專利名稱：一種油砂干餾煉油工藝及裝置的制作方法
技術領域：
本發明是一種用干餾方法對油砂中的浙青進行分離并獲得燃料油的工藝及裝置。本工藝和裝置適用于露天開采的油砂礦區，對水潤型油砂和油潤型油砂均可使用，日處理量可根據需要確定，一般每臺裝置的日處理量為2000t 5000t，產油量為200 500t。
背景技術：
油砂是浙青、水、砂和粘土等礦物的混合物。每單位重量含有10% 12%的浙青、4% 6%的水以及砂、粘土等其他礦物質，其中浙青即為油砂內所含的原油，它比常規原油粘稠，屬超重油。通常，油砂分成水潤型油砂和油潤型油砂兩種。對水潤型油砂中含有的浙青的分離方法是將采出的水潤型油砂先用熱水和堿混合，然后用浮選法析出浙青；或在采出的油砂內注入熱水或蒸汽，再用離心法取得浙青。這種分離浙青的方法通常稱之為水浸法。對油潤型油砂則需要通過溶劑提取等其他特殊方法才能將浙青分離出來。由于世界上主要油砂產地加拿大的油砂為水潤型油砂，所以目前常見的油砂中浙青分離方法均為水 潤型油砂的分離方法，對油潤型油砂的浙青分離方法尚沒有成熟的商業應用模式。對從油砂中采集的浙青，一般需要就地處理，使用輕油等稀釋劑加工為合成原油，以適應管道運輸之需。利用水浸方法分離浙青的缺陷一是分離浙青時，需要消耗大量熱能，產生大量溫室氣體，同時形成大量污水，造成大氣和環境污染；二是得到的產品是浙青，屬超重油，輸送困難。這二項缺陷已成為制約油砂開發利用的技術瓶頸。為此，加拿大ATP公司曾推出油砂熱裂解技術，雖然采用這一干餾法可以得到輕質油，但ATP爐筒體全長62. 5m,直徑8. 2m,在同一滾筒上又分成預熱段、燃燒段、干餾段、冷卻段，處理器主要由一個臥式回轉窯構成，包含兩個同心圓筒，內筒有兩個密封室，用于油砂的預熱和干餾，外筒為燃燒區，燃燒后的油砂沿外筒逆向流動，并將熱量傳給內筒中正向移動的油砂。ATP爐結構極為復雜，操作也很麻煩。由于該工藝和設備結構復雜、維修困難、運行周期短、投資大、沒有經濟性，因而在市場上沒有得到推廣應用。鑒于目前油砂地上干餾尚沒有成熟的工業應用裝置，因此世界上油砂的開發利用主要采取原位向地下注氣干餾的方法，收油率僅40%左右。
發明內容
本發明的目的在于提供一種工藝簡單、操作方便、投資較少、油收率較高，可以充分利用資源，不會造成環境污染的油砂干餾方法及裝置。本發明的油砂資源利用率為100%，油收率為90%以上，產品為可以直接用于管道輸送的比重在0.9kg / L左右的輕質燃料油。本發明的油砂干餾方法的技術特征是，利用在干餾裝置內安裝多個滾筒的方法分別實現油砂預熱干燥、干餾、冷卻等功能，利用油砂干餾過程中產生的干餾氣體作為油砂干餾的氣體熱載體，利用空氣冷卻油回收塔冷卻干餾氣體回收油砂中的含油組分，產品是燃料油。本發明的工藝流程見圖I。將采出的油砂通過輸料系統進入干餾裝置進行干餾，干餾裝置中設有多個滾筒，油砂在預熱干燥段滾筒內被去除水分并被加熱到200°C 250°C，油砂在干餾段滾筒內被加熱到500°C 550°C，油砂被干餾，釋放出干餾油氣，被干餾完的油砂在冷卻段滾筒內被冷卻到150°C 180°C后排出爐外。加熱油砂的是從干餾裝置中部通入的630°C 670°C的氣體熱載體，氣體熱載體是油砂干餾過程中產生的干餾氣體，干餾氣體經過空氣冷卻油回收塔冷凝回收燃料油,經回收燃料油后的剩余可燃氣體一部分作為加熱爐的燃料；一部分作為氣體熱載體送入加熱爐加熱，加熱到630°C 680°C再送入干餾裝置，循環使用；一部分從干餾裝置下部送入，回收油砂干餾后產生的灰渣的余熱，用于補充油砂干餾需要的熱量。具體工藝過程是小于25mm的油砂通過輸送裝置送到干餾裝置的頂部料斗，給料器將油砂加入干餾裝置，落入預熱干燥段滾筒內，滾筒在中軸的帶動下，不停地旋轉，滾筒內的油砂也隨之在筒內不停地翻滾，氣流從滾筒壁上開有的氣孔進入，和油砂發生充分的混合并將油砂加熱；油砂在筒內翻滾的同時在導流板作用下向前運動，走至滾筒未端時掉入干餾段滾筒內，油砂在干餾段滾筒內繼續重復預熱干燥段滾筒內的程序，向前推進。走至干餾段滾筒未端時掉入冷卻段滾筒內。630°C 670°C的氣體熱載體從干餾段滾筒的下部進入，因滾筒上開有氣孔，熱載體經過氣孔進入滾筒，和滾筒內的油砂混合發生熱交換，將油砂從常溫加熱到500°C 550°C時，油砂中的浙青發生熱裂解，生成干餾氣體，干餾氣體和氣體熱載體混合在一起，通過滾筒上開有的氣孔進入上部的預熱干燥段滾筒，再和上一段 滾筒內油砂混合。冷卻段滾筒的下部設有冷瓦斯進口，35°C 40°C的冷瓦斯進入干餾裝置后通過滾筒上開有的氣孔進入冷卻段滾筒內，和干餾完的油砂灰渣混合，回收油砂灰渣的物理顯熱，同時將灰渣冷卻到150°C 180°C。由于氣體熱載體和油砂是逆向流動，因此在整個混合過程中，油砂是從環境溫度被加熱到500°C 550°C，而氣體熱載體則從630°C 670°C被冷卻到80°C 110°C排出干餾裝置外。干餾氣體(其中含氣體熱載體和從下部通入的冷瓦斯)排出干餾裝置后經過空氣冷卻油回收塔，溫度降低到25 °C 45 °C，干餾氣體中含有的輕質燃料油被冷凝成液體，經油水分離器分離后送入貯罐。收油后的干餾氣體一部分作為氣體熱載體循環使用，一部分送入加熱爐作為燃料使用，將氣體熱載體加熱到630°C 6700C。油砂經干餾后，浙青已經全部分離出來，剩余的是灰渣，被從干餾裝置下部進入的35°C 40°C的冷瓦斯冷卻到150°C 180°C后排出爐外。本發明的油砂干餾裝置的特征是干餾裝置內設有多個滾筒，干餾裝置為直立方型爐，內砌耐火磚，外面包有鐵皮，上部設有油砂入料口和干餾氣體排出口，中部設有熱載體進口，下部設有冷瓦斯進口，底部設有干餾后油砂灰渣的排出口和水封池，水封池底部設有刮板運輸機，裝置內設有的多段滾筒呈傾斜形布置，首尾相連，滾筒和水平之間的傾角為1° 5°，滾筒安裝在干餾裝置外的支架上。干餾裝置中滾筒的結構雖然相同，但各個滾筒的功能各不相同。圖2是設有3個滾筒的干餾裝置的結構圖。第I個滾筒的功能是使油砂預熱、去水、干燥，第2個滾筒的功能是使油砂干餾，第3個滾筒的功能是回收油砂干餾后灰渣的余熱。干餾裝置內每種功能的滾筒至少有I個。同一功能的滾筒可以縱向排列，也可以橫向排列。為了充分利用場地，減少設備的占地面積，提高設備的處理能力，干餾裝置內的每段滾筒的數量可以根據需要設置。圖4為一個有5層滾筒，每層又有2個滾筒的干餾裝置示意圖，其中由上而下數第I、2層滾筒為預熱干燥段，預熱干燥段滾筒共有4個(縱向排列2個，橫向排列2個);由上而下數第3、4層滾筒為干餾段滾筒，干餾段滾筒共有4個(縱向排列2個，橫向排列2個)；由上而下數第5層滾筒為冷卻段滾筒，冷卻段滾筒共有2個(縱向排列I個，橫向排列I個)。
所述的滾筒的結構見圖3，滾筒中軸為轉動軸，滾筒用輻條固定在中軸上，滾筒中軸和變速箱、電動機相連接。滾筒在電動機帶動下做旋轉運動，滾筒內安裝有導流板，滾筒外壁開有氣孔。滾筒一側設進料口，另一側設排料口。在正常運轉時，氣流從滾筒下方的氣孔中進入滾筒內，從滾筒上方的氣孔中排出。在滾筒內，熱載體和油砂充分的接觸并換熱，將油砂加熱到干餾需要的溫度，油砂從滾筒的一側進入，另一側排出。本發明的技術關鍵是利用斜置于干餾裝置內的多個滾筒輸送油砂，油砂在移動中和熱循環瓦斯充分接觸，實現預熱、去水、干燥，干餾，冷卻等功能。為實現這一干餾工藝，采用了如下技術一是油砂在滾筒轉動力和導流板的雙重作用下以螺旋方式推進，可以克服油砂因粘結性較大容易粘附在滾筒壁上的缺陷。二是采用了混流技術，熱瓦斯和油砂既有橫向接觸，又有縱向接觸，油砂和滾筒篩板的接觸處于若即若離的狀態。油砂料層始終處于蓬松狀態。保證了熱載體和油砂的充分接觸。三是采用了分層調控的方法，盡管滾筒的結構幾乎一樣，但轉動速度，油砂行進速度和筒內溫度卻并不一樣，從而實現不同的功能。四是用調整電機頻率的方法來調整不同滾筒里的油砂的行進速度，控制物料在裝置中的停留時間，操作簡便。五是采用了熱瓦斯全循環的干餾工藝，瓦斯的加熱在裝置外進行，裝置中無燃燒發生，無空氣進入，干餾所需熱量完全依靠熱循環瓦斯帶入，提高了瓦斯的熱值。六是冷循環瓦斯從下部進入，對干餾完的油砂灰渣降溫，回收熱量。七是下部采用水封刮板方·式出渣，防止了瓦斯氣體逸出，保護了環境。目前國內外均沒有用這種方法對油砂進行干餾的裝置。本發明具有如下特點
I、本發明產品為燃料油，油品質量好。一般水浸法分離浙青的產品為浙青，屬超重油，
常溫下為粘稠狀物質，輸送困難。本發明產品為比重在0.9kg / L左右的輕質燃料油，輸送方便，并可直接用于工業生產。2、本發明油砂干餾工藝油回收率高。地下注氣法油回收率僅40%左右，水浸法油回收率雖可達到90%左右，但產出的浙青還需要二次加工。本發明采用瓦斯全循環干餾工藝，由于油砂與熱瓦斯之間換熱充分，裝置內無空氣進入，無燃燒反應，最高溫度僅550°C，不會結焦，油回收率達90%以上。3、本發明干餾裝置結構簡單、操作方便。ATP干餾裝置僅爐本體占地面積就達到1000 m2以上，本發明同等處理能力的干餾裝置本身占地面積不足100 m2。ATP爐由于爐內有燃燒反應且中間發生多次換熱，結構復雜，操作繁瑣，運行成本高，至今并沒有實現商業應用。本發明結構簡單，操作方便，僅需調整電動機頻率即可調整油砂行進速度，實現干餾煉油。4、本發明資源利用率高。各種規格油砂均可用作原料，特別是用水浸法不能分離浙青的油潤性油砂也可以進行干餾煉油。資源利用率為100%。5、本發明采用了水封出渣技術，無氣體外泄，無污水排放，符合環保要求。
附圖I是多個滾筒式油砂干餾工藝流程圖。附圖2是有3個滾筒的油砂干餾裝置結構圖；圖中所示各部分分別是1、給料輸送系統；2、料斗；3、給料器；4、耐火磚；5、爐體鐵皮；6、第I層滾筒；7、第2層滾筒；8、第3層滾筒；9、刮板式出料系統；10、水封池；11、冷卻氣體進口 ；12、熱載體進口 ；13、電動機；14、變速箱；15、滾筒中軸；16、滾筒筒體；17、滾筒輻條；18、干餾氣體出口。附圖3是滾筒的結構圖。圖中所示各部分分別是15、滾筒中軸；16、滾筒筒體；17、滾筒輻條；19、氣孔；20、滾筒導流板。附圖4為設有5層滾筒，每層(水平方向)又安裝有2個滾筒的干餾裝置結構圖。圖中所示各部分分別是1、給料輸送系統；2、料斗；3、給料器；4、耐火磚；5、爐體鐵皮；6、第I層滾筒；7、第2層滾筒；8、第3層滾筒；9、刮板式出料系統；10、水封池；11、冷卻氣體進口 ；12、熱載體進口 ；13、電動機；14、變速箱；15、滾筒中軸；16、滾筒筒體；17、滾筒輻條；18、干餾氣體出口 ；21、第4層滾筒；22、第5層滾筒。
具體實施例方式圖I是本發明的油砂干餾工藝的流程，技術特征是利用有多個滾筒的干餾裝置干餾油砂，利用油砂干餾過程中產生的干餾氣體作為油砂干餾的氣體熱載體，利用空氣冷 卻器冷卻干餾氣體回收油砂中的含油組分，產品是燃料油。將采出的油砂通過輸料系統進入多段滾筒式干餾裝置進行干餾，從干餾裝置中部通入630°C 670°C的氣體熱載體，氣體熱載體是油砂干餾過程中產生的干餾氣體，干餾氣體經過空氣冷卻器冷凝回收燃料油，經回收燃料油后的剩余可燃氣體一部分作為加熱爐的燃料，一部分作為氣體熱載體送入加熱爐加熱，加熱到630°C 670°C再送入干餾裝置，循環使用。圖2為設有3個滾筒的油砂干餾裝置結構圖，特征在于干餾裝置內設有首尾相連的3個滾筒，滾筒與滾筒之間首尾相連，滾筒和水平之間的傾角為1° 5°，滾筒安裝在支架上，由電動機帶動做旋轉運動，滾筒內安裝有導流板，滾筒外壁開有氣孔；在第2個滾筒下方開有熱瓦斯進口，在第3個滾筒下方開有冷瓦斯進口 ；干餾裝置爐頂部設給料系統和進料口、排氣裝置；干餾裝置底部設排料裝置和水封池。第I個滾筒的功能是使油砂預熱、去水、干燥，第2個滾筒的功能是使油砂干餾，第3個滾筒的功能是回收油砂干餾后灰渣的余熱，即對油砂干餾后灰渣進行冷卻。實際運行時，油砂從第I個滾筒的一側進入，在導流板和滾筒旋轉力的雙重作用下，油砂在揚起的同時向前方運動，最后從滾筒的另一側排出，進入第2個滾筒。油砂從第I個滾筒排出時，己被從下部上升上來的并通過氣孔進入的氣體熱載體加熱到250°C以上，油砂中的水分已經全部蒸發出來，第I個滾筒己完成對油砂預熱、干燥和去水的功能。第2個滾筒的下方設有氣體熱載體的進口，630°C 670°C的氣體熱載體從這里進入干餾裝置，因滾筒上開有氣孔，熱載體經過氣孔進入滾筒，和滾筒內的油砂混合發生熱交換，將油砂加熱到500°C 550°C，油砂中的浙青發生熱裂解，生成干餾氣體，干餾氣體和氣體熱載體混合在一起，通過滾筒上開有的氣孔進入第I個滾筒，再和第I個滾筒內油砂混合，對油砂進行加熱。由于氣體熱載體和油砂是逆向流動，因此在整個混合過程中，油砂在第I和第2個滾筒內是從環境溫度被加熱到500°C 550°C，而氣體熱載體則從630°C 670°C被冷卻到80°C 110°C排出干餾裝置外。油砂在第2個滾筒內完成了干餾的任務。干餾氣體(其中含氣體熱載體)排出干餾裝置后經過空氣冷卻油回收塔冷卻，溫度降低到25°C 40°C，干餾氣體中含有的輕質燃料油被冷凝成液體，經油水分離器分離后送入貯罐。收油后的干餾氣體一部分作為氣體熱載體循環使用，一部分送入加熱爐作為燃料使用，將氣體熱載體加熱到630°C 670°C再送入干餾裝置。油砂經第2個滾筒干餾后，浙青已經全部分離出來，剩余的是灰渣，進入第3個滾筒，第3個滾筒下方設有冷瓦斯進口，35°C 40°C的冷瓦斯經過滾筒上開有的氣孔進入第3個滾筒內，和滾筒內的500°C 550°C灰渣合發生熱交換，將灰渣溫度降低到150°C 180°C，灰渣物理顯熱被回收。灰渣排入水封池后冷卻到80°C以下，經刮板運輸機刮出爐外。圖3是滾筒的結構圖。滾筒是本發明的多個滾筒式干餾裝置的核心設備，其特征在于滾筒用輻條固定在中軸上，滾筒中軸和變速箱、電動機相連接。滾筒在電動機帶動下做旋轉運動，滾筒內安裝有導流板，滾筒外壁開有氣孔。滾筒一側設進料口，另一側設排料口。滾筒不僅是物料輸送設備，同時也是一個換熱設備。在運轉時，電動機通過變速箱帶動中軸旋轉，因滾筒固定在輻條上，輻條又固定在中軸上，因此整個滾筒隨電動機一起旋轉。滾筒在電動機帶動下作旋轉運動，滾筒外壁上安裝有導流板，物料即向前推進，行進至排料口時排出；滾筒外壁又開有氣孔，氣流可以通過氣孔和物料充分接觸。圖4為設有5層滾筒，每層在水平方向又安裝有2個滾筒的干餾裝置結構圖。干餾裝置內滾筒的直徑和數量按照油砂的物理性質和處理量的大小確定，油砂含 水高或處理量大時滾筒的直徑可大一些，數量可多一些，反之則直徑小一些、數量少一些；一般，一個干餾裝置內垂直方向可安裝有3 7個滾筒，水平方向可安裝有I 3個滾筒。當干餾裝置內安裝有5層滾筒、每層又有2個滾筒時，如果滾筒的直徑為2m時，干餾裝置的處理量可以達到IOOOt / d 1500t / d，這時干餾裝置由上而下數的第1、2層滾筒為預熱干燥段，預熱干燥段滾筒共有4個(縱向排列2個，橫向排列2個)；由上而下數第3、4層滾筒為干餾段滾筒，干餾段滾筒共有4個(縱向排列2個，橫向排列2個)；由上而下數第5層滾筒為冷卻段滾筒，冷卻段滾筒共有2個(縱向排列I個，橫向排列I個)。當干餾裝置內安裝有7層滾筒、每層又有2個滾筒時，如果滾筒的直徑為3m時，干餾裝置的處理量可以達到3000t / d 5000t / d，這時干餾裝置由上而下數第1、2、3層滾筒為預熱干燥段，預熱干燥段滾筒共有6個(縱向排列3個，橫向排列2個);由上而下數第4、5層滾筒為干餾段滾筒，干餾段滾筒共有4個(縱向排列2個，橫向排列2個)；由上而下數第6、7層滾筒為冷卻段滾筒，冷卻段滾筒共有4個(縱向排列2個，橫向排列2個)。在實際運行時，滾筒轉動速度越快，油砂在該滾筒中停留的時間越短。因此各滾筒的轉動速度應根據工藝要求進行調整，比如當油砂中含水量高時，為保證油砂中水分全部蒸發，預熱干燥段滾筒的轉動速度可慢一些；當灰渣中含有未干餾完的油時，需延長油砂在干餾段滾筒中的停留的時間，干餾段滾筒的轉動速度可慢一些；當灰渣排出溫度過高時，可適當降低冷卻段滾筒的轉動速度等。
權利要求
1.一種油砂干餾煉油的工藝，其特征在于利用在干餾裝置內安裝多個滾筒的方法分別實現油砂預熱干燥、干餾、冷卻等功能，利用油砂干餾過程中產生的干餾氣體作為油砂干餾的氣體熱載體，利用空氣冷卻油回收塔冷卻干餾氣體回收油砂中的含油組分，產品是燃料油；油砂通過輸料系統進入干餾裝置進行干餾，干餾裝置中設有多個滾筒，油砂在預熱干燥段滾筒內被去除水分并被加熱到200°C 250°C，油砂在干餾段滾筒內被加熱到500°C 550°C，油砂被干餾，釋放出干餾油氣，被干餾完的油砂在冷卻段滾筒內被冷卻到150°C 180°C后排出爐外；加熱油砂的是從干餾裝置中部通入的630°C 670°C的氣體熱載體，氣體熱載體是油砂干餾過程中產生的干餾氣體，干餾氣體經過空氣冷卻油回收塔冷凝回收燃料油，經回收燃料油后的剩余可燃氣體一部分作為加熱爐的燃料；一部分作為氣體熱載體送入加熱爐加熱，加熱到630°C 680°C再送入干餾裝置，循環使用；一部分從干餾裝置下部送入，回收油砂干餾后產生的灰渣的余熱，用于補充油砂干餾需要的熱量。
2.根據權利要求I所述的油砂干餾煉油的工藝，其特征在于原料油砂的顆粒粒徑在25 mm以下。
3.根據權利要求I所述的油砂干餾煉油的工藝，其特征在于干餾油砂的氣體熱載體是油砂干餾過程中產生的干餾氣體。
4.根據權利要求I所述的油砂干餾煉油的工藝，其特征在于冷卻油砂灰渣的冷瓦斯是經過回收燃料油的干餾氣體。
5.一種實現油砂干餾煉油的干餾裝置，其特征在于干餾裝置內設有多個滾筒，干餾裝置為直立方型爐，內砌耐火磚，外面包有鐵皮，上部設有油砂入料口和干餾氣體排出口，中部設有熱載體進口，下部設有冷瓦斯進口，底部設有干餾后油砂灰渣的排出口和水封池，水封池底部設有刮板運輸機，爐內設有的多個滾筒呈傾斜形布置，首尾相連，滾筒和水平之間的傾角為1° 5°，滾筒安裝在干餾裝置外的支架上。
6.根據權利要求5所述的油砂干餾裝置，其特征在于干餾裝置內設滾筒最少有3個，分別承擔油砂預熱干燥、干餾、油砂灰渣冷卻的功能。
7.根據權利要求5所述的油砂干餾裝置，其特征在于干餾油砂的氣體熱載體的進口設置于干餾段滾筒的下部，冷卻油砂灰渣的冷瓦斯進口設置于冷卻段滾筒的下部。
8.根據權利要求5所述的油砂干餾裝置，其特征在于干餾裝置內垂直方向安裝有3 7個滾筒，水平方向安裝有I 3個滾筒。
9.根據權利要求5所述的油砂干餾裝置，其特征在于滾筒用輻條固定在中軸上，滾筒中軸和變速箱、電動機相連接；滾筒在電動機帶動下做旋轉運動，滾筒內安裝有導流板，滾筒外壁開有氣孔；滾筒一側設進料口，另一側設排料口。
全文摘要
一種油砂干餾煉油的工藝和干餾裝置，其特征在于利用在一個干餾裝置內安裝多個滾筒的方法分別實現油砂預熱干燥、干餾和冷卻等功能，利用油砂干餾過程中產生的干餾氣體作為油砂干餾的氣體熱載體，利用空氣冷卻油回收塔冷卻干餾氣體回收油砂中的含油組分。本發明產品為燃料油，比重在0.9kg／L左右，油品質量好。油回收率達90%以上。本發明干餾裝置結構簡單、操作方便、資源利用率高。各種規格油砂均可用作原料，特別是用水浸法不能分離瀝青的油潤性油砂也可以進行干餾煉油。資源利用率為100%。本發明采用了水封出渣技術，無氣體外泄，無污水排放，符合環保要求。
文檔編號C10B53/06GK102827622SQ201210353790
公開日2012年12月19日 申請日期2012年9月21日 優先權日2012年9月21日
發明者吳冠峰 申請人:沈陽海源干餾設備技術開發有限公司