油页岩综合优化利用的方法

摘要

本发明公开了一种油页岩综合优化利用的方法，将油页岩矿石破碎与筛分，其中颗粒粒径约为8mm～80mm的油页岩送入干馏炉制取页岩油和燃气，所生成的油页岩半焦废弃物经破碎形成8mm以下的颗粒，与油页岩炼油过程中废弃的颗粒粒径小于8mm的油页岩细渣进行混合构成混合物料，供给循环流化床锅炉燃烧，燃烧产生的热量转化为蒸汽，一部分作为外供工质，一部分驱动汽轮机带动发电机发电。混合物料经循环流化床燃烧后产生的灰渣，进一步用来生产水泥、陶粒和建筑砌块。本发明将油页岩资源综合优化科学利用，为储量巨大的油页岩资源的高效、经济、洁净的合理利用开创了一条新的途径。

说明书

技术领域

本发明涉及一种油页岩综合优化利用的方法，可实现油页岩资源的制油、发电、供热、建材的全方位的综合优化利用，属于油页岩资源利用技术领域。

背景技术

油页岩是一种重要的潜在能源，储量巨大，在化石燃料中它的储量折算成发热量仅次于煤而列第二位。如果将它折算成页岩油，世界上的油页岩储量约为4750亿吨，相当于目前世界天然原油探明可采储量的5.4倍。油页岩的开发应用已有200多年历史，油页岩能源的开发利用主要在于制取页岩油。页岩油的炼制过程通常是采用干馏方法，即在加热条件下油页岩发生裂解生成页岩油气，页岩油气经冷却获得页岩油(中国页岩油工业，石油工业出版社，1984年)。第二次世界大战期间，由于石油需求量剧增，油价猛涨，不少国家曾兴起了油页岩开发热潮。而在二战后的和平时期，由于廉价的天然石油被发现和大量开发，油价大幅度下降，使刚兴起的油页岩工业处于了停滞状态。80年代后期，随着世界能源消费量的猛增，许多国家在能源消费呈多元化的同时，也着眼于各种可再生能源或其它替代能源的开发和应用，所以形成了油页岩工业的再次兴起。但是，油页岩单一炼油的利用方式，由于成本较高，资源利用率差，抗市场经济性冲击的能力差，难于持续发展。油页岩作为燃料直接在层燃炉与室燃炉中直接燃烧而产生热能是油页岩能源利用的又一途径(苏联燃油页岩电站锅炉，东方电气评论，1990年，第1期，44～51页)，这一工艺由于省略了炼制页岩油的中间转换环节，而使其能源利用率提高。但由于存在炉膛内结焦、辐射受热面金属腐蚀严重、对流受热面积灰、机械不完全燃烧热损失大、难以燃用低热值油页岩等问题，难以发展。油页岩的鼓泡流化床燃烧(沸腾层过程.中国工业出版社，1965年，175～214页)实现了油页岩的低温燃烧，有效地解决了层燃炉与室燃炉油页岩燃烧带来的炉内结焦、辐射受热面金属腐蚀严重、对流受热面积灰、难以燃用低热值油页岩等问题，但存在飞灰含碳量较高且难以大型化的问题。油页岩循环流化床燃烧解决了油页岩在层燃炉与室燃炉及鼓泡流化床燃烧过程中暴露出来的问题，是油页岩燃烧利用的有效方式(65t/h示范性油页岩循环流化床电厂锅炉运行实践.中国电机工程学报，2001年，第2期，69～73页)，但问题是未能实现油页岩资源的优化合理经济高效利用。

发明内容

本发明的目的在于针对现有油页岩资源利用技术工艺的不足，提出一种油页岩综合优化利用的方法，综合考虑资源、环境、经济与社会效益，实现科学利用油页岩资源，为油页岩高效、洁净、经济、合理的综合利用提供有效途径。

为实现这样的目的，本发明将油页岩矿石破碎与筛分，其中颗粒粒径较大的油页岩送入干馏炉制取页岩油和燃气，所生成的油页岩半焦废弃物经破碎后与油页岩炼油过程中废弃的小粒径颗粒的油页岩细渣进行混合构成混合物料，供给循环流化床锅炉燃烧，燃烧产生的热量转化为蒸汽，一部分作为外供工质，一部分驱动汽轮机带动发电机发电。混合物料经循环流化床燃烧后产生的灰渣，进一步用来生产水泥、陶粒和建筑砌块。

本发明的具体工艺是：将炼制页岩油用的颗粒粒度小于80mm的油页岩经破碎与筛分机，将其中颗粒粒度大于8mm的油页岩用输送机从上部送入立式油页岩干馏炉中进行干馏，干馏所需要的热量来自加热炉，油页岩干馏炉的干馏温度450-550℃为宜，干馏产生的页岩油气由炉顶排出进入页岩油气冷却装置，经冷却的页岩油气再送入页岩油与飞灰及燃气分离装置，分离装置将页岩油气分离为页岩油、燃气与飞灰，然后分别储存，加以利用。油页岩干馏后产生的油页岩半焦，经立式油页岩干馏炉下部排出，经干式冷却装置冷却至100℃左右，再在空气中冷却至环境温度。将油页岩半焦破碎成小于8mm的颗粒后与粒度小于8mm的油页岩细渣筛下物进行混合，作为供给循环流化床锅炉的燃料。油页岩半焦与油页岩细渣混合物料中颗粒粒径小于3mm的颗粒质量份额大于45％，混合物料的收到基低位发热量约为3449.4kJ/kg～14653.8kJ/kg。将混合物料送入燃用油页岩半焦与油页岩细渣混合物料的循环流化床锅炉中进行燃烧，油页岩半焦与油页岩细渣混合物料在循环流化床中的燃烧温度为850-1000℃左右，属低温燃烧，以便保持灰渣的活性，同时有效的控制了热力型NO_x的形成和避免炉内结焦。在循环流化床燃烧过程中，根据混合燃料的硫的质量含量，将石灰石加入混合燃料中，作为脱硫媒介物，石灰石在运行温度下煅烧生成CaO，CaO与烟气中的SO₂反应进一步生成CaSO₄，抑制SO₂的排放，而燃烧装置的运行温度为CaO脱硫的最佳运行温度区，因此可获得高的脱硫效率，从而实现了油页岩半焦与油页岩细渣组成的混合燃料高效低污染洁净燃烧的目的。石灰石的添加量视油页岩半焦与油页岩细渣混合燃料的硫的质量含量而确定，使加入石灰石后使混合燃料中钙硫的摩尔比为2～3，脱硫效率可达90％～98％。燃烧所产生的热量用来产生热媒介蒸汽，部分热媒介蒸汽送入蒸汽工质集箱用于生产与供热，其余热媒介蒸汽送到发电装置，蒸汽的热能通过汽轮机转变为动能，驱动发电机发电。油页岩半焦与油页岩细渣混合物料在循环流化床中燃烧后生成的灰渣，一部分为底渣，经底渣冷却器冷却到100℃后，送入灰渣仓。其余部分为飞灰，飞灰被烟气携带进入除尘器，经除尘器分离捕捉后将飞灰送入灰渣仓。将灰渣仓的一部分灰渣输送到陶粒生产装置来生产陶粒，另一部分输送到水泥生产装置用来生产水泥，其余部分输送到建筑砌块生产装置用来生产建筑砌块。从而实现了油页岩资源的科学综合优化利用。

本发明的优点是：(1)实现了油页岩资源的制油、发电、供热、建材的全方位的综合优化利用，科学利用资源，具有高的经济、社会和环境效益；(2)将油页岩炼制页岩油过程中废弃的颗粒粒径小于8mm的细渣与油页岩炼制页岩油过程产生的半焦废弃物作为循环流化床的燃料，实现了油页岩炼油过程中的废弃物资源化高效洁净利用；(3)采用油页岩半焦干冷工艺使从立式干馏炉排出的油页岩半焦冷却至100℃，避免了半焦水冷工艺造成的油页岩半焦含水量增加引起的油页岩半焦有效利用热的降低；(4)利用石灰石在混合物料燃烧过程中直接脱硫、脱硫系统简单、成本低、脱硫效率高；(5)油页岩半焦与油页岩细渣混合物料在循环流化床中的燃烧温度为850-1000℃左右，燃烧室温度场均匀，属低温燃烧，有效控制了热力NOx的生成与排放，同时有利于保持灰渣的活性；(6)采用循环流化床燃烧技术然用油页岩半焦与油页岩细渣混合物料，提高了燃烧效率，同时提高了石灰石的利用率，减少了媒体物料的补充量。(7)将油页岩炼制页岩油的过程中废弃的颗粒粒径小于8mm的油页岩细渣及油页岩炼制页岩油的过程中生成的半焦废弃物资源化洁净利用，大幅度降低了油页岩炼油过程中的生产成本和油页岩细渣及油页岩炼制页岩油的过程中生成的半焦废弃物对环境造成的污染。

本发明实现了油页岩资源的综合优化利用，科学利用资源，具有高的经济、社会和环境效益，可在油页岩储地推广应用。

附图说明

图1为本发明方法涉及的系统设备及工艺流程示意图。

图1中，1为油页岩料斗、2为破碎与筛分机、3为筛下物油页岩细渣废弃物料斗、4为颗粒粒径大于8mm油页岩料斗、5为立式油页岩干馏炉、6为干式冷却装置、7为油页岩半焦仓、8为加热炉、9为油页岩半焦与油页岩细渣混合物料储仓、10为石灰石料斗、11为燃用油页岩半焦与油页岩细渣混合物料循环流化床锅炉、12为页岩油气冷却装置、13为页岩油与飞灰及燃气分离装置、14为飞灰仓、15为底渣冷却器、16为底渣灰仓、17为除尘器、18为灰渣仓、19为燃气储罐、20为页岩油储罐、21为发电装置、22为陶粒生产装置、23为水泥生产装置、24为建筑砌块生产装置、25为蒸汽工质集箱。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的技术工艺作进一步描述。

图1为本发明的技术工艺。如图1所示，炼制页岩油用的颗粒粒度为0～80mm油页岩送入油页岩料斗1，经破碎与筛分机2将颗粒粒度小于8mm的油页岩细渣筛下物送入油页岩细渣废弃物料斗3，颗粒粒度大于8mm的油页岩送入油页岩料斗4，输送机将颗粒粒度大于8mm的油页岩从顶部送入立式油页岩干馏炉5进行干馏，油页岩干馏炉的干馏温度450-550℃为宜，干馏所需要的热量来自加热炉8，加热炉所需燃气来自页岩油与飞灰及燃气分离装置13，干馏产生的页岩油气由油页岩干馏炉5的炉顶排出进入页岩油气冷却装置12，经冷却的页岩油气送入页岩油与飞灰及燃气分离装置13，由页岩油与飞灰及燃气分离装置13将冷却的页岩油气分离为页岩油、燃气与飞灰，将页岩油送入页岩油储罐20，将燃气送入燃气储罐19，将飞灰送入飞灰仓14，然后分别加以利用。油页岩经干馏制取页岩油后产生的油页岩半焦由立式油页岩干馏炉5下部排出，经干式冷却装置6冷却至100℃左右送入油页岩半焦仓7，将油页岩半焦仓7的物料破碎成8mm以下的颗粒后与油页岩细渣废弃物料斗3的物料进行混合，油页岩半焦与油页岩细渣混合物料中颗粒粒径小于3mm的颗粒质量份额大于45％，混合物料的收到基低位发热量为3449.4kJ/Kg～14653.8kJ/kg，将混合物料送入油页岩半焦与油页岩细渣混合物料储仓9储存。运行时将混合物料送入燃用油页岩半焦与油页岩细渣混合物料的循环流化床锅炉11中进行燃烧，油页岩半焦与油页岩细渣混合物料在循环流化床中的燃烧温度为850-1000℃左右，属低温燃烧，来保持灰渣的活性和抑制热力型氧化氮的生成。在循环流化床燃烧过程中，根据混合燃料的硫的质量含量，将石灰石加入混合燃料中，作为脱硫媒介物，其油页岩半焦与油页岩细渣及石灰石构成的混合物料中钙硫的摩尔比为2～3，脱硫效率约为90％～98％。燃烧过程中脱硫所需石灰石来自于石灰石料斗10，燃烧所产生的热量用来产生热媒介蒸汽，部分热媒介蒸汽送入蒸汽工质集箱25，其余热媒介蒸汽送到发电装置21，蒸汽的热能通过汽轮机转变为动能，驱动发电机发电。油页岩半焦与油页岩细渣混合物料在循环流化床中燃烧后生成的灰渣，一部分为底渣，经底渣冷却器15冷却到100℃后，送入底渣灰仓16，而后送入灰渣仓18。其余部分为飞灰被烟气携带进入除尘器17，经除尘器分离捕捉后将飞灰送入灰渣仓18。将灰渣仓的一部分灰渣输送到陶粒生产装置22用来生产陶粒，另一部分输送到水泥生产装置23用来生产水泥，其余部分输送到建筑砌块生产装置24用来生产建筑砌块。从而实现了油页岩资源的科学综合优化利用。