专利名称：提炼含油固体的方法和装置的制作方法
提炼含油固体的方法和装置 本发明涉及提炼含有油和/或沥青的固体特别是油砂或油页岩的方法和装置。
油或焦油砂为主要起始于中生代的黑砂地层，其遍及全世界分布且具有约5-18% 的矿物油含量。与液体石油不同，油砂浓厚粘稠且必须首先与砂分离开再加工成原油。在 靠近地表的区域中，油砂通过借助于庞大斗轮和拉铲挖掘机露天开采而采出并研磨到粒度 < 30iim。借助于热水和蒸汽提取重油，其中在顶部积聚具有有机相的悬浮液。将下面的部 分分离并再次提纯。因此，对于油回收来说需要非常多的水，另外其并非完全无油排放。
油页岩是指泥灰岩或来自各种地质年代的其它类型的粘土质沥青沉积岩石的形 成山脉的地层，其富含来自化石化的微生物或来自花粉的有机物质(油母沥青)。从油页岩 中回收油传统上通过采矿和随后的热解(在50(TC下碳化)实现。或者，通过向岩石中注入 蒸汽-空气混合物使用地下回收(原位)，所述岩石通过爆破和点燃排出油的火焰锋而预先 崩裂。 因此，从油砂或油页岩中回收原油成本相对密集。然而，随着石油价格提升，在经 济上，从油砂和油页岩中回收原油变得越来越引人关注。目前从油砂和焦油砂中回收油中 的主要问题是需要高水量消耗和排放含有残油的废水。 从美国专利4，507， 195中知道了在于馏炉中蒸馏的固体上来使污染了的油页岩 或焦油砂油焦化的方法。将含烃固体与热的传热材料混合，以使所述固体的温度升高到适 于热解所述烃的温度。使该混合物保持在热解区，直到释放足量的烃蒸气。在该热解区中， 气提气体穿过该混合物，以降低放出的烃蒸气的露点并夹带细颗粒。因此，从热解区中获得 污染了的烃蒸气、气提气体和夹带的细颗粒的混合物。从污染了的烃蒸气中分离出重质部 分并将其在由所述细颗粒构成的流化床中热裂化，由此使杂质以及焦炭沉积在流化床中的 细颗粒上。将产物油蒸气从焦化罐中排出。使用再循环的热解了的油页岩或焦油砂作为传 热材料，其已穿过燃烧区，以烧掉碳渣并提供用于原料热解的热量。因为在燃烧区与热解炉 之间没有压力密封，所以燃烧区的氧化气氛能进入热解炉并损害油蒸气的品质。另外，焦化 罐中的热裂化消耗非常多的能量，且因此昂贵。 从EP 1015527B1中还知道了热处理含有挥发性可燃成分的原料的方法，其中在 热解反应器中使该原料与来自收集仓的热的粒状固体混合，在该热解反应器中存在相对高 的温度。在该反应器中，由此将引起气体和蒸气中的裂化反应。 除了上述方法中使用的热裂化之外，还知道催化裂化方法。在流化催化裂化(FCC) 中，将提炼厂的重馏分分解成气体、液化气体和汽油，优选分解成长链正构烷烃和异构烷 烃。裂化通常在45(TC至55(TC之间的温度下和1. 4巴的反应器压力下借助于基于硅铝酸 盐的沸石催化剂来进行。FCC裂化器例如在US 7， 135， 15皿、US 2005/0118076A1或US 2006/0231459A1中描述。示例性的催化剂在WO 2006/131506A1中公开。其它方法例如为 焦化或加氢裂化。 本发明的目标在于提供从含油固体中回收原油的更有效的方法。
此目标基本由本发明通过具有下列步骤的方法解决-向反应器中供应所述含油固体并在300-100(TC、优选350-90(rC的温度下排出
4含油蒸气；-将在所述反应器中排出的所述含油蒸气送去催化处理，在所述催化处理中重油
组分被裂化，-分离所述处理中获得的产物并排出产物料流；-将留在所述反应器中的固体，包括未蒸发的重质烃部分，引入炉子中；-在所述炉子中在600-150(TC、优选1050-120(TC的温度下燃烧留在所述固体中
的重质烃，-使热固体从所述炉子再循环到所述反应器中，其中通过阻挡设备所述炉子的氧 化气氛与所述反应器的气氛分隔开。 所述含油固体中所含的油在所述反应器中蒸发50 % -90 % ，优选70 % -80 % ，且送 去进行所述处理中，特别送至FCC裂化器中。在此，重油组分分解成轻油组分。在所述炉子 将留在所述固体中的剩余油含量或油产物内容物燃烧，以产生所述反应器中所需的热量， 该热量经由从所述炉子中排出的固体传递给所述反应器。在炉子与反应器之间提供密封 件，以使炉子的氧化气氛与蒸馏区分隔开并避免反应器中产生的油蒸气氧化、燃烧或甚至 爆炸。通过使用催化处理，与普通裂化相比，可采用较低的能量消耗来增加产物料流中的轻 质油的量。 根据本发明的优选方面，所述含油固体在被引入反应器之前在80-12(TC的温度下 在一级或多级干燥器中干燥。在最小油损失的情况下，由此应将水分含量大量地从含油固 体中除去。可将从干燥器中排出的气体料流作为额外燃料供应到炉子中或例如用作所述方 法的其它部分中的流化气体。或者，其中所含的超轻烃可例如通过蒸馏分离并作为产品利 用。或者，随后还可将所述水供应到废水处理装置中。 为了最小化从炉子再循环到反应器的传热介质的质量流量，根据本发明的开发， 对可能在一级或多级预热器中预干燥过的含油固体预热至110-30(TC的温度。另外，被供应 到反应器中的热量由此相应降低。具有蒸汽作为传热介质的流化床或熔盐反应器可用作预 热器。所述热量还可间接传递。 所述反应器特别用以蒸馏蒸发可能预干燥过且预热过的固体中所含的油。为了优 化从炉子再循环的煅烧过的物质向预热过的含油固体的热传递，例如，可使用循环流化床、 固定式流化床、环形流化床或传送反应器或闪烧反应器。 根据本发明，所述反应器的流态化借助于气体料流实现，所述气体料流得自于预 热阶段和/或裂化器且含有轻质烃。然而，氮气、氢气、二氧化碳、一氧化碳、含有空气或氧 气的气体混合物或来自所述炉子的部分废气也可作为流化气体供应到反应器中。空气或氧 气在此可用于调整或引发部分燃烧以便改进温度或产率。如果还将氢气用于流态化，则由 此可促进重质烃的裂化。还可能借助于惰性气体例如氮气进行流态化。
可将处于排出料流(例如，所述炉子的废气)的温度下的冷的流化气体进一步预 热或甚至冷却后供应到反应器中。 为了提高效率，所述反应器可在0.001-1巴范围内的减压下操作。降低压力促进 油从固体中蒸发。此外，可将催化物质等和例如微波或超声波能量供应给反应器以增加或 控制油从固体中的蒸发。 在本发明的另一实施方案中，所述干燥和/或预热阶段的气氛也彼此分隔开或与所述反应器分隔开。这避免了不可控制地输入来自干燥和/或预热阶段的其它气体，例如氧气。 因为从所述反应器和所述预热器中排出的气体料流仍然含有细固体颗粒，所以所 述气体料流在被弓I入裂化器之前穿过根据本发明的除尘设备。 裂化优选在FCC裂化器中在400-60(TC、特别是450_550°C的温度下且在1-2巴、 优选1. 3-1. 5巴的压力下借助于基于硅铝酸盐的沸石催化剂来进行。因此，根据本发明，也 在该压力下操作所述反应器。如果所述反应器的压力低于FCC单元的压力，则该压力必须 通过例如鼓风机或喷射器来增加。 根据本发明，包含在所述裂化器中的产物的随后分离在蒸馏塔中实现，从所述蒸 馏塔中排出产物料流，例如汽油、柴油、轻质烃等。 裂化过程得以促进之处在于从所述反应器中排出的气体已是热的。所述裂化器可 包括循环流化床，向其中供应从所述反应器中排出的气体料流作为二次空气；环形流化 床，其中从所述反应器中排出的气体料流经由中心鼓风口来供应；或固定式流化床；或者 可为闪烧反应器。 所述炉子用于为所述反应器产生热量，其中所述反应器中所需的例如300-80(TC 的高温经由炉子中加热的固体引入反应器中。为了确保留在所述固体中的重油组分或油产 物的完全燃烧，根据本发明所述炉子中的燃烧在富含氧气的气氛中进行，所述气氛可通过 供应空气、富含氧气的空气或纯氧而产生。可供应冷的或预热过的燃烧气体。
根据本发明用作炉子的是循环流化床、环形流化床、固定式流化床、传送反应器或 闪烧反应器、旋转窑或栅格燃烧。为了增加能量效率，优选分段燃烧(例如，所供应的气体 相对于燃烧材料的需氧量而言低化学计量段或超化学计量段)。可将额外燃料以未处理的 含油固体、煤、废料等形式供应到所述炉子中。 所述炉子中的温度应该尽可能高，因为由此可在所述反应器中获得更高的温度， 这引起更高的产率。然而，在更高的温度下，将有更少的来自所述反应器的含油残余部分进 入所述炉子，因此需要额外的燃料。借助于所述含油物质和/或可能供应的额外燃料的性 质来确定最适宜情形。 根据本发明的开发，从废气和/或煅烧残余物中回收在所述炉子中产生的热量。 这原则上以已知方式借助于例如以流化床冷却器和/或流化床加热器、热回收旋风分离 器、废热锅炉或文丘里管(Venturi)/旋风分离器组合形式的热回收系统来进行。还可能利 用所述炉子中产生的热量来预热干燥器、预热器、反应器和/或裂化器的流化气体料流或 间接加热预热器和/或干燥器。所述热量还可用于蒸汽回收。 本发明还延伸到提炼含油固体例如油砂和油页岩以及含油或放出油的粒状(且 因此是可流态化的)物质或废物的装置，该装置包含反应器，向其中供应含油固体；炉子， 向其中供应燃料和来自所述反应器的固体；返回管，所述炉子中产生的热固体经由其再循 环到所述反应器中；阻挡设备，用于将所述炉子的气氛与所述反应器的气氛分隔开；裂化 器，向其中供应在所述反应器中从所述含油固体中排出的含油蒸气且重油组分在其中分 解；和分离设备，用于分离所述裂化器中获得的产物。 根据本发明的开发，所述装置还可包括用于干燥和预热所引入的固体的干燥器和 预热器以及除尘设备和/或热回收系统。
在本发明的优选方面中，在所述炉子与所述反应器之间的阻挡设备包括下料管， 固体料流经由其从炉子中排出；上升管，其在接近于所述下料管的底部之处以向上方向从 所述下料管上分支出来；和在所述上升管下方的输送气体供应，其中从所述炉子中排出的 固体料流通过所述输送气体流态化并经由所述上升管输送到所述反应器。这不仅提供对于 供应到反应器中的传热介质的质量流量的控制，其可经由输送气体的供应来控制，还可提 供所述炉子的氧化气氛与所述反应器之间的可靠压力密封。能够可靠地避免所述反应器中 排出的油蒸气的氧化、燃烧或甚至爆炸。除了上述所谓的密封罐构造以外，还可使用例如活 底料斗、止回阀或这些元件的组合。 在本发明的开发中，还提供了用于将所述干燥器和/或所述预热器的气氛与所述 反应器的气氛分隔开的阻挡设备。用于使所述干燥和/或预热阶段的气氛彼此分隔开或 与所述反应器分隔开的分隔设备可与炉子与反应器之间描述的分隔装置相同，但在此情况 下，下料管来自该干燥阶段或预热阶段。 本发明的开发、优势和可能的应用还可以从以下对实施方案和图的描述中得到。 所描述和/或说明的所有特征本身或以任何组合形成构成本发明的主题，不管它们是否包 含于权利要求书中或背景文献(back-reference)中。
在图中，
图1图解显示了用于进行本发明的方法的装置，
图2图解显示了配置在炉子与反应器之间的阻挡设备。 图1中图解显示的提炼含油固体的装置包括一级或多级干燥器2，经由供应管路1 向其中供应含油固体例如油砂或油页岩。干燥了的油砂或油页岩经由管路3供应到一级或 多级预热器4中，所述固体在其中被预热到150-30(TC的温度。如此预热了的固体随后经由 管路5供应到蒸馏反应器6中，所述固体在其中被加热到600-800°C，并从而排出所述固体 中所含的油的大部分。在穿过除尘设备8(其可配置为旋风分离器、多管式旋风分离器、过 滤器或它们的组合)后，得到的油蒸气经由管路7供应到具有基于硅铝酸盐的沸石催化剂 的FCC裂化器9中。在该裂化器9中，重油组分分解成轻质烃，该轻质烃可在后继分离设备 IO例如蒸馏塔中分离。 留在反应器6中的固体(在排出油蒸气后，其仍然含有未蒸发的重质烃部分)经 由管路11供应到流化床炉12中，可经由管路13、14向其中供应用于启动炉子12的额外燃 料或传热介质。 返回管15自炉子12通向图2中未说明的阻挡设备16，阻挡设备16用于将炉子的 气氛和反应器的气氛分隔开并经由管路17与反应器6相连。 来自炉子12的废气经由管路18供应到热回收系统19中且随后经由管路20供应 到气体净化21中。炉子12的煅烧残余物也可经由管路22供应到热回收系统23中。
热回收系统19、23中获得的热空气可经由管路24引入所述炉子中作为助燃空气。
在图2中，详细说明了所谓的密封罐作为合适的阻挡设备16的实例。下降返回管 15(其还被称为下料管50或下料器，热固体经由其排出作为反应器6的传热介质)从炉子 12分支出来。下料管50的入口区也称为下料管的顶部51。刚好在下料管50的底部52之 前，指向上方的管路(它还被称为上升管52或提升管)从下料管50分支出来并基本竖直 地延伸到顶部。下料管50的直径为上升管53的直径的约两倍大。上升管53的入口区或底部54可略微突出到下料管50中或与所述下料管的壁平齐终止。在上升管53的上端或 顶部55处，所述上升管通向排料罐56，固体可经由管路17从排料罐56流到反应器6中。 在下料管50的底部52处，在上升管底部54下方，经由与供应管路58连接的鼓风口 57供 应输送气体，以使固体料流在上升管53中流态化。原则上，任何合适的输送气体都可用作 流化气体。优选使用第三气体特别是惰性气体例如氮气以确保在炉子12中的流化床与上 升管53的顶部之间气氛的分隔。 根据本发明的提炼含油固体的装置基本如上所述构造。在下文中，将说明其操作 模式、功能和作用。 在干燥器2中，例如借助于经由流化管路25a供应的流化空气，将经由供应管路1 供应的粉碎的或未粉碎的含油固体干燥并加热到80-12(TC的温度(约l巴压力)。含有水、 蒸气和超轻油组分的气体料流经由排料管路26排放且可供应到炉子12中。
随后，在预热器4中将干燥过的固体预热到110-300°C的温度，所述预热器4经由 流化管路25b供应流化气体。由此排出的轻油组分例如经由流化管路25c引入反应器6中 作为流化气体，或经由排料管路27排出且在除尘后供应到裂化器9中。在反应器6中，预 热了的固体借助于从炉子12中再循环的热固体被加热到300-80(TC的温度，由此排出所述 固体中所含的油的70-80% 。得到的油蒸气经由管路7供应到除尘设备8中并在除尘后引 入FCC裂化器9中，以使重油组分分解为轻质烃。这些烃随后在分离设备10中分离并作为 单独含烃产物料流排出。可能使用来自分离设备10的一些轻油组分或气态组分作为干燥 器或预热器的流化气体。 所述炉子的燃烧产物可供应到热回收系统19、23中。 留在反应器9中的固体，包括未蒸发的重油组分，经由管路11引入炉子12中并在 1050-120(TC的温度下燃烧。在本方法中，仅燃烧包含在所述固体中的油组分并使固体达到 高温，以使得其可充当反应器6的传热介质。这些热固体随后可经由返回管15、阻挡设备 16和管路17再循环到反应器6中。
实施例 将约1000t/h的具有142t/h的油含量的油砂经由管路1供应到干燥器2中并在 ll(TC的温度下干燥。将988t/h的剩余固体经由管路3供应到预热器4中并在此预热到 200°C。将剩余的986t/h的固体经由管路5引入反应器中并加热到800°C。将由此排出的 质量流量为97t/h的油蒸气供应到除尘设备8中，且随后供应到FCC裂化器9和分离设备 10中。得到100t/h的总产物料流。将得到的废水供应到炉子12中。 从反应器6中排出的固体经由管路11引入炉子12中并在此通过燃烧所述固体中 所含的重油组分而加热到1050°C。 2300t/h的固体料流经由返回管15、阻挡设备16和管路 17再循环到反应器6中。剩余固体经由管路22从炉子12中排出并供应到热回收系统23 中，从其中排出温度为8(TC的850t/h的固体。将来自炉子12的废气(其氧气含量为3%) 供应到热回收系统19中并可用于产生125丽的能量。将热回收系统19的废气以744t/h 的质量流量和20(TC的温度供应到气体净化21中，以除去有毒物质例如S02、N0X等。
附图标记列表
1供应管路
8
2干燥器3管路4预热器5管路6反应器7管路8除尘设备9裂化器10分离设备11管路12炉子13管路14管路15返回管16阻挡设备17管路18管路19热回收系统20管路21气体净化22管路23热回收系统24管路25a-c流化管路26排料管路27排料管路50下料管51下料管的顶部52下料管的底部53上升管54上升管的底部55上升管的顶部56排料罐57鼓风口58供应管路
权利要求
提炼含油固体特别是油砂或油页岩的方法，其具有下列步骤-将所述含油固体供应到反应器中并在300-1000℃的温度下排出含油蒸气，-将在所述反应器中排出的含油蒸气送去处理，重油组分在所述处理中被分解，-分离所述处理中获得的产物并排出产物料流，-将留在所述反应器中的固体，包括未蒸发的重质烃部分，引入炉子中，-在所述炉子中在600-1500℃、优选1050-1200℃的温度下燃烧留在所述固体中的重质烃，-使热固体从所述炉子再循环到所述反应器中，其中通过阻挡设备将所述炉子的氧化气氛与所述反应器的气氛分隔开。
2. 根据权利要求l的方法，其特征在于所述含油固体在被引入所述反应器中之前在至 少一个干燥阶段中在80-12(TC下干燥。
3. 根据权利要求1或2的方法，其特征在于所述含油固体在被引入所述反应器中之前 在至少一个预热阶段中预热到110-30(TC的温度。
4. 根据前述权利要求中任一项的方法，其特征在于所述反应器为流化床反应器。
5. 根据权利要求4的方法，其特征在于将从预热阶段和/或所述处理特别是从裂化器 中获得的含有轻质烃的气体料流供应到所述反应器中作为流化气体。
6. 根据权利要求4或5的方法，其特征在于将氮气、空气、氧气、氢气和/或来自所述炉 子的部分废气供应到所述反应器中作为流化气体。
7. 根据权利要求4-6中任一项的方法，其特征在于供应到所述反应器中的所述气体料 流为冷的或预热过的。
8. 根据前述权利要求中任一项的方法，其特征在于在所述反应器中通过蒸馏从所述固 体中排出所述含油蒸气。
9. 根据前述权利要求中任一项的方法，其特征在于所述反应器在0.001-1巴范围内的 减压下操作。
10. 根据前述权利要求中任一项的方法，其特征在于供应到所述裂化器的所述气体料A尘c流在被引入所述裂化器中之前被除
11. 根据前述权利要求中任一项的方法，其特征在于所述催化裂化在400-60(TC的温 度和1-2巴的压力下借助于沸石催化剂来进行。
12. 根据前述权利要求中任一项的方法，其特征在于所述裂化器中获得的产物的分离 在蒸馏塔中进行。
13. 根据前述权利要求中任-气氛中进行。
14. 根据前述权利要求中任-
15. 根据前述权利要求中任一〕 煤等形式供应到所述炉子中。
16. 根据前述权利要求中任一项的方法，其特征在于从废气和/或煅烧残余物中回收 在所述炉子中产生的热量。
17. 提炼含油固体例如油砂或油页岩、特别是执行根据前述权利要求中任一项的方法 的装置，其包含反应器(6)，向其中供应所述含油固体；炉子(12)，向其中供应燃料和来自 -项的方法，其特征在于所述炉子中的燃烧在富含氧气的-项的方法，其特征在于在所述炉子中进行分段燃烧。 ^项的方法，其特征在于将额外燃料以未处理的含油固体、所述反应器(6)的固体；返回管(15)，所述炉子(12)中产生的热固体经由其再循环到所述 反应器(6)中；阻挡设备(16)，用于将所述炉子(12)的气氛与所述反应器(6)的气氛分隔 开；处理设备(9)，特别是裂化器，向其中供应在所述反应器(6)中从所述含油固体中排出 的含油蒸气且所述重油组分在其中分解；和分离设备(IO)，用于分离所述处理设备(9)中 获得的产物。
18. 根据权利要求17的装置，其特征在于所述反应器(6)为流化床反应器。
19. 根据权利要求17或18的装置，其特征在于在所述反应器(6)之前有至少一个干燥 阶段(2)。
20. 根据权利要求17-19中任-个预热阶段(4)。
21. 根据权利要求17-20中任剂。
22. 根据权利要求17-21中任-设备(8)。
23. 根据权利要求17-22中任-窑或闪烧反应器。
24. 根据权利要求17-23中任-回收系统(19、23)。
25. 根据权利要求17-24中任-(6)之间的阻挡设备(16)包括下料管(50)，固体料流经由其从所述炉子(6)中排出；上升 管(53)，其在接近于下料管(50)的底部(52)处从所述下料管(50)分支出来；和在所述上 升管(53)下方的输送气体供应，其中从所述炉子(12)中排出的固体料流通过所述输送气 体流态化并经由所述上升管(53)输送到所述反应器(6)。项的装置，其特征在于在所述反应器(6)之前有至少一 -项的装置，其特征在于所述裂化器(9)包含沸石催化 项的装置，其特征在于在所述裂化器(9)之前提供除尘 项的装置，其特征在于所述炉子(12)为流化床炉、旋转 -项的装置，其特征在于在所述炉子(12)的下游提供热 -项的装置，其特征在于在所述炉子(12)与所述反应器
全文摘要
对于提炼含油固体，特别是油砂或油页岩，提出具有下列步骤的方法将所述含油固体供应到反应器中且在300-1000℃的温度下排出含油蒸气，将在所述反应器中排出的所述含油蒸气供应到裂化器中，重油组分在其中分解，分离所述裂化器中获得的产物且排出产物料流，将留在所述反应器中的固体，包括未蒸发的重质烃部分，引入炉子中，在所述炉子中在600-1500℃、优选1050-1200℃的温度下燃烧留在所述固体中的重质烃，使热固体从所述炉子再循环到所述反应器中，其中通过阻挡设备将所述炉子的氧化气氛与所述反应器的气氛分隔开。
文档编号C10G1/02GK101778927SQ200880102922
公开日2010年7月14日 申请日期2008年6月24日 优先权日2007年7月13日
发明者G·切尼德尔, M·米萨拉, N·阿纳斯塔斯耶维克 申请人:奥图泰有限公司