旋风除尘器构成；脱半焦***(16)主要由悬浮半焦炉和热旋风除尘器构成；油气冷凝和分离***(10)主要由冷却塔、间冷器、静电捕雾器、油泥分离器、污泥槽、脱硫塔、吸附剂加料机、煤气输送机、捕滴器等设备组成；灰渣冷却***(17)主要由三个换热器和流化床冷却器构成；余热发电***(21)由余热锅炉、汽轮机、发电机、软化水给水泵、冷却塔、循环水给水泵等设备组成。
上述各***通过以输送设备或管道为主的各种输送装置将其相互连接在一起构成了一套油页岩提油联产煤气和电能的完整设备，这些输送设备或管道包括：块状油页岩输送***(1)，粉状油页岩输送***(3)，均化油页岩输送***(5)，干燥油页岩输送***(7)，油气输送***(9)，煤气输送***(11)，页岩油输送***(12)，半焦输送***(13)，燃料输送***(15)，灰渣冷却***(17)，直排高温灰渣输送***(18)，返回高温灰渣输送***(19)，高温烟气输送***(20)，中低温烟气输送***(22)。
使用前述设备，发明出了一种利用油页岩提取页岩油，同时产出高质量煤气并实现余热发电的方法，简称“一种利用油页岩提油联产煤气和电能的方法”，该种方法主要由下述工艺过程构成：
(1)通过破碎和粉磨设备(2)将由块状油页岩输送***(1)输送来的油页岩原矿磨碎制成细度达到≤-0.01mm的油页岩粉料，其中有50％以上的粉剂粒度≤-0.074mm；
(2)由粉状油页岩输送***(3)将油页岩粉料送入到粉状油页岩均化***(4)内，将粉状油页岩成分混合均化到灰分(Vad)含量波动范围±0.2％、固定碳(FCad)含量波动范围±0.2％，然后送入干燥设备中进行干燥处理，去除油页岩粉料中的游离水；
(3)通过燃料***(14)和燃料输送***(15)将悬浮干馏反应***(8)预热至480～580℃，然后通过干燥油页岩输送***(7)将油页岩粉料连同重量为油页岩粉料1～3倍的高温页岩灰混合在一起后喷入到悬浮干馏反应***(8)内进行闪干馏处理，其中闪干馏过程的反应温度始终为480～580℃，粉状油页岩在悬浮干馏反应***(8)的闪干馏反应器内反应时间为2s～10s，具体时间以能使油页岩粉料达到充分干馏为准；
(4)闪干馏后产生的油气混合物通过油气输送***(9)送入油气冷凝和分离***(10)，经冷凝分离处理后，得到的高质量煤气被收集到煤气输送***(11)内，得到的页岩油被进入到页岩油输送***(12)内；
(5)干馏后生成的半焦送入到通过燃料***(14)和燃料输送***(15)已经预热到700～1000℃的脱半焦***(16)内进行焙烧脱半焦处理，脱半焦***(16)的操作温度始终为700～1000℃，半焦在脱半焦***(16)的悬浮半焦炉内焙烧脱半焦时间为2s～10s，使之充分燃烧放出热量；
(6)焙烧半焦所产生的700～1000℃的高温烟气通过高温烟气输送***(20)送入余热发电***(21)内用于发电，焙烧脱半焦后所产生的高温页岩灰一部分通过直排高温灰渣输送***(18)进入到灰渣冷却***(17)中冷却后作为弃渣外售给建材厂使用，另一部分通过返回高温灰渣输送***(19)同油页岩粉料混合后送入到悬浮干馏反应***(8)内；
(7)余热发电***排出的废气，其温度约为300～400℃，可通过中低温烟气输送***(22)回收送到干燥***(6)之中，用于干燥经均化处理后的粉状油页岩，除去游离水并预热，为其进入干馏反应器做准备。
本发明的技术与竖式干馏炉工艺相比具有如下多重积极效果。
(1)单机产能大。单套竖式干馏炉日处理油页岩量不到500吨，而本发明的日处理能力高达6000吨。
(2)最大限度地利用油页岩资源。竖式干馏炉只能处理25～75mm的块状油页岩，而粒度＜25mm的油页岩只能丢弃，本发明可以处理粉状油页岩。
(3)有机成分回收率高。油页岩中的有效成分为固定碳，采用竖式干馏炉，其固定碳只能转化为油，且转化率仅为55％～65％，剩余半焦中的有机成分只能另作它用，而本发明干馏后产生的半焦经焙烧产生的热烟气用于发电，干馏的热气体混合物经油气分离***后得到两种产品，一部分为页岩油，另一部分为煤气，总体转化率达到95％以上。
(4)劳动生产率高。按处理相同量的油页岩原矿计算，竖式炉只有1.10万吨人·年，而本发明劳动生产率13.20万吨/人·年，劳动生产率提高12倍。
(5)煤气产品质量好。采用竖式干馏炉生产的煤气热值800～1300kCal/kg，而本发明生产的页岩油热值可达2500～4000kCal/kg，可直接提供给居民使用。
(6)余热发电满足工厂需求。采用竖式干馏炉生产，不能装备余热发电***，只能设置燃气轮机发电，而本发明可以利用脱半焦产生的高温烟气与余热锅炉中水进行然交换产生过热蒸汽，带动汽轮机直接发电，且发电量不仅能满足工厂需要，剩余部分还可外售。
附图说明
图1为本发明的工艺和设备框图。
图1中：1为块状油页岩输送***，2为油页岩破碎粉磨***，3为粉状油页岩输送***，4为粉状油页岩均化***，5为均化油页岩输送***，6为干燥***，7为干燥油页岩输送***，8为悬浮干馏反应***，9为油气输送***，10为油气冷凝和分离***，11为煤气输送***，12为页岩油输送***，13为半焦输送***，14为燃料***，15为燃料输送***，16为脱半焦***，17为灰渣冷却***，18为直排高温灰渣输送***，19为返回高温灰渣输送***，20为高温烟气输送***，21为余热发电***，22为中低温烟气输送***。
具体实施方式
下面对本发明的实例结合附图加以详细描述。
利用油页岩提油联产煤气和电能的设备***，该种设备设有块状油页岩输送***(1)、油页岩破碎粉磨***(2)、粉状油页岩输送***(3)、粉状油页岩均化***(4)、均化油页岩输送***(5)、干燥***(6)、干燥粉状油页岩输送***(7)、悬浮干馏反应***(8)、油气输送***(9)、油气冷凝和分离***(10)、煤气输送***(11)、页岩油输送***(12)、半焦输送***(13)、燃料***(14)、燃料输送***(15)、脱半焦***(16)、灰渣冷却***(17)、直排高温灰渣输送***(18)、返回高温灰渣输送***(19)、高温烟气输送***(20)、余热发电***(21)、中低温烟气输送***(22)组成，其中块状油页岩输送***(1)为油页岩破碎粉磨***(2)的原料供应装置，油页岩破碎粉磨***(2)通过粉状油页岩输送***(3)和粉状油页岩均化***(4)相连，粉状油页岩均化***(4)通过均化油页岩输送***(5)和干燥***(6)相连，干燥***(6)通过干燥粉状油页岩输送***(7)和悬浮干馏反应***(8)相连，悬浮干馏反应***(8)通过油气输送***(9)和半焦输送***(13)分别同油气冷凝和分离***(10)以及脱半焦***(16)相连，脱半焦***(16)通过直排高温灰渣输送***(18)、返回高温灰渣输送***(19)和高温烟气输送***(20)分别同灰渣冷却***(17)、干燥粉状油页岩输送***(7)和余热发电***(21)相连，余热发电***(21)通过中低温烟气输送***(22)和干燥***(6)相连通，油气冷凝和分离***(10)分别与煤气输送***(11)和页岩油输送***(12)相连接，燃料***(14)通过燃料输送***(15)分别同悬浮干馏反应***(8)、脱半焦***(16)相连。
生产时块状油页岩原料通过块状油页岩输送***(1)输送到油页岩破碎粉磨***(2)制成粉状，粉状油页岩通过粉状油页岩输送***(3)输送到粉状油页岩均化***(4)进行均化处理，均化后的粉状油页岩通过均化油页岩输送***(5)输送到干燥***(6)，干燥***的热源由余热发电***(21)通过中低温烟气输送***(22)输送过来，粉状油页岩通过干燥油页岩输送***(7)输送到悬浮干馏反应***(8)，产生的油气通过油气输送***(9)输送到油气冷凝和分离***(10)，油气冷凝和分离***(10)分离出来的煤气由煤气输送***(11)送出，分离出的页岩油由页岩油输送***(12)送出，干馏后的半焦通过半焦输送***(13)输送到脱半焦***(16)，脱半焦***产生的高温烟气由高温烟气输送***(20)送到余热发电***(21)，高温烟气与余热发电***(21)中的锅炉水换热后变为中低温烟气，由中低温烟气输送***(22)输送到干燥***(6)，燃料***(14)通过燃料输送***(15)分别与悬浮干馏反应***(8)和脱半焦***(16)连接；燃料***所使用的燃料为气体燃料、液体燃料、固体燃料。
依据上述设备，实施油页岩干馏提油联产煤气和电能的方法，具体步骤如前所述，其中：
(1)通过破碎和粉磨设备(2)将由块状油页岩输送***(1)输送来的油页岩原矿磨碎制成细度达到≤-0.01mm的油页岩粉料，其中有70％以上的粉剂粒度≤-0.074mm；
(2)由粉状油页岩输送***(3)将油页岩粉料送入到粉状油页岩均化***(4)内，将粉状油页岩成分混合均化到灰分(Vad)含量波动范围±0.18％、固定碳(FCad)含量波动范围±0.15％，然后送入干燥设备中进行干燥处理，去除油页岩粉料中的游离水；
(3)通过燃料***(14)和燃料输送***(15)将悬浮干馏反应***(8)预热至550℃，然后通过干燥油页岩输送***(7)将油页岩粉料连同重量为油页岩粉料1.5倍的高温页岩灰混合在一起后喷入到悬浮干馏反应***(8)内进行闪干馏处理，其中闪干馏过程的反应温度始终为550℃，粉状油页岩在悬浮干馏反应***(8)的闪干馏反应器内反应时间为5s；
(4)闪干馏后产生的油气混合物通过油气输送***(9)送入油气冷凝和分离***(10)，经冷凝分离处理后，得到的高质量煤气被收集到煤气输送***(11)内，得到的页岩油被进入到页岩油输送***(12)内；
(5)干馏后生成的半焦送入到通过燃料***(14)和燃料输送***(15)已经预热到980℃的脱半焦***(16)内进行焙烧脱半焦处理，脱半焦***(16)的操作温度始终为950℃，半焦在脱半焦***(16)的悬浮半焦炉内焙烧脱半焦时间为8s，使之充分燃烧放出热量；
(6)焙烧半焦所产生的1000℃的高温烟气通过高温烟气输送***(20)送入余热发电***(21)内用于发电，焙烧脱半焦后所产生的高温页岩灰按重量百分数计约40％通过直排高温灰渣输送***(18)进入到灰渣冷却***(17)中冷却后作为弃渣外售给建材厂使用，另60％通过返回高温灰渣输送***(19)同油页岩粉料混合后送入到悬浮干馏反应***(8)内；
(7)余热发电***排出的废气，其温度约为300～400℃，可通过中低温烟气输送***(22)回收送到干燥***(6)之中，用于干燥经均化处理后的粉状油页岩，除去游离水并预热，为其进入干馏反应器做准备。

Claims (10)

1.一种利用油页岩提取页岩油所使用的设备，所述设备设有块状油页岩输送***(1)，其特征在于所述设备还包括油页岩破碎粉磨***(2)、粉状油页岩输送***(3)、粉状油页岩均化***(4)、均化油页岩输送***(5)、干燥***(6)、干燥粉状油页岩输送***(7)、悬浮干馏反应***(8)、油气输送***(9)、油气冷凝和分离***(10)、煤气输送***(11)、页岩油输送***(12)、半焦输送***(13)、燃料***(14)、燃料输送***(15)、脱半焦***(16)、灰渣冷却***(17)、直排高温灰渣输送***(18)、返回高温灰渣输送***(19)、高温烟气输送***(20)、余热发电***(21)和中低温烟气输送***(22)，其中油页岩破碎粉磨***(2)通过粉状油页岩输送***(3)和粉状油页岩均化***(4)相连，粉状油页岩均化***(4)通过均化油页岩输送***(5)和干燥***(6)相连，干燥***(6)的另一端通过干燥粉状油页岩输送***(7)和闪干馏及脱焦***(8)相连，燃料***(14)通过燃料输送***(15)与闪干馏及脱焦***(8)连接，闪干馏及脱焦***(8)还通过油气输送***(9)同油气冷凝和分离***(10)相连，油气冷凝和分离***(10)分别同煤气输送***(11)和页岩油输送***(12)相并连，闪干馏及脱焦***(8)还通过半焦输送***(13)和脱半焦***(16)相连，燃料***(14)还通过燃料输送***(15)和脱半焦***(16)相连，脱半焦***(16)通过直排高温灰渣输送***(18)和灰渣冷却***(17)相连，脱半焦***(16)通过直排高温灰渣输送***(18)及返回高温灰渣输送***(19)和干燥粉状油页岩输送***(7)相连，脱半焦***(16)还通过高温烟气输送***(20)同余热发电***(21)相连，余热发电***(21)通过中低温烟气输送***(22)同干燥***(6)相连。
2.根据权利要求1所述的一种利用油页岩提取页岩油所使用的设备，其特征在于设备中的油页岩破碎粉磨***(2)主要由定量给料机、输送机、磨粉机、提升机、选粉机、除尘器、排风机、空气斜槽输送机、冲板流量计、烟囱组成，油页岩破碎粉磨***(2)的主体设备为磨粉机，所述磨粉机为立式磨粉机、管式磨粉机和高压挤压机中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种利用油页岩提取页岩油所使用的设备，其特征在于设备中粉状油页岩均化***(4)的主体设备为带混合室的钢筋混凝土圆库，采用多库搭配间歇式或机械倒料连续混合式形成。
4.根据权利要求1所述的一种利用油页岩提取页岩油所使用的设备，其特征在于设备中的干燥***(6)主要由螺旋给料机、文丘里干燥器、旋风分离器、除尘器、排风机、烟囱组成。
5.根据权利要求1所述的一种利用油页岩提取页岩油所使用的设备，其特征在于设备中的悬浮干馏反应***(8)主要由闪干馏反应器和旋风除尘器构成。
6.根据权利要求1所述的一种利用油页岩提取页岩油所使用的设备，其特征在于设备中的脱半焦***(16)主要由悬浮半焦炉和热旋风除尘器构成。
7.根据权利要求1所述的一种利用油页岩提取页岩油所使用的设备，其特征在于设备中的油气冷凝和分离***(10)主要由冷却塔、间冷器、静电捕雾器、油泥分离器、污泥槽、脱硫塔、吸附剂加料机、煤气输送机、捕滴器组成。
8.根据权利要求1所述的一种利用油页岩提取页岩油所使用的设备，其特征在于设备中的灰渣冷却***(17)主要由三个换热器和流化床冷却器构成。
9.根据权利要求1所述的一种利用油页岩提取页岩油所使用的设备，其特征在于设备中的余热发电***(21)主要由余热锅炉、汽轮机、发电机、软化水给水泵、冷却塔、循环水给水泵组成。
10.一种利用如权利要求1至9中的任一项所述的设备进行油页岩提取页岩油所使用的方法，其特征在于所述方法主要由下述工艺过程构成：
(1)通过破碎和粉磨设备(2)将由块状油页岩输送***(1)输送来的油页岩原矿磨碎制成细度达到≤-0.01mm的油页岩粉料，其中有50％以上的粉剂粒度≤-0.074mm；
(2)由粉状油页岩输送***(3)将油页岩粉料送入到粉状油页岩均化***(4)内，将粉状油页岩成分混合均化到灰分含量波动范围±0.2％、固定碳含量波动范围±0.2％，然后送入干燥设备中进行干燥处理，去除油页岩粉料中的游离水；
(3)通过燃料***(14)和燃料输送***(15)将悬浮干馏反应***(8)预热至480～580℃，然后通过干燥油页岩输送***(7)将油页岩粉料连同重量为油页岩粉料1～3倍的高温页岩灰混合在一起后喷入到悬浮干馏反应***(8)内进行闪干馏处理，其中闪干馏过程的反应温度始终为480～580℃，粉状油页岩在悬浮干馏反应***(8)的闪干馏反应器内反应时间为2s～10s，以使得油页岩粉料充分干馏；
(4)闪干馏后产生的油气混合物通过油气输送***(9)送入油气冷凝和分离***(10)，经冷凝分离处理后，得到的高质量煤气被收集到煤气输送***(11)内，得到的页岩油被进入到页岩油输送***(12)内；
(5)干馏后生成的半焦送入到通过燃料***(14)和燃料输送***(15)已经预热到700～1000℃的脱半焦***(16)内进行焙烧脱半焦处理，脱半焦***(16)的操作温度始终为700～1000℃，半焦在脱半焦***(16)的悬浮半焦炉内焙烧脱半焦时间为2s～10s，使之充分燃烧放出热量；
(6)焙烧半焦所产生的700～1000℃的高温烟气通过高温烟气输送***(20)送入余热发电***(21)内用于发电，焙烧脱半焦后所产生的高温页岩灰一部分通过直排高温灰渣输送***(18)进入到灰渣冷却***(17)中进行冷却，另一部分通过返回高温灰渣输送***(19)同油页岩粉料混合后送入到悬浮干馏反应***(8)内；
(7)余热发电***排出的废气，其温度约为300～400℃，可通过中低温烟气输送***(22)回收送到干燥***(6)之中，用于干燥经均化处理后的粉状油页岩，除去游离水并预热，为其进入干馏反应器做准备。
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