提煉含油固體的方法和裝置的製作方法

2023-09-16 17:10:05 2

專利名稱：提煉含油固體的方法和裝置的製作方法
提煉含油固體的方法和裝置 本發明涉及提煉含有油和/或瀝青的固體特別是油砂或油頁巖的方法和裝置。
油或焦油砂為主要起始於中生代的黑砂地層，其遍及全世界分布且具有約5-18% 的礦物油含量。與液體石油不同，油砂濃厚粘稠且必須首先與砂分離開再加工成原油。在 靠近地表的區域中，油砂通過藉助於龐大鬥輪和拉鏟挖掘機露天開採而採出並研磨到粒度 < 30iim。藉助於熱水和蒸汽提取重油，其中在頂部積聚具有有機相的懸浮液。將下面的部 分分離並再次提純。因此，對於油回收來說需要非常多的水，另外其並非完全無油排放。
油頁巖是指泥灰巖或來自各種地質年代的其它類型的粘土質瀝青沉積巖石的形 成山脈的地層，其富含來自化石化的微生物或來自花粉的有機物質(油母瀝青)。從油頁巖 中回收油傳統上通過採礦和隨後的熱解(在50(TC下碳化)實現。或者，通過向巖石中注入 蒸汽-空氣混合物使用地下回收(原位)，所述巖石通過爆破和點燃排出油的火焰鋒而預先 崩裂。 因此，從油砂或油頁巖中回收原油成本相對密集。然而，隨著石油價格提升，在經 濟上，從油砂和油頁巖中回收原油變得越來越引人關注。目前從油砂和焦油砂中回收油中 的主要問題是需要高水量消耗和排放含有殘油的廢水。 從美國專利4，507， 195中知道了在於餾爐中蒸餾的固體上來使汙染了的油頁巖 或焦油砂油焦化的方法。將含烴固體與熱的傳熱材料混合，以使所述固體的溫度升高到適 於熱解所述烴的溫度。使該混合物保持在熱解區，直到釋放足量的烴蒸氣。在該熱解區中， 氣提氣體穿過該混合物，以降低放出的烴蒸氣的露點並夾帶細顆粒。因此，從熱解區中獲得 汙染了的烴蒸氣、氣提氣體和夾帶的細顆粒的混合物。從汙染了的烴蒸氣中分離出重質部 分並將其在由所述細顆粒構成的流化床中熱裂化，由此使雜質以及焦炭沉積在流化床中的 細顆粒上。將產物油蒸氣從焦化罐中排出。使用再循環的熱解了的油頁巖或焦油砂作為傳 熱材料，其已穿過燃燒區，以燒掉碳渣並提供用於原料熱解的熱量。因為在燃燒區與熱解爐 之間沒有壓力密封，所以燃燒區的氧化氣氛能進入熱解爐並損害油蒸氣的品質。另外，焦化 罐中的熱裂化消耗非常多的能量，且因此昂貴。 從EP 1015527B1中還知道了熱處理含有揮發性可燃成分的原料的方法，其中在 熱解反應器中使該原料與來自收集倉的熱的粒狀固體混合，在該熱解反應器中存在相對高 的溫度。在該反應器中，由此將引起氣體和蒸氣中的裂化反應。 除了上述方法中使用的熱裂化之外，還知道催化裂化方法。在流化催化裂化(FCC) 中，將提煉廠的重餾分分解成氣體、液化氣體和汽油，優選分解成長鏈正構烷烴和異構烷 烴。裂化通常在45(TC至55(TC之間的溫度下和1. 4巴的反應器壓力下藉助於基於矽鋁酸 鹽的沸石催化劑來進行。FCC裂化器例如在US 7， 135， 15皿、US 2005/0118076A1或US 2006/0231459A1中描述。示例性的催化劑在WO 2006/131506A1中公開。其它方法例如為 焦化或加氫裂化。 本發明的目標在於提供從含油固體中回收原油的更有效的方法。
此目標基本由本發明通過具有下列步驟的方法解決-向反應器中供應所述含油固體並在300-100(TC、優選350-90(rC的溫度下排出
4含油蒸氣；-將在所述反應器中排出的所述含油蒸氣送去催化處理，在所述催化處理中重油
組分被裂化，-分離所述處理中獲得的產物並排出產物料流；-將留在所述反應器中的固體，包括未蒸發的重質烴部分，引入爐子中；-在所述爐子中在600-150(TC、優選1050-120(TC的溫度下燃燒留在所述固體中
的重質烴，-使熱固體從所述爐子再循環到所述反應器中，其中通過阻擋設備所述爐子的氧 化氣氛與所述反應器的氣氛分隔開。 所述含油固體中所含的油在所述反應器中蒸發50 % -90 % ，優選70 % -80 % ，且送 去進行所述處理中，特別送至FCC裂化器中。在此，重油組分分解成輕油組分。在所述爐子 將留在所述固體中的剩餘油含量或油產物內容物燃燒，以產生所述反應器中所需的熱量， 該熱量經由從所述爐子中排出的固體傳遞給所述反應器。在爐子與反應器之間提供密封 件，以使爐子的氧化氣氛與蒸餾區分隔開並避免反應器中產生的油蒸氣氧化、燃燒或甚至 爆炸。通過使用催化處理，與普通裂化相比，可採用較低的能量消耗來增加產物料流中的輕 質油的量。 根據本發明的優選方面，所述含油固體在被引入反應器之前在80-12(TC的溫度下 在一級或多級乾燥器中乾燥。在最小油損失的情況下，由此應將水分含量大量地從含油固 體中除去。可將從乾燥器中排出的氣體料流作為額外燃料供應到爐子中或例如用作所述方 法的其它部分中的流化氣體。或者，其中所含的超輕烴可例如通過蒸餾分離並作為產品利 用。或者，隨後還可將所述水供應到廢水處理裝置中。 為了最小化從爐子再循環到反應器的傳熱介質的質量流量，根據本發明的開發， 對可能在一級或多級預熱器中預乾燥過的含油固體預熱至110-30(TC的溫度。另外，被供應 到反應器中的熱量由此相應降低。具有蒸汽作為傳熱介質的流化床或熔鹽反應器可用作預 熱器。所述熱量還可間接傳遞。 所述反應器特別用以蒸餾蒸發可能預乾燥過且預熱過的固體中所含的油。為了優 化從爐子再循環的煅燒過的物質向預熱過的含油固體的熱傳遞，例如，可使用循環流化床、 固定式流化床、環形流化床或傳送反應器或閃燒反應器。 根據本發明，所述反應器的流態化藉助於氣體料流實現，所述氣體料流得自於預 熱階段和/或裂化器且含有輕質烴。然而，氮氣、氫氣、二氧化碳、一氧化碳、含有空氣或氧 氣的氣體混合物或來自所述爐子的部分廢氣也可作為流化氣體供應到反應器中。空氣或氧 氣在此可用於調整或引發部分燃燒以便改進溫度或產率。如果還將氫氣用於流態化，則由 此可促進重質烴的裂化。還可能藉助於惰性氣體例如氮氣進行流態化。
可將處於排出料流(例如，所述爐子的廢氣)的溫度下的冷的流化氣體進一步預 熱或甚至冷卻後供應到反應器中。 為了提高效率，所述反應器可在0.001-1巴範圍內的減壓下操作。降低壓力促進 油從固體中蒸發。此外，可將催化物質等和例如微波或超聲波能量供應給反應器以增加或 控制油從固體中的蒸發。 在本發明的另一實施方案中，所述乾燥和/或預熱階段的氣氛也彼此分隔開或與所述反應器分隔開。這避免了不可控制地輸入來自乾燥和/或預熱階段的其它氣體，例如氧氣。 因為從所述反應器和所述預熱器中排出的氣體料流仍然含有細固體顆粒，所以所 述氣體料流在被弓I入裂化器之前穿過根據本發明的除塵設備。 裂化優選在FCC裂化器中在400-60(TC、特別是450_550°C的溫度下且在1-2巴、 優選1. 3-1. 5巴的壓力下藉助於基於矽鋁酸鹽的沸石催化劑來進行。因此，根據本發明，也 在該壓力下操作所述反應器。如果所述反應器的壓力低於FCC單元的壓力，則該壓力必須 通過例如鼓風機或噴射器來增加。 根據本發明，包含在所述裂化器中的產物的隨後分離在蒸餾塔中實現，從所述蒸 餾塔中排出產物料流，例如汽油、柴油、輕質烴等。 裂化過程得以促進之處在於從所述反應器中排出的氣體已是熱的。所述裂化器可 包括循環流化床，向其中供應從所述反應器中排出的氣體料流作為二次空氣；環形流化 床，其中從所述反應器中排出的氣體料流經由中心鼓風口來供應；或固定式流化床；或者 可為閃燒反應器。 所述爐子用於為所述反應器產生熱量，其中所述反應器中所需的例如300-80(TC 的高溫經由爐子中加熱的固體引入反應器中。為了確保留在所述固體中的重油組分或油產 物的完全燃燒，根據本發明所述爐子中的燃燒在富含氧氣的氣氛中進行，所述氣氛可通過 供應空氣、富含氧氣的空氣或純氧而產生。可供應冷的或預熱過的燃燒氣體。
根據本發明用作爐子的是循環流化床、環形流化床、固定式流化床、傳送反應器或 閃燒反應器、旋轉窯或柵格燃燒。為了增加能量效率，優選分段燃燒(例如，所供應的氣體 相對於燃燒材料的需氧量而言低化學計量段或超化學計量段)。可將額外燃料以未處理的 含油固體、煤、廢料等形式供應到所述爐子中。 所述爐子中的溫度應該儘可能高，因為由此可在所述反應器中獲得更高的溫度， 這引起更高的產率。然而，在更高的溫度下，將有更少的來自所述反應器的含油殘餘部分進 入所述爐子，因此需要額外的燃料。藉助於所述含油物質和/或可能供應的額外燃料的性 質來確定最適宜情形。 根據本發明的開發，從廢氣和/或煅燒殘餘物中回收在所述爐子中產生的熱量。 這原則上以已知方式藉助於例如以流化床冷卻器和/或流化床加熱器、熱回收旋風分離 器、廢熱鍋爐或文丘裡管(Venturi)/旋風分離器組合形式的熱回收系統來進行。還可能利 用所述爐子中產生的熱量來預熱乾燥器、預熱器、反應器和/或裂化器的流化氣體料流或 間接加熱預熱器和/或乾燥器。所述熱量還可用於蒸汽回收。 本發明還延伸到提煉含油固體例如油砂和油頁巖以及含油或放出油的粒狀(且 因此是可流態化的)物質或廢物的裝置，該裝置包含反應器，向其中供應含油固體；爐子， 向其中供應燃料和來自所述反應器的固體；返回管，所述爐子中產生的熱固體經由其再循 環到所述反應器中；阻擋設備，用於將所述爐子的氣氛與所述反應器的氣氛分隔開；裂化 器，向其中供應在所述反應器中從所述含油固體中排出的含油蒸氣且重油組分在其中分 解；和分離設備，用於分離所述裂化器中獲得的產物。 根據本發明的開發，所述裝置還可包括用於乾燥和預熱所引入的固體的乾燥器和 預熱器以及除塵設備和/或熱回收系統。
在本發明的優選方面中，在所述爐子與所述反應器之間的阻擋設備包括下料管， 固體料流經由其從爐子中排出；上升管，其在接近於所述下料管的底部之處以向上方向從 所述下料管上分支出來；和在所述上升管下方的輸送氣體供應，其中從所述爐子中排出的 固體料流通過所述輸送氣體流態化並經由所述上升管輸送到所述反應器。這不僅提供對於 供應到反應器中的傳熱介質的質量流量的控制，其可經由輸送氣體的供應來控制，還可提 供所述爐子的氧化氣氛與所述反應器之間的可靠壓力密封。能夠可靠地避免所述反應器中 排出的油蒸氣的氧化、燃燒或甚至爆炸。除了上述所謂的密封罐構造以外，還可使用例如活 底料鬥、止回閥或這些元件的組合。 在本發明的開發中，還提供了用於將所述乾燥器和/或所述預熱器的氣氛與所述 反應器的氣氛分隔開的阻擋設備。用於使所述乾燥和/或預熱階段的氣氛彼此分隔開或 與所述反應器分隔開的分隔設備可與爐子與反應器之間描述的分隔裝置相同，但在此情況 下，下料管來自該乾燥階段或預熱階段。 本發明的開發、優勢和可能的應用還可以從以下對實施方案和圖的描述中得到。 所描述和/或說明的所有特徵本身或以任何組合形成構成本發明的主題，不管它們是否包 含於權利要求書中或背景文獻(back-reference)中。
在圖中，

圖1圖解顯示了用於進行本發明的方法的裝置，
圖2圖解顯示了配置在爐子與反應器之間的阻擋設備。 圖1中圖解顯示的提煉含油固體的裝置包括一級或多級乾燥器2，經由供應管路1 向其中供應含油固體例如油砂或油頁巖。乾燥了的油砂或油頁巖經由管路3供應到一級或 多級預熱器4中，所述固體在其中被預熱到150-30(TC的溫度。如此預熱了的固體隨後經由 管路5供應到蒸餾反應器6中，所述固體在其中被加熱到600-800°C，並從而排出所述固體 中所含的油的大部分。在穿過除塵設備8(其可配置為旋風分離器、多管式旋風分離器、過 濾器或它們的組合)後，得到的油蒸氣經由管路7供應到具有基於矽鋁酸鹽的沸石催化劑 的FCC裂化器9中。在該裂化器9中，重油組分分解成輕質烴，該輕質烴可在後繼分離設備 IO例如蒸餾塔中分離。 留在反應器6中的固體(在排出油蒸氣後，其仍然含有未蒸發的重質烴部分)經 由管路11供應到流化床爐12中，可經由管路13、14向其中供應用於啟動爐子12的額外燃 料或傳熱介質。 返回管15自爐子12通向圖2中未說明的阻擋設備16，阻擋設備16用於將爐子的 氣氛和反應器的氣氛分隔開並經由管路17與反應器6相連。 來自爐子12的廢氣經由管路18供應到熱回收系統19中且隨後經由管路20供應 到氣體淨化21中。爐子12的煅燒殘餘物也可經由管路22供應到熱回收系統23中。
熱回收系統19、23中獲得的熱空氣可經由管路24引入所述爐子中作為助燃空氣。
在圖2中，詳細說明了所謂的密封罐作為合適的阻擋設備16的實例。下降返回管 15(其還被稱為下料管50或下料器，熱固體經由其排出作為反應器6的傳熱介質)從爐子 12分支出來。下料管50的入口區也稱為下料管的頂部51。剛好在下料管50的底部52之 前，指向上方的管路(它還被稱為上升管52或提升管)從下料管50分支出來並基本豎直 地延伸到頂部。下料管50的直徑為上升管53的直徑的約兩倍大。上升管53的入口區或底部54可略微突出到下料管50中或與所述下料管的壁平齊終止。在上升管53的上端或 頂部55處，所述上升管通向排料罐56，固體可經由管路17從排料罐56流到反應器6中。 在下料管50的底部52處，在上升管底部54下方，經由與供應管路58連接的鼓風口 57供 應輸送氣體，以使固體料流在上升管53中流態化。原則上，任何合適的輸送氣體都可用作 流化氣體。優選使用第三氣體特別是惰性氣體例如氮氣以確保在爐子12中的流化床與上 升管53的頂部之間氣氛的分隔。 根據本發明的提煉含油固體的裝置基本如上所述構造。在下文中，將說明其操作 模式、功能和作用。 在乾燥器2中，例如藉助於經由流化管路25a供應的流化空氣，將經由供應管路1 供應的粉碎的或未粉碎的含油固體乾燥並加熱到80-12(TC的溫度(約l巴壓力)。含有水、 蒸氣和超輕油組分的氣體料流經由排料管路26排放且可供應到爐子12中。
隨後，在預熱器4中將乾燥過的固體預熱到110-300°C的溫度，所述預熱器4經由 流化管路25b供應流化氣體。由此排出的輕油組分例如經由流化管路25c引入反應器6中 作為流化氣體，或經由排料管路27排出且在除塵後供應到裂化器9中。在反應器6中，預 熱了的固體藉助於從爐子12中再循環的熱固體被加熱到300-80(TC的溫度，由此排出所述 固體中所含的油的70-80% 。得到的油蒸氣經由管路7供應到除塵設備8中並在除塵後引 入FCC裂化器9中，以使重油組分分解為輕質烴。這些烴隨後在分離設備10中分離並作為 單獨含烴產物料流排出。可能使用來自分離設備10的一些輕油組分或氣態組分作為乾燥 器或預熱器的流化氣體。 所述爐子的燃燒產物可供應到熱回收系統19、23中。 留在反應器9中的固體，包括未蒸發的重油組分，經由管路11引入爐子12中並在 1050-120(TC的溫度下燃燒。在本方法中，僅燃燒包含在所述固體中的油組分並使固體達到 高溫，以使得其可充當反應器6的傳熱介質。這些熱固體隨後可經由返回管15、阻擋設備 16和管路17再循環到反應器6中。
實施例 將約1000t/h的具有142t/h的油含量的油砂經由管路1供應到乾燥器2中並在 ll(TC的溫度下乾燥。將988t/h的剩餘固體經由管路3供應到預熱器4中並在此預熱到 200°C。將剩餘的986t/h的固體經由管路5引入反應器中並加熱到800°C。將由此排出的 質量流量為97t/h的油蒸氣供應到除塵設備8中，且隨後供應到FCC裂化器9和分離設備 10中。得到100t/h的總產物料流。將得到的廢水供應到爐子12中。 從反應器6中排出的固體經由管路11引入爐子12中並在此通過燃燒所述固體中 所含的重油組分而加熱到1050°C。 2300t/h的固體料流經由返回管15、阻擋設備16和管路 17再循環到反應器6中。剩餘固體經由管路22從爐子12中排出並供應到熱回收系統23 中，從其中排出溫度為8(TC的850t/h的固體。將來自爐子12的廢氣(其氧氣含量為3%) 供應到熱回收系統19中並可用於產生125麗的能量。將熱回收系統19的廢氣以744t/h 的質量流量和20(TC的溫度供應到氣體淨化21中，以除去有毒物質例如S02、N0X等。
附圖標記列表
1供應管路
8
2乾燥器3管路4預熱器5管路6反應器7管路8除塵設備9裂化器10分離設備11管路12爐子13管路14管路15返回管16阻擋設備17管路18管路19熱回收系統20管路21氣體淨化22管路23熱回收系統24管路25a-c流化管路26排料管路27排料管路50下料管51下料管的頂部52下料管的底部53上升管54上升管的底部55上升管的頂部56排料罐57鼓風口58供應管路
權利要求
提煉含油固體特別是油砂或油頁巖的方法，其具有下列步驟-將所述含油固體供應到反應器中並在300-1000℃的溫度下排出含油蒸氣，-將在所述反應器中排出的含油蒸氣送去處理，重油組分在所述處理中被分解，-分離所述處理中獲得的產物並排出產物料流，-將留在所述反應器中的固體，包括未蒸發的重質烴部分，引入爐子中，-在所述爐子中在600-1500℃、優選1050-1200℃的溫度下燃燒留在所述固體中的重質烴，-使熱固體從所述爐子再循環到所述反應器中，其中通過阻擋設備將所述爐子的氧化氣氛與所述反應器的氣氛分隔開。
2. 根據權利要求l的方法，其特徵在於所述含油固體在被引入所述反應器中之前在至 少一個乾燥階段中在80-12(TC下乾燥。
3. 根據權利要求1或2的方法，其特徵在於所述含油固體在被引入所述反應器中之前 在至少一個預熱階段中預熱到110-30(TC的溫度。
4. 根據前述權利要求中任一項的方法，其特徵在於所述反應器為流化床反應器。
5. 根據權利要求4的方法，其特徵在於將從預熱階段和/或所述處理特別是從裂化器 中獲得的含有輕質烴的氣體料流供應到所述反應器中作為流化氣體。
6. 根據權利要求4或5的方法，其特徵在於將氮氣、空氣、氧氣、氫氣和/或來自所述爐 子的部分廢氣供應到所述反應器中作為流化氣體。
7. 根據權利要求4-6中任一項的方法，其特徵在於供應到所述反應器中的所述氣體料 流為冷的或預熱過的。
8. 根據前述權利要求中任一項的方法，其特徵在於在所述反應器中通過蒸餾從所述固 體中排出所述含油蒸氣。
9. 根據前述權利要求中任一項的方法，其特徵在於所述反應器在0.001-1巴範圍內的 減壓下操作。
10. 根據前述權利要求中任一項的方法，其特徵在於供應到所述裂化器的所述氣體料A塵c流在被引入所述裂化器中之前被除
11. 根據前述權利要求中任一項的方法，其特徵在於所述催化裂化在400-60(TC的溫 度和1-2巴的壓力下藉助於沸石催化劑來進行。
12. 根據前述權利要求中任一項的方法，其特徵在於所述裂化器中獲得的產物的分離 在蒸餾塔中進行。
13. 根據前述權利要求中任-氣氛中進行。
14. 根據前述權利要求中任-
15. 根據前述權利要求中任一〕 煤等形式供應到所述爐子中。
16. 根據前述權利要求中任一項的方法，其特徵在於從廢氣和/或煅燒殘餘物中回收 在所述爐子中產生的熱量。
17. 提煉含油固體例如油砂或油頁巖、特別是執行根據前述權利要求中任一項的方法 的裝置，其包含反應器(6)，向其中供應所述含油固體；爐子(12)，向其中供應燃料和來自 -項的方法，其特徵在於所述爐子中的燃燒在富含氧氣的-項的方法，其特徵在於在所述爐子中進行分段燃燒。 ^項的方法，其特徵在於將額外燃料以未處理的含油固體、所述反應器(6)的固體；返回管(15)，所述爐子(12)中產生的熱固體經由其再循環到所述 反應器(6)中；阻擋設備(16)，用於將所述爐子(12)的氣氛與所述反應器(6)的氣氛分隔 開；處理設備(9)，特別是裂化器，向其中供應在所述反應器(6)中從所述含油固體中排出 的含油蒸氣且所述重油組分在其中分解；和分離設備(IO)，用於分離所述處理設備(9)中 獲得的產物。
18. 根據權利要求17的裝置，其特徵在於所述反應器(6)為流化床反應器。
19. 根據權利要求17或18的裝置，其特徵在於在所述反應器(6)之前有至少一個乾燥 階段(2)。
20. 根據權利要求17-19中任-個預熱階段(4)。
21. 根據權利要求17-20中任劑。
22. 根據權利要求17-21中任-設備(8)。
23. 根據權利要求17-22中任-窯或閃燒反應器。
24. 根據權利要求17-23中任-回收系統(19、23)。
25. 根據權利要求17-24中任-(6)之間的阻擋設備(16)包括下料管(50)，固體料流經由其從所述爐子(6)中排出；上升 管(53)，其在接近於下料管(50)的底部(52)處從所述下料管(50)分支出來；和在所述上 升管(53)下方的輸送氣體供應，其中從所述爐子(12)中排出的固體料流通過所述輸送氣 體流態化並經由所述上升管(53)輸送到所述反應器(6)。項的裝置，其特徵在於在所述反應器(6)之前有至少一 -項的裝置，其特徵在於所述裂化器(9)包含沸石催化 項的裝置，其特徵在於在所述裂化器(9)之前提供除塵 項的裝置，其特徵在於所述爐子(12)為流化床爐、旋轉 -項的裝置，其特徵在於在所述爐子(12)的下遊提供熱 -項的裝置，其特徵在於在所述爐子(12)與所述反應器
全文摘要
對於提煉含油固體，特別是油砂或油頁巖，提出具有下列步驟的方法將所述含油固體供應到反應器中且在300-1000℃的溫度下排出含油蒸氣，將在所述反應器中排出的所述含油蒸氣供應到裂化器中，重油組分在其中分解，分離所述裂化器中獲得的產物且排出產物料流，將留在所述反應器中的固體，包括未蒸發的重質烴部分，引入爐子中，在所述爐子中在600-1500℃、優選1050-1200℃的溫度下燃燒留在所述固體中的重質烴，使熱固體從所述爐子再循環到所述反應器中，其中通過阻擋設備將所述爐子的氧化氣氛與所述反應器的氣氛分隔開。
文檔編號C10G1/02GK101778927SQ200880102922
公開日2010年7月14日 申請日期2008年6月24日 優先權日2007年7月13日
發明者G·切尼德爾, M·米薩拉, N·阿納斯塔斯耶維克 申請人:奧圖泰有限公司