專利名稱：提煉含有有機成分的原材料的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及提煉含有有機成分的原材料的方法和裝置，所述含有有機成分的原材 料例如含有油、浙青和/或油母質的固體，具體為油砂或焦油砂或油頁巖。
背景技術：
鑒于石油礦藏的日益短缺，含有有機成分的原材料例如油砂或焦油砂或者油頁巖 的經濟開采已備受關注。油砂或焦油砂是粘土、砂、水和烴的混合物。后者可以具有從浙青 到正常原油的不同組成和范圍。砂中的烴含量在約和18%之間。開采的經濟效益隨烴 含量而增加。油砂或焦油砂通過表層采礦來回收。當從較深的土層中提取它們時，已經現 場實現了油砂或焦油砂的最初處理。將蒸汽引入到礦藏中，以使烴液化。因此，這種油回收 需要非常多的水，另外，這些水不能從油中完全排出。油頁巖是含有浙青或低揮發性油的巖石。有機物(油母質)的含量在約10%和 30%之間。從巖石學含義講，油頁巖不是頁巖，而是分層的非片巖狀的沉積巖。從油頁巖中 回收烴(例如油)傳統上通過采礦和隨后的熱解(在500°C進行干餾)來實現。可選地，還 使用地下回收(現場)，通過將蒸汽_空氣混合物擠壓到先前通過爆破而松散的巖石中，并 點燃火焰前緣，從而使烴諸如油排出。因此，先前從油砂或焦油砂或者油頁巖中回收烴諸如原油相對而言成本高。隨著 油價格上漲，從油砂或焦油砂和油頁巖中回收諸如原油的烴在經濟方面變得日益重要。當 前從油砂或焦油砂和油頁巖中回收諸如原油的烴的主要問題是需要消耗大量的水，并排出 含有殘油的廢水。根據美國專利4，507，195，已知的是用于使在曲頸瓶中蒸餾的固體上的被污染的 油頁巖或焦油砂油焦化的方法。這里，使烴質固體與熱的熱傳遞物質混合，以將固體的溫度 升高至適合于烴熱解的溫度。使混合物保持在熱解區，直到釋放出足夠量的烴蒸氣為止。在 熱解區中，汽提氣體穿過混合物，從而降低得到的烴蒸氣的露點，并夾帶細顆粒。因此，從熱 解區獲得被污染的烴蒸氣、汽提氣體和夾帶的細顆粒的混合物。從被污染的烴蒸氣中分離 重餾分，并在由細顆粒組成的流化床中進行熱裂化，由此雜質與焦炭一起沉積在流化床中 的細顆粒上。從焦化容器中排出產物油蒸氣。使用來自熱解的油頁巖或焦油砂的再循環的 固體殘渣作為熱傳遞物質，其被引導穿過燃燒區，從而使剩余的碳燃燒，并為原材料的熱解 提供熱量。因為在燃燒區和熱解爐之間沒有壓力密封，燃燒區的氧化氣氛可以進入熱解爐， 并對油蒸氣的品質造成不利影響。焦化容器中的熱裂化還消耗大量的能量，因此成本高。根據EP 1 015 527B1，已知的是用于含揮發性、易燃成分的原料的熱處理的方法， 其中，原料在具有相對高的溫度的熱解反應器中與來自收集倉的熱的粒狀固體混合。這會 導致反應器中的氣體和蒸氣的裂化反應。除了在上述方法中使用的熱裂化之外，還已知的是催化裂化方法。在流體催化裂 化(FCC)中，將煉油廠的重餾出物分解成氣體、液化氣體和汽油，優選地分解成長鏈正烷烴 和異烷烴。裂化通常借助于硅酸鋁基沸石催化劑在450°C和550°C之間的溫度和1. 4巴的反應器壓力下實現。例如，在 US 7，135，151B1、US 2005/0118076A1 或 US2006/0231459A1 中描述了 FCC裂化器。在WO 2006/131506A1中公開了示例性的催化劑。作為用于進一步處理烴餾分的其它可能性，通過實施例提及了加氫處理和加氫裂 化。
發明內容
本發明的目的在于提供一種用于使用原材料的有機成分的更有效的方法，所述原 材料例如為含有油和/或浙青的材料，具體為油砂或焦油砂或者油頁巖。這一目的基本上使用本發明由具有以下步驟的方法來解決-將原材料供應到反應器中，并在約300°C至1000°C、優選地約500°C至800°C的溫 度下排出燃料氣體，-將留在所述反應器中的包括重烴的未蒸發餾分在內的固體引入到爐中，-在600°C至1500°C、優選地700°C至900°C的溫度下在爐中燃燒留在所述固體中
的重烴，-使熱的固體從所述爐再循環到所述反應器中，其中，通過流化固體密封將所述爐 的氧化氣氛與所述反應器的氣氛隔開。在反應器中，包含在原材料中的烴可以優選地在400°C至790°C的溫度下作為燃 料氣體揮發優選地60%至80%，特別優選地65%至70%，并且經氣體凈化后，有利地用在 例如冶金方法(例如，含鐵礦石的還原)、煅燒方法(例如，金礦等)、煅燒爐(Al2O3、明礬土、 石膏、壤土等)或造粒裝置中。留在固體中的剩余量的烴在被構造成熱發生器的爐中燃燒， 從而提供在反應器中需要的熱，該熱進而通過從爐中取出的固體傳遞到反應器中。在爐和 反應器之間提供密封，從而將爐的氧化氣氛與反應器的蒸餾段隔開，避免在反應器中產生 的燃料氣體發生氧化、燃燒或者甚至爆炸。根據本發明的優選方面，在被引入到反應器中之 前，在一級或多級方法中將原材料干燥和/或預熱。干燥可以在約80°C至120°C的溫度下 進行，預熱可以在約110°C至300°C的溫度下進行。在相當低的有機成分損失下，應當從原 材料中除去大量的水含量，其中，例如通過蒸餾分離包含在原材料中的超輕烴，并作為產物 供應到源自反應器的燃料氣體。可以將水提供到污水處理裝置。預熱是為了使從爐再循環 到反應器中的作為熱傳遞介質的質量流量最少化。因此，可能被另外供應到反應器中的熱 能減少，或相應地懸浮預熱器。作為預熱器，可以使用具有熱傳遞介質的流化床，或者還可 以間接地傳遞熱量。反應器用于具體地蒸餾脫出包含在干燥后的和/或預熱后的原材料中的有機成 分作為燃料氣體。為了使供應到反應器中的固體的熱傳遞最優化，例如可以使用循環流化 床、固定流化床、環形流化床或傳送反應器或閃蒸反應器。在隨后的步驟中，可以例如通過脫硫或裂化將獲得的燃料氣體處理成一致的或不 同的品質和/或狀況。根據本發明，使反應器流化是使用氣流來實現，該氣流從干燥器/預熱器和/或反 應器自身中獲得，并含有輕烴，具體地為源自反應器的一定量的燃料氣體。然而，還可以將 氮氣、氫氣、含有空氣或氧氣的二氧化碳氣體混合物或者一定量的廢氣從爐供應到反應器 作為流化氣體。可以使用氣體混合物中的空氣或氧氣的一部分用于調節或引發部分燃燒，以改變溫度和/或產率。還可以借助于諸如氮氣的惰性氣體進行流化。可以將冷的或預熱 后的流化氣體供應到反應器。根據本發明的開發，可以將用于排出烴的反應器分為若干個單獨的反應器，從而 更精確地調節限定的溫度和氣體組成。為了提高效率，反應器可以在范圍為0.001巴至1巴(絕對值)的減壓下操作。降 低壓力促進了燃料氣體從固體中的排出，并減小了下降到露點以下的風險。為了在反應器中提高或控制產率，可以使用例如電磁波(例如，微波)、超聲等等。 同樣，可以在反應器中使用催化活性物質，這可以提高并控制或調節反應器中的有機成分 的蒸發或控制并改變它們的組成。爐用于產生用于反應器的熱量，其中，將在反應器中需要的例如300°C至800°C的 溫度經由在爐中加熱的固體引入到反應器中。根據本發明，在可以通過供應空氣、富氧空氣 或純氧氣產生的氧氣過量的氣氛中在爐中進行燃燒，以確保留在固體中的有機成分具體而 言重油組分或油產物幾乎完全燃燒。可以供應冷的或預熱的含氧氣體，以使得爐溫度優選 地處于700°C和900°C之間。根據本發明，可以使用循環流化床、環形流化床、固定流化床、傳送或閃蒸反應器、 回轉窯或爐條燃燒作為爐。為了提高能量的使用率，優選的是分級燃燒。例如，可以以未處 理的原材料、煤、焦炭、廢棄物質、生物質等或者在反應器中獲得的一定量的燃料氣體的形 式，將額外的燃料供應到爐中。在分級燃燒中，優選的是進行至少一級亞化學計量燃燒(即，缺少氧氣)和至少一 級超化學計量燃燒(即，氧氣過量)。在分級燃燒中，還可以將來自亞化學計量燃燒級的一部分或全部廢氣與來自反應 器的燃料氣體相混合，或者在另一裝置(例如，冶金裝置)中或裝置的另一部件(例如，反 應器或預熱)中單獨使用它。由此，可以改變并調節或控制由燃料氣體產生的氣體的產率 和/或氣體品質。應當調節爐中的溫度，以使得在反應器中實現排出燃料氣體所需的最佳溫度。在 更高的溫度下，較少的含有有機成分的固體被從反應器傳送到爐中，從而可能需要額外的 燃料。最佳情形通過所使用的原材料的特性來確定。還可以將廢氣從爐或從需要燃料氣體的下游裝置(例如，冶金裝置)引入到所述 爐中，以操作爐或者調節或控制溫度。根據本發明的開發，為了提高能量平衡，可以從廢氣和/或煅燒殘渣中回收在爐 中產生的熱量。按照本身已知的方式，這可以借助于例如流化床冷卻器/加熱器、熱回收旋 風器、余熱鍋爐或懸浮預熱器(文丘里管/旋風器)組合的形式的熱回收系統來實現。還 可以使用在爐中產生的熱來預熱干燥器/預熱器和/或反應器的流化料流或者間接地加熱 干燥器/預熱器。還可以使用熱來生成蒸汽，例如，用于進一步發電。本發明還延伸到用于提煉含有有機成分的原材料的裝置，所述含有有機成分的原 材料例如為含有油和/或浙青的固體，具體地為油砂或焦油砂或者油頁巖，而且還有含油 的可流化物質或廢料，所述裝置包括反應器，原材料供應到該反應器中；爐，來自反應器 的固體和燃料供應到該爐中；返回管，在爐中產生的熱的固體經由該返回管再循環到反應 器中；和阻擋裝置，用于將爐的氣體氣氛和反應器的氣體氣氛隔開，反應器可以為流化床反應器。根據本發明的開發，所述裝置還可以包括用于干燥/預熱引入的原材料的干燥器
/預熱器。所述爐可以是流化床爐、回轉窯或閃蒸反應器。優選地，在爐的下游提供用于廢氣和/或煅燒殘渣的循環流化床、熱回收系統。此外，可以為產生的氣體(廢氣或燃料氣體)提供氣體凈化單元或氣體處理級。在本發明的優選方面，爐和反應器之間的阻擋設備包括下輸管，經由該下輸管從 爐中排出固體料流；提升管，其接近于下輸管的底部，從該底部向頂部分支；和位于提升管 下方的輸送氣體供應，其中，從所述爐排出的固體料流由輸送氣體流化，并經由所述提升管 傳送到反應器。這不僅提供了供應到反應器的熱傳遞介質的質量流量的調節，其可以經由 輸送氣體的供應來控制，而且提供了爐的氧化氣氛和反應器之間的可靠壓力密封。因此，可 以可靠地避免在反應器中排出的燃料氣體發生氧化、燃燒或者甚至爆炸。除了上面描述的 所謂密封罐構造之外，還可以使用閉鎖料斗、止回閥或這些元件的組合。可以根據實施方案和附圖的以下描述獲得本發明的其它目的、特征、優點和可能 的應用。描述的和/或示出的全部特征本身或以任何組合方式形成本發明的主題，并且與 它們是否包含在權利要求中或它們的背景文獻中無關。
圖1示意性地示出了用于執行根據本發明的方法的示例性裝置，以及圖2示意性地示出了布置在爐和反應器之間的可能的阻擋設備。
具體實施例方式在圖1中示意性地示出的用于提煉含有有機成分的原材料的裝置包括一級或多 級干燥器/預熱器2，經由供應管1將諸如油砂或焦油砂或者油頁巖的原材料供應到該一級 或多級干燥器/預熱器2。在例如200°C的溫度下，將經過干燥/預熱的固體供應到適合于 蒸餾的反應器6，在反應器6中，將該固體加熱到500°C至750°C，由此使有機成分作為燃料 氣體排出。穿過凈化和/或處理8時，所獲得的燃料氣體被排出用于進一步使用。在排出燃料氣體之后留在反應器6中的含有一定量的重烴的固體經由管11供應 到例如構造為循環流化床爐的爐12，例如空氣和源自反應器6的一定量的燃料氣體可以經 由管13、14供應到爐12用于起動爐12或用于控制爐12。返回管15從爐12通至在圖2中詳細示出的密封設備16，密封設備16用于將爐氣 氛和反應器氣氛隔開，并經由管17與反應器6相連。來自爐12的廢氣經由管18供應到熱回收19，然后經由管20供應到氣體凈化21。 爐12的煅燒殘渣還可以經由管22供應到熱回收23。經由管24，在熱回收19、23中獲得的 加熱了的氣體(例如，空氣或其它具有氧氣的混合物)可以作為氧化劑引入到爐6中。可以在能量上將凈化和處理級8與熱回收19相耦合，以實現最大能量集成或能量
使用率。在圖2中，將所謂的密封罐示為適當的密封設備16的一個實例。從爐12分支出 下降的返回管15，還可以將返回管15稱為下輸管50或下料器，熱的固體經由返回管15排出，作為用于反應器6的熱傳遞介質。下輸管50的入口區域還被稱為下輸管的頭部51。剛 好在下輸管50的底部52之前，還被稱為提升管52或上升管的指向上方的管從下輸管50 分支出來，并基本上對抗重力而延伸。下輸管50的直徑大于提升管53的直徑，優選地，為 提升管53的直徑的約兩倍大。提升管53的入口區域或末端54可以略微突出到下輸管50 中或者與下輸管的壁平齊地終止。在提升管53的上端或頭部55處，提升管通向排放罐56， 固體可從排放罐56經由管17流入到反應器6中。在下輸管50的底部52處，在提升管的 末端54下方，輸送氣體經由連接到供應管58的噴嘴57進行供應，以使得提升管53中的固 體料流流化。作為流化氣體，原則上可以使用各種合適的輸送氣體。第三，具體而言，優選 地使用諸如氮氣的惰性氣體，以確保爐12中的流化床與提升管53的頭部之間的氣體氣氛 的隔開。根據本發明的用于提煉含有有機成分(烴)的原材料的裝置基本上如上所述來構 造。下面，將更詳細地解釋其操作方式、功能和動作。將經由供應管1供應的研磨的或未研磨的例如含油原材料加熱至105°C至160°C 的溫度，并例如借助于經由流化管25a供應的流化氣體在干燥器/預熱器2中進行干燥，并 預熱至約450°C。含有超輕油組分的氣流經由排放管26供應到氣體凈化和處理8。在反應 器6中，通過從爐12再循環的熱的固體將預熱的固體加熱到例如650°C至700°C的溫度，從 而使包含在固體中的61-75重量％的烴作為燃料氣體排出。所獲得的燃料氣體經由管7供 應到氣體處理8，并且在凈化后，在例如約200°C至300°C的溫度下作為燃料氣體排出，以用 于其它用途。源自干燥器/預熱器2的一定量的燃料氣體和輕烴組分經由流化管25b再循 環至反應器6。留在反應器中的包括未蒸發的重烴組分在內的固體經由管11引入到爐12中，并 在例如約850°C的溫度下在爐12中燃燒。僅燃燒仍包含在固體中的烴，并由此使固體升至
高溫，從而使它們用作用于反應器6的熱傳遞介質。
將經由管22輸送到熱回收23的煅燒殘渣經由排放管27排放到外面。
附圖標記列表
1用于固體的供應管
2干燥器/預熱器
3用于干燥/預熱后的固體的管
6用于固體的反應器
7用于燃料氣體的管
8用于燃料氣體的凈化/處理
11用于固體的管
12爐(熱發生器)
13用于燃燒氣體的管
14用于燃料氣體的管
15用于固體的返回管
16阻擋設備(密封罐)
17用于固體的管
18用于廢氣的管
8
19用于廢氣的熱回收20用于廢氣的管21用于廢氣的氣體凈化22用于煅燒殘渣的管23用于煅燒殘渣的熱回收24用于燃燒氣體的管25a流化管(例如，空氣、廢氣)25b流化管(燃料氣體)26用于燃料氣體的排放管27用于煅燒殘渣的排放管50下輸管51下輸管的頭部52下輸管的底部53提升管54提升管的末端55提升管的頭部56排放罐57 噴嘴58供應管
9
權利要求
一種用于提煉含有有機成分的原材料的方法，所述含有有機成分的原材料例如含有油和/或瀝青的固體，具體地為油砂或焦油砂或油頁巖，所述方法采用以下步驟 將所述原材料供應到反應器，并在例如約300℃至1000℃、優選約500℃至800℃的溫度下排出燃料氣體， 將留在所述反應器中的包括未蒸發的重烴餾分在內的固體引入到爐中， 在所述爐中在600℃至1500℃、優選地700℃至900℃的溫度下燃燒留在所述固體中的所述重烴， 使熱的固體從所述爐再循環到所述反應器中，其中，通過密封設備將所述爐的氧化氣氛與所述反應器的氣氛隔開。
2.根據權利要求1的方法，其特征在于，在被引入到所述反應器中之前，在至少一個干 燥器中在105°C至120°C下干燥所述原材料，和/或在至少一個預熱器中將所述原材料預熱 至110°C至300°C的溫度。
3.根據上述權利要求中任一項的方法，其特征在于，使用流化床反應器作為反應器。
4.根據權利要求3的方法，其特征在于，將從所述干燥器/預熱器和/或從所述反應器 獲得的含有輕烴、具體為含有一定量的燃料氣體的氣流作為流化氣體供應到所述反應器。
5.根據權利要求3或4的方法，其特征在于，將來自所述爐的氮氣、空氣、氧氣、氫氣和 /或廢氣作為流化氣體供應到所述反應器。
6.根據上述權利要求中任一項的方法，其特征在于，在所述反應器中，通過蒸餾將所述 燃料氣體從所述固體中排出。
7.根據上述權利要求中任一項的方法，其特征在于，所述反應器在范圍為0.001巴至1 巴的減壓下操作。
8.根據上述權利要求中任一項的方法，其特征在于，所述爐中的燃燒在含氧氣氛中進行。
9.根據上述權利要求中任一項的方法，其特征在于，在所述爐中例如借助于亞化學計 量級和超化學計量級進行分級燃燒。
10.根據上述權利要求中任一項的方法，其特征在于，將額外的燃料以未經處理的原材 料、煤和/或在所述反應器中獲得的一定量的燃料氣體的形式供應到所述爐中。
11.根據上述權利要求中任一項的方法，其特征在于，從所述廢氣和/或煅燒殘渣中回 收在所述爐中產生的熱。
12.一種提煉含有有機成分的原材料的裝置，尤其是用于執行根據上述權利要求中任 一項的方法的裝置，所述含有有機成分的原材料例如含有油和/或浙青的固體，具體地為 油砂或焦油砂或者油頁巖，所述裝置包括反應器(6)，將所述原材料供應到所述反應器 (6)中；爐(12)，將來自所述反應器(6)的固體和燃料供應到所述爐(12)中；返回管(15)， 經由所述返回管(15)將在所述爐(12)中產生的熱的固體再循環到所述反應器(6)中；和 密封設備(16)，其用于將所述爐(12)的氣體氣氛和所述反應器(6)的氣體氣氛隔開。
13.根據權利要求12的裝置，其特征在于，所述反應器(6)是流化床反應器。
14.根據權利要求12或13的裝置，其特征在于，至少一個干燥器和/或預熱器(2)在 所述反應器(6)之前。
15.根據權利要求12至14中任一項的裝置，其特征在于，所述爐(12)是循環流化床爐、流化床反應器、回轉窯或閃蒸反應器。
16.根據權利要求12至15中任一項的裝置，其特征在于，在所述爐(12)的下游提供熱 回收系統(19,23) 0
17.根據權利要求12至16中任一項的裝置，其特征在于，所述密封設備(16)包括位 于所述爐(12)和所述反應器(6)之間的下輸管(50)，經由所述下輸管(50)從所述爐(12) 排出固體料流；提升管(53)，其接近于下輸管(50)的底部(52)，從所述底部(52)向頂部分 支；位于所述提升管(53)下方的輸送氣體供應，其中，從所述爐(12)排出的固體料流被所 述輸送氣體流化，并經由所述提升管(5)傳送到所述反應器(6)。
全文摘要
根據本發明，提煉含有有機成分的原材料例如含有油和/或瀝青的固體具體地為油砂或焦油砂或者油頁巖由以下步驟來實現將所述原材料供應到反應器，并在約300℃至1000℃的溫度、優選地約500℃至800℃的溫度下排出燃料氣體；將留在所述反應器中的包括未蒸發的重烴餾分在內的固體引入到爐中；在所述爐中在600℃至1500℃、優選地700℃至900℃的溫度下燃燒留在固體中的所述重烴；使熱的固體從所述爐再循環到所述反應器中，其中，通過阻擋設備將所述爐的氧化氣氛與所述反應器的氣氛隔開。
文檔編號C10B49/16GK101939404SQ200980104120
公開日2011年1月5日 申請日期2009年2月4日 優先權日2008年2月13日
發明者A·歐瑟, G·施奈德, M·米薩拉, N·阿納斯塔司耶維奇 申請人:奧圖泰有限公司