本發(fā)明涉及由煤制備輕質(zhì)芳烴的組合工藝，更具體地，涉及一種低階煤與石灰石生產(chǎn)乙炔、氫氣等，再由乙炔生產(chǎn)輕質(zhì)芳烴的系統(tǒng)和方法。

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(dǎo)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(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顯示意義。

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。

現(xiàn)有技術(shù)中利用煤干餾產(chǎn)物煤焦油制取輕質(zhì)芳烴的方法，該方法將煤焦油切割成<200℃輕質(zhì)餾分和>200℃重質(zhì)餾分，輕質(zhì)餾分進入兩個固定床加氫反應(yīng)器進行選擇性加氫，所得的產(chǎn)物經(jīng)氣提、蒸餾、溶劑萃取等過程得到苯、甲苯、二甲苯等輕質(zhì)芳烴。該方法用煤焦油替代石油制取輕質(zhì)芳烴，是芳烴生產(chǎn)的有利補充。但是，煤干餾所得的煤焦油產(chǎn)量較低，一般小于5％，而煤焦油中<200℃餾分不到30％，高溫煤焦油中輕質(zhì)組分含量更低，因此該方法所產(chǎn)輕質(zhì)芳烴產(chǎn)量較少，沒有充分利用煤炭資源來生產(chǎn)芳烴，不能從根本上解決石油資源匱乏帶來的芳烴產(chǎn)量降低問題。

因此，為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)缺陷，需要一種由低階煤生產(chǎn)苯等輕質(zhì)芳烴的技術(shù)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種由煤制備輕質(zhì)芳烴的系統(tǒng)及方法。

為達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種具有煙氣回用功能的由煤制備芳烴的系統(tǒng)，包含：

物料預(yù)處理系統(tǒng)，具有多個入口和出口，用于對煤和石灰石分別進行熱解和燒制，得到第一氣體和第一固體，以及第二氣體和第二固體，

凈化系統(tǒng)，包括第一凈化系統(tǒng)，第一凈化系統(tǒng)具有第一氣體物料進口和多個出口，用于將第一氣體物料凈化分離得到氫氣、甲烷、一氧化碳和輕質(zhì)烴類氣體；

電石爐，該電石爐具有第一進口、第一出口和一氧化碳氣體出口，電石爐的第一進口用于送入第一固體和第二固體；電石爐的一氧化碳氣體出口用于排出一氧化碳；

乙炔發(fā)生器，該乙炔發(fā)生器具有第二進口和第二出口，乙炔發(fā)生器的第二進口與電石爐的第一出口相連；乙炔發(fā)生器的第二出口用于排出含乙炔氣體；

乙炔制芳烴反應(yīng)器，該乙炔制芳烴反應(yīng)器具有進料管線、氣體分布器、反應(yīng)套管、加熱爐和出料管線；進料管線設(shè)置有入口和出口，入口用于通入從凈化系統(tǒng)分離出的氫氣和甲烷、從電石爐排出的一氧化碳以及從乙炔發(fā)生器制得的乙炔；氣體分布器設(shè)置在反應(yīng)套管的內(nèi)部且位于反應(yīng)套管的上端并且與進料管線的出口連通；反應(yīng)套管內(nèi)填充陶瓷蜂窩體；反應(yīng)套管貫穿加熱爐，加熱爐正對反應(yīng)套管的中部；出料管線與反應(yīng)套管的下端連通。

進一步地，物料預(yù)處理系統(tǒng)包括：第一焦爐和第二焦爐，第一焦爐用于對煤進行熱解，第二焦爐用于對石灰石進行燒制；第一焦爐具有第一物料進口、第一固體出口以及第一氣體出口，第二焦爐具有第二物料進口、第二固體出口以及第二氣體出口；第一焦爐和第二焦爐共用燃燒室，燃燒室具有燃料氣進口和煙氣出口。

進一步地，電石爐的一氧化碳氣體出口處設(shè)置分流閥，分流閥具有第一分流口和第二分流口，用于將一氧化碳氣體分為兩路，其中一路與乙炔制芳烴反應(yīng)器的進料管線的入口可斷開式連接，另外一路與燃燒室的燃料氣進口相連。

進一步地，燃燒室的煙氣出口與乙炔制芳烴反應(yīng)器的進料管線的入口可斷開式連接。

進一步地，凈化系統(tǒng)還包括第二凈化系統(tǒng)，第二凈化系統(tǒng)與第二焦爐的第二氣體出口相連用于凈化第二氣體，具有第二氣體入口和二氧化碳出口。

另一方面，本發(fā)明提供一種使用上述的系統(tǒng)制備輕質(zhì)芳烴的方法，包括以下步驟：

1)低階煤和石灰石進入物料預(yù)處理系統(tǒng)，分別得到提質(zhì)煤和熱解氣以及生石灰和含二氧化碳的燒制尾氣；

2)熱解氣經(jīng)過第一凈化系統(tǒng)凈化，得到氫氣、甲烷、一氧化碳和輕質(zhì)芳烴；

3)將步驟1)中得到的生石灰和提質(zhì)煤，熱裝進入電石爐中燒制生產(chǎn)電石和一氧化碳；

4)將步驟3)得到的電石，在乙炔發(fā)生器中與水反應(yīng)得到乙炔；

5)將步驟2)中得到的氫氣和甲烷、步驟3)得到一氧化碳和步驟4)得到的乙炔作為反應(yīng)器通入乙炔制芳烴反應(yīng)器中進行熱反應(yīng)和催化反應(yīng)，生產(chǎn)輕質(zhì)芳烴，并副產(chǎn)重質(zhì)芳烴和乙烯。

進一步地，使低階煤進入第一焦爐進行熱解得到提質(zhì)煤和熱解氣，使石灰石進入第二焦爐進行燒制得到生石灰和含二氧化碳的燒制尾氣，通過燃燒室對第一焦爐和第二焦爐加熱。

進一步地，步驟3)得到的一氧化碳被分流閥分為兩部分，一部分通入乙炔制芳烴反應(yīng)器中用于生產(chǎn)輕質(zhì)芳烴，另一部分與步驟2)中得到的一氧化碳和輕質(zhì)烴類混合輸送至燃燒室，用作燃燒的燃料氣。

進一步地，當步驟5)的反應(yīng)過程進行一段時間，并且反應(yīng)器中有積炭時，方法還包括：回收步驟1)中燃燒室排出的煙氣，關(guān)閉通入乙炔制芳烴反應(yīng)器的反應(yīng)氣，通入煙氣，使煙氣與反應(yīng)器中的積炭在高溫下發(fā)生反應(yīng)生成氫氣和一氧化碳，以除去積炭使反應(yīng)器再生。

進一步地，方法還包括：通過第二凈化系統(tǒng)凈化含二氧化碳的燒制尾氣得到二氧化碳，并將二氧化碳用作制芳烴的反應(yīng)氣通入乙炔制芳烴反應(yīng)器中。

本發(fā)明中“可斷開式連接”是指非固定連接，這種連接方式是指，需要連接時可以連接，需要斷開時也可以斷開。

根據(jù)本發(fā)明的具體實施方式，提供一種由煤制備輕質(zhì)芳烴的系統(tǒng)，包含：

第一焦爐和第二焦爐，第一焦爐用于對煤進行熱解和燒制，第二焦爐用于對石灰石進行熱解和燒制；第一焦爐和第二焦爐分別具有第一物料進口和第二物料進口、第一固體出口和第二固體出口以及第一氣體出口和第二氣體出口；第一焦爐和第二焦爐共用燃燒室，燃燒室具有燃料氣進口和煙氣出口；

混料罐，該混料罐具有混合料進口和混合料出口，混料罐的混合料進口分別與第一焦爐的第一固體出口和第二焦爐的第二固體出口相連；

第一凈化系統(tǒng)，該第一凈化系統(tǒng)與第一焦爐的第一氣體出口相連用于凈化分離煤熱解得到的熱解氣，第一凈化系統(tǒng)具有熱解氣進口和多個出口，多個出口用于排出分離后的氫氣、甲烷、一氧化碳和輕質(zhì)烴類氣體；

第二凈化系統(tǒng)，該第二凈化系統(tǒng)與第二焦爐的第二氣體出口相連用于凈化石灰石燒制得到的燒制尾氣，具有燒制尾氣入口和二氧化碳出口；

電石爐，該電石爐具有第一進口、第一出口和一氧化碳氣體出口，電石爐的第一進口與混料罐的混合料出口相連；電石爐的一氧化碳氣體出口用于排出一氧化碳；

乙炔發(fā)生器，該乙炔發(fā)生器具有第二進口和第二出口，乙炔發(fā)生器的第二進口與電石爐的第一出口相連；乙炔發(fā)生器的第二出口用于排出含乙炔氣體；

乙炔制芳烴反應(yīng)器，該乙炔制芳烴反應(yīng)器具有進料管線、氣體分布器、反應(yīng)套管、加熱爐和出料管線；進料管線設(shè)置有入口和出口，入口用于通入從第一凈化系統(tǒng)分離出的氫氣和甲烷、從第二凈化系統(tǒng)得到的二氧化碳、從電石爐排出的一氧化碳以及從乙炔發(fā)生器制得的乙炔；氣體分布器設(shè)置在反應(yīng)套管的內(nèi)部且位于反應(yīng)套管的上端并且與進料管線的出口連通；反應(yīng)套管內(nèi)填充陶瓷蜂窩體；反應(yīng)套管貫穿加熱爐，加熱爐正對反應(yīng)套管的中部；出料管線與反應(yīng)套管的下端連通；

分離系統(tǒng)，該分離系統(tǒng)與乙炔制芳烴反應(yīng)器的出料管線相連且用于分離乙炔制芳烴反應(yīng)器的產(chǎn)物。

進一步地，該系統(tǒng)還包括：第一粉碎機和第二粉碎機，第一粉碎機和第二粉碎機分別與第一焦爐的第一物料進口和第二焦爐的第二物料進口相連。

進一步地，電石爐的一氧化碳氣體出口處設(shè)置分流閥，分流閥具有第一分流口和第二分流口，分流閥的第一分流口用于向乙炔制芳烴反應(yīng)器的進料管線的入口輸送一氧化碳，分流閥的第二分流口與燃燒室的燃料氣進口相連。

進一步地，燃燒室的煙氣出口與乙炔制芳烴反應(yīng)器的進料管線的入口為可斷開式連接。

進一步地，乙炔制芳烴反應(yīng)器的反應(yīng)套管的內(nèi)徑、反應(yīng)套管的長度和加熱爐的長度的比例為(2-10)：70：40。這里，反應(yīng)套管的內(nèi)徑、反應(yīng)套管的長度和加熱爐的長度的比例優(yōu)選為1：14：8。在本發(fā)明中，反應(yīng)套管的內(nèi)徑、反應(yīng)套管的長度和加熱爐的長度的比例確定了，并且反應(yīng)溫度確定了之后，加熱爐對反應(yīng)套管加熱時反應(yīng)套管中的溫度場就確定了。

進一步地，乙炔制芳烴反應(yīng)器還包括第一密封元件和第二密封元件，第一密封元件設(shè)置在進料管線與反應(yīng)套管的連接處，第二密封元件設(shè)置在出料管線與反應(yīng)套管的連接處。

進一步地，當加熱爐對反應(yīng)套管加熱時，反應(yīng)套管內(nèi)，根據(jù)溫度場自上而下依次劃分為預(yù)熱區(qū)、熱反應(yīng)區(qū)、蓄熱區(qū)、催化反應(yīng)區(qū)和冷卻區(qū)。

在本發(fā)明中，乙炔制芳烴反應(yīng)器的加熱爐正對反應(yīng)套管的中部指的是加熱爐對應(yīng)反應(yīng)套管的中部，與反應(yīng)套管上端之間的距離和下端之間的距離相同。這樣的設(shè)置有利于保持反應(yīng)溫度的恒定。加熱爐在熱反應(yīng)區(qū)中心位置設(shè)置控溫點。

在本發(fā)明中，乙炔制芳烴反應(yīng)器的反應(yīng)套管內(nèi)充滿了陶瓷蜂窩體，反應(yīng)套管內(nèi)填充陶瓷蜂窩體有利于保持反應(yīng)套管內(nèi)的溫度，因為陶瓷蜂窩體的熱容較大，蓄熱效果好。

進一步地，其特征在于，預(yù)熱區(qū)、熱反應(yīng)區(qū)、蓄熱區(qū)、催化反應(yīng)區(qū)和冷卻區(qū)的長度比例為(20-40)：(8-12)：(8-12)：(1-3)：(18-20)。在上述長度比例之下，反應(yīng)套管內(nèi)的溫度場分布最有利于芳烴的連續(xù)生產(chǎn)。

進一步地，至少兩個焦爐共用燃燒室。

進一步地，反應(yīng)套管為內(nèi)襯陶瓷的不銹鋼反應(yīng)套管。不銹鋼套管內(nèi)襯采用陶瓷是因為乙炔在高溫下接觸不銹鋼將發(fā)生大量副反應(yīng)，內(nèi)襯陶瓷可避免乙炔和不銹鋼的接觸，防止副反應(yīng)。

另外，提供一種使用如上的系統(tǒng)制備輕質(zhì)芳烴的方法，包括以下步驟：

1)石灰石進入第一焦爐燒制，得到生石灰和二氧化碳；

2)低階煤進入第二焦爐熱解提質(zhì)，得到熱解氣和提質(zhì)煤，熱解氣經(jīng)過第二凈化系統(tǒng)凈化，得到氫氣、甲烷、一氧化碳和輕質(zhì)芳烴；

3)將步驟1)中得到的生石灰和步驟2)中得到的提質(zhì)煤在混料罐中混合后，熱裝進入電石爐中燒制生產(chǎn)電石和一氧化碳；

4)將步驟3)得到的電石冷卻破碎后，在乙炔發(fā)生器中與水反應(yīng)得到乙炔；

5)將步驟1)中得到的二氧化碳、步驟2)中得到的氫氣和甲烷、步驟3)得到一氧化碳和步驟4)得到的乙炔通入乙炔制芳烴反應(yīng)器中進行熱反應(yīng)和催化反應(yīng)，生產(chǎn)輕質(zhì)芳烴，并副產(chǎn)重質(zhì)芳烴和乙烯；

6)步驟5)的反應(yīng)過程結(jié)束后，關(guān)閉通入乙炔制芳烴反應(yīng)器的反應(yīng)氣，使燃燒室中的煙氣通入乙炔制芳烴反應(yīng)器進行再生過程，煙氣與積炭發(fā)生反應(yīng)生成氫氣和一氧化碳。

進一步地，步驟1)中石灰石進入第一焦爐燒制之前還包括石灰石的破碎；步驟2)中低階煤進入第二焦爐之前還包括低階煤的破碎。

更進一步地，二氧化碳：氫氣：甲烷：一氧化碳：乙炔質(zhì)量配比為：5.5-9.1:1:2.66:0.43-2.78:2.37-3.95，優(yōu)選為9.1：1：2.66：0.43：3.95。

進一步地，步驟3)得到的一氧化碳被分流閥分為兩部分，一部分通入乙炔制芳烴反應(yīng)器中用于生產(chǎn)輕質(zhì)芳烴，另一部分與步驟2)中得到的一氧化碳和輕質(zhì)烴類混合通過管道輸送至第一焦爐和第二焦爐的燃燒室，用作燃燒的燃料氣。

進一步地，步驟1)和2)中石灰石和低階煤在焦爐中燒制和熱解時，對燃燒室排出的煙氣進行回收，在步驟6)中使煙氣通入乙炔制芳烴反應(yīng)器中，高溫下與積炭反應(yīng)去除積炭。

進一步地，步驟1)和2)中的焦爐共用燃燒室，燃燒室溫度為1000℃。

進一步地，步驟2)中的熱解氣經(jīng)氣體凈化系統(tǒng)凈化后還得到一氧化碳和輕質(zhì)烴類，一氧化碳和輕質(zhì)烴類通過管道輸送至分流閥的第二分流口作為燃料氣輸送至焦爐。

進一步地，步驟3)中煤提質(zhì)和石灰石的燒制時間為12小時，步驟1)和2)中使用的低階煤與石灰石的質(zhì)量比為(1:1)～(1:2)。

進一步地，步驟3)中生石灰與提質(zhì)煤熱裝進入電石爐中生產(chǎn)電石，可有效降低電石爐的能耗，提高系統(tǒng)工藝的熱利用率。步驟3)得到的一氧化碳一部分作為乙炔制芳烴的反應(yīng)氣，另一部分可作為燃料氣為焦爐的燃燒室或乙炔制芳烴反應(yīng)器的加熱爐提供熱源。

進一步地，步驟1)的石灰石粉碎至45mm以下；優(yōu)選粒徑為5～45mm。石灰石燒制所得到的二氧化碳可作為乙炔制芳烴反應(yīng)的稀釋氣，得到的生石灰作為生產(chǎn)電石的原料。

進一步地，步驟2)的低階煤粉碎至25mm以下；優(yōu)選粒徑為5～25mm。低階煤指的是揮發(fā)分大于35％的低品質(zhì)煤，揮發(fā)分熱解所得的熱解氣凈化可得到氫氣、甲烷、一氧化碳、輕質(zhì)烴類等可燃組分，其中甲烷和氫氣可作為步驟5)中乙炔制芳烴反應(yīng)器的原料，其余可燃氣體和步驟3)中電石爐得到的一部分一氧化碳可為步驟1)和步驟2)的焦爐的燃燒室的熱源。

進一步地，步驟4)中的電石粉碎至80mm以下，優(yōu)選粒徑為50～80mm。

進一步地，步驟5)中，當加熱爐對反應(yīng)套管加熱時，反應(yīng)套管內(nèi)氣體分布器下部根據(jù)溫度場依次劃分為預(yù)熱區(qū)、熱反應(yīng)區(qū)、蓄熱區(qū)、催化反應(yīng)區(qū)和冷卻區(qū)，在熱反應(yīng)區(qū)進行熱反應(yīng)，熱反應(yīng)溫度為850～1100℃，優(yōu)選為880～920℃，在催化反應(yīng)區(qū)進行催化反應(yīng)，催化反應(yīng)的溫度為350～600℃。催化反應(yīng)采用金屬催化劑，金屬催化劑為鎳、鉬、鈀、釕或銠中的一種或幾種，金屬催化劑負載在陶瓷蜂窩體上。

進一步地，反應(yīng)套管內(nèi)的催化反應(yīng)區(qū)的陶瓷蜂窩體負載有金屬催化劑。

進一步地，金屬催化劑為鎳、鉬、鈀、釕或銠中的一種或幾種，優(yōu)選為金屬釕。

進一步地，金屬催化劑的質(zhì)量百分比為0.1％-5％。

在本發(fā)明中，催化反應(yīng)區(qū)由陶瓷蜂窩體負載金屬后的整體式催化劑裝填而成，其中負載的金屬為鎳、鉬、鈀、釕或銠中的一種或幾種。在催化反應(yīng)區(qū)發(fā)生催化反應(yīng)生成產(chǎn)物。

進一步的，回收焦爐加熱時燃燒室產(chǎn)生的煙氣，用于乙炔制芳烴反應(yīng)器的再生過程中，當乙炔制芳烴反應(yīng)器連續(xù)生產(chǎn)輕質(zhì)芳烴一段時間后，反應(yīng)器內(nèi)會產(chǎn)生積炭堵塞孔隙，煙氣中的二氧化碳和水與高溫積炭接觸反應(yīng)生成一氧化碳和氫氣，以此除去積炭，使反應(yīng)器得到再生，繼續(xù)輕質(zhì)芳烴的連續(xù)生產(chǎn)。

再生反應(yīng)過程為：燃燒室產(chǎn)生的高溫煙氣(溫度達到1000℃)中富含二氧化碳和水蒸氣，通入乙炔制芳烴反應(yīng)器，在熱反應(yīng)區(qū)，二氧化碳與高溫積炭反應(yīng)生成一氧化碳，水蒸氣與高溫積炭反應(yīng)生成一氧化碳和氫氣；在催化反應(yīng)區(qū)，一氧化碳和水蒸氣在催化劑的作用下反應(yīng)生成氫氣和二氧化碳，得到的氫氣分離凈化后可作為乙炔制芳烴的原料氣，實現(xiàn)資源的有效利用。

金屬催化劑既能在步驟5)的反應(yīng)過程中催化乙炔三聚生成苯等輕質(zhì)芳烴，又能在再生反應(yīng)中催化熱反應(yīng)區(qū)所得的一氧化碳和水蒸氣轉(zhuǎn)化制氫。該反應(yīng)器耦合了熱反應(yīng)和催化反應(yīng)，提高了乙炔轉(zhuǎn)化率和輕質(zhì)芳烴收率，利用了熱反應(yīng)余熱，有效提高熱利用率，同時可實現(xiàn)在線再生，并副產(chǎn)氫氣供反應(yīng)過程使用。

為保證芳烴的連續(xù)生產(chǎn)，可并聯(lián)兩個乙炔制芳烴反應(yīng)器，一個乙炔制芳烴反應(yīng)器進行乙炔高溫下催化聚合反應(yīng)；另一個乙炔制芳烴反應(yīng)器進行再生反應(yīng)，互相切換。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明由煤制芳烴，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。

本發(fā)明將低階煤提質(zhì)，氣體產(chǎn)物作為燃料氣和乙炔制芳烴反應(yīng)的原料氣；提質(zhì)煤與生石灰生產(chǎn)電石，制備乙炔，作為乙炔制芳烴反應(yīng)器的原料氣；燃燒室煙氣作為乙炔制芳烴反應(yīng)器再生的原料氣，實現(xiàn)了資源的綜合高效利用。

本發(fā)明采用陶瓷蜂窩體裝填，保證反應(yīng)器內(nèi)熱場的均勻性，同時防止催化反應(yīng)區(qū)床層堵塞、壓降增加。

本發(fā)明的乙炔制芳烴反應(yīng)器耦合了熱反應(yīng)和催化反應(yīng)，提高了輕質(zhì)芳烴產(chǎn)率。同時利用燃燒室的煙氣實現(xiàn)在線再生。

附圖說明

圖1是按照本發(fā)明的實施例的由煤制備輕質(zhì)芳烴的系統(tǒng)的示意圖；

圖2是按照本發(fā)明的實施例的乙炔制芳烴反應(yīng)器的示意圖；

圖3是按照本發(fā)明的實施例的由煤制備輕質(zhì)芳烴的工藝流程圖。

附圖標記

1第一粉碎機、2第二粉碎機、3第一焦爐、4第二焦爐、5混料罐、6電石爐、7乙炔發(fā)生器、8乙炔制芳烴反應(yīng)器、82反應(yīng)套管、83加熱爐、84第一密封元件、85第二密封元件、86氣體分布器、87進料管線、88出料管線、89預(yù)熱區(qū)、810熱反應(yīng)區(qū)、811蓄熱區(qū)、812催化反應(yīng)區(qū)、813冷卻區(qū)、9分離系統(tǒng)、10第一凈化系統(tǒng)、11第二凈化系統(tǒng)、第三焦爐12、第四焦爐13。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，下面結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

如圖1所示，本發(fā)明使用的系統(tǒng)包含：第一粉碎機1、第二粉碎機2、第一焦爐3、第二焦爐4、混料罐5、電石爐6、乙炔發(fā)生器7、乙炔制芳烴反應(yīng)器8、分離系統(tǒng)9、第一凈化系統(tǒng)10和第二凈化系統(tǒng)11。

第一粉碎機1和第二粉碎機2分別與第一焦爐3的第一物料進口和第二焦爐4的第二物料進口相連，用于將物料粉碎后進入第一焦爐3和第二焦爐4。第一焦爐3用于對煤進行熱解和燒制，第二焦爐4用于對石灰石進行熱解和燒制；第一焦爐3和第二焦爐4分別具有第一物料進口和第二物料進口、第一固體出口和第二固體出口以及第一氣體出口和第二氣體出口；第一焦爐3和第二焦爐4相鄰設(shè)置，第一粉碎機1和第二粉碎機2分別與第一焦爐3和第二焦爐4的第一物料進口和第二物料進口相連；第一焦爐3和第二焦爐4共用燃燒室，可有效降低系統(tǒng)能耗。燃燒室具有燃料氣進口和煙氣出口。煙氣出口與乙炔制芳烴反應(yīng)器8的進料管線87的入口為可斷開式連接。將煙氣輸送至乙炔制芳烴反應(yīng)器8與積炭進行再生反應(yīng)，使得積炭被消耗，乙炔制芳烴反應(yīng)器8能夠循環(huán)使用，不必停工進行積炭清理。本文的“可斷開式連接”可以為本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的可以根據(jù)需要閉合和接通的連接方式，例如添加一個閥門。在乙炔制芳烴反應(yīng)器8反應(yīng)過程中，關(guān)閉閥門使得煙氣無法進入乙炔制芳烴反應(yīng)器8；在乙炔制芳烴反應(yīng)器8的再生過程中，關(guān)閉反應(yīng)氣，打開閥門使得煙氣進入乙炔制芳烴反應(yīng)器8。

此外，如圖1所示的實施例中，示出了四個焦爐，第一焦爐用于對煤進行熱解和燒制，第二焦爐用于對石灰石進行熱解和燒制；第三焦爐12和第四焦爐13可以根據(jù)實際情況分別對煤和石灰石進行熱解和燒制。還根據(jù)實際情況的需要(例如，需要產(chǎn)品的多少)，可以相鄰設(shè)置兩個、四個、六個、八個等多個焦爐。

混料罐5具有混合料進口和混合料出口，混料罐5的混合料進口與分別與第一焦爐3的第一固體出口和第二焦爐4的第二固體出口相連。

第一凈化系統(tǒng)10與第一焦爐3相連用于凈化分離煤熱解得到的熱解氣，第一凈化系統(tǒng)10具有熱解氣進口和多個出口，多個出口用于排出分離后的氫氣、甲烷、一氧化碳和輕質(zhì)烴類氣體。第一凈化系統(tǒng)10可以采用本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的凈化系統(tǒng)，可以將凈化分離后的各種氣體通過不同的出口進行排出。

第二凈化系統(tǒng)11與第二焦爐4相連用于凈化石灰石燒制得到的燒制尾氣，具有燒制尾氣入口和二氧化碳出口。

電石爐6具有第一進口、第一出口和一氧化碳氣體出口，電石爐6的第一進口與混料罐5的混合料出口相連；電石爐6的一氧化碳氣體出口處設(shè)置分流閥，分流閥具有第一分流口和第二分流口，分流閥的第一分流口用于向乙炔制芳烴反應(yīng)器8的進料管線的入口輸送一氧化碳，分流閥的第二分流口與燃燒室的燃料氣進口相連，用于向燃燒室輸送燃料氣，以為第一焦爐3和第二焦爐4提供熱解的熱量。

乙炔發(fā)生器7具有第二進口和第二出口，乙炔發(fā)生器7的第二進口與電石爐的第一出口相連，乙炔發(fā)生器7的第二出口用于排出乙炔。乙炔制芳烴反應(yīng)器8具有進料管線87以及出料管線88，其中進料管線87設(shè)置有入口和出口。進料管線87的入口用于通入從第一凈化系統(tǒng)10分離出的氫氣和甲烷、從第二凈化系統(tǒng)11得到的二氧化碳、從電石爐6排出的一氧化碳以及從乙炔發(fā)生器7制得的乙炔。

分離系統(tǒng)9，分離系統(tǒng)9用于分離產(chǎn)物，分離系統(tǒng)9與乙炔制芳烴反應(yīng)器8的出料管線88相連且用于分離乙炔制芳烴反應(yīng)器8的產(chǎn)物。

在另一個實施例中，為保證芳烴的連續(xù)生產(chǎn)，可并聯(lián)兩個乙炔制芳烴反應(yīng)器，分別進行反應(yīng)過程和再生過程，互相切換，提高生產(chǎn)效率。

如圖2所示，乙炔制芳烴反應(yīng)器8還包括氣體分布器86、第一密封元件85、第二密封元件86、反應(yīng)套管82和加熱爐83，氣體分布器86設(shè)置在反應(yīng)套管82的內(nèi)部且位于反應(yīng)套管82的上端并且與進料管線87的出口連通；反應(yīng)套管82內(nèi)填充陶瓷蜂窩體；反應(yīng)套管82貫穿加熱爐83，加熱爐83正對反應(yīng)套管82的中部；出料管線與反應(yīng)套管82的下端連通。第一密封元件85設(shè)置在進料管線87與反應(yīng)套管82的連接處，第二密封元件86設(shè)置在出料管線與反應(yīng)套管82的連接處。反應(yīng)套管82內(nèi)填充陶瓷蜂窩體。由于反應(yīng)氣在高溫條件下接觸不銹鋼將發(fā)生大量副反應(yīng)，因此，不銹鋼反應(yīng)套管82為內(nèi)襯陶瓷的不銹鋼反應(yīng)管，進料管線87和產(chǎn)物的出料管線溫度宜控制在200℃以下。

其中，加熱爐83正對反應(yīng)套管82的中部指的是加熱爐83對應(yīng)反應(yīng)套管82的中部，與反應(yīng)套管82上端之間的距離和下端之間的距離相同。這樣的設(shè)置有利于保持反應(yīng)溫度的恒定，且加熱爐83在熱反應(yīng)區(qū)810中心位置設(shè)置控溫點。

反應(yīng)套管82內(nèi)充滿了陶瓷蜂窩體，反應(yīng)套管82內(nèi)填充陶瓷蜂窩體有利于保持反應(yīng)套管82內(nèi)的溫度，因為陶瓷蜂窩體的熱容較大，蓄熱效果好。

優(yōu)選地，反應(yīng)套管82的內(nèi)徑、長度和加熱爐83的長度的比例為(2-10)：70：40。這里，反應(yīng)套管的內(nèi)徑、反應(yīng)套管的長度和加熱爐的長度的比例優(yōu)選為1：14：8。

優(yōu)選地，當加熱爐83對反應(yīng)套管82加熱時，反應(yīng)套管82內(nèi)根據(jù)溫度場自上而下劃分為預(yù)熱區(qū)89、熱反應(yīng)區(qū)810、蓄熱區(qū)811、催化反應(yīng)區(qū)812和冷卻區(qū)813。

其中，預(yù)熱區(qū)89、熱反應(yīng)區(qū)810、蓄熱區(qū)811、催化反應(yīng)區(qū)812和冷卻區(qū)813均由陶瓷蜂窩體裝填而成，陶瓷蜂窩體具有較高的蓄熱能力，可以提高能量利用效率，保證氣體在熱反應(yīng)區(qū)810有均勻的熱場。催化反應(yīng)區(qū)812由陶瓷蜂窩體負載金屬后的整體式催化劑裝填而成，負載的金屬為鎳、鉬、鈀、釕或銠等金屬，負載量為0.1％～5％，催化反應(yīng)區(qū)812不設(shè)單獨的控溫點，乙炔制芳烴反應(yīng)為放熱反應(yīng)，可以利用熱反應(yīng)區(qū)810的氣體所帶出的余熱，將催化劑裝填至溫度為350～600℃的區(qū)域。催化反應(yīng)區(qū)812既能充分利用熱反應(yīng)區(qū)810的余熱，又能通過催化反應(yīng)提高乙炔轉(zhuǎn)化率，增加輕質(zhì)芳烴的收率，改善熱反應(yīng)所得液相產(chǎn)物的質(zhì)量，進一步提高輕質(zhì)芳烴收率。同時采用整裝的陶瓷蜂窩體作為載體，有利于減少流動阻力，避免催化劑裝填密度過大或積炭較多造成的催化劑床層堵塞。

在乙炔制芳烴反應(yīng)器中，反應(yīng)套管82的內(nèi)徑、反應(yīng)套管82的長度和加熱爐83的長度的比例確定了，并且反應(yīng)溫度確定了之后，加熱爐83對反應(yīng)套管82加熱時反應(yīng)套管82中的溫度場就確定了。

優(yōu)選地，預(yù)熱區(qū)89、熱反應(yīng)區(qū)810、蓄熱區(qū)811、催化反應(yīng)區(qū)812和冷卻區(qū)813的長度比例為(20-40)：(8-12)：(8-12)：(1-3)：(18-20)。這個比例之下，熱反應(yīng)區(qū)810溫度最高，預(yù)熱區(qū)89和蓄熱區(qū)811其次，催化反應(yīng)區(qū)812溫度更低，冷卻區(qū)813溫度最低。反應(yīng)套管內(nèi)的溫度場分布最有利于芳烴的連續(xù)生產(chǎn)。

另外，采用上述乙炔制芳烴反應(yīng)器制備輕質(zhì)芳烴的方法，包括：將反應(yīng)氣按比例進行混合，通入進料管線87至氣體分布器86；通過氣體分布器86的混合氣體在反應(yīng)套管的預(yù)熱區(qū)89由200℃以下的初始溫度升溫至熱反應(yīng)區(qū)810的熱反應(yīng)溫度，在熱反應(yīng)區(qū)810保持恒溫發(fā)生熱反應(yīng)，反應(yīng)溫度為850～1100℃，優(yōu)選的熱反應(yīng)區(qū)810溫度為880～920℃，更優(yōu)選900℃；再經(jīng)過反應(yīng)套管的蓄熱區(qū)811，在蓄熱區(qū)811產(chǎn)物從熱反應(yīng)溫度降低至催化反應(yīng)溫度，到達催化反應(yīng)區(qū)812，與催化劑接觸，在反應(yīng)溫度為350℃-600℃條件下發(fā)生催化反應(yīng)制備得到產(chǎn)物輕質(zhì)芳烴；得到的最終產(chǎn)物經(jīng)過反應(yīng)套管的冷卻區(qū)813，在冷卻區(qū)813溫度降低至200℃以下，然后通過出料管線進入下游裝置(未示出)中。

在上述方法中，反應(yīng)氣中乙炔為主要反應(yīng)氣；氫氣作為部分反應(yīng)氣，同時抑制乙炔及芳烴的過分縮合，降低積炭；甲烷和一氧化碳可降低積炭的形成；二氧化碳作為稀釋氣，降低乙炔的分壓。

在上述方法中，反應(yīng)進料空速為2000～6000h^-1，基于此確定反應(yīng)時間的長短。

如圖3所示，使用如上的系統(tǒng)制備輕質(zhì)芳烴的方法，包括以下步驟：

1)石灰石經(jīng)過第一粉碎機1破碎粉碎至45mm以下，進入第一焦爐3燒制，得到生石灰和二氧化碳，經(jīng)過第一凈化系統(tǒng)10進行凈化之后進入乙炔制芳烴反應(yīng)器；

2)低階煤經(jīng)過第二粉碎機2破碎粉碎至25mm以下，進入第二焦爐4提質(zhì)，得到熱解氣和提質(zhì)煤，熱解氣經(jīng)過第二凈化系統(tǒng)11，得到氫氣和甲烷；熱解氣經(jīng)第二凈化系統(tǒng)11凈化后還得到一氧化碳和輕質(zhì)烴類，一氧化碳和輕質(zhì)烴類通過管道輸送至分流閥的第二分流口作為燃料氣輸送至燃燒室。

3)將步驟1)中得到的生石灰和步驟(2)中得到的提質(zhì)煤在混料罐5中混合后，熱裝進入電石爐6中燒制12小時生產(chǎn)電石和一氧化碳；

4)將步驟3)得到的電石冷卻破碎至80mm以下后在乙炔發(fā)生器7中與水反應(yīng)，氣體經(jīng)凈化后得到乙炔；

5)將步驟1)中得到的二氧化碳、步驟2)中得到的氫氣和甲烷、步驟3)得到的一氧化碳和步驟4)得到的乙炔混合進入乙炔制芳烴反應(yīng)器8中進行反應(yīng)，反應(yīng)溫度為850℃-1100℃。經(jīng)過預(yù)熱區(qū)89、熱反應(yīng)區(qū)810、蓄熱區(qū)811、催化反應(yīng)區(qū)812和冷卻區(qū)813生產(chǎn)輕質(zhì)芳烴，并副產(chǎn)重質(zhì)芳烴和乙烯。

6)步驟5)的反應(yīng)過程結(jié)束后，關(guān)閉通入乙炔制芳烴反應(yīng)器8的反應(yīng)氣，使燃燒室中的煙氣通入乙炔制芳烴反應(yīng)器8進行再生過程，煙氣與積炭發(fā)生反應(yīng)生成氫氣和一氧化碳，并富余一部分水蒸氣。

步驟1)和2)中的第一和第二焦爐共用燃燒室，燃燒室得到的煙氣進入乙炔制芳烴反應(yīng)器中與積炭進行再生反應(yīng)。

步驟3)得到的一氧化碳被分流閥分為兩部分，一部分通入乙炔制芳烴反應(yīng)器8中用于生產(chǎn)輕質(zhì)芳烴，另一部分與步驟2)中得到的一氧化碳和輕質(zhì)烴類混合通過管道輸送至第一焦爐和第二焦爐的燃燒室，用作燃燒的燃料氣。

步驟1)和2)中使用的低階煤與石灰石的質(zhì)量比為(1:1)～(1:2)。

步驟5)中的反應(yīng)為催化反應(yīng)，在乙炔制芳烴反應(yīng)器的催化反應(yīng)區(qū)812中的催化溫度為350～600℃。

優(yōu)選地，二氧化碳：氫氣：甲烷：一氧化碳：乙炔質(zhì)量配比為：5.5-9.1:1:2.66:0.43-2.78:2.37-3.95，優(yōu)選為9.1：1：2.66：0.43：3.95。

當催化反應(yīng)采用釕催化劑時，釕催化劑既能在步驟5)的反應(yīng)過程中催化乙炔三聚生成苯等輕質(zhì)芳烴，又能在再生過程中催化熱反應(yīng)區(qū)810所得的一氧化碳和水蒸氣轉(zhuǎn)化制氫。該反應(yīng)器耦合了熱反應(yīng)和催化反應(yīng)，提高了乙炔轉(zhuǎn)化率和輕質(zhì)芳烴收率，利用了熱反應(yīng)余熱，有效提高熱利用率，同時可實現(xiàn)在線再生，并副產(chǎn)氫氣供反應(yīng)過程使用。

實施例1

如圖1-3所示，將石灰石粉碎至45mm以下，選用5～45mm粒徑，經(jīng)皮帶運輸至第一焦爐3燒制。將中低階煤粉碎至25mm以下，選用5～25mm粒徑，經(jīng)皮帶運輸至第二焦爐4熱解。低階煤與石灰石質(zhì)量比為1:2，焦爐的燃燒室加熱溫度為1000℃。經(jīng)過12h燒制和熱解后，提質(zhì)煤與生石灰進入混料罐5進行混合，混合后的物料裝入電石生產(chǎn)系統(tǒng)的高位料槽中，再裝入電石爐6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7中反應(yīng)得到乙炔。

經(jīng)過本系統(tǒng)，1000kg中低階煤與2000kg石灰石可得到348kg的乙炔、88kg的氫氣、234kg的甲烷、800kg二氧化碳和395kg一氧化碳。所得的乙炔、氫氣、甲烷、二氧化碳和38kg一氧化碳均通入乙炔制芳烴反應(yīng)器8中進行反應(yīng)，乙炔制芳烴反應(yīng)器8內(nèi)徑：長度：加熱爐長度＝1:14:8，混合氣在熱反應(yīng)區(qū)810的停留時間為0.6s，熱反應(yīng)區(qū)810反應(yīng)溫度為900℃，在催化反應(yīng)區(qū)812的停留時間為0.1s，催化溫度為350℃。生產(chǎn)得到260kg輕質(zhì)芳烴和40kg重質(zhì)芳烴。通入煙氣對乙炔制芳烴反應(yīng)器8進行再生，再生過程共生成氫氣2.0kg，分離后供反應(yīng)過程使用。

實施例2

如圖1-3所示，將石灰石粉碎至45mm以下，選用5～45mm粒徑，經(jīng)皮帶運輸至第一焦爐燒制。將中低階煤粉碎至25mm以下，選用5～25mm粒徑，經(jīng)皮帶運輸至第二焦爐熱解。低階煤與石灰石質(zhì)量比為1:1，焦爐燃燒室加熱溫度為1000℃。經(jīng)過12h燒制和熱解后，提質(zhì)煤與生石灰進入混料罐進行混合，混合后的物料裝入電石生產(chǎn)系統(tǒng)的高位料槽中，再裝入電石爐生產(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中低階煤與1000kg石灰石可得到209kg的乙炔、88kg的氫氣、234kg的甲烷、491kg二氧化碳和245kg一氧化碳。所得的乙炔、氫氣、甲烷、二氧化碳和全部的一氧化碳均通入乙炔制芳烴反應(yīng)器中進行反應(yīng)，乙炔制芳烴反應(yīng)器8內(nèi)徑：長度：加熱爐長度＝1:14:8，混合氣在熱反應(yīng)區(qū)的停留時間為0.6s，熱反應(yīng)區(qū)反應(yīng)溫度為1100℃，在催化反應(yīng)區(qū)的停留時間為0.1s，催化溫度為600℃。生產(chǎn)得到141kg輕質(zhì)芳烴和47kg重質(zhì)芳烴。通入煙氣對乙炔制芳烴反應(yīng)器進行再生，再生過程共生成氫氣1.4kg，分離后供反應(yīng)過程使用。

實施例3

如圖1-3所示，將石灰石粉碎至45mm以下，選用5～45mm粒徑，經(jīng)皮帶運輸至第一焦爐3燒制。將中低階煤粉碎至25mm以下，選用5～25mm粒徑，經(jīng)皮帶運輸至第二焦爐4熱解。低階煤與石灰石質(zhì)量比為1:2，焦爐燃燒室加熱溫度為1000℃。經(jīng)過12h燒制和熱解后，提質(zhì)煤與生石灰進入混料罐5進行混合，混合后的物料裝入電石生產(chǎn)系統(tǒng)的高位料槽中，再裝入電石爐6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7中反應(yīng)得到乙炔。

經(jīng)過本系統(tǒng)，1000kg中低階煤與2000kg石灰石可得到348kg的乙炔、88kg的氫氣、234kg的甲烷、800kg二氧化碳和395kg一氧化碳。所得的乙炔、氫氣、甲烷、二氧化碳和187kg一氧化碳均通入乙炔制芳烴反應(yīng)器8中進行反應(yīng)，乙炔制芳烴反應(yīng)器8內(nèi)徑：長度：加熱爐長度＝1:14:8，混合氣在熱反應(yīng)區(qū)810的停留時間為0.6s，熱反應(yīng)區(qū)810反應(yīng)溫度為850℃，在催化反應(yīng)區(qū)812的停留時間為0.1s，催化溫度為350℃。生產(chǎn)得到254kg輕質(zhì)芳烴和35kg重質(zhì)芳烴。通入煙氣對乙炔制芳烴反應(yīng)器8進行再生，再生過程共生成氫氣1.9kg，分離后供反應(yīng)過程使用。

以上僅為本發(fā)明的較佳實施例，并非用來限定本發(fā)明的實施范圍；如果不脫離本發(fā)明的精神和范圍，對本發(fā)明進行修改或者等同替換，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明權(quán)利要求的保護范圍當中。