一種油頁巖增壓加氫干餾制油系統(tǒng)及其工藝的制作方法
【專利摘要】一種油頁巖增壓加氫干餾制油系統(tǒng)，包括干餾爐（1）、油頁巖料倉（2）、儲油罐（3）、油氣分離器（4）、氫氣分離器（5）、富氫瓦斯罐（6）、瓦斯加熱器（7）、氣化燃料倉（8）、可燃氣罐（9）、換熱器（10）、氣化爐（11）、輸送裝置（12）；使用該系統(tǒng)的油頁巖增壓加氫干餾制油工藝，將干餾產生的瓦斯經氫氣分離器分離，產生的富氫瓦斯經瓦斯加熱器加熱后送回干餾爐，產生的脫氫瓦斯氣體和氣化爐內氣化產生的可燃氣作為燃料送入瓦斯加熱器。該發(fā)明使油頁巖顆粒在富氫氣氛下干餾制油，避免有機物因缺氫而碳化，提高了油頁巖的產油率；脫氫瓦斯與可燃氣作為瓦斯加熱器的燃料，提高了能源利用率。
【專利說明】一種油頁巖增壓加氫干餾制油系統(tǒng)及其工藝
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于油頁巖資源利用【技術領域】，涉及一種油頁巖增壓加氫干餾制油系統(tǒng)和工藝。
【背景技術】
[0002]油頁巖也稱為“固體石油”，是一種儲量巨大的非常規(guī)油氣資源，在400~600°C的干餾裝置內受熱即可獲得性質類似天然石油的頁巖油，在世界原油供應緊張的年代一直作為非常重要的石油補充能源。目前，世界上已探明頁巖油儲量4000多億噸(按油頁巖原位儲量折算)，遠高于世界原油探明可采儲量，并且這一數(shù)字將隨著油頁巖資源進一步勘探、開發(fā)的加大而加大；我國為油頁巖資源儲量大國，根據2004~2006年全國性油頁巖資源評價工作結果，我國油頁巖資源為7199.37億噸，折算成頁巖油的儲量為476.44億噸。
[0003]鑒于油頁巖資源儲量巨大，為緩解當前石油供應緊張的局勢，油頁巖煉油工業(yè)日益復興，很多國家和單位在長期研發(fā)工作基礎上，開發(fā)出各種各樣的干餾工藝，已用于工業(yè)生產的代表性干餾技術有愛沙尼亞Kiviter和Galoter干餾技術、澳大利亞ATP干餾技術、巴西Petrosix干餾技術以及我國撫順式爐干餾技術等。這些干餾技術經多年發(fā)展已日益完善，然而在實際運行過程中依舊暴露出一些問題無法得到徹底解決=(I)Petrosix和撫順式干餾爐產生的固體廢棄物油頁巖半焦含有一定的能量，未得到充分回收利用，造成了能源的浪費和環(huán)境污染；(2)各種干餾工藝產生的工業(yè)廢水中含有多種有毒、有害物質，造成環(huán)境的污染和水資源的浪費；(3)單一產品的油頁巖干餾技術抗市場競爭能力差，當國際原油價格低于60~70美元/桶，在經濟上已不具備可行性；(4)其他缺陷，如ATP干餾技術熱損失大，Galoter干懼技術結構復雜等。鑒于上述問題，中國、愛沙尼亞、美國和約旦等國越來越多的油頁巖工作者們建議油頁巖工業(yè)更適宜走“煉油一發(fā)電一化工和建材”的全面綜合利用技術路線，以實現(xiàn)油頁巖資源高效、清潔利用，經濟與環(huán)境并重。在該技術路線中，油頁巖將首先干餾，產生的頁巖油與天然石油性質相似，精加工后可得到現(xiàn)在通用的汽油、柴油及航空燃料，也可直接作為工業(yè)燃料。
[0004]高品位油頁巖H、C含量豐富，頁巖油產量高，易于干餾制油，經濟效益高；而隨著油頁巖品位的降低，油頁巖H含量降低、油母質內碳碳不飽和鍵增多，導致干餾過程中有機物碳化反應加劇，頁巖油產量降低，但油頁巖干餾后形成的固體廢棄物半焦因含有較高的碳而利于燃燒和氣化利用。以我國吉林樺甸油頁巖為例，隨著礦層深度的增加，Η/C摩爾比值顯著降低、頁巖油產量從19.2%降至8.7%(Studies of the effect of retortingfactors on the yield of shale oil for a new comprehensive utilization technologyof oil shale.Applied Energy，2009，86，2381-2385.)，但半焦熱值反而升高，主要原因在于油頁巖干餾過程中H的供給顯著不足，大量有機物因缺氫而碳化。類似地，對美國科羅拉多油頁巖的石開究結果表明(Molecular mechanism of oil shale pyrolysis in nitrogenand hydrogen atmospheres.Geochemistry and Chemistry of Oil Shales，1983，Chapterl5, pp301 - 316.)，相對Fischer標準工況油收率，在氫氣氣氛下的頁巖油收率為117.4%，而在氮氣氣氛下油收率為90%，主要原因是氫氣的存在抑制了脂肪碳向芳香碳、以及芳香碳向碳的轉化，從而使得更多的有機碳轉化至頁巖油內，提高了頁巖油收率。因此，加氫是提高油頁巖干餾油收率的一種有效方法，但目前尚無相關技術公開報道。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術存在的缺陷而提供一種油頁巖增壓加氫干餾制油工藝，避免有機物因缺氫而碳化，從而使大量有機碳轉移到頁巖油中，提高油頁巖的產油率，同時合理利用油頁巖干餾后形成的固體廢棄物半焦，減少能源損失和環(huán)境污染。綜合考慮資源、環(huán)境、經濟和社會效益，實現(xiàn)科學利用油頁巖資源。
[0006]本發(fā)明的技術方案是:設計使油頁巖在富氫氣氛下干餾，避免有機物因缺氫而碳化，從而使更多的有機碳轉移至頁巖油中，有助于提高油頁巖的產油率，設計了將顆粒狀油頁巖首先在450~550°C下干餾，產生半焦、頁巖油蒸氣和瓦斯；頁巖油與瓦斯經油氣分離器分離后，頁巖油進入儲油罐，瓦斯進入氫氣分離器；瓦斯經氫氣分離器分離后產生富氫瓦斯和脫氫瓦斯，富氫瓦斯經瓦斯加熱器加熱后作為熱載體送回油頁巖干餾爐。同時考慮油頁巖干餾后形成的固體廢棄物半焦的回收再利用，設計了將干餾生成的高溫半焦和粉末狀油頁巖在氣化爐發(fā)生氣化反應產生可燃氣，與氫氣分離器分離后產生的脫氫瓦斯一并作為燃料引入瓦斯加熱器燃燒放熱，將油頁巖干餾爐所用熱載體富氫瓦斯加熱至600~800°C?？紤]能源的充分利用，設計將氣化爐產生的高溫固體殘渣排入換熱器，將冷水加熱成熱水或水蒸氣。具體方案為如下。[0007]—種油頁巖增壓加氫干餾制油系統(tǒng)，包括干餾爐1、油頁巖料倉2、儲油罐3、油氣分離器4、氫氣分離器5、富氫瓦斯罐6、瓦斯加熱器7,氣化燃料倉8、可燃氣罐9、氣化爐11、輸送裝置12，其中:
[0008]干餾爐I用于干餾經油頁巖料倉2送入的油頁巖，干餾爐I連接至油氣分離器4，油氣分離器4與氫氣分離器5和儲油罐3相連接；
[0009]氫氣分離器5與富氫瓦斯罐6連接,氫氣分離器5用于分離油頁巖干懼產生的瓦斯以得到富氫瓦斯，富氫瓦斯罐6與瓦斯加熱器7連接；
[0010]氣化爐11通過輸送裝置12與干餾爐I下端口連接，用于使干餾爐I的干餾產物半焦和經氣化燃料倉8送入的油頁巖發(fā)生氣化反應，氣化爐11還與可燃氣罐9連接；
[0011]瓦斯加熱器7與干餾爐1、富氫瓦斯罐6和可燃氣罐9連接，瓦斯加熱器7用于加熱由富氫瓦斯罐6引入到瓦斯加熱器7的富氫瓦斯和用于燃燒由可燃氣罐9送入到瓦斯加熱器7的可燃氣。
[0012]因油頁巖干餾產生的半焦內部仍含有一定的能量，本發(fā)明引入氣化爐11對其進行利用，半焦在氣化爐11內氣化產生的可燃氣，一部分可燃氣為油頁巖干餾爐提供熱量，剩余可燃氣回收儲存以備他用，因而實現(xiàn)了固體廢棄物半焦的能源化利用和油頁巖資源綜合利用，減少了環(huán)境污染。
[0013]進一步地，本發(fā)明涉及的油頁巖增壓加氫干餾制油系統(tǒng)，還包括換熱器10，換熱器10具有加熱管路，換熱器10與氣化爐11連接。氣化爐11產生的高溫固體殘渣排入換熱器10，冷水從入口 13進入，經換熱器10加熱成熱水或水蒸氣，從出口 14流出，實現(xiàn)了熱源的合理利用，減少了熱源的浪費。[0014]本發(fā)明還提供了一種油頁巖增壓加氫干餾制油工藝，該工藝使用前述的油頁巖增壓加氫干餾制油系統(tǒng)，包括以下步驟:
[0015]a.破碎、干燥油頁巖，得到顆粒油頁巖和粉狀油頁巖，將顆粒油頁巖存于油頁巖料倉2，將粉狀油頁巖存于氣化燃料倉8 ；
[0016]b.步驟a中的顆粒油頁巖下行進入干餾爐1，進行干餾，產生半焦、頁巖油和瓦斯；瓦斯和頁巖油經油氣分離器4分離后，頁巖油儲存于儲油罐3，瓦斯進入氫氣分離器5分離為富氫瓦斯和脫氫瓦斯，富氫瓦斯儲存于富氫瓦斯罐6，脫氫瓦斯儲存于可燃氣罐9 ;富氫瓦斯罐6中的富氫瓦斯被引入到瓦斯加熱器7加熱后作為熱載體輸送至干餾爐I ;
[0017]c.步驟b得到的半焦經輸送裝置12進入氣化爐11，步驟a中的粉狀油頁巖經氣化燃料倉8進入氣化爐11，然后在氣化爐11內發(fā)生氣化反應產生可燃氣，可燃氣存于可燃氣罐9 ;可燃氣與步驟b中的脫氫瓦斯作為燃料被送入到瓦斯加熱器7中燃燒以加熱步驟b中的熱載體；
[0018]d.將步驟c中，在氣化爐11內產生的高溫固體殘渣排至換熱器10。
[0019]進一步地，在步驟a中，顆粒油頁巖的粒徑大于4mm，粉狀油頁巖的粒徑不大于4mm.
[0020]進一步地，在步驟b中，干餾爐I的干餾溫度控制在450°C~550°C、
[0021]進一步地，在步驟b中，干餾爐I的干餾壓力控制在2MPa~3MPa。
[0022]進一步地，在步驟c中，氣化反應的溫度控制在600°C~800°C。
[0023]進一步地,在步驟c中,熱載體被加熱至600~800°C。
[0024]進一步地，步驟d還包括:冷水從入口 13進入，經換熱器10加熱成熱水或水蒸氣，從出口 14流出。
[0025]本發(fā)明油頁巖增壓加氫干餾制油工藝的優(yōu)點體現(xiàn)在:
[0026]I)在富氫氣氛下進行油頁巖干餾，與傳統(tǒng)油頁巖干餾工藝相比，可大幅提高頁巖油的品質和產率。
[0027]2)實現(xiàn)了固體廢棄物半焦的氣化回收利用，增加了油頁巖干餾過程中的附加效益，同時減少了頁巖廢渣的熱污染及化學污染，提高了能源利用率。
[0028]3)利用氣化爐高溫固體殘渣的余熱將冷水加熱成熱水或水蒸汽，提高了氣化爐的能源利用率，減少了能源浪費和環(huán)境污染。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]圖1是油頁巖增壓加氫干餾制油系統(tǒng)示意圖。
[0030]其中，1-干餾爐，2-油頁巖料倉，3-儲油罐，4-油氣分離器，5-氫氣分離器，6_富氫瓦斯罐，7-瓦斯加熱器,8-氣化燃料倉,9-可燃氣罐，10-換熱器，11-氣化爐，12-輸送裝置，13-入口，14-出口。
【具體實施方式】
[0031]實施例1
[0032]一種油頁巖增壓加氫干餾制油系統(tǒng)，包括干餾爐1、油頁巖料倉2、儲油罐3、油氣分離器4、氫氣分離器5、富氫瓦斯罐6、瓦斯加熱器7,氣化燃料倉8、可燃氣罐9、氣化爐11、輸送裝置12，其中:干餾爐I用于干餾經油頁巖料倉2送入的油頁巖，干餾爐I連接至油氣分離器4,油氣分離器4與氫氣分離器5和儲油罐3相連接；氫氣分離器5與富氫瓦斯罐6連接，氫氣分離器5用于分離油頁巖干餾產生的瓦斯以得到富氫瓦斯，富氫瓦斯罐6與瓦斯加熱器7連接；氣化爐11通過輸送裝置12與干餾爐I下端口連接，用于使干餾爐I的干餾產物半焦和經氣化燃料倉8送入的油頁巖發(fā)生氣化反應，氣化爐11還與可燃氣罐9連接；瓦斯加熱器7與干餾爐1、富氫瓦斯罐6和可燃氣罐9連接，瓦斯加熱器7用于加熱由富氫瓦斯罐6引入到瓦斯加熱器7的富氫瓦斯和用于燃燒由可燃氣罐9送入到瓦斯加熱器7的可燃氣。
[0033]實施例2
[0034]一種油頁巖增壓加氫干餾制油系統(tǒng)，如圖1所示，包括干餾爐1、油頁巖料倉2、儲油罐3、油氣分離器4、氫氣分離器5、富氫瓦斯罐6、瓦斯加熱器7,氣化燃料倉8、可燃氣罐
9、換熱器10，氣化爐11、輸送裝置12，其中:干餾爐I用于干餾經油頁巖料倉2送入的油頁巖，干餾爐I連接至油氣分離器4，油氣分離器4與氫氣分離器5和儲油罐3相連接；氫氣分離器5與富氫瓦斯罐6連接，氫氣分離器5用于分離油頁巖干餾產生的瓦斯以得到富氫瓦斯，富氫瓦斯罐6與瓦斯加熱器7連接；氣化爐11通過輸送裝置12與干餾爐I下端口連接，用于使干餾爐I的干餾產物半焦和經氣化燃料倉8送入的油頁巖發(fā)生氣化反應，氣化爐11還與可燃氣罐9連接；瓦斯加熱器7與干餾爐1、富氫瓦斯罐6和可燃氣罐9連接，瓦斯加熱器7用于加熱由富氫瓦斯罐6引入到瓦斯加熱器7的富氫瓦斯和用于燃燒由可燃氣罐9送入到瓦斯加熱器7的可燃氣；換熱器10與氣化爐11的下端相連接，氣化爐11產生的高溫固體殘渣排入換熱器10，冷水從入口 13進入，經換熱器10加熱成熱水或水蒸氣，從出口 14流出。
[0035]實施例3
[0036]一種油頁巖增壓加氫干餾制油工藝，該工藝使用實施例2所述的油頁巖增壓加氫干餾制油系統(tǒng)，包括以下步驟:
[0037] a.破碎、干燥油頁巖,得到粒徑大于4mm的顆粒油頁巖和粒徑不大于4mm的粉狀油頁巖，將顆粒油頁巖存于油頁巖料倉2，將粉狀油頁巖存于氣化燃料倉8 ;
[0038]b.步驟a中的顆粒油頁巖下行進入干餾爐1，在450~550°C、2~3MPa環(huán)境下進行干餾，產生半焦、頁巖油和瓦斯；瓦斯和頁巖油經油氣分離器4分離后，頁巖油儲存于儲油罐3，瓦斯進入氫氣分離器5分離為富氫瓦斯和脫氫瓦斯，富氫瓦斯儲存于富氫瓦斯罐6，脫氫瓦斯儲存于可燃氣罐9 ;富氫瓦斯罐6中的富氫瓦斯被引入到瓦斯加熱器7加熱后作為熱載體輸送至干餾爐I ;
[0039]c.步驟b得到的半焦經輸送裝置12進入氣化爐11，步驟a中的粉狀油頁巖經氣化燃料倉8進入氣化爐11，然后在氣化爐11內在600~80(TC下發(fā)生氣化反應產生可燃氣，該可燃氣存于可燃氣罐9 ;可燃氣與步驟b中的脫氫瓦斯作為燃料被送入到瓦斯加熱器7中燃燒，將步驟b中的熱載體加熱至600~800°C ；
[0040]d.將步驟c中，在氣化爐11內產生的高溫固體殘渣排至換熱器10，冷水從入口 13進入，經換熱器10加熱成熱水或水蒸氣，從出口 14流出。
[0041]以上詳細描述了本發(fā)明的較佳具體實施例。應當理解，本領域的普通技術人員無需創(chuàng)造性勞動就可以根據本發(fā)明的構思作出諸多修改和變化。因此，凡本【技術領域】中技術人員依本發(fā)明的構思在現(xiàn)有 技術的基礎上通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術方案，皆應在由權利要求書所確定的保護范圍內。
【權利要求】
1.一種油頁巖增壓加氫干餾制油系統(tǒng)，其特征是，包括干餾爐(1)、油頁巖料倉(2)、儲油罐(3)、油氣分離器(4)、氫氣分離器(5)、富氫瓦斯罐(6)、瓦斯加熱器(7),氣化燃料倉(8)、可燃氣罐(9)、氣化爐(11)、輸送裝置(12)，其中: 所述干餾爐(1)用于干餾經所述油頁巖料倉(2)送入的油頁巖，所述干餾爐(1)連接至所述油氣分離器(4)，所述油氣分離器(4)與所述氫氣分離器(5)和所述儲油罐(3)相連接； 所述氫氣分離器(5)與所述富氫瓦斯罐(6)連接，所述氫氣分離器(5)用于分離油頁巖干餾產生的瓦斯以得到富氫瓦斯，所述富氫瓦斯罐(6)與所述瓦斯加熱器(7)連接； 所述氣化爐(11)通過輸送裝置(12 )與所述干餾爐(1)下端口連接，用于使所述干餾爐(1)的干餾產物半焦和經所述氣化燃料倉(8)送入的油頁巖發(fā)生氣化反應，所述氣化爐(11)還與所述可燃氣罐(9)連接； 所述瓦斯加熱器(7)與所述干餾爐(1)、所述富氫瓦斯罐(6)和所述可燃氣罐(9)連接，所述瓦斯加熱器(7)用于加熱由所述富氫瓦斯罐(6)引入到所述瓦斯加熱器(7)的富氫瓦斯和用于燃燒由所述可燃氣罐(9 )送入到所述瓦斯加熱器(7 )的可燃氣。
2.一種根據權利要求1所述的油頁巖增壓加氫干餾制油系統(tǒng)，其特征是，還包括換熱器(10 )，所述換熱器(10 )具有加熱管路，所述換熱器(10 )與所述氣化爐(1 1)連接。
3.—種如權利要求1或2所述的油頁巖增壓加氫干餾制油系統(tǒng)在油頁巖干餾過程中的應用。
4.一種油頁巖增壓加氫干餾制油工藝，其特征是，所述工藝使用如權利要求2所述的油頁巖增壓加氫干餾制油系統(tǒng)，包括以下步驟: a.破碎、干燥油頁巖，得到顆粒油頁巖和粉狀油頁巖，將所述顆粒油頁巖存于所述油頁巖料倉(2 )，將所述粉狀油頁巖存于所述氣化燃料倉(8 ); b.所述步驟a中的所述顆粒油頁巖下行進入所述干餾爐(1)，進行干餾，產生半焦、頁巖油和瓦斯；所述瓦斯和所述頁巖油經所述油氣分離器(4)分離后，所述頁巖油儲存于所述儲油罐(3)，所述瓦斯進入所述氫氣分離器(5)分離為富氫瓦斯和脫氫瓦斯，所述富氫瓦斯儲存于所述富氫瓦斯罐(6)，所述脫氫瓦斯儲存于所述可燃氣罐(9);所述富氫瓦斯罐(6)中的所述富氫瓦斯被引入到所述瓦斯加熱器(7)加熱后作為熱載體輸送至所述干餾爐(1); c.所述步驟b得到的所述半焦經所述輸送裝置(12)進入所述氣化爐(11)，所述步驟a中的所述粉狀油頁巖經所述氣化燃料倉(8 )進入所述氣化爐(11)，然后在所述氣化爐(11)內發(fā)生氣化反應產生可燃氣，所述可燃氣存于所述可燃氣罐(9);所述可燃氣與所述步驟b中的所述脫氫瓦斯作為燃料被送入到所述瓦斯加熱器(7)中燃燒以加熱所述步驟b中的所述熱載體； d.將所述步驟c中，在所述氣化爐(11)內產生的高溫固體殘渣排至所述換熱器(10)。
5.一種根據權利要求4所述的油頁巖增壓加氫干餾制油工藝，其特征是，在所述步驟a中，所述顆粒油頁巖的粒徑大于4mm，所述粉狀油頁巖的粒徑不大于4mm。
6.一種根據權利要求5所述的油頁巖增壓加氫干餾制油工藝，其特征是，在所述步驟b中，所述干餾爐(1)的干餾溫度控制在450°C~550°C。
7.一種根據權利要求6所述的油頁巖增壓加氫干餾制油工藝，其特征是，在所述步驟b中，所述干餾爐(1)的干餾壓力控制在2MPa~3Mpa。
8.一種根據權利要求5所述的油頁巖增壓加氫干餾制油工藝，其特征是，在所述步驟c中，所述氣化反應的溫度控制在600°C~800°C。
9.一種根據權利要求8所述的油頁巖增壓加氫干餾制油工藝，其特征是，在所述步驟c中，所述熱載體被加熱至600~800°C。
10.一種根據權利要求5所述的油頁巖增壓加氫干餾制油工藝，其特征是，所述步驟d還包括:冷水從入口( 13)進入，經換熱器(10)加熱成熱水或水蒸氣，從出口( 14)流出。
【文檔編號】C10B53/06GK103911169SQ201410157840
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年4月18日 優(yōu)先權日:2014年4月18日
【發(fā)明者】韓向新, 姜秀民, 劉慶慶, 李慶有, 劉建國, 劉加勛 申請人:上海交通大學