專利名稱：油頁巖回轉窯干餾與循環流化床燃燒工藝的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種油頁巖回轉窯干餾與循環流化床燃燒エ藝，具體涉及兩種以循環流化床作為干餾爐熱源、以頁巖灰作為回轉窯干餾爐干餾熱載體的系統，可實現油頁巖資源的煉油、供熱、發電、建材的全方位的綜合優化利用，屬于油頁巖資源利用技術領域。該エ 藝亦適用于煤和生物質。
背景技術：
油頁巖是ー種具有微細層理、高灰分、低熱值的可燃有機礦產，低溫干餾可獲得類似天然石油的頁巖油。世界油頁巖資源豐富，如折算成發熱量，它的儲量在化石燃料中僅次于煤而列第二位；如折算成頁巖油，世界上油頁巖儲量約為4750億噸，相當于目前世界天然原油探明可采儲量的5. 4倍。我國油頁巖資源為7199. 3億噸，折算成頁巖油的儲量為 476. 44 億噸。油頁巖的開發利用已有200多年歷史，現有的エ藝路線主要為以干餾爐為主進行油頁巖干餾煉油(中國頁巖油エ業，石油エ業出版社，1984年)和以循環流化床鍋爐為主進行燃燒發電、供熱(蘇聯燃油頁巖電站鍋爐，東方電氣評論，1990年，第1期，44 51頁)。 隨著環境水平的日益提高和能源綜合利用技術的發展，單一的能源利用形式已不再適合當今社會的發展。我國科學家早在1990年召開的油頁巖加工與綜合利用研討會上呼吁我國油頁巖エ業應走“油頁巖-煉油-發電-化工-建材”等全面綜合利用的技術路線(國外油頁巖綜合利用的進展，地球科學進展，1992年，第7卷第2期，48 50頁)。現有以干餾爐為主進行干餾煉油的エ藝路線若按干餾爐型分主要有固定床、流化床、回轉窯及各種氣燃式干餾爐，若按傳熱方式可分為氣體熱載體法和固體熱載體法。其中回轉窯進料尺寸適應性強，窯體的回轉使得物料充分混合并不斷破碎，油頁巖顆粒的傳熱傳質速率高，熱解充分；僅通過反應器轉速和傾角便可靈活調節油頁巖在窯內的停留時間、 混合強度及處理量，從而控制熱解反應程度；適應不同種類的油頁巖。此外，回轉窯具有很好的放大性，可與氣體熱載體法和固體熱載體法聯合開發干餾エ藝。氣體熱載體法是指原料頁巖與預先加熱了氣體熱載體直接接觸傳熱發生干餾反應的過程。現有エ藝主要采用直立圓筒型爐，干餾爐型結構簡単，主要加工處理塊狀油頁巖，細顆粒油頁巖被舍棄，而油頁巖干餾熱源主要為經加熱爐加熱后的干餾煤氣。由此存在如下不足ー是處理的是塊狀頁巖，干餾時間相當長，一般12 M小吋，且顆粒粒徑大，許多大顆粒無法徹底干餾，因此干餾效率低、油收率低、資源利用率低；ニ是采用熱循環干餾煤氣作為熱載體，通常需采用蓄熱式加熱爐等外熱源加熱煤氣，即先在蓄熱式加熱爐內燃燒煤氣將爐體加熱，然后再將冷煤氣送入加熱爐中將爐體的熱量傳給冷煤氣，加熱后送入干餾爐加熱油頁巖干餾，因此不但消耗了大量的煤氣，浪費能源，而且干餾熱煤氣溫度總在變化，造成干餾爐內溫度周期變化，出油不穩定，油收率低；三是干餾所得油頁巖半焦若繼續作為鍋爐燃料利用，必須先冷卻再進ー步破碎以適合鍋爐燃燒的要求，如果是濕法除半焦，必須先用水冷卻，再干燥，再破碎，因此，耗能較大。
固體熱載體法是指原料頁巖與預先加熱了固體熱載體直接接觸傳熱發生干餾反應的過程。現有エ藝主要采用水平圓筒型干餾爐，主要加工處理粉粒狀原料，粒徑一般小于25mm。油頁巖干餾熱源主要為油頁巖半焦在一個單獨的氣流式燃燒室燃燒生成的熱頁巖灰，或利用單獨設立的加熱爐燃燒干餾煤氣加熱的瓷球。與氣體熱載體法相比，固體熱載體法的原料頁巖顆粒小，且與固體熱載體混合均勻，接觸表面積大，可以達到較快的加熱速度，因此，干餾時間短，通常30min即可完成，原料利用率高(理論上可以100%利用)，油收率高。但目前這種形式的干餾爐目的単一，需要ー個額外的燃燒爐將頁巖半焦燃燒成高溫頁巖灰作固體熱載體，剰余半焦及灰渣被大量舍棄。由于燃燒爐只是用來生成固體熱載體， 所以不能實現發電、供熱的目的。而以循環流化床鍋爐為主進行燃燒發電、供熱可獲得較高的燃燒效率和熱效率， 同時循環流化床鍋爐為低溫燃燒，可在爐內添加石灰石脫硫，且因低溫分級燃燒減少氮氧化物的排放，可以實現潔凈燃燒，但將油頁巖直接用于循環流化床鍋爐燃燒發電、供熱的缺點是省略了頁巖油煉制環節，燒掉了油頁巖中的油資源。
發明內容
本發明的目的是，對現有以干餾爐為主進行干餾煉油的エ藝路線和以循環流化床鍋爐為主進行燃燒發電、供熱的エ藝路線進行了實質性改進，將油頁巖回轉窯干餾爐與油頁巖半焦循環流化床鍋爐有機地結合為一體，組成油頁巖回轉窯干餾與循環流化床燃燒エ 藝，綜合考慮資源、環境、經濟與社會效益，實現科學利用油頁巖資源，為油頁巖高效、潔凈、 經濟、合理的綜合利用提供有效途徑。本發明的目的是由以下技術方案來實現的一種油頁巖回轉窯干餾與循環流化床燃燒エ藝，通過將循環流化床鍋爐循環灰和底灰作為固體熱載體，油頁巖與熾熱的頁巖灰及干餾介質的混合物送入回轉窯干餾爐干餾制取干餾煤氣和頁巖油；干餾煤氣熱值高，一部分作為半焦返料裝置的返料風和油頁巖半焦一起進入循環流化床鍋爐燃燒，而剰余的部分送入內燃機直燃發電；循環流化床鍋爐燃燒釋放的熱量通過鍋爐的受熱面傳遞給水，將水加熱成過熱蒸汽作為外供熱源和/或送入汽輪機作功發電；循環流化床燃燒后的底灰和飛灰含碳量小于2%，因此無需再進行焙燒，可直接作為建材原料。該エ藝根據回轉窯干餾爐的固體和氣體產物分離方式不同可建立順式和逆式兩種系統。本發明具體エ藝流程將油頁巖原礦經干燥破碎機破碎成0 25mm的顆粒，利用高溫煙氣預熱干燥后通過皮帶送入油頁巖給料斗，由星型旋轉閥將油頁巖顆粒送入密閉的混合器，在混合器中油頁巖顆粒與來自循環流化床旋風分離器底部頁巖灰收集槽溫度為 750 850°C的循環灰以及部分循環流化床鍋爐底灰混合，重量混合比為頁巖灰油頁巖為 2 3 1，此外煤、廢橡膠或塑料等有機物或者石灰石脫硫劑、鐵粉等無機物干餾介質可加入介質倉，不同的干餾介質對エ藝的作用不同，可根據エ藝要求通過星型旋轉閥將合適的干餾介質加入混合器；油頁巖與循環灰及干餾介質的混合物通過螺旋給料器送入順式回轉窯干餾爐中，在順式回轉窯干餾爐中油頁巖和循環灰在回轉窯轉動過程中充分混合換熱， 經過15 30分鐘完成油頁巖的干餾；溫度為450 550°C的產物，如干餾煤氣、頁巖油氣和半焦進入密閉的氣固分離裝置中，分離出的氣體產物進入冷凝回收系統，氣體產物被冷卻至80°C以下，分離出頁巖油和不冷凝干餾煤氣；不冷凝干餾煤氣一部分加壓后作為半焦返料裝置的返料風，和半焦頁巖灰等固體物質一起進入循環流化床鍋爐燃燒，燃燒釋放的熱量通過該鍋爐的受熱面傳遞給水，將水加熱至過熱蒸汽作為外供熱源和/或送入汽輪機作功發電，剰余的煤氣送入內燃機燃燒發電；半焦和煤氣在循環流化床鍋爐中流化燃燒，燃燒溫度在850 900°C，燃燒在空氣不足的情況下進行(過量空氣系數α = 0. 89 0. 95)，燃燒溫度不宜過高，過高會導致頁巖灰熔融，由于循環頁巖灰中堿金屬的自脫硫作用，從而減少了脫硫劑石灰石的使用；燃燒過程中，煙氣攜帯的一部分1. 5mm以下的顆粒進入旋風分離器進行氣固分離，分離的循環灰進入頁巖灰收集槽，經星型旋轉閥一部分循環灰進入密閉的混合器，一部分通過循環流化床鍋爐的頁巖灰返料裝置返回循環流化床鍋爐，剰余的頁巖灰進入換熱器被冷卻至100°C以下(含碳量小于2% )，同時空氣通過鼓風機送入換熱器，空氣經頁巖灰預熱后一部分作頁巖灰返料裝置的返料風，一部分送入循環流化床鍋爐； 循環流化床內充分燃燒形成的底灰(含碳量小于2 % )，經星型旋轉閥一部分循環灰進入密閉的混合器，剰余部分經冷渣器冷卻至100°C以下，鍋爐燃燒產生的煙氣經除塵器分離下來飛灰(含碳量小于2% )后，由引風機加壓送入干燥破碎機將油頁巖顆粒干燥預熱后送入煙囪排入大氣中，剰余的頁巖灰、底灰和飛灰送入灰渣倉，之后送入建材廠作為建材原料，可生產建筑砌塊、水泥、陶粒或白炭黑和微晶玻璃等高附加值產品，從而實現油頁巖的科學綜合優化利用。逆式系統與順式系統的區別是回轉窯干餾爐固體和氣體產物分離方式不同， 順式系統中固體和氣體產物在順式回轉窯干餾爐同一端排出，而逆式系統中氣體產物從逆式回轉窯干餾爐進料端下側的油氣出口排出，逆式回轉窯干餾爐內筒利用隔板分割成兩段并利用螺旋料封連接，頁巖半焦等固體混合物從螺旋料封進ロ分離，之后從螺旋料封出口排入半焦收集槽，通過返料裝置送入循環流化床鍋爐，其他裝置和流程與順式系統相同。本發明油頁巖回轉窯干餾與循環流化床燃燒エ藝的優點體現在1)將原油頁巖一次性破碎成0 25mm，該顆粒粒徑范圍適應于回轉窯干餾爐，摒棄了現有氣體熱載體法干餾爐需要大塊油頁巖的缺點，同時也克服了干餾后半焦利用過程的冷卻和需要進ー步破碎的問題；2)將回轉窯干餾爐與循環流化床鍋爐有機的結合為一體，油頁巖干餾所需的固體熱載體直接源于循環流化床鍋爐燃燒產生的循環熱灰及循環流化床鍋爐底灰，而循環流化床鍋爐的燃料源于干餾后的半焦及部分不凝干餾煤氣，實現了油頁巖回轉窯干餾煉油與循環流化床燃燒發電供熱同步進行；3)循環流化床鍋爐運行溫度為850 900°C，屬于低溫燃燒，有效控制了熱カNOx 的生成與排放，而且有利于保持灰渣的活性，此外，循環流化床燃燒效率高，半焦固定碳可以得到充分利用，頁巖灰中含碳量少，可直接作為建材原料制作建筑砌塊、水泥、陶粒、微晶玻璃和白炭黑等高附加質產品；4)由于采用固體熱載體法干餾，原油頁巖顆粒粒徑小，且與熱載體循環熱灰充分混合，傳熱傳質速率高，傳熱效率高，干餾時間短，只需15 30分鐘，資源利用率高、油收率高、不凝干餾煤氣熱值高，既可以直接作為燃料送入鍋爐內燃燒發電，亦可単獨送入內燃機燃燒發電，實現多發電渠道，此外頁巖灰在循環過程中對熱煙氣和油氣有自脫硫作用，煙氣和油氣硫含量低，對環境污染小；5)采用回轉窯干餾爐，由于回轉窯進料尺寸適應性強，窯體的回轉使得物料充分混合并不斷破碎，顆粒傳熱傳質效率更高，有助于油頁巖顆粒快速加熱分解；僅通過反應器轉速和傾角便可靈活調節油頁巖在窯內的停留時間、混合強度和處理量，從而控制熱解反應程度；適應不同種類的油頁巖；便于大型化；6)具有對原料的適應性廣，原料的綜合利用程度高，產品靈活，用途廣泛等優點。 既可用于貧礦，如茂名油頁巖，也可用于富礦；既可用于油頁巖，更適合于煤的綜合利用； 由于所用原料為0-25mm，因此對原料的熱穩定性要求很低；本發明實現了油頁巖資源的綜合優化利用，科學利用資源，具有高的經濟、社會和環境效益，可在油頁巖儲地推廣應用。以下將結合附圖對本發明的構思、具體結構及產生的技術效果作進ー步說明，以充分地了解本發明的目的、特征和效果。
圖1為順式油頁巖回轉窯干餾與循環流化床燃燒系統。圖2為逆式油頁巖回轉窯干餾與循環流化床燃燒系統。圖中附圖標記為1-油頁巖原礦，2-干燥破碎機，3-油頁巖給料斗，4-干餾介質， 5-介質倉，6-混合器，7-螺旋給料器，8-順式回轉窯干餾爐，9-氣固分離裝置，10-冷凝回收系統，11-內燃機，12-頁巖油，13-鼓風機，14-換熱器，15-循環流化床鍋爐，16-旋風分離器，17-頁巖灰收集槽，18-頁巖灰返料裝置，19-汽輪機，20-除塵器，21-引風機，22-畑囪，23-冷渣器，24-灰渣倉，25-建材廠，26-逆式回轉窯干餾爐，27-半焦收集槽。
具體實施例方式圖1所示為油頁巖回轉窯干餾與循環流化床燃燒エ藝順式系統，即順式油頁巖回轉窯干餾與循環流化床燃燒系統。如圖1所示，將油頁巖原礦1經干燥破碎機2破碎成0 15mm的顆粒，利用高溫畑氣預熱干燥后通過皮帶送入油頁巖給料斗3，由星型旋轉閥將油頁巖顆粒送入密閉的混合器6，在混合器6中油頁巖顆粒與來自循環流化床旋風分離器16底部頁巖灰收集槽17溫度為750 850°C的循環灰以及部分循環流化床鍋爐底灰混合，重量混合比為頁巖灰油頁巖為2 3 1，此外煤、廢橡膠或塑料等有機物或者石灰石脫硫劑、鐵粉等無機物干餾介質 4可加入介質倉5，不同的干餾介質對エ藝的作用不同，可根據エ藝要求通過星型旋轉閥將合適的干餾介質加入混合器6 ；油頁巖與循環灰及干餾介質的混合物通過螺旋給料器7送入順式回轉窯干餾爐8中，在順式回轉窯干餾爐8中油頁巖和循環灰在回轉窯轉動過程中充分混合換熱，經過15 30分鐘完成油頁巖的干餾；溫度為450 550°C的干餾產物(干餾煤氣、頁巖油氣和半焦)進入密閉的氣固分離裝置9中，分離出的氣體產物進入冷凝回收系統10，氣體產物被冷卻至80°C以下，分離出頁巖油12和不冷凝干餾煤氣；不冷凝干餾煤氣一部分加壓后作為半焦返料裝置的返料風，和半焦頁巖灰等固體物質一起進入循環流化床鍋爐15燃燒，燃燒釋放的熱量通過該鍋爐的受熱面傳遞給水，將水加熱至過熱蒸汽作為外供熱源和/或送入汽輪機19作功發電，剰余的煤氣送入內燃機11燃燒發電；半焦和煤氣在循環流化床鍋爐15中流化燃燒，燃燒溫度在850 900°C，燃燒在空氣不足的情況下進行 (過量空氣系數α =0.89 0.95)，燃燒溫度不宜過高，過高會導致頁巖灰熔融，由于循環頁巖灰中堿金屬的自脫硫作用，從而減少了脫硫劑石灰石的使用，燃燒過程中，煙氣攜帯的一部分1. 5mm以下的顆粒進入旋風分離器16進行氣固分離，分離的循環灰進入頁巖灰收集槽17，經星型旋轉閥一部分循環灰進入密閉的混合器6，一部分通過循環流化床鍋爐15的頁巖灰返料裝置18返回循環流化床鍋爐15，剰余的頁巖灰進入換熱器14將頁巖灰冷卻至 IOO0C以下(含碳量小于2% )，同時空氣通過鼓風機13送入換熱器14，經頁巖灰預熱后一部分作頁巖灰返料裝置18的返料風，一部分送入循環流化床鍋爐；循環流化床鍋爐15中充分燃燒形成的底灰含碳量小于2%，經星型旋轉閥一部分循環灰進入密閉的混合器6，剰余部分經冷渣器23冷卻至100°C以下；鍋爐燃燒產生的煙氣經除塵器20分離下來飛灰(含碳量小于2% )后，由引風機21加壓送入干燥破碎機2將油頁巖顆粒干燥預熱后送入煙囪22 排入大氣中，剰余的頁巖灰、底灰和飛灰送入灰渣倉對，之后送入建材廠25作為建材原料， 可生產建筑砌塊、水泥、陶粒或白炭黑和微晶玻璃等高附加值產品，從而實現油頁巖的科學綜合優化利用。逆式系統與順式系統的區別是回轉窯干餾爐固體和氣體產物分離方式不同順式系統中固體和氣體產物在順式回轉窯干餾爐8同一端排出，而逆式系統中氣體產物從逆式回轉窯干餾爐沈進料端下側的油氣出ロ排出。逆式回轉窯干餾爐沈內筒利用隔板分割成兩段并利用螺旋料封連接，頁巖半焦等固體混合物從螺旋料封進ロ分離，之后從螺旋料封出ロ排入半焦收集槽27，通過返料裝置送入循環流化床鍋爐，其他裝置和流程與順式系統相同。以上詳細描述了本發明的較佳具體實施例。應當理解，本領域的普通技術無需創造性勞動就可以根據本發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明的構思在現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
1.一種油頁巖回轉窯干餾與循環流化床燃燒エ藝，其特征在干，將油頁巖原礦經干燥破碎機破碎成0 25mm的顆粒，利用高溫煙氣預熱干燥后送入油頁巖給料斗，由星型旋轉閥將油頁巖顆粒送入密閉的混合器，在混合器中油頁巖顆粒與來自循環流化床旋風分離器底部頁巖灰收集槽溫度為750 850°C的循環灰以及部分循環流化床鍋爐底灰混合，重量比為頁巖灰油頁巖為2 3 1，此外，干餾介質加入介質倉，根據エ藝要求通過星型旋轉閥將合適的干餾介質加入混合器；油頁巖與循環灰及干餾介質的混合物通過螺旋給料器送入回轉窯干餾爐中，在回轉窯干餾爐中油頁巖和循環灰在回轉窯轉動過程中充分混合換熱，經過15 30分鐘完成油頁巖的干餾；溫度為450 550°C的干餾產物煤氣、頁巖油氣和半焦被分離為氣體產物和固體產物；其中，分離出的氣體產物進入冷凝回收系統，煤氣被冷卻至80°C以下，分離出頁巖油和不冷凝干餾煤氣；不冷凝干餾煤氣一部分加壓后作為半焦返料裝置的返料風，和干餾產物中被分離出的半焦、頁巖灰構成的固體產物一起進入循環流化床鍋爐燃燒，燃燒釋放的熱量通過循環流化床鍋爐的受熱面傳遞給水，將水加熱至過熱蒸汽作為外供エ質送入汽輪機作功發電，剰余的煤氣送入內燃機燃燒發電；半焦和煤氣在循環流化床鍋爐中流化燃燒，燃燒溫度在850 900°C，燃燒在空氣不足的情況下進行， 其中過量空氣系數α = 0. 89 0. 95 ；燃燒過程中，煙氣攜帯的一部分1. 5mm以下的顆粒進入旋風分離器進行氣固分離，分離的循環灰進入頁巖灰收集槽，經星型旋轉閥一部分循環灰進入密閉的混合器，一部分通過循環流化床鍋爐的頁巖灰返料裝置返回循環流化床鍋爐，剩余的頁巖灰進入換熱器被冷卻至100°C以下，其含碳量小于2%，同時空氣通過鼓風機送入換熱器，經頁巖灰預熱后一部分作頁巖灰返料裝置的返料風，一部分送入循環流化床鍋爐；循環流化床鍋爐內充分燃燒形成的底灰，其含碳量小于2%，經星型旋轉閥一部分底灰被送入到密閉的混合器，剰余部分經冷渣器冷卻至100°C以下；鍋爐燃燒產生的煙氣經除塵器分離下來飛灰后，所述飛灰含碳量小于2%，由引風機加壓送入干燥破碎機將油頁巖顆粒干燥預熱后送入畑 排入大氣中；剩余的頁巖灰、底灰和飛灰送入灰渣倉，之后送入建材廠作為建材原料。
2.如權利要求1所述的油頁巖回轉窯干餾與循環流化床燃燒エ藝，其特征在于，所述回轉窯干餾爐為順式回轉窯干餾爐，固體產物和氣體產物在與進料端相対的同一側排出； 還設有密閉的氣固分離裝置，排出的固體產物和氣體產物在所述氣固分離裝置中分離。
3.如權利要求1所述的油頁巖回轉窯干餾與循環流化床燃燒エ藝，其特征在干，所述回轉窯干餾爐為逆式回轉窯干餾爐；其中，氣體產物從逆式回轉窯干餾爐進料端下側的油氣出口排出，逆式回轉窯干餾爐內筒利用隔板分割成兩段并利用螺旋料封連接，頁巖、半焦的混合物構成的固體產物從螺旋料封進ロ分離，之后在與進料端相対的ー側排出，即，從螺旋料封出口排入半焦收集槽，然后通過返料裝置送入循環流化床鍋爐。
4.如權利要求1所述的油頁巖回轉窯干餾與循環流化床燃燒エ藝，其特征在于，所述干餾介質為有機物或者無機物。
5.如權利要求3所述的油頁巖回轉窯干餾與循環流化床燃燒エ藝，其特征在于，所述有機物為煤、廢橡膠或塑料；所述無機物為石灰石脫硫劑或鐵粉。
6.如權利要求1所述的油頁巖回轉窯干餾與循環流化床燃燒ェ藝，其特征在于，循環流化床鍋爐燃燒產生的頁巖灰作為回轉窯干餾爐的熱源。
全文摘要
一種油頁巖回轉窯干餾與循環流化床燃燒工藝，將回轉窯干餾爐與循環流化床有機結合，油頁巖顆粒與來自循環流化床鍋爐的熱循環灰及部分循環流化床鍋爐底灰混合后送入回轉窯干餾爐干餾制取頁巖油和干餾煤氣，干餾煤氣熱值高，一部分作為半焦返料裝置的返料風和油頁巖半焦顆粒一起進入循環流化床鍋爐燃燒，而剩余的部分送入內燃機直燃發電。本發明能提高頁巖油和煤氣品質，降低能量損失和環境污染，提高綜合利用程度。
文檔編號C10B53/04GK102533296SQ20111044373
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月26日 優先權日2011年12月26日
發明者劉加勛, 劉建國, 姜秀民, 王莎, 童建輝, 韓向新 申請人:上海交通大學