CN107474860A - 一种多孔介质外热式油页岩干馏炉 - Google Patents
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Abstract
一种多孔介质外热式油页岩干馏炉，炉体设有多排间隔的燃烧室和干馏室。每间燃烧室是一个方型多孔介质燃烧器，根据功能可分为燃烧区、预热区和气体混合区。燃烧室产生的热量通过燃烧区的导热墙以热辐射和热传导的方式传给干馏室内的油页岩，且预热区所传递的热量可对油页岩残渣进行二次蒸馏。本发明的创新点在于：把多孔介质燃烧技术引进到油页岩干馏炼油领域，燃烧室由外墙、陶瓷小球、多孔介质和阻焰屏障板构成，内部填充部分可以用油页岩灰渣制成。与其他外热式油页岩干馏炉相比，本发明可以二次蒸馏提高蒸馏率，降低对燃气的要求，污染物排放低，易于安装、维护和故障率低等特点，并为油页岩灰渣找到了新的利用途径。
Description
技术领域
本发明属于油页岩干馏炼油领域，涉及一种多孔介质外热式油页岩干馏炉，具体是指一种应用外热式加热技术和多孔介质预混燃烧技术对油页岩进行干馏炼油的干馏炉。
背景技术
目前，自由火焰为特征的空间燃烧仍然是油页岩干馏炉燃烧室燃气燃烧的主要方式，这种方式导致火焰面附近温度梯度较大而且分布不均匀，局部的高温造成大量的氮氧化物的生成，即使是当前比较先进的烧嘴依然会存在燃烧不充分、燃烧不稳定和燃烧效率低而产生大量一氧化碳的情况。
针对上述问题，国内外学者对油页岩干馏炉的燃烧室结构已经做了大量的研究，也包括对喷嘴的选择做了很多工作。然而至今还没有学者把多孔介质燃烧技术引进到油页岩干馏炼油领域。多孔介质中的预混燃烧有很多优点：较高的燃烧效率和稳定性、负荷调节范围广、燃烧室结构紧凑、燃烧极限扩大等，而且燃烧产物中氮氧化物和硫化物等污染物的含量减少。因此，多孔介质中的预混燃烧应用在油页岩干馏炼油领域具有很大的发展前景。
外热式干馏工艺的油页岩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，干馏煤气纯度和热值以及煤气中页岩油的浓度都很高，有利于页岩油的回收；同时可以缩小辅助的回收***。近年来国内提出了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，但是均采用自由火焰的燃烧方式，这样势必造成干馏室温度分布不均，半焦固定碳利用率较低等问题。有的干馏炉炉内设置蓄热室和/或设置烧嘴，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，并且热效率高、能充分利用半焦潜热和显热，维修方便，同时日处理油页岩量大的外热式油页岩干馏炉。
发明内容
本发明为解决上述现有技术存在的问题，而提供一种利用多孔介质燃烧技术对油页岩进行干馏炼油的油页岩干馏炉，且该干馏炉结构稳定，能充分利用半焦潜热和显热，同时当燃气为浓度低于***极限下限、热值低于250Kca1/m3～420Kca1/m3或粉尘含量较高的燃气时，能够实现低浓度、低热值完全燃烧，提高加热的均匀性，热效率高，并且解决了多孔介质的更换和清理问题。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种多孔介质外热式油页岩干馏炉，该干馏炉分为上、中、下三部分，分别为：进料***和预热段组成的上部，燃烧室和干馏室组成的中部，排渣装置、气化段、冷却段组成的下部；所述干馏炉体上部的进料***与预热段连通；所述干馏炉体上部的进料***设有上料钟、下料钟和三角挡板；所述干馏炉体中部为燃烧干馏区域，间隔布置有燃烧室和干馏室，且间隔布置的燃烧室和干馏室为多排结构，燃烧室布置在干馏室两侧；每排燃烧室是一个多孔介质燃烧器。
所述的上料钟为双料钟结构，采用上下方式配置，以提高干馏炉的密封性。
所述的预热段设有集气***的排气口。
所述三角挡板外安装烧嘴，用于点燃气体。
所述干馏炉体中部的燃烧室布置在干馏室两侧并建筑在由钢梁支撑的钢结构上；两排相邻燃烧室的导热墙外侧墙面之间围成干馏室，且干馏室的上方与炉内上部的预热段连通；每排燃烧室相互独立，既能提供所需热能，又能保证干馏炉的稳定性；所述每排燃烧室相互独立，既能提供所需热能，又能保证干馏炉的稳定；燃烧室数量为5～20排。
本发明干馏炉炉体中部设有多排间隔排列的燃烧室和干馏室；每排燃烧室由一个方型多孔介质燃烧器组成，在功能上整个多孔介质燃烧器从下至上依次为气体混合区、预热区、燃烧区。燃烧室产生的热量通过燃烧区的导热墙以热辐射和热传导的方式传给干馏室的油页岩，且预热区所传递的热量也可对油页岩残渣进行二次蒸馏。
在结构上整个多孔介质燃烧器从下至上包括预混气体供气管、阻焰屏障板、上方抽换层、下方抽换层。燃烧区由上方抽换层构成，其内为陶瓷小球，用以燃烧产热同时传热至预热区预热气体；预热区由阻焰屏障板和下方抽换层组成，下方抽换层内为多孔介质，用以增强燃料和空气的混合和输运，有利于提高燃烧速度。阻焰屏障板的作用是防止回火；气体混合区由预混气体供气管组成，用于通入混合气体。
预热区可以有效储存燃烧区产生的热量，同时由于多孔介质特有的流道桥路和弥散作用能够增强燃料和空气的混合和输运，有利于提高燃烧速度，同时由于流道是不同的，因此可以有效过滤粉尘等杂质，并放在阻焰屏障板上面。多孔介质和阻焰屏障板可以迅速把热量导出去，防止由于操作不当引起回火的发生，同时可以促进燃料和空气混合。
干馏炉体下部设有气化段、冷却段、冷却水套、刮板式除渣机、蒸气管道和蒸气喷嘴。所述的气化段中的水蒸气，用于和半焦内残炭反应；冷却段的两侧固定冷却水套，冷却水套充满软水，由钢板围成环道，冷却水套与炉外的软水供应***和余热锅炉***相连；冷却段底部均匀布置了蒸气喷嘴，且蒸气喷嘴与蒸气管道相连；刮板式除渣机和干馏炉之间通过水池中的水封连接，保证干馏炉的密封性，用于将半焦气化反应后的灰渣排出。
上述的陶瓷小球的材料，选用油页岩灰渣，主要成分为二氧化硅和三氧化二铝,其中陶瓷小球直径与上方抽换层高度的比为1:100；多孔介质的材料，选用孔径为50～65PPI，孔隙率为80～90％，孔的排列方式为无序的氧化钙基氧化锆或碳化硅；阻焰屏障板的材料，选用均匀布置有直径为0.5～3mm的孔，孔间距为3～20mm的三氧化二铝多孔陶瓷材料，或氧化锆多孔陶瓷材料，或由三氧化二铝和氧化锆两种材料混合的多孔陶瓷材料。
本发明的油页岩干馏炉在燃烧室内选用堆积陶瓷小球、多孔介质和阻燃屏障板的组合代替传统的烧嘴，具有较高的燃烧效率和稳定性，负荷调节范围广，燃烧室的结构紧凑，燃烧极限扩大，而且燃烧产物中氮氧化物和硫化物等污染物的含量减少，同时由于燃烧区和预热区采用抽拉结构，降低了维护的工作量。此外，预混作用的多孔介质和阻燃屏障板可以有效地把热量传导出去，可以防止由于操作不当引起的回火的发生。
附图说明
图1为本发明的以多孔介质燃烧器作为燃烧室的油页岩干馏炉结构图。
图2为图1的A—A向剖视示意图。
图中：1上料钟；2下料钟；3排气口；4三角挡板；5燃烧室；6干馏室；7陶瓷小球；8孔介质燃烧器；9阻焰屏障板；10气化段；11冷却段；12冷却水套；13刮板式除渣机；14蒸气管道；15蒸气喷嘴；16下方抽换层；17上方抽换层；18预混气体供气管；19烧嘴。
具体实施方式
以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施例。
如图所示，本发明的油页岩干馏炉由上料钟1、下料钟2、排气口3、三角挡板4、燃烧室5、干馏室6、陶瓷小球7、多孔介质8、阻焰屏障板9、气化段10、冷却段11、冷却水套12、刮板式除渣机13、蒸气管道14、蒸气喷嘴15、下方抽换层16、上方抽换层17、预混气体供气管18和烧嘴19。
该干馏炉分为上、中、下三部分，干馏炉体上部的进料***与预热段连通；干馏炉体上部的进料***设有上料钟1、下料钟2和三角挡板4；干馏炉体中部为燃烧干馏区域，间隔布置有燃烧室5和干馏室6，且间隔布置的燃烧室和干馏室为多排结构，燃烧室布置在干馏室两侧；每排燃烧室是一个多孔介质燃烧器8；预热段设有集气***的排气口3；三角挡板外安装烧嘴19，用于点燃气体；多孔介质燃烧器8从下至上包括气体混合区、预热区、燃烧区；气体混合区由预混气体供气管18组成，用于通入混合气体；预热区由阻焰屏障板9和下方抽换层16组成，下方抽换层16内为多孔介质，用以增强燃料和空气的混合和输运，有利于提高燃烧速度；阻焰屏障板9的作用是防止回火；所述的燃烧区由上方抽换层17构成，其内部为陶瓷小球7。气化段10中的水蒸气，用于和半焦内残炭反应；冷却段11的两侧固定冷却水套12，冷却水套12充满软水，由钢板围成环道，冷却水套12与炉外的软水供应***和余热锅炉***相连；冷却段11底部均匀布置了蒸气喷嘴15，且蒸气喷嘴15与蒸气管道14相连；刮板式除渣机13和干馏炉之间通过水池中的水封连接，保证干馏炉的密封性，用于将半焦气化反应后的灰渣排出。
上述的多孔介质外热式油页岩干馏炉，使用过程如下：
1)先通过在下方抽换层16内放入孔隙率为80～90％，孔径为50～65PPI，板厚为5～50mm的多孔介质8，同时在上方抽换层17内放置陶瓷小球7；
2)燃料流经多孔介质8和陶瓷小球7由烧嘴19点火，在陶瓷小球7内部形成稳定的火焰，使燃料连续、稳定燃烧；
3)油页岩经预热后进入干馏室6受燃烧室5燃烧区传递的热量进行蒸馏，残渣受燃烧室5预热区传递的热量进行二次蒸馏，之后经排渣管进入冷却段11，冷却段11内的软水吸收灰渣热量生成水蒸气，水蒸气在外部配套余热锅炉内进行气液分离后，经蒸气管14和蒸气喷嘴15从冷却段11喷入，在上升过程中继续吸收灰渣热量形成热蒸气，并在气化段10与半焦残碳气化反应生成水煤气，同时带走干馏室6内的高温油气。
其中，燃烧室5处于工作状态时燃烧室内部的燃烧区温度控制在1000～1350℃，预热区温度控制在800～1135℃，燃烧室外部的干馏室温度稳定在600～700℃。
Claims (6)
1.一种多孔介质外热式油页岩干馏炉，其特征在于，该干馏炉分为上、中、下三部分，分别为：进料***和预热段组成的上部；燃烧室(5)和干馏室(6)组成的中部；排渣装置、气化段(10)、冷却段(11)组成的下部；
干馏炉体上部的进料***与预热段连通；所述的进料***设有上料钟(1)、下料钟(2)和三角挡板(4)；所述的上料钟为双料钟结构，采用上下方式配置，以提高干馏炉的密封性；所述的预热段设有集气***的排气口(3)；所述三角挡板(4)外安装烧嘴(19)，用于点燃气体。
干馏炉体中部为燃烧干馏区域，间隔布置有燃烧室(5)和干馏室(6)，且间隔布置的燃烧室(5)和干馏室(6)为多排结构，燃烧室(5)布置在干馏室(6)两侧；每排燃烧室(5)是一个多孔介质燃烧器；
干馏炉体下部的排渣装置和炉内下部的气化段(10)、冷却段(11)连通。
2.根据权利要求1所述的一种多孔介质外热式油页岩干馏炉，其特征在于，所述的多孔介质燃烧器从下至上包括气体混合区、预热区、燃烧区；所述的气体混合区由预混气体供气管(18)组成，用于通入混合气体；所述的预热区由阻焰屏障板(9)和下方抽换层(16)组成，下方抽换层(16)内为多孔介质，用以增强燃料和空气的混合和输运，有利于提高燃烧速度；阻焰屏障板(9)的作用是防止回火；所述的燃烧区由上方抽换层(17)构成，其内部为陶瓷小球(7)。
3.根据权利要求1或2所述的一种多孔介质外热式油页岩干馏炉，其特征在于，所述的气化段(10)中的水蒸气，用于和半焦内残炭反应；冷却段(11)的两侧固定冷却水套(12)，冷却水套(12)充满软水，由钢板围成环道，冷却水套(12)与炉外的软水供应***和余热锅炉***相连；冷却段(11)底部均匀布置了蒸气喷嘴(15)，且蒸气喷嘴(15)与蒸气管道(14)相连；刮板式除渣机(13)和干馏炉之间通过水池中的水封连接，保证干馏炉的密封性，用于将半焦气化反应后的灰渣排出。
4.根据权利要求1或2所述的一种多孔介质外热式油页岩干馏炉，其特征在于：所述的燃烧室(5)布置在干馏室(6)两侧并建筑在由钢梁支撑的钢结构上；两排相邻燃烧室(5)的导热墙外侧墙面之间围成干馏室(6)，且干馏室(6)的上方与炉内上部的预热段连通；每排燃烧室(5)相互独立，既能提供所需热能，又能保证干馏炉的稳定性。
5.根据权利要求4所述的一种多孔介质外热式油页岩干馏炉，其特征在于：陶瓷小球(7)的材料，选用油页岩灰渣，主要成分为二氧化硅和三氧化二铝，其中陶瓷小球(7)直径与上方抽换层(17)高度的比为1:100；多孔介质(8)的材料，选用孔径为50～65PPI，孔隙率为80～90％，孔的排列方式为无序的氧化钙基氧化锆或碳化硅；阻焰屏障板(9)的材料，选用均匀布置有直径为0.5～3mm的孔，孔间距为3～20mm的三氧化二铝多孔陶瓷材料，或氧化锆多孔陶瓷材料，或由三氧化二铝和氧化锆两种材料混合的多孔陶瓷材料。
6.权利要求1-8任一所述一种多孔介质外热式油页岩干馏炉的使用方法，其特征是以下步聚：
1)使用前，先通过在下方抽换层(16)内放入孔隙率为80～90％，孔径为50～65PPI，板厚为5～50mm的多孔介质(8)，同时在上方抽换层(17)内放置陶瓷小球(7)；
2)燃料流经多孔介质(8)和陶瓷小球(7)由烧嘴(19)点火，在陶瓷小球(7)内部形成稳定的火焰，使燃料连续、稳定燃烧；
3)油页岩经预热后进入干馏室(6)受燃烧室(5)燃烧区传递的热量进行蒸馏，残渣受燃烧室(5)预热区传递的热量进行二次蒸馏，之后经排渣管进入冷却段(11)，冷却段(11)内的软水吸收灰渣热量生成水蒸气，水蒸气在外部配套余热锅炉内进行气液分离后，经蒸气管(14)和蒸气喷嘴(15)从冷却段(11)喷入，在上升过程中继续吸收灰渣热量形成热蒸气，并在气化段(10)与半焦残碳气化反应生成水煤气，同时带走干馏室(6)内的高温油气。
其中，燃烧室(5)处于工作状态时燃烧室内部的燃烧区温度控制在1000～1350℃，预热区温度控制在800～1135℃，燃烧室外部的干馏室温度稳定在600～700℃。
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