一种干排焦自热式油页岩地上干馏工艺的制作方法

1.本发明涉及油页岩地上干馏技术领域，特别是一种干排焦自热式油页岩地上干馏工艺。


背景技术：

2.油页岩是一种非常规化石燃料资源，全球储量巨大，按发热量计算，在化石燃料资源中仅次于煤炭。油页岩含有的有机质经干馏可得到类似原油的页岩油，可作为重要的石油补充能源。油页岩有机质需经干馏(热解)才能从油页岩矿石中提取出来，油页岩干馏通常是指在隔绝空气的条件下，将油页岩加热到500℃左右，从而使油页岩中大分子结构的有机质热解生成油和气的过程。油页岩干馏技术从方式上分为地上和地下工艺。地上技术是指先将油页岩矿石从地下开采运到地面后、再送到干馏炉内进行干馏的方法。地下技术又称原位干馏，即油页岩不经开采直接在地下加热矿层进行干馏，地下技术目前还很难获得实际应用。地上技术分为气体热载体和固体热载体法。国内固体热载体自主干馏技术依处于试验阶段，引进国外先进的技术尚无实质性进展。
3.但气体热载体法工艺存在一个严重的问题，油页岩干馏炼油后剩下的固体残渣(即半焦副产物)无法利用，国内外目前采用的气体热载体法大都采用湿排焦方式，半焦能量无法得到有效利用。半焦作为油页岩干馏的主要副产物，含有有机成分和固定碳，具有一定的热值。目前通用的做法是作为废弃物统一进行堆弃，很少得到利用，不仅占用大量土地，污染环境，而且造成能源的浪费。半焦中还含有水溶性酚类化合物、半挥发性物质、多环芳烃等其它有毒污染物，在露天放置的过程中形成渗出物对地下水构成严重威胁，对环境造成严重污染。半焦处理问题是制约油页岩干馏制油工业发展的主要问题之一。
4.因此，气体热载体干馏技术半焦无法利用的问题亟需解决，急需将干排焦技术应用于气体热载体干馏工艺。利用干排焦方式排出的半焦可直接送到循环流化床锅炉中进行燃烧发电，不需经过干燥等工序，既节省了干燥所消耗的能量，又简化了工艺，燃烧后的锅炉灰渣还可送入建材厂制作水泥、砌块、陶粒等建材。这样，即充分利用半焦的潜热，又消除对环境的危害。
5.此外，通过干馏将油页岩中的固态有机质以“油”的形式提取出来的操作难度很大，需用大量的能量加热含油率通常不到10％的矿石使其中的大分子有机质热解为气体(即干馏)，热解气再经冷凝获得页岩油。例如，在地上技术中常用热载气加热油页岩，由于干馏的终馏点在500℃左右且裂解又是吸热反应，所以热载气通常需要被加热至700℃以上才可进入干馏炉，有些工艺温度可高达1000℃，高温使页岩油二次裂解或焦化。总之，干馏过程的高能输入是油页岩资源利用的主要障碍，是油页岩储量巨大但却没成为主流能源的主要技术壁垒。
6.因此，急需开发一种地上干馏工艺以解决上述问题。


技术实现要素：

7.本发明的目的是要解决现有技术中存在的问题，提供一种工艺简单、操作容易、节能节水和资源利用率较高、三废排放少、环境效益显著的干排焦自热式油页岩地上干馏工艺。
8.为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：
9.一种干排焦自热式油页岩地上干馏工艺，包括以下步骤：
10.s1、油页岩原料经破碎、预热后从干馏炉顶端的进料口加入到干馏炉中，将干馏炉内的油页岩原料加热达到200～350℃时，向干馏炉通入常温含氧气体；或直接通入200℃～350℃的含氧气体；当油页岩原料与含氧气体接触后，油页岩原料在干馏炉内发生低温氧化反应，氧化反应放出的热量用于加热干馏炉内的油页岩原料，干馏炉内的温度上升，干馏开始启动，继续向干馏炉通入常温含氧气体；
11.s2、向干馏炉内通入h2o，调控o2和h2o的通入量，使得干馏炉内温度平稳上升并保持在450～550℃之间；
12.s3、干馏产生的油气从干馏炉上部排出进入收油系统进行收油，获得页岩油、瓦斯气体；
13.s4、在干馏炉下部通入水，使水与干馏后产生的油页岩半焦物料接触换热蒸发为水蒸气进入上部干馏段，冷却的油页岩半焦物料排入半焦池后排出干馏炉外；
14.s5、重复步骤s1
‑
s4，实现油页岩的连续干馏。
15.进一步地，所述步骤s1中，用加热炉排出的废烟气预热油页岩原料。
16.进一步地，所述含氧气体为空气或除氮气的空气。在实际干馏过程中，使用除氮的空气是有利的，采用空气分离机先将氮气从空气中除掉即得除氮气的空气，因为氧气能促进油页岩有机质热解生油，降低n2含量有利于后续油气产物的处理，因为干馏生成的油气是和大量载气混在一起的，冷凝收油时就必须同时冷凝油气和大量载气，使得冷凝收油困难，一定量的油气不能冷凝，降低油收率，除去n2气意味着干馏出口处理气量的大量降低和出口气体含油比例的显著提高，简化收油和油冷凝回收系统，提高收油效率，降低油回收的难度，同时还提高了收油后气体产物的发热值。
17.进一步地，所述步骤s4中，排出的半焦用作燃料充分燃烧发热或发电，一部分燃烧产生的热量送入干馏炉。
18.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
19.1、可实现干法出焦，油页岩干馏后排出的干半焦易于用作固体燃料，可充分燃烧提供大量的热量，半焦充分燃烧后产生的页岩灰可用作建筑材料，即实现了资源的高效利用，又消除了半焦中的多环芳烃等有机毒性污染物，避免污染环境；不仅大幅降低干馏炼油的热量消耗，简化工艺，而且和传统湿法出焦相比可节水约70
‑
85％。
20.2、本发明提供的干排焦自热式油页岩地上干馏的方法，可自身原位产生热量，做到热量自给有余，原料品位适应性强，能处理高品位和低品味的油页岩，并能控制干馏炉内的最高温度在550℃以下，避免温度过高而造成油二次裂解和焦化。
21.3、本发明提供的干排焦自热式油页岩地上干馏的方法可解决油页岩干馏系统复杂、资源浪费和环境污染严重等问题；具有工艺简单、操作容易、节能节水和资源利用率较高、三废排放少、环境效益显著等诸多优点。
附图说明
22.图1为本发明的油页岩干排焦干馏工艺原理示意图。
23.图2为本发明的工艺和传统气体热载体法工艺比较的示意图。
具体实施方式
24.为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步的详细说明。此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定发明。
25.由于油页岩干馏需要将油页岩加热到500℃以上且油页岩裂解又是吸热反应，所以目前国内外的气体热载体法工艺都是用大量的高温烟气(700℃以上，有时高达1000℃)直接加热油页岩，使得干馏炉内的气量很大，当采用干法排焦工艺时容易造成气体泄漏，所以气体热载体工艺大都只能采用水封方法将半焦以湿焦的状态排出，另外高温热载气还会使油气二次裂解或焦化。
26.为了解决上述问题，本发明通过以下两个实施例进行详细阐述本发明的技术方案的实施。
27.实施例1
28.如图1所示，本实施例提供了一种干排焦自热式油页岩地上干馏工艺，包括以下步骤：
29.s1、油页岩原料经破碎后，用加热炉排出的废烟气预热至40
‑
70℃后送入干馏炉；
30.s2、从干馏炉顶端的进料口连续加入预热后的干馏原料，将干馏炉内的油页岩原料加热达到200～350℃时，向干馏炉通入常温含氧气体；当油页岩原料与含氧气体接触后，油页岩原料在干馏炉内发生低温氧化反应，氧化反应放出的热量用于加热干馏炉内的油页岩原料，干馏炉内的温度上升，干馏开始启动，继续向干馏炉通入常温含氧气体；
31.s3、向干馏炉内通入h2o，使得干馏炉内的温度平稳上升，热量保持均匀分布，避免出现局部过热，同时水蒸气水还会通过“吹扫”和“夹带”作用加速将热解生成的油气产物快速带出干馏炉而减少其二次反应和焦化；调控o2和h2o的通入量(如果温度过高或升温过快，可调低o2/h2o比例，反之可调高o2/h2o比例)，使得干馏炉内温度平稳上升并保持在450～550℃之间，避免局部过热和起火，防止生成油气的二次反应和结焦，以保证干馏的平稳操作并实现油页岩原料彻底干馏；
32.s4、干馏产生的油气从干馏炉上部排出进入收油系统进行收油，油气经冷却塔、电捕器收油后，进行油气水分离获得页岩油、瓦斯气体、水，页岩油进入贮罐，水进入循环水池，瓦斯气体作为加热炉燃料或用作燃气发电；
33.s5、在干馏炉下部通入水，使水与干馏后产生的油页岩半焦物料(温度为500℃～550℃)接触换热蒸发为水蒸气进入上部干馏段，冷却的油页岩半焦物料(<300℃)排入半焦池后排出干馏炉外；干法排出的油页岩半焦物料用作燃料充分燃烧，一部分燃烧产生的热量可送入干馏炉，燃烧后产生的页岩灰可用作建筑材料；
34.s6、重复步骤s2
‑
s5，实现油页岩的连续干馏。
35.实施例2
36.与实施例1的不同在于，步骤s2中不加热干馏炉内的油页岩原料，直接通入200℃～350℃的含氧气体，干馏炉内发生低温氧化反应，待干馏启动实现连续操作后再改为常温
空气。
37.本发明的干排焦自热式油页岩干馏方法的原理为：本专利将放热的烷氧化裂解技术引入到油页岩干馏中，同时通过h2o的辅助，使得干馏后产生半焦被水冷却，水吸收半焦热量后被气化进入油页岩干馏段使得半焦含水率不增加，冷却后的半焦可干法排焦；在干馏段通过耦合氧化裂解放热/h2o吸热，使油页岩热解既能释放大量的热提供干馏所需的热量，取代外部加入高温热载气(烟气)，减少干馏炉内的气量，降低干法排焦处气体泄漏的风险，而水又能通过吸热、传质、传热等作用改善热和物料在干馏炉内的分布，避免干馏炉出现局部升温过高、过快和结焦，确保油页岩干馏不发生起火，压制干馏炉内温度过高使整个干馏炉内的温度低于500
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550℃(低温干馏)，水还会通过“吹扫”和“夹带”作用加速将热解生成的油气产物快速带出干馏炉而减少其二次反应和焦化。
38.需要说明的是，本发明所述干排焦自热式干馏工艺同样适用于煤等固体燃料。
39.本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。