一種新型氣體熱載體干餾及燃氣發電一體化裝置及其工藝的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及油頁巖資源綜合利用技術領域，是一種新型氣體熱載體干餾及燃氣發電一體化裝置及其工藝。
【背景技術】
[0002]進入21世紀以來，世界原油價格居高不下，各國開始尋找各種類型的可替代能源，其中非常重要一個方向即為非常規油氣能源的開發利用。目前，我國社會各個領域均處于快速發展階段，能源消耗持續攀升，煤炭、石油資源的供應形勢日趨嚴峻，尤其是石油資源。截止2012年，國內原油年消費量已達到4.76X108 t，而國內產量僅為2.07X 108 t，進口依存度高達56.42%，這已經嚴重影響到了我國的能源安全，尋找可替代能源成為國內學者亟待解決的問題。
[0003]油頁巖是一種高灰分的固體可燃有機礦產，低溫干餾后可獲得頁巖油，其含油率通常大于3.5%，一般灰分含量大于40%，有機質含量較高，主要為腐泥型、腐殖腐泥型和腐泥腐殖型，其發熱量一般不小于4.18MJ/kgo
[0004]全國性油頁巖評價結果表明，我國油頁巖資源非常豐富，分布范圍廣，分布在20個省和自治區的47個盆地，共有80個含礦區。全國油頁巖資源為7199.37X108 t頁巖油資源為476.44X108 t，頁巖油可回收資源為119.79X 108 t。儲量僅次于美國、巴西和愛沙尼亞，居世界第4位。
[0005]油頁巖資源是一種非常重要的石油補充能源，在中國乃至全世界的地位也越來越高，各個國家都在積極的開展對油頁巖開發利用的研究。事實上，很多國家都已將油頁巖納入到了國家戰略能源或能源安全問題范疇內。利用干餾煉油技術能夠從油頁巖中大量制取與石油同等重要的燃料油，可以降低我國對國外石油的依存度，在一定程度上緩解我國石油緊缺帶來的對社會發展、經濟建設的影響。
[0006]現有的油頁巖地面干餾技術主要有兩種，分別為氣體熱載體干餾技術和固體熱載體干餾技術。下面主要介紹氣體熱載體干餾技術，氣體熱載體干餾技術是在干餾爐內將粒徑15?75 mm的大顆粒油頁巖通過與氣體熱源直接接觸換熱而實現低溫干餾。這種技術主要優點是可以節省油頁巖的破碎能耗。所存在的不足有:(1)破碎后的塊狀油頁巖，只有粒徑在15?75mm之間的大顆粒油頁巖能夠被干餾爐利用，占頁巖加工總量約20%?25%的8 mm以下碎肩頁巖被舍棄，造成了資源能源的大量浪費和環境污染；(2)熱解氣作為氣體熱載體，需要單獨加熱爐燃燒部分熱解氣將循環熱解氣加熱至一定溫度，浪費部分熱解氣的同時也使成本增加；(3)氣體熱載體干餾煉油，由于多采用濕式排焦，所產出的半焦難于利用，能源利用率只為原油頁巖的50°/『60% ;(4)油氣混合物在冷卻、除塵、凈化過程中產生的高粘度重油難于運輸，還含有大量的氮、硫、蠟質以及金屬元素，直接做燃料燃燒將造成嚴重的環境污染問題。
[0007]現有能源利用方式存在高能耗、高碳排放、高污染、低轉化率等問題。同時，我國能源資源瓶頸制約日益突出，節能減排的壓力越來越大，能源增長方式迫切需要轉變。針對現有能源利用工藝的弊端，未來能源利用工藝發展方向要做到科技含量高、資源消耗低、環境污染少、經濟效益好、安全有保障。
[0008]本發明考慮到未來能源利用工藝發展方向，在現有能源利用工藝基礎上進行實質性的改進和創新。將固體燃料的氣化發電技術與油頁巖干餾技術進行科學集成，通過系統優化對現有的頁巖油生成方式進行完善，以提高系統的熱力學性能，并降低各類污染物的排放。通過對小顆粒油頁巖、半焦、重油進行高效氣化利用，并最終實現燃料化學能的梯級利用。
【發明內容】
[0009]本發明所要解決的技術問題是，對現有油頁巖利用裝置和工藝進行實質性創新，提供集油頁巖干餾、固體燃料氣化和燃氣發電一體的新型氣體熱載體干餾及燃氣發電一體化裝置及其工藝，以實現了燃料的清潔燃燒以及能源的梯級利用。
[0010]解決其技術問題采用的方案之一是，一種新型氣體熱載體干餾及燃氣發電一體化裝置，其特征在于，它包括氣體熱載體干餾系統、氣化反應系統、燃氣透平發電及氣體熱載體循環系統和煙氣處理及蒸汽透平發電系統，所述的氣體熱載體干餾系統的結構是，頁巖儲倉I通過皮帶與破碎機2進料口連接，破碎機2的第一出料口與氣體熱載體干餾爐3的進料口連接，氣體熱載體干餾爐3的油氣出口與冷凝設備4的油氣進口連接，冷凝設備4的油氣出口與油氣洗滌器5的油氣進口連接，油氣洗滌器5的頁巖油出口與儲油罐6連接，在氣體熱載體干餾爐3的底部設置半焦倉7 ;所述的氣化反應系統的結構是，破碎機2的第二出料口和半焦倉7的出料口均與氣化反應器8進料口連接；所述的燃氣透平發電及氣體熱載體循環系統的結構是，氣化反應器8的氣化合成氣出口分別與燃燒室10的氣化合成氣進口和補燃鍋爐12的氣化合成氣進口連接，油氣清滌器5的干餾熱解氣出口分別與燃燒室10的氣化合成氣進口和補燃鍋爐12的氣化合成氣進口連接；燃燒室10的空氣入口與壓縮機9的出氣口連接，燃燒室10的高溫高壓燃氣出口與燃氣透平11的進氣口連接，燃氣透平11的出氣口與補燃鍋爐12的補氣口連接；所述的煙氣處理及蒸汽透平發電系統的結構是，燃氣透平11的出氣口與高壓蒸汽發生器13的進氣口連接，高壓蒸汽發生器13的高壓蒸汽出氣口與汽輪發電機組14連接，高壓蒸汽發生器13的煙氣出口與靜電除塵器15進氣口連接，靜電除塵器15出氣口通過引風機16與煙囪17連接。
[0011]解決其技術問題采用的方案之二是，一種新型氣體熱載體干餾及燃氣發電一體化工藝，其特征在于，它包括以下內容:
1)氣體熱載體干餾過程
將油頁巖礦置入頁巖儲倉1，頁巖儲倉I中的油頁巖經皮帶傳送至破碎機2，經破碎后的油頁巖根據粒徑可以分為兩部分，將其中粒徑為15 mm?75 mm的大顆粒油頁巖送入氣體熱載體干餾爐3，干餾溫度450?550 0C，產生的油氣混合物通過氣體熱載體干餾爐3的收集傘捕集并送出爐體，進入冷凝設備4，經過冷卻的油氣混合物送入油氣清滌器5中，通過油氣清滌器5將油氣混合物除塵、凈化、脫硫處理，得到頁巖油并送入儲油罐6中儲存；分離出來的干餾熱解氣送入補燃鍋爐12和燃燒室10，氣體熱載體干餾爐3產生的油頁巖半焦送入半焦倉7中暫時儲存；
2)氣化反應過程步驟I)破碎機2破碎產生的粒徑< 15 mm的小顆粒油頁巖與來自半焦倉7的半焦混合后送入氣化反應器8，同時進入氣化反應器8的還有油氣清滌器5分離出來的重油以及空氣和水蒸氣，粒徑< 15 _的小顆粒油頁巖、半焦、重油以及空氣和水蒸氣在氣化反應器8內發生氣化反應，產生的氣化合成氣送入補燃鍋爐12和燃燒室10 ;
3)燃氣透平發電及氣體熱載體循環過程
步驟2)得到的氣化合成氣與從油氣清滌器5得到的干餾熱解氣混合，將一部分混合合成氣送入燃燒室10內，與來自壓縮機9的壓縮空氣混合燃燒，產生1200 0C的高溫高壓燃氣進入燃氣透平11內膨脹做功，從透平中排出的高溫廢氣借助補燃鍋爐12除去氧氣成分并提高溫度，補燃鍋爐12內產生溫度為600?800 0C的高溫廢氣直接進入干餾爐3，為油頁巖干餾過程提供熱量；
4)煙氣處理及蒸汽透平發電過程
步驟3)燃氣透平排出的高溫廢氣中有一部分進入高壓蒸汽發生器13中，高壓蒸汽發生器13所產生的高溫高壓蒸汽驅動汽輪發電機組14發電，煙氣冷卻后經過靜電除塵器15除塵，由引風機16送入煙囪17排出。
[0012]本發明的新型氣體熱載體干餾及燃氣發電一體化裝置結構合理，便于操作和控制，能使油頁巖充分得到綜合利用。
[0013]本發明的新型氣體熱載體干餾及燃氣發電一體化工藝的有益效果體現在:
1、綜合利用了破碎過程中不同粒徑的油頁巖，粒徑較大的油頁巖用來干餾制油，粒徑較小的油頁巖與干餾產生的半焦以及分離出的重油一起送入氣化反應器反應制氣，不同粒徑的油頁巖顆粒都得到了充分的利用，提高了資源的有效利用率；
2、干餾系統中分離出的干餾熱解氣與氣化反應系統生成的氣化合成氣混合后直接用來燃燒發電，排出的高溫廢氣借助補燃鍋爐提升溫度并除去氧氣成分，而后送入干餾爐為干餾過程提供熱量，實現能源的梯級利用，從而提升整個系統的能源利用效率；
3、將小顆粒油頁巖和干餾產生的半焦進行氣化處理，實現了固體燃料的氣化，提高了燃料的利用效率，實現燃料化學能的高效利用；
4、系統的產物包括頁巖油和電能，實現了系統多聯產，改變了傳統油頁巖利用系統產物單一化的格局；
5、燃氣透平排出煙氣中一部分進入高壓蒸汽發生器13中將熱量傳遞給水，產生的高溫高壓蒸汽驅動汽輪發電機組14發電，充分利用了這部分高溫顯熱，提高了能源的利用效率;
6、工藝流程科學合理，綜合利用程度高，便于操作和控制。
【附圖說明】
[0014]圖1為本發明的一種新型氣體熱載體干餾及燃氣發電一體化裝置的結構示意圖。
[0015]圖1中:1-油頁巖儲倉，2-破碎機，3-干餾爐，4-冷凝設備，5-油氣清滌器，6-儲油罐，7-半焦倉，8-氣化反應器，9-壓縮機，10-燃燒室，11-燃氣透平，12-補燃鍋爐，13-高壓蒸汽發生器，14-汽輪發電機組，15-靜電除塵器，16-引風機，17-煙囪。
【具體實施方式】
[0016]為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以