CN102161898A

CN102161898A - 多层滚筒式油页岩干馏工艺及干馏炉

Info

Publication number: CN102161898A
Application number: CN2011100671500A
Authority: CN
Inventors: 吴启成
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-03-21
Filing date: 2011-03-21
Publication date: 2011-08-24

Abstract

本发明是一种对小于25mm的油页岩进行干馏炼油的工艺和设备，其特征是利用多层滚筒输送油页岩，油页岩在滚筒中依靠机械力不停地翻滚，和气体热载体发生气固相对流换热实现干馏。干馏炉内设3-7层滚筒，略呈倾斜形布置，坡度小于5°，滚筒为1-3排；滚筒中间为转动轴，滚筒用辐条固定在中轴上，滚筒中轴和变速箱、电动机相连接。本发明资源利用率高，为100％，油收率高，可以达到90％以上，结构简单，操作方便，投资小，效率高，适合于大规模工业化生产。

Description

多层滚筒式油页岩干馏工艺及干馏炉

技术领域

本发明是一种对油页岩进行干馏炼油的工艺和设备，在油页岩干馏行业属于以气体为热载体的干馏工艺和装置。

背景技术

目前国内外的油页岩干馏炉可分为两大类，一类以固体为热载体，一类以气体为热载体。以固体为热载体的干馏炉的特征是用固体介质作为油页岩干馏的热载体，干馏所需热量来源于和固体热载体的接触热传导，以气体为热载体的干馏炉的特征是用气体介质作为油页岩干馏的热载体，干馏所需热量主要来源于和气体热载体的对流换热和接触热传导。以固体为热载体的干馏炉典型的有澳大利亚的ATP炉(Alberea-Taciuk Processor)，爱沙尼亚的葛洛特(Caloter)炉，以气体为热载体的干馏炉典型的有巴西炉(Petrosix)、中国的抚顺炉、桦甸炉。以固体为热载体的干馏炉的优点是，炉型大、可以实现大规模工业化生产，资源利用率高，可以达到100％；缺点是设备庞大、结构复杂、操作繁琐，故障率高，运转率不高。例如，ATP炉和Caloter干馏炉均可以处理0-25mm的油页岩，ATP炉处理能力为6000t/d，Caloter炉处理能力为3000t/d。ATP炉的转炉长62.5m，直径8.2m，重量2500t。名义处理能力虽为6000t/d，但实际运行仅达到4400t/d，为设计的74％，而且经常停炉检修，开工率为50％左右，最长一次也只连续运行了96天。以气体为热载体的干馏炉的优点是，炉型结构简单、操作方便，故障率低，运转率高，可以连续稳定生产，缺点是资源利用率低，一般均低于80％，处理量小，例如，巴西炉(Petrosix)和抚顺炉、桦甸干馏炉均不能处理小颗粒油页岩，抚顺炉处理能力仅为100t/d，桦甸炉处理能力仅为300t/d。以气体为热载体的干馏炉之所以不能利用小颗粒油页岩、炉型较小，主要是是因为小颗粒油页岩容易造成堵炉、结焦，气体分布不均，使干馏炉工况不稳，甚至不能正常运行，因而以气体为热载体的干馏炉对小颗粒油页岩弃之不用，造成资源浪费，同时由于部分资源被废弃，造成生产成本升高和污染环境等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种既具备气体热载体干馏炉结构简单、操作方便等优点、又具备固体热载体处理量较大、适合于大规模工业生产、油收率较高等优点，可以处理目前被当作废料抛弃而又十分珍贵的小颗粒油页岩资源的干馏炼油工艺和设备。解决油页岩开发利用中的重大难题，本发明的油页岩资源利用率为100％，油收率为90％以上。

本发明的技术关键是：一、利用多层滚筒输送油页岩，油页岩在滚筒中依靠机械力不停地翻滚，和气体热载体充分接触。不仅解决了传统固体热载体干馏装置结构庞大的问题，也解决了传统气体热载体干馏炉油页岩依靠自重下落，干馏不均匀和干馏时间不易调控的问题。二、采用气固相对流换热技术，气体热载体可以是烟气，也可以是瓦斯，传热效率高。在传统固体热载体干馏炉中，发生的是固相和固相之间的接触换热(热传导)，而在本发明中，油页岩和气体热载体之间发生的是气固相对流换热，干馏热量的获得速度快，效率高。三、在气固相对流换热中，又采用了高强度的紊流换热，换热强度大、换热均匀、充分。在传统气体热载体干馏炉中，虽然发生的是气相和固相之间的对流换热，但由于油页岩的运动速度很低，一般，速度低于0.5mm/s，几乎处于静止状态，所以发生的是层流状态下的热交换，虽然比热传导的强度要大，但还是较低。而在本发明中，油页岩处于不停的翻滚运动状态中，速度高于0.5m/s，是传统气体热载体干馏炉的1000倍，发生的是紊流状态下的热交换，不但换热强度大、而且油页岩和气体热载体之间的接触均匀、换热均匀、干馏充分。

本发明装置的结构是：干馏炉为直立方型炉，内砌耐火砖，外面包有铁皮，上部设有油页岩入料口和干馏气体排出口，中部设有热载体进口，下部设有冷却气体进口，底部设有干馏后油页岩半焦排出口和水封池，水封池底部设有刮板运输机；炉内根据需要设3-7层滚筒，略呈倾斜形布置，坡度小于5°，滚筒为1-3排；滚筒中间为转动轴，滚筒用辐条固定在中轴上，滚筒中轴和变速箱、电动机相连接。滚筒壁上安有滚筒抄板，滚筒抄板上开有气孔，气流从气孔中进入滚筒内，和油页岩发生充分的混合并将油页岩加热；油页岩在筒内翻滚的同时向前运动。滚筒一侧设进料口，另一侧设排料口。第一层滚筒排料口的下方为第二层滚筒的进料口，余类推，物料按“Z”字形路线运动。本发明装置的日处理量可大可小，根据需要确定。当日处理量小时，可选用单筒多层式干馏炉，滚筒的直径可小一些；当日处理量大时，滚筒的直径可大一些，另也可选用双筒或三筒多层式干馏炉。根据本发明的原理可以设计制造日处理量从300吨到6000吨的系列油页岩干馏炉。

本发明工艺流程是首先将油页岩破碎为小于25mm的小块，现场有小于12mm的小颗粒油页岩可直接利用，通过矿石输送装置将油页岩送到干馏炉的顶部料斗，给料器将油页岩加入干馏炉，落入第一层滚筒内，滚筒在在中轴的带动下，不停地旋转，滚筒内的油页岩也随之在筒内不停地翻滚，气流从滚筒壁上开有的气孔进入，和油页岩发生充分的混合并将油页岩加热；油页岩在筒内翻滚的同时向前运动，走至滚筒未端时掉入第二层滚筒内，继续第一层滚筒内的程序，如此类推。650℃以上的高温热载体从干馏炉中部的第三层滚筒的下部进入干馏炉内，并经过滚筒壁上开有的气孔进入滚筒内和油页岩发生混合和紊流状态下的热交换，将油页岩加热到520℃-550℃，使油页岩完全干馏。油页岩干馏产生的干馏油气随同热载体穿过滚筒壁，逐层上升，经过第二层滚筒时，将滚筒内油页岩加热到400℃左右，然后进入第一层滚筒，将滚筒内油页岩加热到120℃左右，最后热载体和干馏油气一起从第一层滚筒的上部排出，经干馏气体导出装置进入油回收系统回收页岩油。冷却气体从最下一层的滚筒的下部进入干馏炉内，穿过滚筒壁上气孔，进入滚筒内，将已干馏完的油页岩半焦从520℃-550℃冷却到250℃左右，同时冷却气体也被加热到400℃-450℃，上升至第三层滚筒下部时和650℃以上的高温热载体会合进入第三层滚筒，共同将油页岩加热到520℃-550℃；被冷却气体冷却到250℃左右的油页岩半焦从干馏炉底部排出，落入水封池，冷却到80℃左右被刮板运输机刮出炉外。干馏气体随同热载体从干馏炉上部排出后，经除尘收油后，被送到加热炉，加热至700℃左右再送入干馏炉。如此往复循环，形成连续的干馏炼油工艺。油页岩在滚筒中和热载体均匀、充分接触，实现干馏炼油。本装置适用于处理25mm以下的小颗粒油页岩，现场有小于12mm的小颗粒油页岩无须破碎，可直接利用。

为实现这一干馏工艺，采用了如下技术：一是采取了多层滚筒迭加、适当划分功能的方法进行干馏。油页岩在干馏炉中的运动方式以滚动推进为主，油页岩从滚筒的一侧进入，另一侧排出，第一层滚筒排料口的下方为第二层滚筒的进料口，按“Z”字形路线运动，每一层滚筒分别完成使油页岩预热、干燥、干馏、冷却等各不相同的功能，虽然各层滚筒的功能各不相同，但对每一层滚筒而言，运行工况基本不变，温度、压力、流量等工艺参数基本稳定，便于调节和控制，而且大大简化了装置的结构和简化了操作。ATP炉筒体全长62.5m，直径8.2m，在同一滚筒上又分成预热段、燃烧段、干馏段、冷却段，处理器主要由一个卧式回转窑构成，包含两个同心圆筒，内筒有两个密封室，用于油页岩的预热和干馏，外筒为燃烧区，燃烧后的油页岩沿外筒逆向流动，并将热量传给内筒中正向移动的油页岩。结构极为复杂，操作也很麻烦。本发明干馏炉全长为6m，滚筒直径为2m，高度根据层数多少确定，炉子结构紧凑，占地面积小。预热、干燥、干馏、冷却等各不相同的热工过程分别在不同的滚筒中实现，在运行中只要按工艺要求调整各层滚筒的运动速度即可控制干馏的处理量和油回收率，操作比较简单。二是采用了机械推进的方法来控制油页岩运动速度，容易调控。在抚顺和桦甸干馏炉中，油页岩主要依靠自重下落，由于运动速度慢，常常出现干馏炉局部过热、干馏不均，甚至结焦、堵塞干馏炉等现象。而本发明油页岩在干馏炉内运动的动力来源为机械力，调整电动机的转动频率即可调整油页岩的运动速度，油页岩从滚筒的一侧进入，另一侧排出，第一层滚筒排料口的下方为第二层滚筒的进料口，油页岩在干馏炉内形成一条流动的“Z”字形长龙，绝不会堵塞干馏炉，油页岩在干馏炉内、在各滚筒中的停留时间均可按需要进行调整，可以方便地将干馏工况控制在最佳状态。三是采用了混流技术，对热载体的性质无特殊要求，可以是烟气、也可以是瓦斯，换热强度大、均匀度高。热载体和油页岩都处于不规则运动状态中，相互之间既有横向接触，又有纵向接触，油页岩料层始终处于翻滚状态，是最典型的紊流换热。四是采用了分层调控的方法，使油页岩干馏过程的调控更加精细化。目前运行的油页岩干馏炉，无论是国内的还是国外的，由于结构上的原因，都不能很好地实现对油页岩的预热、干燥、干馏、冷却等各不相同的功能进行分段控制，但本发明由于这些功能是在不同的滚筒中实现的，就为分段调整创造了设备条件，在实际生产中，可根据每一层滚筒的运行参数进行有针对性的调整，而不会影响其他层滚筒的正常运行。例如当干馏段干馏时间不夠，干馏效果不好的时候，就可以降低干馏段滚筒的转速来进行调整，这样的调整不会影响其他各层滚筒的运行参数。五是采用了热载体加热在炉外进行的技术，炉中无燃烧发生，无空气进入，干馏所需热量完全依靠热载体带入，简化了干馏炉的结构，同时也提高了半焦的热值和瓦斯的热值。ATP炉和抚顺式干馏炉均采取炉内燃烧的方法，使干馏炉的结构复杂化，同时也增加了运行管理的繁琐。六是采取了冷却回收半焦热量的措施，降低了干馏热量消耗。本发明采用冷却气体从干馏炉的下部进入，对干馏完的半焦降温，回收热量。冷却气体被加热后到炉子中部又与高温热载体相混合，使干馏段温度降到550℃左右，保证干馏段物料不至于过热，一举两得。七是本发明干馏炉下部采用水封刮板方式出焦，防止了瓦斯气体向外逸出，保护了环境。

目前国内外均没有用这种方法对油页岩进行干馏的工艺和装置。和国内外的油页岩干馏炉相比，本发明具有如下特点：

1、本发明资源利用率高。目前国内废弃的12mm以下油页岩均可用作原料，新开采的油页岩也可破碎到25mm以下进行干馏，资源利用率为100％。

2、本发明油回收率高，瓦斯热值高。因采用干馏瓦斯或烟气作为热载体，干馏炉内无空气进入，无燃烧反应，干馏炉的油回收率达90％以上，瓦斯热值在4000kcal/kg以上，有利于干馏瓦斯的回收利用。

3、本发明投资少、效率高。日处理量为2000吨的干馏炉本体占地面积不足80m²，投资不到4000万元，而ATP炉本体占地面积就达到1000m²以上，ATP炉研制费用150亿美元，用了七年时间。现抚顺矿务局引进了一台，投资约16亿元，耗时三年，目前虽已建成，但尚在调试之中，不能投入正常运转。

4、本发明结构简单、操作方便，可以分层调控。由于整个干馏炉是由多个独立的滚筒组成，每个滚筒的转动速度、物料行进速度、物料停留时间、温度等参数都可以单独调控，使每一层滚筒都达到理想工况。调整方法也比较简单，比如转动速度、物料行进速度、物料停留时间等仅需调整电动机频率即可实现，操作方便。而ATP炉是在一个滚筒上实现多种功能，加上炉内有燃烧反应且中间发生多次换热，结构复杂，操作繁琐，调整困难。

5、本发明适合于大规模工业化生产，单炉日处理能力可大可小，适合于多种条件下使用，根据本发明的原理可以设计制造日处理量从300吨到6000吨的系列油页岩干馏炉，也可以更大型化，比国内目前流行的抚顺式干馏炉的处理能力大60倍以上。

6、本发明采用了水封出渣技术，无瓦斯气体外泄，符合环保要求。

附图说明

附图1是5层双滚筒式油页岩干馏炉的工作原理图。图中所示各部分分别是：1、给料输送系统；2、料斗；3、给料器；4、耐火砖；5、炉体外皮；6、第1层滚筒床；7、第2层滚筒床；8、第3层滚筒床；9、第4层滚筒床；10、第5层滚筒床；11、热载体进口；12、冷却气体进口；13、水封池；14、刮板式出料系统；15、干馏气体出口；16、滚筒中轴。

附图2是5层滚筒式油页岩干馏炉的结构示意图。图中所示各部分分别是：1、给料输送系统；2、料斗；3、给料器；4、耐火砖；5、炉体外皮；6、第1层滚筒床；7、第2层滚筒床；8、第3层滚筒床；9、第4层滚筒床；10、第5层滚筒床；11、热载体进口；12、冷却气体进口；13、水封池；14、刮板式出料系统；15、干馏气体出口；16、滚筒中轴；17、变速箱；18、电动机。

附图3是滚筒的结构断面图。图中所示各部分分别是：16、滚筒中轴；19、滚筒气孔；20、滚筒幅条；22、滚筒抄板。

具体实施方式

附图1是5层滚筒式油页岩干馏炉的工作原理图，附图2是5层滚筒式油页岩干馏炉的结构示意图。从图中可以看出，破碎为小于25mm的小块油页岩，通过矿石输送装置(1)将油页岩送到干馏炉的顶部料斗(2)，给料器(3)将油页岩加入干馏炉，落入第一层滚筒(6)内，滚筒中轴(16)在电动机(18)通过变速箱(17)的带动下，不停地旋转，安装在滚筒幅条(20)上的滚筒也随之旋转，滚筒内的油页岩则随之在筒内不停地翻滚，滚筒壁上安有滚筒抄板(22)，滚筒抄板(22)上开有气孔(19)，气流从气孔(19)进入滚筒内，和油页岩发生充分的混合并将油页岩加热；油页岩在筒内翻滚的同时向前运动，走至滚筒未端时掉入第二层滚筒(7)内，油页岩和热载体继续第一层滚筒内的程序，如此类推。650℃以上的高温热载体从第三层滚筒(8)的下部入口(11)进入干馏炉内，并经过滚筒壁上开有的气孔(19)进入滚筒(8)内和油页岩发生混合和紊流状态下的热交换，将油页岩加热到520℃-550℃，使油页岩完全干馏。油页岩干馏产生的干馏油气随同热载体穿过滚筒壁，逐层上升，经过第二层滚筒(7)时，将滚筒内油页岩加热到400℃左右，然后进入第一层滚筒(6)，将滚筒(6)内油页岩加热到120℃左右，最后热载体和干馏油气一起从第一层滚筒(6)的上部排出，经干馏气体导出装置(15)进入油回收系统回收页岩油。冷却气体从最下一层的滚筒(10)的下部进入干馏炉内，穿过滚筒壁上气孔，进入滚筒内，将已干馏完的油页岩半焦冷却再进入第四层滚筒(9)，油页岩半焦从520℃-550℃冷却到250℃左右，同时冷却气体也被加热到400℃-450℃，上升至第三层滚筒(8)下部时和650℃以上的高温热载体会合进入第三层滚筒(8)，共同将油页岩加热到520℃-550℃；被冷却气体冷却到250℃左右的油页岩半焦从干馏炉底部排出，落入水封池(13)，冷却到80℃左右被刮板运输机(14)刮出炉外。干馏气体随同热载体从干馏炉上部排出口(15)排出后，经除尘收油后，被送到加热炉，加热至700℃左右再送入干馏炉。如此往复循环，形成连续的干馏炼油工艺。

油页岩在滚筒中和热载体之间的运动方式见图3。热载体气流从滚筒的下部进入，滚筒壁上安有滚筒抄板(22)，滚筒抄板(22)上开有气孔(19)，气流从气孔(19)进入滚筒内，在和油页岩发生充分的混合并将油页岩加热后，从上部气孔排出。油页岩在滚筒旋转和滚筒抄板(22)的作用下，不断地扬起又落下，和热载体均匀、充分的换热。

本发明在实施过程中需要注意的是；1、滚筒的直径根据装置的日处理量确定，可大可小，一般在1-3m之间，可根据需要选定。2、滚筒的长度一般不要大于6m，滚筒太长，滚筒中轴需选用高强度的材料，将增加制造成本。3、滚筒的层数主要由油页岩的品质决定，当处理较小粒径油页岩时，或易干馏油页岩时，可选用3-5层滚筒式干馏炉，当处理较大粒径油页岩时，或不易干馏油页岩时，可选用5-7层滚筒式干馏炉。4、当处理量大时，为使设备紧凑、减少占地面积，可考虑选用双筒或三筒多层式干馏炉。5、本发明装置适用于处理25mm以下的小颗粒油页岩，现场有小于12mm的小颗粒油页岩无须破碎，可直接利用。6、由于油页岩干馏温度在520℃-550℃之间，热载体温度在650℃以上，且干馏气体中含有硫化氢，有腐蚀问题，油页岩又处于翻滚运动中，磨损较大，滚筒应选用耐磨、耐高温、抗腐蚀的材料。

Claims

1.一种对小于25mm的油页岩进行干馏炼油的工艺，其特征是利用多层滚筒输送油页岩，油页岩在滚筒中依靠机械力不停地翻滚，和气体热载体发生气固相对流换热实现干馏。

2.根据权利要求1所述的油页岩干馏工艺，其特征是油页岩从滚筒的一侧进入，另一侧排出，第一层滚筒排料口的下方为第二层滚筒的进料口，物料在干馏炉中按“Z”字形路线运动。

3.根据权利要求1所述的油页岩干馏工艺，其特征是气体热载体从干馏炉中部进入，穿过滚筒壁上气孔，进入滚筒内，和油页岩发生紊流状态下的对流换热，然后从滚筒壁上部气孔流进出。

4.根据权利要求1所述的油页岩干馏工艺，其特征是冷却气体从干馏炉最下部的滚筒下部进入，穿过滚筒壁上气孔，进入滚筒内，对干馏完的油页岩半焦进行冷却，回收热量。

5.根据权利要求1所述的油页岩干馏工艺，其特征是热载体可以是烟气、也可以是瓦斯。

6.一种对小于25mm的油页岩进行干馏炼油的设备，其特征是干馏炉内设3-7层滚筒，略呈倾斜形布置，坡度小于5°，滚筒为1-3排，滚筒中间为转动轴，滚筒用辐条固定在中轴上，滚筒中轴和变速箱、电动机相连接。

7.根据权利要求5所述的油页岩干馏炼油的设备，其特征是干馏炉为直立方型炉，内砌耐火砖，外面包有铁皮，上部设有油页岩入料口和干馏气体排出口，中部设有热载体进口，下部设有冷却气体进口，底部设有干馏后油页岩半焦排出口和水封池，水封池底部设有刮板运输机。

8.根据权利要求5所述的油页岩干馏炼油的设备，其特征是滚筒壁上安有滚筒抄板，滚筒抄板上开有气孔，气流从气孔中进入滚筒内，和油页岩发生充分的混合并将油页岩加热。

9.根据权利要求5所述的油页岩干馏炼油的设备，其特征是滚筒的直径根据装置的日处理量确定，可大可小，一般在1-3m之间，滚筒的长度一般不大于6m。

10.根据权利要求5所述的油页岩干馏炼油的设备，其特征是各层滚筒可以分层调控，各层滚筒的转动速度、物料行进速度、物料停留时间等参数通过调整电动机频率即可实现。