一种油页岩增压加氢干馏制油系统及其工艺的制作方法
【专利摘要】一种油页岩增压加氢干馏制油系统，包括干馏炉（1）、油页岩料仓（2）、储油罐（3）、油气分离器（4）、氢气分离器（5）、富氢瓦斯罐（6）、瓦斯加热器（7）、气化燃料仓（8）、可燃气罐（9）、换热器（10）、气化炉（11）、输送装置（12）；使用该系统的油页岩增压加氢干馏制油工艺，将干馏产生的瓦斯经氢气分离器分离，产生的富氢瓦斯经瓦斯加热器加热后送回干馏炉，产生的脱氢瓦斯气体和气化炉内气化产生的可燃气作为燃料送入瓦斯加热器。该发明使油页岩颗粒在富氢气氛下干馏制油，避免有机物因缺氢而碳化，提高了油页岩的产油率；脱氢瓦斯与可燃气作为瓦斯加热器的燃料，提高了能源利用率。
【专利说明】一种油页岩增压加氢干馏制油系统及其工艺
【技术领域】
[0001]本发明属于油页岩资源利用【技术领域】，涉及一种油页岩增压加氢干馏制油系统和工艺。
【背景技术】
[0002]油页岩也称为“固体石油”，是一种储量巨大的非常规油气资源，在400~600°C的干馏装置内受热即可获得性质类似天然石油的页岩油，在世界原油供应紧张的年代一直作为非常重要的石油补充能源。目前，世界上已探明页岩油储量4000多亿吨(按油页岩原位储量折算)，远高于世界原油探明可采储量，并且这一数字将随着油页岩资源进一步勘探、开发的加大而加大；我国为油页岩资源储量大国，根据2004~2006年全国性油页岩资源评价工作结果，我国油页岩资源为7199.37亿吨，折算成页岩油的储量为476.44亿吨。
[0003]鉴于油页岩资源储量巨大，为缓解当前石油供应紧张的局势，油页岩炼油工业日益复兴，很多国家和单位在长期研发工作基础上，开发出各种各样的干馏工艺，已用于工业生产的代表性干馏技术有爱沙尼亚Kiviter和Galoter干馏技术、澳大利亚ATP干馏技术、巴西Petrosix干馏技术以及我国抚顺式炉干馏技术等。这些干馏技术经多年发展已日益完善，然而在实际运行过程中依旧暴露出一些问题无法得到彻底解决=(I)Petrosix和抚顺式干馏炉产生的固体废弃物油页岩半焦含有一定的能量，未得到充分回收利用，造成了能源的浪费和环境污染；(2)各种干馏工艺产生的工业废水中含有多种有毒、有害物质，造成环境的污染和水资源的浪费；(3)单一产品的油页岩干馏技术抗市场竞争能力差，当国际原油价格低于60~70美元/桶，在经济上已不具备可行性；(4)其他缺陷，如ATP干馏技术热损失大，Galoter干懼技术结构复杂等。鉴于上述问题，中国、爱沙尼亚、美国和约旦等国越来越多的油页岩工作者们建议油页岩工业更适宜走“炼油一发电一化工和建材”的全面综合利用技术路线，以实现油页岩资源高效、清洁利用，经济与环境并重。在该技术路线中，油页岩将首先干馏，产生的页岩油与天然石油性质相似，精加工后可得到现在通用的汽油、柴油及航空燃料，也可直接作为工业燃料。
[0004]高品位油页岩H、C含量丰富，页岩油产量高，易于干馏制油，经济效益高；而随着油页岩品位的降低，油页岩H含量降低、油母质内碳碳不饱和键增多，导致干馏过程中有机物碳化反应加剧，页岩油产量降低，但油页岩干馏后形成的固体废弃物半焦因含有较高的碳而利于燃烧和气化利用。以我国吉林桦甸油页岩为例，随着矿层深度的增加，Η/C摩尔比值显著降低、页岩油产量从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.)，但半焦热值反而升高，主要原因在于油页岩干馏过程中H的供给显著不足，大量有机物因缺氢而碳化。类似地，对美国科罗拉多油页岩的石开究结果表明(Molecular mechanism of oil shale pyrolysis in nitrogenand hydrogen atmospheres.Geochemistry and Chemistry of Oil Shales，1983，Chapterl5, pp301 - 316.)，相对Fischer标准工况油收率，在氢气气氛下的页岩油收率为117.4%，而在氮气气氛下油收率为90%，主要原因是氢气的存在抑制了脂肪碳向芳香碳、以及芳香碳向碳的转化，从而使得更多的有机碳转化至页岩油内，提高了页岩油收率。因此，加氢是提高油页岩干馏油收率的一种有效方法，但目前尚无相关技术公开报道。
【发明内容】
[0005]本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种油页岩增压加氢干馏制油工艺，避免有机物因缺氢而碳化，从而使大量有机碳转移到页岩油中，提高油页岩的产油率，同时合理利用油页岩干馏后形成的固体废弃物半焦，减少能源损失和环境污染。综合考虑资源、环境、经济和社会效益，实现科学利用油页岩资源。
[0006]本发明的技术方案是:设计使油页岩在富氢气氛下干馏，避免有机物因缺氢而碳化，从而使更多的有机碳转移至页岩油中，有助于提高油页岩的产油率，设计了将颗粒状油页岩首先在450~550°C下干馏，产生半焦、页岩油蒸气和瓦斯；页岩油与瓦斯经油气分离器分离后，页岩油进入储油罐，瓦斯进入氢气分离器；瓦斯经氢气分离器分离后产生富氢瓦斯和脱氢瓦斯，富氢瓦斯经瓦斯加热器加热后作为热载体送回油页岩干馏炉。同时考虑油页岩干馏后形成的固体废弃物半焦的回收再利用，设计了将干馏生成的高温半焦和粉末状油页岩在气化炉发生气化反应产生可燃气，与氢气分离器分离后产生的脱氢瓦斯一并作为燃料引入瓦斯加热器燃烧放热，将油页岩干馏炉所用热载体富氢瓦斯加热至600~800°C。考虑能源的充分利用，设计将气化炉产生的高温固体残渣排入换热器，将冷水加热成热水或水蒸气。具体方案为如下。[0007]—种油页岩增压加氢干馏制油系统，包括干馏炉1、油页岩料仓2、储油罐3、油气分离器4、氢气分离器5、富氢瓦斯罐6、瓦斯加热器7,气化燃料仓8、可燃气罐9、气化炉11、输送装置12，其中:
[0008]干馏炉I用于干馏经油页岩料仓2送入的油页岩，干馏炉I连接至油气分离器4，油气分离器4与氢气分离器5和储油罐3相连接；
[0009]氢气分离器5与富氢瓦斯罐6连接,氢气分离器5用于分离油页岩干懼产生的瓦斯以得到富氢瓦斯，富氢瓦斯罐6与瓦斯加热器7连接；
[0010]气化炉11通过输送装置12与干馏炉I下端口连接，用于使干馏炉I的干馏产物半焦和经气化燃料仓8送入的油页岩发生气化反应，气化炉11还与可燃气罐9连接；
[0011]瓦斯加热器7与干馏炉1、富氢瓦斯罐6和可燃气罐9连接，瓦斯加热器7用于加热由富氢瓦斯罐6引入到瓦斯加热器7的富氢瓦斯和用于燃烧由可燃气罐9送入到瓦斯加热器7的可燃气。
[0012]因油页岩干馏产生的半焦内部仍含有一定的能量，本发明引入气化炉11对其进行利用，半焦在气化炉11内气化产生的可燃气，一部分可燃气为油页岩干馏炉提供热量，剩余可燃气回收储存以备他用，因而实现了固体废弃物半焦的能源化利用和油页岩资源综合利用，减少了环境污染。
[0013]进一步地，本发明涉及的油页岩增压加氢干馏制油系统，还包括换热器10，换热器10具有加热管路，换热器10与气化炉11连接。气化炉11产生的高温固体残渣排入换热器10，冷水从入口 13进入，经换热器10加热成热水或水蒸气，从出口 14流出，实现了热源的合理利用，减少了热源的浪费。[0014]本发明还提供了一种油页岩增压加氢干馏制油工艺，该工艺使用前述的油页岩增压加氢干馏制油系统，包括以下步骤:
[0015]a.破碎、干燥油页岩，得到颗粒油页岩和粉状油页岩，将颗粒油页岩存于油页岩料仓2，将粉状油页岩存于气化燃料仓8 ；
[0016]b.步骤a中的颗粒油页岩下行进入干馏炉1，进行干馏，产生半焦、页岩油和瓦斯；瓦斯和页岩油经油气分离器4分离后，页岩油储存于储油罐3，瓦斯进入氢气分离器5分离为富氢瓦斯和脱氢瓦斯，富氢瓦斯储存于富氢瓦斯罐6，脱氢瓦斯储存于可燃气罐9 ;富氢瓦斯罐6中的富氢瓦斯被引入到瓦斯加热器7加热后作为热载体输送至干馏炉I ;
[0017]c.步骤b得到的半焦经输送装置12进入气化炉11，步骤a中的粉状油页岩经气化燃料仓8进入气化炉11，然后在气化炉11内发生气化反应产生可燃气，可燃气存于可燃气罐9 ;可燃气与步骤b中的脱氢瓦斯作为燃料被送入到瓦斯加热器7中燃烧以加热步骤b中的热载体；
[0018]d.将步骤c中，在气化炉11内产生的高温固体残渣排至换热器10。
[0019]进一步地，在步骤a中，颗粒油页岩的粒径大于4mm，粉状油页岩的粒径不大于4mm.
[0020]进一步地，在步骤b中，干馏炉I的干馏温度控制在450°C~550°C、
[0021]进一步地，在步骤b中，干馏炉I的干馏压力控制在2MPa~3MPa。
[0022]进一步地，在步骤c中，气化反应的温度控制在600°C~800°C。
[0023]进一步地,在步骤c中,热载体被加热至600~800°C。
[0024]进一步地，步骤d还包括:冷水从入口 13进入，经换热器10加热成热水或水蒸气，从出口 14流出。
[0025]本发明油页岩增压加氢干馏制油工艺的优点体现在:
[0026]I)在富氢气氛下进行油页岩干馏，与传统油页岩干馏工艺相比，可大幅提高页岩油的品质和产率。
[0027]2)实现了固体废弃物半焦的气化回收利用，增加了油页岩干馏过程中的附加效益，同时减少了页岩废渣的热污染及化学污染，提高了能源利用率。
[0028]3)利用气化炉高温固体残渣的余热将冷水加热成热水或水蒸汽，提高了气化炉的能源利用率，减少了能源浪费和环境污染。
【专利附图】
【附图说明】
[0029]图1是油页岩增压加氢干馏制油系统示意图。
[0030]其中，1-干馏炉，2-油页岩料仓，3-储油罐，4-油气分离器，5-氢气分离器，6_富氢瓦斯罐，7-瓦斯加热器,8-气化燃料仓,9-可燃气罐，10-换热器，11-气化炉，12-输送装置，13-入口，14-出口。
【具体实施方式】
[0031]实施例1
[0032]一种油页岩增压加氢干馏制油系统，包括干馏炉1、油页岩料仓2、储油罐3、油气分离器4、氢气分离器5、富氢瓦斯罐6、瓦斯加热器7,气化燃料仓8、可燃气罐9、气化炉11、输送装置12，其中:干馏炉I用于干馏经油页岩料仓2送入的油页岩，干馏炉I连接至油气分离器4,油气分离器4与氢气分离器5和储油罐3相连接；氢气分离器5与富氢瓦斯罐6连接，氢气分离器5用于分离油页岩干馏产生的瓦斯以得到富氢瓦斯，富氢瓦斯罐6与瓦斯加热器7连接；气化炉11通过输送装置12与干馏炉I下端口连接，用于使干馏炉I的干馏产物半焦和经气化燃料仓8送入的油页岩发生气化反应，气化炉11还与可燃气罐9连接；瓦斯加热器7与干馏炉1、富氢瓦斯罐6和可燃气罐9连接，瓦斯加热器7用于加热由富氢瓦斯罐6引入到瓦斯加热器7的富氢瓦斯和用于燃烧由可燃气罐9送入到瓦斯加热器7的可燃气。
[0033]实施例2
[0034]一种油页岩增压加氢干馏制油系统，如图1所示，包括干馏炉1、油页岩料仓2、储油罐3、油气分离器4、氢气分离器5、富氢瓦斯罐6、瓦斯加热器7,气化燃料仓8、可燃气罐
9、换热器10，气化炉11、输送装置12，其中:干馏炉I用于干馏经油页岩料仓2送入的油页岩，干馏炉I连接至油气分离器4，油气分离器4与氢气分离器5和储油罐3相连接；氢气分离器5与富氢瓦斯罐6连接，氢气分离器5用于分离油页岩干馏产生的瓦斯以得到富氢瓦斯，富氢瓦斯罐6与瓦斯加热器7连接；气化炉11通过输送装置12与干馏炉I下端口连接，用于使干馏炉I的干馏产物半焦和经气化燃料仓8送入的油页岩发生气化反应，气化炉11还与可燃气罐9连接；瓦斯加热器7与干馏炉1、富氢瓦斯罐6和可燃气罐9连接，瓦斯加热器7用于加热由富氢瓦斯罐6引入到瓦斯加热器7的富氢瓦斯和用于燃烧由可燃气罐9送入到瓦斯加热器7的可燃气；换热器10与气化炉11的下端相连接，气化炉11产生的高温固体残渣排入换热器10，冷水从入口 13进入，经换热器10加热成热水或水蒸气，从出口 14流出。
[0035]实施例3
[0036]一种油页岩增压加氢干馏制油工艺，该工艺使用实施例2所述的油页岩增压加氢干馏制油系统，包括以下步骤:
[0037] a.破碎、干燥油页岩,得到粒径大于4mm的颗粒油页岩和粒径不大于4mm的粉状油页岩，将颗粒油页岩存于油页岩料仓2，将粉状油页岩存于气化燃料仓8 ;
[0038]b.步骤a中的颗粒油页岩下行进入干馏炉1，在450~550°C、2~3MPa环境下进行干馏，产生半焦、页岩油和瓦斯；瓦斯和页岩油经油气分离器4分离后，页岩油储存于储油罐3，瓦斯进入氢气分离器5分离为富氢瓦斯和脱氢瓦斯，富氢瓦斯储存于富氢瓦斯罐6，脱氢瓦斯储存于可燃气罐9 ;富氢瓦斯罐6中的富氢瓦斯被引入到瓦斯加热器7加热后作为热载体输送至干馏炉I ;
[0039]c.步骤b得到的半焦经输送装置12进入气化炉11，步骤a中的粉状油页岩经气化燃料仓8进入气化炉11，然后在气化炉11内在600~80(TC下发生气化反应产生可燃气，该可燃气存于可燃气罐9 ;可燃气与步骤b中的脱氢瓦斯作为燃料被送入到瓦斯加热器7中燃烧，将步骤b中的热载体加热至600~800°C ；
[0040]d.将步骤c中，在气化炉11内产生的高温固体残渣排至换热器10，冷水从入口 13进入，经换热器10加热成热水或水蒸气，从出口 14流出。
[0041]以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本【技术领域】中技术人员依本发明的构思在现有 技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
【权利要求】
1.一种油页岩增压加氢干馏制油系统，其特征是，包括干馏炉(1)、油页岩料仓(2)、储油罐(3)、油气分离器(4)、氢气分离器(5)、富氢瓦斯罐(6)、瓦斯加热器(7),气化燃料仓(8)、可燃气罐(9)、气化炉(11)、输送装置(12)，其中: 所述干馏炉(1)用于干馏经所述油页岩料仓(2)送入的油页岩，所述干馏炉(1)连接至所述油气分离器(4)，所述油气分离器(4)与所述氢气分离器(5)和所述储油罐(3)相连接； 所述氢气分离器(5)与所述富氢瓦斯罐(6)连接，所述氢气分离器(5)用于分离油页岩干馏产生的瓦斯以得到富氢瓦斯，所述富氢瓦斯罐(6)与所述瓦斯加热器(7)连接； 所述气化炉(11)通过输送装置(12 )与所述干馏炉(1)下端口连接，用于使所述干馏炉(1)的干馏产物半焦和经所述气化燃料仓(8)送入的油页岩发生气化反应，所述气化炉(11)还与所述可燃气罐(9)连接； 所述瓦斯加热器(7)与所述干馏炉(1)、所述富氢瓦斯罐(6)和所述可燃气罐(9)连接，所述瓦斯加热器(7)用于加热由所述富氢瓦斯罐(6)引入到所述瓦斯加热器(7)的富氢瓦斯和用于燃烧由所述可燃气罐(9 )送入到所述瓦斯加热器(7 )的可燃气。
2.一种根据权利要求1所述的油页岩增压加氢干馏制油系统，其特征是，还包括换热器(10 )，所述换热器(10 )具有加热管路，所述换热器(10 )与所述气化炉(1 1)连接。
3.—种如权利要求1或2所述的油页岩增压加氢干馏制油系统在油页岩干馏过程中的应用。
4.一种油页岩增压加氢干馏制油工艺，其特征是，所述工艺使用如权利要求2所述的油页岩增压加氢干馏制油系统，包括以下步骤: a.破碎、干燥油页岩，得到颗粒油页岩和粉状油页岩，将所述颗粒油页岩存于所述油页岩料仓(2 )，将所述粉状油页岩存于所述气化燃料仓(8 ); b.所述步骤a中的所述颗粒油页岩下行进入所述干馏炉(1)，进行干馏，产生半焦、页岩油和瓦斯；所述瓦斯和所述页岩油经所述油气分离器(4)分离后，所述页岩油储存于所述储油罐(3)，所述瓦斯进入所述氢气分离器(5)分离为富氢瓦斯和脱氢瓦斯，所述富氢瓦斯储存于所述富氢瓦斯罐(6)，所述脱氢瓦斯储存于所述可燃气罐(9);所述富氢瓦斯罐(6)中的所述富氢瓦斯被引入到所述瓦斯加热器(7)加热后作为热载体输送至所述干馏炉(1); c.所述步骤b得到的所述半焦经所述输送装置(12)进入所述气化炉(11)，所述步骤a中的所述粉状油页岩经所述气化燃料仓(8 )进入所述气化炉(11)，然后在所述气化炉(11)内发生气化反应产生可燃气，所述可燃气存于所述可燃气罐(9);所述可燃气与所述步骤b中的所述脱氢瓦斯作为燃料被送入到所述瓦斯加热器(7)中燃烧以加热所述步骤b中的所述热载体； d.将所述步骤c中，在所述气化炉(11)内产生的高温固体残渣排至所述换热器(10)。
5.一种根据权利要求4所述的油页岩增压加氢干馏制油工艺，其特征是，在所述步骤a中，所述颗粒油页岩的粒径大于4mm，所述粉状油页岩的粒径不大于4mm。
6.一种根据权利要求5所述的油页岩增压加氢干馏制油工艺，其特征是，在所述步骤b中，所述干馏炉(1)的干馏温度控制在450°C~550°C。
7.一种根据权利要求6所述的油页岩增压加氢干馏制油工艺，其特征是，在所述步骤b中，所述干馏炉(1)的干馏压力控制在2MPa~3Mpa。
8.一种根据权利要求5所述的油页岩增压加氢干馏制油工艺，其特征是，在所述步骤c中，所述气化反应的温度控制在600°C~800°C。
9.一种根据权利要求8所述的油页岩增压加氢干馏制油工艺，其特征是，在所述步骤c中，所述热载体被加热至600~800°C。
10.一种根据权利要求5所述的油页岩增压加氢干馏制油工艺，其特征是，所述步骤d还包括:冷水从入口( 13)进入，经换热器(10)加热成热水或水蒸气，从出口( 14)流出。
【文档编号】C10B53/06GK103911169SQ201410157840
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2014年4月18日 优先权日:2014年4月18日
【发明者】韩向新, 姜秀民, 刘庆庆, 李庆有, 刘建国, 刘加勋 申请人:上海交通大学