CN114477807A - 一种油页岩渣回收利用的方法及其煅烧装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种油页岩渣回收利用的方法中所使用的煅烧装置，用于建筑材料工程领域，包括：加热装置，具有三个旋风分离器和一个排风机，且每相邻两个所述旋风分离器之间均装配有连接管，其中两个所述旋风分离器出料口分别与其中两个所述连接管相通，所述排风机进风口与其中一个所述旋风分离器出风口相通；煅烧回转窑，倾斜设置于水平地面上，其内部具有使微颗粒物料成螺旋状滚动前进的螺旋组件，且所述煅烧回转窑的窑头部设有对微颗粒物料进行燃烧的燃烧器。本发明中通过煅烧装置中的加热、煅烧和冷却三个步骤来对油页岩渣微颗粒物料进行有效煅烧，使其转化为具有水硬性的建筑材料，从而来解决油页岩渣的有害化和无法大规模开发利用的弊端。
Description
技术领域
本发明用于建筑材料工程领域，具体涉及一种油页岩渣回收利用的方法及其煅烧装置。
背景技术
我国油页岩资源丰富，已查明的油页岩储量超过7000亿吨，可提取页岩油超476亿吨。从油页岩中提取页岩油的技术包括地下原位开采和地上开采。地下原位开采也是地下干馏技术，主要是美国公司在美国进行，直接通过电加热、流体加热、辐射加热等技术对地下的油页岩加热，油页岩中的干酪根分解成页岩油、页岩气并以气体形式析出后并在地面被收集，这种技术，首先是因为部分有机物不能完全从油页岩中析出、被收集，部分页岩油气和重油类的残余有机物以及残碳还存在于地下，非常容易导致对地下水和土壤形成污染，造成环保问题，这是地下原位干馏几乎无法解决的问题。其次还有工艺复杂、控制困难、成本高效益低等弊端无法完全克服。此外就是地上干馏技术，地上干馏技术是指把矿石开采出来至专门的干馏炉内加工出油气并收集的技术。当前主要包括以气体做热载体和固体做热载体对物料进行干馏两种干馏方法。地上干馏技术经过了100多年的发展已经形成了多种成熟的干馏炉型。其中，气体热载体干馏炉即用经过预热的高温气体与油页岩矿石通过相互接触发生热解反应的炉子，我国目前主要是抚顺式干馏炉为主体的热气体干馏；
以上的各种干馏技术各有所长，对油页岩中所含的油气干馏时候的出油率也有不同，但是，所有的地上开采都会产生不少于70%的页岩油渣，也称之为半焦的一种废渣，这种废渣含不仅有二氧化硅和氧化铝为主的无机物，还有油页岩中的干酪根分解后残余的重油类物质和残余的碳等有机物以及为充分逸出仍旧停留在废渣中的的油气物质。分解后残留在半焦中的有机物视干馏工艺粒径大小不同而含量各异。但是无机物为主要物质，占90%以上，目前对半焦的处理方法很多，但是无法做到全部的无害化，经济性的消化利用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种油页岩渣回收利用的方法及其煅烧装置，来解决油页岩渣的有害化学和无法大规模开发利用的弊端。
为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
根据本发明的一种油页岩渣回收利用的方法，具体步骤如下：
S1：首先将油页岩渣配入质量百分比为A%的氧化钙物料，包括但不限于碳酸钙、氢氧化钙等含有氧化钙的物质，其中，A=（二氧化硅百分数÷14+三氧化二铝百分数÷34+三氧化二铁百分数÷80）×56；
S2：将油页岩半焦和需要加入的含钙物质按照上述比例配合，加入粉磨设备中进行粉磨，选出物料粒径小于1毫米以下的合格粒径的物料送至储存库中储存；
S3：将储存的微颗粒物料投入煅烧装置中先进行加热，然后对加热后的微颗粒物料进行煅烧，最后将煅烧后的微颗粒物料进行冷却；
S4：物料经过加热、煅烧和冷却后形成新的物料，进入成品储库。
根据本发明的一种油页岩渣回收利用的方法中所使用的煅烧装置，包括：
加热装置，具有三个旋风分离器和一个排风机，且每相邻两个所述旋风分离器之间均装配有连接管，其中两个所述旋风分离器出料口分别与其中两个所述连接管相通，所述排风机进风口与其中一个所述旋风分离器出风口相通；
煅烧回转窑，倾斜设置于水平地面上，且所述煅烧回转窑的窑头部设有对微颗粒物料进行燃烧的燃烧器；
冷却装置，具有冷却箱，以及将常温风吹入至煅烧回转窑内的作用箱。
进一步地，三个所述旋风分离器分别为一级旋风分离器、二级旋风分离器和三级旋风分离器，三个所述连接管分别为第一连接管、第二连接管和第三连接管。
进一步地，所述一级旋风分离器进料口与二级旋风分离器出风口通过第一连接管相通，所述二级旋风分离器进料口与三级旋风分离器出风口通过第二连接管相通，所述三级旋风分离器的进料口与所述煅烧回转窑上的进料入口通过第三连接管相通。
进一步地，所述一级旋风分离器、二级旋风分离器和三级旋风分离器出料口均通过出料管与第二连接管、第三连接管和煅烧回转窑进料口连接。
进一步地，所述排风机进风口与所述一级旋风分离器出风口相通。
进一步地所述煅烧回转窑内设置有内衬。
进一步地，所述煅烧回转窑与水平地面的倾斜度设为2.5°-6°之间。
进一步地，所述燃烧器的燃料为瓦斯气。
进一步地，所述S1中所使用的粉磨设备包括粉磨箱及驱动机构，所述粉磨箱出料口与第一连接管相通。
本发明的有益之处在于：
本发明中通过煅烧装置中的加热、煅烧和冷却三个步骤来对油页岩渣微颗粒物料进行有效煅烧，使其转化为具有水硬性的建筑材料，从而来解决油页岩渣的有害化和无法大规模开发利用的弊端。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，使得本发明的其他特征、目的和优点变得更明显。本发明的示意性实施例附图及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明中粉磨设备的放大结构示意图；
图3是本发明中加热装置的放大结构示意图；
图4是本发明中煅烧回转窑的放大结构示意图；
图5是本发明中冷却装置的放大结构示意图；
图6是本发明中煅烧回转窑的连接结构示意图。
附图标记说明：
1、煅烧装置；2、加热装置；3、煅烧回转窑；4、冷却装置；5、粉磨设备；6、一级旋风分离器；7、二级旋风分离器；8、三级旋风分离器；9、第一连接管；10、第二连接管；11、第三连接管；12、排风机；13、出料管；14、进料口；16、燃烧器；17、内衬；18、冷却箱；19、作用箱；20、粉磨箱；21、驱动机构。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本申请及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。
并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。
此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”、“套接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
如图1所示，根据本发明的一种油页岩渣（油页岩半焦）回收利用的方法，具体步骤如下：
S1：首先将油页岩渣配入质量百分比为A%的氧化钙物料，包括但不限于碳酸钙、氢氧化钙等含有氧化钙的物质，其中，A=（二氧化硅百分数÷14+三氧化二铝百分数÷34+三氧化二铁百分数÷80）×56；
S2：将油页岩半焦和需要加入的含钙物质按照上述比例配合，加入粉磨设备5中进行粉磨，选出物料粒径小于1毫米以下的合格粒径的物料送至储存库中储存；
S3：将储存的微颗粒物料投入煅烧装置1中先进行加热，然后对加热后的微颗粒物料进行煅烧，最后将煅烧后的微颗粒物料进行冷却；
油页岩由于产地不同，而油页岩渣的特性也不同，虽然油页岩渣在结晶程度，原料性质，晶体结构上存在较大差异，但是都是黏土类矿物，我们通过加热除掉残存于油页岩渣中的有机物，残碳等物质，还要使得加入的含氧化钙的物质分解，形成氧化钙混在页岩渣中，再进行更高温度的煅烧，使其原来矿物中的稳固的晶体解体，原有的惰性矿物晶型减少，甚至完全破坏；
S4：物料经过加热、煅烧和冷却后形成新的物料，进入成品储库；
一部分形成活性较高活性的硅氧单体，铝氧单体结构，并与随之而来的氧化钙发生物理化学反应，还有一部分形成新的具有一定水硬性的晶体，如铝酸三钙，硅酸二钙等;
这些单体本身就是较高的化学反应活性，一般他们都是以链状，网状这类稳定的结构存在，不易与其他物质反应，化学反应活性不高，我们给他分子间的连接打断，成单体结构，这个单体结构本身就是活性很高的;
单体结构具有大量的断裂点，其质点也无法再按照规则性排列，处于热力学的不稳定状态，因而具有相当的活性。
如图1－图6所示，根据本发明的一种油页岩渣回收利用的方法中所使用的煅烧装置，包括：
加热装置2，具有三个旋风分离器和一个排风机12，且每相邻两个旋风分离器之间均装配有连接管，其中两个旋风分离器出料口分别与其中两个连接管相通，排风机12进风口与其中一个旋风分离器出风口相通；
三个旋风分离器具体为：具有三个至八个旋风分离器串联而成一列，并且有一至四列组成旋风分离器组合，且每同一列里相邻两个所述旋风分离器之间均装配有连接管；
煅烧回转窑3，倾斜设置于水平地面上，且煅烧回转窑3的窑头部设有对微颗粒物料进行燃烧的燃烧器16；
燃烧器16的内部设置有点火器（此为现有技术，未图示），通过控制点火器的开关使燃烧器16开始运作；
冷却装置4，具有冷却箱18，以及将常温风吹入至煅烧回转窑3内的作用箱19；
冷却装置4可以由单筒冷却机或篦式冷却机构成，来自空气中的常温风吹到出窑高温物料发生热交换，升高温度的热空气进入回转窑，热风中的氧气用于助燃燃烧器16喷出的燃料，发生放热反应，燃烧中释放的热量用于加热物料，废热气则从煅烧回转窑3窑尾进入加热装置2用于加热物料，冷却好的物料经过输送设备送至成品储存库储存起来；
物料经过煅烧后形成新的物料，进入成品储库，煅烧后的物料可以形成具有表面活性的水硬性建筑材料，既可用于水泥生产，也可用于混凝土生产和建筑工程；
冷却箱18的内部设置有冷却扇叶以及驱动冷却扇叶的驱动电机（此为现有技术，未图示），接通电源后，利用驱动电机带动冷却扇叶进行旋转从而吸入常温风至冷却箱18内部，使冷却箱18内部的常温风通过作用箱19进入至煅烧回转窑3的内部，常温风进入煅烧回转窑3的内部后，可以作为助燃二次风使用，这是因为常温风中的氧气用于助燃燃烧器16喷出的燃料。
本实施例中，S1中所使用的粉磨设备5包括粉磨箱20及驱动机构21，粉磨箱20出料口与第一连接管9相通 。
本实施例中，三个旋风分离器分别为一级旋风分离器6、二级旋风分离器7和三级旋风分离器8，三个连接管分别为第一连接管9、第二连接管10和第三连接管11。
本实施例中，一级旋风分离器6进料口与二级旋风分离器7出风口通过第一连接管9相通，二级旋风分离器7进料口与三级旋风分离器8出风口通过第二连接管10相通，三级旋风分离器8的进料口与煅烧回转窑3上的进料入口14通过第三连接管11相通。
本实施例中，一级旋风分离器6、二级旋风分离器7和三级旋风分离器8出料口均通过出料管13与第二连接管10、第三连接管11和煅烧回转窑3进料口连接。
本实施例中，排风机12进风口与一级旋风分离器6出风口相通；
储存库内的物料自库内卸出，加入到二级旋风分离器7的出口到一级旋风分离器6的管道中，并随着上升的热空气吹进一级旋风分离器6，并与热风在极短的时间内发生热交换，并以粉尘的形势进入一级旋风分离器6，经过一级旋风分离器6的离心作用，加热后的物料和较低温度的热风分离开来，物料进入三级旋风分离器8的出风与二级旋风分离器7相连接的第二连接管10，并被里面的热风吹散，混入热风中快速发生热交换，物料温度继续升高，而热风在进入后二级旋风分离器7温度降低，从二级旋风分离器7出口进入一级旋风分离器6，二级旋风分离器7里在离心力作用下物料与风分离，物料随下料口进入三级旋风分离器8被热风吹入三级旋风分离器8，在三级旋风分离器8内在离心力作用下物料与热风分离，已经逐级加热的物料进入煅烧设备装置中，而来自煅烧设备废气出口的热气进入三级旋风分离器8进作用箱道与来自二级旋风分离器7收集的物料相遇，发生换热。
综上所说，在加热装置中，物料自上而下逐渐与自下而上的热气发生热交换，并在旋风分离器作用下逐级向下运动，热风自下而上向上运动。
本实施例中，煅烧回转窑3内设置有内衬17；
内衬17的材料为市面上可购买的耐火材料，在此不一一赘述。
本实施例中，煅烧回转窑3与水平地面的倾斜度设为2.5°-6°之间。
本实施例中，燃烧器16的燃料为瓦斯气；
燃烧器16的燃料为瓦斯气，也可以是煤粉、油类或二三种燃料同时使用；
从加热装置下来的已经充分加热的物料进入煅烧回转窑3，煅烧回转窑3筒体内部带有耐火材料做内衬17，回转窑筒体头低尾高，倾斜度2.5°-6°之间，物料自煅烧回转窑3尾部进入煅烧回转窑3内成螺旋状滚动前进，煅烧回转窑3窑头部的燃烧器16燃烧的燃料是自油页岩加热过程中排出的瓦斯气，也可以煤粉，油类为燃料，物料翻滚前进过程中不断与热空气换热到达窑头燃烧器16的火焰位置经过700℃-1400℃的煅烧后，高温物料自窑口调入冷却装置4。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种油页岩渣回收利用的方法，其特征在于：具体步骤如下：
S1：首先将油页岩渣配入质量百分比为A%的氧化钙物料，包括但不限于碳酸钙、氢氧化钙等含有氧化钙的物质，其中，A=（二氧化硅百分数÷14+三氧化二铝百分数÷34+三氧化二铁百分数÷80）×56；
S2：将油页岩半焦和需要加入的含钙物质按照上述比例配合，加入粉磨设备（5）中进行粉磨，选出物料粒径小于1毫米以下的合格粒径的物料送至储存库中储存；
S3：将储存的微颗粒物料投入煅烧装置（1）中先进行加热，然后对加热后的微颗粒物料进行煅烧，最后将煅烧后的微颗粒物料进行冷却；
S4：物料经过加热、煅烧和冷却后形成新的物料，进入成品储库。
2.权利要求1所述的油页岩渣回收利用的方法中所使用的煅烧装置，其特征在于：包括：
加热装置（2），具有三个旋风分离器和一个排风机（12），且每相邻两个所述旋风分离器之间均装配有连接管，其中两个所述旋风分离器出料口分别与其中两个所述连接管相通，所述排风机（12）进风口与其中一个所述旋风分离器出风口相通；
煅烧回转窑（3），倾斜设置于水平地面上，且所述煅烧回转窑（3）的窑头部设有对微颗粒物料进行燃烧的燃烧器（16）；
冷却装置（4），具有冷却箱（18），以及将常温风吹入至煅烧回转窑（3）内的作用箱（19）。
3.权利要求2所述的油页岩渣回收利用的方法中所使用的煅烧装置，其特征在于：三个所述旋风分离器分别为一级旋风分离器（6）、二级旋风分离器（7）和三级旋风分离器（8），三个所述连接管分别为第一连接管（9）、第二连接管（10）和第三连接管（11）。
4.权利要求3所述的油页岩渣回收利用的方法中所使用的煅烧装置，其特征在于：所述一级旋风分离器（6）进料口与二级旋风分离器（7）出风口通过第一连接管（9）相通，所述二级旋风分离器（7）进料口与三级旋风分离器（8）出风口通过第二连接管（10）相通，所述三级旋风分离器（8）的进料口与所述煅烧回转窑（3）上的进料入口（14）通过第三连接管（11）相通。
5.权利要求4所述的油页岩渣回收利用的方法中所使用的煅烧装置，其特征在于：所述一级旋风分离器（6）、二级旋风分离器（7）和三级旋风分离器（8）出料口均通过出料管（13）与第二连接管（10）、第三连接管（11）和煅烧回转窑（3）进料口连接。
6.权利要求5所述的油页岩渣回收利用的方法中所使用的煅烧装置，其特征在于：所述排风机（12）进风口与所述一级旋风分离器（6）出风口相通。
7.权利要求2所述的油页岩渣回收利用的方法中所使用的煅烧装置，其特征在于：所述煅烧回转窑（3）内设置有内衬（17）。
8.权利要求2所述的油页岩渣回收利用的方法中所使用的煅烧装置，其特征在于：所述煅烧回转窑（3）与水平地面的倾斜度设为2.5°-6°之间。
9.权利要求2所述的油页岩渣回收利用的方法中所使用的煅烧装置，其特征在于：所述燃烧器（16）的燃料为瓦斯气。
10.权利要求3所述的油页岩渣回收利用的方法中所使用的煅烧装置，其特征在于：所述S1中所使用的粉磨设备（5）包括粉磨箱（20）及驱动机构（21），所述粉磨箱（20）出料口与第一连接管（9）相通。
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