本發(fā)明涉及冶金技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，本發(fā)明涉及一種由粉煤制備苯的方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

我國的能源格局一直是富煤、貧油、少氣，煤炭儲量可達世界煤炭儲量的17％。其中褐煤、長焰煤等低階煤資源儲量豐富，占我國煤炭儲量及煤炭產(chǎn)量50％以上，但由于低階煤水含量高，直接燃燒或氣化效率低且現(xiàn)有技術(shù)無法充分利用其資源價值，導致了煤炭資源的巨大浪費。2015年4月國家能源局發(fā)布了《煤炭清潔高效利用行動計劃(2015-2020)》，將煤炭分質(zhì)分級利用地位顯著提高，大力倡導低階煤提質(zhì)技術(shù)的研發(fā)和示范。因此，開發(fā)低階煤的清潔高效利用新途徑具有十分重大的現(xiàn)實意義。

苯、甲苯和二甲苯等輕質(zhì)芳烴為最重要的化工基礎(chǔ)原料之一，廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)橡膠、纖維、塑料和染料等化工產(chǎn)品。目前，芳烴主要來源于石油化工中的催化重整和烴類熱解，僅有約10％來源于煤炭化工。但是目前石油資源越來越匱乏，因此，開發(fā)新的由低階煤生產(chǎn)苯等輕質(zhì)芳烴的技術(shù)勢在必行。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問題之一。為此，本發(fā)明的一個目的在于提出了由粉煤制備苯的方法和系統(tǒng)，利用該方法和系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)利用煤最大化制備苯，極大地提高了苯的產(chǎn)量，從而實現(xiàn)從低價值的煤到高附加值的苯的轉(zhuǎn)化，且具有流程簡單、加工難度低、工藝成本低且經(jīng)濟性高的優(yōu)點。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，本發(fā)明提出了一種由粉煤制備苯的方法，包括：

(1)將所述石灰石在石灰窯內(nèi)進行燒制處理，以便得到生石灰和二氧化碳；

(2)將生石灰進行破碎處理，以便得到生石灰粉末；

(3)將粉煤經(jīng)過干燥破碎后在快速熱解裝置內(nèi)進行快速熱解處理，以便得到半焦、煤焦油和含有氫氣、甲烷、一氧化碳和輕質(zhì)烴類的熱解氣；

(4)將所述半焦進行破碎，以便得到半焦粉末；

(5)將所述半焦粉末與所述生石灰粉末進行混合和壓球處理，以便得到物料球團；

(6)將所述物料球團供給至電石爐進行電石反應(yīng)，以便得到電石和一氧化碳；

(7)將所述電石經(jīng)破碎后在乙炔發(fā)生器內(nèi)與水反應(yīng)，以便得到乙炔；以及

(8)將所述乙炔、步驟(1)產(chǎn)生的二氧化碳、步驟(3)產(chǎn)生的熱解氣中的氫氣和甲烷以及步驟(6)產(chǎn)生的一氧化碳通入乙炔制苯反應(yīng)器中并發(fā)生反應(yīng)，以便獲得苯并副產(chǎn)乙烯。

由此，采用本發(fā)明實施例的由粉煤制備苯的方法，首先由粉煤制芳烴，解決了由于石油資源有限帶來的芳烴產(chǎn)量限制的問題，實現(xiàn)了從低價值的低階煤到高附加值的芳烴的轉(zhuǎn)變過程；其次，將粉煤經(jīng)過快速熱解裝置提質(zhì)，解決了粉煤難以應(yīng)用于工業(yè)的問題?？焖贌峤膺^程中得到的氣體產(chǎn)物可作為燃料氣和乙炔制苯反應(yīng)原料氣；提質(zhì)后半焦與生石灰生產(chǎn)電石，制備乙炔，作為制苯反應(yīng)器的原料氣，實現(xiàn)了低階煤的清潔高效利用。因此，采用本發(fā)明實施例的由粉煤制備苯的方法能夠?qū)崿F(xiàn)利用粉煤最大化制備苯，極大地提高了苯的產(chǎn)量，從而實現(xiàn)從低價值的煤到高附加值的苯的轉(zhuǎn)化，且具有流程簡單、加工難度低、工藝成本低且經(jīng)濟性高的優(yōu)點。

另外，根據(jù)本發(fā)明上述實施例的由粉煤制備苯的方法還可以具有如下附加的技術(shù)特征：

在本發(fā)明的一些實施例中，步驟(3)中，所述粉煤為揮發(fā)分大于35wt％的低品質(zhì)煤。

在本發(fā)明的一些實施例中，步驟(2)中，所述生石灰粉末的平均粒徑不高于20微米，優(yōu)選不高于10微米。

在本發(fā)明的一些實施例中步驟(4)中，所述半焦粉末的平均粒徑為不高于20微米，優(yōu)選不高于10微米。

在本發(fā)明的一些實施例中，步驟(5)中，所述半焦粉末與所述生石灰粉末的質(zhì)量比為1：(1-2)。

在本發(fā)明的一些實施例中，所述物料球團的平均粒徑為10-40mm。

在本發(fā)明的一些實施例中，所述快速熱解處理的溫度為500-800攝氏度，時間為2-30秒。

在本發(fā)明的一些實施例中，步驟(7)中，將所述電石破碎至粒徑不高于80mm，優(yōu)選將所述電石破碎至粒徑為50～80mm。

在本發(fā)明的一些實施例中，步驟(8)中，所述反應(yīng)是在600～1000攝氏度下進行的，優(yōu)選地，所述反應(yīng)是在850～950攝氏度下進行的。

在本發(fā)明的一些實施例中，步驟(8)中，所述乙炔、所述氫氣、所述甲烷、所述二氧化碳和所述一氧化碳的體積比為(1～2)：(1～4)：(1～2)：(1～3)：(0.5～1)。

根據(jù)本發(fā)明的第二方面，本發(fā)明還提出了一種實施前面所述由粉煤制備苯的方法的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：

石灰窯，所述石灰窯內(nèi)具有預熱區(qū)和燒制區(qū)，所述預熱區(qū)具有石灰石入口，所述燒制區(qū)具有生石灰出口和二氧化碳出口；

生石灰破碎裝置，所述生石灰破碎裝置具有生石灰入口和生石灰粉末出口，所述生石灰入口與所述生石灰出口相連；

粉煤破碎裝置，所述粉煤破碎裝置具有粉煤入口和粉煤粉末出口；

快速熱解裝置，所述快速熱解裝置具有粉煤粉末入口、半焦出口、煤焦油出口和熱解氣出口，所述粉煤粉末入口與粉煤粉末出口相連；

半焦破碎裝置，所述半焦破碎裝置具有半焦入口和半焦粉末出口；

混料裝置，所述混料裝置具有生石灰粉末入口、半焦粉末入口和混合物料出口，所述生石灰粉末入口與所述生石灰粉末出口相連，所述半焦粉末入口與所述半焦粉末出口相連；

壓球裝置，所述壓球裝置具有混合物料入口和物料球團出口，所述混合物料入口與所述混合物料出口相連；

電石爐，所述電石爐具有物料球團入口、電石出口和一氧化碳出口，所述物料球團入口與所述物料球團出口相連；

電石破碎裝置，所述電石破碎裝置具有電石入口和電石碎料出口，所述電石入口與所述電石出口相連；

乙炔發(fā)生器，所述乙炔發(fā)生器具有電石碎料入口、水入口和乙炔出口，所述電石碎料入口與所述電石碎料出口相連；

乙炔制苯反應(yīng)器，所述制苯反應(yīng)器具有乙炔入口，二氧化碳入口、一氧化碳入口、氫氣入口、甲烷入口和苯產(chǎn)物出口，所述乙炔入口與所述乙炔發(fā)生器的乙炔出口相連，所述二氧化碳入口與所述石灰窯的二氧化碳出口相連，所述一氧化碳入口與所述電石爐的一氧化碳出口相連，所述氫氣入口、甲烷入口分別與所述快速熱解裝置的熱解氣出口相連；

分離裝置，所述分離裝置具有苯產(chǎn)物入口、乙烯出口和苯出口，所述苯產(chǎn)物入口與所述苯產(chǎn)物出口相連。

在本發(fā)明的一些實施例中，該系統(tǒng)進一步包括：凈化分離裝置，所述凈化分離裝置設(shè)置在所述快速熱解裝置的熱解氣出口與所述乙炔制苯反應(yīng)器的氫氣入口和甲烷入口之間，所述凈化分離裝置適于分離出所述熱解氣中的氫氣和甲烷。

附圖說明

圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的由粉煤制備苯的方法流程示意圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的由粉煤制備苯的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的由粉煤制備苯的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面詳細描述本發(fā)明的實施例，實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，本發(fā)明提出了由粉煤制備苯的方法，根據(jù)本發(fā)明實施例的由粉煤制備苯的方法包括：(1)將石灰石在石灰窯內(nèi)進行燒制處理，以便得到生石灰和二氧化碳；(2)將生石灰進行破碎處理，以便得到生石灰粉末；(3)將粉煤經(jīng)過干燥破碎后在快速熱解裝置內(nèi)進行快速熱解處理，以便得到半焦、煤焦油和含有氫氣、甲烷、一氧化碳和輕質(zhì)烴類的熱解氣；(4)將半焦進行破碎，以便得到半焦粉末；(5)將半焦粉末與生石灰粉末進行混合和壓球處理，以便得到物料球團；(6)將物料球團供給至電石爐進行電石反應(yīng)，以便得到電石和一氧化碳；(7)將電石經(jīng)破碎后在乙炔發(fā)生器內(nèi)與水反應(yīng)，以便得到乙炔；以及(8)將乙炔、步驟(1)產(chǎn)生的二氧化碳、步驟(3)產(chǎn)生的熱解氣中的氫氣和甲烷以及步驟(6)產(chǎn)生的一氧化碳通入乙炔制苯反應(yīng)器中并發(fā)生反應(yīng)，以便獲得苯并副產(chǎn)乙烯。

由此，采用本發(fā)明實施例的由粉煤制備苯的方法，首先由粉煤制芳烴，解決了由于石油資源有限帶來的芳烴產(chǎn)量限制的問題，實現(xiàn)了從低價值的低階煤到高附加值的芳烴的轉(zhuǎn)變過程；其次，將粉煤經(jīng)過快速熱解裝置提質(zhì)，解決了粉煤難以應(yīng)用于工業(yè)的問題?？焖贌峤膺^程中得到的氣體產(chǎn)物可作為燃料氣和乙炔制苯反應(yīng)原料氣；提質(zhì)后半焦與生石灰生產(chǎn)電石，制備乙炔，作為制苯反應(yīng)器的原料氣，實現(xiàn)了低階煤的清潔高效利用。因此，采用本發(fā)明實施例的由粉煤制備苯的方法能夠?qū)崿F(xiàn)利用粉煤最大化制備苯，極大地提高了苯的產(chǎn)量，從而實現(xiàn)從低價值的煤到高附加值的苯的轉(zhuǎn)化，且具有流程簡單、加工難度低、工藝成本低且經(jīng)濟性高的優(yōu)點。

下面參考圖1詳細描述本發(fā)明具體實施例的由粉煤制備苯的方法。

S100：石灰石燒制處理

根據(jù)本發(fā)明的實施例，將石灰石在石灰窯內(nèi)進行燒制處理，以便得到生石灰和二氧化碳。根據(jù)本發(fā)明的具體示例，石灰石是碳酸鈣含量較高(一般在97％以上)，雜質(zhì)較少的石灰石。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，將石灰石在石灰窯內(nèi)進行燒制處理，以便得到生石灰和二氧化碳。具體的，先將石灰石運輸至石灰窯預熱區(qū)進行預熱，預熱后，再將石灰石運輸至燒制區(qū)進行燒制，得到的二氧化碳可以在后續(xù)制備苯反應(yīng)中作為稀釋劑，降低反應(yīng)氣的分壓，減少積炭。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，石灰窯預熱區(qū)的溫度為800～850攝氏度。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，預熱區(qū)溫度過低，則無法達到預熱效果，導致后續(xù)燒制反應(yīng)效率降低；而預熱區(qū)溫度過高，則容易造成石灰石的損耗。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，石灰窯燒制區(qū)的溫度為900～1100攝氏度。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，如果燒制區(qū)的溫度過低，則無法使石灰石充分轉(zhuǎn)化為生石灰和二氧化碳；而如果燒制區(qū)溫度過高，則會使能耗升高并發(fā)生副反應(yīng)，導致生石灰和二氧化碳的產(chǎn)率降低。

S200：生石灰破碎處理

根據(jù)本發(fā)明的實施例，將生石灰進行破碎處理，以便得到生石灰粉末。由此可以進一步提高生石灰粉末與焦炭的接觸面積。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，生石灰粉末的平均粒徑不高于20微米，優(yōu)選不高于10微米。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，將生石灰細磨成微米級別，具體可以磨成不高于20微米的生石灰粉末，由此可以使得煤粉末與生石灰粉末的接觸面積顯著增大，進而顯著降低二者的反應(yīng)能，提高二者的反應(yīng)效率。

S300：粉煤快速熱解處理

根據(jù)本發(fā)明的實施例，將粉煤經(jīng)過干燥破碎后在快速熱解裝置內(nèi)進行快速熱解處理，以便得到半焦、煤焦油和含有氫氣、甲烷、一氧化碳和輕質(zhì)烴類的熱解氣。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，粉煤為揮發(fā)分大于35wt％的低品質(zhì)煤。由此將粉煤經(jīng)過快速熱解裝置進行熱解提質(zhì)，產(chǎn)出半焦。從而解決了低品質(zhì)粉煤難以應(yīng)用于工業(yè)的問題?？焖贌峤膺^程中得到的氣體產(chǎn)物可作為燃料氣和乙炔制苯反應(yīng)原料氣；提質(zhì)煤與生石灰生產(chǎn)電石，制備乙炔，作為制苯反應(yīng)器的原料氣，實現(xiàn)了低階煤的清潔高效利用。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，快速熱解處理的溫度可以為500-800攝氏度，時間為2-30秒。由此該溫度下可以有效地對揮發(fā)分大于35wt％的低品質(zhì)煤進行熱解處理，進而得到半焦。

S400：半焦破碎處理

根據(jù)本發(fā)明的實施例，將半焦進行破碎，以便得到半焦粉末。由此可以進一步提高生石灰粉末與半焦的混合均勻度和接觸面積，從而進而提高制備電石的效率和產(chǎn)率。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，半焦粉末的平均粒徑為不高于20微米，優(yōu)選不高于10微米。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，將半焦細磨成微米級別，具體可以磨成不高于10微米的生石灰粉末，由此可以使得半焦粉末與生石灰粉末的接觸面積顯著增大，進而顯著降低二者的反應(yīng)能耗，提高二者的反應(yīng)效率。

S500：混合和壓球處理

根據(jù)本發(fā)明的實施例，將半焦粉末與生石灰粉末進行混合和壓球處理，以便得到物料球團。由此可以便于后續(xù)進行電石反應(yīng)，提高物料的透氣性，進而提高反應(yīng)效率。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，半焦粉末與生石灰粉末的質(zhì)量比可以為1：(1-2)。半焦粉末配比過高時，電石爐出料中殘?zhí)枯^高，過低時生石灰過剩，影響所產(chǎn)電石質(zhì)量。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，物料球團的平均粒徑為10-40mm。由此可以便于后續(xù)的電石反應(yīng)。

S600：電石反應(yīng)

根據(jù)本發(fā)明的實施例，將物料球團供給至電石爐進行電石反應(yīng)，以便得到電石和一氧化碳。由此預先通過將半焦和生石灰進行細磨至微米級別的粒徑，進而可以顯著提高二者的反應(yīng)能耗，提高反應(yīng)效率。根據(jù)本發(fā)明的具體實施例，電石反應(yīng)中產(chǎn)生的一氧化碳可以作為后續(xù)乙炔制苯熱反應(yīng)的燃料氣，由此可以進一步降低本發(fā)明的由煤制備苯和乙烯的方法的成本和能耗。

S700：電石制備乙炔

根據(jù)本發(fā)明的實施例，將電石經(jīng)破碎后在乙炔發(fā)生器內(nèi)與水反應(yīng)，以便得到乙炔。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，可以預先將電石破碎至粒徑不高于80mm，優(yōu)選將電石破碎至粒徑為50～80mm。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，如果電石的粒徑過大，則無法與水充分反應(yīng)制備得到乙炔，且會使所需能耗升高；而如果將電石破碎至更小粒徑，則會顯著提高破碎處理的成本。發(fā)明人通過大量實驗發(fā)現(xiàn)，將電石破碎至粒徑為50～80mm，可以在保證破碎處理成本較低的同時，使制備乙炔的反應(yīng)效率、能耗和產(chǎn)率最佳。

S800：乙炔制備苯

根據(jù)本發(fā)明的實施例，將乙炔、步驟S100產(chǎn)生的二氧化碳、步驟S300產(chǎn)生的熱解氣中的氫氣和甲烷以及步驟S600產(chǎn)生的一氧化碳通入乙炔制苯反應(yīng)器中并發(fā)生反應(yīng)，以便獲得苯并副產(chǎn)乙烯。

本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解的是，乙炔制苯反應(yīng)器由加熱爐和至少一個石英管組成，且加熱爐內(nèi)具有恒溫區(qū)，上述混合氣體由石英管入口進入加熱爐恒溫區(qū)，通過熱反應(yīng)得到苯并副產(chǎn)乙烯，得到的苯和乙烯從石英管出口流出。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，石英管內(nèi)徑與恒溫區(qū)長度比例為1：(50～100)。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，石英管內(nèi)徑與恒溫區(qū)長度的比例會影響反應(yīng)管內(nèi)部的熱場，從而改變熱反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率和選擇性。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，石英管入口和出口的溫度可以不高于200攝氏度。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，當金屬管路中的溫度超過200攝氏度時，管路中的金屬會催化反應(yīng)氣生成大量氫氣和一氧化碳，苯和乙烯等其他產(chǎn)物的產(chǎn)率幾乎降為0。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，上述熱反應(yīng)可以在600～1000攝氏度下進行。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，反應(yīng)溫度過低時，乙炔轉(zhuǎn)化率大大降低；當反應(yīng)溫度過高時，乙烯熱聚反應(yīng)加劇，降低了苯等輕質(zhì)產(chǎn)物的收率并增加了焦炭產(chǎn)率。

根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，上述熱反應(yīng)可以在850～950攝氏度下進行。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在該溫度下進行熱反應(yīng)，可以使熱反應(yīng)的效率、能耗和產(chǎn)率最佳。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，熱反應(yīng)中乙炔、氫氣、甲烷、二氧化碳和一氧化碳的混合比例并不受特別限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實際需要進行選擇，根據(jù)本發(fā)明的具體實施例，熱反應(yīng)中乙炔、氫氣、甲烷、二氧化碳和一氧化碳的體積比可以為(1～2)：(1～4)：(1～2)：(1～3)：(0.5～1)。發(fā)明人通過大量實驗意外地發(fā)現(xiàn)，乙炔比例的改變會影響乙炔的轉(zhuǎn)化率和焦炭的產(chǎn)率；氫氣比例改變會影響焦炭和乙烯、乙烷等加氫產(chǎn)物的產(chǎn)率；甲烷和一氧化碳比例改變會影響焦炭產(chǎn)率；二氧化碳比例改變會影響反應(yīng)氣的分壓，從而影響反應(yīng)深度。由此通過采用上述配比可以進一步提高乙炔產(chǎn)率。

由此，通過采用本發(fā)明上述實施例的由粉煤制備苯的方法至少具有下列優(yōu)點：

(1)由煤制芳烴，解決了由于石油資源有限帶來的芳烴產(chǎn)量限制的問題，實現(xiàn)了從低價值的低階煤到高附加值的芳烴的轉(zhuǎn)變過程。

(2)將粉煤經(jīng)過快速熱解裝置提質(zhì)，解決了粉煤難以應(yīng)用于工業(yè)的問題?？焖贌峤膺^程中得到的氣體產(chǎn)物可作為燃料氣和乙炔制苯反應(yīng)原料氣；提質(zhì)煤與生石灰生產(chǎn)電石，制備乙炔，作為制苯反應(yīng)器的原料氣，實現(xiàn)了低階煤的清潔高效利用。

(3)將半焦與生石灰粉碎至20μm以下后混合并壓球，再進行后續(xù)反應(yīng)，顯著提高了煤與生石灰的接觸面積，提高反應(yīng)效率，降低系統(tǒng)能耗。

根據(jù)本發(fā)明的第二方面，本發(fā)明還提出了一種實施前面實施例的由粉煤制備苯的方法的系統(tǒng)，如圖2所示，該系統(tǒng)包括：石灰窯100、生石灰破碎裝置200、粉煤破碎裝置300、快速熱解裝置400、半焦破碎裝置500、混料裝置600、壓球裝置700、電石爐800、電石破碎裝置900、乙炔發(fā)生器1000、乙炔制苯反應(yīng)器1100和分離裝置1200。

其中，石灰窯100內(nèi)具有預熱區(qū)110和燒制區(qū)120，預熱區(qū)110具有石灰石入口101，燒制區(qū)120具有生石灰出口102和二氧化碳出口103；

生石灰破碎裝置200具有生石灰入口210和生石灰粉末出口220，生石灰入口210與生石灰出口102相連；

粉煤破碎裝置300具有粉煤入口310和粉煤粉末出口320；

快速熱解裝置400具有粉煤粉末入口410、半焦出口420、煤焦油出口430和熱解氣出口440，粉煤粉末入口410與粉煤粉末出口320相連；

半焦破碎裝置500具有半焦入口510和半焦粉末出口520；

混料裝置600具有生石灰粉末入口610、半焦粉末入口620和混合物料出口630，生石灰粉末入口610與生石灰粉末出口220相連，半焦粉末入口620與半焦粉末出口520相連；

壓球裝置700具有混合物料入口710和物料球團出口720，混合物料入口710與混合物料出口630相連；

電石爐800具有物料球團入口810、電石出口820和一氧化碳出口830，物料球團入口810與物料球團出口720相連；

電石破碎裝置900具有電石入口910和電石碎料出口920，電石入口910與電石出口820相連；

乙炔發(fā)生器1000具有電石碎料入口1010、水入口1020和乙炔出口1030，電石碎料入口1010與電石碎料出口920相連；

制苯反應(yīng)器1100具有乙炔入口1110，二氧化碳入口1120、一氧化碳入口1130、氫氣入口1140、甲烷入口1150和苯產(chǎn)物出口1160，乙炔入口1110與乙炔發(fā)生器1000的乙炔出口1030相連，二氧化碳入口1120與石灰窯100的二氧化碳出口103相連，一氧化碳入口1130與電石爐800的一氧化碳出口830相連，氫氣入口1140、甲烷入口1150分別與快速熱解裝置400的熱解氣出口440相連；

分離裝置1200具有苯產(chǎn)物入口1210、乙烯出口1220和苯出口1230，苯產(chǎn)物入口1210與苯產(chǎn)物出口1160相連。

由此，采用本發(fā)明實施例的由粉煤制備苯的系統(tǒng)，首先由粉煤制芳烴，解決了由于石油資源有限帶來的芳烴產(chǎn)量限制的問題，實現(xiàn)了從低價值的低階煤到高附加值的芳烴的轉(zhuǎn)變過程；其次，將粉煤經(jīng)過快速熱解裝置提質(zhì)，解決了粉煤難以應(yīng)用于工業(yè)的問題?？焖贌峤膺^程中得到的氣體產(chǎn)物可作為燃料氣和乙炔制苯反應(yīng)原料氣；提質(zhì)后半焦與生石灰生產(chǎn)電石，制備乙炔，作為制苯反應(yīng)器的原料氣，實現(xiàn)了低階煤的清潔高效利用。因此，采用本發(fā)明實施例的由粉煤制備苯的系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)利用粉煤最大化制備苯，極大地提高了苯的產(chǎn)量，從而實現(xiàn)從低價值的煤到高附加值的苯的轉(zhuǎn)化，且具有流程簡單、加工難度低、工藝成本低且經(jīng)濟性高的優(yōu)點。

下面參考圖2-3詳細描述本發(fā)明具體實施例的由粉煤制備苯的系統(tǒng)。

石灰窯100

根據(jù)本發(fā)明的實施例，石灰窯100內(nèi)具有預熱區(qū)110和燒制區(qū)120，預熱區(qū)110具有石灰石入口101，燒制區(qū)120具有生石灰出口102和二氧化碳出口103。由此將石灰石在石灰窯內(nèi)進行燒制處理，以便得到生石灰和二氧化碳。根據(jù)本發(fā)明的具體示例，石灰石是碳酸鈣含量較高(一般在97％以上)，雜質(zhì)較少的石灰石。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，將石灰石在石灰窯內(nèi)進行燒制處理，以便得到生石灰和二氧化碳。具體的，先將石灰石運輸至石灰窯預熱區(qū)進行預熱，預熱后，再將石灰石運輸至燒制區(qū)進行燒制，得到的二氧化碳可以在后續(xù)制備苯反應(yīng)中作為稀釋劑，降低反應(yīng)氣的分壓，減少積炭。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，石灰窯預熱區(qū)的溫度為800～850攝氏度。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，預熱區(qū)溫度過低，則無法達到預熱效果，導致后續(xù)燒制反應(yīng)效率降低；而預熱區(qū)溫度過高，則容易造成石灰石的損耗。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，石灰窯燒制區(qū)的溫度為900～1100攝氏度。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，如果燒制區(qū)的溫度過低，則無法使石灰石充分轉(zhuǎn)化為生石灰和二氧化碳；而如果燒制區(qū)溫度過高，則會使能耗升高并發(fā)生副反應(yīng)，導致生石灰和二氧化碳的產(chǎn)率降低。

生石灰破碎裝置200

根據(jù)本發(fā)明的實施例，生石灰破碎裝置200具有生石灰入口210和生石灰粉末出口220，生石灰入口210與生石灰出口102相連。由此，將生石灰進行破碎處理，以便得到生石灰粉末。由此可以進一步提高生石灰粉末與焦炭的接觸面積。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，生石灰粉末的平均粒徑不高于20微米，優(yōu)選不高于10微米。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，將生石灰細磨成微米級別，具體可以磨成不高于20微米的生石灰粉末，由此可以使得煤粉末與生石灰粉末的接觸面積顯著增大，進而顯著降低二者的反應(yīng)能，提高二者的反應(yīng)效率。

粉煤破碎裝置300

根據(jù)本發(fā)明的實施例，粉煤破碎裝置300具有粉煤入口310和粉煤粉末出口320。由此預先對粉煤進行破碎處理，由此可以便于后續(xù)在快速熱解裝置內(nèi)進行快速熱解處理。

快速熱解裝置400

根據(jù)本發(fā)明的實施例，快速熱解裝置400具有粉煤粉末入口410、半焦出口420、煤焦油出口430和熱解氣出口440，粉煤粉末入口410與粉煤粉末出口320相連。由此，將粉煤經(jīng)過干燥破碎后在快速熱解裝置內(nèi)進行快速熱解處理，以便得到半焦、煤焦油和含有氫氣、甲烷、一氧化碳和輕質(zhì)烴類的熱解氣。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，粉煤為揮發(fā)分大于35wt％的低品質(zhì)煤。由此將粉煤經(jīng)過快速熱解裝置進行熱解提質(zhì)，產(chǎn)出半焦。從而解決了低品質(zhì)粉煤難以應(yīng)用于工業(yè)的問題?？焖贌峤膺^程中得到的氣體產(chǎn)物可作為燃料氣和乙炔制苯反應(yīng)原料氣；提質(zhì)煤與生石灰生產(chǎn)電石，制備乙炔，作為制苯反應(yīng)器的原料氣，實現(xiàn)了低階煤的清潔高效利用。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，快速熱解處理的溫度可以為500-800攝氏度，時間為2-30秒。由此該溫度下可以有效地對揮發(fā)分大于35wt％的低品質(zhì)煤進行熱解處理，進而得到半焦。

半焦破碎裝置500

根據(jù)本發(fā)明的實施例，半焦破碎裝置500具有半焦入口510和半焦粉末出口520。由此，將半焦進行破碎，以便得到半焦粉末。由此可以進一步提高生石灰粉末與半焦的混合均勻度和接觸面積，從而進而提高制備電石的效率和產(chǎn)率。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，半焦粉末的平均粒徑為不高于20微米，優(yōu)選不高于10微米。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，將半焦細磨成微米級別，具體可以磨成不高于10微米的生石灰粉末，由此可以使得半焦粉末與生石灰粉末的接觸面積顯著增大，進而顯著降低二者的反應(yīng)能耗，提高二者的反應(yīng)效率。

混料裝置600和壓球裝置700

根據(jù)本發(fā)明的實施例，混料裝置600具有生石灰粉末入口610、半焦粉末入口620和混合物料出口630，生石灰粉末入口610與生石灰粉末出口220相連，半焦粉末入口620與半焦粉末出口520相連；壓球裝置700具有混合物料入口710和物料球團出口720，混合物料入口710與混合物料出口630相連。

由此，將半焦粉末與生石灰粉末進行混合和壓球處理，以便得到物料球團。由此可以便于后續(xù)進行電石反應(yīng)，提高物料的透氣性，進而提高反應(yīng)效率。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，半焦粉末與生石灰粉末的質(zhì)量比可以為1：(1-2)。半焦粉末配比過高時，電石爐出料中殘?zhí)枯^高，過低時生石灰過剩，影響所產(chǎn)電石質(zhì)量。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，物料球團的平均粒徑為10-40mm。由此可以便于后續(xù)的電石反應(yīng)。

電石爐800

根據(jù)本發(fā)明的實施例，電石爐800具有物料球團入口810、電石出口820和一氧化碳出口830，物料球團入口810與物料球團出口720相連。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，將物料球團供給至電石爐進行電石反應(yīng)，以便得到電石和一氧化碳。由此預先通過將半焦和生石灰進行細磨至微米級別的粒徑，進而可以顯著提高二者的反應(yīng)能耗，提高反應(yīng)效率。根據(jù)本發(fā)明的具體實施例，電石反應(yīng)中產(chǎn)生的一氧化碳可以作為后續(xù)乙炔制苯熱反應(yīng)的燃料氣，由此可以進一步降低本發(fā)明的由煤制備苯和乙烯的方法的成本和能耗。

電石破碎裝置900和乙炔發(fā)生器1000

根據(jù)本發(fā)明的實施例，乙炔發(fā)生器1000具有電石碎料入口1010、水入口1020和乙炔出口1030，電石碎料入口1010與電石碎料出口920相連；電石破碎裝置900具有電石入口910和電石碎料出口920，電石入口910與電石出口820相連。

由此，將電石經(jīng)破碎后在乙炔發(fā)生器內(nèi)與水反應(yīng)，以便得到乙炔。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，可以預先在電石破碎裝置900內(nèi)將電石破碎至粒徑不高于80mm，優(yōu)選將電石破碎至粒徑為50～80mm。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，如果電石的粒徑過大，則無法與水充分反應(yīng)制備得到乙炔，且會使所需能耗升高；而如果將電石破碎至更小粒徑，則會顯著提高破碎處理的成本。發(fā)明人通過大量實驗發(fā)現(xiàn)，將電石破碎至粒徑為50～80mm，可以在保證破碎處理成本較低的同時，使制備乙炔的反應(yīng)效率、能耗和產(chǎn)率最佳。

制苯反應(yīng)器1100和分離裝置1200

根據(jù)本發(fā)明的實施例，制苯反應(yīng)器1100具有乙炔入口1110，二氧化碳入口1120、一氧化碳入口1130、氫氣入口1140、甲烷入口1150和苯產(chǎn)物出口1160，乙炔入口1110與乙炔發(fā)生器1000的乙炔出口1030相連，二氧化碳入口1120與石灰窯100的二氧化碳出口103相連，一氧化碳入口1130與電石爐800的一氧化碳出口830相連，氫氣入口1140、甲烷入口1150分別與快速熱解裝置400的熱解氣出口440相連。分離裝置1200具有苯產(chǎn)物入口1210、乙烯出口1220和苯出口1230，苯產(chǎn)物入口1210與苯產(chǎn)物出口1160相連。

由此，將乙炔、步驟S100產(chǎn)生的二氧化碳、步驟S300產(chǎn)生的熱解氣中的氫氣和甲烷以及步驟S600產(chǎn)生的一氧化碳通入乙炔制苯反應(yīng)器中并發(fā)生反應(yīng)，以便獲得苯并副產(chǎn)乙烯，比進一步通過分離裝置1200分離，分別獲得苯和乙烯。

本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解的是，乙炔制苯反應(yīng)器由加熱爐和至少一個石英管組成，且加熱爐內(nèi)具有恒溫區(qū)，上述混合氣體由石英管入口進入加熱爐恒溫區(qū)，通過熱反應(yīng)得到苯并副產(chǎn)乙烯，得到的苯和乙烯從石英管出口流出。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，石英管內(nèi)徑與恒溫區(qū)長度比例為1：(50～100)。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，石英管內(nèi)徑與恒溫區(qū)長度的比例會影響反應(yīng)管內(nèi)部的熱場，從而改變熱反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率和選擇性。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，石英管入口和出口的溫度可以不高于200攝氏度。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，當金屬管路中的溫度超過200攝氏度時，管路中的金屬會催化反應(yīng)氣生成大量氫氣和一氧化碳，苯和乙烯等其他產(chǎn)物的產(chǎn)率幾乎降為0。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，上述熱反應(yīng)可以在600～1000攝氏度下進行。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，反應(yīng)溫度過低時，乙炔轉(zhuǎn)化率大大降低；當反應(yīng)溫度過高時，乙烯熱聚反應(yīng)加劇，降低了苯等輕質(zhì)產(chǎn)物的收率并增加了焦炭產(chǎn)率。

根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，上述熱反應(yīng)可以在850～950攝氏度下進行。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在該溫度下進行熱反應(yīng)，可以使熱反應(yīng)的效率、能耗和產(chǎn)率最佳。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，熱反應(yīng)中乙炔、氫氣、甲烷、二氧化碳和一氧化碳的混合比例并不受特別限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實際需要進行選擇，根據(jù)本發(fā)明的具體實施例，熱反應(yīng)中乙炔、氫氣、甲烷、二氧化碳和一氧化碳的體積比可以為(1～2)：(1～4)：(1～2)：(1～3)：(0.5～1)。發(fā)明人通過大量實驗意外地發(fā)現(xiàn)，乙炔比例的改變會影響乙炔的轉(zhuǎn)化率和焦炭的產(chǎn)率；氫氣比例改變會影響焦炭和乙烯、乙烷等加氫產(chǎn)物的產(chǎn)率；甲烷和一氧化碳比例改變會影響焦炭產(chǎn)率；二氧化碳比例改變會影響反應(yīng)氣的分壓，從而影響反應(yīng)深度。由此通過采用上述配比可以進一步提高乙炔產(chǎn)率。

根據(jù)本發(fā)明的具體實施例，上述由粉煤制備苯的系統(tǒng)進一步包括：凈化分離裝置1300，凈化分離裝置1300設(shè)置在快速熱解裝置400的熱解氣出口440與乙炔制苯反應(yīng)器1100的氫氣入口1140和甲烷入口1150之間，凈化分離裝置1300適于分離出熱解氣中的氫氣和甲烷。由此可以將分離出的氫氣和甲烷通入制備反應(yīng)器中用于制備苯。

實施例1

篩選粒徑小于3mm的粉煤，通過傳送帶將粉煤送至快速熱解裝置頂部，進入快速熱解裝置進行熱解，熱解溫度800℃，熱解時間2s，生成半焦、氣體產(chǎn)物和煤焦油。將石灰窯得到的石灰和半焦粉碎至20μm以下，將生石灰和半焦按質(zhì)量比3:2混合，加入適量粘結(jié)劑，進行壓球，控制球團直徑為10～40mm。將球團送入電石爐生產(chǎn)電石。所生產(chǎn)的電石冷卻粉碎，將電石的粒徑控制在50～80mm之間，進入乙炔發(fā)生器中反應(yīng)得到乙炔。經(jīng)過本系統(tǒng)，1000kg中低階粉煤與2000kg石灰石可得到393kg左右的乙炔、67kg左右的氫氣、179kg左右的甲烷、800kg二氧化碳和450kg一氧化碳。所得的乙炔、氫氣、甲烷、二氧化碳和212kg一氧化碳均通入乙炔制苯反應(yīng)器中進行反應(yīng)，混合氣的反應(yīng)停留時間為10s，反應(yīng)溫度為900℃，反應(yīng)器使用由內(nèi)徑為4mm的石英管組成的管束，反應(yīng)器恒溫區(qū)為300mm。生產(chǎn)得到184kg苯和91kg乙烯。

在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點包含于本發(fā)明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不必針對的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點可以在任一個或多個實施例或示例中以合適的方式結(jié)合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以將本說明書中描述的不同實施例或示例以及不同實施例或示例的特征進行結(jié)合和組合。

盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例性的，不能理解為對本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對上述實施例進行變化、修改、替換和變型。