專利名稱：一種油頁巖干燥、加熱、煉油、半焦燃燒一體化工藝的制作方法
技術領域：
本發明涉及油頁巖資源綜合利用技術領域，是一種油頁巖干燥、加熱、煉油、半焦燃燒一體化工藝。該一體化工藝亦可用于煤、油砂、廢舊輪胎、石油焦、有機廢料和生物質。
背景技術：
油頁巖是一種重要的能源資源。世界各大洲都發現了油頁巖礦床，其數量已超過600個油頁巖盆地。在世界范圍內，油頁巖儲量折成發熱量僅次于煤炭位列第二位；折算成頁巖油相當于4750億噸，為天然石油可采儲量的5. 4倍，是 當前石油、煤、天然氣的理想替代能源。中國油頁巖遠景資源量約2萬億噸，折頁巖油800億噸，為石油剩余可采儲量25億噸的32倍，居世界第四位。1989年探明的儲量315. 67億噸，在最近新一輪資源評價中，我國確認資源總量7199億噸，折頁巖油476億噸。油頁巖是一種富含有機質，具有微細層理，可以燃燒的細粒沉積巖。油頁巖中有機質的絕大部分是不溶于普通有機溶劑的成油物質，俗稱油母。因此，油頁巖又稱油母頁巖。作為一種能源資源，油頁巖開發利用主要技術路線，一是干餾煉油，二是直接燃燒發電。油頁巖干餾煉油屬于低溫干餾技術，即在隔絕空氣或氧氣的情況下將油頁巖在干餾爐內加熱后熱解制取頁巖油和燃料氣，而頁巖油可以直接用做燃料油，也可精加工為汽油、柴油等液體燃料。加熱溫度一般控制在450 550°C范圍內。現有油頁巖干餾技術主要為氣體熱載體干餾技術和固體熱載體干餾技術。氣體熱載體干餾技術是在干餾爐內將15 75_的大顆粒油頁巖通過與熱煤氣直接接觸換熱而實現低溫干餾。當油頁巖干餾產生的煤氣量不充足時須額外補充煤氣等氣體。該技術主要優點為節省油頁巖的破碎能耗。所存在的不足在于1)由于是干餾15 75_的大顆粒油頁巖，使得采礦或破碎過程中15mm以下的小顆粒的油頁巖不能送入干餾爐內被利用，這部分頁巖量占總開采量的20% 25%，因此資源浪費巨大；2)氣體熱載體的熱煤氣需要被加熱到700 800°C，這需要消耗部分煤氣或其它燃料；3)由于采用的是大顆粒油頁巖，干餾時間相當長，一般需要12 24小時，且通常大顆粒內部存在黑心，造成干餾效率低、出油率低、利用率低；4)干餾后的半焦熱量占油頁巖熱量的35 45%，能源浪費大，且干餾后的半焦不能直接制作建筑材料，需要進一步焙燒處理；5)干餾后的半焦若繼續作為鍋爐燃料利用，必須先冷卻后破碎以適合鍋爐燃料顆粒的要求，如果是濕法除半焦，必須先用水冷卻，再干燥，再破碎，因此，耗能較大；6)因氣體熱載體煤氣需要與大顆粒油頁巖直接接觸換熱而實現低溫干餾，致使由干餾爐出來的油氣量加大，后續冷凝設備不但體積增加，布置也相對復雜。固體熱載體干餾技術是在干餾爐內將25mm以下、或15mm以下、或8mm以下、或6mm
以下的小顆粒油頁巖通過與固體載體熱灰直接接觸換熱而實現低溫干餾。現有固體熱載體干餾主要采用水平圓筒形干餾爐，固體熱載體的來源為干餾爐生成的半焦燃燒產生，或單獨設立燃燒煤氣的加熱爐加熱瓷球等作為熱載體。固體熱載體與氣體熱載體比較，由于要求的油頁巖顆粒度小，且與固體熱載體混合良好，因此，干餾時間短，通常30分鐘內即可完成，開采的頁巖利用率可達到100%，出油率高，能源資源浪費少。雖然該方法主要用于處理小顆粒的油頁巖，但其主要缺點是需要額外的固體顆粒加熱爐，裝置復雜龐大，磨損嚴重、連續運行時間短、剩余的半焦及灰渣被大量丟棄，能量利用率低，而由于燃燒爐只是用來提供固體熱載體的熱灰，所以不能實現發電的目的(Galator技術)。中國發明專利申請公開(公告)CNlO1117584公開了本申請人，發明名稱為“油頁巖干餾煉油、半焦燃燒發電集成工藝”，它能夠實現在油頁巖干餾煉油的同時，燃燒干餾的半焦發電，由于該工藝所處的研究階段與現在不同，當時并沒有考慮利用循環流化床鍋爐產生的煙氣干燥濕油頁巖，同時也沒有考慮循環流化床鍋爐底部熱灰渣作為固體熱載體送入干餾中與頁巖混合干餾，所以，該工藝有局限性，尚未實現油頁巖綜合利用的最大化。
發明內容
本發明的目的在于克服現有技術之不足，并對現有技術進行實質性創新，提出一種流程合理，應用范圍廣，處理量大，干餾速度快，效率高，能夠使油頁巖綜合利用最大化的油頁巖干燥、加熱、煉油、半焦燃燒一體化工藝。該一體化工藝亦可用于煤、油砂、廢舊輪胎、石油焦、有機廢料和生物質。本發明的目的是由以下技術方案來實現的一種油頁巖干燥、加熱、煉油、半焦燃燒一體化工藝，其特征是將破碎至< 15_的油頁巖由儲料倉I送入中溫氣體間接或直接換熱干燥加熱器2中，加熱溫度50 150°C,加熱干燥后的油頁巖按需分為三路,第一路與從半焦倉斗13落下的半焦混合送入循環流化床燃燒爐4中進行燃燒；第二路與來自循環流化床燃燒爐4燃燒產生的750 850°C高溫循環頁巖灰經頁巖混合器5混合，油頁巖循環頁巖灰混合的重量比為1:2 4，混合后通過管道一起送入固體熱載體干餾反應器6進行混合換熱，經過15 30分鐘完成干餾煉油；第三路油頁巖送入高溫氣體間接干餾反應器3，與來自循環流化床燃燒爐4的高溫煙氣進行間接換熱實現固體燃料的干餾煉油，高溫氣體間接干餾反應器3內的溫度控制在450 550°C ;固體熱載體干餾反應器6產生的溫度為450 550°C的油氣混合物送入旋風分離器7中，沉降和旋風分離出的固體顆粒從旋風分離器7的底部落出，分離出的油氣混合物從旋風分離器7的頂部出口送出；油氣混合物旋風分離器7分離出的油氣混合物和從高溫氣體間接干餾反應器3排出溫度為100 150°C的油氣混合物一起送入油氣分離收集系統9進行凈化、冷凝和分離處理，完成粉塵凈化、油氣分離和脫硫，分離出的頁巖油送入儲油罐11中儲存，分離出的瓦斯氣送入儲氣罐10中儲存，從旋風分離器7底部落出的固體顆粒與來自高溫氣體間接干餾反應器3的半焦一同送入半焦混合器8，在半焦混合器8中固體顆粒與半焦混合，利用空氣預熱器12排出的部分煙氣輸送至半焦倉斗13中，再從半焦倉斗13送入循環流化床燃燒爐4中進行燃燒，從空氣預熱器12來的預熱空氣將作為流化介質直接從底部送入循環流化床燃燒爐4中，爐內燃燒溫度為830 920°C，燃燒煙氣中的部分固體小顆粒頁巖灰將通過循環流化床燃燒爐4內部的旋風分離器進行氣固分離，其中一部分頁巖灰通過返料裝置回送入循環流化床燃燒爐4中，另一部分與循環流化床燃燒爐4的爐底渣一同作為高溫循環頁巖灰，其溫度為750 850°C，送入頁巖混合器5中；從半焦倉斗13分離出的煙氣直接送入除塵器14中，從高溫氣體間接干餾反應器3流出的中溫煙氣依次送入中溫氣體間接或直接換熱干燥加熱器2和空氣預熱器12進行熱量回收，再經過除塵器14除塵后通過引風機15從煙 16排放；從循環流化床燃燒爐4底部排出多余的熱灰渣通過冷渣器17冷卻后排放送入建材廠18，從除塵器14中排出的粉塵也送至建材廠18作為建筑材料。所述儲氣罐10中儲存的瓦斯氣作為燃料輸入循環流化床燃燒爐4燃燒氣源，或者作為煤氣供給站的煤氣源，或送入燃氣輪機內發電。所述的高溫氣體間接干餾反應器3或為用于產生蒸汽或熱水的煙氣余熱鍋爐。本發明的一種油頁巖干燥、加熱、煉油、半焦燃燒一體化工藝，將破碎< 15mm的油頁巖經中溫氣體間接或直接換熱干燥加熱器加熱干燥，與來自循環流化床燃燒爐燃燒產生的熱灰渣一起送入固體熱載體干餾反應器進行混合換熱，完成干餾煉油過程；來自循環流化床燃燒爐的高溫煙氣送入高溫氣體間接干餾反應器與油頁巖換熱實現固體燃料的干餾 煉油；從固體熱載體干餾反應器出來的油頁巖半焦經半焦倉斗和高溫氣體間接干餾反應器排放的固體半焦都送入循環流化床燃燒爐內繼續燃燒，同時從循環流化床燃燒爐排出的多余熱灰渣通過冷渣器冷卻送入排放送入建材廠；從高溫氣體間接干餾反應器出來的中溫煙氣在依次進入中溫氣體間接或直接換熱干燥加熱器、空氣預熱器和除塵器，直至煙 排放；從固體熱載體干餾反應器出來的油氣混合物經旋風分離器除去懸浮顆粒，隨后與來自高溫氣體間接干餾反應器的油氣混合物一起送入后續油氣分離收集系統。本發明可有效處理油頁巖和干餾后的半焦，高效、穩定地同時完成固體燃料干燥、加熱、煉油及半焦燃燒。本發明一種油頁巖干燥、加熱、煉油、半焦燃燒一體化工藝的優點體現在
(1)不僅適應油頁巖干燥，而且適用于煤、油砂、廢舊輪胎、石油焦、有機廢料和生物質等單獨或同步處理的要求，提高了對燃料的廣泛適用性；
(2)由于采用循環流化床燃燒技術，能夠充分利用干餾反應器中產的固體廢棄物，在提高資源利用率的同時還能降低環境污染；
(3 )兩組不同的干餾子系統共用一組循環流化床燃燒爐，用來生產兩種干餾熱載體，相對單一的利用工藝節省了設備投資，同時也降低了工藝的復雜性；
(4)循環流化床燃燒爐產生的灰渣含碳量低，經爐底排出后可直接作為建材原料送至建材廠生產水泥、陶粒或砌磚等；
(5)工藝流程合理，應用范圍廣，處理量大，干餾速度快，效率高，能夠實現油頁巖等固體燃料綜合利用最大化。
圖I為一種油頁巖干燥、加熱、煉油、半焦燃燒一體化工藝流程示意圖。圖中1油頁巖原料倉，2中溫氣體間接或直接換熱干燥加熱器，3高溫氣體間接干餾反應器，4循環流化床燃燒爐，5頁巖混合器，6固體熱載體干餾反應器，7旋風分離器，8半焦混合器，9油氣分離收集系統，10儲氣罐，11儲油罐，12空氣預熱器，13半焦倉斗，14除塵器，15引風機，16煙囪，17冷渣器，18建材廠。
具體實施例方式下面利用附圖和實施例對本發明作進一步說明。參照圖1，本發明的一種油頁巖干燥、加熱、煉油、半焦燃燒一體化工藝，是將破碎至彡15mm的油頁巖由儲料倉I送入中溫氣體間接或直接換熱干燥加熱器2中，加熱溫度50 150°C,加熱干燥后的油頁巖按需分為三路輸送。第一路與從半焦倉斗13落下的半焦混合送入循環流化床燃燒爐4中進行燃燒；第二路與來自循環流化床燃燒爐4燃燒產生的750 850°C高溫循環頁巖灰經頁巖混合器5混合，油頁巖循環頁巖灰混合的重量比為1:2 3，混合后通過管道一起送入固體熱載體干餾反應器6進行混合換熱，經過15 30分鐘完成干餾煉油；第三路油頁巖送入高溫氣體間接干餾反應器3，與來自循環流化床燃燒爐4的高溫煙氣進行間接換熱實現固體燃料的干餾煉油，高溫氣體間接干餾反應器3內的溫度控制在450 550°C。固體熱載體干餾反應器6產生的溫度為450 550°C的油氣混合物送入旋風分離器7中，沉降和旋風分離出的固體顆粒從旋風分離器7的底部落出，分離出的油氣混合物從旋風分離器7的頂部出口送出；油氣混合物旋風分離器7分離出的油氣混合物和從高溫氣體間接干餾反應器3排出溫度為100 150°C的油氣混合物一起送入油氣分離收集系統9進行凈化、冷凝和分離處理，完成粉塵凈化、油氣分離和脫硫，分離出的頁巖油送入儲油罐11中儲存，分離出的瓦斯氣送入儲氣罐10中儲存。從旋風分離器7底部落出的固體顆粒與來自高溫氣體間接干餾反應器3的半焦一同送入半焦混合器8，在半焦混合器8中固體顆粒與半焦混合，利用空氣預熱器(12)排出的部分煙氣輸送至半焦倉斗
(13)中，再從半焦倉斗13送入循環流化床燃燒爐4中進行燃燒，從空氣預熱器12來的預熱空氣將作為流化介質直接從底部送入循環流化床燃燒爐4中，燃燒溫度為830 920°C，燃燒煙氣中的部分固體小顆粒頁巖灰將通過循環流化床燃燒爐4內部的旋風分離器進行氣固分離，其中一部分頁巖灰通過返料裝置回送入循環流化床燃燒爐4中，另一部分與循環流化床燃燒爐4的爐底渣一同作為高溫循環頁巖灰，其溫度為750 850°C，送入頁巖混合器5中。從半焦倉斗13分離出的空氣直接送入除塵器14中，從高溫氣體間接干餾反應器3流出的中溫煙氣依次送入中溫氣體間接或直接換熱干燥加熱器2和空氣預熱器12進行熱量回收，再經過除塵器14除塵后通過引風機15從煙 16排放；從循環流化床燃燒爐4底部排出多余的熱灰渣通過冷渣器17冷卻后排放送入建材廠18，從除塵器14中排出的粉塵也送至建材廠18作為建筑材料。所述儲氣罐10中儲存的瓦斯氣作為燃料可輸送到循環流化床燃燒爐4中用于燃燒，或者作為煤氣供給站的煤氣源，或送入燃氣輪機內發電。所述的高溫氣體間接干餾反應器3還可用現有的煙氣余熱鍋爐代替用于產生蒸汽或熱水。本發明的一種油頁巖干燥、加熱、煉油、半焦燃燒一體化工藝所涉及的循環流化床燃燒爐、固體熱載體干餾反應器、高溫氣體間接干餾反應器、中溫氣體間接或直接換熱干燥加熱器、空氣預熱器等主要設備均可以按照燃料特性予以開發實施。本發明的一種油頁巖干燥、加熱、煉油、半焦燃燒一體化工藝僅為具體實施例，并非窮舉，本領域技術人員不經過創造性勞動的復制和改進應屬于本發明權利要求所保護的范圍。
權利要求
1.一種油頁巖干燥、加熱、煉油、半焦燃燒一體化工藝，其特征是將破碎至< 15mm的油頁巖由儲料倉(I)送入中溫氣體間接或直接換熱干燥加熱器(2)中，加熱溫度50 150°C，加熱干燥后的油頁巖按需分為三路，第一路與從半焦倉斗(13)落下的半焦混合送入循環流化床燃燒爐(4)中進行燃燒；第二路與來自循環流化床燃燒爐(4)燃燒產生的750 850°C高溫循環頁巖灰經頁巖混合器(5)混合，油頁巖循環頁巖灰混合的重量比為1:2 3，混合后通過管道一起送入固體熱載體干餾反應器(6)進行混合換熱，經過15 30分鐘完成干餾煉油；第三路油頁巖送入高溫氣體間接干餾反應器(3)，與來自循環流化床燃燒爐(4)的高溫煙氣進行間接換熱實現固體燃料的干餾煉油，高溫氣體間接干餾反應器(3)內的溫度控制在450 550°C;固體熱載體干餾反應器(6)產生的溫度為450 550°C的焦油氣混合物送入旋風分離器(7)中，沉降和旋風分離出的固體顆粒從旋風分離器(7)的底部落出，分離出的油氣混合物從旋風分離器(7)的頂部出口送出；油氣混合物旋風分離器(7)分離出的油氣混合物和從高溫氣體間接干餾反應器(3)排出溫度為100 150°C的油氣混合物一起送入油氣分離收集系統(9)進行凈化、冷凝和分離處理，完成粉塵凈化、油氣分離和脫硫，分離出的頁巖油送入儲油罐(11)中儲存，分離出的瓦斯氣送入儲氣罐(10)中儲存，從旋風分離器(7)底部落出的固體顆粒與來自高溫氣體間接干餾反應器(3)的半焦一同送入半焦混合器(8)，在半焦混合器(8)中固體顆粒與半焦混合，利用空氣預熱器(12)排出的部分煙氣輸送至半焦倉斗(13)中，再從半焦倉斗(13)送入循環流化床燃燒爐(4)中進行燃燒，從空氣預熱器(12)來的預熱空氣將作為流化介質直接從底部送入循環流化床燃燒爐(4)中，燃燒溫度為830 920°C，燃燒煙氣中的部分固體小顆粒頁巖灰將通過循環流化床燃燒爐(4)內部的旋風分離器進行氣固分離，其中一部分頁巖灰通過返料裝置回送入循環流化床燃燒爐(4)中，另一部分與循環流化床燃燒爐(4)的爐底渣一同作為高溫循環頁巖灰，其溫度為750 850°C，送入頁巖混合器(5)中；從半焦倉斗(13)分離出的煙氣直接送入除塵器(14)中，從高溫氣體間接干餾反應器(3)流出的中溫煙氣依次送入中溫氣體間接或直接換熱干燥加熱器(2)和空氣預熱器(12)進行熱量回收，再經過除塵器(14)除塵后通過引風機(15)從煙 (16)排放；從循環流化床燃燒爐(4)底部排出多余的熱灰渣通過冷渣器(17)冷卻后排放送入建材廠(18)，從除塵器(14)中排出的粉塵也送至建材廠(18)作為建筑材料。
2.根據權利要求I所述的一種油頁巖干燥、加熱、煉油、半焦燃燒一體化工藝，其特征是所述儲氣罐(10)中儲存的瓦斯氣作為燃料輸入循環流化床燃燒爐(4)燃燒氣源，或者作為煤氣供給站的煤氣源。
3.根據權利要求I所述的一種油頁巖干燥、加熱、煉油、半焦燃燒一體化工藝，其特征是所述的高溫氣體間接干餾反應器(3)或為用于產生蒸汽或熱水的煙氣余熱鍋爐。
全文摘要
本發明是一種油頁巖干燥、加熱、煉油、半焦燃燒一體化工藝，其特點是將破碎至≤15mm的油頁巖經中溫氣體間接或直接換熱干燥加熱器加熱干燥，與來自循環流化床燃燒爐燃燒產生的熱灰渣一起送入固體熱載體干餾反應器進行混合換熱完成干餾煉油；來自循環流化床燃燒爐的高溫煙氣送入高溫氣體間接干餾反應器與油頁巖換熱實現固體燃料的干餾煉油；從固體熱載體干餾反應器出來的油頁巖半焦經半焦倉斗和高溫氣體間接干餾反應器排放的固體半焦都送入循環流化床燃燒爐內繼續燃燒，同時從循環流化床燃燒爐排出的多余熱灰渣通過冷渣器冷卻排放送入建材廠。可完成油頁巖燃料干燥、加熱、煉油及半焦燃燒。亦可用于煤、油砂、廢舊輪胎、石油焦、有機廢料和生物質。
文檔編號C10B53/06GK102952558SQ20121046270
公開日2013年3月6日 申請日期2012年11月16日 優先權日2012年11月16日
發明者王擎, 柏靜儒, 劉洪鵬, 秦宏, 張立棟, 孫鍵 申請人:東北電力大學