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(chǔ)量可達(dá)世界煤炭儲(chǔ)量的17％。其中褐煤、長焰煤等低階煤資源儲(chǔ)量豐富，占我國煤炭儲(chǔ)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(jià)值，導(dǎo)致了煤炭資源的巨大浪費(fèi)。2015年4月國家能源局發(fā)布了《煤炭清潔高效利用行動(dòng)計(jì)劃(2015-2020)》，將煤炭分質(zhì)分級利用地位顯著提高，大力倡導(dǎo)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(shí)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(shí)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(gè)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(shí)現(xiàn)從低價(jià)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(jì)性高的優(yōu)點(diǎn)。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)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(jìn)行燒制處理，以便得到生石灰和二氧化碳；

(2)將生石灰進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)行混合和壓球處理，以便得到物料球團(tuán)；

(6)將所述物料球團(tuán)供給至電石爐進(jìn)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(shí)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(shí)現(xiàn)了從低價(jià)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(shí)現(xiàn)了低階煤的清潔高效利用。因此，采用本發(fā)明實(shí)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(shí)現(xiàn)從低價(jià)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(jì)性高的優(yōu)點(diǎn)。

另外，根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)施例中，所述物料球團(tuán)的平均粒徑為10-40mm。

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

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

在本發(fā)明的一些實(shí)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(shí)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(yù)熱區(qū)和燒制區(qū)，所述預(yù)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(tuán)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(tuán)入口、電石出口和一氧化碳出口，所述物料球團(tuán)入口與所述物料球團(tuán)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(shí)施例中，該系統(tǒng)進(jìn)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(gè)實(shí)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(gè)實(shí)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(gè)實(shí)施例的由粉煤制備苯的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)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(shí)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(gè)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(shí)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(jìn)行燒制處理，以便得到生石灰和二氧化碳；(2)將生石灰進(jìn)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(jìn)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(jìn)行破碎，以便得到半焦粉末；(5)將半焦粉末與生石灰粉末進(jìn)行混合和壓球處理，以便得到物料球團(tuán)；(6)將物料球團(tuán)供給至電石爐進(jìn)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(shí)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(shí)現(xiàn)了從低價(jià)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(shí)現(xiàn)了低階煤的清潔高效利用。因此，采用本發(fā)明實(shí)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(shí)現(xiàn)從低價(jià)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(jì)性高的優(yōu)點(diǎn)。

下面參考圖1詳細(xì)描述本發(fā)明具體實(shí)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(shí)施例，將石灰石在石灰窯內(nèi)進(jìn)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(shí)施例，將石灰石在石灰窯內(nèi)進(jìn)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(yùn)輸至石灰窯預(yù)熱區(qū)進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱后，再將石灰石運(yùn)輸至燒制區(qū)進(jìn)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(shí)施例，石灰窯預(yù)熱區(qū)的溫度為800～850攝氏度。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，預(yù)熱區(qū)溫度過低，則無法達(dá)到預(yù)熱效果，導(dǎo)致后續(xù)燒制反應(yīng)效率降低；而預(yù)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(shí)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(huì)使能耗升高并發(fā)生副反應(yīng)，導(dǎo)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(shí)施例，將生石灰進(jìn)行破碎處理，以便得到生石灰粉末。由此可以進(jìn)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(shí)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(xì)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(jìn)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(shí)施例，將粉煤經(jīng)過干燥破碎后在快速熱解裝置內(nèi)進(jìn)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(shí)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(jìn)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(shí)現(xiàn)了低階煤的清潔高效利用。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，快速熱解處理的溫度可以為500-800攝氏度，時(shí)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(jìn)行熱解處理，進(jìn)而得到半焦。

S400：半焦破碎處理

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，將半焦進(jìn)行破碎，以便得到半焦粉末。由此可以進(jìn)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(jìn)而提高制備電石的效率和產(chǎn)率。

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

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)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(shí)，電石爐出料中殘?zhí)枯^高，過低時(shí)生石灰過剩，影響所產(chǎn)電石質(zhì)量。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，物料球團(tuán)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(shí)施例，將物料球團(tuán)供給至電石爐進(jìn)行電石反應(yīng)，以便得到電石和一氧化碳。由此預(yù)先通過將半焦和生石灰進(jìn)行細(xì)磨至微米級別的粒徑，進(jìn)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(shí)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(jìn)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(shí)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(shí)施例，可以預(yù)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(huì)使所需能耗升高；而如果將電石破碎至更小粒徑，則會(huì)顯著提高破碎處理的成本。發(fā)明人通過大量實(shí)驗(yàn)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(shí)，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(shí)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(gè)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(jìn)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(shí)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(huì)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(shí)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(dāng)金屬管路中的溫度超過200攝氏度時(shí)，管路中的金屬會(huì)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(shí)施例，上述熱反應(yīng)可以在600～1000攝氏度下進(jìn)行。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，反應(yīng)溫度過低時(shí)，乙炔轉(zhuǎn)化率大大降低；當(dāng)反應(yīng)溫度過高時(shí)，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(shí)施例，上述熱反應(yīng)可以在850～950攝氏度下進(jìn)行。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在該溫度下進(jìn)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(gè)實(shí)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(shí)際需要進(jìn)行選擇，根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)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(shí)驗(yàn)意外地發(fā)現(xiàn)，乙炔比例的改變會(huì)影響乙炔的轉(zhuǎn)化率和焦炭的產(chǎn)率；氫氣比例改變會(huì)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(huì)影響焦炭產(chǎn)率；二氧化碳比例改變會(huì)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(jìn)一步提高乙炔產(chǎn)率。

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

(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(shí)現(xiàn)了從低價(jià)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(shí)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(jìn)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(shí)施前面實(shí)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(yù)熱區(qū)110和燒制區(qū)120，預(yù)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(tuán)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(tuán)入口810、電石出口820和一氧化碳出口830，物料球團(tuán)入口810與物料球團(tuán)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(shí)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(shí)現(xiàn)了從低價(jià)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。快速熱解過程中得到的氣體產(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(shí)現(xiàn)了低階煤的清潔高效利用。因此，采用本發(fā)明實(shí)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(shí)現(xiàn)從低價(jià)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(jì)性高的優(yōu)點(diǎn)。

下面參考圖2-3詳細(xì)描述本發(fā)明具體實(shí)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(shí)施例，石灰窯100內(nèi)具有預(yù)熱區(qū)110和燒制區(qū)120，預(yù)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(jìn)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(shí)施例，將石灰石在石灰窯內(nèi)進(jìn)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(yùn)輸至石灰窯預(yù)熱區(qū)進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱后，再將石灰石運(yùn)輸至燒制區(qū)進(jìn)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(shí)施例，石灰窯預(yù)熱區(qū)的溫度為800～850攝氏度。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，預(yù)熱區(qū)溫度過低，則無法達(dá)到預(yù)熱效果，導(dǎo)致后續(xù)燒制反應(yīng)效率降低；而預(yù)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(shí)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(huì)使能耗升高并發(fā)生副反應(yīng)，導(dǎo)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(shí)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(jìn)行破碎處理，以便得到生石灰粉末。由此可以進(jìn)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(shí)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(xì)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(jìn)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(shí)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(yù)先對粉煤進(jìn)行破碎處理，由此可以便于后續(xù)在快速熱解裝置內(nèi)進(jìn)行快速熱解處理。

快速熱解裝置400

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)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(jìn)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(shí)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(jìn)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。快速熱解過程中得到的氣體產(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(shí)現(xiàn)了低階煤的清潔高效利用。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，快速熱解處理的溫度可以為500-800攝氏度，時(shí)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(jìn)行熱解處理，進(jìn)而得到半焦。

半焦破碎裝置500

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)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(jìn)行破碎，以便得到半焦粉末。由此可以進(jìn)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(jìn)而提高制備電石的效率和產(chǎn)率。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)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(xì)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(jìn)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(shí)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(tuán)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(jìn)行混合和壓球處理，以便得到物料球團(tuán)。由此可以便于后續(xù)進(jìn)行電石反應(yīng)，提高物料的透氣性，進(jìn)而提高反應(yīng)效率。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)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(shí)，電石爐出料中殘?zhí)枯^高，過低時(shí)生石灰過剩，影響所產(chǎn)電石質(zhì)量。

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

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，將物料球團(tuán)供給至電石爐進(jìn)行電石反應(yīng)，以便得到電石和一氧化碳。由此預(yù)先通過將半焦和生石灰進(jìn)行細(xì)磨至微米級別的粒徑，進(jìn)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(shí)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(jìn)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(shí)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(shí)施例，可以預(yù)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(huì)使所需能耗升高；而如果將電石破碎至更小粒徑，則會(huì)顯著提高破碎處理的成本。發(fā)明人通過大量實(shí)驗(yàn)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(shí)，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(shí)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(jìn)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(gè)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(jìn)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(shí)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(huì)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(shí)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(dāng)金屬管路中的溫度超過200攝氏度時(shí)，管路中的金屬會(huì)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(shí)施例，上述熱反應(yīng)可以在600～1000攝氏度下進(jìn)行。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，反應(yīng)溫度過低時(shí)，乙炔轉(zhuǎn)化率大大降低；當(dāng)反應(yīng)溫度過高時(shí)，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(shí)施例，上述熱反應(yīng)可以在850～950攝氏度下進(jìn)行。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在該溫度下進(jìn)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(gè)實(shí)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(shí)際需要進(jìn)行選擇，根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)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(shí)驗(yàn)意外地發(fā)現(xiàn)，乙炔比例的改變會(huì)影響乙炔的轉(zhuǎn)化率和焦炭的產(chǎn)率；氫氣比例改變會(huì)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(huì)影響焦炭產(chǎn)率；二氧化碳比例改變會(huì)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(jìn)一步提高乙炔產(chǎn)率。

根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，上述由粉煤制備苯的系統(tǒng)進(jìn)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(shí)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(jìn)入快速熱解裝置進(jìn)行熱解，熱解溫度800℃，熱解時(shí)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(jìn)行壓球，控制球團(tuán)直徑為10～40mm。將球團(tuán)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(jìn)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(jìn)行反應(yīng)，混合氣的反應(yīng)停留時(shí)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(gè)實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)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(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任一個(gè)或多個(gè)實(shí)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(shí)施例或示例以及不同實(shí)施例或示例的特征進(jìn)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(shí)施例，可以理解的是，上述實(shí)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(shí)施例進(jìn)行變化、修改、替換和變型。