本實用新型屬于煤化工技術領域，具體涉及一種熱解煤制備苯的系統(tǒng)。
背景技術：
苯是一種重要的有機化工原料，具有十分廣泛的工業(yè)用途。苯主要來源于石油化工和煤化工，其中石油化工可以通過催化重整、乙烯生產過程副產品裂解汽油加氫、甲烷直接轉化等技術制苯。催化重整和裂解汽油制苯都為高溫反應過程，工藝相對比較復雜、流程長、能耗大，并且重整催化劑價格十分昂貴；甲烷直接轉化利用沸石催化劑Mo/HZSM-5在無氧條件下進行催化反應，反應溫度700℃，為強吸熱反應，在實際操作環(huán)境下，催化劑壽命較短，該工藝至今還在深入研究中。煤化工主要來自于煤焦化過程中的副產物，在生成的煤焦油和煤氣中提取苯。
隨著我國有機化工工業(yè)的迅速發(fā)展，市場對苯的需求量增大，由于國內石油資源的缺乏限制了石油化工行業(yè)苯產量的進一步提高，因此對煤化工行業(yè)制苯的研究具有廣泛的空間。
煤熱解時，其反應器內部是高溫環(huán)境，而且煤熱解后產生的熱解炭可以作為乙炔反應生成苯的催化劑。因此，煤熱解時的環(huán)境非常適合乙炔發(fā)生反應生成苯。
技術實現(xiàn)要素：
本實用新型旨在提供一種熱解煤制備苯的系統(tǒng)及。
一種熱解煤制備苯的系統(tǒng)，其包括快速熱解反應器、乙炔存儲裝置、除塵裝置、冷卻裝置和苯分離裝置；
所述快速熱解反應器設有乙炔入口和熱解油氣出口；
所述乙炔存儲裝置設有乙炔出口，所述乙炔出口與所述乙炔入口相連；
所述除塵裝置設有熱解油氣入口和除塵油氣出口，所述熱解油氣入口和所述熱解油氣出口相連；
所述冷卻裝置設有除塵油氣入口和焦油出口，所述除塵油氣入口和所述除塵油氣出口相連；
所述苯分離裝置設有焦油入口和苯出口，所述焦油入口與所述焦油出口相連。
在本實用新型的一個實施方案中，所述乙炔入口設置在所述快速熱解反應器的中下部。
在本實用新型的一個實施方案中，所述快速熱解反應器的加熱裝置為蓄熱式輻射管燃燒器，所述蓄熱式輻射管燃燒器沿著所述快速熱解反應器的高度方向多層設置在所述快速熱解反應器的側壁上，且輻射管燃燒器表面噴涂陶瓷涂層。
在本實用新型的一個實施方案中，所述快速熱解反應器還設有出料口，所述系統(tǒng)還包括出料裝置，所述出料裝置的入口與所述出料口相連。
在本實用新型的一個實施方案中，所述快速熱解反應器還設有進料口，所述系統(tǒng)還包括進料裝置，所述進料裝置的出口與所述進料口相連。
本實用新型所提供的系統(tǒng)，將乙炔通入快速熱解反應器中，在煤熱解產生的甲烷、氫氣和二氧化碳氣氛中，以及在煤熱解產生的熱解炭的催化作用下，乙炔反應生成苯。本實用新型所提供的系統(tǒng)將煤熱解和乙炔制苯的反應結合在一起，煤熱解為乙炔制苯的反應提供了所需的條件，節(jié)約了能耗也節(jié)省了投資和運行成本，而且工藝流程也非常簡單。
此外，本實用新型所提供的系統(tǒng)也提高了煤熱解油中芳烴的含量，使所得的煤熱解油的品質得到提升，明顯的提高了煤熱解油的經濟價值。
附圖說明
圖1為本實用新型實施例的一種熱解煤制備苯的系統(tǒng)的結構示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例，對本實用新型的具體實施方式進行更加詳細的說明，以便能夠更好地理解本實用新型的方案及其各個方面的優(yōu)點。然而，以下描述的具體實施方式和實施例僅是說明的目的，而不是對本實用新型的限制。
本實用新型首先提供了一種熱解煤制備苯的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括快進料裝置、速熱解反應器、乙炔存儲裝置、出料裝置、除塵裝置、冷卻裝置和苯分離裝置。
其中，快速熱解反應器是本系統(tǒng)的核心裝置，是煤熱解、乙炔反應的反應器?？焖贌峤夥磻髟O有進料口、乙炔(C2H2)入口、熱解油氣出口和出料口。
乙炔入口可以設置在快速熱解反應器的任何位置，其最優(yōu)的位置為快速熱解反應器的中下部，最優(yōu)位置為快速熱解反應器高度的30-50％處。在相同的壓力下，乙炔的密度小于空氣的密度，乙炔從下往上進入快速熱解反應器中，能與煤熱解產生熱解炭(C)充分的接觸，并在煤熱解產生的不凝氣體(甲烷(CH4)、氫氣(H2)、二氧化碳(CO2)等)的氛圍中反應生成苯。
熱解油氣出口的個數(shù)并不需要限定。
快速熱解反應器的加熱裝置不需要特別限定，其最優(yōu)的選擇為蓄熱式輻射管燃燒器。蓄熱式輻射管燃燒器能夠產生均勻分布的溫度場，使熱解物料均勻受熱，與傳統(tǒng)的使用熱載體作為熱解熱源的方法比較，不需設置熱解氣和載體分離單元，簡化了后續(xù)工藝流程。蓄熱式輻射管燃燒器沿著所述快速熱解反應器的高度方向多層設置在快速熱解反應器的側壁上，且輻射管燃燒器表面噴涂陶瓷涂層。蓄熱式輻射管燃燒器的數(shù)量不限。
煤經進料口進入快速熱解反應器，然后經布料器均勻分散之后進入輻射管加熱區(qū)域進行熱解反應。
從乙炔入口通入的乙炔進入快速熱解反應器后向上流動，與生成的熱解炭接觸，在熱解炭的催化作用下，乙炔發(fā)生反應，生成苯。
乙炔生成苯的反應需要在高溫和催化劑存在的條件下才能進行，快速熱解反應器在熱解煤時，其內部正好是高溫環(huán)境，而且煤熱解后產生的熱解炭可以作為乙炔反應生成苯的催化劑。
乙炔在生成苯的同時，自身也會發(fā)生分解反應：
上述反應為可逆反應。煤熱解后產生的不凝氣體中含有甲烷、氫氣，因此能在一定程度上抑制乙炔發(fā)生分解反應。此外，煤熱解后產生的不凝氣體中還含有二氧化碳，二氧化碳不僅能調節(jié)甲烷的分壓，二氧化碳還具有與分解生成的炭反應消除積碳的功能。
乙炔存儲裝置設有乙炔出口，乙炔出口與快速熱解反應器的乙炔入口相連。乙炔存儲裝置用于為快速熱解反應器提供乙炔。
進料裝置設有入口和出口，進料裝置的出口與快速熱解反應器的進料口相連。進料裝置用于將煤送入快速熱解反應器中。
出料裝置設有入口和出口，出料裝置的入口與快速熱解反應器的出料口相連。出料裝置用于將煤熱解后產生的熱解炭送出快速熱解反應器。
除塵裝置設有熱解油氣入口和除塵油氣出口，熱解油氣入口和快速熱解反應器的熱解油氣出口相連。除塵裝置用于除去熱解油氣中的粉塵。
冷卻裝置設有除塵油氣入口和焦油出口，除塵油氣入口與除塵裝置的除塵油氣出口相連。冷卻裝置用于分離焦油和熱解氣。
苯分離裝置設有焦油入口和苯出口，焦油入口與冷卻裝置的焦油出口相連。苯分離裝置用于從焦油中將苯提取出來。
下面參考具體實施例，對本實用新型進行說明。下述實施例中所取工藝條件數(shù)值均為示例性的，其可取數(shù)值范圍如前述發(fā)明內容中所示。下述實施例所用的測試方法均為本行業(yè)中常用的測試方法。
實施例1
本實施例提供一種熱解煤制備苯的系統(tǒng)。
如圖1所示，本系統(tǒng)包括進料裝置、快速熱解反應器、出料裝置、乙炔存儲裝置、除塵裝置、冷卻裝置和苯分離裝置。
快速熱解反應器設有進料口、乙炔入口、熱解油氣出口和出料口。
乙炔入口設置在與蓄熱式輻射管燃燒器相鄰的側壁上，且位于快速熱解反應器高度的30％處。熱解油氣出口與乙炔入口在相同的側壁上，且位于乙炔入口上方。熱解油氣出口的個數(shù)并不需要限定，本實施例設有兩個熱解油氣出口，一個位于快速熱解反應器高度的80％處，一個位于快速熱解反應器高度的40％處。蓄熱式輻射管燃燒器沿著快速熱解反應器的高度方向多層設置在快速熱解反應器的側壁上，且輻射管燃燒器表面噴涂有陶瓷涂層。快速熱解反應器設有布料器。
進料裝置與進料口相連，用于將煤送入快速熱解反應器中。
出料裝置與出料口相連，用于將煤熱解后產生的熱解炭送出快速熱解反應器。
乙炔存儲裝置設有乙炔出口，乙炔出口與乙炔入口相連。乙炔存儲裝置用于存儲乙炔，并將乙炔送入快速熱解反應器中。
除塵裝置設有熱解油氣入口和除塵油氣出口，熱解油氣入口和快速熱解反應器的熱解油氣出口相連。除塵裝置用于除去熱解油氣中的粉塵。
冷卻裝置設有除塵油氣入口和焦油出口，除塵油氣入口與除塵裝置的除塵油氣出口相連。冷卻裝置用于分離焦油和熱解氣。
苯分離裝置設有焦油入口和苯出口，焦油入口與冷卻裝置的焦油出口相連。苯分離裝置用于從焦油中將苯提取出來。
實施例2
本實施例利用實施例1所提供的系統(tǒng)熱解煤制備苯。所用的煤為褐煤，該制備過程具體如下：
煤首先進行破碎、干燥。選取1噸粒徑為1-3mm的煤，控制快速熱解反應器的溫度為600℃。煤經進料裝置進入快速熱解反應器，然后經布料器均勻分散之后進入輻射管加熱區(qū)域進行熱解反應，生成熱解油氣(包括不凝氣體和熱解油)和熱解炭。在不通入乙炔氣的情況下，煤熱解得到的熱解氣(不凝氣體)中各組分的含量如表1所示。生成的不凝氣體的體積為500.42m3。
然后，往快速熱解反應器通入乙炔，通入的乙炔的量為40.034m3。乙炔在向上流動過程中與生成的熱解炭接觸，在熱解炭的催化作用下，進一步促進乙炔反應生成苯。含有苯的熱解油氣自熱解油氣出口排出，之后經歷除塵裝置和冷卻裝置得到焦油、熱解氣。熱解得到的熱解炭經出料裝置排出，熱解氣進一步處理后收集備用，將焦油進一步送入苯分離裝置中，分離后得到苯。剩下的不含苯的焦油收集后備用。
通入乙炔后，增加的苯量為煤自身熱解產生的苯的1.2倍。
實施例3
本實施例利用實施例1所提供的系統(tǒng)熱解煤制備苯。所用的煤與實施例2所用的煤一樣，該制備過程具體如下：
煤首先進行破碎、干燥。選取1噸粒徑為1-3mm的煤，控制快速熱解反應器的溫度為700℃。煤經進料裝置進入快速熱解反應器，然后經布料器均勻分散之后進入輻射管加熱區(qū)域進行熱解反應，生成熱解油氣(包括不凝氣體和熱解油)和熱解炭。在不通入乙炔氣的情況下，煤熱解得到的熱解氣(不凝氣體)中各組分的含量如表1所示。生成的不凝氣體的體積為1104.5m3。
然后，往快速熱解反應器通入乙炔，通入的乙炔的量為110.45m3。乙炔在向上流動過程中與生成的熱解炭接觸，在熱解炭的催化作用下，進一步促進乙炔反應生成苯。含有苯的熱解油氣自熱解油氣出口排出，之后經歷除塵裝置和冷卻裝置得到焦油、熱解氣。熱解得到的熱解炭經出料裝置排出，熱解氣進一步處理后收集備用，將焦油進一步送入苯分離裝置中，分離后得到苯。剩下的不含苯的熱解油收集后備用。
通入乙炔后，增加的苯量為煤自身熱解產生的苯的2.1倍。
表1熱解氣中各組分的含量
綜上，可以得知，本實用新型所提供的系統(tǒng)，將乙炔通入快速熱解反應器中，在煤熱解產生的甲烷、氫氣和二氧化碳氣氛中，以及在煤熱解產生的熱解炭的催化作用下，乙炔反應生成苯。本實用新型所提供的系統(tǒng)將煤熱解和乙炔制苯的反應結合在一起，煤熱解為乙炔制苯的反應提供了所需的條件，節(jié)約了能耗也節(jié)省了投資和運行成本，而且工藝流程也非常簡單。
此外，本實用新型所提供的系統(tǒng)也提高了焦油中芳烴的含量，使所得的焦油的品質得到提升，從而提高了焦油的經濟價值。
需要說明的是，以上參照附圖所描述的各個實施例僅用以說明本實用新型而非限制本實用新型的范圍，本領域的普通技術人員應當理解，在不脫離本實用新型的精神和范圍的前提下對本實用新型進行的修改或者等同替換，均應涵蓋在本實用新型的范圍之內。此外，除非特別說明，那么任何實施例的全部或一部分可結合任何其它實施例的全部或一部分來使用。