專利名稱：油頁巖綜合優(yōu)化利用的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種油頁巖綜合優(yōu)化利用的方法，可實(shí)現(xiàn)油頁巖資源的制油、發(fā)電、供熱、建材的全方位的綜合優(yōu)化利用，屬于油頁巖資源利用技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
油頁巖是一種重要的潛在能源，儲量巨大，在化石燃料中它的儲量折算成發(fā)熱量僅次于煤而列第二位。如果將它折算成頁巖油，世界上的油頁巖儲量約為4750億噸，相當(dāng)于目前世界天然原油探明可采儲量的5.4倍。油頁巖的開發(fā)應(yīng)用已有200多年歷史，油頁巖能源的開發(fā)利用主要在于制取頁巖油。頁巖油的煉制過程通常是采用干餾方法，即在加熱條件下油頁巖發(fā)生裂解生成頁巖油氣，頁巖油氣經(jīng)冷卻獲得頁巖油(中國頁巖油工業(yè)，石油工業(yè)出版社，1984年)。第二次世界大戰(zhàn)期間，由于石油需求量劇增，油價(jià)猛漲，不少國家曾興起了油頁巖開發(fā)熱潮。而在二戰(zhàn)后的和平時(shí)期，由于廉價(jià)的天然石油被發(fā)現(xiàn)和大量開發(fā)，油價(jià)大幅度下降，使剛興起的油頁巖工業(yè)處于了停滯狀態(tài)。80年代后期，隨著世界能源消費(fèi)量的猛增，許多國家在能源消費(fèi)呈多元化的同時(shí)，也著眼于各種可再生能源或其它替代能源的開發(fā)和應(yīng)用，所以形成了油頁巖工業(yè)的再次興起。但是，油頁巖單一煉油的利用方式，由于成本較高，資源利用率差，抗市場經(jīng)濟(jì)性沖擊的能力差，難于持續(xù)發(fā)展。油頁巖作為燃料直接在層燃爐與室燃爐中直接燃燒而產(chǎn)生熱能是油頁巖能源利用的又一途徑(蘇聯(lián)燃油頁巖電站鍋爐，東方電氣評論，1990年，第1期，44～51頁)，這一工藝由于省略了煉制頁巖油的中間轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，而使其能源利用率提高。但由于存在爐膛內(nèi)結(jié)焦、輻射受熱面金屬腐蝕嚴(yán)重、對流受熱面積灰、機(jī)械不完全燃燒熱損失大、難以燃用低熱值油頁巖等問題，難以發(fā)展。油頁巖的鼓泡流化床燃燒(沸騰層過程.中國工業(yè)出版社，1965年，175～214頁)實(shí)現(xiàn)了油頁巖的低溫燃燒，有效地解決了層燃爐與室燃爐油頁巖燃燒帶來的爐內(nèi)結(jié)焦、輻射受熱面金屬腐蝕嚴(yán)重、對流受熱面積灰、難以燃用低熱值油頁巖等問題，但存在飛灰含碳量較高且難以大型化的問題。油頁巖循環(huán)流化床燃燒解決了油頁巖在層燃爐與室燃爐及鼓泡流化床燃燒過程中暴露出來的問題，是油頁巖燃燒利用的有效方式(65t/h示范性油頁巖循環(huán)流化床電廠鍋爐運(yùn)行實(shí)踐.中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2001年，第2期，69～73頁)，但問題是未能實(shí)現(xiàn)油頁巖資源的優(yōu)化合理經(jīng)濟(jì)高效利用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有油頁巖資源利用技術(shù)工藝的不足，提出一種油頁巖綜合優(yōu)化利用的方法，綜合考慮資源、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)與社會效益，實(shí)現(xiàn)科學(xué)利用油頁巖資源，為油頁巖高效、潔凈、經(jīng)濟(jì)、合理的綜合利用提供有效途徑。
為實(shí)現(xiàn)這樣的目的，本發(fā)明將油頁巖礦石破碎與篩分，其中顆粒粒徑較大的油頁巖送入干餾爐制取頁巖油和燃?xì)?，所生成的油頁巖半焦廢棄物經(jīng)破碎后與油頁巖煉油過程中廢棄的小粒徑顆粒的油頁巖細(xì)渣進(jìn)行混合構(gòu)成混合物料，供給循環(huán)流化床鍋爐燃燒，燃燒產(chǎn)生的熱量轉(zhuǎn)化為蒸汽，一部分作為外供工質(zhì)，一部分驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電?；旌衔锪辖?jīng)循環(huán)流化床燃燒后產(chǎn)生的灰渣，進(jìn)一步用來生產(chǎn)水泥、陶粒和建筑砌塊。
本發(fā)明的具體工藝是將煉制頁巖油用的顆粒粒度小于80mm的油頁巖經(jīng)破碎與篩分機(jī)，將其中顆粒粒度大于8mm的油頁巖用輸送機(jī)從上部送入立式油頁巖干餾爐中進(jìn)行干餾，干餾所需要的熱量來自加熱爐，油頁巖干餾爐的干餾溫度450-550℃為宜，干餾產(chǎn)生的頁巖油氣由爐頂排出進(jìn)入頁巖油氣冷卻裝置，經(jīng)冷卻的頁巖油氣再送入頁巖油與飛灰及燃?xì)夥蛛x裝置，分離裝置將頁巖油氣分離為頁巖油、燃?xì)馀c飛灰，然后分別儲存，加以利用。油頁巖干餾后產(chǎn)生的油頁巖半焦，經(jīng)立式油頁巖干餾爐下部排出，經(jīng)干式冷卻裝置冷卻至100℃左右，再在空氣中冷卻至環(huán)境溫度。將油頁巖半焦破碎成小于8mm的顆粒后與粒度小于8mm的油頁巖細(xì)渣篩下物進(jìn)行混合，作為供給循環(huán)流化床鍋爐的燃料。油頁巖半焦與油頁巖細(xì)渣混合物料中顆粒粒徑小于3mm的顆粒質(zhì)量份額大于45％，混合物料的收到基低位發(fā)熱量約為3449.4kJ/kg～14653.8kJ/kg。將混合物料送入燃用油頁巖半焦與油頁巖細(xì)渣混合物料的循環(huán)流化床鍋爐中進(jìn)行燃燒，油頁巖半焦與油頁巖細(xì)渣混合物料在循環(huán)流化床中的燃燒溫度為850-1000℃左右，屬低溫燃燒，以便保持灰渣的活性，同時(shí)有效的控制了熱力型NOx的形成和避免爐內(nèi)結(jié)焦。在循環(huán)流化床燃燒過程中，根據(jù)混合燃料的硫的質(zhì)量含量，將石灰石加入混合燃料中，作為脫硫媒介物，石灰石在運(yùn)行溫度下煅燒生成CaO，CaO與煙氣中的SO2反應(yīng)進(jìn)一步生成CaSO4，抑制SO2的排放，而燃燒裝置的運(yùn)行溫度為CaO脫硫的最佳運(yùn)行溫度區(qū)，因此可獲得高的脫硫效率，從而實(shí)現(xiàn)了油頁巖半焦與油頁巖細(xì)渣組成的混合燃料高效低污染潔凈燃燒的目的。石灰石的添加量視油頁巖半焦與油頁巖細(xì)渣混合燃料的硫的質(zhì)量含量而確定，使加入石灰石后使混合燃料中鈣硫的摩爾比為2～3，脫硫效率可達(dá)90％～98％。燃燒所產(chǎn)生的熱量用來產(chǎn)生熱媒介蒸汽，部分熱媒介蒸汽送入蒸汽工質(zhì)集箱用于生產(chǎn)與供熱，其余熱媒介蒸汽送到發(fā)電裝置，蒸汽的熱能通過汽輪機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能，驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。油頁巖半焦與油頁巖細(xì)渣混合物料在循環(huán)流化床中燃燒后生成的灰渣，一部分為底渣，經(jīng)底渣冷卻器冷卻到100℃后，送入灰渣倉。其余部分為飛灰，飛灰被煙氣攜帶進(jìn)入除塵器，經(jīng)除塵器分離捕捉后將飛灰送入灰渣倉。將灰渣倉的一部分灰渣輸送到陶粒生產(chǎn)裝置來生產(chǎn)陶粒，另一部分輸送到水泥生產(chǎn)裝置用來生產(chǎn)水泥，其余部分輸送到建筑砌塊生產(chǎn)裝置用來生產(chǎn)建筑砌塊。從而實(shí)現(xiàn)了油頁巖資源的科學(xué)綜合優(yōu)化利用。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是(1)實(shí)現(xiàn)了油頁巖資源的制油、發(fā)電、供熱、建材的全方位的綜合優(yōu)化利用，科學(xué)利用資源，具有高的經(jīng)濟(jì)、社會和環(huán)境效益；(2)將油頁巖煉制頁巖油過程中廢棄的顆粒粒徑小于8mm的細(xì)渣與油頁巖煉制頁巖油過程產(chǎn)生的半焦廢棄物作為循環(huán)流化床的燃料，實(shí)現(xiàn)了油頁巖煉油過程中的廢棄物資源化高效潔凈利用；(3)采用油頁巖半焦干冷工藝使從立式干餾爐排出的油頁巖半焦冷卻至100℃，避免了半焦水冷工藝造成的油頁巖半焦含水量增加引起的油頁巖半焦有效利用熱的降低；(4)利用石灰石在混合物料燃燒過程中直接脫硫、脫硫系統(tǒng)簡單、成本低、脫硫效率高；(5)油頁巖半焦與油頁巖細(xì)渣混合物料在循環(huán)流化床中的燃燒溫度為850-1000℃左右，燃燒室溫度場均勻，屬低溫燃燒，有效控制了熱力NOx的生成與排放，同時(shí)有利于保持灰渣的活性；(6)采用循環(huán)流化床燃燒技術(shù)然用油頁巖半焦與油頁巖細(xì)渣混合物料，提高了燃燒效率，同時(shí)提高了石灰石的利用率，減少了媒體物料的補(bǔ)充量。(7)將油頁巖煉制頁巖油的過程中廢棄的顆粒粒徑小于8mm的油頁巖細(xì)渣及油頁巖煉制頁巖油的過程中生成的半焦廢棄物資源化潔凈利用，大幅度降低了油頁巖煉油過程中的生產(chǎn)成本和油頁巖細(xì)渣及油頁巖煉制頁巖油的過程中生成的半焦廢棄物對環(huán)境造成的污染。
本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了油頁巖資源的綜合優(yōu)化利用，科學(xué)利用資源，具有高的經(jīng)濟(jì)、社會和環(huán)境效益，可在油頁巖儲地推廣應(yīng)用。


圖1為本發(fā)明方法涉及的系統(tǒng)設(shè)備及工藝流程示意圖。
圖1中，1為油頁巖料斗、2為破碎與篩分機(jī)、3為篩下物油頁巖細(xì)渣廢棄物料斗、4為顆粒粒徑大于8mm油頁巖料斗、5為立式油頁巖干餾爐、6為干式冷卻裝置、7為油頁巖半焦倉、8為加熱爐、9為油頁巖半焦與油頁巖細(xì)渣混合物料儲倉、10為石灰石料斗、11為燃用油頁巖半焦與油頁巖細(xì)渣混合物料循環(huán)流化床鍋爐、12為頁巖油氣冷卻裝置、13為頁巖油與飛灰及燃?xì)夥蛛x裝置、14為飛灰倉、15為底渣冷卻器、16為底渣灰倉、17為除塵器、18為灰渣倉、19為燃?xì)鈨蕖?0為頁巖油儲罐、21為發(fā)電裝置、22為陶粒生產(chǎn)裝置、23為水泥生產(chǎn)裝置、24為建筑砌塊生產(chǎn)裝置、25為蒸汽工質(zhì)集箱。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)工藝作進(jìn)一步描述。
圖1為本發(fā)明的技術(shù)工藝。如圖1所示，煉制頁巖油用的顆粒粒度為0～80mm油頁巖送入油頁巖料斗1，經(jīng)破碎與篩分機(jī)2將顆粒粒度小于8mm的油頁巖細(xì)渣篩下物送入油頁巖細(xì)渣廢棄物料斗3，顆粒粒度大于8mm的油頁巖送入油頁巖料斗4，輸送機(jī)將顆粒粒度大于8mm的油頁巖從頂部送入立式油頁巖干餾爐5進(jìn)行干餾，油頁巖干餾爐的干餾溫度450-550℃為宜，干餾所需要的熱量來自加熱爐8，加熱爐所需燃?xì)鈦碜皂搸r油與飛灰及燃?xì)夥蛛x裝置13，干餾產(chǎn)生的頁巖油氣由油頁巖干餾爐5的爐頂排出進(jìn)入頁巖油氣冷卻裝置12，經(jīng)冷卻的頁巖油氣送入頁巖油與飛灰及燃?xì)夥蛛x裝置13，由頁巖油與飛灰及燃?xì)夥蛛x裝置13將冷卻的頁巖油氣分離為頁巖油、燃?xì)馀c飛灰，將頁巖油送入頁巖油儲罐20，將燃?xì)馑腿肴細(xì)鈨?9，將飛灰送入飛灰倉14，然后分別加以利用。油頁巖經(jīng)干餾制取頁巖油后產(chǎn)生的油頁巖半焦由立式油頁巖干餾爐5下部排出，經(jīng)干式冷卻裝置6冷卻至100℃左右送入油頁巖半焦倉7，將油頁巖半焦倉7的物料破碎成8mm以下的顆粒后與油頁巖細(xì)渣廢棄物料斗3的物料進(jìn)行混合，油頁巖半焦與油頁巖細(xì)渣混合物料中顆粒粒徑小于3mm的顆粒質(zhì)量份額大于45％，混合物料的收到基低位發(fā)熱量為3449.4kJ/Kg～14653.8kJ/kg，將混合物料送入油頁巖半焦與油頁巖細(xì)渣混合物料儲倉9儲存。運(yùn)行時(shí)將混合物料送入燃用油頁巖半焦與油頁巖細(xì)渣混合物料的循環(huán)流化床鍋爐11中進(jìn)行燃燒，油頁巖半焦與油頁巖細(xì)渣混合物料在循環(huán)流化床中的燃燒溫度為850-1000℃左右，屬低溫燃燒，來保持灰渣的活性和抑制熱力型氧化氮的生成。在循環(huán)流化床燃燒過程中，根據(jù)混合燃料的硫的質(zhì)量含量，將石灰石加入混合燃料中，作為脫硫媒介物，其油頁巖半焦與油頁巖細(xì)渣及石灰石構(gòu)成的混合物料中鈣硫的摩爾比為2～3，脫硫效率約為90％～98％。燃燒過程中脫硫所需石灰石來自于石灰石料斗10，燃燒所產(chǎn)生的熱量用來產(chǎn)生熱媒介蒸汽，部分熱媒介蒸汽送入蒸汽工質(zhì)集箱25，其余熱媒介蒸汽送到發(fā)電裝置21，蒸汽的熱能通過汽輪機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能，驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。油頁巖半焦與油頁巖細(xì)渣混合物料在循環(huán)流化床中燃燒后生成的灰渣，一部分為底渣，經(jīng)底渣冷卻器15冷卻到100℃后，送入底渣灰倉16，而后送入灰渣倉18。其余部分為飛灰被煙氣攜帶進(jìn)入除塵器17，經(jīng)除塵器分離捕捉后將飛灰送入灰渣倉18。將灰渣倉的一部分灰渣輸送到陶粒生產(chǎn)裝置22用來生產(chǎn)陶粒，另一部分輸送到水泥生產(chǎn)裝置23用來生產(chǎn)水泥，其余部分輸送到建筑砌塊生產(chǎn)裝置24用來生產(chǎn)建筑砌塊。從而實(shí)現(xiàn)了油頁巖資源的科學(xué)綜合優(yōu)化利用。
權(quán)利要求
1.一種油頁巖綜合優(yōu)化利用的方法，其特征在于將顆粒粒度小于80mm的油頁巖經(jīng)破碎與篩分機(jī)(2)，將其中顆粒粒度大于8mm的油頁巖送入立式油頁巖干餾爐(5)中進(jìn)行干餾，干餾溫度450-550℃，干餾產(chǎn)生的頁巖油氣進(jìn)入頁巖油氣冷卻裝置(12)，經(jīng)冷卻的頁巖油氣再送入頁巖油與飛灰及燃?xì)夥蛛x裝置(13)，將頁巖油氣分離為頁巖油、燃?xì)馀c飛灰，分別儲存加以利用；油頁巖干餾后產(chǎn)生排出的油頁巖半焦經(jīng)干式冷卻裝置(6)冷卻至100℃，再破碎成小于8mm的顆粒后與粒度小于8mm的油頁巖細(xì)渣進(jìn)行混合，構(gòu)成混合物料，將混合物料送入循環(huán)流化床鍋爐(11)中進(jìn)行燃燒，燃燒溫度為850-1000℃，燃燒過程中添加石灰石使混合燃料中鈣硫的摩爾比為2～3，燃燒所產(chǎn)生的熱量用來產(chǎn)生熱媒介蒸汽，部分熱媒介蒸汽送入蒸汽工質(zhì)集箱(25)用于生產(chǎn)與供熱，其余熱媒介蒸汽送到發(fā)電裝置(21)；油頁巖半焦與油頁巖細(xì)渣混合物料在循環(huán)流化床中燃燒后生成的灰渣，一部分為底渣，經(jīng)底渣冷卻器(15)冷卻到100℃后經(jīng)底渣灰倉(16)送入灰渣倉(18)，其余飛灰被煙氣攜帶進(jìn)入除塵器(17)，經(jīng)除塵器分離捕捉后送入灰渣倉(18)，將灰渣倉的一部分灰渣輸送到陶粒生產(chǎn)裝置(22)來生產(chǎn)陶粒，另一部分輸送到水泥生產(chǎn)裝置(23)用來生產(chǎn)水泥，其余部分輸送到建筑砌塊生產(chǎn)裝置(24)用來生產(chǎn)建筑砌塊，從而實(shí)現(xiàn)油頁巖資源的科學(xué)綜合優(yōu)化利用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的油頁巖綜合優(yōu)化利用的方法，其特征在于所述油頁巖半焦與油頁巖細(xì)渣混合物料的收到基低位發(fā)熱量為3449.4kJ/kg～14653.8kJ/kg。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的油頁巖綜合優(yōu)化利用的方法，其特征在于所述油頁巖半焦與油頁巖細(xì)渣混合物料中顆粒粒徑小于3mm的顆粒質(zhì)量份額大于45％。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種油頁巖綜合優(yōu)化利用的方法，將油頁巖礦石破碎與篩分，其中顆粒粒徑約為8mm～80mm的油頁巖送入干餾爐制取頁巖油和燃?xì)?，所生成的油頁巖半焦廢棄物經(jīng)破碎形成8mm以下的顆粒，與油頁巖煉油過程中廢棄的顆粒粒徑小于8mm的油頁巖細(xì)渣進(jìn)行混合構(gòu)成混合物料，供給循環(huán)流化床鍋爐燃燒，燃燒產(chǎn)生的熱量轉(zhuǎn)化為蒸汽，一部分作為外供工質(zhì)，一部分驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電?；旌衔锪辖?jīng)循環(huán)流化床燃燒后產(chǎn)生的灰渣，進(jìn)一步用來生產(chǎn)水泥、陶粒和建筑砌塊。本發(fā)明將油頁巖資源綜合優(yōu)化科學(xué)利用，為儲量巨大的油頁巖資源的高效、經(jīng)濟(jì)、潔凈的合理利用開創(chuàng)了一條新的途徑。
文檔編號C04B35/00GK1683472SQ20051002441
公開日2005年10月19日 申請日期2005年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月17日
發(fā)明者姜秀民, 于立軍, 韓向新, 張超群, 崔志剛, 王輝, 劉建國, 任庚坡 申請人:上海交通大學(xué)