一种自除尘型油页岩热解和催化裂解系统的制作方法

一种自除尘型油页岩热解和催化裂解系统的制作方法
【专利摘要】本发明属于油页岩热解技术领域，具体涉及一种基于蓄热式辐射管加热的自除尘型颗粒油页岩热解和催化裂解系统。该系统包括：热解料斗；第一进料装置；热解和催化裂解反应器，包括：进料口、热解室、裂解室和裂解气出口；以及：蓄热式辐射管；隔热砖墙；催化剂加入装置；连通构件；颗粒床除尘装置；喷淋塔和燃气罐。本发明的该反应系统结构简单，操作方便，温度分布均匀，加热效果好，热解室产生的油气，经过颗粒床除尘后，洁净的油气再进入裂解室进行深度催化裂解，大分子的焦油分子裂解为小分子的气态烃类，生成大量的洁净的裂解气产品，降低了后端除尘压力,避免了热解油含尘的问题，真正实现了化石燃料的清洁高效利用。
【专利说明】
一种自除尘型油页岩热解和催化裂解系统
技术领域
[0001] 本发明属于油页岩热解技术领域，具体涉及一种基于蓄热式辐射管加热的自除尘 型颗粒油页岩热解和催化裂解系统，用于制取清洁可燃气。
【背景技术】
[0002] 世界油页岩资源丰富，共计37个国家的探明油页岩储量总和换算成页岩油约4000 多亿吨，远比世界探明原油储量大，也比世界原油资源大。我国的油页岩探明储量换算成页 岩油约400多亿吨。当前，对于中国等一些国家而言，生产的原油不能满足本国的需求，而必 须依靠大量的进口原油。油页岩干馏炉可分为块状页岩干馏炉(油页岩粒度一般在8_或者 10mm以上）、颗粒和粉末油页岩干馏炉。目前块状油页岩干馏炉有中国的抚顺炉、神木的三 江方炉、爱莎尼亚的基维特(Kiviter)炉、巴西的佩特罗瑟克斯(Petrosix)炉。颗粒油页岩 干馏炉有爱莎尼亚的葛洛特(Galoter)炉和澳大利亚的ATP炉。现有的热解炉型均以制取油 品为主要目的，但是大多热解炉型，尤其是以处理粉状油页岩为原料的炉型，热解油中含有 大量尘，造成热解油难以有效利用，热解油价值不高等问题。因此，如何设计一种高效除尘、 系统结构和工艺流程都简单的系统成为本领域亟需解决的问题。

【发明内容】

[0003] 本发明针对现有技术的不足，设计并开发出一种自除尘型油页岩热解和催化裂解 系统，该反应系统可进行热解和催化裂解两种作业，热解室产生的油气，进入颗粒床除尘， 经过颗粒床除尘后，洁净的油气再进入裂解室进行深度催化裂解，降低了后端除尘压力，将 大分子的焦油分子裂解为小分子的气态烃类，该反应器可产生大量的裂解气，从而避免了 生产热解油含尘的问题，真正实现了油页岩的清洁高效利用。该反应器采用了蓄热式辐射 管加热技术无需气、固热载体加热，提高了反应器的热效率的同时简化了系统工艺。
[0004] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为： 有鉴于此，本发明提供了一种自除尘型油页岩热解和催化裂解系统。根据本发明的实 施例，该系统包括:热解料斗;第一进料装置，所述第一进料装置与所述热解料斗连接;热解 和催化裂解反应器，包括:进料口、热解室、裂解室和裂解气出口，所述进料口设置在所述 热解室的顶壁上，所述裂解气出口设置在所述裂解室的侧壁上，以及:蓄热式辐射管，所述 蓄热式辐射管沿所述热解反应器的高度方向多层布置在所述热解室和所述裂解室内部，每 层具有多根沿水平方向布置的所述蓄热式辐射管；隔热砖墙，所述隔热砖墙设置在反应器 横向宽度的2/3处，竖直地贯穿于所述反应器内，将所述反应器的内部空间分隔成所述热解 室和所述裂解室;催化剂加入装置，其与所述裂解室连接，用于将裂解催化剂施加于所述裂 解室中；连通构件，所述连通构件为所述隔热砖墙纵向长度上，位于下部位置的开口，用于 将所述热解室和所述裂解室连通;颗粒床除尘装置，所述颗粒床除尘装置与所述隔热砖墙 的所述开口固定连接，且所述颗粒床除尘装置位于所述热解室的一侧沿水平方向延伸到所 述热解室内，用于将所述热解室产生的油气，通过所述颗粒床除尘装置，通入到所述裂解 室；喷淋塔，所述喷淋塔与所述裂解气出口连接;燃气罐，所述燃气罐与喷淋塔连接。
[0005] 发明人发现，根据本发明实施例的该反应系统结构简单，操作方便，温度分布均 匀，加热效果好，一个炉体内可进行两种作业，合二为一，节省建造成本和占地面积，其反应 器分为热解室和裂解室，在热解室油气出口处设有颗粒床除尘器，热解室产生的油气，经过 颗粒床除尘后，洁净的油气再进入裂解室进行深度催化裂解，大分子的焦油分子裂解为小 分子的气态烃类，生成大量的洁净的裂解气产品，降低了后端除尘压力，避免了热解油含尘 的问题，真正实现了化石燃料的清洁高效利用。而且该反应器采用了蓄热式辐射管加热技 术无需气、固热载体加热，提高了反应器的热效率的同时简化了系统工艺。
[0006] 根据本发明的实施例，所述颗粒床除尘装置位于热解室一侧的侧面上设置具有多 个孔的孔带，所述颗粒床除尘装置位于热解室一侧的底面上设有粉尘排出口，且所述颗粒 床除尘装置位于裂解室一侧的侧面上部设有用于对所述除尘装置进行反吹的吹扫口、下部 设有热解气排出口。
[0007] 根据本发明的实施例，所述隔热砖墙的厚度为50-150mm，所述孔带的高度为150-1500mm，所述孔的直径为l-30mm;所述颗粒床除尘装置位于热解室一侧的上部为斜面设计， 所述颗粒床除尘装置镶嵌在所述开口内，所述颗粒床除尘装置的高度为200-2000mm，宽度 为100-500mm，所述颗粒床除尘装置内装有lmm-20mm高的过滤介质;优选的，所述过滤介质 为珍珠岩、砂石或陶瓷球颗粒。
[0008] 根据本发明的实施例，该系统进一步包括:气化炉，所述气化炉一端与所述蓄热式 辐射管的燃气入口相连，另一端与所述半焦输送装置相连。
[0009] 根据本发明的实施例，该系统还包括:加料斗；第二进料装置，其与所述加料斗相 连;干燥装置，其分别与所述第二进料装置和所述蓄热式辐射管上的烟气出口连接;气固分 离装置，其分别与所述干燥装置和所述热解料斗相连接;尾气净化装置，其与所述气固分离 装置相连接。
[0010] 根据本发明的实施例，催化剂加入装置包括:催化剂料斗；催化剂主管，所述催化 剂主管与所述催化剂料斗相连;催化剂支管，所述催化剂支管与所述催化剂主管相连通，所 述催化剂支管穿过所述反应器裂解室的壁并延伸至所述裂解室内部;至少一个催化剂喷射 件，所述催化剂喷射件设置在所述催化剂支管上，且位于所述裂解室内部;优选的，所述催 化剂支管为多个并沿所述催化剂主管的长度方向彼此平行布置，所述催化剂支管设置在所 述蓄热式辐射管的层间；优选的，所述催化剂喷射件包括催化剂喷出管道和设置在所述催 化剂喷出管道上的喷嘴，所述喷嘴上设置有调节阀。
[0011]根据本发明的实施例，所述热解料斗通过所述第一进料装置与所述进料口相连； 进一步还包括半焦出口，其设置在所述热解室的下部，所述半焦出口与所述半焦输送装置 连接。
[0012]在本发明的另一个方面，本发明提供了一种利用前面所述的系统进行热解和催化 裂解的方法。根据本发明的实施例，该方法包括以下步骤:a.将颗粒油页岩通过所述第一进 料装置及所述进料口加入到所述反应器中，在所述反应器的所述热解室中完成热解过程； b.热解产生的油气通过所述反应器隔热砖墙上设置的颗粒床除尘装置进行过滤除尘后，洁 净的油气进入到所述反应器的所述裂解室;c.洁净的油气进入到所述裂解室内，所述催化 剂加入装置将催化剂喷洒于所述裂解室中，所述热解油气在所述裂解室内完成催化裂解过 程，产生裂解气;d.所述裂解气通过所述裂解气出口进入到所述喷淋塔中，对所述裂解气进 行净化处理;e.经过净化的净裂解气进入所述燃气罐中储存。
[0013] 根据本发明的实施例，所述步骤a中，所述颗粒油页岩从所述反应器上部的进料口 加入到所述反应器中，并被所述反应器内的所述蓄热式辐射管打散，热解半焦从所述反应 器底部的半焦出口排出；所述步骤a中，颗粒油页岩被所述反应器热解室中的所述蓄热式辐 射管加热到500-600°C，所述步骤b中，热解油气被所述反应器裂解室中的所述蓄热式辐射 管加热到600-900°C，所述步骤c中，所述催化剂通过所述催化剂喷射件均匀地喷洒于所述 裂解室中。
[0014] 根据本发明的实施例，所述颗粒油页岩的粒度为20mm以下。
[0015]本发明至少具有以下有益效果： 1) 采取蓄热式辐射管移动床工艺加热20mm以下的颗粒和粉末油页岩，温度分布均匀， 加热效果好，反应系统结构简单，操作方便； 2) 反应器分为热解室和裂解室，热解室产生的油气，可在裂解室进行深度催化裂解，大 分子的焦油分子裂解为小分子的气态烃类，并通过催化裂解的方式，产生大量氢气，燃气品 质尚； 3) 该反应系统可产生大量的裂解气产品，从而避免了生产热解油含尘的问题，真正实 现了油页岩的清洁高效利用； 4) 热解室油气出口处设有颗粒床除尘器，热解室产生的油气，经过颗粒床除尘后，洁净 的油气再进入裂解室进行深度裂解，降低了后端除尘压力，生成洁净的裂解气； 5 )-个炉体内可进行两种作业，合二为一，节省建造成本和占地面积。
【附图说明】
[0016] 图1为本发明热解和催化裂解系统的结构图。
[0017] 图2为本发明热解和催化裂解系统的反应器结构图。
[0018] 图3为本发明反应器中安装有颗粒床除尘装置的隔热砖墙的正视图。
[0019] 图4为本发明反应器中的颗粒床除尘装置的结构图。
[0020] 其中，1、加料斗；2、气流干燥器;3、蓄热式移动床反应器;4、干燥旋风分离器;5、热 解料斗;6、尾气引风机;7、尾气净化装置;8、烟囱；9、螺旋进料器；10、喷淋塔；11、燃气引风 机;12、燃气罐；13、气化炉；14、螺旋输送机;15、催化剂料斗；16、催化剂喷出管道;17、蓄热 式辐射管；18、隔热砖墙；19、连通构件；20、催化剂主管;21、催化剂支管;22、热解室;23、裂 解室;24、裂解气出口； 25、进料口； 26、燃气入口； 27、烟气出口； 28、空气入口； 29、半焦出口； 30、颗粒床除尘装置;3001、孔带;3002、粉尘排出口； 3003、吹扫口； 3004、热解气排出口。
【具体实施方式】
[0021] 为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本 发明作进一步的详细说明。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解 为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技 术或条件或者按照产品说明书进行。
[0022] 本发明提供了一种自除尘型油页岩热解和催化裂解系统。根据本发明的实施例， 参照图1所示，该系统包括:热解料斗5;第一进料装置9，所述第一进料装置与所述热解料斗 连接;热解和催化裂解反应器3，包括:进料口 25、热解室22、裂解室23、裂解气出口 24、蓄热 式辐射管17、隔热砖墙18、催化剂加入装置、连通构件19和和颗粒床除尘装置30,所述进料 口设置在所述热解室的顶壁上，所述裂解气出口设置在所述裂解室的侧壁上，所述隔热砖 墙设置竖直地贯穿于所述反应器内，将所述反应器的内部空间分隔成所述热解室和所述裂 解室;所述催化剂加入装置与所述裂解室连接，用于将裂解催化剂施加于所述裂解室中；所 述连通构件为所述隔热砖墙纵向长度上，位于下部位置的开口，用于将所述热解室和所述 裂解室连通;颗粒床除尘装置，所述颗粒床除尘装置与所述隔热砖墙的所述开口固定连接， 且所述颗粒床除尘装置位于所述热解室的一侧沿水平方向延伸到所述热解室内，用于将所 述热解室产生的油气，通过所述颗粒床除尘装置，通入到所述裂解室；喷淋塔10，所述喷淋 塔与所述裂解气出口连接;燃气罐12，所述燃气罐与喷淋塔连接。
[0023] 发明人发现，根据本发明实施例的该反应系统结构简单，操作方便，温度分布均 匀，加热效果好，一个炉体内可进行两种作业，合二为一，节省建造成本和占地面积，其反应 器分为热解室和裂解室，在热解室油气出口处设有颗粒床除尘器，热解室产生的油气，经过 颗粒床除尘后，洁净的油气再进入裂解室进行深度催化裂解，大分子的焦油分子裂解为小 分子的气态烃类，生成大量的洁净的裂解气产品，降低了后端除尘压力，避免了热解油含尘 的问题，真正实现了化石燃料的清洁高效利用。
[0024] 根据本发明的具体实施例，适用于该反应器的油页岩的粒径不受特别限制，在本 发明的一些优选实施例中，该反应器采用的油页岩为粒径20mm以下的颗粒和粉状化石燃 料，由此，可以充分利用小颗粒油页岩，资源利用率高，且能够解决大量堆积污染环境的问 题。
[0025] 根据本发明的具体实施例，适用于该系统的炉型不受特别限制，可以是蓄热式移 动床3也可以是其它类型，如非蓄热式或非移动式等，只要能通过隔热砖墙一体化的分割为 热解室和裂解室即可。
[0026] 根据本发明的具体实施例，参照图2所示，反应器内部有沿所述热解反应器的高度 方向多层布置在所述热解室和所述裂解室内部的蓄热式辐射管，每层蓄热式辐射管具有多 根蓄热式辐射管，且沿水平方向间隔布置。根据本发明的实施例，所述热解室和裂解室内分 别分布了至少一根所述蓄热式辐射管，优选的，所述至少一根蓄热式辐射管均匀分布。蓄热 式辐射管能够有效用于对热解料和裂解室内的油气进行加热，使其进行热解和裂解反应， 具体地，可以向蓄热式辐射管内通入可燃气和空气，使可燃气燃烧实现对热解料的加热功 能。该反应器采用了蓄热式辐射管加热技术无需气、固热载体加热，温度分布均匀，加热效 果好，反应系统结构简单，操作方便，提高了反应器的热效率的同时简化了系统工艺。
[0027] 在反应器中，油页岩自上而下运动，热解室中设置的均匀布置的单向蓄热式辐射 管可以将油页岩打散使其均匀分布，油页岩在反应器中自上而下停留1-50分钟，并加热到 500-600°C，管壁温度利用燃气调节阀控制在500~700°C范围，完成热解过程，热解产生的 油气，进入所述颗粒床除尘装置，油气经过滤除尘后，洁净的油气进入到裂解室，裂解室中 设置了均匀布置的单向蓄热式辐射管，并加热到600-900°C，管壁温度利用燃气调节阀控制 在600~900°C范围，同时催化剂加入装置中的催化剂通过催化剂喷出管道喷洒进入裂解 室，完成裂解过程，大分子的焦油分子裂解为小分子的气态烃类，产生大量的裂解气，避免 了热解油含尘的问题，真正实现了油页岩的清洁高效利用。根据本发明的实施例，蓄热式辐 射管的形状不受特别限制，在本发明的一些实施例中，可以为圆柱形，由此有利于油页岩的 打散，实现混合油页岩在反应器中的均匀分散。
[0028] 根据本发明的具体实施例，连通构件的具体种类不受特别限制，只要可以将热解 室和裂解室连通，从而将热解室产生的油气通入到裂解室即可。在本发明的一些实施例中， 如图2所示，连通构件为所述隔热砖墙纵向长度上，位于下部位置的开口。
[0029] 根据本发明的具体实施例，图3为从反应器的左向右看时，本发明反应器中安装有 颗粒床除尘装置的隔热砖墙的正视图，如图2和图3所示，隔热砖墙设置在反应器内，优选 的，位于反应器横向宽度的2/3处，隔热砖墙的厚度为50-150mm，隔热砖墙竖直地贯穿于反 应器内，将反应器的内部空间分隔成热解室和裂解室，该结构使得在一个炉体内设置了热 解室和裂解室，热解室产生的油气，热解产生的油气通过所述反应器隔热砖墙上设置的所 述颗粒床除尘装置进行过滤除尘后，洁净的油气进入到所述裂解室内，完成催化裂解过程， 将大分子的焦油分子裂解为小分子的气态烃类，产生大量的裂解气，从而避免了生产热解 油含尘的问题。并且，一个炉体内可进行两种作业，合二为一，节省建造成本和占地面积。
[0030] 根据本发明的具体实施例，所述颗粒床除尘装置具体安装方式不受限制，可以为 焊接、铆接或镶嵌，根据本发明的一些实施例，图4为本发明反应器中的颗粒床除尘装置的 结构图，如图1、图2和图4所示，本发明采用镶嵌方式将颗粒除尘装置镶嵌在所述开口内，颗 粒床除尘装置位于热解室一侧的侧面上设置具有多个孔的孔带3001，所述颗粒床除尘装置 位于热解室一侧的底面上设有粉尘排出口 3002,且所述颗粒床除尘装置位于裂解室一侧的 侧面上部设有用于对所述除尘装置进行反吹的吹扫口 3003、下部设有热解气排出口 3004。
[0031] 根据本发明的具体实施例，如图3和图4所述，所述孔带的高度为150-1500mm，所述 孔的直径为l-30mm;所述颗粒床除尘装置位于热解室一侧的上部为斜面设计，所述颗粒床 除尘装置的高度为200-2000mm，宽度为100-500mm，所述颗粒床除尘装置内装有lmm-20mm高 的过滤介质；根据本发明的一些实施例，本发明采用过滤介质为珍珠岩、砂石或陶瓷球颗 粒。
[0032] 根据本发明的具体实施例，该系统可以进一步包括:分别与蓄热式辐射管的燃气 入口和半焦输送装置相连的气化炉13。由此，可以利用半焦输送装置将热解室中热解产生 的半焦输送至气化炉中，对半焦进行气化处理，以获得可燃气和灰渣，得到的可燃气可以通 入蓄热式辐射管中，同时向蓄热式辐射管中通入空气，使可燃气燃烧对热解室中的物料进 行加热。由此，可以对半焦进行充分的利用，不造成浪费，经济性好。
[0033]根据本发明的具体实施例，所述反应器设有燃气入口 26、空气入口 28以及烟气出 口27,其中，燃气入口和烟气出口分别与蓄热式辐射管连接，分别用于通入可燃气和排出烟 气，空气入口分别与气源和蓄热式辐射管连接，用于将气源产生的空气通入蓄热式辐射管 中。
[0034]根据本发明的具体实施例，该系统可以进一步包括:加料斗1;与加料斗1相连的第 二进料装置9;分别与所述第二进料装置和所述蓄热式辐射管上的烟气出口连接的干燥装 置2;分别与所述干燥装置和所述热解料斗相连接的气固分离装置4;与所述气固分离装置 相连接的尾气净化装置7。由此，可以通过第二进料装置将加料斗中的油页岩加入干燥装置 中，在干燥装置中，油页岩在来自热解室中的蓄热式辐射管的烟气(温度约为200~250摄氏 度)的作用下进行干燥，然后干燥后的油页岩和烟气的混合物进入气固分离装置，分离获得 的烟气(温度约为70~110摄氏度)进入尾气净化装置中进行净化处理，以实现达标排放，分 离获得的热解料输送至热解料斗中，用于进行热解反应。
[0035]根据本发明的实施例，第二送料装置的具体种类不受特别限制，只要适用于将加 料斗中的油页岩输送至干燥装置中即可。在本发明的一些实施例中，第二送料装置可以为 螺旋进料器9。由此，能够实现对油页岩的自动化输送，且输送量可控，设备结构简单，操作 方便。
[0036]根据本发明的实施例，干燥装置的具体种类不受特别限制，只要能够实现对油页 岩的干燥和预热的功能即可。在本发明的一些实施例中，干燥装置可以为气流干燥器，由 此，油页岩在烟气的作用下进行干燥和提升，干燥后的油页岩和烟气的混合物排出气流干 燥器，有利于后续步骤进行。在干燥装置中，在对热解料进行干燥的同时，还实现了预热的 功能，有利于提高后续热解反应的速率和效率，且热解室中采用蓄热式辐射管排出的烟气 对油页岩进行干燥和预热，实现了热能的综合利用，有效减少了能耗，达到了节能环保的目 的。
[0037] 根据本发明的实施例，气固分离装置的具体种类不受特别限制，只要能够将油页 岩和烟气分离即可。在本发明的一些实施例中，气固分离装置可以为干燥旋风分离器4,由 此能够快速、有效地将热解料和烟气进行分离，且分离效果好，操作简单方便，成本较低。
[0038] 根据本发明的实施例，在气固分离装置和尾气净化装置之间还可以进一步设置有 尾气引风机6,尾气引风机可以快速、有效地将气固分离装置中分离获得的烟气输送至尾气 净化装置中，有利于提高工作效率。
[0039] 根据本发明的实施例，该热解设备还可以设置有与尾气净化装置相连的烟囱8,经 过尾气净化装置净化处理后的烟气经烟囱8排空，由此，有利于保护环境，减少污染。
[0040] 根据本发明的实施例，该系统还可以包括:在喷淋塔10和燃气罐12之间还可以进 一步设置有燃气引风机11，燃气引风机11可以快速、有效地将喷淋塔中经过净化获得的天 然气输送至燃气罐中进行存储，进一步地，得到的裂解气可以进一步用于制备LNG或LNP。发 明人发现，利用该系统可以显著提高裂解气的收率，有足够的气体用于生产液化天然气 (LNG)或液化石油气(LPG)，经济效益好。
[0041 ]根据本发明的具体实施例，催化剂加入装置包括:催化剂料斗15;催化剂主管20， 所述催化剂主管20与所述催化剂料斗15相连;催化剂支管21，所述催化剂支管与所述催化 剂主管相连通，所述催化剂支管穿过所述反应器裂解室的壁并延伸至所述裂解室内部;至 少一个催化剂喷射件，所述催化剂喷射件设置在所述催化剂支管上，且位于所述裂解室内 部;优选的，所述催化剂支管为多个并沿所述催化剂主管的长度方向彼此平行布置，所述催 化剂支管设置在所述蓄热式辐射管的层间；优选的，所述催化剂喷射件包括催化剂喷出管 道16和设置在所述催化剂喷出管道上的喷嘴，所述喷嘴上设置有调节阀。
[0042] 根据本发明的实施例，采用的催化剂的种类和粒径不受特别限制，本领域技术人 员可以根据需要灵活选择。在本发明的一些实施例中，该系统采用的催化剂可以为白云石、 Ni基催化剂和Fe基催化剂中的一种或几种混合使用；催化剂的粒径可以为不大于0.5毫 米；由此，催化效率较高，对油页岩的热解和催化裂解的提油程度较高，天然气收率较高。
[0043] 根据本发明的具体实施例，所述热解料斗通过第一进料装置与进料口相连;进一 步还包括半焦出口，其设置在所述热解室的下部，所述半焦出口与所述半焦输送装置连接。 第一进料装置的具体种类不受特别限制，只要可以将热解料斗中的油页岩有效地输送至反 应器中即可。在本发明的一些实施例中，第一进料装置可以螺旋进料器9。由此，能够实现对 油页岩的自动化输送，输送量可控，且设备结构简单，操作方便。半焦输送装置的具体种类 不受特别限制，包括但不限于星形或螺旋输送机，优选情况下，半焦输送机可以为螺旋输送 机14。由此，能够实现对半焦的自动化输送，且输送量可控，设备结构简单，操作方便。
[0044] 在本发明的另一个方面，本发明提供了一种利用前面所述的系统进行热解和催化 裂解的方法。根据本发明的实施例，该方法可以包括以下步骤： a.将颗粒油页岩通过所述第一进料装置及设置在所述热解室的顶壁上的进料口加入 到所述反应器中，在所述反应器的所述热解室中完成热解过程，热解半焦从反应器底部的 半焦出口排出，并经半焦输送装置排出。
[0045] 根据本发明的具体实施例，适用于该反应器的油页岩的粒径不受特别限制，在本 发明的一些优选实施例中，该反应器采用的油页岩为粒径20mm以下的颗粒和粉状化石燃 料，由此，可以充分利用小颗粒油页岩，资源利用率高，且能够解决大量堆积污染环境的问 题。
[0046] 根据本发明的具体实施例，第一进料装置的具体种类不受特别限制，只要可以将 热解料斗中的油页岩有效地输送至反应器中即可。在本发明的一些实施例中，第一进料装 置可以螺旋进料器9。由此，能够实现对油页岩的自动化输送，输送量可控，且设备结构简 单，操作方便。
[0047] 根据本发明的具体实施例，所述热解室内分布了至少一根所述蓄热式辐射管17， 优选的，所述至少一根蓄热式辐射管均匀分布，具体的，单向蓄热式辐射管可以将油页岩打 散使其均匀分布，油页岩在反应器中自上而下停留1-50分钟，并加热到500-600°C，管壁温 度利用燃气调节阀控制在500~700°C范围，完成热解过程。
[0048] 根据本发明的实施例，在将油页岩加入热解料斗之前，还可以预先对油页岩进行 干燥处理，例如，可以采用蓄热式辐射管排出的烟气对油页岩进行干燥和预热处理，由此， 能够除去油页岩中的水分，有利于提高热解效率。根据本发明的实施例，该热解方法还可以 包括对干燥后的烟气进行净化处理的步骤，以使尾气达标排放，减少环境污染。
[0049] 根据本发明的实施例，半焦输送装置的具体种类不受特别限制，包括但不限于星 形或螺旋输送机14,优选情况下，半焦输送机可以为螺旋输送机14。由此，能够实现对半焦 的自动化输送，且输送量可控，设备结构简单，操作方便。
[0050] b.热解产生的油气通过所述反应器隔热砖墙上设置的颗粒床除尘装置进行过滤 除尘后，洁净的油气进入到所述反应器的所述裂解室。
[0051] 根据本发明的具体实施例，隔热砖墙设置在反应器内，优选的，位于反应器横向宽 度的2/3处，隔热砖墙的厚度为50-150mm，隔热砖墙竖直地贯穿于反应器内，将反应器的内 部空间分隔成热解室和裂解室，该结构使得在一个炉体内设置了热解室和裂解室，热解室 产生的油气，热解产生的油气通过所述反应器隔热砖墙上设置的所述颗粒床除尘装置进行 过滤除尘后，洁净的油气进入到所述裂解室内，完成催化裂解过程，将大分子的焦油分子裂 解为小分子的气态烃类，产生大量的裂解气，从而避免了生产热解油含尘的问题。并且，一 个炉体内可进行两种作业，合二为一，节省建造成本和占地面积。
[0052]根据本发明的具体实施例，所述颗粒床除尘装置具体安装方式不受限制，可以为 焊接、铆接或镶嵌，根据本发明的一些实施例，本发明采用镶嵌方式将颗粒除尘装置镶嵌在 所述开口内，颗粒床除尘装置位于热解室一侧的侧面上设置具有多个孔的孔带3001，所述 颗粒床除尘装置位于热解室一侧的底面上设有粉尘排出口 3002，且所述颗粒床除尘装置位 于裂解室一侧的侧面上部设有用于对所述除尘装置进行反吹的吹扫口 3003、下部设有热解 气排出口 3004。
[0053]根据本发明的具体实施例，所述孔带的高度为150-1500mm，所述孔的直径为1-30mm;所述颗粒床除尘装置位于热解室一侧的上部为斜面设计，所述颗粒床除尘装置的高 度为200-2000mm，宽度为100-500mm，所述颗粒床除尘装置内装有lmm-20mm高的过滤介质； 根据本发明的一些实施例，本发明采用过滤介质为珍珠岩、砂石或陶瓷球颗粒。
[0054] c.洁净的油气进入到所述裂解室内，所述催化剂加入装置将催化剂喷洒于所述 裂解室中，所述热解油气在所述裂解室内完成催化裂解过程，产生裂解气。
[0055] 根据本发明的实施例，采用的催化剂的种类和粒径不受特别限制，本领域技术人 员可以根据需要灵活选择。在本发明的一些实施例中，该系统采用的催化剂可以为白云石、 Ni基催化剂和Fe基催化剂中的一种或几种混合使用；催化剂的粒径可以为不大于0.5毫 米；由此，催化效率较高，对油页岩的热解和催化裂解的提油程度较高，天然气收率较高。
[0056] 根据本发明的具体实施例，所述裂解室内分布了至少一根所述蓄热式辐射管17， 优选的，所述至少一根蓄热式辐射管均匀分布，具体的，并加热到600-900°C，管壁温度利用 燃气调节阀控制在600~900°C范围，完成热裂解过程，大分子的焦油分子裂解为小分子的 气态烃类，产生大量的裂解气，避免了热解油含尘的问题，真正实现了油页岩的清洁高效利 用。
[0057] d.所述裂解气通过所述裂解气出口进入到所述喷淋塔中，对所述裂解气进行净化 处理； e.经过净化的净裂解气进入所述燃气罐中储存。
[0058]根据本发明的实施例，该系统还可以包括:在喷淋塔10和燃气罐12之间还可以进 一步设置有燃气引风机11，燃气引风机11可以快速、有效地将喷淋塔中经过净化获得的天 然气输送至燃气罐中进行存储，进一步地，得到的裂解气可以进一步用于制备LNG或LNP。发 明人发现，利用该系统可以显著提高裂解气的收率，有足够的气体用于生产液化天然气 (LNG)或液化石油气(LPG)，经济效益好。
[0059] 发明人发现，根据本发明实施例的该反应系统结构简单，操作方便，温度分布均 匀，加热效果好，一个炉体内可进行两种作业，合二为一，节省建造成本和占地面积，其反应 器分为热解室和裂解室，在热解室油气出口处设有颗粒床除尘器，热解室产生的油气，经过 颗粒床除尘后，洁净的油气再进入裂解室进行深度催化裂解，大分子的焦油分子裂解为小 分子的气态烃类，生成大量的洁净的裂解气产品，降低了后端除尘压力，避免了热解油含尘 的问题，真正实现了化石燃料的清洁高效利用。
[0060] 下面对本发明的自除尘型油页岩热解和催化裂解系统和方法的具体工作过程进 行详细描述，具体如下： 首先，将粒度<20mm的原料油页岩加入加料斗1中，利用第二进料装置99将储存于加料 斗1中的原料油页岩加入气流干燥器2中，同时蓄热式辐射管17中排出的200~250摄氏度的 烟气通入气流干燥器中，原料油页岩在烟气的作用下进行干燥和提升，接着烟气和原料油 页岩的混合物排出气流干燥器，进入气固分离装置4中，分离获得的烟气(温度约为70~110 摄氏度）排出气固分离装置，并在尾气引风机的作用下进入尾气净化装置7,进行净化处 理，净化得到的符合排放标准的烟气经烟囱8排空，气固分离装置中分离得到的原料油页岩 排出气固分离装置，并进入热解料斗5中，然后利用第一送料装置将储存于热解料中的原料 油页岩加入热解反应器中，自上而下运动，停留约1~50分钟，在均匀设置的蓄热式辐射管 17 (管壁温度约为500~700摄氏度）的打散和加热作用下，油页岩均匀受热升温至500~ 600摄氏度，完成热解反应，得到热解油气和半焦，得到的热解油气通过所述反应器隔热砖 墙上设置的所述颗粒床除尘装置30进行过滤除尘，同时通过吹扫口 3003对所述除尘装置进 行反吹，产生的粉尘通过粉尘排出口 3002排出进入所述半焦输送装置14，洁净的油气通过 热解气排出口3004进入到所述裂解室内，同时催化剂料斗中的催化剂(包括但不限于白云 石、Ni基催化剂和Fe基催化剂中的一种或几种混合使用等)通过催化剂喷出管道16依次经 催化剂主管20、催化剂支管21和催化剂喷射件经喷嘴均匀喷洒在裂解室中，进行深度催化 裂解，半焦或其他固体杂质通过半焦输送装置14输送至气化炉13中进行气化处理，得到可 燃气通入蓄热式辐射管用于对热解反应器中的油页岩进行加热，气化处理得到的灰渣排出 气化炉，裂解室中裂解得到的裂解气体通过裂解气出口 24进入喷淋塔10净化，净化后的气 体进入燃气罐12进行存储，可以进一步用于制备LNG或LPG。
[0061 ] 具体实施例： 利用自除尘型油页岩热解和催化裂解系统对龙口油页岩进行处理，原料的基础数据见 表1。
[0062] 表1:龙口油页岩基础数据
利用该反应器处理龙口油页岩，得到的气体产品产率为16%，远高于实验室铝甑热解所 得到的产气率，热解焦油几乎全部裂解为气态产物，产气率高。裂解气中氢气含量为45%，品 质高，该系统产出的裂解气中粉尘含量低于1 %，气体较为清洁。
[0063] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能 理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第 一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
[0064] 在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语"安装"、"相连"、"连接"、"固定"等 术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体;可以是机械连 接，也可以是电连接;可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内 部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情 况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0065] 在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征"上"或"下"可以 是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在 第二特征"之上"、"上方"和"上面"可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示 第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征"之下"、"下方"和"下面"可以是第 一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0066]在本说明书的描述中，参考术语"一个实施例"、"一些实施例"、"示例"、"具体示 例"、或"一些示例"等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特 点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不 必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一 个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术 人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合 和组合。
[0067] 尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例 性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述 实施例进行变化、修改、替换和变型，同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思 想，在【具体实施方式】及应用范围上均会有改变之处。
【主权项】
1. 一种自除尘型油页岩热解和催化裂解系统，其特征在于，包括： 热解料斗； 第一进料装置，所述第一进料装置与所述热解料斗连接； 热解和催化裂解反应器，包括:进料口、热解室、裂解室和裂解气出口，所述进料口设 置在所述热解室的顶壁上，所述裂解气出口设置在所述裂解室的侧壁上；以及： 蓄热式辐射管，所述蓄热式辐射管沿所述热解反应器的高度方向多层布置在所述热解 室和所述裂解室内部，每层具有多根沿水平方向布置的所述蓄热式辐射管； 隔热砖墙，所述隔热砖墙设置在反应器横向宽度的2/3处，竖直地贯穿于所述反应器 内，将所述反应器的内部空间分隔成所述热解室和所述裂解室； 催化剂加入装置，其与所述裂解室连接，用于将裂解催化剂施加于所述裂解室中； 连通构件，所述连通构件为所述隔热砖墙纵向长度上，位于下部位置的开口，用于将所 述热解室和所述裂解室连通； 颗粒床除尘装置，所述颗粒床除尘装置与所述隔热砖墙的所述开口固定连接，且所述 颗粒床除尘装置位于所述热解室的一侧沿水平方向延伸到所述热解室内，用于将所述热解 室产生的油气，通过所述颗粒床除尘装置，通入到所述裂解室； 喷淋塔，所述喷淋塔与所述裂解气出口连接； 燃气罐，所述燃气罐与喷淋塔连接。2. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述颗粒床除尘装置位于热解室一侧的侧 面上设置具有多个孔的孔带，所述颗粒床除尘装置位于热解室一侧的底面上设有粉尘排出 口，且所述颗粒床除尘装置位于裂解室一侧的侧面上部设有用于对所述除尘装置进行反吹 的吹扫口、下部设有热解气排出口。3. 根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述隔热砖墙的厚度为50-150mm，所述孔 带的高度为150_1500mm，所述孔的直径为l-30mm;所述颗粒床除尘装置位于热解室一侧的 上部为斜面设计，所述颗粒床除尘装置镶嵌在所述开口内，所述颗粒床除尘装置的高度为 200-2000mm，宽度为100-500mm，所述颗粒床除尘装置内装有lmm-20mm高的过滤介质；优选 的，所述过滤介质为珍珠岩、砂石或陶瓷球颗粒。4. 根据权利要求1-2中任一项所述的系统，其特征在于，进一步包括:气化炉，所述气化 炉一端与所述蓄热式辐射管的燃气入口相连，另一端与所述半焦输送装置相连。5. 根据权利要求1-2中任一项所述的系统，其特征在于，还包括： 加料斗； 第二进料装置，其与所述加料斗相连； 干燥装置，其分别与所述第二进料装置和所述蓄热式辐射管上的烟气出口连接； 气固分离装置，其分别与所述干燥装置和所述热解料斗相连接； 尾气净化装置，其与所述气固分离装置相连接。6. 根据权利要求1-2中任一项所述的系统，催化剂加入装置包括:催化剂料斗；催化剂 主管，所述催化剂主管与所述催化剂料斗相连;催化剂支管，所述催化剂支管与所述催化剂 主管相连通，所述催化剂支管穿过所述反应器裂解室的壁并延伸至所述裂解室内部;至少 一个催化剂喷射件，所述催化剂喷射件设置在所述催化剂支管上，且位于所述裂解室内部； 优选的，所述催化剂支管为多个并沿所述催化剂主管的长度方向彼此平行布置，所述催化 剂支管设置在所述蓄热式辐射管的层间；优选的，所述催化剂喷射件包括催化剂喷出管道 和设置在所述催化剂喷出管道上的喷嘴，所述喷嘴上设置有调节阀。7. 根据权利要求1-2中任一项所述的系统，其特征在于，所述热解料斗通过所述第一进 料装置与所述进料口相连;进一步还包括半焦出口，其设置在所述热解室的下部，所述半焦 出口与所述半焦输送装置连接。8. -种利用权利要求1-7中任一项所述的系统进行油页岩热解和催化裂解的方法，其 特征在于，包括以下步骤： a. 将颗粒油页岩通过所述第一进料装置及所述进料口加入到所述反应器中，在所述反 应器的所述热解室中完成热解过程； b. 热解产生的油气通过所述反应器隔热砖墙上设置的颗粒床除尘装置进行过滤除尘 后，洁净的油气进入到所述反应器的所述裂解室； c. 洁净的油气进入到所述裂解室内，所述催化剂加入装置将催化剂喷洒于所述裂解 室中，所述热解油气在所述裂解室内完成催化裂解过程，产生裂解气； d .所述裂解气通过所述裂解气出口进入到所述喷淋塔中，对所述裂解气进行净化处 理； e.经过净化的净裂解气进入所述燃气罐中储存。9. 根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述步骤a中，所述颗粒油页岩从所述反应 器上部的进料口加入到所述反应器中，并被所述反应器内的所述蓄热式辐射管打散，热解 半焦从所述反应器底部的半焦出口排出；所述步骤a中，颗粒油页岩被所述反应器热解室中 的所述蓄热式辐射管加热到500-600°C，所述步骤b中，热解油气被所述反应器裂解室中的 所述蓄热式辐射管加热到600-900°C，所述步骤c中，所述催化剂通过所述催化剂喷射件均 匀地喷洒于所述裂解室中。10. 根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述颗粒油页岩的粒度为20mm以下。
【文档编号】C10K1/02GK105885901SQ201610489942
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年6月29日
【发明人】耿层层, 陈水渺, 肖磊, 薛逊, 吴道洪
【申请人】北京神雾环境能源科技集团股份有限公司