一种油页岩炼油集成伴生煤气化制氢综合利用系统及工艺

摘要

本发明公开了一种油页岩炼油集成伴生煤气化制氢综合利用系统及工艺。所述系统包括依次连接的油页岩干馏单元、页岩油气分离单元、页岩油加氢提质单元和分离器，还包括燃烧炉、煤超临界水气化单元、换热器、氢气提纯单元和建材生产单元。本发明将油页岩干馏单元废弃的碎屑页岩和多余的剩余煤气为煤超临界水气化反应提供热量，节省了维持煤超临界水气化反应消耗较高热值和高经济价值的煤炭资源，并且能集成使用页岩矿伴生的褐煤生产高经济价值的氢气，优化了资源配置的同时也提高了过程的经济效益。

权利要求

1.一种油页岩炼油集成伴生煤气化制氢综合利用系统，包括依次连接的油页岩干馏单元、页岩油气分离单元、页岩油加氢提质单元和分离器，其特征在于，所述系统还包括燃烧炉、煤超临界水气化单元、第一换热器、氢气提纯单元和建材生产单元；

所述油页岩干馏单元设有通入油页岩原料的入口，油页岩干馏单元的油气混合物出口通过管道与页岩油气分离单元的油气混合物原料入口相连接；页岩油气分离单元的页岩油出口通过管道与页岩油加氢提质单元的页岩油原料入口相连接，页岩油气分离单元的循环煤气出口通过管道与油页岩干馏单元的热载体原料入口相连接；页岩油加氢提质单元的粗油品出口通过管道与分离器的粗油品原料入口相连接；

分离器的氢气出口分为两个通道，一个通道通过管道与页岩油加氢提质单元的循环氢气入口连接，另一通道用于排放驰放气；

油页岩干馏单元的碎屑页岩出口、以及页岩油气分离单元的剩余煤气出口分别通过管道与燃烧炉的燃料入口相连接，燃烧炉的页岩灰渣出口与油页岩干馏单元的灰渣出口混合后通过管道与建材生产单元的灰渣原料入口相连接，燃烧炉产生的燃烧热提供给煤超临界水气化单元；

所述煤超临界水气化单元设有水煤浆原料入口，煤超临界水气化单元的合成气出口通过管道与第一换热器的高温气体入口连接；第一换热器的常温合成气出口通过管道与氢气提纯单元的氢气原料入口相连；氢气提纯单元的氢气出口分两个通道，一个通道通过管道与页岩加氢提质单元的新鲜氢气入口连接，另一通道作为产品氢气出口；氢气提纯单元的循环水出口与新鲜水入口混合后通过管道与第一换热器的冷却水入口连接；第一换热器的超临界水出口通过管道与煤超临界水气化单元的超临界水入口连接。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述油页岩干馏单元包含有油页岩预热器、干燥器、干馏段、第一气固分离器、第一冷却器、洗涤塔、第二冷却器、气液分离器和分离器；其中干馏段包含干馏反应器、气化反应器、第二气固分离器、第二换热器和蓄热反应器；

所述预热器设有油页岩原料入口，预热器、干燥器和干馏反应器通过管道依次连接；干馏反应器设有脱除表面水的油页岩入口，干馏反应器的油气混合出口通过管道与第一气固分离器的油气混合物入口相连接，第一气固分离器的含油气的混合物流出口通过管道与第一冷却器的高温含油气的混合物流入口相连接，第一冷却器的冷凝分离后页岩油和干馏气的混合物出口与洗涤塔混合物流入口相连接，洗涤塔的洗涤煤气出口分为两个通道，分别通过管道与第二冷却器以及气液分离器的洗涤煤气入口相连接，第二冷却器冷却后的洗涤煤气出口通过管道与分离器的物流入口相连接；

气化反应器设有饱和空气入口，气化反应器的固体物料入口通过管道与第一气固分离器的固体物料出口相连接，气化反应器的气固混合物流出口通过管道与第二气固分离器的气固混合物流入口相连接；第二气固分离器的气化气出口分为两个通道，一通道通过管道与干馏反应器的气化气体入口直接连接，另一通道和第二换热器的加热循环煤气出口混合后通过管道与干馏反应器的热载体原料入口相连接；

分离器的净化煤气出口分为两个通道，一通道通过管道与蓄热反应器的净化煤气入口相连接，另一通道通过管道与燃烧炉的燃料入口相连接；蓄热反应器设有空气入口，蓄热反应器的燃烧反应气出口通过管道与第二换热器的燃烧反应气入口相连接，第二换热器的净化后的煤气入口通过管道与气液分离器的净化后的煤气出口相连接。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述页岩油加氢提质单元包括加热炉、一级反应器、二级反应器、第三换热器、高压闪蒸罐、分馏塔和压缩机；

加热炉设有页岩油与氢气混合物流的入口，加热炉的页岩油和氢气的物流出口通过管道与一级反应器的渣油加氢裂化产品的出口混合后，再通过管道与二级反应器物流入口相连接，二级反应器的油页岩加氢精制的产品出口通过管道与第三换热器的油页岩加氢精制的产品入口相连接，第三换热器的页岩油加氢产品气、产品油和未反应氢气的混合物流出口通过管道与高压闪蒸罐的混合物流入口相连接，高压闪蒸罐的加氢产品出口通过管道与分馏塔的物流入口相连接，高压闪蒸罐的氢气出口分为两个通道，一通道通过管道与压缩机的氢气入口相连接，另一通道直接排放驰放气；

压缩机的氢气出口与新鲜氢气入口混合后分为两个通道，一通道通过管道与页岩油混合，另一通道与分馏塔底部的循环渣油出口混合后，再通过管道与第三换热器的换热物流入口连接，第三换热器的换热物流出口通过管道与一级反应器的物流入口相连接。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述煤超临界水气化单元包含煤超临界水气化反应器、预热器；所述氢气提纯单元包括高压分离器、变压吸附装置和低压分离器；

预热器设有水煤浆入口，预热器的水煤浆出口通过管道与煤超临界水气化反应器的水煤浆入口相连接，煤超临界水气化反应器的气化炉出口气出口通过管道与第一换热器的气化炉出口气入口相连接，第一换热器的冷却气化炉出口气出口通过管道与高压分离器的气体进口相连接，高压分离器的富氢气体出口通过管道与变压吸附装置的富氢气体入口相连接，高压分离器的气液混合物出口通过管道与低压分离器的气液混合物入口相连接，低压分离器的循环水出口与新鲜水入口混合后通过进料泵与第一换热器的冷却水入口相连接，第一换热器的超临界水出口通过管道与煤超临界水气化反应器的超临界水入口相连接。

5.一种油页岩炼油集成伴生煤气化制氢综合利用工艺，其特征在于，包括以下步骤：

经破碎筛分后的油页岩通入油页岩干馏单元发生干馏反应得到油气混合物、灰渣和未反应的碎屑页岩，将得到的油气混合物通入页岩油气分离单元分离得到循环煤气、页岩油和剩余煤气；

其中循环煤气返回油页岩干馏单元反应，页岩油进入页岩油加氢提质单元得到页岩油加氢产品气、产品油和未反应氢气的混合物，混合物通过分离器分离得到未反应氢气、以及产品油和产品气，所得未反应氢气一部分返回页岩油加氢提质单元反应，一部分直接排放；

碎屑页岩和剩余煤气通入燃烧炉燃烧，得到烟道气、页岩灰渣和燃烧热；灰渣和页岩灰渣混合后通入建材生产单元生产建材产品；

水煤浆预热后通入煤超临界水气化单元反应，得到气化炉出口气，其中反应所需的热量由燃烧炉产生的燃烧热提供；所得气化炉出口气经换热器冷却后进入氢气提纯单元反应得到氢气、废气和循环水；其中氢气的一部分作为新鲜氢气通入页岩油加氢提质单元反应，循环水与新鲜水混合后通入换热器换热得到超临界水并通入煤超临界水气化单元反应。

6.根据权利要求5所述的工艺，其特征在于，所述经破碎筛分后的油页岩粒径为8～

75mm；所述油页岩干馏单元中干馏反应的温度为500～600℃，压力0.1MPa。

7.根据权利要求5所述的工艺，其特征在于，所述页岩油加氢提质单元的反应温度为

350～400℃，压力为15.7MPa。

8.根据权利要求5所述的工艺，其特征在于，所述油页岩干馏单元的进料中，干空气和水蒸气的质量比为1.05～1.20。

9.根据权利要求5所述的工艺，其特征在于，所述页岩油加氢提质单元的反应温度为

350～400℃，压力为15.7MPa；新鲜氢气和页岩油的质量比为0.03～0.04。

10.根据权利要求5所述的工艺，其特征在于，所述煤超临界水气化反应单元的操作温度为500～650℃，压力为23～27MPa；高压分离器的操作温度为25℃，压力为23～27MPa；低压分离器的操作温度为25℃，压力为0.1MPa。

说明书

一种油页岩炼油集成伴生煤气化制氢综合利用系统及工艺

技术领域

[0001] 本发明属于能源与化工技术领域，具体涉及一种油页岩炼油集成伴生煤气化制氢综合利用系统及工艺。

背景技术

[0002] 随着我国社会和经济快速发展，对能源需求日益增加。为减少对进口石油的依赖，我国正积极实施多元化的能源战略以保障能源持续供应。油页岩是一种沉积岩，具有无机矿物质的骨架，并含有固体有机质，为低热值固体化石燃料。我国油页岩资源十分丰富，储量达7199亿吨，折合成干馏油品相当于476亿吨，远高于原油探明储量22亿吨。我国不仅油页岩储量丰富，而且埋藏较浅，均有利于油页岩资源的开发利用。大力发展油页岩炼油技术有利于缓解我国石油资源供需矛盾，为实现能源多元化提供切实可行的途径。

[0003] 目前国内对油页岩的利用技术主要是干馏炼油技术。通过地下开采或露天开采得到的油页岩，经破碎、筛分，在隔绝空气的条件下，加热到一定温度范围，发生一系列的物理化学反应，最终生成页岩油、煤气和半焦等。该技术很少对碎页岩和热值较高的半焦和灰渣等固体废物加以利用。这就造成了能源资源的大量浪费和经济效益较差等问题。例如，油页岩热解炼油或燃烧后形成大量灰渣(约占油页岩处理量的60-80％)就近堆积占用大量土地；经雨水长久浇淋，灰渣中存留的许多有害物质随雨水进入水系和土壤，引起其严重污染并直接影响生态环境；灰渣里含有的很多细尘，进入大气环境，造成PM污染，影响居民的身体健康。

[0004] 如何进一步的提高油页岩炼油过程经济性能，已成为油页岩加工行业的“瓶颈”。目前油页岩干馏得到的页岩油主要用于锅炉燃料等低端初级燃料，含有较多不饱和烃类和硫、氮、氧等非烃类有机化合物，这些杂质极易造成油中胶质变多，降低油的稳定性，同时杂质燃烧也会产生大量有害气体污染环境。因此页岩油需要深加工除去杂质，如生成燃料油和其它化学品。对页岩油加氢处理是一项较成熟技术，含加氢提质的油页岩炼制过程日益受到重视。该过程的示意图如图1所示。但是该过程一次性投资大，所需设备费用及操作费用也很高，造成了国内页岩油深加工率非常低。除此之外，目前氢气市场价格偏高，如果采用外购氢气作为氢源，无疑会提高过程的生产成本，降低过程的经济效益。

[0005] 页岩矿常与煤矿伴生，且通常含大量廉价的褐煤，所以采用油页岩伴生的煤炭资源可以保证制氢原料煤来源充足。例如，在我国抚顺矿务局西露天矿目前年生产能力为油页岩700万吨，煤260万吨；东露天矿计划规模为年产油页岩1190万吨，煤80万吨。但传统煤制氢工艺流程，包括空分单元、煤气化单元、煤气净化单元、变换单元和变压吸附单元。存在诸多的主要问题，如气化产物为富碳气体，氢气含量较低；环境污染严重；对于水分含量高的煤，要进行预处理；气化体积庞大，系统复杂，投资费用过高的问题。

发明内容

[0006] 为解决现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种油页岩炼油集成伴生煤气化制氢综合利用系统。

[0007] 本发明的另一目的在于提供一种油页岩炼油集成伴生煤气化制氢综合利用工艺。

[0008] 为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

[0009] 一种油页岩炼油集成伴生煤气化制氢综合利用系统，所述系统包括依次连接的油页岩干馏单元、页岩油气分离单元、页岩油加氢提质单元和分离器，还包括燃烧炉、煤超临界水气化单元、换热器、氢气提纯单元和建材生产单元；

[0010] 所述油页岩干馏单元设有通入油页岩原料的入口，油页岩干馏单元的油气混合物出口通过管道与页岩油气分离单元的油气混合物原料入口相连接；页岩油气分离单元的页岩油出口通过管道与页岩油加氢提质单元的页岩油原料入口相连接，页岩油气分离单元的循环煤气出口通过管道与油页岩干馏单元的热载体原料入口相连接；岩油加氢提质单元的粗油品出口通过管道与分离器的粗油品原料入口相连接；

[0011] 分离器的氢气出口分为两个通道，一个通道通过管道与页岩油加氢提质单元3的循环氢气入口连接，另一通道用于排放驰放气；

[0012] 油页岩干馏单元的碎屑页岩出口、以及页岩油气分离单元的剩余煤气出口分别通过管道与燃烧炉的燃料入口相连接，燃烧炉的页岩灰渣出口与油页岩干馏单元的灰渣出口混合后通过管道与建材生产单元的灰渣原料入口相连接，燃烧炉产生的燃烧热提供给煤超临界水气化单元；

[0013] 所述煤超临界水气化单元设有水煤浆原料入口，煤超临界水气化单元的合成气出口通过管道与换热器的高温气体入口连接；换热器的常温合成气出口通过管道与氢气提纯单元的氢气原料入口相连；氢气提纯单元的氢气出口分两个通道，一个通道通过管道与页岩加氢提质单元的新鲜氢气入口连接，另一通道作为产品氢气的出口；氢气提纯单元的循环水出口与新鲜水入口混合后通过管道与换热器的冷却水入口连接；换热器的超临界水出口通过管道与煤超临界水气化单元的超临界水入口连接。

[0014] 优选的，所述油页岩干馏单元包含有油页岩预热器、干燥器、干馏段、第一分气固离器、第一冷却器、洗涤塔、第二冷却器、气液分离器和分离器；其中干馏段包含干馏反应器、气化反应器、第二气固分离器、换热器和蓄热反应器；

[0015] 所述预热器设有油页岩原料入口，预热器、干燥器和干馏反应器通过管道依次连接；干馏反应器设有脱除表面水的油页岩入口，干馏反应器的油气混合出口通过管道与第一气固分离器的油气混合物入口相连接，第一气固分离器的含油气的混合物流出口通过管道与第一冷却器的高温含油气的混合物流入口相连接，第一冷却器的冷凝分离后页岩油和干馏气的混合物出口与洗涤塔混合物流入口相连接，洗涤塔的洗涤煤气出口分为两个通道，分别通过管道与第二冷却器以及气液分离器的洗涤煤气入口相连接，第二冷却器冷却后的洗涤煤气出口通过管道与分离器的物流入口相连接；

[0016] 气化反应器设有饱和空气入口，气化反应器的固体物料入口通过管道与第一气固分离器的固体物料出口相连接，气化反应器的气固混合物流出口通过管道与第二气固分离器的气固混合物流入口相连接；第二气固分离器的气化气出口分为两个通道，一通道通过管道与干馏反应器的气化气体入口直接连接，另一通道和换热器的加热循环煤气出口混合后通过管道与干馏反应器的热载体原料入口相连接；

[0017] 分离器的净化煤气出口分为两个通道，一通道通过管道与蓄热反应器的净化煤气入口相连接，另一通道通过管道与燃烧炉的燃料入口相连接；蓄热反应器设有空气入口，蓄热反应器的燃烧反应气出口通过管道与换热器的燃烧反应气入口相连接，换热器的净化后的煤气入口通过管道与气液分离器的净化后的煤气出口相连接。

[0018] 更优选的，所述洗涤塔的洗涤煤气出口、第二气固分离器的气化气出口和分离器的净化煤气出口分别通过分流器、分流器、煤气分流器分为两个通道；所述第二气固分离器的气化气出口的其中一个通道与换热器的加热后的煤气出口通过集合管混合；洗涤塔、气液分离器和分离器均分别设有页岩油出口，三个出口的页岩油通过混合装置混合。

[0019] 上述方案中，所述的煤气分流器为流体分流设备，用于根据加热循环煤气所需热负荷的大小调节分流比，即调节进入干馏炉蓄热反应器的煤气量和进入燃烧炉的煤气量。

[0020] 优选的，所述页岩油加氢提质单元包括加热炉、一级反应器、二级反应器、换热器、高压闪蒸罐、分馏塔和压缩机；

[0021] 加热炉设有页岩油与氢气混合物流的入口，加热炉的页岩油和氢气的物流出口与一级反应器的渣油加氢裂化产品的出口混合后，再通过管道与二级反应器的物流入口相连接，二级反应器的油页岩加氢精制的产品出口通过管道与换热器的油页岩加氢精制的产品入口相连接，换热器的页岩油加氢产品气、产品油和未反应氢气的混合物流出口通过管道与高压闪蒸罐的混合物流入口相连接，高压闪蒸罐的加氢产品出口通过管道与分馏塔的物流入口相连接，高压闪蒸罐的氢气出口分为两个通道，一通道通过管道与压缩机的氢气入口相连接，另一通道直接排放驰放气(氢气)；

[0022] 压缩机的氢气出口与新鲜氢气入口混合后分为两个通道，一通道通过管道与页岩油混合，另一通道与分馏塔底部的循环渣油出口混合后，再通过管道与换热器的换热物流入口连接，换热器的换热物流出口通过管道与一级反应器的物流入口相连接。

[0023] 更优选的，高压闪蒸罐的氢气出口通过氢气分流器分为两个通道。

[0024] 上述方案中，所述的氢气分流器为流体分流设备，用于根据压缩功耗和氢元素效率调节分流比，即减少排放量可以提高氢元素效率，但是会提高过程能耗，需要进行优化才能确定最佳分流比。

[0025] 优选的，所述煤超临界水气化单元包含燃烧炉、煤超临界水气化反应器、换热器；所述氢气提纯单元包括预热器、高压分离器、变压吸附装置和低压分离器；

[0026] 预热器设有水煤浆入口，预热器的水煤浆出口通过管道与煤超临界水气化反应器的水煤浆入口相连接，煤超临界水气化反应器的气化炉出口气出口通过管道与换热器的气化炉出口气入口相连接，换热器的冷却气化炉出口气出口通过管道与高压分离器的气体进口相连接，高压分离器的富氢气体出口通过管道与变压吸附装置的富氢气体入口相连接，高压分离器的气液混合物出口通过管道与低压分离器的气液混合物入口相连接，低压分离器的循环水出口与新鲜水入口混合后通过进料泵与换热器的冷却水入口相连接，换热器的超临界水出口通过管道与煤超临界水气化反应器的超临界水入口相连接；煤超临界水气化反应器气化反应过程中所需的热负荷通过燃烧炉提供。

[0027] 燃烧炉的烟道气出口管道上还可以设有废热回收锅炉。

[0028] 一种油页岩炼油集成伴生煤气化制氢综合利用工艺，包括以下步骤：

[0029] 经破碎筛分后的油页岩通入油页岩干馏单元发生干馏反应得到油气混合物、灰渣和未反应的碎屑页岩，将得到的油气混合物通入页岩油气分离单元分离得到循环煤气、页岩油和剩余煤气；

[0030] 其中循环煤气返回油页岩干馏单元反应，页岩油进入页岩油加氢提质单元得到页岩油加氢产品气、产品油和未反应氢气的混合物，混合物通过分离器分离得到未反应氢气、以及产品油和产品气，所得未反应氢气分为两部分，一部分返回页岩油加氢提质单元反应，一部分直接排放；

[0031] 碎屑页岩和剩余煤气通入燃烧炉燃烧，得到烟道气、页岩灰渣和燃烧热；灰渣和页岩灰渣混合后通入建材生产单元生产建材产品；

[0032] 水煤浆预热后通入煤超临界水气化单元反应，得到气化炉出口气，其中反应所需的热量由燃烧炉产生的燃烧热提供；所得气化炉出口气经换热器换热后得到冷却后的气化炉出口气，冷却后的气化炉出口气进入氢气提纯单元反应得到氢气、废气和循环水；其中氢气的一部分作为新鲜氢气通入页岩油加氢提质单元反应，另一部分作为产品氢气，循环水与新鲜水混合后作为冷却水通入换热器换热得到超临界水并通入煤超临界水气化单元反应。

[0033] 优选的，所述经破碎筛分后的油页岩粒径为8～75mm；所述油页岩干馏单元中干馏反应的温度为500～600℃，压力0.1MPa。

[0034] 更优选的，所述反应温度为525℃。

[0035] 优选的，所述页岩油加氢提质单元的反应温度为350～400℃，压力为15.7MPa。

[0036] 优选的，所述水煤浆的原料煤采用的是油页岩伴生的褐煤。

[0037] 上述方案中油页岩进料中粒径在8～75mm范围的油页岩进入油页岩干馏单元，而粒径小于8mm的页岩则和油页岩干馏过程产生的剩余煤气进入燃烧炉，为煤超临界水气化反应提供热量；由煤超临界水气化单元获得的氢气一部分作为页岩油加氢提质的氢源，降低页岩油加氢提质单元的生产成本，另外一部分的氢气作为产品气输出，提高过程的经济收入；煤超临界水气化单元分离器分离后得到的水循环使用，与新鲜水混合后进入换热器。

[0038] 更优选的，所述油页岩干馏单元的进料中，干空气和水蒸气的质量比为1.05～1.20。

[0039] 更优选的，所述干空气和水蒸气的质量比为1.13。

[0040] 优选的，所述页岩油加氢提质单元的反应温度为350～400℃，压力为15.7MPa；新鲜氢气和页岩油的质量比为0.03～0.04。

[0041] 更优选的，所述煤超临界气化反应单元中操作温度为500～650℃，压力为23～27MPa；高压分离器的操作温度为25℃，压力为23～27MPa；低压分离器的操作温度为25℃，压力为0.1MPa。

[0042] 所述高压分离器压操作压力更优选为24MPa。

[0043] 与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：

[0044] (1)本发明将油页岩干馏单元废弃的碎屑页岩和多余的剩余煤气为煤超临界水气化反应提供热量，节省了维持煤超临界水气化反应消耗较高热值和高经济价值的煤炭资源。现有油页岩干馏工艺中，大部分情况下未对碎屑的页岩进行利用，多余的煤气用于能量效率较低的发电过程(通常为28～36％)，而在本发明中，碎屑页岩全部被利用了，以及多余的煤气作为燃烧过程的原料，燃烧效率通常在85％以上。

[0045] (2)本发明集成使用页岩矿伴生的褐煤生产高经济价值的氢气。一方面为页岩油加氢提质单元提供稳定氢源，降低了页岩油加氢过程的生产成本；另一方面作为产品输出，极大地提高了油页岩加工行业的经济收入。一种油页岩炼油集成伴生煤气化制氢综合利用过程的经济收入较油页岩单纯炼制过程提高了约37％，而总投资费用和总生产成本约提高了15％和18％。

[0046] (3)本发明采用煤超临界水气化技术为页岩油加氢提质单元提供了稳定、足量、廉价的氢气。有效地解决了现有方案，包括剩余煤气变压吸附制氢存在氢气量不足的问题；煤层气甲烷制氢存在氢源不稳定的问题；传统煤气化制氢结构复杂、投资费用大的问题。

[0047] (4)油页岩经过燃烧或干馏过程产生的灰渣约占油页岩处理量的60～80％，在现有的工艺中大部分作为固体废弃物排放到环境中，严重污染了环境。本发明对这种固体废弃物加以利用，优化了资源配置的同时也提高了过程的经济效益。

附图说明

[0048] 图1为目前油页岩炼制过程的工艺示意图。其中1为油页岩干馏单元，2为页岩油气分离单元，3为页岩油加氢提质单元，4为分离器；5～17为物流编号，其中5为油页岩，6为油气混合物，7为碎屑页岩，8为灰渣，9为循环煤气，10为页岩油，11为剩余煤气，12为新鲜氢气，13为页岩油加氢产品气、产品油和未反应氢气的混合物，14为循环氢气，15为产品油和产品气，16为未反应氢气，17为驰放气。

[0049] 图2为本发明的一种油页岩炼油集成伴生煤气化制氢综合利用过程的工艺示意图。其中18为燃烧炉，19为煤超临界水气化单元，20为换热器，21为氢气提纯单元，22为建材生产单元；23～37为物流编号，其中23为水煤浆，24为燃烧热，25为气化炉出口气，26为新鲜水，27为冷却水，28为超临界水，29为冷却后的气化炉出口气，30为废气，31为氢气，32，为循环水，33为产品氢气，34为页岩灰渣，35为烟道气，36为灰渣物流，37为建材产品。其余编号与图1中相同编号表示相同的操作单元或物流。

[0050] 图3为油页岩干馏过程的工艺流程图。其中84为预热器，85为干燥器，86为干馏反应器，87为第一气固分离器，88为气化反应器，89为第二气固分离器，90为分流器，91为集合管，92为第一冷却器，93为洗涤塔，95为第二冷却器，96为气液分离器，97为分离器，98为混合装置，99为分流器，100为换热器，101为蓄热反应器；38-62为物流编号，其中38为预热后的油页岩，39为脱除表面水的油页岩，40为脱除水，41为气化气体，42为页岩油和干馏气的混合物，43为无机矿物质和半焦等的固体物流，44为冷凝分离后页岩油和干馏气的混合物，45为洗涤煤气，46为分离后一部分的页岩油和杂质，47和48为洗涤煤气，49为冷却后的洗涤煤气，50为净化煤气，51为页岩油，52为净化后的煤气，53为页岩油，54为净化后煤气，55为空气，56为燃烧反应气，57为加热循环煤气，58为烟道气，59为气化气体，60为气化气体，61为气化气体、无机矿物质和灰渣的混合物，62为饱和空气。其余编号与图1中相同编号表示相同物流。

[0051] 图4为页岩油加氢提质单元的工艺流程。其中102为加热炉，103为一级反应器，104为二级反应器，105为换热器，106为高压分离器，107为分馏塔，108为压缩机，109为分流器；63-77为物流编号，其中63为页岩油和氢气混合物流，64为渣油加氢裂化的产品，65为混合物流，66为油页岩加氢精制的产品，67为换热后的物流，68为循环渣油，69为加氢产品，70为干气，71为液化石油气，72为石脑油，73为柴油，74为压缩后的循环氢气，75是混合后的氢气,76和77为氢气。其余编号与图1中相同编号表示相同物流。

[0052] 图5为煤超临界水气化单元的工艺流程图。110为废热回收锅炉，111为预热器，112为高压分离器，113为变压吸附装置，114为低压分离器，115为进料泵，116为煤超临界水气化反应器。78-83为物流编号，其中78为空气，79为热烟道气，80为预热后的水煤浆，81为富氢气体，82为气液混合物，83为水。其余编号与图2中相同编号表示相同的操作单元或物流。

具体实施方式

[0053] 下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

[0054] 现有技术中的油页岩炼制过程的工艺示意图如图1所示，其中1为油页岩干馏单元，2为页岩油气分离单元，3为页岩油加氢提质单元，4为分离器；5～17为物流编号，其中5为油页岩，6为油气混合物，8为灰渣，7为碎屑页岩，9为循环煤气，10为页岩油，11为剩余煤气，12为新鲜氢气，13为页岩油加氢产品气、产品油和未反应氢气的混合物，14为循环氢气，15为产品油和产品气，16为未反应氢气，17为驰放气。

[0055] 本发明一种油页岩炼油集成伴生煤气化制氢综合利用系统，如图2所示，所述系统包括依次连接的油页岩干馏单元1、页岩油气分离单元2、页岩油加氢提质单元3和分离器4，还包括燃烧炉18、煤超临界水气化单元19、换热器20、氢气提纯单元21和建材生产单元22；

[0056] 所述油页岩干馏单元1设有通入油页岩原料的入口，油页岩干馏单元1的油气混合物出口通过管道与页岩油气分离单元2的油气混合物原料入口相连接；页岩油气分离单元2的页岩油出口通过管道与页岩油加氢提质单元3的页岩油原料入口相连接，页岩油气分离单元2的循环煤气出口通过管道与油页岩干馏单元1的热载体原料入口相连接；岩油加氢提质单元3的粗油品出口通过管道与分离器4的粗油品原料入口相连接；

[0057] 分离器4的氢气出口分为两个通道，一个通道通过管道与页岩油加氢提质单元3的循环氢气入口连接，另一通道用于排放驰放气；

[0058] 油页岩干馏单元1的碎屑页岩出口、以及页岩油气分离单元2的剩余煤气出口分别通过管道与燃烧炉18的燃料入口相连接，燃烧炉18的页岩灰渣出口与油页岩干馏单元1的灰渣出口混合后通过管道与建材生产单元22的灰渣原料入口相连接，燃烧炉18产生的燃烧热提供给煤超临界水气化单元19；

[0059] 所述煤超临界水气化单元19设有水煤浆原料入口，煤超临界水气化单元19的合成气出口通过管道与换热器20的高温气体入口连接；换热器20的常温合成气出口通过管道与氢气提纯单元21的氢气原料入口相连；氢气提纯单元21的氢气出口分两个通道，一个通道通过管道与页岩加氢提质单元3的新鲜氢气入口连接，另一通道作为产品氢气的出口；氢气提纯单元21的循环水出口与新鲜水入口混合后通过管道与换热器20的冷却水入口连接；换热器20的超临界水出口通过管道与煤超临界水气化单元19的超临界水入口连接。

[0060] 从图1和图2可见，本发明将油页岩干馏单元废弃的碎屑页岩和多余的剩余煤气为煤超临界水气化反应提供热量，节省了维持煤超临界水气化反应消耗较高热值和高经济价值的煤炭资源。

[0061] 本发明还提供了一种实现上述油页岩炼油集成伴生煤气化制氢综合利用系统的工艺，包括以下步骤：

[0062] 经破碎筛分后的油页岩5通入油页岩干馏单元1发生干馏反应得到油气混合物6、灰渣8和未反应的碎屑页岩7，将得到的油气混合物6通入页岩油气分离单元2分离得到循环煤气9、页岩油10和剩余煤气11；

[0063] 其中循环煤气9返回油页岩干馏单元1反应，页岩油10进入页岩油加氢提质单元3得到页岩油加氢产品气、产品油和未反应氢气的混合物13，混合物13通过分离器分离得到未反应氢气16、以及产品油和产品气15，所得未反应氢气16分为两部分一部分返回页岩油加氢提质单元3反应，一部分直接排放；

[0064] 碎屑页岩7和剩余煤气11通入燃烧炉18燃烧，得到烟道气35、页岩灰渣34和燃烧热24；灰渣8和页岩灰渣34混合后的灰渣物流36通入建材生产单元22生产建材产品37；

[0065] 水煤浆23预热后通入煤超临界水气化单元19反应，得到气化炉出口气25，其中反应所需的热量由燃烧炉产生的燃烧热24提供；所得气化炉出口气25经换热器20换热后得到冷却后的气化炉出口气29，冷却后的气化炉出口气29进入氢气提纯单元21反应得到氢气31、废气30和循环水32；其中氢气31的一部分作为新鲜氢气12通入页岩油加氢提质单元3反应，另一部分作为产品氢气33，循环水32与新鲜水26混合后作为冷却水27通入换热器20换热得到超临界水28并通入煤超临界水气化单元19反应。废气30直接排放。

[0066] 上述工艺中油页岩干馏单元1中反应的具体过程如图3所示：

[0067] 经破碎筛分后的油页岩5经预热器84预热，预热后的油页岩38经干燥器85脱除外在水40后，脱除表面水的油页岩39进入干馏反应器86，进行干馏反应生成含页岩油、干馏气和半焦的混合物流6；混合物流6经第一气固分离器87分离成页岩油和干馏气的混合物42和固体物流43；

[0068] 页岩油和干馏气的混合物42经第一冷却器92冷却得到的冷凝分离后页岩油和干馏气的混合物44进入洗涤塔93洗涤，得到分离后一部分页岩油和杂质46与洗涤煤气45，洗涤煤气45被分流器94分为两股物流，分别为洗涤煤气47和洗涤煤气48，洗涤煤气48进入气液分离器96得到页岩油53和净化后的煤气52，净化后的煤气52进入换热器100；洗涤煤气47经第二冷却器95得到冷却后的洗涤煤气49，冷却后的洗涤煤气49进入分离器97后得到页岩油51和净化后煤气50，净化后煤气50经煤气分流器99分为净化后煤气54和剩余煤气11两部分，净化后煤气54进入蓄热反应器101与空气55混合后进行燃烧，然后得到的燃烧反应气56通入换热器100并将净化后的煤气52加热至500～600℃，得到加热后的循环煤气57和烟道气58，剩余煤气11进入燃烧炉18；

[0069] 固体物流43进入气化反应器88与饱和空气62混合发生气化反应，反应得到的气化气体、无机矿物质和灰渣的混合物流61进入第二气固分离器89除去灰渣8(还包括半焦等固体物质)后得到气化气体60，得到的气化气体60经分流器90分为气化气体41和气化气体59两部分，气化气体41直接通入干馏反应器86，为干馏段提供热量，气化气体59与加热后的循环煤气57经集合管91混合后得到循环煤气9，循环煤气9通入干馏反应器86，为干馏段提供热量；

[0070] 页岩油46、页岩油53和页岩油51经混合装置98混合后得到页岩油10。

[0071] 上述工艺中所述油页岩干馏单元的气化反应器的进料中，空气和水蒸气的质量比为1.05～1.20。更优选的，所述空气和水蒸气的质量比为1.13。

[0072] 上述工艺中页岩油加氢提质单元中反应的具体过程如图4所示：

[0073] 新氢压缩机来的新鲜氢气12和循环气压缩机108压缩后的循环氢气74混合后的氢气75分为氢气77和氢气76两部分，页岩油10与氢气77一起进入加热炉102加热，得到页岩油与氢气混合物流63，页岩油与氢气混合物流63同一级反应器103的渣油加氢裂化的产品64混合后的混合物流65进入二级反应器104进行脱硫、脱氮等精制反应，并发生部分裂化反应，二级反应器104得到的油页岩加氢精制的产品66经过换热器105换热后得到含页岩油加氢产品气、产品油和未反应氢气的混合物13，混合物13进入高压分离器106得到未反应氢气16和加氢产品69，未反应氢气16经氢气分流器109分为大部分氢气14和小部分氢气17，大部分氢气14进入循环气压缩机108循环使用，小部分氢气17作为驰放气直接排放；加氢产品69经分馏塔107得到干气70、液化石油气71、石脑油72、柴油73和未转化的循环渣油68，循环渣油68由分馏塔107塔底抽出，与氢气76混合后进入换热器105与油页岩加氢精制的产品66换热得到换热后的物流67，换热后的物流67进入一级反应器103进行加氢裂化反应。

[0074] 所述页岩油加氢提质单元的一级反应器和二级反应器的反应温度为350～400℃，压力为15.7MPa；新鲜氢气和页岩油的质量比为0.03～0.04。更优选的，所述一级反应器的反应温度为385℃；所述二级反应器的反应温度为390℃。

[0075] 上述工艺中所述煤超临界水气化单元和氢气提纯单元中反应的具体过程如图5所示：

[0076] 水煤浆23经过预热器111加热得到预热后的水煤浆80，预热后的水煤浆80进入煤超临界水气化反应器116与超临界水28发生气化反应得到气化炉出口气25，气化炉出口气25经换热器20换热后得到冷却后的气化炉出口气29；冷却后的气化炉出口气29进入高压分离器112得到富氢气体81和气液混合物82；富氢气体81进入变压吸附装置113，得到氢气31；
气液混合物82进入低压分离器114得到废气30和循环水32，循环水32与新鲜水26混合后的水83经进料泵115作为冷却水27进入换热器20，冷却水27与气化炉出口气25换热得到超临界水28，超临界水28进入煤超临界水气化反应器116发生气化反应；气化反应过程中所需的燃烧热24则通过燃烧炉18来提供；

[0077] 所述油页岩干馏单元的碎屑页岩7和剩余煤气11都过燃料入口通入燃烧炉18作为燃料，与空气78燃烧产生燃烧热24、页岩灰渣34和热烟道气79，热烟道气79经废热回收锅炉110后得降温后的烟道气35；页岩油加氢提质单元的新鲜氢气由煤超临界水气化单元生产的氢气31提供。

[0078] 上述工艺中，所述油页岩干馏单元产生的灰渣8和煤超临界水气化单元产生的页岩灰渣34，都通入建材生产单元22。

[0079] 所述煤超临界气化反应单元中气化反应器的操作温度为500～650℃，压力为23～27MPa；高压分离器的操作温度为25℃，压力为23～27MPa；低压分离器的操作温度为25℃，压力为0.1MPa。所述高压分离器压操作压力更优选为24MPa。

[0080] 实施例1

[0081] 本实施例的油页岩及其伴生煤综合利用工艺的具体实施如下：

[0082] 进入本发明工艺的原料页岩流量为322.5t/h，其中进入干馏炉的为275t/h，碎屑页岩流量为47.5t/h。干馏炉气化段水蒸气与空气质量比为1.13。褐煤的进料量为33.91t/h。油页岩和褐煤的工业分析和元素分析见表1。油页岩炼油集成伴生煤气化制氢综合利用过程的工艺流程图见图2。

[0083] 表1 油页岩和褐煤的工业分析元素分析

[0084]

[0085] (表中M,FC,V,和A分别表示油页岩中水分、固定碳、挥发分和灰的含量，ar表示收到基，wt表示质量分数)

[0086] 油页岩干馏过程如图3所示：

[0087] 经破碎筛分后粒径8～75mm的油页岩5经预热器84预热，预热后的油页岩38经干燥器85脱除外在水40后，脱除表面水的油页岩39进入干馏反应器86，在0.1MPa、525℃下进行干馏反应生成含页岩油、干馏气和半焦的混合物流6；混合物流6经第一气固分离器87分离成页岩油和干馏气的混合物42和固体物流43；

[0088] 页岩油和干馏气的混合物42经第一冷却器92冷却得到的冷凝分离后页岩油和干馏气的混合物44进入洗涤塔93洗涤，得到分离后一部分页岩油和杂质46与洗涤煤气45，洗涤煤气45被分流器94分为两股物流，分别为洗涤煤气47和洗涤煤气48，洗涤煤气48进入气液分离器96得到页岩油53和净化后的煤气52，净化后的煤气52进入换热器100；洗涤煤气47经第二冷却器95得到冷却后的洗涤煤气49，冷却后的洗涤煤气49进入分离器97后得到页岩油51和净化后煤气50，净化后煤气50经煤气分流器99分为净化后煤气54和剩余煤气11两部分，净化后煤气54进入蓄热反应器101与空气55混合后进行燃烧，然后得到的燃烧反应气56通入换热器100并将净化后的煤气52加热至550℃，得到加热后的循环煤气57和烟道气58，剩余煤气11进入燃烧炉18；

[0089] 固体物流43进入气化反应器88与85℃饱和空气62混合在0.1MPa、850℃下发生气化反应，反应得到的气化气体、无机矿物质和灰渣的混合物流61进入第二气固分离器89除去灰渣8(还包括半焦等固体物质)后得到气化气体60，得到的气化气体60经分流器90分为气化气体41和气化气体59两部分，气化气体41直接通入干馏反应器86，为干馏段提供热量，气化气体59与加热后的循环煤气57经集合管91混合后得到循环煤气9，循环煤气9通入干馏反应器86，为干馏段提供热量；

[0090] 页岩油46、页岩油53和页岩油51经混合装置98混合后得到页岩油10。

[0091] 页岩油加氢提质过程如图4所示：

[0092] 新氢压缩机来的新鲜氢气12和循环气压缩机108压缩后的循环氢气74混合后的氢气75分为氢气77和氢气76两部分，页岩油10与氢气77一起进入加热炉102加热，得到页岩油与氢气混合物流63，页岩油与氢气混合物流63同一级反应器103的渣油加氢裂化的产品64混合后进入二级反应器104在380℃条件下进行脱硫、脱氮等精制反应，并发生部分裂化反应，二级反应器104得到的油页岩加氢精制的产品66经过换热器105换热后得到含页岩油加氢产品气、产品油和未反应氢气的混合物13，混合物13进入高压分离器106得到未反应氢气16和加氢产品69，未反应氢气16经氢气分流器109分为大部分氢气14和小部分氢气17，大部分氢气14进入循环气压缩机108循环使用，小部分氢气17作为驰放气直接排放；加氢产品69经分馏塔107得到干气70、液化石油气71、石脑油72、柴油73和未转化的循环渣油68，循环渣油68由分馏塔107塔底抽出，与氢气76混合后进入换热器105与油页岩加氢精制的产品66换热得到换热后的物流67，换热后的物流67进入一级反应器103在温度为380℃条件下进行加氢裂化反应。此过程中新鲜氢气与页岩油质量比为0.035。

[0093] 煤超临界水气化单元和氢气提纯单元中反应的具体如图5所示：

[0094] 水煤浆23经过预热器111加热得到预热后的水煤浆80，预热后的水煤浆80进入煤超临界水气化反应器116与超临界水28发生气化反应得到气化炉出口气25(预热后的水煤浆80和超临界水28从煤超临界水气化反应器19的下半部分通入，气化炉出口气25从反应器上半部分采出)，反应温度为600℃，压力为25MPa，气化炉出口气25经换热器20换热后得到冷却后的气化炉出口气29；冷却后的气化炉出口气29进入高压分离器112得到富氢气体81和气液混合物82；富氢气体81进入变压吸附装置113，得到氢气31；气液混合物82进入低压分离器114得到废气30和循环水32，循环水32与新鲜水26混合后的水83经进料泵115作为冷却水27进入换热器20，冷却水27与气化炉出口气25换热得到超临界水28，超临界水28进入煤超临界水气化反应器116发生气化反应；气化反应过程中所需的燃烧热24则通过燃烧炉18燃烧碎屑页岩7和剩余煤气11来提供。

[0095] 现有油页岩炼制过程主要包括上述的油页岩干馏过程和页岩油加氢过程，将不再此重复阐述。

[0096] 最终，本实施例油页岩炼油集成伴生煤气化制氢综合利用过程，能量效率和投资利润率分别可提高至33.88％和22.72％，过程产生的灰渣几乎都得到有效利用。相比现有油页岩炼制过程，能量效率和投资利润率较过程分别提高了7.97％和9.87％。

[0097] 实施例2

[0098] 本实施例的油页岩及其伴生煤综合利用工艺的具体实施如下：

[0099] 进入本发明工艺的原料页岩流量为375t/h，其中进入干馏炉的为300t/h，碎屑页岩流量为75t/h。干馏炉气化段水蒸气与空气质量比为1.20。褐煤的进料量为48.36 t/h。油页岩和褐煤的工业分析和元素分析见表2。油页岩炼油集成伴生煤气化制氢综合利用过程的工艺流程图见图2。

[0100] 表2 油页岩和褐煤的工业分析元素分析

[0101]

[0102] (表中M,FC,V,和A分别表示油页岩中水分、固定碳、挥发分和灰的含量，ar表示收到基，wt表示质量分数)

[0103] 油页岩干馏过程如图3所示：

[0104] 经破碎筛分后粒径8～75mm的油页岩5经预热器84预热，预热后的油页岩38经干燥器85脱除外在水40后，脱除表面水的油页岩39进入干馏反应器86，在0.1MPa、600℃下进行干馏反应生成含页岩油、干馏气和半焦的混合物流6；混合物流6经第一气固分离器87分离成页岩油和干馏气的混合物42和固体物流43；

[0105] 页岩油和干馏气的混合物42经第一冷却器92冷却得到的冷凝分离后页岩油和干馏气的混合物44进入洗涤塔93洗涤，得到分离后一部分页岩油和杂质46与洗涤煤气45，洗涤煤气45被分流器94分为两股物流，分别为洗涤煤气47和洗涤煤气48，洗涤煤气48进入气液分离器96得到页岩油53和净化后的煤气52，净化后的煤气52进入换热器100；洗涤煤气47经第二冷却器95得到冷却后的洗涤煤气49，冷却后的洗涤煤气49进入分离器97后得到页岩油51和净化后煤气50，净化后煤气50经煤气分流器99分为净化后煤气54和剩余煤气11两部分，净化后煤气54进入蓄热反应器101与空气55混合后进行燃烧，然后得到的燃烧反应气56通入换热器100并将净化后的煤气52加热至600℃，得到加热后的循环煤气57和烟道气58，剩余煤气11进入燃烧炉18；

[0106] 固体物流43进入气化反应器88与85℃饱和空气62混合在0.1MPa、900℃下发生气化反应，反应得到的气化气体、无机矿物质和灰渣的混合物流61进入第二气固分离器89除去灰渣8(还包括半焦等固体物质)后得到气化气体60，得到的气化气体60经分流器90分为气化气体41和气化气体59两部分，气化气体41直接通入干馏反应器86，为干馏段提供热量，气化气体59与加热后的循环煤气57经集合管91混合后得到循环煤气9，循环煤气9通入干馏反应器86，为干馏段提供热量；

[0107] 页岩油46、页岩油53和页岩油51经混合装置98混合后得到页岩油10。

[0108] 页岩油加氢提质过程如图4所示：

[0109] 新氢压缩机来的新鲜氢气12和循环气压缩机108压缩后的循环氢气74混合后的氢气75分为氢气77和氢气76两部分，页岩油10与氢气77一起进入加热炉102加热，得到页岩油与氢气混合物流63，页岩油与氢气混合物流63同一级反应器103的渣油加氢裂化的产品64混合后进入二级反应器104在400℃条件下进行脱硫、脱氮等精制反应，并发生部分裂化反应，二级反应器104得到的油页岩加氢精制的产品66经过换热器105换热后得到含页岩油加氢产品气、产品油和未反应氢气的混合物13，混合物13进入高压分离器106得到未反应氢气16和加氢产品69，未反应氢气16经氢气分流器109分为大部分氢气14和小部分氢气17，大部分氢气14进入循环气压缩机108循环使用，小部分氢气17作为驰放气直接排放；加氢产品69经分馏塔107得到干气70、液化石油气71、石脑油72、柴油73和未转化的循环渣油68，循环渣油68由分馏塔107塔底抽出，与氢气76混合后进入换热器105与油页岩加氢精制的产品66换热得到换热后的物流67，换热后的物流67进入一级反应器103在温度为380℃条件下进行加氢裂化反应。此过程中新鲜氢气与页岩油质量比为0.035。

[0110] 煤超临界水气化单元和氢气提纯单元中反应的具体如图5所示：

[0111] 水煤浆23经过预热器111加热得到预热后的水煤浆80，预热后的水煤浆80进入煤超临界水气化反应器116与超临界水28发生气化反应得到气化炉出口气25，反应温度为650℃，压力为27MPa，气化炉出口气25经换热器20换热后得到冷却后的气化炉出口气29；冷却后的气化炉出口气29进入高压分离器112得到富氢气体81和气液混合物82；富氢气体81进入变压吸附装置113，得到氢气31；气液混合物82进入低压分离器114得到废气30和循环水32，循环水32与新鲜水26混合后的水83经进料泵115作为冷却水27进入换热器20，冷却水27与气化炉出口气25换热得到超临界水28，超临界水28进入煤超临界水气化反应器116发生气化反应；气化反应过程中所需的燃烧热24则通过燃烧炉18燃烧碎屑页岩7和剩余煤气11来提供。

[0112] 现有油页岩炼制过程主要包括上述的油页岩干馏过程和页岩油加氢过程，将不再此重复阐述。

[0113] 最终，本实施例油页岩炼油集成伴生煤气化制氢综合利用过程，能量效率和投资利润率分别可提高至34.20％和22.95％，过程产生的灰渣几乎都得到有效利用。相比现有油页岩炼制过程，能量效率和投资利润率提高了8.29％和8.50％。

[0114] 上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。