CN105176552A - 一种新型气体热载体干馏及燃气发电一体化装置及其工艺 - Google Patents

Abstract

本发明是一种新型气体热载体干馏及燃气发电一体化装置，包括气体热载体干馏***、气化反应***、燃气透平发电及气体热载体循环***和烟气处理及蒸汽透平发电***，具有结构合理，便于操作和控制等优点。并提供新型气体热载体干馏及燃气发电一体化工艺，能够综合利用破碎过程中不同粒径的油页岩，粒径较大的油页岩用来干馏制油，粒径较小的油页岩与干馏产生的半焦以及分离出的重油一起送入气化反应器反应制气，生成的合成气与干馏热解气成为燃气透平发电的燃料，燃气透平排出的高温废气借助补燃锅炉除氧升温后进入干馏炉，为油页岩干馏过程提供热量，此装置实现了对能源的梯级利用，提高了资源的有效利用率，综合利用程度高。

Description

一种新型气体热载体干馏及燃气发电一体化装置及其工艺

技术领域

本发明涉及油页岩资源综合利用技术领域，是一种新型气体热载体干馏及燃气发电一体化装置及其工艺。

背景技术

进入21世纪以来，世界原油价格居高不下，各国开始寻找各种类型的可替代能源，其中非常重要一个方向即为非常规油气能源的开发利用。目前，我国社会各个领域均处于快速发展阶段，能源消耗持续攀升，煤炭、石油资源的供应形势日趋严峻，尤其是石油资源。截止2012年，国内原油年消费量已达到4.76×108t，而国内产量仅为2.07×108t，进口依存度高达56.42%，这已经严重影响到了我国的能源安全，寻找可替代能源成为国内学者亟待解决的问题。

油页岩是一种高灰分的固体可燃有机矿产，低温干馏后可获得页岩油，其含油率通常大于3.5%，一般灰分含量大于40%，有机质含量较高，主要为腐泥型、腐殖腐泥型和腐泥腐殖型，其发热量一般不小于4.18MJ/kg。

全国性油页岩评价结果表明，我国油页岩资源非常丰富，分布范围广，分布在20个省和自治区的47个盆地，共有80个含矿区。全国油页岩资源为7199.37×108t页岩油资源为476.44×108t，页岩油可回收资源为119.79×108t。储量仅次于美国、巴西和爱沙尼亚，居世界第4位。

油页岩资源是一种非常重要的石油补充能源，在中国乃至全世界的地位也越来越高，各个国家都在积极的开展对油页岩开发利用的研究。事实上，很多国家都已将油页岩纳入到了国家战略能源或能源安全问题范畴内。利用干馏炼油技术能够从油页岩中大量制取与石油同等重要的燃料油，可以降低我国对国外石油的依存度，在一定程度上缓解我国石油紧缺带来的对社会发展、经济建设的影响。

现有的油页岩地面干馏技术主要有两种，分别为气体热载体干馏技术和固体热载体干馏技术。下面主要介绍气体热载体干馏技术，气体热载体干馏技术是在干馏炉内将粒径15～75mm的大颗粒油页岩通过与气体热源直接接触换热而实现低温干馏。这种技术主要优点是可以节省油页岩的破碎能耗。所存在的不足有：（1）破碎后的块状油页岩，只有粒径在15～75mm之间的大颗粒油页岩能够被干馏炉利用，占页岩加工总量约20%～25%的8mm以下碎屑页岩被舍弃，造成了资源能源的大量浪费和环境污染；（2）热解气作为气体热载体，需要单独加热炉燃烧部分热解气将循环热解气加热至一定温度，浪费部分热解气的同时也使成本增加；（3）气体热载体干馏炼油，由于多采用湿式排焦，所产出的半焦难于利用，能源利用率只为原油页岩的50%~60%；（4）油气混合物在冷却、除尘、净化过程中产生的高粘度重油难于运输，还含有大量的氮、硫、蜡质以及金属元素，直接做燃料燃烧将造成严重的环境污染问题。

现有能源利用方式存在高能耗、高碳排放、高污染、低转化率等问题。同时，我国能源资源瓶颈制约日益突出，节能减排的压力越来越大，能源增长方式迫切需要转变。针对现有能源利用工艺的弊端，未来能源利用工艺发展方向要做到科技含量高、资源消耗低、环境污染少、经济效益好、安全有保障。

本发明考虑到未来能源利用工艺发展方向，在现有能源利用工艺基础上进行实质性的改进和创新。将固体燃料的气化发电技术与油页岩干馏技术进行科学集成，通过***优化对现有的页岩油生成方式进行完善，以提高***的热力学性能，并降低各类污染物的排放。通过对小颗粒油页岩、半焦、重油进行高效气化利用，并最终实现燃料化学能的梯级利用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，对现有油页岩利用装置和工艺进行实质性创新，提供集油页岩干馏、固体燃料气化和燃气发电一体的新型气体热载体干馏及燃气发电一体化装置及其工艺，以实现了燃料的清洁燃烧以及能源的梯级利用。

解决其技术问题采用的方案之一是，一种新型气体热载体干馏及燃气发电一体化装置，其特征在于，它包括气体热载体干馏***、气化反应***、燃气透平发电及气体热载体循环***和烟气处理及蒸汽透平发电***，所述的气体热载体干馏***的结构是，页岩储仓1通过皮带与破碎机2进料口连接，破碎机2的第一出料口与气体热载体干馏炉3的进料口连接，气体热载体干馏炉3的油气出口与冷凝设备4的油气进口连接，冷凝设备4的油气出口与油气洗涤器5的油气进口连接，油气洗涤器5的页岩油出口与储油罐6连接，在气体热载体干馏炉3的底部设置半焦仓7；所述的气化反应***的结构是，破碎机2的第二出料口和半焦仓7的出料口均与气化反应器8进料口连接；所述的燃气透平发电及气体热载体循环***的结构是，气化反应器8的气化合成气出口分别与燃烧室10的气化合成气进口和补燃锅炉12的气化合成气进口连接，油气清涤器5的干馏热解气出口分别与燃烧室10的气化合成气进口和补燃锅炉12的气化合成气进口连接；燃烧室10的空气入口与压缩机9的出气口连接，燃烧室10的高温高压燃气出口与燃气透平11的进气口连接，燃气透平11的出气口与补燃锅炉12的补气口连接；所述的烟气处理及蒸汽透平发电***的结构是，燃气透平11的出气口与高压蒸汽发生器13的进气口连接，高压蒸汽发生器13的高压蒸汽出气口与汽轮发电机组14连接，高压蒸汽发生器13的烟气出口与静电除尘器15进气口连接，静电除尘器15出气口通过引风机16与烟囱17连接。

解决其技术问题采用的方案之二是，一种新型气体热载体干馏及燃气发电一体化工艺，其特征在于，它包括以下内容：

1）气体热载体干馏过程

将油页岩矿置入页岩储仓1，页岩储仓1中的油页岩经皮带传送至破碎机2，经破碎后的油页岩根据粒径可以分为两部分，将其中粒径为15mm～75mm的大颗粒油页岩送入气体热载体干馏炉3，干馏温度450～550℃，产生的油气混合物通过气体热载体干馏炉3的收集伞捕集并送出炉体，进入冷凝设备4，经过冷却的油气混合物送入油气清涤器5中，通过油气清涤器5将油气混合物除尘、净化、脱硫处理，得到页岩油并送入储油罐6中储存；分离出来的干馏热解气送入补燃锅炉12和燃烧室10，气体热载体干馏炉3产生的油页岩半焦送入半焦仓7中暂时储存；

2）气化反应过程

步骤1）破碎机2破碎产生的粒径＜15mm的小颗粒油页岩与来自半焦仓7的半焦混合后送入气化反应器8，同时进入气化反应器8的还有油气清涤器5分离出来的重油以及空气和水蒸气，粒径＜15mm的小颗粒油页岩、半焦、重油以及空气和水蒸气在气化反应器8内发生气化反应，产生的气化合成气送入补燃锅炉12和燃烧室10；

3）燃气透平发电及气体热载体循环过程

步骤2）得到的气化合成气与从油气清涤器5得到的干馏热解气混合，将一部分混合合成气送入燃烧室10内，与来自压缩机9的压缩空气混合燃烧，产生1200℃的高温高压燃气进入燃气透平11内膨胀做功，从透平中排出的高温废气借助补燃锅炉12除去氧气成分并提高温度，补燃锅炉12内产生温度为600～800℃的高温废气直接进入干馏炉3，为油页岩干馏过程提供热量；

4）烟气处理及蒸汽透平发电过程

步骤3）燃气透平排出的高温废气中有一部分进入高压蒸汽发生器13中，高压蒸汽发生器13所产生的高温高压蒸汽驱动汽轮发电机组14发电，烟气冷却后经过静电除尘器15除尘，由引风机16送入烟囱17排出。

本发明的新型气体热载体干馏及燃气发电一体化装置结构合理，便于操作和控制，能使油页岩充分得到综合利用。

本发明的新型气体热载体干馏及燃气发电一体化工艺的有益效果体现在：

1、综合利用了破碎过程中不同粒径的油页岩，粒径较大的油页岩用来干馏制油，粒径较小的油页岩与干馏产生的半焦以及分离出的重油一起送入气化反应器反应制气，不同粒径的油页岩颗粒都得到了充分的利用，提高了资源的有效利用率；

2、干馏***中分离出的干馏热解气与气化反应***生成的气化合成气混合后直接用来燃烧发电，排出的高温废气借助补燃锅炉提升温度并除去氧气成分，而后送入干馏炉为干馏过程提供热量，实现能源的梯级利用，从而提升整个***的能源利用效率；

3、将小颗粒油页岩和干馏产生的半焦进行气化处理，实现了固体燃料的气化，提高了燃料的利用效率，实现燃料化学能的高效利用；

4、***的产物包括页岩油和电能，实现了***多联产，改变了传统油页岩利用***产物单一化的格局；

5、燃气透平排出烟气中一部分进入高压蒸汽发生器13中将热量传递给水，产生的高温高压蒸汽驱动汽轮发电机组14发电，充分利用了这部分高温显热，提高了能源的利用效率；

6、工艺流程科学合理，综合利用程度高，便于操作和控制。

附图说明

图1为本发明的一种新型气体热载体干馏及燃气发电一体化装置的结构示意图。

图1中：1-油页岩储仓，2-破碎机，3-干馏炉，4-冷凝设备，5-油气清涤器，6-储油罐，7-半焦仓，8-气化反应器，9-压缩机，10-燃烧室，11-燃气透平，12-补燃锅炉，13-高压蒸汽发生器，14-汽轮发电机组，15-静电除尘器，16-引风机，17-烟囱。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图1对本发明作进一步说明。

参照图1，本发明的一种新型气体热载体干馏及燃气发电一体化装置，其特征在于，它包括气体热载体干馏***、气化反应***、燃气透平发电及气体热载体循环***和烟气处理及蒸汽透平发电***，所述的气体热载体干馏***的结构是，页岩储仓1通过皮带与破碎机2进料口连接，破碎机2的第一出料口与气体热载体干馏炉3的进料口连接，气体热载体干馏炉3的油气出口与冷凝设备4的油气进口连接，冷凝设备4的油气出口与油气洗涤器5的油气进口连接，油气洗涤器5的页岩油出口与储油罐6连接，在气体热载体干馏炉3的底部设置半焦仓7；所述的气化反应***的结构是，破碎机2的第二出料口和半焦仓7的出料口均与气化反应器8进料口连接；所述的燃气透平发电及气体热载体循环***的结构是，气化反应器8的气化合成气出口分别与燃烧室10的气化合成气进口和补燃锅炉12的气化合成气进口连接，油气清涤器5的干馏热解气出口分别与燃烧室10的气化合成气进口和补燃锅炉12的气化合成气进口连接；燃烧室10的空气入口与压缩机9的出气口连接，燃烧室10的高温高压燃气出口与燃气透平11的进气口连接，燃气透平11的出气口与补燃锅炉12的补气口连接；所述的烟气处理及蒸汽透平发电***的结构是，燃气透平11的出气口与高压蒸汽发生器13的进气口连接，高压蒸汽发生器13的高压蒸汽出气口与汽轮发电机组14连接，高压蒸汽发生器13的烟气出口与静电除尘器15进气口连接，静电除尘器15出气口通过引风机16与烟囱17连接。

本发明的一种新型气体热载体干馏及燃气发电一体化工艺，包括以下内容：

1）气体热载体干馏过程

将油页岩矿置入页岩储仓1，页岩储仓1中的油页岩经皮带传送至破碎机2，经破碎后的油页岩根据粒径可以分为两部分，将其中粒径为15mm～75mm的大颗粒油页岩送入气体热载体干馏炉3，干馏温度450～550℃，产生的油气混合物通过气体热载体干馏炉3的收集伞捕集并送出炉体，进入冷凝设备4，经过冷却的油气混合物送入油气清涤器5中，通过油气清涤器5将油气混合物除尘、净化、脱硫处理，得到页岩油并送入储油罐6中储存；分离出来的干馏热解气送入补燃锅炉12和燃烧室10，气体热载体干馏炉3产生的油页岩半焦送入半焦仓7中暂时储存；

2）气化反应过程

步骤1）破碎机2破碎产生的粒径＜15mm的小颗粒油页岩与来自半焦仓7的半焦混合后送入气化反应器8，同时进入气化反应器8的还有油气清涤器5分离出来的重油以及空气和水蒸气，粒径＜15mm的小颗粒油页岩、半焦、重油以及空气和水蒸气在气化反应器8内发生气化反应，产生的气化合成气送入补燃锅炉12和燃烧室10；

3）燃气透平发电及气体热载体循环过程

步骤2）得到的气化合成气与从油气清涤器5得到的干馏热解气混合，将一部分混合合成气送入燃烧室10内，与来自压缩机9的压缩空气混合燃烧，产生1200℃的高温高压燃气进入燃气透平11内膨胀做功，从透平中排出的高温废气借助补燃锅炉12除去氧气成分并提高温度，补燃锅炉12内产生温度为600～800℃的高温废气直接进入干馏炉3，为油页岩干馏过程提供热量；

4）烟气处理及蒸汽透平发电过程

步骤3）燃气透平排出的高温废气中有一部分进入高压蒸汽发生器13中，高压蒸汽发生器13所产生的高温高压蒸汽驱动汽轮发电机组14发电，烟气冷却后经过静电除尘器15除尘，由引风机16送入烟囱17排出。

在图1中，利用了破碎过程中产生的小颗粒油页岩（＜15mm），这部分油页岩与干馏产生的半焦以及从油气混合物中分离出的重油一起送入气化反应器8反应制气。

在图1中，气化反应器8生产的气化合成气与干馏热解气混合送入燃烧室燃烧后，产生的高温高压燃气送入燃气透平11膨胀做功，透平排出的高温废气借助补燃锅炉12进一步提升温度并除去烟气中的氧气成分，而后送入干馏炉3中为油页岩干馏过程提供热量，实现了能源的梯级利用。

在图1中，高压蒸汽发生器13充分利用了燃气透平排出烟气携带的高温显热，生成高温高压蒸汽驱动汽轮发电机组14发电，同时还可以根据需要将其与***解列。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种新型气体热载体干馏及燃气发电一体化装置，其特征在于，它包括气体热载体干馏***、气化反应***、燃气透平发电及气体热载体循环***和烟气处理及蒸汽透平发电***，所述的气体热载体干馏***的结构是，页岩储仓(1)通过皮带与破碎机(2)进料口连接，破碎机(2)的第一出料口与气体热载体干馏炉(3)的进料口连接，气体热载体干馏炉(3)的油气出口与冷凝设备(4)的油气进口连接，冷凝设备(4)的油气出口与油气洗涤器(5)的油气进口连接，油气洗涤器(5)的页岩油出口与储油罐(6)连接，在气体热载体干馏炉(3)的底部设置半焦仓(7)；所述的气化反应***的结构是，破碎机(2)的第二出料口和半焦仓(7)的出料口均与气化反应器(8)进料口连接；所述的燃气透平发电及气体热载体循环***的结构是，气化反应器(8)的气化合成气出口分别与燃烧室(10)的气化合成气进口和补燃锅炉(12)的气化合成气进口连接，油气清涤器5的干馏热解气出口分别与燃烧室(10)的气化合成气进口和补燃锅炉(12)的气化合成气进口连接；燃烧室（10）的空气入口与压缩机（9）的出气口连接，燃烧室（10）的高温高压燃气出口与燃气透平（11）的进气口连接，燃气透平（11）的出气口与补燃锅炉（12）的补气口连接；所述的烟气处理及蒸汽透平发电***的结构是，燃气透平（11）的出气口与高压蒸汽发生器（13）的进气口连接，高压蒸汽发生器（13）的高压蒸汽出气口与汽轮发电机组（14）连接，高压蒸汽发生器13的烟气出口与静电除尘器（15）进气口连接，静电除尘器（15）出气口通过引风机（16）与烟囱（17）连接。

2.一种新型气体热载体干馏及燃气发电一体化工艺，包括以下内容：

1）气体热载体干馏过程

将油页岩矿置入页岩储仓1，页岩储仓1中的油页岩经皮带传送至破碎机2，经破碎后的油页岩根据粒径可以分为两部分，将其中粒径为15mm～75mm的大颗粒油页岩送入气体热载体干馏炉(3)，干馏温度450～550℃，产生的油气混合物通过气体热载体干馏炉(3)的收集伞捕集并送出炉体，进入冷凝设备(4)，经过冷却的油气混合物送入油气清涤器(5)中，通过油气清涤器(5)将油气混合物除尘、净化、脱硫处理，得到页岩油并送入储油罐(6)中储存；分离出来的干馏热解气送入补燃锅炉(12)和燃烧室(10)，气体热载体干馏炉(3)产生的油页岩半焦送入半焦仓(7)中暂时储存；

2）气化反应过程

步骤1）破碎机(2)破碎产生的粒径＜15mm的小颗粒油页岩与来自半焦仓(7)的半焦混合后送入气化反应器(8)，同时进入气化反应器(8)的还有油气清涤器(5)分离出来的重油以及空气和水蒸气，粒径＜15mm的小颗粒油页岩、半焦、重油以及空气和水蒸气在气化反应器(8)内发生气化反应，产生的气化合成气送入补燃锅炉(12)和燃烧室(10)；

3）燃气透平发电及气体热载体循环过程

步骤2）得到的气化合成气与从油气清涤器(5)得到的干馏热解气混合，将一部分混合合成气送入燃烧室(10)内，与来自压缩机(9)的压缩空气混合燃烧，产生1200℃的高温高压燃气进入燃气透平(11)内膨胀做功，从透平中排出的高温废气借助补燃锅炉(12)除去氧气成分并提高温度，补燃锅炉(12)内产生温度为600～800℃的高温废气直接进入干馏炉(3)，为油页岩干馏过程提供热量；

4）烟气处理及蒸汽透平发电过程

步骤3）燃气透平排出的高温废气中有一部分进入高压蒸汽发生器(130中，高压蒸汽发生器（13）所产生的高温高压蒸汽驱动汽轮发电机组（14）发电，烟气冷却后经过静电除尘器（15）除尘，由引风机（16）送入烟囱（17）排出。